Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
La Revista Científica Unanchay, es un espacio editorializado por el Instituto Superior
Tecnológico Tecnoecuatoriano, que tiene el propósito de difundir la producción
científica en el área de ciencias de la ingeniería constituyéndose como un espacio de
referencia para la socialización de investigaciones y producciones técnicas aplicadas
a las líneas de investigación de la revista.
Tabla de Contenidos
Artículos Originales
pp.
Aplicación móvil para publicar y buscar viviendas en alquiler en la ciudad de Quito
Yemala Castillo Brito
1-13
Implementación de automatización de apertura en un basurero, en el distrito
metropolitano de Quito
Gerardo Herrera Roldan
14-23
Estudio de la ubicación e identificación de microorganismos capaces de
autoreparar fisuras en mezclas de concreto
Orlando Gabriel Da Silva De Sousa
24-46
Estudio de viabilidad de un sistema de captación de agua lluvia en
Guamaní-Quito
Isaac Simbaña, William Quitiaquez, Leonidas Ramírez, David Saquinga
47-63
Artículos de Revisión
pp.
Tendencias de desarrollo tecnológico en mecatrónica
Miguel Andrés Simbaña Criollo, Lina Verónica Méndez Regueiro
64-82
Análisis de la licuefacción estática: Presas de Edenville y Sanford
Ronald Rangel-Reyes
83-96
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
1
Aplicación móvil para publicar y buscar viviendas en alquiler en la
ciudad de Quito
Mobile app to publish and search homes for rent in Quito
Josselyn Yajaira Jácome Solórzano
1
, Yemala Castillo Brito
2
.
1
Resumen:
La investigación abordo el desarrollo una aplicación móvil para la publicación y
búsqueda de viviendas en alquiler en la ciudad de Quito, de una manera online y
segura para los ciudadanos. El objetivo fue crear una aplicación móvil para publicar y
buscar viviendas en alquiler en la ciudad de Quito, a través del framework flutter que
permita satisfacer las necesidades de la población quiteña. La metodología empleó el
paradigma positivista, descriptiva, con enfoque cuantitativo, usando framework flutter,
metodología ágil scrum y técnica planning poker. Los resultados evidenciaron la
estimación Planning poker con 40 de esfuerzo en 15 semanas. Para la ruta del
proyecto se creó el diagrama de Gantt con una duración de 15 semanas; para la
representación del modelo de procesos del presente proyecto se usó una notación
BPMN. Se concluye que la utilización del framework flutter permitió implementar de
manera rápida, estable y escalable la aplicación móvil, que junto a la metodología
scrum se consiguió una correcta gestión en el proceso de elaboración del producto
de software.
Palabras clave: Ágil, aplicación, buscador, móvil, scrum, software, viviendas.
Abstract:
The investigation addressed the development of a mobile application for the
publication and search of rental housing in Quito in an online and safe way for citizens.
The objective was to create a mobile application to publish and search for homes for
rent in Quito through the flutter framework that allows for satisfying the needs of the
Quito population. The methodology used the positivist, descriptive paradigm with a
quantitative approach, using the flutter framework, agile scrum methodology, and
planning poker technique. The results evidenced the Planning poker estimate with 40
efforts in 15 weeks. For the project route, the Gantt chart was created with a duration
of 15 weeks; For the representation of the process model of this project, a BPMN
notation was used. It is concluded that the use of the flutter framework allowed the
mobile application to be implemented quickly, stable and scalable. With the scrum
1
UNIBE, Ingeniero de Software.
2
ISTCGE, PhD. en Educación, https://orcid.org/0000-0002-6500-0744
Autor de correspondencia: yemalacastilo@gmail.com
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
2
methodology, correct management was achieved in the development process of the
software product.
Keywords: Agile, app, browser, homes, mobile, scrum, software.
Historial del artículo
Recibido para evaluación: 16 septiembre 2022.
Aprobado para publicación: 31 octubre 2022
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
3
Introducción
El uso de internet, según la encuesta realizada por el Instituto Nacional de
Estadísticas y Censos en el año 2019 (INEC, 2019), el 97% de los encuestados se
conectan a la red diariamente a través de un celular o Smartphone, lo hacen para
realizar la mayoría de sus actividades como investigar, buscar dirección, realizar
pagos y consultas sobre un tema que desconozcan. Con respecto al crecimiento de
herramientas móviles (Smartphone) en Latinoamérica, de acuerdo con Sandoval
(2017), se puede decir, que el continente se encuentra dentro de una época de
desarrollo rápido, ya que se ha visto un crecimiento claro que representa miles de
nuevos usuarios.
De acuerdo con Ponce (2021), las aplicaciones sociales como WhatsApp,
Messenger, Instagram y Facebook se posicionan constantemente en el top 5 de las
aplicaciones más descargadas del primer trimestre de 2017, ya sea en el mercado de
App Store de iOS como en Google Play Store de Android, es decir, que las
aplicaciones móviles más descargadas están orientadas al entorno de las redes
sociales.
Las aplicaciones móviles o más conocidas comúnmente como app (en inglés), son
software que se utilizan en un dispositivo móvil como herramientas de comunicación,
gestión, venta de servicios-productos orientados a proporcionar al usuario las
necesidades que demande de forma automática e interactiva y son muy importantes
para la sociedad en la que vivimos actualmente, una sociedad inmersa en un sistema
de interoperabilidad, donde cada persona está interconectada en un mundo saturado
de información y donde se permite estar en diferentes lugares al mismo tiempo.
Trasladándose a una puerta tridimensional que le conecta de lo real a lo virtual o
viceversa, aunque autores como Florido-Benítez, del Alcázar y González (2014),
justifican la aplicación móvil como herramienta que posee unas dimensiones
multifuncionales y se transforma en un soporte para comunicar, relacionarse,
impactar, intercambiar, publicitar y comercial desde el punto de vista del marketing.
A inicios del año 2020, en el mundo ocurrió un acontecimiento que cambió la vida
de todas las personas, una pandemia denominada COVID-19, obligó a mantener a la
población en cuarentena, esto trajo consigo un gran déficit en la economía y cambió
la manera de relacionarse entre seres humanos. Se tomaron diferentes medidas
preventivas para evitar contagios, entre ellas, el hecho de buscar departamento o local
de arriendo que ya no se podía hacer de manera tradicional, para evitar el contagio
de las personas, no se podían visitar varios establecimientos, debido a este motivo
fue necesario un canal confiable en el cual se pudieran contactar entre arrendatarios
e inquilinos para el proceso de arrendar un inmueble, sin la necesidad de trasladarse
al lugar, sino más bien de una manera digital, esto ayudó a evitar el contagio.
En este contexto, Marrero (2021), afirma que, en la Unión Europea el 70% de la
población vive en su propiedad mientras que el 30% de la población alquila su hogar,
la situación cambió a partir del año 2020, debido a la pandemia. El panorama no es
muy diferente en Estados Unidos donde el 64% de habitantes tienen casa propia que
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
4
han demorado en pagar hasta 30 años, y el 24% de la población alquila una propiedad
para poder vivir. BBC Mundo (2015) destacó que en Nicaragua el 90% de las personas
tiene su casa propia, en Colombia la mayoría de personas prefiere alquilar a comprar,
esto debido a que la mayoría de personas son divorciadas o jóvenes que no les
interesa adquirir una propiedad; la ciudad con más personas que alquilan vivienda
son: Bogotá, Medellín y Cali, situación totalmente diferente se vive en países como
Argentina, Perú y Venezuela las cuales el 80% de la población tiene casa propia.
En Ecuador, la ciudad que tiene más alto índice de personas que alquilan vivienda
es Quito, las razones son: económicas, alta movilidad en los mercados laborales,
necesidad de residir en zonas pobladas (El Universo, 2015). El buscar vivienda para
alquilar es una tarea agotadora que puede llevar días o meses, las personas buscan
por medio de periódicos locales, caminando por la calle del sector que se desea
vivir, plataformas virtuales como plusvalía, Facebook, OLX, entre otras. Lo negativo
de estos métodos de búsqueda es que, no se centran únicamente en la búsqueda de
viviendas ya que están dedicadas a otros mercados como: electrodomésticos, ropa,
terrenos, vehículos.
En la encuesta nacional de alquileres (2019), se publicó que las tres ciudades que
reportan más gastos en bienes inmuebles son; Quito, Guayaquil y Cuenca, por lo
tanto, la razón por la cual, los ciudadanos prefieren arrendar un inmueble es tener
menos obligaciones legales y financieras, ya que esto no incurre en pago de
impuestos dado que los gastos de mantenimiento generalmente los asume el dueño.
La pandemia ocasionada por el COVID-19 trajo consigo crisis a nivel global en todos
los mercados, por ello se vieron afectadas las personas debido a que una de las
consecuencias de esa pandemia fue la pérdida de empleo, entre otras., por lo cual
buscan el arriendo más económico, más pequeño, más cerca de la familia.
Por todo lo anteriormente expuesto, surge la siguiente pregunta: ¿Cómo desarrollar
una aplicación móvil para la publicación y búsqueda de viviendas en alquiler en la
ciudad de Quito, de una manera online y segura para los ciudadanos?, en tal efecto,
la investigación tuvo el objetivo de crear una aplicación móvil para publicar y buscar
viviendas en alquiler en la ciudad de Quito, a través del framework flutter que permita
satisfacer las necesidades de la población quiteña. Los objetivos específicos
derivados se centraron en analizar las aplicaciones existentes en el mercado actual,
diseñar una aplicación móvil, desarrollar una aplicación utilizando el framework flutter,
y, finalmente, realizar las pruebas de la aplicación evaluando la calidad del software
desarrollado.
Metodología
En el presente estudio, se optó por un paradigma positivista, ya que el trabajo
enmarca un conjunto de suposiciones las cuales se pretenden defender con el
desarrollo de este, mismo que según Fernández, Baptista y Hernández (2014), todo
conocimiento científico se basa sobre la experiencia de los sentidos y sólo puede
avanzarse mediante la investigación y el experimento. Por lo tanto, el paradigma
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
5
positivista se caracteriza por ser objetivo y su finalidad es verificar una hipótesis
mediante el uso de métodos estadísticos de esta investigación.
El enfoque correspondiente para esta investigación es el cuantitativo, ya que se
pretende tener un conjunto de resultados a través de la medición, de acuerdo con
Arias (2012), se menciona que es parte del estudio del análisis de datos numéricos, a
través de la estadística, para dar solución a preguntas de investigación o para verificar
una hipótesis, debido a la utilización de herramientas cuantitativas que permiten la
recopilación de la información.
El nivel de la investigación es descriptivo dado que “la caracterización de un hecho,
fenómeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento”
(Arias, 2012). Del mismo modo, se elige la investigación de campo, la cual busca
especificar propiedades y características importantes de cualquier fenómeno que se
analice y a su vez, describir tendencias de un grupo o población, de allí su carácter de
investigación no experimental, ya que es necesario observar las variables de esta
investigación.
La metodología que se aplicó es de Scrum, dado a que esta metodología se adapta
a los cambios de manera inmediata consiguiendo un ritmo constante, tanto en
duración del sprint como de esfuerzo y asimismo ayuda a controlar que éstas sean
realizadas conforme al tiempo establecido. En este sentido García, García y Vázquez
(2020) menciona las acciones de los patrones de proceso:
● Retraso (pila de producto o product backlog): priorización de requisitos, debe
estar detallado de manera adecuada, estimado y priorizado.
● Sprints: unidades de trabajo requeridas para alcanzar un requisito. Es cada
iteración. Se recomiendan iteraciones cortas (1-4 semanas) y cuyo resultado
será un producto software potencialmente entregable.
● Reuniones Scrum: reuniones breves dirigidas por el maestro Scrum.
● Demostraciones preliminares: entrega de un incremento al cliente.
Los equipos de software tradicionales proporcionan estimaciones en un tiempo
concreto: pueden ser semanas, días o meses, en aquel momento muchos equipos
ágiles han decidido pasarse a los puntos de historia. Radigan (2019) planteó algunos
motivos por los cuales es recomendable utilizar puntos de historia, que a
continuación se describen:
● Las fechas no tienen en cuenta el trabajo no relacionado con el proyecto que
surge en cada día, como correos electrónicos, reuniones y entrevistas en las
que un miembro del equipo puede participar.
● Las fechas tienen una connotación emocional y la estimación relativa elimina
este componente.
● Cada equipo estima el trabajo en una escala ligeramente diferente, lo cual
significa que su velocidad (medida en puntos) será diferente, como es natural.
● Una vez que se llegue a un acuerdo sobre el esfuerzo relativo del valor de
cada punto de historia, se podrá asignar puntos rápidamente sin que haya
lugar a demasiado debate.
● Los puntos de historia recompensan a los miembros del equipo por resolver
incidencias basándose en la dificultad, y no en el tiempo empleado, de esta
forma, los miembros del equipo se mantienen centrados en entregar valor, no
en el tiempo dedicado.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
6
El planning póker “es una técnica utilizada por el Scrum Team para estimar el
esfuerzo requerido para realizar una tarea, utiliza una escala de valores en forma de
puntos (no de tiempo) para representar la complejidad de una tarea” (Global Trust
Association, 2019), la numeración de las cartas está basada en una serie de Fibonacci
(0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 34, etc.), aunque en ocasiones pueden varían algunos números
de la serie (1, 2, 3, 5, 8, 13, 20, 40, 100, etc.). La razón de emplear una serie de
Fibonacci o similar es que, las personas clasificaban elementos entre sí en función de
su tamaño, y cuanto más grandes son esos elementos y menos diferencia hay entre
ellos, más difícil se hace poder discernir las pequeñas diferencias.
De acuerdo (Global Trust Association, 2019) uno de los principales parámetros que
se utiliza para hacer las estimaciones en el Planning Poker es la experiencia, la cual
ayuda a comparar la dificultad de una historia de usuario con otra, de manera imparcial
y sin sesgo.
En este mismo contexto, se debe precisar la localización, temporalidad y
condiciones del lugar donde se ejecutó el proceso investigativo. Es necesario que se
declare adecuadamente la población, muestra, recolección de datos, pruebas y
equipos de medición, junto al análisis estadístico (proceso y software) y las referencias
en caso que aplique.
Resultados
En este trabajo se demostró el proceso de construcción de la aplicación móvil y a
su vez la creación de los prototipos de interfaz de cada módulo de la herramienta.
Asimismo, la arquitectura definida para la aplicación, diagramas, componentes,
diseños de datos del proyecto, pruebas al sistema y los resultados obtenidos de dichas
pruebas.
Planificación del proyecto de software
Para comprender qué es la planificación del proyecto se debe tener en cuenta que
según Colque (2019) “Es un conjunto de actividades para lograr un objetivo, donde se
expone lo que se necesita hacer y cómo debe llevarse a cabo”. Lo que está constituido
por recursos, estimación del tiempo, ruta del proyecto, herramientas de gestión y
versión del proyecto.
Para el presente proyecto se plantearon tres grupos de recursos, como se pueden
observar en la Tabla 1.
Tabla 1
Recursos
Recursos
Detalles
Humanos
Se contó con 1 desarrollador,
considerándose el integrante del presente
trabajo de investigación
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
7
Hardware
▪ Ordenador portátil (Intel Core i5-
3210M CPU @ 2.50GHz)
▪ Smartphone (Android)
▪ Sistema operativo Windows 10
▪ Firefox
▪ Memu emulador
▪ Flutter
▪ Visual Studio Code
▪ Firebase
▪ GitHub
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
La investigación contó por la técnica de estimación Planning Poker, considerada
como una de las medidas esenciales en la metodología Scrum o cualquier tecnología
flexible de la elaboración, pidiendo a cada miembro del equipo jugar su tarjeta de
estimación” (Menzinsky y Gertrudis, 2018), de manera tal, que no puede ser vista por
los demás jugadores, evitando alargar posibles discusiones, propias de un grupo de
personas que tienen que llegar a un acuerdo, con todo ello, la idea es que todos
miembros del equipo son jugadores en el juego y no solo algunos o los de siempre,
además, el equipo tarda muy poco en estimar las historias más familiares o sencillas,
llegando a un consenso sin discusión. Se utilizó esta técnica porque es de las más
reconocidas actualmente en el desarrollo de software ágil y se empleó la aplicación
de Planning Poker, la cual dio como resultado, un tablero de barajas, tal como se
observa en la Figura 1.
Figura 1
Cartas de Planning Poker
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Después de aplicar la técnica de Planning Póker, con el tablero preestablecido
anteriormente, es preciso destacar que la baraja con el número 0 indica una historia
con un nulo esfuerzo y un tiempo de desarrollo muy corto, mientras que la baraja con
el número 20 revela todo lo contrario, esta revela un mayor esfuerzo.
Es así como se pretende evaluar cada una de las historias de usuario utilizando
dicha técnica con el grupo de desarrolladores antes mencionados, con la finalidad de
recibir múltiples criterios del esfuerzo que tomaría cumplir con esa historia. De este
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
8
análisis se recolectaron los siguientes datos, los cuales se visualizan en la tabla 2.
Tabla 2
Resultados de estimación del tiempo
Nº
Historia de Usuario
Ponderación en
estimación
Tiempo
estimado
1
Desarrollo del Login
5
2 semanas
2
Diseño de bases de
datos
8
3 semanas
3
Perfil Usuario
5
2 semanas
4
Publicación vivienda
3
1 semana
5
Búsqueda vivienda
8
3 semanas
6
Método de comunicación
3
1 semana
7
Despliegue del sistema
8
3 semanas
Total
40 effort
15 semanas
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Para la ruta del proyecto se creó el diagrama de Gantt (Figura 2), ya que permite
realizar el seguimiento y control del progreso de cada una de las etapas de un proyecto
a lo largo de un período determinado, utilizando como base las actividades y su tiempo
de ejecución obtenido con la técnica Planning Póker, descrito en el apartado anterior.
Figura 2
Diagrama de Gantt
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
9
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
El modelo de proceso constituye “un conjunto de actividades, tareas y acciones
que se realizan con el fin de alcanzar el desarrollo completo de un proyecto, lo que
genera un flujo de cómo se llevan a cabo las actividades, desde su inicio hasta lograr
el objetivo del proceso” (García y García, 2018), para la representación del modelo
de procesos del presente proyecto se usó una notación BPMN (Notación de
modelado de procesos de negocios), la cual representa el flujo de acciones que
puede seguir un usuario durante su interacción con la aplicación, como se puede
observar en la Figura 3.
Figura 3
Diagrama BPMN
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
La interfaz del usuario es el canal de comunicación por donde la persona interactúa
con el sistema, por lo cual se debe crear una interfaz capaz de brindar una experiencia
de usuario gratificante, para su desarrollo se empleó la herramienta de Figma, basada
en la web, que ofrece trabajo colaborativo de próxima generación en la creación de
prototipos UI/UX.
La interfaz de Figma es muy parecida a otras aplicaciones como Sketch o Adobe
XD, ya que obtiene herramientas como formas, imágenes, componentes, librerías, y
hasta un feedback de los usuarios. A continuación, se presenta el mapa de navegación
figura 4, donde cada una de las pantallas lleva a una parte en específico de la
aplicación.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
10
Figura 4
Mapa de Navegación
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Iniciar Sesión: El usuario ingresa su correo electrónico y la contraseña, tal como se
visualiza en la figura 5.
Figura 5.
Inicio de sesión
Fuente: Captura de la app (2022).
Registrar: Se procederá a crear una cuenta, con los datos de nombre, apellido, correo
electrónico, número de teléfono móvil, la contraseña y confirmar la contraseña, que se
presenta en la figura 6.
Banner Principal: En la pantalla se mostrará la barra de navegación, donde se tienen
las opciones del botón de inicio, publicar, ajustes donde aparecerá la información de
los inmuebles disponibles, así como, el campo para buscar la información, que se
visualiza en la figura 7.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
11
Seleccionar Inmuebles: En esta pantalla, cuando el usuario selecciona un inmueble,
se mostrará la información del inmueble, como el título, foto, dirección, precios, etc.,
así como se presenta en la figura 8 y figura 9.
Contactar con el propietario: El usuario podrá seleccionar dos opciones para
comunicarse con el propietario, enviando un mensaje o llamando al propietario, como
se visualiza en la figura 10.
Publicación inmueble: El usuario podrá ingresar los datos de la información del
inmueble como: fotos, descripción, precio, dirección, número de teléfono, números de
dormitorios, baños, cocina y garaje. Creando un nuevo inmueble, el cual se mostrará
en el banner principal para ser consumido por otros usuarios, esto se visualiza en las
figura 11 y figura 12 (Jacome, 2022).
Barra de navegación: La pantalla mostrarán las opciones de menú como inicio,
publicaciones y ajustes, la cual se visualiza en la figura 13.
Ajustes: Esta pantalla (figura 14) (Jacome, 2022) mostrará las opciones como
cambiar contraseña, contactar con soporte, acerca de, ayuda y salir de la cuenta.
Para el desarrollo se utilizó las diferentes herramientas y tecnologías, la cuales, se
describen a continuación. Visual Studio Code se empleó utilizó como editor de código
fuente, ya que permite crear, modificar los programas y aplicaciones en diferentes
lenguajes y frameworks. La base de datos usada para el proyecto fue Firestore de
Firebase, el cual provee una plataforma digital para el manejo de la base de datos no
relacional o NoSQL. Todos los datos de la aplicación estarán almacenados en ella, al
igual que el manejo de sus usuarios lo estará en Firebase Authentication y Firestore
Database, otro recurso que brinda esta plataforma.
El lenguaje de programación fue Dart y framework es Flutter, ya que ofrece
incontables características, beneficios y facilidades para desarrollar una aplicación
multiplataforma, lo que significa que con el mismo código fuente se puede desarrollar
tanto para IOS como para Android, se ha escogido Flutter por ser un framework
potente que su compilación la hace en código nativo y su popularidad sigue en
aumento progresivo por todas las características que este ofrece.
Conclusiones
● Respecto al primer objetivo, este se refiere la especificación de requerimientos
funcionales mediante la técnica de observación seleccionando a una población
específica, la cual cumplió con criterios de inclusión y exclusión desarrollados por la
autora de la investigación, donde evidenció que existen escasas aplicaciones móviles
orientadas a inmuebles, de esta manera se seleccionaron 7 aplicaciones identificadas
como la población de estudio, mientras que los requerimientos no funcionales (diseño,
usabilidad, backups, seguridad) se tomaron en cuenta las características no
funcionales, dado que cumplieron con todos los parámetros establecidos y sirvieron
como referente para obtener los requerimientos funcionales y no funcionales de la
aplicación, donde se garantizan las necesidades del usuario.
● De acuerdo al segundo objetivo, referido al diseño de la aplicación con base a
los requerimientos funcionales y no funcionales, se desarrolló a través de técnicas
que se analizaron las historias de usuarios, con ello, se establecieron los diseños de
la arquitectura que se usó el patrón llamado BloC, interfaz del usuario se manejó la
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
12
herramienta Figma, bases de datos se empleó Firebase modelo de proceso se aplicó
la notación BPMN y el diagrama de clases se utilizó el lenguaje UML, los que sirvieron
como base para el desarrollo de la aplicación, generando como tal, una interfaz
intuitiva para el usuario la cual brinda un fácil manejo y alta eficiencia para la búsqueda
y publicación de inmuebles en Quito.
● Seguidamente, se desarrolló la aplicación para publicar y buscar viviendas en
alquiler en la ciudad de Quito, utilizando el framework Flutter que permitieron
implementar de manera rápida, estable y escalable la aplicación móvil, que junto a la
metodología ágil scrum se consiguió una correcta gestión en el proceso de
elaboración del producto de software.
● Finalmente, se realizaron las pruebas de la aplicación empleando recursos
propios del SDK Flutter, que ayudó a encontrar errores que se cometieron durante la
fase de desarrollo y corregirlos en un tiempo razonable antes de salir a la fase de
producción del sistema, los resultados se evidencian en capturas de pantalla para
garantizar la calidad del sistema.
Referencias
Arias G., F. (2012). El proyecto de investigación. Caracas - República Bolivariana de
Venezuela: Episteme.
BBC Mundo. (2015). BBC:
https://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/03/150313_economia_comprar_alqui
lar_vivienda_lf
Colque Nieves, S. (2019). Planificacion de Proyectos de Software. Obtenido de
https://www.studocu.com/bo/document/universidad-mayor-de-san-
andres/ingenieria-de-software-inf/2-planificacion-de-proyectos-de-software-
parte-1/8351934
El Universo. (2015). El Universo.
https://www.eluniverso.com/noticias/2015/03/16/nota/4670396/quito-ciudades-
latinoamericanas-donde-mas-se-alquila-
viviendas/#:~:text=Quito%2C%20entre%20las%20ciudades%20latinoamericana
s%20donde%20m%C3%A1s%20se%20alquila%20viviendas,-
Vivir%20en%20casa&text=
Fernández, C., Baptista, L., & Hernández, R. (2014). Metodología de la Investigación.
McGraw Hill.
García Peñalvo, F., & García Holgado, A. (2018). Obtenido de
https://repositorio.grial.eu/bitstream/grial/1142/1/IS_I%20Tema%203%20%20M
odelos%20de%20Proceso.pdf
García Peñalvo, F., García Holgado, A., & Vázquez Ingelmo , A. (2020). Obtenido de
https://repositorio.grial.eu/bitstream/grial/1942/1/4.%20Metodologi%CC%81a-
2020.pdf
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
13
Global Trust Association (2019). https://globaltrustassociation.org/es/la-tecnica-de-
planning-poker/
Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (2019). Ecuador en cifras:
https://www.ecuadorencifras.gob.ec/documentos/web-
inec/Estadisticas_Sociales/ENALQUI-2019/metodologia_enalqui.pdf
INEC. (2019). Obtenido de https://www.ecuadorencifras.gob.ec/documentos/web-
inec/Estadisticas_Sociales/TIC/2019/201912_Principales_resultados_Multip
roposito_TIC.pdf
Jacome, J. (2022). Figura 6. Registar [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen8.png
Jacome, J. (2022). Figura 7. Banner principal [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen9.png
Jacome, J. (2022). Figura 8. Selección de inmueble [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen10.png
Jacome, J. (2022). Figura 9. Descripción del inmueble [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen11.png
Jacome, J. (2022). Figura 10. Llamar al propietario [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen12.png
Jacome, J. (2022). Figura 11. Describir inmueble [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen13.png
Jacome, J. (2022). Figura 12. Describir inmueble 2
[Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen14.png
Jacome, J. (2022). Figura 13. Menú de navegación [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen15.png
Jacome, J. (2022). Figura 14. Ajustes [Image]. Recuperado de
https://github.com/gherrera2k1/articuloJacomeCastillo/blob/main/imagen16.png
Lázaro, F. B., Benjamín, d. A., & González, E. M. (2014).
Marrero, D. (2021). idealista/news. Obtenido de
https://www.idealista.com/news/inmobiliario/vivienda/2021/01/04/788345-el-
panorama-de-la-vivienda-en-europa-a-traves-de-las-estadisticas-de-eurostat
Menzinsky, A., & Gertrudis, L. (2018). Ingeniería de requisitos ágil. Scrum Manager.
Ponce, J. P. (2021). Mentinno - Formacion Gerencial Blog. Obtenido de
https://blog.formaciongerencial.com/ranking-redes-sociales-sitios-web-
aplicaciones-moviles-ecuador-2017/
Radigan, D. (2019). Obtenido de Atlassian Agile Coah:
https://www.atlassian.com/es/agile/project-management/estimation
Sandoval. (2017). El país. Obtenido de
https://elpais.com/internacional/2017/07/10/america/1499639266_947584.html
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
14
Implementación de automatización de apertura en un basurero, en
el distrito metropolitano de Quito
Implement the automation of opening a garbage dump in the metropolitan
district of Quito
Edison Alexander Jimenéz Cóndor
1
, Gerardo Moises Herrera Roldan
2
, Yemala
Castillo Brito
3
.
Resumen:
Un basurero inteligente es de suma importancia para mantener un correcto orden en
cualquier sitio en el que se encuentre, sobre todo ayuda a mejorar la calidad del medio
ambiente por los desperdicios que se producen día a día, lo que evita que los malos
olores, virus y parásitos se propaguen, a la vez que se minimiza el contacto con el
contenedor. El objetivo de la investigación es automatizar la apertura de un basurero
inteligente por reconocimiento de voz y detección de proximidad optimizando su
funcionamiento. Este estudio se enmarca en el paradigma positivista, descriptivo, con
diseño experimental y del tipo de campo, se utilizó la zona de impacto No. 9 del Distrito
Metropolitano de Quito (DMQ), para ello, se seleccionaron 50 personas como muestra
para la recolección de los datos. Se diseñaron dos basureros eléctricos que se abren
automáticamente, por reconocimiento de voz y un sensor de proximidad, el
reconocedor de voz cuenta con una palabra clave (open-abrir) para su respectiva
apertura, sin embargo, puede ser cambiada según su gusto ya que puede identificar
hasta 80 comandos diferentes. El sensor por proximidad funciona al acercar la mano
o inclusive cualquier objeto a un mínimo de 10 cm de distancia, uno de sus
transductores emite y el otro transmite; a su vez, se implementará un LCD en ambos
basureros que mostrará el estado en el que se encuentran, además, de una pequeña
cuenta regresiva para su respectivo cierre.
Palabras clave: Arduino, automatización, basurero, bioseguridad, electrónica,
inteligente, sensores.
Abstract:
A smart garbage can is of the utmost importance to maintain a correct order in any
place where it is located; above all, it helps to improve the quality of the environment
due to the waste that is produced every day, which prevents foul odors, viruses, and
parasites from spreading while minimizing contact with the container. The research
aims to automate the opening of an intelligent garbage can by voice recognition and
proximity detection, optimizing its operation. This study is part of the positivist,
descriptive paradigm, with an experimental design and the type of field. The impact
1
Tnlgo. en Automatización e Instrumentación.
2
Mg. en electrónica y automatización, https://orcid.org/0000-0001-6761-5227
3
Investigador independiente, Phd. en Educación, https://orcid.org/0000-0002-6500-0744
Autor de correspondencia: gherrera2k1@gmail.com
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
15
zone No. 9 of the Metropolitan District of Quito (DMQ) was used; for this, 50 people
were selected as a sample for the collection. of the data. Two electric garbage cans
that open automatically were designed with voice recognition and a proximity sensor;
the voice recognizer has a keyword (open-open) for its respective opening, howe.
However, it can be changed according to your taste since it can identify up to 80
commands. The proximity sensor will work when you bring your hand closer or even
any object at a minimum of 10 cm away; one transducer emits, and the other transmits;
in turn, an LCD will be implemented in both garbage cans that will show the state in
which they are, in addition to a small countdown for their respective closure.
Keywords: Arduino, automation, biosecurity, dumpster, electronics, sensors. smart,
Historial del artículo
Recibido para evaluación: 31 octubre 2022.
Aprobado para publicación: 15 noviembre 2022
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
16
Introducción
Hoy en día, la humanidad completa se está enfrentando a una realidad totalmente
diferente, tanto en avances tecnológicos como en el aspecto contaminante, se puede
afirmar que el humano ha contribuido con grandes inventos que han mejorado su
calidad de vida, más aún, en el campo tecnológico el cual, ha tenido gran impacto en
el mundo entero. Por el contrario, el los humanos se han encargado de crear un sin
número de tragedias ambientales, por ejemplo, los contaminantes y como resultado
la presencia y transmisión de virus y bacterias, tal es el caso del SARS CoV-2 que,
en estos últimos años, afectó y sigue afectando a millones de personas.
Dentro de esta nueva era, los impactos ambientales negativos, se basan
principalmente en aquellas actividades que los seres humanos realizan día tras día,
como resultado se enfrenta a diversas enfermedades e infecciones que podrían ser
mortales, como es el caso del virus llamado Covid-19, los cuales generalmente son
transmisibles por contacto directo e indirecto (Farzan, 2020). Pese a que existen
distintas maneras de contagio de virus y bacterias, hay que considerar los basureros
y más aún los públicos, por lo que se sugiere tener el menor contacto con los
basureros tradicionales.
Las ciudades inteligentes necesitan contenedores de basura inteligentes para
alcanzar una gestión óptima de la basura, según Zhu et al. (2019), esta administración
mejoraría los niveles de salud de la ciudadanía. El tratamiento inteligente de la basura
urbana es un componente importante de la creación de una ciudad inteligente y
también resuelve varios problemas asociados con disposición de la basura. Muchos
basureros tradicionales se distribuyen ampliamente, lo que resulta en un desperdicio
de recursos humanos y materiales.
En este contexto, Zhu, et al. (2019) proponen un sistema inteligente basado en la
computación de borde y el Internet de las cosas de banda estrecha (NB-IoT) para
monitorear contenedores de basura inteligentes (STC). Los botes de basura
inteligentes desplegados se distribuyen por toda la ciudad y están equipados con una
variedad de sensores, incluidos: el de compresión, de ubicación, infrarrojos y de
alarma. Los datos enviados desde los contenedores inteligentes se procesan
previamente a través de nodos de borde para la clasificación de datos y la transmisión
de prioridad, lo que reduce el ancho de banda de transmisión de red requerido, y las
tareas computacionales en el centro de datos centralizado.
Es importante destacar, que el NB-IoT es una tecnología de comunicación de
banda estrecha con bajo consumo de energía, amplia cobertura, bajo costo y gran
capacidad. Los resultados experimentales demostraron que el sistema STC tiene un
buen rendimiento y permite una gestión de la basura en las ciudades inteligentes.
Así mismo, Rahmayanti, Syani & Oktaviani, (2019), propuso crear un bote de
basura que pudiera determinar el tipo de residuo a desechar y disponerlo
automáticamente en el barril adecuado para ser implementado en una ciudad
inteligente basada en Arduino y Android, ya que el gobierno proporciona diferentes
botes de basura para que las personas puedan clasificar la basura según su tipo y de
esta manera poder reciclar los desechos. Sin embargo, hay algunas personas que no
cuentan con la información sobre en qué tinajas tienen que arrojar la basura, por lo
que al final la desechan en cualquier barril.
Dada las circunstancias actuales se hace necesario establecer un medio de
bioseguridad para precautelar la salud de la población y una ellas son, crear un
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
17
basurero de apertura automática (basurero inteligente), siendo una actividad
novedosa implementando la automatización de la misma en la ciudad de Quito.
De acuerdo a lo expuesto, en la investigación se planteó como objetivo general,
automatizar la apertura de un basurero inteligente por reconocimiento de voz y
detección de proximidad optimizando su funcionamiento, y para lograrlo se proponen
los siguientes objetivos específicos:
● Diagnosticar la necesidad de construir un basurero inteligente por
reconocimiento de voz y detección de proximidad, disminuyendo el contacto
físico y el contagio de enfermedades.
● Diseñar un software para la apertura de un basurero inteligente por
reconocimiento de voz y detección de proximidad, utilizando Proteus.
● Programar un software que permita el funcionamiento del basurero inteligente
por reconocimiento de voz y detección de proximidad, usando Arduino Studio.
Metodología
La presente investigación está enmarcada en un paradigma positivista, dado que
se realizó “siguiendo un proceso secuencial, organizado y riguroso para comprobar
una hipótesis o responder la pregunta de investigación de manera objetiva” (p. 12),
según lo sugerido por Castillo, Gómez, Taborda y Mejía (2021). Igualmente, el nivel
de la investigación es descriptivo, ya que según los autores mencionados estos
proyectos “miden la variable de estudio de manera independiente, centrándose en
develar información acerca del qué, cómo, cuándo y dónde ocurre el fenómeno
investigado para realizar una caracterización o descripción completa del mismo” (p.
15).
El diseño es experimental, ya que la investigación se llevó a cabo con la
manipulación de variables y la experimentación con las pruebas de la automatización,
y el tipo es de campo, ya que se recolectaron los datos directamente de los sujetos
investigados.
Para la muestra se consideró en la investigación la zona de impacto No. 9 del
Distrito Metropolitano de Quito (DMQ), por la cantidad de personas que residen en el
mismo se considera una población infinita, por lo que se calculó la muestra con la
fórmula propuesta por Arias y Covinos (2021), resultando 50 personas.
Se utilizó como técnica, la encuesta, a la que (Hernández & Chacón, 2019, pág.
14) la definen como una “técnica primaria de obtención de información sobre la base
de un conjunto, objetivo, coherente y articulado de preguntas, que garantizaron que
la información proporcionada por una muestra pueda ser analizada”. Se elaboraron
ocho 8 preguntas con el propósito de reunir los datos requeridos y proceder a realizar
su respectivo análisis. Las preguntas tienen un orden y contienen las opciones de
respuestas para seleccionar la que consideren pertinente y se presenta a
continuación en el recurso en línea (Jiménez, 2022a).
Es importante mencionar que el instrumento fue validado por tres expertos en
el área temática, quienes se encargaron de revisarlo y aprobarlo, para luego ser
aplicado empleando la herramienta Google forms. Dado que la investigación se centró
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
18
en el enfoque cuantitativo, los datos obtenidos se analizaron empleando la estadística
descriptiva, y los resultados se presentaron mediante tablas de frecuencia.
Resultados
Los resultados reflejan de forma clara, objetiva e imparcial los hallazgos obtenidos
en el proceso de investigación, en concordancia con cada objetivo específico
planteado, logrando cumplir con el objetivo general, apoyados con representaciones
gráficas y el análisis estadístico. Es importante mencionar que para el desarrollo de
la investigación se procedió a ejecutar las fases descritas a continuación:
1. Investigación previa para poder definir y evaluar el mejor método de construcción
del basurero inteligente con respecto al circuito.
2. Investigación de comandos para la construcción del programa que servirá como
base para el microcontrolador del basurero inteligente.
3. Simulación en Proteus del circuito para comprobar su correcto funcionamiento.
4. Búsqueda de materiales de distintos proveedores para evaluar los mejores
precios.
5. Construcción y verificación física del funcionamiento del circuito.
6. Ensamblaje del basurero inteligente.
Resultados del diagnóstico / diseño
El diagnóstico se realizó a través de una encuesta, donde se obtuvieron los
resultados descritos a continuación:
Con respecto al género de las personas no hubo diferencias significativas dado
que el 50% de los encuestados fueron mujeres y el otro 50% hombres. El 30% de los
encuestados tiene ocupación de vendedor y el 20% son choferes, el resto está
repartido equitativamente entre costurera, albañil, deportistas y personal de
seguridad. A la pregunta de dónde arrojan la basura, el 60 % de las personas
afirmaron que la arrojan en el basurero, el 30% en un tacho de basura, y el 10% en
un contenedor, así mismo, el 90% indica siempre arrojar los desechos al basurero.
De igual manera, 90% afirmó tener contacto con el basurero y por esto consideran
estar en riesgo de contraer bacterias.
Por su parte, el 100% de los encuestados manifestaron que les agradaría tener un
basurero inteligente, el 90% de las personas piensan que un basurero con apertura
automática disminuiría el contagio de bacterias, hongos, virus y parásitos. Igualmente,
el 70% mostró preferencia por el basurero con apertura por reconocimiento de voz y
el resto prefieren un basurero con apertura por aproximación.
Por lo tanto, para el software que realice la apertura de un basurero inteligente, se
procedió en primera instancia a elaborar un diseño para su funcionamiento, tanto con
reconocedor de voz como con sensor de proximidad. Con respecto al primer caso, se
inicia el reconocedor de voz con el Arduino, luego el usuario ejecuta los comandos de
voz, mientras el equipo está en un ciclo de espera por recibir órdenes de voz, después
el equipo, verifica el comando de abrir, para lo cual, ordena el encendido del
servomotor, éste abre la tapa del basurero, y posteriormente espera 3 segundos para
ordenar con el servomotor cerrar la tapa, mientras un display LCD muestra los
segundos que resta abierto, y finalmente, espera por una nueva orden de voz. Este
proceso se representó a través del diagrama de flujo como se observa en la Figura 1.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
19
Figura 1
Diagrama de funcionamiento del basurero con reconocedor de voz
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Así mismo, se analizó el proceso para el funcionamiento del basurero con sensor
de proximidad, en este caso, inicia el reconocedor de proximidad con el Arduino, luego
el usuario se acerca al basurero encontrándose a una distancia de 10 cm, mientras el
equipo está en un ciclo de espera por un obstáculo frente al basurero de 10 cm, luego
el equipo, verifica la distancia máxima de 10 cm al obstáculo, y ordena encender el
servomotor, el cual, abre la tapa del basurero, y posteriormente espera 3 segundos
para concretar con el servomotor cerrar la tapa, mientras simultáneamente un display
LCD muestra los segundos restantes con la tapa abierta, y finalmente espera por un
nuevo obstáculo a la distancia máxima mencionada. Este proceso se representa en
el siguiente diagrama en la Figura 2.
Figura 2
Diagrama de funcionamiento del basurero con sensor de proximidad
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
20
Es importante mencionar, que al ensamblar el equipo se observó que en algunas
oportunidades se colgaba el programa, por lo hubo que crear unos tiempos de espera
(delay) para que existiera una comunicación bidireccional entre el reconocedor de voz
y el Arduino.
Una vez finalizado el diseño, se procedió a realizar una simulación electrónica del
basurero inteligente antes de ensamblar, para este fin se utilizó el programa Proteus,
que permitió verificar la funcionalidad de los requerimientos. Estos resultados pueden
observarse en la Figura 3, usando un sensor de proximidad y también en la Figura 4,
empleando reconocimiento de voz, igualmente se encuentra el programa en el
repositorio Github (Jiménez, 2022b).
Figura 3
Diagrama de simulación del basurero con sensor de proximidad en Proteus
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Seguidamente, una vez que fueron verificadas las funcionales en el simulador, se
procedió a realizar el presupuesto para construir el basurero inteligente, considerando
los costos de producción, siendo éstos con los renglones de costos directos,
indirectos y mano de obra, calculando un monto de aproximadamente $200 por
basurero a programar.
Figura 4
Diagrama de simulación del basurero con reconocedor de voz en Proteus
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
21
Para la programación del software de control del basurero inteligente se consideró
Arduino Studio, utilizando las librerías de Lenguaje C++ propuestas para tal fin. La
tecnología desarrollada cuenta un programa para la apertura automática de detección
de proximidad y uno con reconocimiento de voz y de esta manera se disminuye
considerablemente el contacto físico persona – basurero. El programa desarrollado
se encuentra en el repositorio de versiones GitHub, en el siguiente enlace (Jiménez
& Herrera, 2022a).
Pruebas en la implementación
Es importante mencionar que, durante las pruebas del programa para medir la
funcionalidad, se identificó que el servomotor que levanta y cierra la tapa del basurero
de 9,4 Kg/cm
2
,
no cumplió con las expectativas por lo que se requirió sobrecargar
aplicando seis (6) voltios con lo que se obtienen 11 Kg/cm
2
. aunque mejoró la
velocidad con la que manipula la tapa, no se adquirió la fuerza suficiente para lograr
el objetivo planteado. En la Figura 5, se muestra el prototipo ensamblado.
Figura 5
Producto terminado del basurero con reconocedor de voz
Fuente: Fotografía tomada por los autores (2022).
Por último, se elaboró un manual para el uso correcto del software, el cual tiene
como finalidad mostrar las bondades y funcionalidades de la aplicación, una guía de
cómo usarla, y donde se explica cada elemento que se visualiza en el mismo. Este
manual se encuentra alojado en el siguiente repositorio (Jiménez & Herrera, 2022b).
Discusión
En la investigación se procedió a construir el programa para el basurero con
algoritmos para la apertura por reconocimiento de voz y con sensor por aproximación
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
22
utilizando Android studio, tal como lo propusieron Azmi, William, Salim, Hartanto, &
Tham (2019), quienes desarrollaron botes de basura inteligentes con un sensor de
proximidad (ultrasónico) para detectar la altura de la basura, el sensor PIR (Passive
Infra Red) para detectar la presencia humana y Arduino como centro de
procesamiento de datos.
Igualmente, Verma & Shukla (2021), crearon un sistema de monitoreo de
basura para mejorar la gestión de los desechos y aumentar la limpieza en la sociedad,
utilizando Smart Trash Can con un sensor ultrasónico Arduino, tal como se realizó en
esta investigación, sin embargo, le adicionaron un detector de incendios.
Conclusiones
Una vez concluida la investigación, se logró identificar, en primera instancia, que el
basurero inteligente tiene una gran aceptación por parte del público y lo consideran
muy atractivo a la hora de depositar los diferentes tipos de desechos, ya que
disminuye el contacto físico al tratar de abrir la tapa del tacho, todo ello, debido a que
la apertura se realizará mediante reconocimiento de voz y por detección de
proximidad. También cuenta con un display (LCD) que muestra el estado en el que
se encuentra el basurero. Este tipo de proyectos se ha hecho muy importante en los
últimos tiempos dado que apunta al mejoramiento del medio ambiente empleando con
el avance tecnológico en las ciudades.
Con respecto al diseño, se puede indicar que se observó una discrepancia entre lo
simulado y el prototipo ensamblado. En lo atinente a la situación presentada con el
servomotor se recomienda insertar en la placa del basurero un divisor de voltaje o un
reductor de voltaje para que se utilice una sola fuente de poder de 6v, ya que se tendrá
que repartir los 5v en el Arduino y los 6v en el servomotor en caso de utilizar el modelo
MG996R y no tenga la suficiente fuerza de torque para abrir la tapa del basurero.
según lo indicado por Ali et al. (2022), dado que describen el proceso de seleccionar
adecuadamente el servomotor.
Declaración de conflicto de intereses
Esta investigación fue autofinanciada.
Referencias
Ali, A. H., Kazmi, S. M. H., Poonja, H. A., Khan, H., Shirazi, M. A., & Uddin, R. (2022).
Motor Parametric Calculations for Robot Locomotion. Engineering Proceedings,
20(1), 8.
Arias Gonzáles, J. L., & Covinos Gallardo, M. (2021). Diseño y metodología de la
investigación.
Azmi, F., William, W., Salim, K. K., Hartanto, T. T., & Tham, F. (2019). Design of Smart
Trash Can Using Fuzzy Logic Algorithm Based on Arduino. JOURNAL OF
INFORMATICS AND TELECOMMUNICATION ENGINEERING, 3(1), 150-154.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
23
Castillo, B. E., Gómez, R. J., Taborda, Q. L., & Mejía, M. A. (2021). ¿Cómo Investigar
en la UNIB.E? (Primera ed.). Quito: Qualitas.
Hernández-Vásquez, A., & Chacón-Torrico, H. (2019). Manipulación, análisis y
visualización de datos de la encuesta demográfica y de salud familiar con el
programa R. Revista peruana de medicina experimental y salud pública, 36, 128-
133.
Jiménez, E. (2022a). Encuesta para la Papelera Inteligente. Github.
https://github.com/gherrera2k1/papelera_intelligente/blob/main/Encuesta.pdf
Jimenez, E. (2022b). Papelera Inteligente. Github.
https://github.com/gherrera2k1/papelera_intelligente
Jiménez, E., & Herrera, G. (2022a). Programación de la Papelera Inteligente. Github.
https://github.com/gherrera2k1/papelera_intelligente/blob/main/trabajo%20de%20titutla
cion.pdsprj.zip
Jiménez, E., & Herrera, G. (2022b). Manual de funcionamiento de la Papelera Inteligente.
Github.
https://github.com/gherrera2k1/papelera_intelligente/blob/main/Manual%20para%20un
%20correcto%20uso%20y%20mantenimiento%20del%20basurero%20Automatizado.p
df
Rahmayanti, H., Syani, Y., & Oktaviani, V. (2019). Prototype Smart Trash Can for
Implementation Smart Environment in the Smart City based on Arduino and
Android. KnE Social Sciences, 618-624.
Verma, P., & Shukla, A. K. (2021, August). Smart Trash Can System with Ultrasonic
Sensor and Flame Detector using Arduino. In 2021 8th International Conference
on Signal Processing and Integrated Networks (SPIN) (pp. 934-937). IEEE.
Verma, P., Shukla, A. K., & Kaur, S. (2021, September). Arduino Sigfox in Smart Trash
Can System. In 2021 9th International Conference on Reliability, Infocom
Technologies and Optimization (Trends and Future Directions)(ICRITO) (pp. 1-
4). IEEE.
Zhu, Y., Jia, G., Han, G., Zhou, Z., & Guizani, M. (2019, June). An NB-IoT-based smart
trash can system for improved health in smart cities. In 2019 15th International
Wireless Communications & Mobile Computing Conference (IWCMC) (pp. 763-
768). IEEE.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
24
Ubicación e identificación de microorganismos capaces de
autoreparar fisuras en mezclas de concreto
Location and identification of microorganisms with the capacity to self-healing
cracks in concrete mixes
Ing. Orlando Gabriel Da Silva De Sousa
1
1
Resumen:
El concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo, pero es propenso
a las grietas, exponiendo así a las bacterias que habitan en él principalmente a elementos
como el agua. Se mezcla el concreto tradicional con cepas de la bacteria del género
Bacillus que en su forma esporulada pueden habitar incluso en ambientes tan hostiles
como cráteres de volcanes activos. La humedad que penetra las fisuras activas a los
microorganismos que comienzan a alimentarse del lactato de calcio presentes en la
mezcla, y como producto final de su digestión secretan piedra caliza, autoreparando
dichas fisuras. La investigación cuenta con un diseño observacional bajo una tipología
documental de campo, inicialmente se recolectaron muestras significativas de suelo, en
los terrenos de la empresa Venezolana de Cementos S.A.C.A., donde se tomaron un
total de ocho (8) muestras de forma aleatoria en gran parte del cerro gordo desde la cota
620 hasta la cota 790, de suelo y roca en estado natural sobre la superficie del yacimiento
perteneciente a la formación geológica Carorita, las cuales, poseen un gran porcentaje
de carbonato de calcio, sílice y alúmina según datos aportados por la sala de ingeniería
de la empresa. Los resultados de los análisis realizados indican que las bacterias
presumiblemente tienen la capacidad de adaptarse al medio, multiplicarse y
potencialmente, en presencia de lactato de calcio, pudieran liberar como producto de su
metabolismo, carbonato de calcio, material que serviría para auto reparar fisuras.
Palabras clave: Bacterias, concreto, autorreparación, fisuras.
Abstract:
Concrete is the most widely used construction material in the world, but it is prone to
cracking, thus exposing the bacteria that inhabit it mainly to elements such as water.
Traditional concrete is mixed with strains of bacteria of the Bacillus genus, which in their
1
Ingeniero Civil (UCLA) / Ingeniero Mecánico (UNEXPO). Docente Universitario UCLA / UNEXPO.
Autor de correspondencia: orlandogabrieldasilva@gmail.com
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
25
sporulated form can even inhabit environments as hostile as craters of active volcanoes.
The humidity that penetrates the fissures activates the microorganisms that begin to feed
on the calcium lactate present in the mixture, and as a final product of their digestion they
secrete limestone, self-repairing said fissures. The research has an observational design
under a documentary field typology, initially significant soil samples were collected on the
land of the company Venezolana de Cementos S.A.C.A. A total of eight (8) samples were
taken randomly in a large part of Cerro Gordo from elevation 620 to elevation 790, of soil
and rock in a natural state on the surface of the deposit belonging to the Carorita
geological formation, which have a large percentage of calcium carbonate, silica and
alumina according to data provided by the company's engineering room. The results of
the analyzes carried out indicate that the bacteria presumably have the ability to adapt to
the environment, multiply and potentially, in the presence of calcium lactate, could release
calcium carbonate as a product of their metabolism, a material that would serve to self-
repair fissures.
Keywords: Bacteria, concrete, self-healing, fissures.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
26
Introducción
Entre los primeros hallazgos obtenidos por los científicos está que existen varios
gases de tipo invernadero responsables del calentamiento que el sector de la
construcción emite en una variedad de formas. La mayoría provienen de vehículos,
fábricas, construcción, y producción de electricidad. Otra forma de contribuir con el
calentamiento global o incremento de la temperatura ambiental es mediante la emisión
de Dióxido de Carbono, el cual se estima que 5% de éste proviene de la producción de
cemento (Chatham House, 2018). El concreto es un material aglomerante, que a medida
que pasan los años de servicio presenta diversas fallas que van desde fisuras en las
paredes de una edificación, hasta las que puedan comprometer la resistencia del
material, afectando la integridad de la superestructura (Gutiérrez, 2021).
Estas pueden derivar desde una sencilla molestia para el usuario, al colapso parcial o
total de la estructura, pudiendo resultar en heridas, lesiones e incluso la muerte de seres
humanos. Actualmente, no se evidencia la importancia que tiene el empleo de
biomateriales en la ingeniería civil, limitándose exclusivamente a producir grandes
cantidades de concreto sin importar las consecuencias futuras sobre el medio ambiente,
y por lo tanto en el ser humano. La microbiología aplicada, mediante un proceso natural
que se conoce como biomineralización, utilizado para evitar el desprendimiento, la
pulverización y la descamación de las fachadas de piedra calcárea ocasionados por la
contaminación y la exposición natural al clima; pudiera contribuir a encontrar una posible
solución.
El Carbonato de Calcio de origen bacteriano se aplica como aditivo biológico para
mejorar las propiedades físico-mecánicas (tamaño del poro, resistencia y durabilidad) y
conductividad térmica del concreto armado, sin causar efectos secundarios, ni
coloración, formación de sales residuales o interferencia con el intercambio gaseoso del
material con la atmósfera. Igualmente, la aparición de estas fisuras, en muchas
ocasiones obliga a que los ingenieros exijan mayores cantidades de acero reforzado en
sus cálculos, sobre diseñando la estructura, lo que incurre en un incremento en el peso
de la estructura y el consecuente aumento en los costos finales de producción (Kadapure
y Deshannavar, 2021).
Existe además el caso de detección tardía de la falla que por corrosión deteriora el
material por una reacción química de tipo Óxido-Reducción, disminuyendo el área de la
sección del acero (González, 2020), por lo tanto, crea una disminución de la capacidad
portante del miembro que se está considerando, que genera consecuencias no
solamente en el ámbito económico, sino también en la seguridad y bienestar del ser
humano. Del mismo modo, la resistencia y durabilidad de los elementos estructurales en
concreto armado que presentan fisuras ocasionadas por factores ambientales, mal
curado, retracción, dosificación incorrecta, entre otros; lo que permite la entrada de
humedad en éste y al llegar al acero de refuerzo se corroe, acelerando la aparición de
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
27
este tipo de daño.
Las grietas en el concreto, si bien, disminuyen proporcionalmente en la medida en que
la obra sea correctamente ejecutada, difícilmente pueden ser eliminadas totalmente. Es
por eso que se recurre al estudio patológico correspondiente, y este determinará la
terapia más adecuada para el problema (reparación, restauración, refuerzo) o la
demolición parcial o total del elemento sometido a cualquier proceso de corrosión, sin
embargo estas soluciones suelen ser costosas. El agrietamiento es una de las principales
causas de deterioro del hormigón, lo que permite la entrada de productos químicos y
puede provocar la pérdida de las propiedades físico-mecánicas y de durabilidad de las
estructuras de hormigón.
Para proteger, reparar y rehabilitar estructuras de hormigón, se ha practicado
comúnmente la aplicación de diferentes agentes de recubrimiento y selladores de
superficie, agentes aglutinantes, así como adhesivos (Sotomayor ,2020). Aunque tales
técnicas han sido aplicables en su mayoría, debido a su diferencia de mecanismo
inherente, los principales desafíos, como la delaminación y la falta de rentabilidad, han
resultado en la búsqueda de métodos alternativos de sellado de grietas o autocuración.
Uno de los nuevos mecanismos de autorreparación es el uso de la precipitación de calcita
inducida por bacterias en mezclas de hormigón para curar las grietas del hormigón.
En esta técnica, la mineralización bacteriana (biomineralización) se realiza mediante
la descomposición de la urea y el calcio para producir carbonato de calcio (CaCO
3
), que
puede rellenar grietas (González et al., 2018). Para revisar los mecanismos que
gobiernan esta precipitación, este artículo tiene como objetivo presentar un análisis en
profundidad de la biomineralización, la precipitación de CaCO
3
, las propiedades físico-
mecánicas, de durabilidad y microestructurales del concreto bacteriano. Para ello, se han
revisado artículos de investigación y se recopilan, proporcionan y analizan sus datos,
incluidos los tipos y dosis de bacterias, las proporciones de la mezcla, así como el
resultado de las pruebas mecánicas y de durabilidad.
Según esta revisión, se encuentra que la biomineralización depende principalmente
de factores como el método de aplicación y la preservación constante de las bacterias
vivas. Además, se encuentra que el impacto ambiental del concreto bacteriano está
directamente relacionado con el contenido de urea en la mezcla de concreto. En las
últimas décadas, las principales técnicas de reparación, como el uso de curación
autógena de partículas de cemento sin reaccionar (especialmente en estructuras de
concreto de ultra alto desempeño) y la adición de resinas poliméricas (por ejemplo, epoxi,
poliéster, y viniléster), adhesivos, productos químicos impermeabilizantes y agentes
aglutinantes alternativos (p. ej., materiales activados con álcali) (Ghosh, 2008).
Sin embargo, en numerosos casos, la falta de rentabilidad, las altas implicaciones
ambientales, la falta de una zona de transición interfacial (ITZ) coherente y homogénea,
los problemas de delaminación (especialmente para materiales basados en polímeros) y
los desafíos para aplicaciones reales in situ (p. ej., manipulación de activador líquido para
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
28
materiales activados con álcali) han creado un dilema para elegir la técnica de reparación
más adecuada. Aunque recientemente se han realizado algunos estudios de revisión
sobre la producción y aplicación de hormigón bacteriano, por ejemplo, Rauf (2020) y
Ehrlich (2019), la mayoría de ellos se han centrado principalmente en el efecto directo
de la inclusión bacteriana en las propiedades mecánicas del hormigón.
Además, ignoraron por completo las propiedades microbiológicas y de durabilidad y la
caracterización del concreto bacteriano, y simplemente informaron las propiedades
mecánicas mejoradas como resultado de la incorporación de cepas bacterianas.
Martirena (2019), por ejemplo, revisó el mecanismo de autocuración bioinfluenciado en
el hormigón y se centró principalmente en evaluar las pruebas realizadas y descubrir
lagunas en la investigación en esta área, pero no pudo proporcionar un análisis en
profundidad de las propiedades del hormigón. (Gupta 2007) reviso y destaco cuatro
aspectos clave que determinan la eficacia de las propiedades de autorreparación
bacterianas, incluida la encapsulación, la supervivencia de las cápsulas durante el
mezclado del concreto, el efecto de la adición de bioagentes en las propiedades del
concreto y la capacidad de sellado.
No obstante, en este estudio de revisión no se proporcionaron la durabilidad mecánica
ni las propiedades microestructurales del hormigón que contiene agentes bacterianos.
La presente investigación se desarrolla en los laboratorios de microbiología del decanato
de Ciencias de la Salud de la Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado, ubicada
en el centro de la ciudad de Barquisimeto, estado Lara, Venezuela. Luego de estudiar
las posibles zonas en donde se presume la presencia de microorganismos capaces de
producir un material similar a la calcita (material rocoso de alta resistencia), se determinó
estudiar suelos pertenecientes a tres lugares claves como lo son: las minas de material
rocoso para la fabricación de cemento ubicada al norte de la ciudad de Barquisimeto, en
la intercomunal Barquisimeto-Duaca, terrenos pertenecientes a la empresa venezolana
de cementos SACA.
Se seleccionó una calera de cal ubicada en la población de Yaritagua, estado
Yaracuy, perteneciente a Maxical C.A., así como las arenas usadas para trabajos de
albañilería que se extraen en la cuenca del Rio Turbio, en la intercomunal Barquisimeto-
Acarigua las cuales son comercializadas por la arenera Rio Turbio CA. En ese sentido,
el presente artículo tiene el propósito de determinar la presencia de microorganismos
autor reparadores en el concreto. Este estudio de investigación primero proporciona un
análisis en profundidad del fondo microbiológico del concreto bacteriano, para luego
enfocarse en los tipos y la cantidad de cada variable de la mezcla, su proporción y los
respectivos resultados sobre las propiedades físico-mecánicas y de durabilidad. Al
hacerlo, se evaluaron estudios de investigación y se recopilaron y proporcionaron sus
datos de diseño de mezcla, así como los resultados de las pruebas.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
29
Metodología
La investigación cuenta con un diseño observacional bajo una tipología documental
de campo, donde inicialmente se recolectaron muestras significativas de suelo en cada
uno de los lugares escogidos, en el caso de los terrenos de la empresa Venezolana de
Cementos SACA. se tomaron un total de ocho (8) muestras de forma aleatoria y en gran
parte de la extensión del cerro gordo desde la cota 620 hasta la cota 790, de suelo y roca
en estado natural sobre la superficie del yacimiento perteneciente a la formación
geológica Carorita. Estas muestras poseen un gran porcentaje de carbonato de calcio,
sílice y alúmina según datos aportados por la sala de ingeniería de la empresa. En el
caso de la calera de cal se tomó una (1) muestra representativa de la extracción en el
yacimiento, esta presenta una gran pureza en carbonato de calcio. Por último, se tomó
una (1) muestra de las arenas extraídas en la cuenca del rio Turbio para su análisis.
Figura 1
Toma de muestra en venezolana de cementos S.A.C.A.
Fuente: Fotografía tomada por el autor (2022).
Las muestras recolectadas para ser estudiadas microbiológicamente se recogieron en
frascos de vidrio de fácil esterilización, boca ancha y de capacidad de 400gr,
cuidadosamente lavados y aclarados, debidamente tapados y rotulados según el sector
donde se tomó. Los frascos utilizados para la toma de muestras se mantuvieron con las
tapas cerradas y se retiró hasta el momento de tomar las muestras para evitar
contaminación en la misma. Al momento de encontrar el sitio apropiado para la toma de
la muestra con la ayuda de una piqueta se desprendió granos de la superficie, se abrió
el frasco y tomó la muestra, en este caso perturbada uno, de aproximadamente 350gr
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
30
con una espátula dejando un espacio de aire libre dentro de la botella de 2,5cm para
facilitar la mezcla por agitación antes de proceder al estudio, luego se selló
herméticamente para mantener la humedad presente en el suelo. Por último fueron
rotuladas para su identificación según el sector donde se recolecto, cota y número de
muestra.
Las muestras fueron almacenadas y transportadas a temperatura ambiente, evitando
su exposición directa a la luz solar. Para este tipo de muestra no es necesario su análisis
y estudio en el laboratorio de forma inmediata, se puede almacenar un tiempo sin que
está presente distorsiones o cambios para el momento de su estudio. El análisis
Microbiológico permitirá conocer a partir de las muestras tomadas en la cementera, la
calera y la arenera; observar y analizar la presencia o ausencia de microorganismos
(para nuestro caso bacterias), para luego aislarlas con el uso de cultivos en agares
nutritivos o caldos enriquecidos, para posteriormente aplicar pruebas microbiológicas
para describirlas macroscópicamente, microscópicamente y determinar su capacidad de
auto reparar fisuras.
Preparación de las bases para medio de cultivo.
Medio Solido: Para el pre-enriquecimiento se utilizó como primer paso para verificar
la presencia o no microorganismos en las muestras tomadas, medios de Agar Sangre,
por ser un medio rico en nutrientes, siendo adecuado para el cultivo de los diversos
microorganismos exigentes. A continuación, se muestra los materiales y procedimiento
empleados para su preparación:
Agar Sangre (Bacto Blood Agar Base): Es un medio de infusión al cual se le añade
sangre para aislar y cultivar organismos fastidiosos. El pH, ligeramente ácido, de la base
favorece reacciones hemolíticas precisas.
Materiales: Mechero, recipiente, autoclave, varilla mezclada, placa Petri o tubo de
ensayo.
Procedimiento:
Se Suspende 40gr de Bacto Agar en 1 litro de agua destilada o desionizada y se
calienta hasta la ebullición para que se disuelva completamente.
Se esterilizó en autoclave durante 15 minutos a 15 lb de presión (121˚C), se enfrió a
45-50˚C.
Luego se añadió asépticamente un 5% de sangre estéril, desfibrada, a temperatura
ambiente y se mezcló homogéneamente.
Se dispensó en placas Petri o Tubos.
Por último, se dejó solidificar a temperatura ambiente.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
31
Figura 2
Muestra 1 en Agar Sangre
Fuente: Fotografía tomada por el autor (2022).
Caldo de cultivo de Pre-enriquecimiento.
Caldo Soya Tripticasa: Como era objeto de interés estudiar en que medio se
desarrollaban mejor las bacterias presentes en las muestras, se realizó un pre-
enriquecimiento en algunas de las muestras que resultaron de interés con caldo soya
Tricticasa, por ser un medio con muchos nutrientes, siendo adecuado para el cultivo de
los diversos microorganismos. A continuación se muestran los materiales y
procedimientos empleados para su preparación:
Materiales: Mechero, recipiente, autoclave, varilla mezclada, tubo de ensayo.
Figura 3.
Agar+ Tierra Muestras (imagen izquierda) y Caldo Soya Tricticasa (imagen derecha)
Fuente: Fotografía tomada por el autor (2022).
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
32
Procedimiento:
Se disolvió la cantidad apropiada de medio deshidratado en 1 litro de agua destilada
o desionizada, calentando ligeramente para disolver por completo.
Se dispensó en tubos de ensayo.
Se esterilizó en autoclave durante 15 min a 15lb de presión/pul
2
y (121˚C), se enfrió a
45-50˚C.
Cultivo primario no selectivo de las bacterias presentes en las muestras.
Las nueve (9) muestras tomadas identificadas anteriormente, las prepararon para ser
sembradas en los medios de cultivos enriquecidos, en este caso, no selectivo para
observar la presencia de los diversos microorganismos presentes en la esta, utilizando
en método de siembra en superficie.
Método de siembra en superficie.
Materiales: Aplicador de madera, agar sangre, placa de muestra, asa bacteriológica,
microscopio.
Procedimiento:
Este método se caracteriza porque durante la incubación las colonias crecen en la
superficie del agar. Para comenzar el proceso de aislamiento de las bacterias que se
presume están contenidas dentro de las muestras tomadas en los envases sellados
herméticamente, se procedió a mezclar de forma individual, independiente y alrededor
de toda la muestra con el uso de un aplicador de madera, luego se punzó en distintos
puntos de la misma para tomar una muestra representativa de cada envase.
Seguidamente, se procedió a sembrar directamente la muestra tomada por estriado y
agotamiento en agar sangre por ser un medio sólido con muchos nutrientes favorables
para el desarrollo de las bacterias, se incubaron por un periodo de 24 horas en una
incubadora a 37 ˚C de temperatura o hasta observar la presencia de colonias
bacterianas, esto se hace con el objetivo de encontrar colonias de bacterias viables,
aquella que es capaz de dividirse para dar lugar a la descendencia, y por tanto capaz de
generar colonias en la superficie del medio de cultivo, posterior al tiempo de cultivo con
ayuda de la asa bacteriológica se tomó una pequeña muestra de cada una de las colonias
de bacterias que fueron visibles a simple vista en el medio de agar sangre. El
procedimiento se describe en forma general:
• Se utilizaron placas previamente preparadas y mantenidas a 37˚C,
que contienen el medio de cultivo solidificado (unos 20 ml/placa).
• Se depositó en la superficie del agar 0,1 ml de la muestra o de cada
dilución.
• Seguidamente, se procedió a extender dicha muestra sobre toda la
superficie de las placas, usando un asa bacteriológica estéril.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
33
• Se esperó 2 o 3 minutos a que se secara el inóculo.
• Se invirtieron las placas y se llevaron a incubar a 35 +/- 2˚C durante
24 horas.
Cultivo selectivo de las bacterias presentes en las muestras
Una vez que observaron que las colonias han crecido por incubación, era necesario
su confirmación y aislamiento selectivo, esto se realiza con técnicas de transferencias,
para estudiar una especie o forma de interés para el estudio en específico. En las
muestras provenientes de los medios líquidos de caldo soya tripticasa, el inóculo se tomó
agitando el suavemente el asa dentro del mismo, quedando la muestra adherida por
tensión superficial en el extremo del filamento del asa de siembra. Si el medio era sólido
(caso agar sangre) y se encontraba en la superficie de la muestra a sembrar (placa Petri),
se tomó una pequeña porción de cultivo mediante un ligero roce con el asa de siembra.
Si la muestra se encuentra en la profundidad del agar (tubo con agar en pico de flauta),
se hunde el filamento dentro del medio hasta tomar una pequeña porción de la misma.
Por último, se flamea la boca del tubo antes de taparlo y se coloca en el soporte
necesario.
Procedimiento de Transferencia
Para medio líquido:
• Se tomaron los dos tubos, el que contiene el medio de cultivo sin
sembrar y el que contiene los microorganismos a transferir, se toman con
una mano, con las bocas colocadas a la misma altura.
• Se sostienen con los dedos índice, medio y anular apoyándolos en el
dedo meñique, y se los sujeta con el dedo pulgar muy cerca de la base
para permitir la visualización de toda la superficie del cultivo.
• Con el dedo pulgar e índice (como un lápiz) de la otra mano, se toma
la pipeta estéril, la aguja o asa (lupa) y se esterilizo en el mechero.
• Se destaparon los tubos con los dedos libres de la mano que sujeta
el asa, de la siguiente manera: el tapón del tubo más alejado del operador
(que es el que contiene la muestra) entre el dedo meñique y la palma de
la mano; el tapón del tubo más cercano al operador (que contiene el
medio de cultivo estéril) entre el meñique y el anular.
• Se flamearon las bocas de los tubos, se tomó el inóculo; se sembró;
se flamearon nuevamente las bocas de los mismos y se taparon
respetando las procedencias de los tapones y se quema el asa.
En el caso que el inóculo proceda de un medio líquido, antes de realizar la
transferencia se debió agitar el tubo para poner en suspensión a los microorganismos
que pudieran estar depositados. Si la siembra se realizó en medio líquido, se agito el
tubo sembrado para distribuir homogéneamente el inóculo. Para realizar la agitación se
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
34
tomó el tubo cerca del extremo superior con los dedos índice y pulgar y se golpeó
suavemente la base del mismo sobre el dedo índice de la otra mano con una amplitud
de 5cm. Otra forma consistió en hacer rotar los tubos entre las palmas de las manos.
Para medio solido:
Cuando el medio de cultivo a sembrar era sólido, según fuera el caso, se sembró en
superficie, en profundidad o en profundidad y superficie.
En superficie:
Por estría: se introdujo el asa en anillo o aguja en el tubo de agar inclinado hasta el
fondo diluyendo el inóculo en el agua de condensación que se acumula en esa parte,
luego se movió el asa suavemente sobre la superficie del agar con un movimiento en
zigzag ascendiendo desde el fondo hasta la parte superior del medio.
Por trazo: se introdujo el asa en anillo o aguja en el tubo de agar inclinado y se trazó
una línea de siembra desde la base del pico de flauta hasta el extremo superior, sin
ejercer presión para que no se rompa el medio.
Técnica de transferencia en placa Petri en superficie:
Por estría central: Se levantó la tapa lo suficiente como para permitir la introducción
del asa con la carga de microorganismos, iniciándose la estría en el borde del medio más
alejado del operador y se la extiende hasta llegar al centro de la placa, luego se gira ésta
180º y se continúa realizando otra estría de la misma manera. Esta división evita el
obstáculo del borde de la placa.
Figura 4
Muestras (Izquierda) y Siembra de bacteria en agar sangre (Derecha)
Fuente: Fotografía tomada por el autor (2022).
Por estría en cuadrantes: Se dividió la placa en cuatro sectores y se sembró en estría
cada uno de ellos, partiendo del borde de la placa hacia el centro. El cuadrante sembrado
debió ser el más alejado del operador y el inóculo en cada caso puede ser el mismo (la
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
35
misma especie) o distinto (diferente especie) para cada cuadrante.
Aislamiento de cepa por agotamiento en superficie en una placa
• El objeto es obtener cultivos en estado puro, operación
imprescindible y previa al estudio e identificación de una especie
bacteriana.
• Se pueden realizar aislamientos por métodos generales y por
métodos especiales.
• Se preparó una placa Petri con el medio de cultivo a la que se le
elimina el exceso de humedad, dejando la placa invertida 24h a
temperatura ambiente.
• Se marcó la parte exterior de la contratapa de acuerdo al esquema.
Se cargó con el asa la muestra, y se depositó el inoculo en un punto de
la superficie del sector (I) cercano al borde, y se extendió en el mismo
con estrías próximas y paralelas. Seguidamente se quemó el asa y se
dejó enfriar.
• Se giró la placa 90 º, se pasó el asa una vez sobre la última estría de
la región ya inoculada y se arrastró al sector (II) efectuando sobre él la
siembra sin superponer las estrías con las realizadas antes.
• Se quemó nuevamente el asa y de la misma manera se estrío el
sector (III). Luego de quemar el asa, en el sector (IV) se realizaron estrías
con el material que se arrastró de (III), más amplias y que terminan en el
centro de la placa.
Figura 5
Transferencia por estría central (Izquierda), Transferencia por estría en cuadrantes
(Centro) y Cuadrantes de aislamiento por agotamiento (Derecha)
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Caracterización de las bacterias.
Descripción Macroscópica: Se describieron todas características físicas de las
colonias observables a simple vista sin el uso de un microscopio; estas son: la morfología
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
36
de la colonia, forma, tamaño, elevación, color, borde, apariencia, aspecto y acompañada
de registros fotográficos.
Descripción Microscópica: Para esta descripción mediante el uso del microscopio, se
aplicó la coloración de Gram para determinar tipo de pared y la morfología de las células
bacterianas, así como el tipo de disposición de las bacterias, mediante observación
microscópica con el objetivo de 100X con aceite de inmersión.
Características y pruebas bioquímicas
Tinción de Gram
Se utilizó tanto para poder referirse a la morfología celular bacteriana, como para
poder realizar una primera aproximación a la diferenciación bacteriana,
considerándose bacterias Gram positivas a las que se visualizan de color violeta,
y bacterias Gram negativas a las que se visualizan de color rosa, rojo o grosella. Se
comprobó la pureza de la colonia aislada realizando una tinción o coloración de Gram.
Para ello se pica la colonia y se la identifica con una marca en el fondo de la placa con
un número identificatorio. Se hizo un extendido en una lámina porta objeto con parte de
la colonia y si todas las células observadas coincidían morfológicamente, se repicaba el
resto de la colonia en una capsula con agar en estría para obtener un cultivo puro.
A veces la igualdad morfológica en la coloración de Gram puede ser engañosa por
existir bacterias de diferentes especies (pero iguales morfológicamente) presentes
dentro de la colonia seleccionada, pero en muy bajo número debido a su imposibilidad
de desarrollar.
Materiales: Microscopio, Mechero, Aguja bacteriológica, Lámina de vidrio porta objeto,
Violeta de genciana, Lugol, Alcohol acetona, Safranina.
Procedimiento:
• Se esterilizo el asa bacteriológica, la cual será utilizada para
recoger las bacterias, empleando el mechero.
• Se recogió una muestra del cultivo y se colocó sobre la lámina
de vidrio porta objeto.
• Se fijó la muestra por calor pasándola rápidamente por el
mechero cortando la llama de arriba abajo tres (3) veces.
• Se aplicó el colorante primario, Violeta de Genciana, sobre la
muestra y se esperó 1 minuto.
• Se enjuagó con agua de chorro.
• Se colocó lugol que actúa como mordiente y se esperó 1
minuto.
• Se hizo la decoloración con el uso de alcohol acetona,
agregando hasta dejar de emitir color violeta.
• Se enjuago con agua nuevamente.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
37
• Por último, se agregó a safranina, colorante de contraste y se
esperó a 1 minuto.
• Se lavó con agua y se dejó secar
• Se observó en el microscopio a 100X con aceite de inmersión
para determinar morfológicamente si son Gram positivas o Gram
negativas, además de buscar la presencia o no de esporas.
Figura 6
Toma inóculo para coloración de Gram
Fuente: Elaboración propia de los autores (2022).
Posición de la Espora
Luego de realizada la coloración de Gram, con el uso de un microscopio se pudo
observar que la posición de la espora es central.
Oxidasa
Es una prueba para determinar si las bacterias producen las citrocromos c oxidasa,
se utilizó a papel de filtro impregnado con el reactivo n-tetrametil -p- fenilendiamina, el
reactivo pasó a un color purpura al ser oxidado y transparente al ser reducido.
Procedimiento:
Al papel de filtro impregnado con el reactivo n-tetrametil -p- fenilendiamina, se le
transfirió una porción del crecimiento bacteriano y se observó a el filtro de papel por unos
minutos, si presenta color purpura el resultado es positivo y si no presenta color la prueba
es negativa.
Catalasa
La catalasa es una enzima que se encuentra en la mayoría de las bacterias aerobias
facultativas que contienen citocromo c (a excepción del género Streptococcus). Dicha
enzima descompone el peróxido de hidrógeno (H
2
O
2
) en oxígeno y agua, las bacterias
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
38
que carecen del sistema citrocomo no producen catalasa por lo cual no descomponen el
peróxido de hidrógeno siendo tóxico para la bacteria, tal es el caso de ciertos organismos
anaerobios (Clostridium). La producción de catalasa se usa para diferenciar cocos Gram
positivos de los géneros Streptococcus (catalasa negativa) del Staphylococcus (catalasa
positiva).
Procedimiento:
Se Incubo un tubo con caldo tripticasa con una o varias asadas de un crecimiento
bacteriano, se incubo por 24 horas a 37ºC. Finalizada la incubación, se agregó a cada
tubo cinco gotas de solución de agua oxigenada (peróxido de hidrógeno). La reacción
positiva se manifiesta por el desprendimiento de burbujas de gas (oxígeno desprendido
del H
2
O
2
.) En lugar del caldo puede o usarse también agar nutritivo.
Fermentación de la glucosa (Interpretación del Kligler)
Es el medio diferencial en tubo más útil en el estudio de bacilos GRAM negativos
intestinales (enterobacterias) permitiendo su diferenciación, sobre la base de la habilidad
de fermentar la glucosa o lactosa y la capacidad para producir hidrógeno sulfurado (H
2
S)
y gas. Este medio contiene en su preparación: rojo fenol como indicador de la producción
de ácido y sulfato ferroso para detectar la producción de hidrógeno sulfurado.
Procedimiento:
Un cambio amarillo en el fondo (taco) del tubo indica fermentación de la glucosa y si
se observa en el bisel, revela fermentación de la lactosa. La producción de gas en la
fermentación se observa por presencia de burbujas entre el medio y la pared del tubo, la
producción de H
2
S se demuestra con un ennegrecimiento del medio.
Movilidad
Para detectar la presencia o ausencia de flagelos, se usó un medio semisólido
(contiene agar en una proporción de 0,3 %). Se siembra por punción única con la aguja,
sin tocar el fondo. La movilidad se manifiesta macroscópicamente, por una zona difusa
de crecimiento diseminada a lo largo de la línea de inoculación.
Utilización del Citrato
Esta prueba sirve para determinar si una bacteria es capaz de utilizar el citrato como
única fuente de carbono para sus procesos metabólicos. Para ello se utiliza el citrato de
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
39
Simmons, medio que contiene citrato de sodio como única fuente de carbono, Las
bacterias que utilizan el citrato, lo pueden desdoblar mediante una enzima, citratasa o
citrato desmolasa; dichas bacterias capaces de desdoblar el citrato también pueden
utilizar las sales de amonio presentes en el medio como fuente única de nitrógeno,
produciendo alcalinidad, lo cual es evidencia por el cambio de color del indicador de azul
de bromotimol (verde en neutro, azul en alcalino).
Procedimiento:
Se sembró un tubo con agar citrato de Simmons, (verde) usando un inóculo ligero. Se
Incubo a 37ºC por 24 horas. Si la bacteria metaboliza el citrato alcaliniza al medio: (color
azul, citrato positivo), mientras aquellas que ni lo metabolizan no crecen en el medio el
cual permanece con su color original, verde (citrato negativo).
Figura 7.
Vista microscópica de la forma esporulada de la bacteria (Izquierda). Extendido
muestra para observación (Derecha).
Fuente: Fotografía tomada por el autor (2022).
Criterios para la dosificación de la solución adicionada con bacterias a ser
colocada en las fisuras del concreto.
Se proponen dos formas de dosificación de las bacterias en la mezcla de concreto y
sus respectivos criterios de ejecución, las cuales son:
1.-Preparación de una solución gelatinosa adicionada con bacterias:
Se realiza el cultivo de la bacteria y se coloca en un medio semilíquido con contextura
gelatinosa, cuya finalidad es ser colocada en la superficie de las fisuras del concreto, de
manera que esta se mantenga por un tiempo y las bacterias puedan realizar su trabajo.
Se debe elegir un medio que sea apto, de acuerdo a las necesidades y disponibilidad,
que permita el adecuado desarrollo de los microorganismos. Debe ser un medio libre de
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
40
contaminantes y se debe tener cuidado a la hora de la realización del cultivo de no
contaminar la muestra.
Para realizar una solución adicionada con bacterias se puede seguir el siguiente
procedimiento: Se agrega aproximadamente 12,5g de caldo nutritivo a un frasco de
500ml que contiene agua destilada. Luego se cubre con un tapón de algodón grueso y
se hace hermético con papel y goma. Luego se esteriliza con una olla durante
aproximadamente 10-20 minutos. Ahora la solución está libre de contaminantes y la
solución es de color naranja claro antes de la adición de la bacteria. Posteriormente se
abren los matraces y se agrega exactamente 1 ml de la bacteria al matraz esterilizado y
se mantiene en un agitador a una velocidad de 150-200 rpm durante la noche. Después
de 24 horas, se encontró la solución bacteriana. Para la realización del caldo nutritivo
debe procurar recrear las condiciones naturales que suceden sobre el concreto, en
donde sus condiciones sean lo más similares que se pueda, al igual que las soluciones
con pH y demás factores.
2.-Introducción de capsulas en la mezcla de concreto adicionadas con
microorganismos:
Uno de los problemas principales de las fisuras es que no se sabe cuándo y dónde
aparecerán, a diferencia del modelo anterior, en este modelo no se necesita revisar
constantemente.
Figura 8
Preparado y siembra de inóculos en probetas
Fuente: Fotografía tomada por el autor (2022).
Seguidamente, en se procede a la búsqueda de capsulas de acetato las cuales suelen
conseguirse vacías, y se utilizarán para almacenar la bacteria, la cual estará encapsulada
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
41
con el alimento hasta que esta se rompa por acción de la humedad del ambiente al
penetrar por la fisura, esta humedad hace que se active la bacteria y pase de su forma
esporulada a su forma vegetativa para que luego empiece el proceso de reparación de
la fisura. El alimento de las bacterias depende de que especie de Bacillus sea, por lo que
previamente se debe realizar un estudio de identificación de la especie Bacillus.
Resultados
Al realizar la primera siembra en el medio solido agar sangre por el método estría en
cuadrantes en placas de Petri, estas divididas en cuatro cuadrantes, proveniente de
inóculos tomados con la ayuda de un aplicador de madera directamente de las nueve (9)
muestras tomadas. Posterior a la incubación se observaron diversidad de colonias
presentes en estas. Seguidamente, se tomó muestra de cada colonia para elaborar
extendidos, fijar y aplicar la coloración de Gram para determinar la morfología de los
microorganismos presentes. Se observaron microscópicamente la presencia de diversas
formas bacterianas, de tipo Gram positivo y Gram negativo, muchas de estas,
presumiblemente por defecaciones de animales y otras bacterias ambientales.
Por otro lado, solo en las muestras 1, 2 y 9 se observó el crecimiento de colonias
similares a las del género Bacillus por sus características macroscópicas y microscópicas
(con presencia de esporas), igualmente se observaron formas esporuladas de estas, las
cuales son de gran interés para nuestro estudio, debido a que las esporas de las
bacterias entran en contacto directamente con el agua y los nutrientes lo cual provoca
que se active la bacteria que comienza a alimentarse de lactato de calcio convirtiéndose
en caliza que se solidifica en la superficie de la fisura sellándola. (Fayerwayer, 2015) Las
esporas de Bacillus cohnii son capaces de permanecer vivas en el hormigón hasta
doscientos años y, en teoría, pueden prolongar la vida útil de la estructura durante el
mismo periodo.
Esto es casi cuatro (4) veces más que los 50-70 años de vida útil del hormigón
convencional. Una vez encontrada y aislada la bacteria Bacillus en su forma esporulada
como se observa en la figura 7, era necesario ver su comportamiento y aporte de las
mismas en la reparación de fisuras. Para ello tomaron tres probetas estándar de 150 x
300 mm de concreto con resistencia f`c 250 kg/cm
2
; a estas se les hicieron de forma
mecánica-manual con la ayuda de una segueta dos surcos en su superficie semejante a
una fisura de 2 mm de anchura por 6 cm de largo. Se hicieron los ensayos en estado
seco en dos de ellas y una en estado húmedo-saturado, donde se aplicó un mililitro (1
ml) de las bacterias cultivadas en caldo soya tricticasa de la muestra 2 y 3.
En una de las fisuras con solo la solución Ringer Lactato y otra con agar adicionado
con ringer lactato; las secas se dejaron en incubadora a 37 ˚C y se observaron
microscópicamente en 24 y 48 horas. Durante ese tiempo se humedecía con ringer
lactato; la húmeda saturada en agua, se dejó sumergida 24h y al día siguiente se le aplico
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
42
la espora humedeciendo la fisura con ringer de la muestra 1 y con agar muestra 2, se
dejó a temperatura ambiente. Para las observaciones, se sacaron las probetas de la
incubadora, se inoculo en solución fisiológica con un aplicador estéril solo para
humedecer frotando la superficie en dos direcciones a la izquierda y la derecha, para
luego sembrarlo en un caldo de soya tricticasa, con otro hisopo se froto alrededor del
surco.
Se hizo un frotis con las muestra para hacerle un extendido y aplicarles la tinción de
Gram, esto se hizo con la intención de poder observar la existencia de bacterias viables
y resistentes a ese ambiento; satisfactoriamente se determinó que si son viables por que
crecieron en el caldo nutritivo soya. Posteriormente se sembraron nuevamente en
medios de cultivos disponibles para ver si se reproducían, al observar las muestra a las
24 horas se visualizó crecimiento de las colonias en los cultivos. Se recomienda
enfocarse en los porcentajes más altos y a partir de estos buscar una concentración
optima de bacterias para llegar a la más alta resistencia alcanzada a partir de la inclusión
de bacterias Bacillus.
Para encapsulación, las investigaciones futuras deben enfocarse en métodos para
evaluar la supervivencia de las esporas después de la incorporación a materiales
cementosos, y optimizar la cantidad y el tamaño de las cápsulas para lograr la
autocuración deseada sin una significativa reducción de la resistencia física
(Fahimizadeh et al., 2020).
Discusión
La capacidad de autocuración del hormigón se ha mejorado mediante la incorporación
de bacterias, (Erlich 1996) pudiendo inducir la precipitación de carbonato de calcio a
través de su actividad metabólica. Acumulándose en los precipitados, formando un sello
eficaz contra la entrada de agua relacionada con las grietas. Henk M. Jonkers y Erik
Schlangen presentaron su investigación en la Primera Conferencia Internacional sobre
Materiales de Autocuración celebrada en abril de 2007 en los Países Bajos, utilizando
con éxito las bacterias formadoras de esporas alcalifílicas como un agente de
autocuración en hormigón. Siendo los primeros en incorporar bacterias dentro de la pasta
de cemento para el desarrollo de hormigón autocurativo. concluyendo que las bacterias
agregadas directamente a la pasta solo permanecieron viables durante 4 meses.
Estudios posteriores vieron como Jonkers (2011) usaba partículas de arcilla
expandida y Van Tittlelboom (2011) usaba tubos de vidrio, para proteger las bacterias
dentro del concreto. Desde entonces, creándose otras estrategias para proteger las
bacterias (Wang et al. 2012).
Haciéndose mención a las aplicaciones de autorreparación basadas en microcápsulas
extendidas a materiales de recubrimiento de base biológica, el proceso fue exitoso. Asi
como, los recubrimientos basados en aceite de neem, con otro carácter de base
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
43
biológica, debido a que utiliza aceite vegetal como material central (Chaudhari et al.
2013).
Los materiales incorporados con bacterias son capaces de sellar grietas mediante la
producción de cristales de CaCO3, que pueden bloquear las micro fisuras y los
microporos del hormigón (Samani y Berenjian, 2016). El CaCO3 puede precipitarse
mediante un proceso de mineralización inducido biológicamente en presencia de una
fuente de calcio.
En este proceso, los microorganismos producen carbonato extracelularmente a través
de varias vías metabólicas, incluida la metanogénesis no metilo trófica, la fotosíntesis
oxigénica y anoxigénica, la utilización de ácidos orgánicos. El proceso de curación de
grietas del concreto bacteriano depende de la disponibilidad de nutrición y supervivencia
de las bacterias (Paravano et al, 2019).
El uso de selladores microbianos a través de la precipitación mineral dentro del
concreto es una técnica prometedora para disminuir los poros internos y también actúa
como un tratamiento de protección superficial alternativo (o técnica de recubrimiento) que
se puede aplicar a la superficie del concreto (Sotomayor, 2020). Los tratamientos de
grietas dentro del concreto generalmente se llevan a cabo en forma de tratamientos
activos y pasivos.
El hormigón bacteriano, que se refiere al uso de bacterias como suplemento curativo
o material de sustitución parcial del agente aglutinante (por ejemplo, cemento Portland),
es un método novedoso con usos potenciales en ciertas secciones estructurales (Galán
y García, 2011). No obstante, a pesar de sus importantes beneficios, este material tiene
un costo de producción variable e implicaciones ambientales (Samani y Berenjian, 2016).
Conclusiones
Mediante análisis microbiológicos se logró detectar la presencia de bacterias en las
muestras de suelo recogidas de la mina de calcita perteneciente a la empresa
Venezolana de Cementos SACA. y en la muestra obtenida de la Calera. Determinando
que las bacterias aisladas de las muestras de suelo son bacilos, Gram positivos, capaces
de producir esporas, pertenecientes a género Bacillus, tal como en los antecedentes que
inspiraron este trabajo. Pendiente la identificación de especie, al obtener los recursos
necesarios. La elaboración de medios de cultivo permite el crecimiento de las bacterias
del género Bacillus, diferente al medio de agar sangre, el cual se usa normalmente para
el aislamiento de especies de interés médico.
Los resultados de los análisis realizados a partir de muestras de suelo indican que las
bacterias presumiblemente tienen la capacidad de adaptarse al medio, multiplicarse
potencialmente, en presencia de lactato de calcio, pudieran liberar como producto de su
metabolismo, carbonato de calcio, material que serviría para auto reparar fisuras. Esto
se debe principalmente a que estas bacterias del género Bacillus se encuentran en su
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
44
forma esporulada en minas de calcita, de donde se extrae la materia prima para la
elaboración del cemento y de la cal. A nivel de pregrado no será posible lograr todos los
objetivos planteados, por limitaciones de tiempo y carencia de recursos indispensables
para conocer con certeza el material que producen las bacterias halladas; lo que
permitiría conocer si tienen la capacidad o no de auto reparar fisuras, a través de pruebas
de ensayo y error reiterativas, hasta obtener un resultado aceptable.
Durante la investigación se planteó dos modelos de dosificación de las bacterias para
su adicción a las mezclas de concreto en capsulas disolvibles de acetato o en obras
existentes empleando una solución gelatinosa; por lo que se sientan las bases y criterios
para continuar con la investigación. Hasta donde conocemos, este documento es el
primer reporte sobre bacterias y su aporte a la auto reparación de fisuras en Venezuela
y corresponde a un aporte básico para los programas de investigación tanto regional
como nacional.
Agradecimientos
Agradezco a la Dra. Isabel Álvarez por haber facilitado tanto sus conocimientos como
los equipos e instrumentos necesarios para la realización de las labores de laboratorio.
Al Ing. Juan Espinoza (QEPD) por su interés en la investigación, y su ayuda en el ensayo
de las probetas de concreto realizadas en el estudio.
Referencias
Gutiérrez L (2021). La importancia de contar con prefabricados de cemento a la hora de
construir. Metroblock Fábrica de bloques metropolitana https://n9.cl/qo7od
Kadapure, S. A., & Deshannavar, U. B. (2021). Bio-smart material in self-healing of
concrete. Mater. Today: Proc. Vol. 49, Part 5, 1498-1503. Doi:
10.1016/j.matpr.2021.07.245
Fahimizadeh, M., Diane Abeyratne, A., Mae, L. S., Singh, R. K. R., & Pasbakhsh, P.
(2020). Biological Self-Healing of Cement Paste and Mortar by Non-Ureolytic
Bacteria Encapsulated in Alginate Hydrogel Capsules. Materials, 13(17), 3711.
https://doi.org/10.3390/ma13173711
González Taday, C. (2020). El estudio y resolución de ecuaciones químicas por el
método de óxido-reducción en la enseñanza de la química en la Unidad Educativa
María Angélica Carrillo de Mata Martínez, año 2019 -2020. Trabajo de titulación
previo a la obtención del Título de Licenciado en Ciencias de la Educación. Mención
Ciencias Naturales y del Ambiente, Biología y Química. Carrera de Ciencias
Naturales y del Ambiente, Biología y Química. Quito: UCE. 112 p.
Rauf, M. (2020).Comparative performance of different bacteria immobilized in natural
fibers for self-healing in concrete Construct. Build. Mater.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
45
Sotomayor C., (2020), Entendiendo a las fisuras y grietas en las estructuras de concreto.
Artículo técnico N°6, Perú.
Ehrlich, H. (2019).Geomicrobiology: its significance for geology. Earth Sci. Rev.
Gupta, S (2019). Autonomous healing in concrete by bio-based healing agents – a review
Construct. Build. Mater.
Martirena, F. (2019). Microorganism-based bioplasticizer for cementitious materials
Biopolym. Biotech Admixtures Eco-Efficient Constr. Mater.
Paravano, A, González, D, Ocampo, F, Guilarducci, A, Grether, R. (2019) Incorporación
de masa biológica a pasta de cemento. Jornada de jóvenes investigadores en
tecnología del cemento y del hormigón.
González, A., Parraguez-Macaya, A. C., Corvalan, L., Corréa, N., & Stuckrath, C., (2018).
Hormigón autorreparable con bacterias para la infraestructura vial. Investigación de
posgrado. 13° congreso Internacional PROVIAL. Recuperado de
https://www.researchgate.net/publication/328135440_
Titulo_HORMIGON_AUTORREPARABLE_CON_BACTERIAS_PARA_LA_INFRA
ESTRUCTURA_VIAL_Autores
Samani, A.K., Berenjian, A. Bioconcrete: next generation of self-healing concrete.
Appl.Microbiol. Biotechnol. (2016). 100,2591-2602.
Galán García, I. (2011). Carbonatación del hormigón: combinación de CO2 con las fases
hidratadas del cemento y frente de cambio de pH. Tesis doctoral, Universidad
Complutense de Madrid Facultad de Ciencias Químicas.
Jonkers H (2011). Bacteria-based self-healing concrete (PDF). HERON. 56 (1/2).
Chaudhari, A. B., Tatiya, P. D., Hedaoo, R. K., Kulkarni, R. D., & Gite, V. V. (2013).
Polyurethane prepared from neem oil polyesteramides for self-healing anticorrosive
coatings. Industrial & Engineering Chemistry Research, 52(30), 10189–97.
Wang J, Van Tittelboom K, De Belie N, Verstraete W (2012). Use of silica gel or
polyurethane immobilized bacteria for self-healing concrete. Construction and
Building Materials. 26 (1): 532–40. doi:10.1016/j.conbuildmat.2011.06.054.
Van Tittelboom K, De Belie N, Van Loo D, Jacobs P (2011). Self-healing efficiency of
cementitious materials containing tubular capsules filled with healing agent. Cement
and Concrete Composites. 33 (4): 497–505.
doi:10.1016/j.cemconcomp.2011.01.004.
Jonkers HM, Schlangen E (2007). AJM Schmetz, van der Zwaag (eds.). Crack repair by
concrete immobilized bacteria. Proceedings of the First International Conference on
Self Healing Materials. Springer: 1–7. ISBN 9781402062490.
Jonkers H (2007). Self healing concrete: a biological approach. In van der Zwaag S (ed.).
Self Healing Materials: An alternative approach to 20 centuries of materials science.
Dordrecht: Springer. pp. 195–204.
Ghosh SK (2008). Self-Healing Materials: Fundamentals, Design Strategies, and
Applications (1st ed.). Weinheim: Wiley-VCH. p. 145. ISBN 978-3-527-31829-2.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
46
Ehrlich NL (1996). How microbes influence mineral growth and dissolution. Chemical
Geology. 1–4 (132): 5–9. Bibcode:1996ChGeo.132....5E. doi:10.1016/S0009-
2541(96)00035-6.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
47
Estudio de viabilidad de un sistema de captación de agua lluvia en
Guamaní – Quito
Feasibility study of a rainwater harvesting system at Guamani – Quito
Isaac Simbaña
1
, William Quitiaquez
2
, Leonidas Ramírez
3
, David Saquinga
4
.
1
Resumen:
Al sur de Quito, en la parroquia de Guamaní, se presenta desabastecimiento de agua.
Debido a esta problemática, se planteó la investigación para considerar la viabilidad
técnica y económica del diseño de un sistema de recolección de agua lluvia. Se
analizó las precipitaciones mensuales y volumen de agua capaz de captarse en un
lugar establecido. El diseño propuesto consideró el consumo de una vivienda familiar
promedio, de cuatro integrantes, con un requerimiento de 150 L por persona. La
demanda mensual para una familia es de 18 m
3
de agua y el volumen captado
anualmente en la parroquia fue 6.68 m
3
, en promedio. El ahorro máximo se
presentaría en abril y el mínimo en julio, consumiendo 6.10 y 17.21 m
3
de agua
potable, respectivamente. Los costos de implementación llegarían a USD 460.76 y se
generaría un ahorro mensual promedio de USD 115.50, presentando un tiempo de
recuperación de cuatro años, aproximadamente.
Palabras clave: Agua lluvia, abastecimiento de agua, demanda de agua, sistema de
recolección.
Abstract:
There is a water shortage in Guamaní, to the south of Quito. Due to this problem, this
investigation was proposed to consider the technical and economic viability of
designing a rainwater harvesting system. Monthly rainfall and volume of water capable
of capturing in an established place were analyzed. The proposed design has
considered the consumption of an average family home with four members, requiring
150 L per person. The monthly demand for a family is 18 m
3
of water, and the average
volume captured annually in Guamaní was 6.68 m
3
. The maximum savings would
occur in April and the minimum in July, consuming 6.10 and 17.21 m
3
of potable water,
1
Instituto Superior Universitario Sucre, Magíster en Métodos Matemáticos y Simulación Numérica en
ingeniería, Ingeniero Mecánico, https://orcid.org/0000-0002-3324-3071.
2
Universidad Politécnica Salesiana, Ph.D. en Ingeniería, Magíster en Gestión de Energías, Magíster
en Ingeniería, Ingeniero Mecánico, https://orcid.org/0000-0001-9430-2082.
3
Universidad Politécnica Salesiana, Magíster en Mecánica, Ingeniero Mecánico, https://orcid.org/0000-
0003-2569-2974.
4
Instituto Superior Universitario Sucre, Ingeniero Mecánico, https://orcid.org/0000-0001-8353-1621
Autor de correspondencia: isimbana@tecnologicosucre.edu.ec
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
48
respectively. The implementation cost would reach USD 460.76, and an average
monthly saving of USD 115.50 would be generated, with a recovery time of four years,
approximately.
Keywords: Rainwater, supply water, storage system, water demand.
Historial del artículo
Recibido para evaluación: 01 diciembre 2022.
Aprobado para publicación: 14 diciembre 2022.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
49
Introducción
El aumento de la población a nivel mundial y los constantes cambios climáticos en
muchas ciudades, genera situaciones críticas de inconformidad para la calidad de
vida del ser humano. Por esto, el racionamiento se vuelve escaso y siendo de interés
para los investigadores para la generación de diferentes sistemas de purificación de
agua de lluvia (Sánchez, Cohim, & Kalid, 2015). Ante esta problemática, es necesario
propuestas tecnológicas que aumenten la cantidad de agua dulce, con calidad
aceptable y sin riesgo ambiental. Las distintas tareas realizadas por el hombre han
provocado una alteración en el entorno, obteniendo niveles de contaminación en el
agua, llegando a no ser apta para el consumo humano. Por esta razón,
Balcazar et al. (2019) concluyen que los procesos para el tratamiento del agua son
cada vez más difíciles.
Las aplicaciones de aprovechamiento de agua lluvia principalmente son dos, los
sistemas de captación de agua de lluvia (SCALL) y los sistemas de captación de agua
pluvial en techos (SCAPT) (Torres R. , 2019). La revisión de la literatura que aborda
este tema ha particularizado en el agua de lluvia para su uso en cisternas de inodoros,
riego de áreas verdes, limpieza de pisos, lavado de vehículos, contra incendios y
lavado de ropa. Se componen de varios elementos que tienen como función, captar,
conducir, filtrar y almacenar el agua lluvia. Sin embargo, bajo determinadas
circunstancias, como en edificios, se agregan dispositivos con el propósito de
bombear y distribuir.
Chacón et al. (2014) diseñaron un sistema de captación de agua lluvia para la
producción de pepino persa en un invernadero ubicado en México. El sistema
presentó un área de captación de 1 000 m
2
y una precipitación neta anual de 40 mm,
obteniendo como resultados la obtención de 541.7 m
3
. De esta manera, se llega a
satisfacer al 100% la demanda hídrica, existiendo un excedente del 6% de la
demanda necesaria. Por lo que se concluyó que, este sistema es una solución viable
para los efectos generados por la sequía y la sobre explotación de mantos acuíferos
para la generación de alimentos.
El estudio de las precipitaciones para el diseño de sistema en una finca ubicada en
la llanura sur en Cuba fue presentado por Ricardo et al. (2020). Se diseñó un sistema
de recolección de agua lluvia, teniendo como datos una precipitación promedio anual
de agua lluvia de 1543 mm y un área de captación de 261 m
2
. El sistema ha sido
capaz de almacenar 237.4 m
3
en los meses de más lluvia, mientras que el año
restante de sequía se almacenó 78.23 m
3
. Entonces, se garantiza el suministro de
agua durante los meses de sequias, para uso doméstico, de una familia de
6 personas y abasto para 282 animales.
Aguilar y Carreón (2018) desarrollaron el análisis de viabilidad de un sistema de
captación de agua lluvia para el departamento de psicología de una escuela ubicada
en México. El muestreo identificó a cinco personas, cada una consume 25 L, en
promedio, teniendo un área de captación de 110 m
2
. Se llegó a determinar un volumen
máximo de captación de 20.75 m
3
y un volumen mínimo de 3.80 m
3
, siendo de junio
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
50
a septiembre los meses de más captación. Se determinó que la implementación del
sistema SCALL es viable, ya que permite el ahorro del consumo de agua potable.
La validación de un prototipo de sistema captación de agua de lluvia para uso
doméstico y consumo humano fue presentada por Avelar et al. (2019). La
investigación se desarrolló en Achotes, México, teniendo como objetivo abastecer de
agua a 11 familias. En el sector, se identificó una precipitación media anual de
939.8 mm y el prototipo evaluado presenta una área de captación de 18 m
2
. De esta
manera, cada familia aprovecha 17 m
3
de agua cada año, aproximadamente. Los
autores afirmaron que, el diseño fue adecuado para proveer de agua al sector,
obteniendo una recepción positiva por la comunidad, debido a la comodidad,
versatilidad del funcionamiento y facilidad de implementación.
Chino, Velarde y Espinoza (2016) desarrollaron un sistema de captación de agua
lluvia para el consumo humano en una comunidad en Perú. Para el sistema se
consideró una familia de cuatro integrantes, con un consumo 73 m
3
,
aproximadamente. El área de captación fue 120 m
2
y la precipitación neta de
721.44 mm. El estudio determinó que, en los meses de diciembre a marzo la familia
consume 24.2 m
2
y el volumen restante es almacenado en una cisterna. De esta
manera, Por lo tanto, se concluyó que el sistema permite abastecer los requerimientos
de agua de la población. Además, los parámetros de la calidad de agua están dentro
de los niveles permitidos por los estándares nacionales de calidad ambiental.
Esta revisión de la literatura ha permitido evidenciar que, el aprovechamiento de
agua fluvial es útil y necesario para el ser humano, además de contribuir al desarrollo
sustentable. La tabla 1 se observa el estudio realizado por diferentes autores con el
propósito de mostrar las formas de recolección de agua fluvial y los parámetros
definidos para mejorar su implementación.
Tabla 1
Investigaciones realizadas con diferentes métodos de recolección agua lluvia.
Fuente: Autores.
Chacón et
al. (2014)
Ricardo et
al. (2020)
Aguilar y
Carrión
(2018)
Avelar et al.
(2019)
Chino,
Velarde y
Espinoza
(2016)
País de desarrollo
Cuba
México
México
México
Perú
Precipitación media
anual [mm]
40
1 543
---
939.8
721.44
Área de captación [m
2
]
1 000
261
110
18
120
Volumen máximo
captado [m
3
]
541.7
237.4
20.75
45
73
Volumen mínimo
captado [m
3
]
---
78.23
3.80
---
---
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
51
El objetivo de esta investigación es analizar la factibilidad de la implementación de
una propuesta de solución tecnológica, con la implementación al utilizar un SCALL en
la ciudad de Quito. Se enfatiza en el aprovechamiento de recursos renovables como
alternativa sustentable para el ahorro de agua potable. También se toman en cuenta
los beneficios que implica utilizar este sistema, considerando la capacidad de
abastecimiento para una familia promedio compuesta de cuatro personas.
Este documento está presentado de la siguiente manera, la metodología describe
las características del sistema, la síntesis de diferentes parámetros meteorológicos y
el planteamiento de modelos matemáticos a utilizarse. Los resultados presentan el
análisis de los valores obtenidos, que se complementan con la discusión, donde se
plantea la viabilidad del diseño propuesto. Por último, las conclusiones plasman el
criterio de los autores luego del análisis de resultados.
Metodología
Esta investigación tiene un enfoque cuantitativo, utilizado para determinar la
precipitación y el volumen captado de agua lluvia. Ha sido complementado
cualitativamente, mediante el diseño de componentes estructurales para la
implementación del sistema.
Además, se ha considerado un diseño experimental, con el volumen de agua
captado como variable y la influencia de otros factores, la precipitación, temperatura
ambiente, costos. El método inductivo-deductivo ha sido aplicado en la revisión del
estado del arte acerca de estos sistemas, proponiendo una alternativa que considera
los requerimientos y el criterio profesional de los autores.
Descripción del sistema
El sistema de captación de agua lluvia (SCALL) consiste en interceptar, recolectar
y almacenar agua lluvia, utilizado a nivel domiciliario. Está formado por diferentes
elementos para su correcto funcionamiento, como una superficie de captación de
agua, un sistema de recolección y distribución.
También consta de un desviador de primeras lluvias y, finamente, un sistema de
almacenamiento, como tanques o cisternas. Además, dependiendo de las
aplicaciones que se le vaya a dar, se utilizan filtros para obtener agua de mejor
calidad.
La figura 1 esquematiza un diagrama del sistema SCALL, siendo muy versátil y
adaptable a zonas urbanas y rurales, con bajo costo de construcción. Debido a esto,
los sistemas SCALL se han convertido en una forma eficiente y amable con el medio
ambiente para la reutilización del agua lluvia.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
52
Figura 1
Sistema de captación de agua lluvia (SCALL)
Fuente: Rodríguez et al. (2022)
Precipitaciones en la ciudad de Quito
Quito está situada en la vertiente interandina de la Cordillera Occidental, alineada
de sur a norte por más de 50 km, flanqueada por el volcán Pichincha a 4680 msnm y
el Atacazo por el oeste, además del sistema de Puengasí–Guanguiltagua al este
(Seidel, Perugachi, García, & González, 2019). La figura 2 presenta la ubicación
espacial de la ciudad, se asienta sobre una llanura lacustre que ocupa el eje de la
depresión a una cota promedio de 2800 msnm, y que corresponde a una planicie
relacionada con una falla geológica longitudinal de 45 km (Villacis & Marrero, 2017).
Figura 2
Ubicación espacial de las ciudades de Quito
Fuente: NASA (2022).
Villacis y Marrero (2017) analizaron las precipitaciones en la ciudad de Quito,
mencionando que en décadas recientes y en diferentes zonas del Ecuador, el clima
ha tenido un comportamiento anómalo. Es decir, ha traído como resultado la
variabilidad en el comportamiento de parámetros, como la humedad, neblina, las
temperaturas máximas y mínimas, las alturas pluviométricas. En el caso específico
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
53
de la precipitación, se detectan variaciones persistentes en su comportamiento
multianual, con respecto a los valores máximos y mínimos, así como el adelanto y/o
retardo de los períodos lluviosos que eventualmente están siendo precedidos por
períodos de sequía.
En Quito, la temporada de lluvia es fresca y nublada, mientras que la temporada
seca es cómoda y parcialmente nublada. Durante el transcurso del año, la
temperatura generalmente varía entre 9 a 19 °C y rara vez baja a menos de 7 °C o
sube a más de 21 °C.
La tabla 2 presenta las diferentes temperaturas y precipitaciones medias de todos
los meses del año. Se visualiza que los meses de febrero, marzo y abril se encuentran
los mayores niveles de precipitación media, donde la temperatura ronda los 10 °C. La
Administración Nacional Atmosférica y Oceanica (NOAA, por sus siglas en inglés)
(2022), indica que, en los meses de junio, julio y agosto, se obtiene los valores más
bajo de la precipitación media, con valores de temperatura media que van desde los
9 a 20°C.
Tabla 2
Datos climáticos y precipitación media de la ciudad de Quito
Fuente: NOAA (2022).
Nota: T es temperatura.
Consumo diario de agua de una persona
La tabla 3 contiene las diferentes actividades cotidianas que realiza una persona
promedio durante un día normal. Por ello, es necesario añadir un sistema que permita
una sostenibilidad de este recurso en actividades domésticas que no requieran agua
potable como suministro de conservación del recurso de agua. Los datos son
correspondientes a la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y
Saneamiento (EPMAPS).
Mes
T
max
/ T
min
[°C]
Precipitación Media [mm]
Enero
19 / 9
120
Febrero
19 / 10
137
Marzo
19 / 9
163
Abril
19 / 10
189
Mayo
19 / 9
116
Junio
19 / 9
56
Julio
19 / 8
22
Agosto
20 / 9
32
Septiembre
20 / 9
84
Octubre
20 / 9
130
Noviembre
19 / 9
120
Diciembre
19 / 9
104
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
54
Tabla 3
Consumo de agua diario por persona según actividad
Actividad
Consumo [%]
Inodoro
31.5
Ducha
29.5
Lavado de ropa
12.3
Lavado de platos
6.2
Higiene personal
6.2
Jardinería
4.8
Limpieza
4.1
Otras actividades
2.7
Beber y cocinar
2.7
Fuente: Baquero (2013).
La Organización Mundial de la Salud (OMS), manifiesta que una persona no
debería consumir más de 110 litros de agua en todas las actividades que realizan. Sin
embargo, estudios realizados en la ciudad de Quito muestran que el consumo es de
220 litros diarios por personas. Normalmente el agua que se origina en los pajonales
que rodea la ciudad, una de esas fuentes es la laguna salve Facche y tarda más de
siete horas en purificarse desde su captación.
Durante la etapa seca, el consumo de la ciudad aumenta en un 20%, se reflejan
una demanda de agua del 7.66 m
3
. El consumo de 200 a 220 L de agua por día y
viendo el crecimiento de alrededor de 20 litros se debe a que en los diferentes meses
secos las personas consumen una mayor cantidad del líquido vital. Torres et al. (2020)
indican que, el agua no es únicamente para cubrir sus necesidades, sino también para
regar plantas, lavar el carro, asentar el polvo, entre otras funciones.
Costo del consumo de agua potable
Según EPMAPS Quito (2019), el costo del consumo de agua de penderá de los
metros cúbicos consumidos. La tabla 4 presenta los diferentes costos por el consumo
doméstico mensual de agua potable en un medidor Se define el consumo desde
0 m
3
hasta más 18 m
3
, donde, dependiendo del consumo, se establece una tarifa
básica y una tarifa por metro cubico.
Tabla 4
Consumos doméstico, oficial y municipal vigente a partir de consumos de 2015
Rango de consumo
0 – 11 m
3
12 – 18 m
3
> 18 m
3
Tarifa básica [USD]
0.00
0.31
3.41
0.43
6.42
0.72
Fuente: EPMAPS Quito (2019).
Nota: El cargo fijo por conexión es de USD 2.10.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
55
Modelos matemáticos en SCALL
Para el análisis de un sistema de captación de agua, es necesario obtener datos
de precipitación media y precipitación neta. Para esto, se utiliza la ecuación 1
presentada por Imteaz y Shadeed (2022), donde se especifica la cantidad de agua
lluvia con una precipitación media mensual igual o mayor a 40 mm, valores utilizados
en este trabajo:
1
; 40
n
N m m
j
P P k P mm
=
=
(1)
Donde, P
N
es la precipitación neta, P
m
es la precipitación media mensual, k es un
coeficiente adimensional con el valor de 0.85. El diseño SCALL está dirigido a calcular
el volumen captado de agua (V
agua
) capaz de ser recogido en cierta superficie y así
cubrir la demanda de sus habitantes mediante la ecuación utilizada por Freni y Liuzzo
(2019):
1000
m e E
agua
P A C
V

=
(2)
Donde P
m
es la precipitación neta mensual, A
e
es el área efectiva de captación y
C
E
es el coeficiente de escurrimiento adimensional. Para determinar demanda
mensual de agua (D
a
), López, Cavazos y Vera (2016) utilizaron la siguiente ecuación:
1000
a v m
a
C O D
D

=
(3)
Donde C
a
es el consumo de agua por habitante y D
m
son los días del mes. Bashar,
Karim e Imteaz (2018) definieron el caudal de recolección de la canaleta (Qc) como:
0.277
c ll
Q Ae I=
(4)
Donde I
ll
es la intensidad de agua lluvia y el valor de 0.277 es el factor de
conversión. Finalmente, Riaño (2019) determinó la velocidad con que se transporta el
agua a la canaleta (V
c
) después de la recolección en el área, prevista con anterioridad,
como:
2
1
3
2
1
c
V R S
n
=
(4)
Donde n es el coeficiente de rugosidad del material de la canaleta, R es el radio
hidráulico de canaleta y S es la pendiente. Para determinar el caudal que puede
transportar la canaleta (𝑄
󰇗
𝑐
) se utilizó el modelo planteado por Kuok y Chiu (2020):
c T c
Q A V=
(4)
Parámetros del diseño
Para el diseño de un sistema SCALL se considera los valores de la tabla 5, donde
se asume un área superficial de 70 m
2
y el material de la superficie es concreto con
un factor de escurrimiento de 0.9. Se ha considerado un consumo de 150 L debido a
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
56
que el agua que se obtiene mediante SCALL no es para consumo humano (Rosero,
García, Sempértegui, & Miño, 2015).
Tabla 5
Propiedades del diseño
Propiedades
Valor
Unidad
Área Superficial
70
m
2
Factor de escurrimiento
0.9
N/A
Consumo de diario de agua por persona
150
L
Intensidad de lluvia
0.0797
m·h
-1
Rugosidad de la canaleta
0.009
µm
Pendiente
2
%
Precipitación máxima diaria
13
mm
Fuente: Rosero et al. (2015).
Según datos del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI, 2019) la
intensidad de lluvia en la ciudad capital para un período de recuperación de 10 años
y en un tiempo de 15 minutos es de 0.0797 m·h
-1
. El Instituto Nacional de Estadísticas
y Censo (INEC, 2021) indica que el tamaño promedio de una familia en el Ecuador es
de 3.9, aproximando el valor a 4 persona por vivienda
Resultados
Para determinar la viabilidad del sistema SCALL, es necesario conocer los valores
de volumen captado y la demanda mensual. Para realizar este análisis, se utilizaron
los valores de la precipitación media de la tabla 2 y las propiedades de la tabla 5.
Además de la aplicación de las ecuaciones para obtener los siguientes resultados que
se presentan a continuación. La tabla 6 muestra que, los meses de febrero, marzo y
abril es cuando se obtuvo la mayor cantidad de volumen captado. Los valores van
desde 8.6 hasta 11.9 m
3
. Mientras que, junio, julio y agosto son los meses con la
menor captación de agua lluvia, de 1.38 hasta 3.52 m
3
. Entonces, la demanda
mensual está de 18 y 18.6 m
3
, siendo únicamente el mes de febrero el de demanda
mensual de 16.2 m
3
, esto debido a que es el mes con la menor cantidad de días.
Tabla 6
Volumen captado y demanda mensual
Mes
Volumen captado
[m
3
]
Consumo total
[m
3
]
Enero
7.560
11.040
Febrero
8.631
7.569
Marzo
10.269
8.331
Abril
11.907
6.093
Mayo
7.308
11.292
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
57
Junio
3.528
14.472
Julio
1.386
17.214
Agosto
2.016
16.584
Septiembre
5.292
12.708
Octubre
8.190
10.410
Noviembre
7.560
10.440
Diciembre
6.552
12.048
Fuente: Autores.
Para realizar el análisis económico del sistema SCALL, se utilizaron los valores de
la tabla 4, incluyendo los rangos del costo de consumo de agua potable donde se
tiene un costo fijo de USD 2.10 por la conexión. Estos valores van cambiando en
función de la cantidad de agua potable consumida. Al analizar los resultados
obtenidos de la demanda mensual y consumo total, se utilizaron diferentes rasgos de
consumo. La figura 3 permite observar la comparativa entre el consumo de agua
potable al utilizar el sistema SCALL y sin éste. El mes de abril genera el mayor ahorro
de agua potable, con un consumo de 6.093 m
3
. Mientras que, en los meses de junio,
julio y agosto, el ahorro es insignificante teniendo un consumo de agua potable desde
14.47 hasta 17.21 m
3
. Entonces, se afirma que los meses restantes se alcanzaría un
ahorro mayor a los 5.3 m
3
.
Figura 3
Consumo de la red de agua potable
Fuente: Autores.
La tabla 7 resume los resultados de manera comparativa, entre la implementación
del sistema SCALL y sin utilizarlo. El mes de marzo y octubre se logran obtener un
ahorro de USD 17.23 a 16.58, mientras que, en los meses de junio y septiembre el
ahorro sería apenas USD 1.52 y 2.28.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
58
Tabla 7
Análisis económico del sistema SCALL
Mes
Con SCALL
[USD]
Sin SCALL
[USD]
Ahorro
[USD]
Enero
8.16
19.81
11.65
Febrero
2.35
10.38
8.03
Marzo
2.58
19.81
17.23
Abril
1.89
11.15
9.26
Mayo
8.27
19.81
11.55
Junio
9.63
11.15
1.52
Julio
10.81
19.81
9.00
Agosto
10.54
19.81
9.27
Septiembre
8.87
11.15
2.28
Octubre
3.23
19.81
16.58
Noviembre
3.24
11.15
7.91
Diciembre
8.59
19.81
11.22
Ahorro Total
115.50
Fuente: Autores.
Con los datos obtenidos, se presentó un diseño de SCALL, iniciando con la
selección de un tanque de almacenamiento de 1 m
3
. Solano et al. (2017) utilizan el
valor más alto del volumen mensual captado, considerando que la demanda mensual
es más alta que la del volumen captado.
Mediante la ecuación 2 y el valor de la precipitación máxima diaria, se obtuvo un
volumen de captación máxima diaria de 0.819 m
3
. Al comparar este valor con la
demanda diaria, de 0.6 m
3
, se obtiene una diferencia de 0.219 m
3
en los meses con
más precipitaciones. De esta manera, se afirma que, el tanque de 1 m
3
es capaz
almacenar todo el volumen captado.
Para la selección de la canaleta del sistema, se debe analizar el valor de caudal
teórico que debe transportar la canaleta y el caudal real que es capaz transportar la
canaleta seleccionada. Al utilizar la ecuación 4, se determinó como caudal teórico que
debe de transporta la canaleta un valor de 1.55 L·s
-1
.
Un limitante para este elemento es la falta de variedad en el mercado local,
seleccionando una canaleta rectangular de PVC de 90 mm de alto y 120 mm de
ancho. Con la ecuación 5, se determinó qué velocidad del agua en esta canaleta
alcanza 2.942 m·s
-1
y utilizando la ecuación 6, se obtuvo que el caudal máximo real
que puede transportar la canaleta es de
21.921 L·s
-1
. Entonces, considerando estos valores, se llega a determinar que la
selección de la canaleta es correcta.
Para realizar un análisis de factibilidad del SCALL, se realizó un estudio de costos
que conlleva la implementación de éste. La tabla 8 describe los elementos utilizados
para la construcción del sistema SCALL y el costo de cada uno de los componentes,
obteniendo un costo total de USD 470.76.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
59
Tabla 8
Costo del sistema SCALL
Fuente: Autores.
Este análisis de costos asume que, el sistema cuenta con un filtro purificador y una
bomba de agua, considerando todos los elementos que este sistema utiliza. Para el
transporte del agua desde la canaleta hasta el tanque de almacenamiento, se ha
seleccionado un tubo PVC de desagüe de 75 mm de diámetro. Mientras que, para el
transporte del tanque hacia el domicilio, se plantea utilizar un tubo NPT de 12.7 mm.
La figura 4 presenta la vista frontal y lateral del diseño propuesto para la instalación
del SCALL. El agua será recolectada por la canaleta, para que avance hasta un
tanque de primeras lluvias que cumpliría con la función de evitar la recolección agua
en malas condiciones.
Cuando este tanque esté lleno, el agua avanzará hasta el tanque de
almacenamiento, cuya salida estará conectada a una bomba de agua que ayuda con
la distribución. Por último, esta bomba será conectada a un filtro que permita el
ingreso de agua a la casa, asegurando que ésta se encuentre en condiciones óptimas
para su uso.
Elemento
Cantidad
Costo Unitario
[USD]
Costo Total
[USD]
Canal recolector 3 m
3
11.50
34.50
Unión de canal
2
5.38
10.76
Unión canal a bajante
1
6.73
6.73
Adaptador de bajante a tubo
de alcantarilla
1
2.38
2.38
Soporte plástico de canal
9
1.00
9.00
Tapa izquierda y derecha
2
4.21
8.42
Tubo de desagüe Ø 75 mm
1
12.11
12.11
Tubo NPT Ø 12.7 mm x 6 m
1
30.00
30.00
T de desagüe
1
4.24
4.24
Codo de desagüe 90 °
1
2.62
2.62
Filtro purificador de agua
1
100.00
100.00
Tanque de 1000 m
3
1
200.00
200.00
Bomba de agua de 1/2 HP
1
40.00
40.00
Total
460.76
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
60
Figura 4
Vistas del sistema instalado.
a)
b)
c)
Nota: a) vista frontal, b) vista lateral, c) vista superior.
Fuente: Autores.
Discusión
Del análisis de estos resultados, se llega a determinar que, ninguno de los meses
ha logrado cumplir con la demanda mensual. Sin embargo, hay que considerar que
se presentaría un ahorro significativo, en especial en los meses de con la mayor
cantidad de volumen captado.
Se calculó, en promedio, una intensidad de lluvia de 0.0797 m·h
-1
para un período
de recuperación de 10 años y tiempo de 15 minutos. El máximo volumen captado que
se determinó fue 11.91 m
3
, con ahorro de 66.17 % del consumo total de la vivienda.
El ahorro mensual de agua supera los 5.30 m
3
de agua, a excepción del verano, junio,
julio, agosto, llegando a generar un ahorro económico de USD 115.50 al año.
Investigaciones relacionadas a la factibilidad de un sistema SCALL que se han
mostrado en este documento, el principal objetivo es verificar la factibilidad de un
sistema de recolección de agua lluvia eficiente, efectiva y viable, se pueda atenuar
los escases de agua y reducir costos económicos para una familia promedio en la
ciudad de Quito parroquia Guamaní.
Con la revisión de la literatura, se identificó que el sistema alcanza un rendimiento
aceptable, ya que, en trabajos que utilizaron un área de 110 m
2
, el volumen captado
fue de 12 m
3
en promedio (Aguilar & Carrión, 2018). Por lo que, para el caso de
estudio, con un área de 70 m
2
, se captaría un volumen de 6.68 m
3
, en promedio.
Con los resultados obtenidos de la tabla 7 y tabla 8, se determinó un tiempo
aproximado de cuatro años para la recuperación del costo invertido en a la
implementación del sistema SCALL. Es importante indicar la factibilidad para utilizarlo
en la ciudad de Quito, esto debido a la durabilidad de los componentes con los que
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
61
está diseñado y facilidad que conlleva su implementación. Además de mitigar el
impacto ambiental al proponer nuevas formas de recolección de agua amigables con
el medio ambiente que favorecen a un desarrollo sustentable.
Conclusiones
Se determinó que los valores de volúmenes captados de lluvias máximas
mensuales en los meses de febrero, marzo y abril, van desde 8.6 hasta 11.9 m
3
. Por
lo que, en ninguno de los meses se logra cumplir con la demanda mensual, sin
embargo, se alcanza un ahorro en el consumo de agua de hasta el 66 % en los meses
donde se presenta un mayor volumen captado.
Luego del análisis económico, donde se planteó una comparativa entre usar el
sistema SCALL y no utilizarlo, se determinó que el ahorro promedio del consumo de
agua anual es del 41.36 %, estableciendo que el ahorro va desde USD 1.52 en el mes
de junio hasta un ahorro económico de USD 17.58 en el mes de marzo.
Entonces, se afirma que es viable la implementación de un sistema de captación
de agua lluvia (SCALL) para la ciudad de Quito parroquia Guamaní, debido a que se
tiene un ahorro anual de aproximadamente USD 115.50. Al comparar este valor con
el costo que implica la implementación de este sistema, USD 460.76, se evidenció
que el valor invertido se lo recuperaría en aproximadamente 4 años.
Referencias
Aguilar, M., y Carrión, J. J. (2018). Análisis de viabilidad de un sistema de captación
de agua lluvia en la ENMSGTO. Jóvenes en la Ciencia, 4(1), 3144-3148.
Avelar, J., Sánchez, J., Domínguez, A., Lobato, C., y Macilla, O. (2019). Validación de
un prototipo de sistema captación de agua de lluvia para uso doméstico y
consumo humano. Idesia, 37(1), 53-59.
Balcazar, L., Khalidou, M., Díaz, C., Quentin, E., y Minga, S. (2019). Modelado de
caudales diarios en una cuenca del sur del Ecuador con precipitación y
temperatura estimadas por satélite. Agrociencia, 53(4), 465-486.
Baquero, M. (2013). Water saving and reuse in the building in the city of Cuenca,
Ecuador. Estoa, 1(3), 3-4.
Bashar, M., Karim, R., y Imteaz, M. (2018). Reliability and economic analysis of urban
rainwater harvesting: A comparative study within six major cities of Bangladesh.
Resources, Conservation and Recycling, 133, 146-154.
doi:10.1016/j.resconrec.2018.01.025
Chacón, J., Valdés, E., Anaya, M., Gutiérrez, D., Asanza, M., y Martínez, L. (2014).
Diseño de sistemas de captación del agua de lluvia para producción de pepino
persa (Cucumis sativus L.) bajo invernadero en Michoacán (México). UTCiencia,
1(1), 6-19.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
62
Chino, M., Velarde, E., y Espinoza, J. (2016). Captación de agua de lluvia en cobertura
de viviendas rurales para consumo humano en la Comunidad de Vilca Maquera,
Puno-Perú. Revista Investigaciones Altoandinas, 18(3), 365-373.
EPMAPS Quito. (2019). Pliego Tarifario. Recuperado el 20 de Junio de 2022, de
https://www.aguaquito.gob.ec/wp-content/uploads/2019/06/Pliego-Tarifario-EP
MAPS-05.2019.pdf?fbclid=IwAR0bjYya3cueFmp3I7VWyJ4b4w7n2D0eal6JM1
gFuFCCG6VoPmfPkxsfIr4
Freni, G., y Liuzzo, L. (2019). Effectiveness of Rainwater Harvesting Systems for
Flood Reduction in Residential Urban Areas. Water, 11, 1-14.
doi:10.3390/w11071389
Imteaz, M., y Shadeed, S. (2022). Superiority of water balance modelling for rainwater
harvesting analysis and its application in deriving generalised equation for
optimum tank size. Journal of Cleaner Production, 32, 130991.
doi:10.1016/j.jclepro.2022.130991
INAMHI. (2019). Determinación de ecuaciones para el cálculo de intesidades
máximas de precipitación. Recuperado el 08 de Enero de 2022, de
https://www.inamhi.gob.ec/Publicaciones/Hidrologia/ESTUDIO_DE_INTENSID
ADES_V_FINAL.pdf
INEC. (2021). Documento Metodológico de las Estadísticas de Edificaciones (ESED).
Recuperado el 6 de Febrero de 2022, de https://www.ecuadorencifras.gob.ec/
documentos/web-inec/Estadisticas_Economicas/Encuesta_Edificaciones/2021/
10.%202021_ESED_Documento_metodologico.pdf
Kuok, K., y Chiu, P. (2020). Optimal rainwater harvesting tank sizing for different types
of residential houses: Pilot study in Kuching, Sarawak. Journal of Engineering
Science and Technology, 15(1), 541-554.
Lopez, J., Cavazos, R., y Vera, J. (2016). Evaluación de un sistema de captación de
agua de lluvia en la. Ingenieria Revista Academica, 20(1), 3-5.
National Aeronautics and Space Administration. (2022). Latitude-Longitude Finder.
Recuperado el 24 de Enero de 2022, de https://mynasadata.larc.nasa.gov/basic-
page/looking-latitudelongitude-finder
National Oceanic and Atmospheric Administration. (2022). National Centers for
Environmental Information. Recuperado el 17 de Junio de 2022, de
https://www.ncdc.noaa.gov/
Riaño, F. (2019). Froude, Manning y Reynolds aportan a la hidráulica en el siglo XIX.
Ingeniería Hidráulica y Ambiental, 40(2), 110-124.
Ricardo-Calzadilla, M., Gómez, A., Fernández, R., Cutie, V., y Martínez, O. (2020).
Estudio de las precipitaciones para el diseño de sistema. Revista Ingeniería
Agrícola, 10(2), 28-36.
Rodrigues, A., Mendoca, A., Perella, J., y Nogueira, M. (2022). Exploring
environmental, economic and social aspects of rainwater harvesting systems: A
review. Sustainable Cities and Society, 76, 103475.
doi:10.1016/j.scs.2021.103475
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
63
Rosero, J., García, J., Sempértegui, B., y Miño, W. (2015). Una mirada histórica a la
estadística del Ecuador. Quito: INEC.
Sánchez, A., Cohim, E., y Kalid, R. (2015). A review on physicochemical and
microbiological. Sustainability of Water Quality and Ecology, 2-5.
Seidel, H., Perugachi, C., García, I., y González, M. (2019). La relación entre la
precipitación en Ecuador y la temperatura superficial del mar en el Océano
Pacífico. Acta Oceanográfica del Pacífico, 2(1), 22-34.
doi:10.54140/raop.v2i1.22
Solano, C., Gonzaga, F., Espinoza, F., y Espinoza, J. (2017). Sistema de captación
de agua de lluvia para uso doméstico en la Isla Jambelí, cantón Santa Rosa.
Cumbres, 3(1), 151-159.
Torres, R. (2019). La captación del agua de lluvia como solución en el pasado y el
presente. Ingeniería Hidráulica y Ambiental, 40(2), 125-139.
Torres, S., Tapia, I., Goetschel, L., y Pazmiño, E. (2020). Análisis físico - químico e
influencia de los minerales disueltos en el sabor del agua potable, de las
principales plantas de tratamiento de Quito. Enfoque UTE, 11(4), 57-70.
doi:10.29019/enfoqueute.v11n4.533
Villacis, E., y Marrero, N. (2017). Precipitaciones extremas en la ciudad de Quito,
provincia de Pichincha- Ecuador. Ingeniería Hidráulica y Ambiental, 38(2),
102-113.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
64
Tendencias del desarrollo tecnológico en mecatrónica
Technological development trends in mechatronics
Miguel Andrés Simbaña Criollo
1
, Lina Verónica Méndez Regueiro
2
, Andrés
Sebastián Rodríguez Jácome
3
, Juan Gabriel Simbaña Criollo
4
.
1
Resumen:
La mecatrónica es una disciplina que integra la mecánica, electrónica e informática
con una evolución que inició hace más de 50 años. La investigación tuvo el objetivo
determinar el estado de las tendencias de desarrollo de la mecatrónica en el Ecuador
en relación a la proyección mundial. La metodología tuvo un diseño observacional de
tipo documental bajo un nivel descriptivo, con una revisión en bases de datos y
organizaciones de interés de acuerdo a la experticia de los investigadores. La
búsqueda tuvo un corte transversal que abarcó el periodo de 2017 al 2022. En tal
efecto, se identifican cuatro principales tendencias de desarrollo en la mecatrónica,
como lo son la automatización de procesos industriales, actualización en mecánica
de precisión y sistemas de control, la formación profesional en tecnología y la
innovación en dispositivos médicos, prototipos biomecánicos y robóticos. Esta
disciplina evidencia posicionarse entre las más avanzadas en el mundo.
Palabras clave: mecatrónica, tendencias, desarrollo tecnológico.
Abstract:
Mechatronics is a discipline that integrates mechanics, electronics, and computing
with an evolution that began more than 50 years ago. The objective of the investigation
was to determine the state of the development trends of mechatronics in Ecuador
concerning world projection. The methodology had a documentary-type observational
design at a descriptive level, with a review of databases and organizations of interest
according to the expertise of the researchers. The search had a cross-section that
covered the period from 2017 to 2022. For this purpose, four main development trends
in mechatronics are identified: the automation of industrial processes, updating
precision mechanics and control systems, professional training in technology and
innovation in medical devices, and biomechanical and robotic prototypes. This
discipline is positioned among the most advanced in the world.
Keywords: mechatronics, trends, technological development.
1
Instituto Superior Tecnológico Libertad, Ingeniero Mecatrónico, https://orcid.org/0000-0001-9721-036X
2
Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Médica Cirujana, Pediatra. https://orcid.org/0000-0001-7640-0076
3
Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Ingeniero Comercial, https://orcid.org/0000-0001-9935-3276
4
AYI S.A. Master Oficial en Dirección y Gestión de TI. https://orcid.org/0000-0002-1790-8627
Autor de correspondencia: masimbana4@itslibertad.edu.ec
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
65
Historial del artículo
Recibido para evaluación: 15 agosto 2022.
Aprobado para publicación: 01 noviembre 2022
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
66
Introducción
En un mundo cada vez más complejo, volátil y con alta incertidumbre como el
actual, donde lo único seguro es el cambio continuo, las sociedades se transforman
a un ritmo menor que las innovaciones (de la Vega, 2018). No obstante, la imparable
expansión de las nuevas tecnologías, ha generado el uso de los más variados
productos de comunicación, biomédicos, biomecánicos, automotrices, domésticos,
entre otros (Naciones Unidas, 2018).
Varios sectores de la industria, se han insertado a profesionales con conocimiento
en electrónica y control para desempeñarse en la implementación y manipulación de
mecanismos, sistemas biomecánicos, biomédicos, y que poseen conocimientos,
además, para la implementación de sistemas electrónicos de potencia,
instrumentación, sistemas automáticos de control aplicados en la industria, electro-
medicina, el comercio, entre otros servicios (Universidad de Antioquia, 2018).
La interacción funcional entre tecnologías mecánica, electrónica y de la información
de forma sinérgica, aplicando inteligencia para el mejor desempeño de un dispositivo,
es esencialmente la utilidad de la mecatrónica. En este sentido, la automatización en
esta área constituye un sistema donde se transfieren tareas de producción, realizadas
habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos
(Aquino, Trujillo, & González, 2015). Esencialmente es, la convergencia de tres
tecnologías: mecánica, electrónica e informática, que paulatinamente han venido
tejiendo una convergencia, como es el universo específico de la
mecatrónica (Naranjo, 2006).
A lo largo de la historia, la evolución de las revoluciones industriales, han generado
un impacto importante en los sistemas de manufactura, primero con la máquina de
vapor y la mecanización de los procesos, luego con la producción en masa, la
automatización y robótica; y más recientemente, con la que ha sido llamada industria
4.0, considerada ya como la cuarta revolución industrial, debido a su potencial y
beneficios relacionados con la integración, innovación y automatización de los
procesos (Ynzunza, Izar, Aguilar, & Larios, 2017).
En el mercado globalizado, la innovación tecnológica ha venido adquiriendo un
importante papel en la lucha por la supervivencia y el éxito empresarial, siendo un
aspecto clave para cualquier empresa que trate de conseguir una ventaja competitiva,
ya que tales objetivos, dependerán de la renovación continua de la empresa y de su
adecuación a los cambios del mercado. En este contexto, existe la necesidad de que
las empresas apoyen sus procesos con las bondades tecnológicas de modo que, les
permita proponer cambios sustanciales en su modelo de negocio, sistemas de
producción, procesos, costos, calidad, y el uso eficiente de recursos en todas sus
áreas (Flores, Ramos, Ramos, & Ramos, 2019).
En este sentido, es posible afirmar que existe una transformación en los sectores
de desarrollo con un aporte significativo por parte de las ciencias de la ingeniería, a
partir de esta realidad surge la necesidad de determinar el estado de las tendencias
de desarrollo de la mecatrónica en el Ecuador en relación a la proyección mundial.
Metodología
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
67
La investigación tuvo un enfoque cualitativo, bajo un diseño observacional de
tipología documental, mediante el cual se realizó un análisis empírico de la
información seleccionada a partir de la búsqueda científica en las siguientes bases de
datos: Google Académico, Redalyc, Scielo y Dialnet; bajo el enfoque de construir el
estado del arte de la temática de acuerdo a una revisión descriptiva dentro de una
temporalidad en el rango 2017-2022.
Adicionalmente, se realizó la revisión de informes emitidos por instituciones y
organizaciones con base en la aplicación de la mecatrónica en el país y el mundo,
destacando documentos emitidos por: American Society of Mechanical Engineers
(ASME), Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC), American National Standards
Institute (ANSI), Electronic Industries Alliance(EIA), Telecommunications Industry
Association (TIA), Food and Drug Administration (FDA. La información seleccionada
fue analizada e interpretada aplicando los métodos histórico-lógico, analítico-sintético
y hermenéutico-dialéctico, lo que permitió estructurar la información con base a cuatro
grandes dimensiones que concentran las principales tendencias de desarrollo de la
mecatrónica destacando sus campos de acción.
Resultados
1-Automatización de procesos industriales, con avance tecnológico en el
control de líneas de producción para optimizar la capacidad productiva de la
empresa.
La tendencia de la automatización de los procesos industriales constituye uno de
los objetivos más importantes de las empresas a nivel mundial, ya que les permite la
toma de decisiones en tiempo real, la ejecución autónoma y mantenerse en
competitivo de en un entorno cambiante y agresivo. En este sentido, los
procedimientos lógicos humanos se encomiendan a máquinas automatizadas
especiales, ordenadores, las cuales procesan información mucho más rápido que el
hombre, con la ayuda de modelos matemáticos que describen tanto la propia
tecnología como la actividad analítica y reguladora humana (Pinzón, Torres, Moreno,
& Grimaldo, 2019).
En cuanto a las líneas de producción automatizadas, estas son muy variadas,
consisten en el engranaje de múltiples estaciones que están enlazadas por un sistema
de manejo de trasferencia de partes de una estación a la siguiente (Cantos, 2019).
En un sistema rítmico, la línea o cadena de montaje es la que mantiene una velocidad
constante en el movimiento del producto. En estas estaciones los trabajadores se
desplazan con el producto para poder ejecutar las operaciones, y si la operación no
se ejecuta el producto pasa a la siguiente estación. En cambio, en un sistema de
líneas sin ritmo, el producto no avanza hasta que no se le da autorización, de allí, la
importancia de la posición en la que se colocan las estaciones y sus cargas de trabajo
absoluta o relativa (Garcia-Sabater, 2020).
Otro aspecto relevante a destacar por García-Sabater (2020), es que las líneas de
montaje y fabricación cuentan con un diseño de innovación automatizado que
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
68
equilibra y controla las actividades manuales realizado por el operario (medición,
control si y evaluación del rendimiento de cada proceso). En estas, suele existir un
trabajo colaborativo entre mano de obra y robots, ejemplo de ello, son los robots Pick
and Place, encargados de identificar un elemento, seleccionarlo y clasificarlo según
los requerimientos del operario y los brazos robóticos Yueda CNC 6 Axis (YDR6 -
1441), que permiten realizar soldadura en líneas rectas y curvas.
Así también existen escáneres 3D portátiles HandySCAN 3D y MetraSCAN 3D, con
los que Creaform facilita el acceso al escaneo de geometrías complejas y el control
de calidad, ofreciendo resultados fiables, precisos y rápidos con el plus del desalojo
del material sobrante (Argueles, De la Rosa, & Lázaro, 2020). Hoy día, el rango de
precisión para el escaneo 3D es más alto que el umbral requerido para el control.
En función de la variedad de productos que se pueden fabricar, en una línea se
distingue entre líneas monomodelo, multimodelo y con mezcla de modelos. Las líneas
monomodelo sólo pueden fabricar un producto; las multimodelo permiten transformar
varios tipos de producto y las líneas con mezcla de modelos eliminan el tiempo de
setup o lo reducen tanto que lo incorporan en el tiempo de ciclo de la tarea para que
el flujo de materiales se alinee y las operaciones se balanceen siendo capaces de
producir de acuerdo al tiempo de takt (Garcia-Sabater, 2020).
En todo caso, es importante reconocer que existen múltiples variantes en el
proceso de fabricación industrial y las líneas automatizadas que se utilizan, así que
es muy posible que algunas estaciones varíen de acuerdo a las necesidades de la
empresa, avances tecnológicos, de la naturaleza de sus actividades, habilidades
requeridas de los trabajadores y de la complejidad tecnológica de las manufacturas
(Erbes et al., 2019). En cualquiera de los casos, la programación de las actividades
ha de ser cuidadosa para no desbalancear las actividades (Cantos, 2019).
Figura 1
Potencial de automatización (en % de empleados)
Fuente: BID-INTAL en base a McKinsey Global Institute, (2017).
De acuerdo con el indicador de automatización de McKinsey, solo 5% de las
ocupaciones del mundo son totalmente automatizables mientras que, la mitad de las
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
69
actividades tienen potencial para ser automatizadas (McKinsey Global Institute,
2017). La estimación se basa en datos de 46 países y se realiza una descomposición
de las actividades (2000) y capacidades (18) que se necesitan dentro de cada
ocupación (800). A partir de lo anterior, se puede observar en la figura 1, el potencial
de automatización relacionado con el porcentaje de empleados presente en
Latinoamérica.
Cabe destacar que el potencial para el sector manufacturero está representado por
un 60%. Esto abarca las actividades físicas más predecibles como la pintura,
soldadura, etiquetado. En el caso de las actividades comerciales, el potencial de
automatización es mayor en Brasil y Estados Unidos, mientras que, en el sector
primario, Perú es uno de los más destacados (Figura 2).
Figura 2
Potencial de automatización según sectores seleccionados (% de automatización
posible estimado).
Fuente: BID-INTAL en base a McKinsey Global Institute (2017).
En un estudio reciente, realizado por Estevadeordal et al. (2018), se pudo observar
el Indicador Sintético del Riesgo de Automatización entre los principales países
industrializados de América del Sur. Este incluye el uso de robots por trabajador, uso
de TIC, nivel educativo, participación de exportaciones de software en las
exportaciones totales, y sectores más susceptibles de ser automatizados, como se
representa en la figura 3.
Figura 3.
Indicador Sintético de Automatización, según variable explicativa y país.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
70
Fuente: Estevadeordal et al. (2018).
Es de importancia mencionar que el Ecuador no se encuentra entre los países del
mundo con potencial de automatización industrial. No obstante, Javier Wong,
presidente del sector metalmecánico de la Cámara de la Pequeña Industria de
Pichincha, aseguró que viene innovando y renovando sus sistemas y maquinarias con
el fin de tener más precisión y rapidez y de alcanzar los estándares de calidad
internacionales (Olivares & Cejas, 2017).
Entre las implementaciones que se han hecho, se destacan la adquisición de
tecnología CNC (Control Numérico Computarizado), la cual es una herramienta
automatizada y controlada por un ordenador que permite realizar múltiples
operaciones e incrementar la producción haciéndola más flexible y precisa; estas
engloban sistemas robotizados y máquinas con tecnología digital (impresión 3D),
capaces de programar procesos de conformado, corte, soldado y doblado,
garantizando una productividad de 5 a 1 o de 8 a 1 (Sabel, 2021).
2-Actualización e innovación de la tecnología desarrollada en mecánica de
precisión, y sistemas de control electrónicos en la industria manufacturera para
optimización de recursos.
La entrada de la revolución 3.0 dio inicio a la automatización de procesos
industriales gracias a los avances en la electrónica y la computación. Básicamente el
principio de operación de los sistemas CAD los cuales, aseguran la interacción del
usuario (diseñador) con el software en un lenguaje informático a través de los
dispositivos periféricos de entrada, procesamiento y salida de datos (hardware),
provistos por el ordenador. A su vez, el CAD combinado a otras tecnologías (CAM,
CAE) han permitido el desarrollo integral de un proyecto desde su fase de diseño
hasta su producción en línea, con lo que se consigue un importante ahorro de tiempo,
mínima intervención humana y mayor precisión de diseño.
En la actualidad ha tomado cada vez mayor auge la combinación de las tecnologías
CAD/CAM y CAD/CAM, fabricación flexible CIM, Robótica y otras que son agrupadas
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
71
en la mecatrónica, y que en la actualidad tienen una aplicación amplia e intensiva en
diferentes campos del quehacer humano (Márquez, 2017) y en particular en los
procesos industriales de manufactura (Pérez-Rodríguez, Simeón-Monet, & Trinchet-
Varela, 2019).
La intencionalidad de todos estos avances es impulsar escenarios y procesos que
inserte a estos elementos para la optimización de productos y sistemas técnicos de
complejidad creciente. Sólo las empresas capaces de ofrecer los productos de mejor
calidad en precio adecuado y en un tiempo más corto, sobrevivirán a la globalización
de los mercados que implica una competencia cada vez más feroz, tal como se
representa en la figura 4 (Macas, 2017). Así se demuestra en estudio sobre
innovación y su incidencia en el crecimiento y desarrollo de las empresas del sector
alimentos y bebidas del Distrito Metropolitano de Quito, de 148 empresas analizadas,
94% optaron por el uso de la tecnología, la innovación y por realizar cambios y crear
productos novedosos, adaptándose al entorno en el que se desenvuelven y a las
exigencias de los clientes (Carrera-Navarrete, 2019).
Figura 4
Sistema de producción de Fabel Castell
Fuente: Macas (2017).
En este sentido, la innovación ha sido considerada un medio que aporta soluciones
y facilita la solución de problemas sociales, por lo que es de interés macroeconómico
a nivel país y microeconómico a nivel empresario, disponer de indicadores que midan
el efecto de la innovación en el crecimiento y desarrollo tales como: la rentabilidad,
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
72
cuota de mercado y crecimiento de ventas (Garcia-Sabater, 2020). Sobre este
particular, el sector de alimentos y bebidas provee alimentos saludables, de calidad,
aptos y disponibles para el consumo de las personas, este sector se considera una
importante fuente de producción y empleo, principalmente en aquellos países en
desarrollo donde ha existido un rápido crecimiento de la industria (Cadena, Pereira,
& Pérez, 2019). Este sector para el 2016 tuvo una participación del 4,7% del total del
PIB y un 38% dentro de todo el sector manufacturero, del mismo modo, representó el
19,2% de todas las exportaciones del Ecuador (Cadena, Pereira, & Pérez, 2019).
Particularmente la industria textil en el Ecuador, ha invertido en la incorporación de
maquinaria y tecnología con el objetivo de elevar el nivel de eficiencia en los procesos
productivos; con resultados significativos en el mejoramiento de la eficiencia
operativa, el desempeño organizacional y el soporte al cliente, entre otros (Chacón &
Rugel, 2018). Sin embargo, pese a la importancia de este sector para la economía
ecuatoriana, su crecimiento se ha visto limitado por los bajos niveles de
industrialización, escasa innovación y diversificación de los productos ofertados, bajos
niveles de competitividad de la materia prima nacional y la poca implementación de
sistemas de gestión de calidad, provocando que la oferta exportable del Ecuador sea
vulnerable en los mercados extranjeros (Ministerio de Industrias y Productividad,
2017).
A lo anterior, se suma que gran número de las empresas se encuentran ubicadas
en el Distrito Metropolitano de Quito (DMQ), ejemplo de ello, las industrias textileras,
con bajos niveles de tecnología e innovación en las áreas de: producción, talento
humano, financiera y publicidad. Provocando que pierdan ventaja competitiva,
afectando la satisfacción del cliente, la rentabilidad, sus resultados empresariales y
poniendo en riesgo su supervivencia en el mercado (Cadena, Pereira, & Pérez,
2019).
Otra limitante para innovar, fue el acceso al crédito por las altas tasas de interés
por lo que los empresarios se abstienen de solicitarlos. Inclusive, existen empresas
con gran capacidad financiera, sin embargo, ven a la innovación como gasto y no
como inversión (Universidad Andina Simón Bolívar y la Alianza para el
Emprendimiento y la Innovación, 2017). La incertidumbre de los proyectos de
investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) también ha sido considerada como una
barrera para la actividad innovadora, ya que los empresarios no se arriesgan a tener
bajas probabilidades de éxito (Cadena, Pereira, & Pérez, 2019; Tello, 2017).
3-Formación de profesionales que generen cambios innovadores en los
procesos mecatrónicos, incorporando tecnología de punta para fortalecer el
ejercicio de la profesión
Dentro del país, existen varias empresas que se dedican al desarrollo de
proyectos innovadores, creadas por ingenieros mecatrónicos como, por ejemplo:
Tabla 1
Empresas Mecatrónicas en el Ecuador
Empresa
Descripción
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
73
Handeyes
https://handeyes.org/
fundada por Diego Aguinsaca Ingeniero Mecatrónico, ganador del
premio “Una idea para cambiar la Historia”.
HC Technology Empresa
fundada por Hernán Caicedo Ingeniero Mecatrónico, ayudando a la
comunidad con proyectos de seguridad digital, SMART
HANDWASH
ATMIA CIA. LTDA
Empresa encargada de prestar servicios de automatización,
sistemas y equipos electro-neumáticos cofundada por Edwin Haro,
Ingeniero Mecatrónico
Fuente: Elaboración propia de los autores (2021).
Cabe destacar que la mayoría de estas tecnologías son producto de la
convergencia de la mecánica, electrónica, óptica e informática (la mecatrónica), las
cuales están direccionadas para crear sistemas más baratos, más simples, más
fiables. Estos productos hechos con ingeniería mecatrónica, poseen mecanismos de
alta precisión, y son controlados por dispositivos electrónicos reprogramables que
funcionan en diferentes condiciones, hacen uso óptimo de los materiales y energía
que consumen, tienen diseños más estéticos y ergonómicos, y tienen lo que se podría
llamar una relación "inteligente" con el medio ambiente (Zaldívar-Colado, 2019).
Como ejemplos palpables de esta afirmación, se pueden mencionar la realización
de intervenciones quirúrgicas a distancia, por medio de robots servo-asistentes,
asistentes-coordinadores, efectores semiautónomos y los robots tele manejados, que
evidencian una disminución de la tasa de complicaciones, menor pérdida de sangre,
menor dolor y tiempo de postoperatorio, fácil recuperación y reinserción a la
cotidianidad (Cedeño, Pazmiño, D’Ilio, & Aguirre, 2022). Asimismo, se presenta el uso
de dosificadores de pastillas o de gel antibacterial, el manejo de maquinarias a
distancia con el uso de sistemas automatizados, la creación de automóviles
equipados con sistemas de encendido electrónico o con sistemas ingenieriles
adecuados que garantizan alcanzar la velocidad asignada en un tiempo adecuado
(fórmula 1) (Noroña & Gómez, 2019), y el monitoreo de juegos deportivos a través
Video Assistant Referee, las máquinas de control numérico, prensas hidráulicas,
medidores de gases, marcapasos, prótesis, entre otros (Spitz, Wagemans, Memmert,
Williams, & Helsen, 2021).
Es de importancia mencionar que el desarrollo tecnológico, impacta a los individuos
fundamentalmente en tres dimensiones: 1. Mejora la capacidad de hacer más cosas;
2. Optimiza la posibilidad de lograr más y mejores resultados; y 3. Incrementa la
facultad de las personas para hacer más en organizaciones formales (CEPAL, 2022).
Adicionalmente, incrementa la comercialización de nuevos productos, procesos,
aplicaciones, materiales o servicios que generan confort (Larrondo, Cervantes, &
Sánchez, 2018). No obstante, para el desarrollo óptimo de estas tecnologías, se
necesita talento humano calificado, capaz de trabajar con nuevos materiales,
máquinas y especialmente sistemas de información, que facilite la implementación de
una manufactura orientada al servicio, sustentable (Hualde, 2020).
Por consiguiente, las innovaciones en la Industria, se dan de manera simultánea
en los ámbitos de la tecnología, la organización de los procesos (especialmente la
orientación hacia el cliente), la organización del trabajo y la formación de talento
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
74
humano calificado en el área de mecatrónica (Pinzón, Torres, Moreno, & Grimaldo,
2019). Esto implica un trabajo simultáneo para poder lograr cambios innovadores,
mejoras en la productividad y un impacto global en la organización. Aplicando a las
ideas de Six Sigma, que es una metodología de mejora continua de procesos
(Navarro, Gisbert, & Pérez, 2018).
Todo lo anterior implica que se ha revertido la antigua concepción de los
trabajadores operarios y se precisa que los empresarios empleen talento humano
creativo e innovador, capaz de manipular símbolos, artefactos conceptuales, equipos
mecatrónicos y algoritmos de monitoreo y control, además de generar productos de
alta calidad con la respectiva reducción de los errores de producción, y disminución
de los riesgos laborales inherentes al área de trabajo (Gómez, 2019).
4-Innovación, perfeccionamiento e implementación de dispositivos médicos,
prototipos biomecánicos y robóticos, para satisfacer la atención y calidad de
vida de las personas, bajo estándares de calidad establecidos en reglamentos
internacionales y locales.
Ecuador ha incursionado en la tendencia mundial de investigación biomédica de
punta, así como el desarrollo endógeno y/o adquisición (exportación) de dispositivos
médicos para la atención y mejora de la calidad de vida de su población (Caicedo,
2020).
Los dispositivos médicos de uso humano abarcan los artículos, instrumentos,
aparatos, artefactos o invenciones mecánicas, incluyendo sus componentes,
accesorios, fabricado, vendido o recomendado para uso en diagnóstico, tratamiento
curativo o paliativo, prevención de una enfermedad, trastorno o estado físico anormal
o sus síntomas, para reemplazar o modificar la anatomía o controlar un proceso
fisiológico (como un marcapaso cardíaco) y también incluye cualquier instrumento,
aparato, implemento, máquina, aplicación, implante, software destinado por el
fabricante a ser utilizado solo o en combinación, para seres humanos con propósitos
médicos específicos (Ministerio de Salud Pública, 2017). La tendencia global del
desarrollo de dispositivos médicos va de la mano con estándares de calidad para su
funcionamiento, monitoreo y control, incorporados en contratos, códigos, leyes, y
reglamentos internacionales que se aplican a nivel local en los distintos países.
La importancia creciente de la tecnología en el mundo de hoy, ha incursionado en
la biomedicina y biomédica, con continuo desarrollo, como parte integral del proceso
de mejoría de la calidad de vida de las personas, particularmente aquellas con
discapacidad. Por esta razón surge la necesidad del desarrollo de propuestas con las
nuevas tecnologías, como: dispositivos protésicos que contribuyan a la movilidad
corporal, bioimpresoras en 3D para fabricar tejido estable a escala humana de
cualquier forma y tamaño, prototipos robóticos en la cirugía (quirófanos 4.0 y cirugía
digital), programas especializados con fines diagnósticos y/o terapéuticos, entre otros
(Cedeño, Pazmiño, D’Ilio, & Aguirre, 2022).
La inteligencia artificial se incorpora al campo de la medicina en un escenario
prometedor en el futuro de varias industrias sanitarias, particularmente en el área
quirúrgica, donde los médicos usan robots para ayudarlos en cirugías, con habilidades
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
75
excepcionales para mejorar el campo visual, cerrar lesiones y crear incisiones
precisas durante la cirugía (Matheny, Thadaney, Ahmed, & Whicher, 2022).
La Biomédica resulta de una combinación de Ciencias de la Salud y las Ciencias
Exactas aplicada a las ciencias médicas para satisfacer y contribuir a mejorar la
calidad de vida del ser humano y amerita la profesionalización de personal técnico,
tecnológico y de ingeniería (Flores, Trujíllo, Martínez, González, & Sánchez, 2020).
Parte de los estándares de calidad reconocidos a nivel mundial, están acoplados a
la American Society for Testing and Materials (ASTM Internacional, 2020) y a la
Federal Drugs and Administration (FDA), que regula los dispositivos médicos
vendidos en los Estados Unidos y también participa a nivel internacional cuando estos
equipos se exportan a otros países, dada su intervención en la evaluación y toma de
decisiones sobre la autorización y monitoreo de la seguridad y efectividad de un
dispositivo biomédico, biomecánico o robótico quirúrgico postcomercialización de los
mismos (Van Norman, 2020).
Más del 90% de los profesionales a nivel mundial participan en el sistema de ASTM
que reconoce la pericia técnica, independiente al país de origen. Expertos,
organizaciones y personas que representan la industria, el mundo académico, los
gobiernos, asociaciones comerciales, consultores y consumidores, todos tienen una
participación igualitaria a la hora de determinar el contenido de los estándares (ASTM
Internacional, 2020).
En Ecuador, la Agencia Nacional de Regulación, Control y Vigilancia Sanitaria
(ARCSA), dependiente del Ministerio de Salud Pública, a través de la Dirección
Técnica de Elaboración, Evaluación y Mejora Continua de Normativas, Protocolos y
Procedimientos, estableció la Normativa Técnica Sanitaria para el Control y
Funcionamiento del Sistema Nacional de Tecnovigilancia (SNTV), cuyo objetivo es la
identificación, recolección, evaluación, gestión y divulgación de eventos o incidentes
adversos consecuencia del uso de dispositivos médicos de uso humano; así como, la
identificación de los factores de riesgo asociados a éstos, para prevenir su aparición
y minimizar sus riesgos (Ministerio de Salud Pública, 2017). La ARCSA de esta
manera vela por la incorporación de los estándares de calidad de los dispositivos
médicos, biomecánicos y robóticos como es la tendencia mundial.
Además, en Ecuador, se cuenta con el Acuerdo Ministerial No. 0224 – 2018 donde
se aprobó y autorizó el Manual “Gestión de Mantenimiento de Equipos Biomédicos”
(Ministerio de Salud Pública, 2018), como un instrumento que permite implementar
metodologías y procedimientos técnicos para garantizar la calidad del equipamiento
sanitario de los servicios de salud del Ministerio de Salud Pública, estableciendo
niveles de prioridad para el inventario de mantenimiento; frecuencia de mantenimiento
según el nivel de riesgo físico, definido como el daño potencial para los usuarios
internos y externos, de acuerdo a su uso previsto; frecuencia de mantenimiento en
base al uso del dispositivo médico de uso humano y, antecedentes de problemas del
equipo.
Discusión
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
76
Hoy día, la automatización de los procesos es fundamental en todas aquellas
organizaciones que desean aumentar su productividad. Dado que, permite a las
empresas, ofrecer productos de alta calidad, a un menor costo, en menor tiempo y
con menos pérdida en la materia prima y menos residuos (Cantos, 2019). Según
Ingeteam separan las líneas de procesos en las siguientes:
• ETL (Líneas de Electro-estaño)
• EGL (Línea de electro-galvanizado)
• CGL (Líneas de Galvanizado en caliente y otros procesos por inmersión)
• PL (Línea de Decapado y otros procesos químicos)
• CL (Línea de Pintura y Recubrimiento Orgánico)
• AL (Líneas de Recocido Continuo y otros procesos térmicos)
• FL (Línea de Acabado, en genera: pulid, esmerilado, inspección, corte en
longitud, cizallado de bordes, rebobinado, etc.) (INGETEAM S.A., 2020).
En este sentido, Oehninger (2018), indicó que el proceso de automatización está
conformado por tareas y/o actividades que automatizan las actividades repetitivas y
operativas lo que produce un impacto positivo a en los siguientes aspectos:
• Reducción de costos
• Ahorro de tiempo
• Resultados siempre actualizados
• Mejora del control de las operaciones
• Mejora en la comunicación
• Mayor seguridad del personal
• Producción más flexible
• Mejora del flujo de datos
• Ventaja competitiva.
• Aumento de la producción
En el caso de Ecuador, según la Ficha Técnica del Ecuador publicada en
mayo (2020), se presentó una balanza negativa en materia de producción y
comercialización del país en el exterior, observándose un alto porcentaje de
importación de productos para satisfacer la demanda interna. Lo que se traduce en
poca inversión en tecnología de sistemas automatizados, baja producción, baja
rentabilidad, y poca participación en el mercado competitivo globalizado (Banco
Central del Ecuador, 2020).
Por otro lado, ante la tendencia de desarrollo e implantación de nuevas tecnologías
en la industria manufacturera está directamente relacionada con el aumento de la
productividad y la competitividad de las industrias. En este sentido, sólo las empresas
con capacidad de incorporar tecnología innovadora en sus procesos de producción,
podrán sobrevivir a la competitividad de los mercados nacionales e internacionales, y
a la capacidad de ofertar de productos de mejor calidad, a un bajo costo y en un
tiempo más corto de (Erbes et al., 2019). En el caso de Ecuador, Cadena y otros
investigadores (2019), indicaron que diversas industrias pertenecientes al DMQ, están
prestos a implementar el uso de tecnologías innovadoras, que se adapten a las
exigencias de los clientes y compitan con los productos de corte nacional e
internacional.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
77
Otro elemento que limita el desarrollo tecnológico de la industria ecuatoriana, es el
déficit de personal cualificado. ya que, al no contar con un personal formado en esta
área, se producen retrasos en la elaboración, distribución y comercialización de los
productos, además de afectar la calidad de los mismos (Gómez, 2019).
En el ámbito de los negocios biotecnológicos, particularmente en la biomedicina,
existen en el Ecuador, varias empresas sólidas relacionadas con diferentes áreas de
la biotecnología, su mayoría multinacionales (como Siemens) y/o empresas
nacionales, cuyo personal tiene un alto porcentaje de trabajadores que se han
preparado en otros países (Carrera-Navarrete E. , 2019).
De acuerdo a la experticia de los investigadores, en los últimos 20 años, han venido
en ascenso las empresas dedicadas al mercado de equipos biomédicos y
biomecánicos, entre ellas: BioMol Ecuador CIa Ltda, Protéus Cía. Ltda., Robitz,
Orthosa Lab, Coworking Cuenca (empresa SID). Además se suma el aporte creciente
de Universidades ecuatorianas que participan en el desarrollo de prótesis, prototipos
y dispositivos biomédicos que son comercializados a bajo costo (Caicedo, 2020).
El último informe de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI),
que mide el nivel de innovación de los países, resalta aspectos positivos de Ecuador
que ha mejorado su infraestructura, pero indica también, como factor negativo, el
reducido número de patentes que se registran y la nula inversión en capitales de
riesgo (Cornell University, INSEAD, WIPO., 2019).
Suiza es el país más innovador del mundo, seguido de Suecia, los Estados Unidos
de América, los Países Bajos y el Reino Unido, ocupando Ecuador el puesto 99 de
129 países en el ranking del Índice de Innovación global 2019, donde uno de los 80
indicadores, corresponde al papel y la dinámica de la innovación médica, su
distribución y accesibilidad, y, la influencia potencial que esto puede tener en el
crecimiento económico, así como, en la formación de personal calificado y
especializado, que contribuye al círculo del desarrollo de una nación (Cornell
University, INSEAD, WIPO., 2019).
Conclusiones
En Ecuador existen las carreras de Ingeniería en Mecatrónica, Electrónica,
Eléctrica que contribuyen al desarrollo, innovación, implementación y
perfeccionamiento de dispositivos y procesos industriales. Particularmente, la
mecatrónica cuenta con un campo de aplicación muy amplio, permite la inserción de
nuevas tecnologías en las empresas, y favorece el posicionamiento competitivo
dentro del mercado.
Asimismo, existe la incorporación de la mecatrónica en otras áreas, como equipos
de control numérico, prensas hidráulicas, medidores de gases, marcapasos, prótesis
biomédicas, automóviles equipados con sistemas de encendido electrónico, control
de ruido, entre otras; siendo estas tecnologías efectivas, de mayor calidad y de costo
adecuado, lo cual la ha posicionado favorablemente entre las 10 principales
tecnologías emergentes a nivel nacional e internacional.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
78
Referencias
Aquino, J. A., Trujillo, J., & González, J. F. (2015). Las sinergias que evidencian la evolución
de la enseñanza de la Ingeniería Mecatrónica. REVISTA DE CIENCIA E INGENIERÍA
DEL INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS. Año 2, No. 2,
pp. 37-42. ISSN: 2395-907X. Obtenido de
https://www.researchgate.net/publication/291167078_Las_sinergias_que_evidencian_l
a_evolucion_de_la_ensenanza_de_la_Ingenieria_Mecatronica
Argueles, C., De la Rosa, J., & Lázaro, J. (2020). Scanner 3D para la fabricación de
componentes mecánicos mediante ingeniería inversa. Instituto Tecnológico Superior de
Martínez de la Torre (Tesis de Grado). Obtenido de
https://rinacional.tecnm.mx/bitstream/TecNM/4636/1/SCANNER%203D%20PARA%20
LA%20FABRICACI%C3%93N%20DE%20COMPONENTES%20MEC%C3%81NICOS
%20MEDIANTE%20INGENIER%C3%8DA%20INVERSA%20IMT%202022.pdf
ASTM Internacional. (2020). American Society for Testing and Materials. Obtenido de
https://la.astm.org/la/standards/
Banco Central del Ecuador. (2020). EL COVID-19 PASA FACTURA A LA ECONOMÍA
ECUATORIANA: DECRECERÁ ENTRE 7,3% Y 9,6% EN 2020. Obtenido de
https://www.bce.fin.ec/index.php/boletines-de-prensa-archivo/item/1369-el-covid-19-
pasa-factura-a-la-economia-ecuatoriana-decrecera-entre-7-3-y-9-6-en-2020
Cadena, J., Pereira, N., & Pérez, Z. (2019). La innovación y su incidencia en el crecimiento y
desarrollo de las empresas del sector alimentos y bebidas del Distrito Metropolitano de
Quito (Ecuador) durante el 2917. Revista Espacios. Vol. 40 (Nº 22). Pág. 17. Obtenido
de http://www.revistaespacios.com/a19v40n22/a19v40n22p17.pdf
Caicedo, A. (2020). Biomedicina en Ecuador, contexto a futuro y memorias del segundo
congreso en Loja. Archivos Académicos USFQ, Número 22. Obtenido de
https://doi.org/10.18272/archivosacademicos.vi22.1651
Cantos, G. F. (2019). La Automatización y su Efecto en La Producción de la Empresa Sika
ecuatoriana. Retrieved from UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL. FACULTAD DE
CIENCIAS ECONÓMICAS. Obtenido de
http://repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/40488/1/T-
GOMEZ%20CANTOS%20GARY%20FERNANDO.pdf
Carrera-Navarrete, E. (2019). Breve perspectiva de la situación actual de la Biotecnología en
Ecuador. Obtenido de https://enfoquecientifico.com/2019/05/28/breve-perspectiva-de-
la-situacion-actual-de-la-biotecnologia-en-el-ecuador/
Carrera-Navarrete, E. (2019). Breve perspectiva de la situación actual de la Biotecnología en
Ecuador. Enfoque científico. Obtenido de
https://enfoquecientifico.com/2019/05/28/breve-perspectiva-de-la-situacion-actual-de-
la-biotecnologia-en-el-ecuador/
Cedeño, Y. M., Pazmiño, M., D’Ilio, H., & Aguirre, A. (2022). Cirugía robótica, la transición de
la cirugía en la actualidad. Revista RECIAMUC. ISSN: 2588-0748. Editorial Saberes del
Conocimiento, pp. 269-279. Obtenido de
https://reciamuc.com/index.php/RECIAMUC/article/view/862
CEPAL. (2022). Tecnologías digitales para un nuevo futuro. Obtenido de
https://repositorio.cepal.org/bitstream/handle/11362/46816/1/S2000961_es.pdf
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
79
Chacón, J., & Rugel, S. (2018). Artículo de Revisión. Teorías, Modelos y Sistemas de Gestión
de Calidad. Revista Espacios. Vol. 39 (Nº 50) Pág. 14. Obtenido de
https://www.revistaespacios.com/a18v39n50/18395014.html
Cornell University, INSEAD, WIPO. (2019). Global Innovation Index 2019. Creating Healthy
Lives — The Future of Medical Innovation. Obtenido de
https://www.wipo.int/publications/en/details.jsp?id=4434
de la Vega, I. (2018). Innovación, tecnologías emergentes y cambio organizacional. El caso
de la Fórmula 1. Revista Venezolana de Análisis de Coyuntura, vol. XXIV, núm. 1, pp.
311-342. Obtenido de https://www.redalyc.org/journal/364/36457129015/html/
Erbes et al. (2019). Industria 4.0: oportunidades y desafíos para el desarrollo productivo de la
provincia de Santa Fe”, Documentos de Proyectos (LC/TS.2019/80), Santiago,
Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL). Obtenido de
https://repositorio.cepal.org/bitstream/handle/11362/44954/1/S1901011_es.pdf
Estevadeordal et al. (2018). Planet Algorithm: Artificial Intelligence for a Predictive and
Inclusive Integration in Latin America. Integration and Trade Journal: Volume 22: No. 44.
Obtenido de https://publications.iadb.org/handle/11319/9080
Flores, F., Ramos, R., Ramos, F., & Ramos, A. (2019). Gestión de Innovación tecnológica y
globalización como factores impulsadores de la calidad de servicio y competitividad.
Revista Venezolana de Gerencia, vol. 24, núm. 88. Obtenido de
https://www.redalyc.org/journal/290/29062051014/html/
Flores, J., Trujíllo, C., Martínez, R., González, B., & Sánchez, I. (2020). Desarrollo y
tendencias de la ingeniería biomédica en México. Revista electrónica de Computación,
Informática, Biomédica y Electrónica, vol. 9, núm. 1, pp. 1-11. Universidad de
Guadalajra. Obtenido de https://www.redalyc.org/journal/5122/512267930008/html/
Garcia-Sabater, J. P. (2020). LÍNEAS DE PRODUCCIÓN. NOTA TÉCNICA. RIUNET
Repositorio UPV. Obtenido de
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/138801/L%C3%ADneas%20de%20Produ
cci%C3%B3n.pdf
Gómez, G. (2019). La Automatización y su Efecto en La Producción de la Empresa Sika
ecuatoriana. Retrieved from UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL. FACULTAD DE
CIENCIAS ECONÓMICAS. Obtenido de
http://repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/40488/1/T-
GOMEZ%20CANTOS%20GARY%20FERNANDO.pdf
Hualde, A. (2020). Industria 4.0 en México. Elementos diagnósticos y puesta en práctica en
sectores y empresas. Universidad Nacional Autónoma de México. pp. 31-49. Obtenido
de https://www.researchgate.net/profile/Adriana-Martinez-Martinez-
2/publication/343322251_Industria_40_en_Mexico_Elementos_diagnosticos_y_puesta
_en_practica_en_sectores_y_empresas/links/5f2c9e3d458515b7290acee5/Industria-
40-en-Mexico-Elementos-diagnosticos-y
INGETEAM S.A. (2020). Sistemas Industriales y líneas de proceso. Obtenido de
https://www.ingeteam.com/es-es/sistemas-industriales/siderurgia/pc38_60_503/lineas-
de-proceso.aspx
Larrondo, E., Cervantes, G., & Sánchez, A. (2018). Impacto de la mecatrónica en la medicina.
MEDISAN, 22(4). Obtenido de
http://www.medisan.sld.cu/index.php/san/article/view/2059
Macas, E. M. (2017). Definición y Estado del Arte de la Ingeniería Concurrente la Manufactura.
INNOVA Research Journal, Vol 2, No. 10, 44-60.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
80
Márquez, J. (2017). Uso de softwares de CAD y CAM como apoyo didáctico para la
generación de prototipos de forma manual. Conference: 4° Congreso Internacional de
Innovación EducativaAt: Tecnológico de Monterrey, Monterrey, México. Obtenido de
https://www.researchgate.net/publication/322555650_Uso_de_softwares_de_CAD_y_
CAM_como_apoyo_didactico_para_la_generacion_de_prototipos_de_forma_manual
Matheny, M., Thadaney, S., Ahmed, M., & Whicher, D. (2022). Artificial Intelligence in Health
Care: The Hope, the Hype, the Promise, the Peril. Washington, DC: National Academy
of Medicine. Obtenido de https://nam.edu/wp-content/uploads/2019/12/AI-in-Health-
Care-PREPUB-FINAL.pdf
McKinsey Global Institute. (2017). Un futuro que funciona: automatización, empleo y
productividad. Resumen Ejecutivo. Obtenido de
https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/featured%20insights/digital%20disruptio
n/harnessing%20automation%20for%20a%20future%20that%20works/a-future-that-
works-executive-summary-spanish-mgi-march-24-2017.pdf
Ministerio de Industrias y Productividad. (2017). Industrias. Obtenido de
http://www.industrias.gob.ec/wp-content/uploads/2017/01/politicaIndustrialweb-16-dic-
16-baja.pdf
Ministerio de Salud Pública. (2017). NORMATIVA TÉCNICA SANITARIA PARA EL
CONTROL Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA NACIONAL DE TECNOVIGILANCIA.
(C. y. Agencia Nacional de Regulación, Ed.) . Obtenido de
https://www.controlsanitario.gob.ec/wp-
content/uploads/downloads/2017/05/Tecnovigilancia.pdf
Ministerio de Salud Pública. (2018). Manual de gestión de mantenimiento de equipos
biomedicos. Obtenido de
http://instituciones.msp.gob.ec/images/Documentos/Manuales/manual_de_gestion_de
_mantenimiento_de_equipos_biomedicos.pdf
Naciones Unidas. (2018). La Agenda 2030 y los Objetivos de Desarrollo Sostenible: una
oportunidad para América Latina y el Caribe (LC/G.2681-P/Rev.3), Santiago. Obtenido
de https://repositorio.cepal.org/bitstream/handle/11362/40155/24/S1801141_es.pdf
Naciones Unidas. (2018). Una mirada regional al acceso y tenencia de tecnologías de la
información y comunicaciones – TIC, a partir de los censos. Obtenido de
https://www.cepal.org/es/enfoques/mirada-regional-al-acceso-tenencia-tecnologias-la-
informacion-comunicaciones-tic-partir
Naranjo, F. (2006). La Mecatrónica: Orígenes y Perspectivas. Conference: VI Congreso
Internacional de Electrónica y Tecnologías de Avanzada - CIETA 2006At: Pamplona, N.
de S., Colombia. Obtenido de
https://www.researchgate.net/publication/337403961_La_Mecatronica_Origenes_y_Pe
rspectivas
Navarro, E., Gisbert, V., & Pérez, A. (2018). Metodología e implementación del modelo Six
Sigma. 3C Empresa (Edición Especial), pp 73-80. Obtenido de
http://dx.doi.org/10.17993/3cemp.2017.especial.73-80
Noroña, M. V., & Gómez, M. F. (2019). Desarrollo e innovación de los sistemas mecatrónicos
en un automóvil: una revisión. Enfoque UTE, vol. 10, núm. 1, Enero-Marzo, pp. 117-127.
Obtenido de https://doi.org/10.29019/enfoqueute.v10n1.350
Oehninger, C. (2018). El Impacto de la Robótica y la Automatización del Empleo en Uruaguay.
Universidad de San Andrés (Tesis de Máster). Obtenido de
https://repositorio.udesa.edu.ar/jspui/bitstream/10908/16154/1/%5BP%5D%5BW%5D
%20T.%20M.%20Ges.%20Oehninger%2C%20Carlos.pdf
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
81
Olivares, M., & Cejas, M. (2017). Debates y Escenarios en Ciencias Administrativas. Centro
de Investigación y Desarrollo Ecuador. ISBN: 978-0042-749-24-5. Obtenido de
https://www.researchgate.net/profile/Fabiola-
Duran/publication/319879323_Comercio_exterior/links/59bfd531aca272aff2e1f1af/Co
mercio-exterior.pdf
Pérez-Rodríguez, R., Simeón-Monet, R. E., & Trinchet-Varela, C. A. (2019). La gestión de la
innovación en el centro de estudios cad/cam. Ciencias Holguín, vol.25, núm. 4. Obtenido
de https://www.redalyc.org/journal/1815/181562362003/181562362003.pdf
Pinzón, A., Torres, N., Moreno, D., & Grimaldo, G. (2019). La vigilancia tecnológica como
herramienta para el análisis de tendencias de la Educación Superior. Caso estudio:
programas de ingeniería. Revista Espacios. Vol. 40 (Nº 25) Año 2019. Pág. 2. Obtenido
de https://www.researchgate.net/profile/Denis-Moreno-
Castillo/publication/339314615_La_vigilancia_tecnologica_como_herramienta_para_el
_analisis_de_tendencias_de_la_Educacion_Superior_Caso_estudio_programas_de_in
genieria_Technological_monitoring_as_a_tool_for
Sabel, E. (2021). Desarrollo de un sistema de rotacion de piezas cilindricas de bajo coste para
su mecanizado mediante laser de femtosegundo. Universidad Da Coruña (Tesis de
grado). España. Obtenido de
https://ruc.udc.es/dspace/bitstream/handle/2183/30519/SabelRodriguez_Edgar_TFG_
2021.pdf?sequence=2
Secretaria Técnica Planifica Ecuador. (2019). Avance del Cumplimiento de la Agenda 2030
para el Desarrollo Sostenible. Quito, Ecuador. Obtenido de
https://www.planificacion.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2019/07/Informe-
Avance-Agenda-2030-Ecuador-2019.pdf
Spitz, J., Wagemans, J., Memmert, D., Williams, A. M., & Helsen, W. F. (2021). Video assistant
referees (VAR): The impact of technology on decision making in association football
referees. Journal of sports sciences, 39(2), 147–153. Obtenido de
https://doi.org/10.1080/02640414.2020.1809163
Tello, M. (2017). Innovación y productividad en las empresas de servicios y manufactureras:
El caso del Perú. CEPAL review 2017(121):73-92. Obtenido de
https://www.researchgate.net/publication/317163528_Innovacion_y_productividad_en_
las_empresas_de_servicios_y_manufactureras_El_caso_del_Peru
Universidad Andina Simón Bolívar y la Alianza para el Emprendimiento y la Innovación.
(2017). AEI INDEX 2017. Obtenido de Academia para el Emprendimiento e
Innovación[AEI]. (2017). Índice global de innovación Ecuador 2017.
Universidad de Antioquia. (2018). Ingeniería Mecánica y Mecatrónica: Innovación para un
nuevo país. Departamento de Ingeniería Mecánica. ISBN: 978-9585413-78-8.
Colombia. Obtenido de https://www.researchgate.net/profile/Anderson-Pena-
Sabogal/publication/338052620_INGENIERIA_MECANICA_Y_MECATRONICA_Innov
acion_para_un_nuevo_pais/links/5dfbeea492851c83648b0187/INGENIERIA-
MECANICA-Y-MECATRONICA-Innovacion-para-un-nuevo-pais.pdf
Van Norman, G. (2020). Update to Drugs, Devices, and the FDA. JACC Basic Transl Sci; 5(8):
831–839. Obtenido de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7444905/
Ynzunza, C., Izar, J. B., Aguilar, F., & Larios, M. (2017). El Entorno de la Industria 4.0:
Implicaciones y Perspectivas Futuras. Conciencia Tecnológica, núm. 54. Obtenido de
https://www.redalyc.org/journal/944/94454631006/html/
Zaldívar-Colado, A. (2019). Laboratorios reales versus laboratorios virtuales en las carreras
de ciencias de la computación. IE Rev. investig. educ. REDIECH vol.10 no.18
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
82
Chihuahua. Obtenido de
https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2448-
85502019000100009&lang=es
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
83
Análisis de la licuefacción estática en las presas de Edenville y
Sanford
Ronald Luis Rangel-Reyes
1
.
1
Resumen:
El articulo sintetiza el fenómeno de licuefacción estática presentado en las presas de
Edenville y Sanford, ubicadas en el Estado de Michigan en U.S.A., con el propósito
de analizar las realizaciones causales y las manifestaciones externas del evento a
través de la metodología de Árbol de Fallos y a la aplicación de los métodos histórico-
lógico y analítico-sintético. El proceso evidenció la multicausalidad del evento
categorizando los elementos causales como estructurales y no estructurales,
asimismo, se destaca la importancia de la gradación del material arenoso utilizado
para la conformación del cuerpo de las represas, el impacto de la disposición de los
drenajes en relación a con la saturación del material arenoso del cuerpo de las
represas, y la relevancia de la capacidad de regulación del sistema de represas en
eventos extraordinarios.
Palabras clave: licuefacción estática, presas hídricas, árbol de fallos, caso Edenville
y Sanford.
Abstract:
The article synthesizes the phenomenon of static liquefaction presented in the
Edenville and Sanford dams, located in the State of Michigan in the U.S.A., to analyze
the causal realizations and the external manifestations of the event through the Fault
Tree methodology and the application of historical-logical and analytical-synthetic
methods. The process evidenced the multicausality of the event, categorizing the
causal elements as structural and non-structural; likewise, the importance of the
gradation of the sandy material used for the conformation of the body of the dams, the
impact of the disposition of the drainages about the saturation of the sandy material of
the body of the barriers, and the relevance of the regulation capacity of the dam system
in extraordinary events.
Keywords: static liquefaction, dams, fault tree, Edenville, and Sanford case.
Historial del artículo
Recibido para evaluación: 17 octubre 2022.
Aprobado para publicación: 21 noviembre 2022
1
Metro Engineering Solutions, LLC., Ingeniero Civil, https://orcid.org/0000-0001-8680-3696
Autor de correspondencia: rrangelreyes52@gmail.com
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
84
Introducción
El fenómeno de licuefacción estática en presas es un evento asociado a múltiples
factores que desencadenan un relave, caracterizada por la degradación de materiales
granulados de baja densidad con un alto grado de saturación de agua, generando un
espacio susceptible a la licuación que aumenta progresivamente con el paso del
tiempo (Eyyub Karakan et al. , 2018).
La geotécnica, considera que la frecuencia de ocurrencia de este fenómeno se
debe a suelos sin cohesión y con alta permeabilidad, que, ante la carga monotónicas,
desarrolla una poro-presión aunado a un sobre empuje del agua, lo que resulta en el
deslizamiento triaxial de los materiales del suelo (Vopilovsky et al., 2022). Es común
que existan cambios de presión en la presa, pero el resultado se asocia directamente
a la geometría de la presa, a las características de abatimiento y las condiciones de
los materiales que la constituyen (Tapia, 2019).
En este sentido, el diseño de la presa constituye una evidencia de análisis y la
existencia de drenajes con la ruta de conducción y salida, estableciendo el cuerpo de
la presa compactada o de acuerdo con su denominación en ingles embankment.
Adicionalmente, la selección del material y la capacidad de desagüe de la obra de
regulación de la presa. Esto destaca la relevancia de la presión del agua capilar sobre
eventos adicionales que determinan la ocurrencia del fenómeno de licuefacción.
De acuerdo con las estadísticas citadas, cerca del 40% de las fallas en las presas
ocurren por desbordamiento o falta de capacidad en el vertedor; la pregunta es si esto
se debe a qué se eligió mal el periodo de retorno o a que a pesar de que éste fue
seleccionado adecuadamente, se realizó una mala estimación del evento de diseño.
En el primero de los casos resulta evidente que es imposible dimensionar una
estructura infalible, pero se acepta que el riesgo de excedencia de la avenida de
diseño debe minimizarse hasta donde sea posible (Ramírez, 2011).
De acuerdo con la investigación realizada por Rodríguez-Pacheco et al. (2021),
sobra fallas en 14 presas de lodos mineros por licuefacción estática, arrojo que la
mayoría de las presas han sido construidos por el método de llenado hidráulico; los
lodos estaban saturados en el momento de la licuefacción y desarrollo de la falla, y,
que el nivel de agua en las presas fue más alto que el de proyecto en diferentes
momentos de la construcción, llenado y en el momento de la falla. Existe la
posibilidad, de analizar a través de la herramienta informática el pre y post proceso
de variación de desplazamientos, aceleraciones, esfuerzos axiales, deformación y
presión de poro de la masa del suelo, a través de la carga de información geométrica
y geotécnica (Collahuazo & Cruz, 2017).
En otro nivel de intervención, el empleo de un modelo de gestión de presas de
depósito de relaves mejorados se enfoca a optimizar continuamente el desempeño
de las prácticas de ingeniería incluyendo criterios medioambientales y de seguridad,
bajo la adecuación al ciclo de planificar, hacer, verificar y actuar, propuesto por
Edwards Deming (Arias Quispe, 2021). Es de interés mencionar que, existe un factor
de seguridad con alto valor en la ocurrencia del fenómeno de licuefacción estática
(Pastor, Tomás, Cano, & Riquelme, 2018) .
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
85
Ahora bien, el estallido por baja presión sobre el los Grandes Lagos de Michigan,
en el periodo de mayo del 2020, generó una falla de la presa Sanford y Edenville
ubicadas en el condado de Midland y en la una inundación y daños severos que afecto
construcciones, hogares, carreteras, infraestructuras útiles y en recursos naturales,
afectando aproximadamente a 11mil residentes y 4 mil estructuras, que representan
perdidas, en la evaluación preliminar, mayores a 250 millones de dólares (FEMA,
2022).
Las represas de Edenville y Sanford eran dos represas en Michigan ubicadas en
serie a lo largo del mismo río; construidas en la década de 1920, que, en el momento
del fallo, solo la de Sanford se encontraba activa. La combinación de precipitaciones
excesivas y problemas de mantenimiento, desencadeno una serie de daños
generalizados que afectaron las adyacencias de las presas, como se puede visualizar
en la figura 1.
Figura 1
Ubicación de las presas involucradas en la falla del condado de Midland,
Michigan, Estados Unidos.
Fuente: Federal Emergency Management Agency (2021).
Los principales mecanismos se asocian por los que se desarrolla este fenómeno
de licuefacción estática, en el caso de fallos en presas, se deben al sistema de
drenaje, sobrepaso del nivel de agua, colapso de la fundación y erosión interna, así
también, es importante considerar los elementos ambientales propios del lugar en
donde se encuentre la presa. En tal efecto, el presente artículo, tiene el propósito de
analizar el fenómeno de licuefacción estática, empleando el método de árbol de fallas,
en las presas de Edenville y Sanford, ubicadas en el condado de Midland, Michigan.
Metodología
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
86
Es estudio corresponde investigación observacional, documental, con un nivel
analítico deductivo, empleando la metodología de árbol de fallo (Ver Figura 2),
conocido por sus siglas en ingles FTA (Fault Tree Analysis) como medio para
establecer una relación causal bajo una representación gráfica de “caminos” dentro
de un sistema (López Calvajar, Alonso Hernández, Mazaira Rodríguez, & Ricardo
Cabrera, 2018), lo que permite distinguir los siguientes elementos del evento:
• Probabilidad del fallo del sistema.
• Vulnerabilidad del sistema.
• Consumo de recursos para el control de la vulnerabilidad.
• Reconfiguración del sistema a fin de reducir la vulnerabilidad.
• Caminos principales hacia el desastre.
• Puntos de fallos potenciales.
Figura 2
Representación del modelo árbol de fallos
Fuente: Elaboración propia del autor (2022).
La revisión teórica tuvo lugar por medio de una búsqueda científica en las bases
de datos Google Académico, Scielo, Springer, Elsevier y ResearchGate.
Adicionalmente, se consultaron fuentes gubernamentales asociadas al evento, como
el Programa Nacional de Seguridad de Represas (NDSP) de la Agencia para el
Manejo de Emergencias (FEMA), con el apoyo de la Agencia del Centro Nacional de
Integración (NIC). La interpretación del caso consideró los métodos histórico-lógico y
analítico-sintético.
Resultados y Discusión
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
87
El fenómeno de licuefacción estática en las presas de Sanford y Edenville ocurrió
el 20 de mayo del 2020 y fue asociado a múltiples causas. Surgieron registros
gubernamentales e independientes que coincidieron en esta determinación que
afectó las arenas saturadas en la sección de aguas abajo de la presa que condujo a
la inestabilidad del terraplén. Este fenómeno, afecta los suelos granulares,
haciéndoles perder su resistencia significativamente hasta afectar su nivel freático
(Henríquez, 2007). El diseño de una presa cuenta con especificaciones que
garantizan su funcionamiento tal como se detallan en la tabla 1.
Tabla 1
Criterios en el diseño de presas de relave
Criterio
Definición
Elemento
descriptivo
Condición en la Presa
Composición del
material
Capacidad de la
granulometría de los suelos
finos
Plasticidad
Fracción de finos 5%
Límite de liquidez %
Humedad 2%
Índice de vacíos
críticos
Estado final de volumen
constante
Presión de poros
Frontera entre exceso de
presión de poros positiva y
de presión de poros
negativa
Índice de vacíos:
estado de
deformación
El estado en el cual el suelo
fluye continuamente bajo
tensión cizallante constante,
volumen constante y
velocidad constante
SSL - línea de
estado
permanente
El análisis del suelo por
debajo de la SSL
Índice de vacíos:
Parámetro de
estado
Es el índice de vacíos en la
línea de estado permanente
bajo la tensión efectiva
confinante de interés
Ψ = e
0
- e
ss
Parámetro de
estado = índice de
vacíos inicial –
índice de vacíos
bajo tensión
efectiva
valores negativos de ψ
Fuente: López-Acosta et al. (2019).
Las presas de Sanford y Edenville no cuentan con los registros del diseño debido
a la antigüedad, lo que dificulta en manejo de la información técnica sobre las
patologías que pudieron originarse a partir de los materiales empleados o las
especificaciones de las estructuras. No obstante, existe un registro detallado de los
hechos, de acuerdo con el informe presentado por la Agencia Federal para el Manejo
de Emergencias (2021), el 17/05/2020, tres días antes de la falla, los lagos
adyacentes a las presas presentaron una disminución en su nivel de agua debido al
aumento en las presas y se pronosticó lluvias significativas en los días siguientes. El
18/05/2020, dos días antes, se registraron lluvias 2,79 pulgadas en el caso de Sanford
(82 %) y 3,8 pulgadas en Edenville (95 %).
Informes indican que se realizaron algunos ajustes en las puertas, pero en el caso
de Sanford la electricidad no se pudo generar y tampoco fue posible liberar agua, las
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
88
esclusas no funcionaron, en Edenville la licencia hidroeléctrica había sido revocada.
La tabla a continuación resume los niveles del lago al final del día 18 y 19 de mayo,
el aumento del nivel del agua:
Tabla 2
Niveles de agua de los lagos
Presas
18/05/2020 (11:59pm)
19/05/2020 (6:00am)
19/05/2020 (tarde)
Edenville
El. 206.65 metros;
67,05 centímetros
arriba nivel normal de
la taza
El. 207,08 metros;
109,72 centímetros
arriba
nivel normal de la taza
No disponible
Sanford
El. 192,29 metros, 3,04
centímetros arriba
nivel normal de la taza
El. 192,54 metros;
27,43 centímetros
arriba nivel normal de
la taza
El. 192,72 metros;
45,72 centímetros
arriba del nivel normal
de la taza
Fuente: Federal Emergency Management Agency (2021).
Particularmente, en la presa Edenville, las seis puertas de aliviaderos operaron
hasta el momento en que se manifestó la falla, el día 20 de mayo del 2020. Dos días
antes, el lago Wixon adyacente a ambas presas, alcanzo el nivel normal de la taza,
correspondiente a 205,98 metros, el día previo llegó a 206,74 metros, y el día de la
falla a pesar que no se cuenta con las mediciones se estima que alcanzó 207,66
metros. En el caso de Sanford, por su ubicación recibió el flujo de salida de la presa
Edenville, ya el 19 de mayo presentaba un nivel de 193,48 metros, luego el tapón
fusible comenzó a erosionarse combinando su capacidad con las compuertas del
aliviadero, pero estos mecanismos no fueron suficientes, ante la inundación en
Edenville se desbordo la Presa Sanford como se visualiza en la figura 3 (Federal
Emergency Management Agency, 2021).
Figura 3
Fotografías del desborde del agua por la falla presentada en las Presas Sanford y
Edenville ubicadas en el Estado de Michigan el 20/05/2020
Presa Sanford
Presa Edenville
Fuente: Imágenes capturadas de Saginaw News (2020) y en Detroit Free Press (2021).
Es importante destacar, que los terraplenes de las presas evidenciaron erosión y
desmoronamiento, las entrevistas al personal de ingeniería indican que se
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
89
implementaron medidas de control de erosión con barreras de turbidez, sacos de
arena y geotela (Federal Emergency Management Agency, 2021). No obstante, estas
medidas son insuficientes ante la erosión por corriente de descarga, pues, la falla
generada por licuefacción estática de las arenas saturadas bajo el agua, generan un
colapso ante la carga de corte sostenida, originando una alta presión intersticial que
resulta en una pérdida de fuerza y estabilidad (France et al., 2022), como se
representa en la figura 4.
Figura 4
Representación del estado de tensión sobre la falla de presa.
Fuente: Elaboración del autor a partir de la publicación del Equipo Forense (France et al., 2022)
Este comportamiento de tensión versus deformación ubica en una posición frágil a
la presa debido a su edad. En este momento, la resistencia residual es muy baja para
el esfuerzo y este desequilibrio de fuerzas actúa en la masa del suelo, aunado a los
eventos previos y posteriores, las causas y manifestaciones de esta falla.
En este contexto, el desarrollo de una falla en presas como las descritas,
corresponde a un acontecimiento multifactorial, que, en concordancia con la
representación en el análisis a través del árbol de fallos, puede involucrar causas
estructurales correspondientes a la construcción de la presa y elementos no
estructurales que se asocian a los procesos subsecuentes a la gestión de la presa y
áreas adyacentes, las cuales se representan a continuación según relaciones y
probabilidades de ocurrencia en la figura 5.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
90
Figura 5. Árbol de fallos del evento.
Fuente: Elaboración propia del autor (2022).
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
91
En relación con los mecanismos que se van desencadenando progresivamente en
este fenómeno de licuefacción, los informes de Sanford y Evendille cuentan con la
ocurrencia de un desbordamiento del nivel de agua que simultáneamente impulso un
desprendimiento de materia y depresión de la cresta de la presa. A medida que el
agua del embalse iba aumentando, se consideró la brecha controlada, pero fue
aplazada, lo que genero el hundimiento de la cresta del lado izquierdo del terraplén.
Es evidente como el desbordamiento del terraplén ocurre en simultaneo ante la
erosión interna haciéndolo inestable. En tal efecto, a continuación, se discuten tres
sucesos determinantes que son considerados como nudos críticos en los casos
estudiados:
1. Gradación del material arenoso utilizado para la conformación del cuerpo
de las represas
Las condiciones geomorfológicas y geológicas de las presas requieren valles
amplios con macizos de cimentación muy deformables o de baja resistencia. Es
importante contar con la mayor impermeabilidad posible, con un nivel de resistencia
en el suelo que permita establecer una fundación y una capacidad de almacenamiento
(Gómez, 2019). En estas obras geotécnicas se requieren de tres elementos
principales, como lo es el suelo de la cimentación, el material de préstamo que
compone al dique de arranque y el relave almacenado, secundariamente, se
consideran los materiales del terraplén, el cimiento de la presa y las condiciones de
estabilidad del talud (Tuco-Huarahuara & Gonzáles-Haramboure, 2019).
De acuerdo con la Sociedad de Presas de los Estados Unidos (2011), las
propiedades del enrocado están determinadas en gran medida por la gradación y la
resistencia de la roca. Los materiales de escollera para las zonas de caparazón
compactado de las represas modernas son generalmente compuestos de fragmentos
de roca gruesa o cantos rodados y grava, que varían ampliamente en gradación de
tamaño de partícula, pero generalmente con un tamaño máximo de 18 a 48 pulgadas,
clasificación hasta finos con 20 a 40 por ciento pasando un tamiz de 1 pulgada y 5 a
15 por ciento pasando un Tamiz nº 4. La determinación del rango de gradación
potencial de los materiales de escollera de la cantera los sitios para grandes represas
se deben estimar mediante voladuras de prueba y rellenos de prueba, así, la
gradación de escollera materiales para presas medianas y pequeñas pueden
estimarse a partir de la experiencia con el formación geológica y perforación de
testigos. Los terraplenes de material bien graduado tienen altos módulos de
deformación y como resultado hay menos asentamiento, así como menos trituración
de las partículas de roca.
Particularmente, las presas de Edenville y Sanford, cuentan con informes que
presumen como mecanismos potenciales de la falla a la erosión interna en el
momento en que el nivel de agua sobrepaso los niveles de la presa. Las
especificaciones de construcción indican que, con suelo relativamente impermeable
de grano fino colocado aguas arriba de la línea central del terraplén y un relleno más
permeable colocado aguas abajo de la línea central puede crear un terraplén de dos
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
92
zonas. Este análisis de gradación del suelo solo está disponible como una exploración
histórica en investigaciones posteriores a la falla, que indica el material y cimentación
de la presa, que en los casos estudiados no se encontraron bolsas de grava o
cantidades significativas de partículas de grava, que, de acuerdo con los análisis de
gradación, las arenas funcionarían como filtros para los suelos más finos, sin la
presencia de esta grava gruesa, la cara libre del terraplén y la cimentación o un tubo
de desagüe de la cimentación sin filtrar, fueron las salidas de filtración más probables
que permitieron la eliminación de la erosión interna (France et al., 2022).
En este contexto, la conductibilidad hidráulica del material en función a la carga de
succión del suelo debe ser cercana a nula, para evitar el flujo transitorio, y, en
consecuencia, garantizar un grado de saturación o contenido volumétrico de agua
cero (Macías, Vargas, & Arellano, 2018).
2. Impacto de la disposición inadecuada de los drenajes contribuyo a la
saturación del material arenoso del cuerpo de las represas
La falla en la funcionalidad de los drenajes está íntimamente ligada a la falla de
erosión interna de la presa, que, en los casos estudiados, los informes históricos
registraron el fluido de cimientos en las tuberías de drenajes aunado a la inexistencia
de reporte de construcción de filtros en el terraplén permitiendo la salida de la arena
erosionada de forma continua (Federal Emergency Management Agency, 2021).
En este contexto, la posición del conducto de flujo libre en las condiciones de
drenaje modeladas es la segunda característica más importante que influyen en la
estabilidad y seguridad de los taludes de una presa. La disposición de un drenaje
superficial basado en un modelo de análisis de acuerdo con las condiciones de cargas
propuestas se asegura un factor de seguridad superior a 1,9 y disminuye la posibilidad
de infiltración, lo que a su vez contribuye a mejorar la estabilidad y seguridad de los
taludes de la presa tras su etapa de cierre (Tuco-Huarahuara & Gonzáles-
Haramboure, 2019).
Bajo otra perspectiva, la capacidad de drenes basales diseñados
conservadoramente, cubriendo un porcentaje importante del área de cimentación,
permitiendo la posible ruptura de partículas y compresibilidad de acuerdo con los
niveles de tensión podría hacer viable para el manejo de la presa (Valenzuela, 2016).
3. Importancia de la capacidad de regulación del sistema de represas en
eventos extraordinarios
El concepto del periodo de retorno conjunto, fundamental en el denominado análisis
de frecuencias conjunto, es muy flexible y se puede aplicar en la solución de muchos
problemas que involucren la caracterización probabilística de varias variables. Este
método evita la arbitrariedad en la asignación del volumen de la avenida, permitiendo
obtener la solución con los efectos más desfavorables para la obra en particular, la
cual se ve involucrada en el proceso de estimación de la avenida de diseño (Ramírez,
2011). En tal efecto, el cálculo de este valor es parte de seguridad hidrológica en la
revisión de presas.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
93
En Estados Unidos se cuenta con periodos de retorno de hasta 100 años, las
precipitaciones de diseño se toman como la suma de la P100 más una fracción de la
diferencia entre el P100 y la PMP. No obstante, ante los cambios locales y regionales
que genera el calentamiento global, este registro puede ser obsoleto. Es probable que
un diseño existente o planeado, basado en el registro disponible, se convierta en
menos conservador bajo un cambio de húmedo a árido debido a un aumento en la
intensidad de lluvia, o bajo un cambio de árido a húmedo debido a un aumento en la
profundidad de lluvia (Ponce, 2008). En el caso de las presas abordadas, se
desconoce la tasa de retorno, pero de acuerdo con el autor mencionado, el periodo
de retorno en años de presas como aliviadero principal oscila entre 25 a 100 años y
en caso de presas como aliviadero de emergencias oscila de 100 a 10.000 años de
precipitación máxima probable.
La importancia del periodo de retorno y determinar la probabilidad de que ocurra,
constituyen un punto esencial en garantizar la vida útil de la presa, que tenga una
duración que permita satisfacer las necesidades por la que se diseña la presa de
tierra. Al seleccionar el periodo de retorno para el cálculo de capacidades y otros
elementos de la obra, este criterio se da al revisar los historiales de lluvia en la zona,
de modo que la selección del valor toma en consideración un evento de lluvia
cuantioso. En el caso estudio, este factor pudo activar una gestión proactiva de
riesgos, más en este caso donde la presa se ve bordeada por un área residencial con
actividad económica.
Conclusiones
Las tres dimensiones abordadas en la discusión del caso constituyen los elementos
mas relevantes a considerar en el diseño e implementación de presas bajo del modelo
de tierra. La falla por licuefacción estática evidenció la insuficiencia de los
mecanismos que contrarrestan este tipo de eventos, y acentúa la importancia de la
información sobre el diseño y mediciones aplicadas a la gestión de los procesos en la
presa.
Las presas no cuentan con una estimación acorde al cambio climático que se ha
experimentado, pues en el momento en que fue diseñado para el alcance de 100
años, pero los últimos 30 años han presentado eventos extraordinarios en cuanto a
lluvias torrenciales. Esto fue mermando la calidad y la vida útil de la presa, a pesar de
la selección de un periodo de retorno prolongado, no se consideró otros eventos.
No existen los diseños y cálculos de las presas, pero los eventos hídricos del año
2020 sobrepasaron la estimación preexistente. La edad de las presas evidentemente
ubica en desventaja a la presa ante eventos extraordinarios, pues no permite que los
mecanismos de compensación sean suficientes.
La rehabilitación de una presa conlleva a enfrentar una inversión económica
cuantiosa, en muchos casos no se considera factible ante la demanda de satisfacer
las necesidades que originaron la existencia de la presa y la urgencia de atender los
daños generados por la falla.
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
94
Referencias
Arias Quispe, C. F. (2021). Mejoramiento de la gestión de una presa de relaves para
disminuir los riesgos ambientales y de seguridad. Universidad Nacional de San
Agustin de Arequipa (Tesis de Postgrado). Obtenido de
http://hdl.handle.net/20.500.12773/13521
Collahuazo, A., & Cruz, D. (2017). Generación de una herramienta informática en el
software OpenSees que permita modelar el efecto de licuefacción de suelos
en zonas sísmicas. Universidad Técnica Particular de Loja (Tesis de grado). .
Obtenido de http://dspace.utpl.edu.ec/jspui/handle/20.500.11962/21496
Detroit Free Press. (2021). Report: Loss of soil strength likely led to Edenville, Sanford
dam collapses . Obtenido de
https://www.freep.com/story/news/local/michigan/2021/09/14/soil-loss-
edenville-sanford-dam-collapses-mid-michigan/5696511001/
Eyyub Karakan et al. . (2018). The Liquefaction Behavior of Poorly Graded Sands
Reinforced with Fibers. Hindawi. Advances in Civil Engineering. Research
Article. Volume 2018, Article ID 4738628, 14 pages. Obtenido de
https://doi.org/10.1155/2018/4738628
Federal Emergency Management Agency. (2021). Michigan Dam Incident. Response
Review. An Analysis of the 2020 Edenville and Sanford Dam Faillure
Response. Obtenido de https://damsafety-prod.s3.amazonaws.com/s3fs-
public/files/Edenville-Sanford_Interim%20Report_Sept2021_Final.pdf
France et al. (2022). Investigation of Failures of Edenville and Sanford Dams.
Independent Forensic Team. Obtenido de https://damsafety-
prod.s3.amazonaws.com/s3fs-public/files/Edenville-
Sanford_Final%20Report_Main%20Report%20and%20Appendices.pdf
Gómez, C. (2019). Comportamiento geotécnico de suelos arcillosos compactados,
respuesta a cargas estáticas y dinámicas. Universidad Complutense de Madrid
(Tesis Doctoral). Obtenido de
https://eprints.ucm.es/id/eprint/55931/1/T41185.pdf
Henríquez, C. (2007). Mejora de terrenos potencialmente licuables con inyecciones
de compactación. Universidad Politécnica de Madrid (Tesis Doctoral).
Obtenido de
https://oa.upm.es/379/1/CARLOS_HENRIQUEZ_PANTALEON.pdf
López-Acosta et al. (2019). Potencial de Liquefacción Estática en el Recrecimiento de
una Represa de Relaves. Geotechnical Engineering in the XXI Century:
Lessons learned and future challenges. . Obtenido de
doi:10.3233/STAL190238
López Calvajar, G. A., Alonso Hernández, I., Mazaira Rodríguez, Z., & Ricardo
Cabrera, H. (2018). Árbol de fallo como herramienta para la mejora de
procesos. Estudio de caso cementera XPZ. Revista Espacios. Vol. 39 (Nº 06).
Pág. 19. Obtenido de
https://www.revistaespacios.com/a18v39n06/a18v39n06p19.pdf
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
95
Macías, J., Vargas, A., & Arellano, F. (2018). Conductividad hidráulica en dos sitios
del valle central de costa rica: análisis comparativo de tres metodologías de
ensayo en la zona no saturada. Revista Geológica de América Central, núm.
59, pp. 71-96. Obtenido de
https://www.redalyc.org/journal/454/45458111006/html/
MLive. (2020). Pilot captures rushing water flowing through failed Edenville Dam.
Obtenido de https://www.youtube.com/watch?v=RQh7kIDvNLw
Pastor, J. L., Tomás, R., Cano, M., & Riquelme, A. J. (2018). Estudio comparativo del
potencial de licuación de suelos usando las normas españolas y el Eurocódigo.
Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 70(3), 761-778. . Obtenido de
https://doi.org/10.18268/bsgm2018v70n3a9
Ponce, V. (2008). Preguntas y respuestas sobre el periodo de retorno a ser usado
para el diseño. Obtenido de http://ponce.sdsu.edu/periodo_de_retorno.html
Ramírez, A. I. (2011). La seguridad de presas desde la perspectiva hidrológica.
Conferencia Enzo Levi 2010. Tecnología y Ciencias del Agua, II(2), 157-173. .
Obtenido de https://www.redalyc.org/pdf/3535/353531973010.pdf
Rodríguez-Pacheco, R., Brime, Á., Muñoz-Moreno, A., & García-Garcia, C. (2021).
Fallas de flujo en presas de lodos mineros por licuefacción estática. Geotemas
(Madrid), ISSN 1576-5172, Nº. 18 (Ejemplar dedicado a: X Congreso
Geológico de España), págs. 496-499. Obtenido de
https://www.researchgate.net/profile/Roberto-Lorenzo-
Pacheco/publication/353211322_Flow_failure_of_tailings_dams_due_to_stati
c_liquefaction_14_cases/links/60ed42ad9541032c6d36e12b/Flow-failure-of-
tailings-dams-due-to-static-liquefaction-14-cases.pdf
Tapia, G. (2019). Estudio del comportamiento de una presa de tierra en condiciones
de desembalse rápido mediante modelación numérica en 3D Caso: presa
Mancilla - Municipio de Facatativá. Universidad Nacional de Colombia (Tesis
de Maestria), 75-82.
Tuco-Huarahuara, Y. R., & Gonzáles-Haramboure, Y. (2019). Estabilidad de taludes
en la presa de colas Agua Dulce en Potosí, Bolivia. Ingeniería Hidráulica y
Ambiental, 40(1), 110-121. Obtenido de
http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1680-
03382019000100110&lng=es&tlng=es.
United States Society on Dams. (2011). Materials for Embankment Dams. ISBN 978-
1-884575-49-5. Library of Congress Control Number 2009942447. Obtenido de
https://www.ussdams.org/wp-content/uploads/2016/05/materials.pdf
Valenzuela, L. (2016). Design, construction, operation and the effect of fines content
and permeability on the seismic performance of tailings sand dams in Chile.
Obras y proyectos, (19), 6-22. . Obtenido de https://dx.doi.org/10.4067/S0718-
28132016000100001
Vopilovsky et al. (2022). Análisis de licuación dinámica de una presa de relaves
recrecida aguas arriba. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (Tesis de
grado). Obtenido de http://hdl.handle.net/10757/620532
Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
96
Revista Científica Unanchay
Equipo editorial
Directora de la revista
PhD. Ana Teresa Berrios Rivas - Doctorado en Educación: Tecnología Instruccional
y Educación a Distancia
https://orcid.org/0000-0002-0101-176X
Editor
MSc. Christian Patricio Cabascango Camuendo - Magíster en Diseño Mecánico con
Mención en Fabricación de Autopartes
https://orcid.org/0000-0002-8883-782X
Secretaria
Lic. Noelia Betsabé Goldstein Molina - Licenciada en Ciencias Políticas y Sociales
https://orcid.org/0000-0002-8883-782X
Administrador Tecnológico
MSc. Christian David Moscoso G. -Ingeniero en Sistemas de la Información.
https://orcid.org/0000-0003-1557-400X
Diseñadora Gráfica
Tloga. Sandy Carapaz Chicaiza - Tecnóloga en Diseño Gráfico.
https://orcid.org/0000-0001-9948-3898
COMITÉ EDITORIAL
• MSc. Carmita Alexandra Oñate Haro. Magíster en Gestión del Transporte con
mención en tráfico, movilidad y seguridad vial. Instituto Superior Tecnológico
Tecnoecuatoriano. Quito, Ecuador.
• MSc. Richard Andrés Cabrera Armijos. Magister en Dirección de Operaciones y
Seguridad Industrial. Instituto Superior Tecnológico Tecnoecuatoriano. Quito,
Ecuador.
• Dr. Alcides Aranda. Doctor en Pensamiento Complejo y Construcción
Transdisciplinaria del Conocimiento. Quito, Ecuador.
• PhD. Jose Andres Castillo Reyes. Doctor en Educación Superior. Quito, Ecuador.
• MSc. Johnny Marcelo Pancha Ramos. Magister en Sistemas Automotrices. Quito,
Ecuador.
• PhD. Raúl Gutiérrez Alvarez. PhD en Ingeniería Energética, Química y Ambiental.
Riobamba, Ecuador.
• MSc. Gorky Guillermo Reyes Campaña. Magister en Sistemas Automotrices. Quito,
Ecuador.
• MSc. Juan Fernando Iñiguez Izquierdo. Magister Gerencia y Liderazgo Educacional.
Quito, Ecuador.
• MSc. Franz Paul Guzmán Galarza. Magister en Seguridad salud y Ambiente. Quito,
Ecuador.
• MSc. Jaime V. Molina O. Máster en Diseño de Producción y Automatización
Industrial. Quito, Ecuador.