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
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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 .
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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
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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
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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
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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, vehículo s.
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
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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 ti empo 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.
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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
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Hardware
Ordenador portátil (Intel Core i5 - 3210M CPU @ 2.50GHz)
▪ Smartphone (Android)
Software ▪ 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
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análisis se recolectaron los siguientes datos, los cuales se visualizan en la tabla 2 . Tabla 2
Resultados de estimación del tiempo
N º
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
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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.
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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 .
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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
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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
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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
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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,
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Recibido para evaluación: 31 octubre 2022.
Aprobado para publicación: 15 noviembre 2022
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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) par a 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 d e 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
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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 P roteus.
● 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
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en el enfoque cuantitativo, los datos obtenidos se analizaron empleando la est adística 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 espec ífico 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 intelige nte.
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. E ste proceso se representó a través del diagrama de flujo como se observa en la Figura 1 .
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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 segundo s 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).
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Es importante mencionar, que al ensamblar el equipo se observó que en algun as 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 A rduino.
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 puede n 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).
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Para la programación del software de control del basurero inteligente se consideró Arduino Studio, utilizando las librerías de Lenguaje C++ propuestas para tal fin. L a 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/cm2, no cumplió con las expectativas por lo que se requirió sobrec argar aplicando seis (6) voltios con lo que se obtienen 11 Kg/cm2. 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
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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 i ntereses
Esta investigación fue autofinanciada.
Referencias
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Arias Gonzáles, J. L., & Covinos Gallardo, M. (2021). Diseño y metodología de la investigación.
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Jimenez, E. (2022b). Papelera Inteligente. Github.
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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.
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Ubicación e identificación de microorganismos capaces de autoreparar fisuras en mezclas de concreto
Location and identification of microorganisms with the capacity to self-heal ing cracks in concrete mixes
Ing. Orlando Gabriel Da Silva De Sousa 1
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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 tipolo gía 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
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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.
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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
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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 (CaCO3), 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 CaCO3, 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
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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 d ecanato 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 lue go 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.
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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
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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.
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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).
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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/pul2 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.
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•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
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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 introd ucción 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
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misma especie) o distinto (diferente especie) para cada cuadra nte.
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
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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 bac teriana, 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.
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• 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 (H2O2) en oxígeno y agua, las bacterias
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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 H2O2.) 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 (H2 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 H2S 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
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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 con textura 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
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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
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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, l as 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 convirtiénd ose 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/cm2; 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 observ aron 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
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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., 20 20).
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
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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
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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.
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Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
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 m3 de agua y el volumen captado anualmente en la parroquia fue 6.68 m3, en promedio. El ahorro máximo se presentaría en abril y el mínimo en julio, consumiendo 6.10 y 17.21 m3 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 m3 of water, and the average volume captured annually in Guamaní was 6.68 m3. The maximum savings would occur in April and the minimum in July, consuming 6.10 and 17.21 m3 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.ed u.ec
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Revista Científica Unanchay
Volumen 1. Número 1. Año 2022.
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 .
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