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REVISORES INVITADOSDra. Martha Delgado DapenaInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. CubaDr. Lucas Gallo MendozaEstación Experimental Agropecuaria Reconquista. Argentina Dr. Roberto Sepúlveda LimaInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. CubaDr. Juan Carlos Sepúlveda PeñaInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. CubaDr. Alberto Servín MartínezInstituto Tecnológico de Veracruz. MéxicoDr. Rigoberto Marrero ÁguilaInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. CubaDra. Ileana Pereda ReyesInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. Cuba

REVISTA CUBANA DE INGENIERÍAREVISTA CUBANA DE INGENIERÍA

Vol. VII, No. 1, 2016enero - abril

Revista del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba

PROPÓSITOS Y ALCANCE

VISIÓNLa Revista Cubana de Ingeniería se propone contribuir a la comunicación entre

los profesionales de la ingeniería y se concibe como un foro en el que se presentan artículos científico-técnicos en las variadas áreas de la ingeniería, con un destaque de resultados novedosos y aportes de relevancia para la profesión. De esta manera, la revista se propone contribuir a la actualización de profesionales, investigadores, profesores y estudiantes de ingeniería, a la discusión científica nacional e internacional y, por consiguiente, al desarrollo tecnológico y científico de Cuba en el área de la ingeniería.

PÚBLICOLa Revista Cubana de Ingeniería se dirige especialmente a la comunidad académica y

científica, nacional e internacional, centrada en el tema de la ingeniería. Ingenieros, investigadores, profesores o gerentes que trabajen en alguna de las ramas de la ingeniería o en cualquier ciencia o tecnología afín constituyen el universo de lectores y contribuyentes de la revista.

TEMÁTICA Y ALCANCE DE LA REVISTAUna lista, que no pretende ser completa, de los temas de interés para la revista incluye contenidos en la solución de problemas, aplicaciones y desarrollo de la ingeniería civil, eléctrica, electrónica, hidráulica, industrial, informática, química, mecánica, mecatrónica y metalúrgica, además de contenidos asociados con la ingeniería de materiales, bioingeniería, transporte, geofísica, reingeniería y mantenimiento. También se consideran apropiados, artículos orientados a la formación de las nuevas generaciones de ingenieros, incluidos los programas de estudio, las tecnologías educativas, la informática aplicada, la gerencia universitaria y las relaciones universidad- industria.

Puesto que la práctica de la ingeniería obliga cada vez más a la interacción de sus diversas disciplinas, esta revista le asigna la primera prioridad de publicación a los artículos donde se preste atención a la integración multidisciplinaria, a los desarrollos interdisciplinarios y a las aplicaciones prácticas.

A fin de asegurar una alta calidad del contenido, todos los trabajos publicados serán arbitrados.

REVISTA CUBANA DE INGENIERÍA

Vol. VII, No. 1, 2016 Tres números al año

SUMARIO/CONTENTS

EDITORIAL 4

INGENIERÍA DEL PETRÓLEO

Factores que influyen en la estabilidad de emulsiones de petróleo crudo y aceite de transmisión con soluciones de tensoactivo / Factors Affecting the Stability of Crude and Transmission Oil Emulsion Swith Surfactant Solutions Erich Martínez Martín

Margarita Piedra Diaz Leonardo Acosta Martínez

Ronny Rives Sanz

INGENIERÍA QUÍMICA

Sensores electroquímicos para deter-minar velocidad de corrosión in situ en agua acompañante del petróleo / Employment of Electrochemical Sensors in Determination of Corrosion Rate In Situ in Formation Water Petroleum 50 Juan Davis Harriet Alexander Cueli Corugedo Yosmari Adames Montero

PROBLEMAS SOCIALES DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA

La ciencia nacional / National Science 54 José Ricardo Díaz Caballero

INGENIERÍA CIVIL

Diseño de un biodigestor de ferrocemento semisoterrado de cúpula fija / Desing of a Fixed-Dome Ferrocement Biodigester Built Partially Underground Marianela de la Caridad Ortiz Álvarez Hugo Rafael Wainshtok Rivas Henry Hernández Sotomayor

Influencia del uso de métodos simplificados de temperatura en la resistencia de la conexión perno / Influence of Using Simplified Methods of Temperature in the Stud Connection Resistance Yisel Larrua Pardo Rafael Larrua Quevedo Valdir Pignatta Silva

INGENIERÍA INFORMÁTICA

Patrón de requisito basado en depen-dencias de plan en I* para detectar proactividad en sistemas informáticos / Requirement Pattern Based on Dependencies of Plan in I* for Detecting Proactivity in Information-Technology Systems Alain Pérez Acosta

Maylin Moreno Espino

Aceleración del algoritmo “Alineación de Trazas” empleando CUDA / Accelerating Trace Alignment Algorithm Applying CUDA

Marlis Fulgueira Camilo Ernesto Insua Suárez Humberto Díaz Pando

INGENIERÍA MECÁNICA

Análisis de fallas en generador de vapor: Caso de estudio / Failure Analysis in Steam Generators: A Study Case

Alberto Eduardo Calvo González Erney Suárez Leyva

5

12

19

27

43

36

EDITORIAL...................................

Revista Cubana de Ingeniería con este primer número del 2016 pone una vez más a su consideración, un grupo de artículos relacionados con el quehacer investigativo

de profesionales cubanos y extranjeros, en temas vinculados con la ingeniería que revelan y destacan aportes teórico-prácticos, así como académicos con novedosos y

disímiles enfoques.

Nuestra publicación contribuye con la divulgación de estos importantes resultados, que de manera general, ayudan a la comunicación, reconocimiento y adecuado

desarrollo del trabajo e intercambio científico entre los profesionales de la ingeniería.

Instamos a los investigadores a enviar sus trabajos para que puedan ser publicados en Revista Cubana de Ingeniería, una revista que ha salido adelante con el esfuerzo conjunto de todos, y que ha llegado a sus siete años de vida con los mismos aciertos

y fuerza que cuando fue creada.

Aprovechamos además este espacio para promover la 17 Convención de Ingeniería y Arquitectura que celebrará el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, desde el 21 hasta el 25 de noviembre de 2016 en el Palacio de Convenciones de La

Habana. Evento de reconocido prestigio en el campo de las ciencias técnicas y la arquitectura y que constituye un escenario de extraordinaria importancia para debatir

e intercambiar experiencias.

Vol. VII, No. 1, enero - abril, 2016, pp. 5 - 11

Revista Cubana de Ingeniería. Vol. VII, No. 1, enero - abril, 2016, pp. 5 - 11, ISSN 2223 -1781

Diseño de un biodigestorde ferrocemento semisoterradode cúpula fi jaMarianela de la Caridad Ortiz Álvarezcorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Hugo Rafael Wainshtok Rivascorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Henry Hernández Sotomayorcorreo electrónico: [email protected] de Investigaciones Porcinas (IIP), La Habana, Cuba

ResumenEste trabajo presenta el análisis, diseño estructural y secuencia constructiva de un biodigestor de cúpulafi ja semisoterrado utilizando el ferrocemento como material de construcción y en condiciones normales detrabajo. El biodigestor tiene 24 m3 de volumen, está conformado por una cúpula semiesférica (cubierta),paredes cilíndricas (cuerpo) y una losa circular (base). El biodigestor utilizando el ferrocemento comomaterial de construcción, cumple con los requerimientos que garantizan el servicio para las solicitacionesprevistas. Al biodigestor se le determina la cantidad de materiales para su construcción para compararlocon uno de mampostería de igual capacidad en cuanto a gasto de materiales y se establece su secuenciaconstructiva. El resultado obtenido ofrece una variante para la construcción de biodigestores que es cuatroveces más económica que la tradicional en cuanto a gasto de materiales.

Palabras claves: biodigestor,ferrocemento, cúpula fi ja

Recibido: 19 de enero del 2015 Aprobado: 3 de octubre del 2015

Artículo Original

INTRODUCCIÓNEn el marco económico e industrial actual, la

dependencia energética está mayoritariamente basadaen el consumo de los combustibles fósiles, los cualesson fuentes no renovables de energía, son escasos, seencuentran concentrados en determinadas regiones delplaneta y su precio es cada vez más elevado debido a suescasez y al mercado especulativo relacionado con esterecurso.

Una alternativa para reducir el consumo de combustiblesfósiles, es el uso del biogás (fuente renovable de energía),el cual se obtiene de forma anaerobia [1, 2] mediante laconcentración de materia orgánica o vegetal y de aguaen un biodigestor [3]. El biogás es un combustible usado

en la cocción de alimentos [4], en la calefacción [5], en lailuminación y se puede utilizar en la industria para motoresque generan electricidad [6].

Un biodigestor es un tipo de biorreactor en condicionesanaerobias, diseñado para propiciar un ambiente adecuadoa las bacterias que degradan la materia orgánica [5], dedonde se obtienen productos de estructuras químicas quepueden ser nutrientes o estimulantes de crecimiento deplantas y elementos gaseosos que son contaminantes(inclusive los líquidos pueden ser contaminantes segúnla disposición que se haga de estos, en especial elmetano. Su importancia no solo radica en su capacidadpara la producción de biogás, sino también en que evita laliberación a la atmósfera de dichos elementos. El metano

Diseño de un biodigestor de ferrocemento semisoterrado de cúpula fi ja


genera 23 veces más efecto invernadero que el dióxidode carbono [7] y se encuentra entre un 40-70 % de lacomposición del biogás [8].

Debido al incremento en el costo de los fertilizantesquímicos y a la contaminación que algunos propician en elambiente cuando se utilizan irracionalmente, es que el usode bioabonos es una alternativa de fertilización económicay más efi ciente, además de ser viable por utilizar las fuentesorgánicas locales y regionales que tradicionalmente sehan subutilizado, entre las que se destacan las excretasliquidas de cerdo [9]. Los nutrimentos contenidos en lasexcretas se pueden utilizar en los cultivos [9], su usoes principalmente como promotor y fortalecedor delcrecimiento de las plantas, raíces y frutos [10].

Para la construcción de plantas de biogás, se buscanalternativas que permitan disminuir los costos. Esta incluyeun biodigestor, un tanque de carga, uno de descarga, unpozo para los bioabonos, una o varias trampas de agua yuna cámara de almacenamiento de gas. Los biodigestoresson generalmente de cúpula fi ja (tipo chino) o de tipotubular plástico. Actualmente, la mayoría de los de tipochino son de mampostería [7], por lo que resulta costosala inversión inicial de la materia prima debido a la grancantidad de materiales necesarios para su construcción.

El objetivo fundamental de este trabajo es diseñarun biodigestor con un volumen que responda a lasdimensiones estándares acordes con lo que reporta laliteratura, en correspondencia con la tecnología másutilizada en el mundo con un material de construcciónque permita disminuir dichos costos, los cuales tambiéndependen del tiempo de vida útil del biodigestor. Esto sedemuestra comparando el biodigestor tubular plásticocon el de cúpula fi ja, teniendo el primero un costo muchomenor y una vida útil inferior que el segundo (menos deun 25 % de la vida del biodigestor de cúpula fi ja) [11].Además, se verifi ca que el biodigestor diseñado cumplecon los requerimientos que garantizan el servicio paralas solicitaciones previstas, se compara con uno demampostería en cuanto a gasto de materiales y seestablece su secuencia constructiva.

Por ello, se diseña un biodigestor de 24 m3 de capacidadde ferrocemento semisoterrado de cúpula fi ja, ya que elferrocemento por ser un material ligero, duradero, de fácilfabricación y aplicación, y tener muy buenos resultados enla construcción de depósitos, es una variante económicay segura [12]. Además,se reporta un caso utilizando eltipo hindú, en donde se consideraron dos variantes dematerial de construcción: ferrocemento y mampostería,concluyéndose que la primera es un 25 % más barata quela segunda [13].

El problema de este trabajo investigativo es el elevadocosto de inversión para la construcción de biodigestoresusando las tecnologías tradicionales, teniendo comohipótesis de investigación que el biodigestor deferrocemento es más económico en cuanto a gasto demateriales que el de mampostería y como alcance, eldiseño y la propuesta de la secuencia constructiva de unbiodigestor de ferrocemento semisoterrado de cúpula fi jade 24 m3 de capacidad.

MATERIALES Y MÉTODOSEl biodigestor se previó con una cúpula fi ja semiesférica

(donde se almacenará el gas), continua con las paredesen forma de cilindro y estas a su vez a la losa de fondocircular, ya que las superfi cies curvas logran una mejordistribución de las tensiones, disminuyendo así laconcentración de las mismas. Además, el cilindro esconsistente, requiere menos materiales de construcciónpara el mismo volumen, reduce las posibilidades de queexistan fugas de gas por agrietamiento al no presentararistas o esquinas y favorece que no hayan zonas muertasal estar buena parte de este cuerpo cilíndrico, cubierto porlas aguas residuales.

El estiércol necesario para garantizar las condicionesadecuadas de trabajo del biodigestor de 24 m3 se logracon un estimado de 99 cerdos de 50 kg cada uno. Elobjetivo del biodigestor será proveer de gas a una viviendade 4 personas, ya que este proporcionará 7 m3 de gasdiariamente.

En el predimensionamiento del biodigestor, se tomóun radio de 1,53 m según el volumen de la cúpula yconociendo el volumen del cilindro, la altura se determinóen 2,3 m. La relación diámetro-altura estuvo en el intervalorecomendado de 0,5 a 1,5 para dichas dimensiones [14].

Para el diseño del biodigestor se utilizó el método de lastensiones admisibles. En el análisis de las solicitacionespara diseñar la cúpula, se consideró un estado de carga:cuando solo actúa la presión del gas al ponerse el tanqueen funcionamiento (fi gura 1). La infl uencia del viento no setuvo en cuenta debido a que el elemento tiene una alturadespreciable para dicho parámetro (1,53 m), ya que elbiodigestor será semisoterrado hasta la altura del cilindro.

Fig. 1. Estado de carga de la cúpula.

Con la presión del gas de 14,7 kN/m2 [15] proyectadaa un plano equivalente y el peso propio de la cúpula, sedeterminó que las tensiones que se producen en la base dela cúpula son menores que las permisibles en elementosde ferrocemento sometidos a tracción para que no existafi suración. Este valor de tensión permisible depende en elferrocemento del tipo de tela de mallas, teniendo un valorde 3,5 MPa al utilizarse la tela de malla hexagonal debidoa su facilidad de ajustarse a superfi cies curvas. El diseñodel refuerzo de la sección transversal de 1 m x 0,025 m se

Marianela de la Caridad Ortiz Álvarez - Hugo Rafael Wainshtok Rivas - Henry Hernández Sotomayor

Revista Cubana de Ingeniería. Vol. VI, No. 2, enero - abril, 2016, pp. 5 - 11, ISSN 2223 -1781 7

realizó por tracción, dando un valor de 69,57 mm2 de áreade acero requerida.

Se analizaron varias telas de mallas con el fi n deescoger la más adecuada (tabla 1). Se utilizó un alambrónde esqueleto tanto en el sentido longitudinal como enel transversal de diámetro 6 mm para conformar laestructura y sostener las telas de mallas y el peso delmortero sin fraguar, pues no se utilizará encofrado para elemplastecido del mortero. Se colocaron tres transversales(inferior, medio, superior) y los longitudinales de formaalterna. Se determinó el área de alambrones en 1 m dealtura, cuyo valor resultó mayor que el área de aceronecesaria, por lo que se colocaron dos telas de mallas porser el valor mínimo recomendado [16].

Tabla 1Telas de mallas

Tipo Forma Conformación Gauge D(mm)

da(mm)

Mallade

alambreHexagonal Torcida

No, 18 12,5 1,20No, 20 12,5 0,88No, 22 12,5 0,72

D: Espaciamiento del alambreda: Diámetro del alambre

Para la determinación del espesor mínimo por cadatipo de tela se fi jó el recubrimiento de 4 mm, dando comoresultado un espesor de 25 mm para cada una por serel valor mínimo recomendado [16]. Se chequearon losprincipios que deben cumplir los elementos estructuralesde ferrocemento, los cuales son: el factor de volumen derefuerzo (Vr) (entre 1 y 8 % [16]) y la superfi cie específi cade refuerzo (Sr) (entre 0,5 y 2,0 cm-1 [16]), donde elrefuerzo de telas de mallas cumplió con el primer principioy la de diámetro del alambre de 1,2 mm espaciados a12,5 mm, tuvo un valor mayor de Sr de 0,48 cm-1, el cuales aceptable, ya que además de estar muy próximo alintervalo, las tensiones a tracción en la cúpula son muypequeñas, por lo que se utilizó esta tela de malla.

En el análisis de las solicitaciones para diseñar lasparedes del biodigestor se consideraron tres estados decarga: el primero cuando solo actúa la presión hidrostáticadebido a la prueba de estanqueidad que se debe realizaruna vez construido el tanque para chequear que noexistan fugas (fi gura 2), el segundo cuando solo actúael empuje de terreno justo antes de la construcción de lacúpula (fi gura 3), y el tercero, cuando actúan el empuje deterreno y la presión generada por el cieno de fermentaciónal ponerse el biodigestor en funcionamiento (fi gura 4).

En todos los estados de carga, las tensiones que seproducen en las paredes resultaron menores que laspermisibles, siendo el primero el más desfavorable, pueses donde la estructura trabaja a tracción. Para dichoestado no se chequeó la fi suración por estar sometido elelemento a tensiones menores que las permisibles paralas cuales el ferrocemento no se fi sura.

El diseño se realizó por especifi caciones (mínimodos telas de mallas) y se colocó el acero de esqueletocon la misma función que en la cúpula. Se utilizaron losmismos alambrones y la tela de malla de la cúpula, siendoel espesor de 25 mm. Se colocaron tres alambronestransversales (inferior, medio, superior) y los longitudinalescon espaciamiento de 260 mm. Se chequearon losprincipios que deben cumplir los elementos estructuralesde ferrocemento, donde el Vr se cumplió y la Sr tuvo elmismo valor de la cúpula al utilizarse igual tipo, cantidadde refuerzo y espesor.

La losa de fondo se diseñó por especifi caciones, yaque la presión generada por el cieno de fermentación y elpeso propio del tanque en el fondo del mismo es menor

Fig. 2. Primer estado de carga de las paredes.

Fig. 3. Segundo estado de carga de las paredes.

Fig. 4. Tercer estado de carga de las paredes.



que la resistencia del suelo, no generándose tensiones,por lo que se utilizaron dos telas de mallas de da = 1,2mm con D = 12,5 mm y barras de diámetro 6 mmcomo separadores de las telas de malla, para cumplircon los principios del ferrocemento y evitar la retracción,teniendo el espesor mínimo de 25 mm (recubrimientode 4 mm). Se colocaron tres barras transversales conD = 500 mm (externa, central, interna) y las longitudinalesde forma alterna. Estas últimas estarán espaciadas a260 mm en la externa, 175 mm en la central y 180 mm enla interna.

Se chequearon los principios que deben cumplir loselementos estructurales de ferrocemento, donde el Vr secumplió y la Sr tuvo igual valor de la cúpula al utilizarseel mismo tipo, cantidad de refuerzo y espesor, el cual esaceptable, pues además de estar muy próximo al intervalorecomendado, dicho parámetro no es importante enelementos sometidos a compresión.

Las dimensiones de los elementos que componen eltanque de biogás de 24 m3 son las siguientes: cúpulasemiesférica de diámetro de 3,06 m, altura de 1,53 m yespesor de 0,025 m; el cuerpo consta de un cilindro dediámetro de 3,06 m, altura de 2,3 m y espesor de 0,025 my la base está compuesta por una losa circular de diámetrode 3,06 m y espesor de 0,025 m. Dichos elementos semuestran en la fi gura 5, donde se detalla el cuello de lacúpula en la fi gura 6.

RESULTADOS Y DISCUSIÓNEs muy importante conocer los materiales empleados

en la construcción del biodigestor para poder calcularsu costo, además de evitar paros en la obra debido a lafalta de insumos. El cálculo de materiales comprende lacantidad de mortero estructural (agua, cemento, arena,trióxido de cromo) y la cantidad de acero (telas de mallas,alambrones).

En la determinación de la cantidad de materiales en elbiodigestor de ferrocemento se utilizó la dosifi cación de1:2,5:0,45,asumiendo un peso específi co de cemento de3,1 kg/dm3 y un peso específi co de arena de 2,52 kg/dm3.La tabla 2 muestra dicha cantidad y la del biodigestor demampostería de igual volumen.

La tela de mallas hexagonal tiene sus alambresgalvanizados. Esto implica que para evitar el efectogalvánico entre la cubierta de zinc del alambre galvanizadoy el álcali libre de la pasta de cemento, es aconsejableañadir trióxido de cromo (CrO3) en una proporción de300 partes por millón (ppm) al agua de la mezcla.

De la tabla 2 se puede deducir que el biodigestor deferrocemento no necesita de materiales como: grava,bloques de 15 cm y ladrillos macizos, mientras que el demampostería solo prescinde de trióxido de cromo (que noes imprescindible su uso en el de ferrocemento), y queel biodigestor de ferrocemento requiere de 85 sacos decemento, 6,37 m3 de arena y 12,2 kg de acero menos queel biodigestor de mampostería.

Tabla 2Materiales de los biodigestores de ferrocemento y mampos-teria de 24 m3 de volumen

Material Unidad demedida Ferrocemento Mampostería

[14]Cemento saco 15 100

Arena m3 0,63 7Grava m3 - 8

Bloque de15 cm U - 530

Ladrillomacizo U - 780

Acero kg 188,4 200,6CrO3 kg 0,09 -

Según los costos de los materiales, se puede afi rmarque el biodigestor de ferrocemento es cuatro veces máseconómico que uno de mampostería, además de mejorarlas propiedades físicas, mecánicas, de impermeabilidady de durabilidad de la estructura producto de lascaracterísticas del ferrocemento.

Para la construcción del biodigestor será necesariorealizar un predimensionamiento de su tamaño y forma,elegir el sitio de instalación y defi nir una secuenciaconstructiva, la cual se indica a continuación.

Transporte y ubicación de los materialesLa ubicación de los materiales es importante, ya que

al no defi nirse correctamente, entorpece la fase deejecución, provocando el atraso de la obra. Es por ello queel transporte y acopio de los materiales deben realizarse

Fig. 5. Biodigestor.

Fig. 6. Detalle 1.



previos a dicha fase. La fi gura 7 muestra una correctaubicación.

superfi cie de terminación. Se comenzará el curado de lalosa antes de que el mortero empiece a fraguar.

En la conformación de las paredes se deberá teneren cuenta la continuidad con la cúpula, por lo que secolocarán los alambrones y las dos telas de malla, loscuales se cortarán según las dimensiones del cilindro,sobresaliendo 10 cm a partir de la altura de este. A lastelas de mallas se les dejará los orifi cios para la salidadel efl uente y las tuberías de carga y descarga para sucolocación ulterior. Se procederá a solapar el acero enespera con las dos telas de malla y los alambrones. Seaplicará el mortero estructural de abajo hacia arriba, enfranjas horizontales de aproximadamente 0,8 m cada una.Se comenzará el curado de las paredes antes de que elmortero empiece a fraguar (a los 45 min. de su aplicación).Se realizará la prueba de estanqueidad, esperando almenos tres días después de endurecido el mortero, yuna vez fi nalizada, se extraerá el agua. Se aplicará unestucado en las superfi cies interiores y dos manos depintura impermeabilizante en las exteriores cuando lasuperfi cie esté bien seca. Se rehinchará la holgura dejadaen la excavación. Se esperará terminar el curado para lacolocación de la cúpula, ya que en este tiempo las paredesadquieren la resistencia sufi ciente.

El procedimiento en la conformación del acero dela cúpula será igual que el de las paredes, dejando elespacio para el cuello y para la conducción del biogás.Dicha conformación se colocará encima del cilindro, seempalmará el acero de la cúpula con el de las paredesy se aplicará el mortero por capas de aproximadamente0,8 m cada una, siguiéndose la secuencia establecidapara las paredes. Se colocará la masilla cementosa y elcuello prefabricado. La fi gura 8 muestra la distribucióndel acero en el biodigestor, detallando la unión de la losade fondo con las paredes, de las paredes con la cúpulay de la cúpula con el cuello en las fi guras 9, 10 y 11respectivamente.

Fig. 7. Ubicación de los materiales.

Trazado y referencia de la excavaciónEn el área destinada para la construcción de la planta

de biogás, se deben eliminar las raíces, los escombros ytodo aquello que difi culte su instalación. Una vez limpio elterreno, se procede al replanteo, el cual toma en cuenta lasdimensiones del tanque de biogás, así como las tuberíasde carga y descarga. Según el diseño, se delimita a partirdel centro del tanque un diámetro de 4,31 m, aportandouna holgura de 60 cm entre el terreno y las paredes parael trabajo posterior de los obreros. El centro del círculo yel perímetro se defi nirán con pequeños tramos de varilla.Después del replanteo, se situará el cordel de referenciapara tomar todas las alturas de la estructura.

ExcavaciónDespués del replanteo, se procede a excavar (de

forma mecanizada) el área de diámetro de 4,31 m hastauna profundidad de 2,3 m, dejando la superfi cie plana yhorizontal. El material excavado deberá colocarse a 1 mmínimo [14] de la valla de replanteo de la planta de biogáspara que no obstaculice las restantes actividades de laejecución de la obra y el acceso a esta. Durante esta etapase rectifi carán constantemente las medidas principales.Se recomienda, junto con la excavación, abrir la zanjapara la colocación de los tubos de carga y descarga [14].

ConstrucciónSe comenzará por la losa de fondo, que previo a su

construcción, se nivelará bien el terreno y conformará unsello de hormigón pobre. La losa se hormigonará de formaque tenga continuidad con las paredes. Se necesitaráhacer un chafl án de 15 cm de ancho de cada lado en laorilla inferior del biodigestor, entre la base y las paredes,debido a que la base es plana. Se procederá a la aplicacióndel mortero estructural, que se realizará en paños alternospara evitar las retracciones en el material. Se nivelará la Fig. 8. Distribución del acero en el biodigestor.



Por último, se deberán realizar los trabajos de terminacióny acabado para garantizar la protección y estanqueidadde los elementos componentes de la planta de biogás.Entre los trabajos fundamentales se encuentran: repellosde los distintos elementos y partes que no lo hayanrecibido, restauración de los niveles normales del terrenoy conformación del sistema de drenaje exterior, así comode los accesos a la planta, pintura de las superfi ciesvisibles y expuestas y protección del área que ocupa laplanta de biogás [14].

CONCLUSIONESSe diseñó un biodigestor de cúpula fi ja semisoterrado deferrocemento de 24 m3 de capacidad que cumple con losrequerimientos establecidos para este tipo de estructuray se precisó su secuencia constructiva. El biodigestordiseñado resultó ser cuatro veces más económico encuanto a gasto de materiales que uno tradicional. Sedemostró que el biodigestor de ferrocemento es unaalternativa viable para garantizar la energía producida porel biogás.

REFERENCIAS1. PEREDA REYES, Ileana; IRUSTA MATA, R.; OLIVA

TERENCIO, Deni. “Uso de los residuos sólidos minerosde la extracción del níquel como estimulantes para laproducción de biogás”. Ingeniería Mecánica. 2007, vol.1, pp. 57-61. ISSN: 1815-5944. Disponible en web:http://www.redalyc.org/pdf/2251/225117649008.pdf[consultado septiembre del 2014].

2. DÍAZ DOMÍNGUEZ, Yosvany; FERNÁNDEZSANTANA, Elina et al. “Hidrólisis química y digestiónanaerobia termofílica de la fracción orgánica delos residuos sólidos urbanos”. Revista Cubana deIngeniería. Enero-abril, 2014, vol. 5, núm.1, pp. 59-66.ISSN: 2223-1781. Disponible en web: http://rci.cujae.edu.cu/index.php/rci/article/view/173/pdf [consultadoseptiembre 2014].

3. DÍAZ MARRERO, Francisco; MONTALVO MARTÍNEZ,Silvio J.“Aumento de la producción de biogás medianteel uso de zeolita natural”. Energética. 2003,vol. 24,núm.1, pp. 16-24. ISSN: 0253-5645. Disponible enweb:http://rie.cujae.edu.cu/index.php/RIE/article/download/206/204 [consultado septiembre 2014].

4. ACEVEDO, P. “Biodigestor de doble propósito-producción e investigación para residuos de granjaporcícola”. Ion. Diciembre 2006, vol. 19, núm.1, pp.1-6. ISSN: 2145-8480.Disponible en web: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=342030277001 [consultadoseptiembre 2014].

5. SALAZAR CUAILA, Jean Lui. et al. “Producciónde biogás y biol a partir de excretas de ganado:experiencias en la ciudad de Tacna”. En XIX SimposioPeruano de Energía Solar y del Ambiente (XIX-SPES),2012.

Fig. 9. Detalle 1.

Fig. 10. Detalle 2.

Fig. 11. Detalle 3.



6. BERMÚDEZ LOPERA, Vanessa; VALDERRAMAAGUDELO, John Alexander. “Evaluación,automatización y puesta en marcha del sistema dedigestión anaerobia de la Universidad EAFIT”.RevistaProcesos. 2011, núm.1, pp. 6-7. Disponible en web:http://www.eafit.edu.co/revistas/revista-procesos/Documents/Revista Procesos 2011-1.pdf [consultadoseptiembre 2014].

7. BLANCO, D.; CEPERO, L.; SUÁREZ, J.; MARTÍN,G. J. Manual de diseño, montaje y operación dedigestores plásticos de bajo costo. Una alternativa paraCuba. Matanzas, Cuba: Editorial Estación Experimentalde Pastos y Forrajes, 2012. ISBN: 978-959-7138-13-6.

8. SUÁREZ, J.; MARTÍN, G. J. La biomasa como fuenterenovable de energía en el medio rural. Matanzas,Cuba: Editorial Estación Experimental de Pastos yForrajes, 2012, 208 pp. ISBN: 978-959-7138-14-3.

9. SORIA, M. J.; FERRERA, R. et. al. “Producción debiofertilizantes mediante biodigestión de excretalíquida de cerdo”. TERRA Latinoamericana. 2001, vol.19, núm. 4, pp. 353-362. ISSN: 2395-8030. Disponibleen web: http://www.chapingo.mx/terra/contenido/19/4/art353-362 [consultado julio 2015].

10. CAMPERO RIVERO, Oliver. “Sistema integral paratratamiento de residuos de granja lechera mediante labiodigestión anaerobia en el Perú”. DELOS: DesarrolloLocal Sostenible. Junio 2012, vol. 5, núm.14, pp. 1-9.ISSN: 1988-5245.Disponible en web: http://www.eumed.net/rev/delos/14/ocr.pdf [consultado septiembre2014].

11. CEPERO, L.; SAVRAN V. et al. “Producción de biogásy bioabonos a partir de efl uentes de biodigestores”.Pastos y Forrajes. Abril-junio 2012, vol. 35, núm.2,pp. 219-226. ISSN: 0864-0394. Disponible en web:http: //scielo.sld.cu/pdf/pyf/v35n2/pyf09212.pdf[consultado julio 2015].

12. WAINSHTOK RIVAS, Hugo; LIZAZO HERNÁNDEZ,Yenliu.“El uso del ferrocemento en la construcción

civil. Experiencia cubana”. Arquitectura y Urbanismo,2014, vol. 35, núm.1, pp. 97-102. ISSN: 1815-5898.Disponible en web: http://rau.cujae.edu.cu/index.php/revistaau/article/view/293/268 [consultado septiembre,2014].

13. GALLO, Lucas. “Biodigestores familiares construidoscon ferrocemento”. 2013. Disponible en web: http://www.produccion-animal.com.ar/Biodigestores/20-familiares_ferro-cemento.pdf [consultado en julio 2015].

14. GUARDADO CHACÓN, José Antonio. Diseñoy construcción de plantas de biogás sencillas. LaHabana, Cuba: Editorial Cubasolar. 2007, 67 pp.ISBN: 959-7113-33-3.

15. FUNDACIÓN HÁBITAT. Biodigestores. Una alternativaa la autosufi ciencia energética y de biofertilizantes(Monografía). Quimbaya, Colombia, abril, 2005, 38pp.

16. WAINSHTOK RIVAS, Hugo. Ferrocemento. Diseño yConstrucción. Riobamba, Ecuador: Editorial La Fabrika,4ta. edición, 2010, 350 pp. ISBN: 978-9942-03-302-4.

AUTORESMarianela de la Caridad Ortiz ÁlvarezIngeniera Civil, Dirección de Inversiones, Instituto Supe-rior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Haba-na, Cuba

Hugo Rafael Wainshtok RivasIngeniero Civil, Doctor en Ciencias Técnicas, ProfesorTitular y Profesor de Mérito, Centro de Estudios de laConstrucción y la Arquitectura Tropical (CECAT), InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, LaHabana, Cuba. Presidente de la Sociedad Internacionalde Ferrocemento, Miembro de la Unión Nacional de Arqui-tectos e Ingenieros de la Construcción en Cuba

Henry Hernández SotomayorIngeniero Civil, Especialista, Instituto de InvestigacionesPorcinas (IIP), La Habana, Cuba

Design Of a Fixed-Dome Ferrocement Biodigester BuiltPartiall y Underground

AbstractThe analysis, structural design and constructive sequence of a fi xed-dome biodigester built partially un-derground and using ferrocement as construction material under normal work conditions is in this paperdeveloped. The biodigester capacity is 24 m3 and it is composed by a semispherical dome (cover), cylin-drical walls (body) and a circular slab(bottom). The biodigester using ferrocement as construction materi-al is in agreement with the service guaranty requirements settled for the established loads. The materialsamount were also estimated and compared with a same capacity masonry biodigester. The ferrocement’sbiodigester construction sequence and its fi nishing construction steps, assuring the biogas facility’s ele-ments were also included.The obtained result of this paper brings a choice for the biodigester’s buildersthat concerning the material’s cots is four times cheaper compared to the traditional one.

Key words: biodigester,ferrocement, fi xed-dome



Infl uencia del uso de métodos simplifi cados de temperaturaen la resistencia de la conexión perno

Yisel Larrua Pardocorreo electrónico: [email protected] de Construcciones, Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba

Rafael Larrua Quevedocorreo electrónico: [email protected]

[email protected] de Construcciones, Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba

Valdir Pignatta Silvacorreo electrónico: [email protected] Politécnica de la Universidad de São Paulo (EPUSP), São Paulo, Brasil

ResumenEn este trabajo se evalúa el impacto de la utilización de los métodos simplifi cados de determinación dela evolución de las temperaturas en la resistencia de la conexión tipo perno a elevadas temperaturas, envigas compuestas de acero y hormigón sin revestimiento y con revestimiento contra incendio. Para esto serealizan comparaciones entre la resistencia de la conexión tipo perno cuando se determina la temperaturaen el ala superior del perfi l por el método simplifi cado y la obtenida mediante la utilización del método deelementos fi nitos. Se pudo demostrar que cuando se determina la temperatura en el ala del perfi l por elmétodo simplifi cado y el ala superior del perfi l de la sección compuesta presenta un factor de masividadelevado, se subestima en gran medida la resistencia de la conexión lo cual se hace más marcado cuandoen las expresiones de diseño predomina el fallo del conector.

Palabras claves: método simplifi cado de temperatura, vigas compuestas, método de los elementos fi nitos, incendio,conexión tipo perno

Recibido: 4 de marzo del 2015 Aprobado: 3 de octubre del 2015

Artículo Original

INTRODUCCIÓNLos métodos analíticos simplifi cados de determinación

de la evolución de las temperaturas en situación deincendio son los que generalmente están incorporadosen las normativas, debido a que son de fácil y rápidaaplicación, y por lo tanto facilitan la labor de losprofesionales encargados del diseño de estructuras.

En los métodos simplifi cados la temperatura esconsiderada uniforme en todo el volumen del elementoestructural. La distribución uniforme de temperaturasen elementos aislados de estructuras metálicas es unapráctica que representa muy bien la realidad, pero cuandose considera la sección compuesta, donde el elemento deacero se encuentra en contacto con la losa de hormigón,el uso de los métodos simplifi cados favorece la seguridadde forma exagerada y es necesario cuantifi car el grado de

sobredimensionamiento que la simplifi cación causa sobrela estructura real [1].

La modelación numérica es una herramienta ampliamenteutilizada hasta la fecha en la solución de problemasde ingeniería estructural en situación de incendio. Losmétodos numéricos son seguros y económicos en funciónde lo precisa que sean las modelaciones del incendioy de la estructura, ya sea revestida o no. Dependende programas de cómputo y se plantea que son los quedominarán el proyecto en el futuro [1]. A su vez, numerososestudios previos demuestran la efi cacia del softwareSuper Tempcalc (Temperature Calculation and Designv.5) desarrollado por FSD (Fire Safety Design, Suecia) enla modelación de problemas de transferencia de calor eningeniería estructural [2-8]. Este programa pertenece a lafamilia de las aplicaciones de modelación bidimensionalbasadas en el método de los elementos fi nitos.

Yisel Larrua Pardo - Rafael Larrua Quevedo - Valdir Pignatta Silva


El objetivo de este trabajo es evaluar el impacto de lautilización de los métodos simplifi cados de obtención detemperatura en la resistencia de la conexión tipo pernoa elevadas temperaturas, en secciones compuestas deviga y losa maciza sin revestimiento y con revestimientocontra incendio. Para esto se realizan comparacionesentre la resistencia de la conexión tipo perno cuando sedetermina la temperatura en el ala superior del perfi l pormétodos simplifi cados y la obtenida mediante la utilizacióndel método de elementos fi nitos a partir de resultadosnuméricos generados por el programa Super Tempcalc.

MATERIALES Y MÉTODOSMétodo de diseño para conectores tipo perno ensituación de incendio

En la normatividad internacional el único métodode diseño disponible para conexiones en situación deincendio es el ofrecido por el Eurocódigo 4 parte 1-2 (EN1994-1-2) [9], donde la resistencia de la conexión tipoperno en condiciones de incendio se defi ne por el menorde los siguientes valores:

donde:PRd : Resistencia a temperatura ambiente y se obtiene

del Eurocódigo 4 parte 1-1 [10].Kc,θ : Factor de reducción de la resistencia a compresión

del hormigón a elevadas temperaturas, que es función dela temperatura en el hormigón (θc) determinada a partirde la temperatura del ala (θf), según las relaciones θc/θf,expresadas en porcentajes.

Ku,θ : Factor de reducción de la resistencia del acero aelevadas temperaturas, que es función de la temperaturaen el conector (θv) determinada a partir de la temperaturadel ala (θf), según las relaciones θv/θf expresadas enporcentajes.

EN 1994-1-2 [9] adopta como temperaturas del acerodel conector y del hormigón de la losa, el 80 % y el 40 %de la temperatura del ala superior de la viga de acero,respectivamente. En consecuencia, es importante evaluarel efecto que tiene en la resistencia de la conexión, utilizarmétodos simplifi cados para obtener la temperatura en lasección de acero, específi camente en el ala superior delperfi l.

Investigaciones anteriores [2, 3, 4] demuestran quelos porcentoajes propuestos por EN 1994-1-2 [9] paradeterminar la temperatura en el hormigón y el conectora partir de la temperatura en el ala superior del perfi l noson válidos para todas las situaciones de diseño dentrodel alcance del código. Por tal motivo Larrua Y., Larrua R.y Silva [4] determinan nuevos porcentajes que considerantemperaturas en el concreto defi nidas a través del análisistérmico. A tal efecto, para perfeccionar los porcentajes de

temperatura a ser considerados en el diseño se evalúa lainfl uencia de la altura del conector, del nivel en el que sedetermina la temperatura promedio en el hormigón y de lapresencia de revestimiento contra incendio.

Método simplifi cado para obtener la evolución de lastemperaturas en secciones de acero

A partir de la curva temperatura-tiempo de los gasescalientes [11] se puede determinar la temperatura enel elemento estructural por medio de expresiones detransferencia de calor. En la literatura internacional seestablecen diferentes expresiones de transferencia decalor tanto para elementos de acero sin revestimiento,como revestidos [9, 12, 13]. Aunque hay algunasdiferencias en las formulaciones establecidas en losdistintos códigos [14] los resultados son similares,como quedó demostrado por Cachón [15]. En la fi gura1 se puede apreciar que el resultado obtenido por laexpresión de la Norma Brasileña [13] se superpone conla temperatura determinada por el método simplifi cadodel Eurocódico 4 [9], y están relativamente cercanas a losresultados obtenidos a partir de métodos experimentales.

Fig. 1. Variación de la temperatura en función del tiempo en elala superior del perfi l HA 300 AA.

A continuación se presentan como ejemplo los métodossimplifi cados para el cálculo de la evolución de lastemperaturas en vigas sin revestimiento contra incendioy en vigas revestidas de EN 1994-1-2 [9], los cuales sonmás difundidos internacionalmente.

En estos métodos, cuando la viga compuesta posee unperfi l de alma llena, sin revestimiento contra fuego o conrevestimiento tipo contorno, como es el caso de estudio,la distribución de temperatura en el perfi l debe ser tomadacomo no uniforme, la sección transversal del perfi l sedivide en tres partes (ala inferior, alma y ala superior), y seconsidera que no existe transferencia de calor entre esaspartes y ni entre el ala superior y la losa de hormigón.

Para una sección de acero no protegida el incrementode temperatura Δθa,t en un intervalo de tiempo Δt (no

Infl uencia del uso de métodos simplifi cados de temperatura en la resistencia de la conexión perno


mayor que 5 segundos) se determina por la cantidad netade calor que adquiere durante ese tiempo:

donde:λp :Conductividad térmica del material de revestimientocontra fuego (W/m/oC).dp : Espesor del material de revestimiento contra fuego (m).Ap,i/Vi : Factor de masividad para elementos estructuralesde acero con material de revestimiento contra fuego (m-1).cp : Calor específi co del material de revestimiento contrafuego (J/kg/oC).ρp : Masa específi ca del material de revestimiento contrafuego (kg/m3).Δθt : Incremento de la temperatura de los gases en elintervalo de tiempo Δt (oC).Δt : Intervalo de tiempo (s).

Cuando la viga es compuesta posee un perfi l de almallena, sin revestimiento contra fuego o con revestimientotipo contorno En las expresiones para calcular laevolución de las temperaturas en vigas sin revestimientocontra incendio y vigas revestidas se puede observar laimportancia que tiene el factor de masividad (Ai /Vi o Ap,i/Vi). Mientras mayor sea el valor del factor de masividadmás esbelto térmicamente será el elemento estructural yconsecuentemente alcanzará mayores temperaturas en eltiempo [1].

En el caso de la viga compuesta, la losa de hormigóny los conectores de cortante soldados al ala superior dela viga de acero absorben calor y provocan la reducciónde sus temperaturas, lo que es conocido como efectosumidero [3]. Es reconocido [1] que aunque la literaturatécnica internacional [9, 12, 13] propone métodosalternativos para determinar el factor de masividad paralos casos donde el acero está en contacto con elementosrobustos, tales alternativas no cubren todas las situacionesde la construcción civil y los resultados generalmenteestán a favor de la seguridad por lo que la mejor soluciónpara estos casos está en los métodos numéricos.

Modelación numéricaTanto para la modelación de las acciones térmicas como de

las propiedades térmicas de los materiales, se consideran comoreferencia importante las consideraciones del Eurocódigo 1 Parte1-2 (EN 1991-1-2) [16] y EN 1994-1-2 [9] con la intención dedesarrollar modelos universales basados en propiedadesnormativas, factibles de ser utilizados creativamente en elestudio de diversas situaciones de diseño afi nes.

En la concepción de la modelación desarrollada, laspartes expuestas de la sección se consideran sometidasal fuego estándar ISO 834 [11], en tanto en las partesno expuestas se considera la acción de la temperaturaambiente de 20°C. El fl ujo neto de calor se estima comola suma del fl ujo neto por convección, controlado por elcoefi ciente de convección, y el fl ujo neto por radiación,controlado por la emisividad del material resultante y laemisividad del fuego.

(3)

(4)

(5)

(6)

Con

donde:Kshadow : Factor de corrección para el efecto de sombreado.ca : Calor específi co del acero (J/k/oC).ρa : Masa específi ca del acero (kg/m3).Ai/Vi : Factor de masividad para elementos estructuralesde acero sin revestimiento contra fuego (m-1).

: Valor del fl ujo de calor por unidad de área (W/m2).Δt : Intervalo de tiempo (s).

El valor de es dado por:

Con

Y

donde: : Componente del fl ujo de calor debido a la convección

(W/m2). : Componente del fl ujo de calor debido a la radiación

(W/m2).α : Coeficiente de transferencia de calor por convección,pudiendo ser tomado, para efectos prácticos, igual a25 W/m2 oC en el caso de exposición al incendio patrón,o 35 W/m2 oC para otros tipos de exposición al fuego.θ : Temperatura de los gases (oC).θ : Temperatura en la superfi cie del acero en el tiempot (oC) .ε : Emisividad relacionada con la superfi cie del material,pudiendo ser tomada para efectos prácticos igual a 0,7.ε :Emisividad relacionada con el comportamiento del fuego,pudiendo ser tomada para efectos prácticos igual a 0,8.

Para las vigas con revestimiento contra incendio elcálculo del aumento de la temperatura Δθa,t en el aceropara un incremento de tiempo Δt (de hasta 30 segundos)está relacionado con el balance entre la conducción decalor desde la superfi cie expuesta y el calor almacenadoen la capa aislante y en la sección de acero:

7



En la modelación de la geometría el dominio escoincidente con la sección transversal del espécimenpush-out y se incluye cuando procede, el material derevestimiento contra incendio. Debido a que la seccióntransversal de los especímenes está compuesta porgeometrías rectangulares, la malla se generó conelementos rectangulares de cuatro nodos. La defi niciónde las condiciones de frontera incluye el contorno sobre elque se considera actuando el fuego estándar, así como elcontorno de la región no expuesta.

Infl uencia del uso de métodos simplifi cados deobtención de temperatura en la resistencia de laconexión tipo perno en situación de incendio

Para el análisis de la infl uencia del uso de métodossimplifi cados en la resistencia de la conexión tipo pernoen situación de incendio se seleccionaron seis perfi lescon distintos factores de masividad para estudiar lasdiferencias que existen entre las temperaturas obtenidasen el ala superior del perfi l por el método simplifi cado y porel método de elementos fi nitos.

Los perfi les y su factor de masividad se muestran en latabla 1.

Tabla 1Perfi les seleccionados para la comparación en laobtención de temperatura por método simplifi cado ymétodos de elementos fi nitos

Perfi lFactor de masividad del ala

superior del perfi l (m-1)W 360 x 410 x 59 20,76HE 240 M 39,31HE 280 B 62,70W 200 x 200 x 59 80,18HE 300 AA 101,90IPE A 300 122,03

Luego se procede a determinar la infl uencia en laresistencia de la conexión tipo perno cuando se determinala temperatura en el ala del perfi l por el método simplifi cadoy cuando se utilizan modelos numéricos.

Las variables consideradas en el cálculo de la resistenciade la conexión y sus niveles se muestran en la tabla 2. Enel caso de las vigas con revestimiento contra incendio setoma en cuenta un espesor de revestimiento de 25 mm yun valor de conductividad igual a 0,2 W/mK.

Tabla 2Variables analizadas en el cálculo de la resistencia dela conexión a elevadas temperaturas

Variables NivelesDiámetro del conector (d) 16 mm 19 mm

Altura del conector (hsc) 50 mm 100 mmResistencia a compresióndel hormigón (f´c)

20 MPa 40 MPa

Resistencia del acero (f´u) 415 MPa 500MPa

Se calcula la resistencia de la conexión para todaslos casos estudiados y se grafi can los resultados deresistencia en función del tiempo de exposición al fuego.

RESULTADOSLa fi gura 2 muestra cuatro gráfi cos de temperatura contra

tiempo de exposición al fuego, en vigas con revestimientocontra incendio. Se puede apreciar que en los perfi les quepresentan mayor factor de masividad las diferencias enlas temperaturas obtenidas por el método simplifi cado ypor método de los elementos fi nitos son mayores.

En la fi gura 3 se muestran dos gráfi cos de temperaturaen función del factor de masividad del ala superior de losperfi les estudiados, uno de vigas sin revestimiento contraincendio para un tiempo de exposición al fuego de 30 min.,y el otro de vigas con revestimiento contra incendio paraun tiempo de exposición al fuego de 120 min.

En los gráfi cos se puede observar cómo la temperaturadeterminada por los métodos simplifi cados depende engran medida del factor de masividad. Sin embargo, sepuede apreciar que no existe tal dependencia cuando sedetermina la temperatura en el perfi l por el método de loselementos fi nitos. Esto explica por qué existen grandesdiferencias entre las temperaturas determinadas por losdos métodos en los perfi les con mayores factores demasividad del ala superior.

Es por esta razón que la evaluación del impacto en laresistencia de la conexión tipo perno del uso de métodossimplifi cados para determinar la temperatura en el perfi lse realiza para los perfi les W 200 x 200 x 59, HE 300 AAy el IPE A 300 que son, de los perfi les estudiados, los quetienen mayor factor de masividad.

Para el cálculo de la resistencia de la conexión tipo pernoen situación de incendio se utilizan las expresiones (1) y(2) de EN 1994 1-2 [9] pero considerando las propuestasde nuevos porcentaje para determinar la temperatura enlos componentes de la conexión de Larrua Y., Larrua R. ySilva [4].

En la fi gura 5 se muestra un gráfi co con la relacionesentre la resistencias a elevadas temperaturas (Pfi ,Rd)cuando se obtiene la temperatura en el ala superior delperfi l por el método simplifi cado y por el método de loselementos fi nitos para las dos alternativas estudiadas,vigas sin revestimiento contra incendio (a 30 min.) y vigasrevestidas (a 120 min.).



Fig. 2. Infl uencia del factor de masividad en la obtención de la temperatura por método simplifi cado (MS) y por método de loselementos fi nitos (MEF).

Fig. 3. Temperaturas determinadas por método simplifi cado y método de los elementos fi nitos en función del factor de masividad.

Fig. 4. Comparación de la resistencia de la conexión a elevadas temperaturas (Pfi ,Rd) cuando se obtienen las temperaturas en elala superior del perfi l por los métodos analizados (MS y MEF).



Se puede observar que, tanto para vigas sin revestimientocontra incendio como para vigas revestidas, la resistenciade la conexión es siempre mayor cuando se obtiene latemperatura por el método de los elementos fi nitos. Lasdiferencias entre las resistencias son mayores en el perfi lcon mayor factor de masividad y son más acentuadas envigas sin revestimiento térmico.

DISCUSIÓNLa diferencia entre obtener la temperatura en el ala

superior del perfi l por el método simplifi cado y el métodode los elementos fi nitos, en la predicción de la resistenciade la conexión es mayor cuando predomina el fallo delconector. Eso ocurre debido a la drástica reducción enlos valores del factor Ku,θ para los diferentes niveles detemperatura, lo cual no sucede con el factor Kc,θ, donde lareducción de los valores es más moderada.

Para algunas situaciones de diseño, en vigas sinrevestimiento contra incendio, la resistencia alcanzadacuando las temperaturas en el perfi l se determinaron porel método de los elementos fi nitos excede el doble dela determinada cuando la temperatura se obtiene por elmétodo simplifi cado.

Las situaciones de diseño en la que las diferencias sehicieron más acentuadas fueron cuando se combinaron lamayor resistencia a compresión del hormigón (40 MPa),la menor resistencia del acero (415 MPa) y la mayoraltura de conector (100 mm) estudiadas. El diámetro delconector no tuvo infl uencia signifi cativa.

CONCLUSIONESCon base en los resultados alcanzados se puede afi rmar

que la diferencia entre obtener la temperatura en el alasuperior del perfi l por método simplifi cado o método de loselementos fi nitos es signifi cativa en perfi les con elevadofactor de masividad.

Consecuentemente, lo anterior conduce a unasignifi cativa subestimación de la resistencia de lasconexiones cuando se determina la temperatura en elala del perfi l por el método simplifi cado y el ala superior

del perfi l de la sección compuesta presenta un factor demasividad elevado.

Por las razones anteriores puede afi rmarse quela utilización del método de elementos fi nitos en ladeterminación de las temperaturas en la sección de aceroes una opción ventajosa de cara a la racionalidad deldiseño de las conexiones en situación de incendio.

RECONOCIMIENTOSLos autores desean agradecer a CAPES (Coordenação

de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) y aFAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado deSão Paulo), por el apoyo brindado para el desarrollo de lainvestigación.

REFERENCIAS1. SILVA PIGNATTA, Valdir. “Estructuras de acero en

situación de incendio” [en línea]. Acero Latinoamericano,Santiago de Chile [ref. 2007]. Disponible en web: ftp://Estructuras%20de%20Acero%20en%20Situación%20de%20Incendio.pdf [consultado en abril 2012].

2. LARRUA, Rafael; SILVA, Valdir. “Modelación térmicadel ensayo de conexiones acero-hormigón a elevadastemperaturas”. Revista Técnica de Ingeniería.Universidad Zulia, 2013, vol. 36, núm. 3, pp. 9. ISSN:0254-0770.

3. LARRUA QUEVEDO, Rafael; SILVA PIGNATTA,Valdir. “Thermal analysis of push-out tests at elevatedtemperatures”. Fire Safety Journal. 2013, vol. 55,pp. 1-14. ISSN:0379-7112.

4. LARRUA, Yisel; LARRUA, Rafael; SILVA, Valdir.“Conexiones tipo perno en estructuras compuestashormigón acero en situación de incendio. En Actasde XXXVI Jornadas Sur Americanas de IngenieríaEstructural. 2014, Montevideo, 14 pp.

5. LARRUA, Yisel; LARRUA, Rafael; SILVA, Valdir.“Análisis térmico del ensayo push-out de conexionesacero-hormigón tipo canal a elevadas temperaturas”.Revista de Estrutura de Aço. 2014, vol. 3, pp. 223-242.ISSN:2238-9377.

6. CORREIA, António; RODRIGUES, João Paulo;SILVA, Valdir. “A simplifi ed calculation method fortemperature evaluation of steel columns embedded inwalls”. Fire and Material Journal. 2011, vol. 35, pp. 431-441. ISSN:0308-0501.

7. ALBUQUERQUE, Gabriela; SILVA, Valdir.“Procedimento para o dimensionamento de vigasde concreto armado em situação de incêndio. Umaalternativa aos métodos tabulares”. En Actas de 1ºCILASCI Congresso Ibero- Latino-Americano sobreSegurança Contra Incêndio. Coimbra: ALBRASCIAssociação Luso-Brasileira para a Segurança ContraIncêndio. 2011, pp. 13-23.

8. PIERIN, Igor. “A instabilidade de perfi s formados a frioem situação de Incêndio”. Director: Valdir Pignatta Silva.Tesis de Doctorado. Escuela Politécnica. Universidadde São Paulo, 2011.

Fig. 5. Infl uencia en la resistencia de la conexión del uso de losmétodos de obtención de temperatura estudiados (MS y MEF).



9. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION.“Design of composite steel and concrete structures -Part 1.2: General rules, structural fi re design”. Eurocode4: EN 1994-1-2, 109 pp. Brussels, 2005. ISBN: 0 58047235 3.

10. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION.“Design of composite steel and concrete structures - Part1-1: General rules and rules for buildings”. Eurocode4: EN 1994-1-1, 118 pp. Brussels, 2004. ISBN: 0 58045569 6.

11.INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDAR-DIZATION. “Fire-Resistance Tests. Elements of buildingconstruction, Part 1.1: General requirements for fi reresistance testing”. ISO 834 (Revision of fi rst editionISO 834:1975). Geneva, 1990.

12. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION.“Design of steel structures - Part 1-2: General rules- structural fi re design”. Eurocode 3: EN 1993-1-2.76 pp., B1050, Brussels. 2003.

13. COMITÊ BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO CIVIL.“Dimensionamento de estruturas de aço e de estruturasmistas de aço e hormigón de edifi cios em situação deincêndio”. NBR 14323:2012, 68 pp., ABNT/CB-02,Brasil, 2012.

14. GUSMÕES, Edson; SILVA, Valdir, MUNAIAR,Jorge. “Sobre a temperatura de perfi s de aço semrevestimento contra fogo em situação de incêndio”.Revista da Estrutura de Aço. 2012, vol. 1, pp. 133-146.ISSN: 2238-9377.

15. CACHÓN CARVAJAL, Yelene. “Dimensionamientode estructuras compuestas de acero y hormigón deedifi cios en situación de incendio”. Director: RafaelLarrúa Quevedo, Tesis de Maestría, Universidad deCamagüey, Camagüey, Cuba, 2012.

16.EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION.“Actions on structures - part 1.2: General actions -Actions on structures exposed to fi re”. Eurocode 1: EN1991-1-2, 59 pp., Brussels, 2002. ISBN: 0 580 40831 0

AUTORESYisel Larrua PardoIngeniera Civil, Máster en Conservación del Patrimonio,Profesora Asistente, Facultad de Construcciones, Univer-sidad de Camagüey, Camagüey, Cuba

Rafael Larrua QuevedoIngeniero Civil, Doctor en Ciencia Técnica, Profesor Titu-lar, Facultad de Construcciones, Universidad de Cama-güey, Camagüey, Cuba

Valdir Pignatta SilvaIngeniero Civil, Profesor Doctor, Departamentode Ingeniería en Estructuras y Geotecnia, Es-cuela Politécnica de la Universidad de São Paulo(EPUSP),Brasil

Infl uence of Using Simplifi ed Methods of Temperature in theStud Connection Resistance

AbstractIn this paper, the impact that the use of simplifi ed methods of determining temperatures evolution canproduce in the stud connection resistance at elevated temperatures, in protected and unprotected com-posite beams, is evaluated. For this, comparisons between the obtained resistance when the tempera-ture is determined in the steel beam by simplifi ed methods and when it is obtained by fi nite elementsmethod are carried out. It can be demonstrated that when the temperature is determined by the simplifi edmethod and the upper fl ange of the profi le presents a high section factor, it is overestimated in greatmeasure the resistance of the connection. This becomes more marked when in the design expressionsthe failure of the steel prevails.

Key words: simplifi ed analytic methods, composite beams, fi nite element method, fi re, connection



Patrón de requisito basado endependencias de plan en i* paradetectar proactividad en sistemasinformáticosAlain Pérez Acostacorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Mailyn Moreno Espinocorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

ResumenEl objetivo del trabajo es presentar un patrón de requisito, basado en modelos de i*, que permite detectarproactividad en sistemas informáticos desde la etapa de Requisitos. El patrón obtenido como resultadode esta investigación, permite detectar proactividad cuando la dependencia que se establece entre losactores involucrados es de plan, y además uno de los actores tiene intenciones que denotan un futurocomportamiento proactivo en el software. Para validar el patrón se realizó un estudio de casos, tomandocomo lógica de análisis el desarrollo de un dashboard proactivo para apoyar la toma de decisiones enuna facultad universitaria. Basado en los resultados del estudio de casos, se puede concluir que el patrónpropuesto permitió modelar las dependencias intencionales entre los actores, detectar un comportamientoproactivo y delegar la proactividad en el sistema de software a desarrollar.

Palabras claves: proactividad, patrón de requisito, i*, sistemas informáticos

Recibido: 17 de enero del 2015 Aprobado: 25 de noviembre del 2015

Artículo Original

INTRODUCCIÓNSegún plantea Victor Frankl en [1], la proactividad es

“una actitud en la que el sujeto asume el pleno control desu conducta vital de modo activo, lo que implica la tomade iniciativas en el desarrollo de acciones creativas yaudaces para generar mejoras”. La proactividad se tratade tomar el control para hacer que las cosas sucedan, noesperar a que ocurran eventualmente [2].

La proactividad en un contexto informático es cuando unsoftware es capaz de exhibir un comportamiento dirigidoa metas, tomando la iniciativa con el fi n de satisfacer susmetas de diseño [3].

Hasta ahora en la Informática el término proactividadha sido tratado mayormente por los trabajos relacionadoscon el paradigma de agentes [4-6]. La proactividad esuna de las características más distintivas de los agentes[6, 7], es un comportamiento donde el agente trabajapara alcanzar una meta. El comportamiento proactivopermite que se le deleguen las metas al software y estetrabaje para cumplirlas. Un software con comportamientoproactivo en áreas como la gestión, la toma de decisiones[8, 9], los ambientes asistidos [10, 11] y los sistemas entiempo real [12], es un benefi cio para el usuario fi nal quelo utiliza.

Patrón de requisito basado en dependencias de plan en i* para detectar proactividad en sistemas informáticos


A pesar de los avances del paradigma de agentes, lasmetodologías para el desarrollo de software orientadoa agentes se enfocan en tratar problemas como lacomunicación entre los agentes y la organización [13].No se enfocan en cómo modelar la proactividad, cómodescubrirla desde los requisitos tempranos de un software.

La proactividad, tanto en los humanos como en losagentes, parte de una representación de las metas acumplir [3]. En el ámbito de esta representación de metasse hace importante el uso de patrones. ChristopherAlexander [14] expone que “Cada patrón describe unproblema que ocurre una y otra vez en nuestro entorno,entonces describe el núcleo de la solución para eseproblema, de manera tal que usted pueda utilizar estasolución un millón de veces, sin tener que hacerlo dosveces de la misma forma”. Uno de los contextos dondemás se ha trabajado el desarrollo de patrones es en elorientado a objetos. Los patrones de diseño orientado aobjetos son los más conocidos [15].

En la orientación a agentes también se han concebidopatrones que permitan avanzar en el desarrollo de sistemasorientados a agentes. Se ha trabajado en patrones paradesarrollar agentes móviles [16], para la comunicación entreagentes [17, 18] y para la organización de un sistema de agentes[19]. Estos patrones estudiados en la orientación a agentes nohacen énfasis en la proactividad o ambientes a observar, sinoen otras propiedades como la cooperación, la comunicación y laestructura organizacional de los agentes.

En este sentido, existen trabajos como [20] que proponenpatrones para detectar proactividad en sistemas informáticosdurante la etapa de requisitos. Los patrones propuestos en [20]se basan en modelos de i* [21, 22] que cumplen con las siguientescondiciones: actores en la etapa de Requisitos Tempranos quedenotan un comportamiento proactivo en los Requisitos Tardíos.Yu en [23] defi ne un patrón de i* como “un modelo que constituyeuna generalización de un dominio especifi co o una situación deinterés, que puede ser contextualizado cuando se aplica a unasituación más específi ca”.

Los patrones Hard Goal Why Dependency y ResourceWhy Dependency que se proponen en [20] se puedenusar cuando la dependencia entre dos actores es demeta fuerte y recurso, respectivamente. Sin embargo, eni* también se pueden establecer dependencias de planentre los actores [21, 22] . Para ese caso, los patronespropuestos en [20] no se pueden utilizar.

Por tanto, el objetivo del presente trabajo es proponerun patrón de requisito, basado en modelos de i*, paracuando la dependencia entre dos actores es de plan yuno de los actores tiene intenciones que denotan unfuturo comportamiento proactivo en el software. El patrónque se obtiene como resultado del trabajo se denominaTask Why Dependency y trata con el siguiente problema:actores en los Requisitos Tempranos con intenciones quedenotan un comportamiento proactivo. Para validar elpatrón Task Why Dependency se realizó un estudio decaso [24] donde el objeto de análisis es el desarrollo deun dashboard proactivo [25-28]. A pesar de que en las

condiciones generales del patrón se plantea que se debeutilizar en la etapa de Requisitos Tempranos, el estudio decasos realizado reveló que se puede usar para refi nar losmodelos obtenidos en los Requisitos Tardíos.

MATERIALES Y MÉTODOSModelado social y lenguaje i*

La Ingeniería de Requisitos es un área de la Ingenieríade Software que va más allá de defi nir la funcionalidadesperada del sistema de software a desarrollar, puesto queestablece la relación entre esta funcionalidad y los procesosde negocio de la empresa. La Ingeniería de Requisitosfacilita el mecanismo apropiado para comprender lo quequiere el cliente (stakeholder), analizando necesidades,confi rmando su viabilidad y negociando una soluciónrazonable [29].

La captura de requisitos es la actividad mediante lacual el equipo de desarrollo de un sistema de softwareextrae, de cualquier fuente de información disponible,las necesidades que debe cubrir dicho sistema [30]. Lacaptura de requisitos incluye varias actividades en lascuales la interacción con los clientes tiene una importanciaprimordial [31].

En la Ingeniería de Software y de Sistemas deInformación la construcción de modelos mayormente hagirado en torno a las relaciones estáticas y las propiedadesdinámicas y de comportamiento de los mismos [22]. Esteenfoque es obvio, ya que los modelos conceptuales al fi nalse traducen en los datos y las operaciones que ejecutarála computadora. Sin embargo, un sistema para tener éxitodebe funcionar dentro del contexto de su entorno [21].

Adoptando una visión social del mundo, se puede verque en este existe la intencionalidad. La intencionalidad laoriginan los actores, como los seres humanos. Los actoresintencionales tienen necesidades y deseos, y realizanacciones para tratar de satisfacerlos. Los actores puedenelegir qué acciones tomar, lo cual los hace autónomos.Los actores no existen de forma aislada, existen en algúnentorno compartiendo e interactuando con otros [21].

El modelado social, al enfocarse en la etapa tempranade la Ingeniería de Requisitos, se centra en la dimensiónsocial de los sistemas informáticos y su entorno. Enun enfoque social, los intereses estratégicos de losactores deben ser utilizados para guiar la búsqueda deconcepciones alternativas para el nuevo sistema. Cadaactor debe proponer sus intereses estratégicos [21]. Elmodelado social ve la Ingeniería de Requisitos de unaforma orientada a metas. Un análisis de metas reveladeseos, lo que permite identifi car confl ictos o expectativas.Un modelo orientado a metas puede ayudar a gestionarcambios. Las metas proporcionan criterios y guías paragenerar y evaluar posibles soluciones [32].

El lenguaje de modelado i* introduce aspectos delmodelado social y del razonamiento sobre los métodosde Ingeniería de Sistemas de Información, especialmentea nivel de Requisitos [21]. i* reconoce la primacía de losactores sociales, los actores son vistos como intencionales,

Alain Pérez Acosta - Mailyn Moreno Espino


es decir, tienen metas, creencias, habilidades ycompromisos. El análisis se enfoca en la captura de lasmetas de los distintos actores, dada la confi guración delas relaciones entre los actores humanos y el sistema. Laconfi guración de estas relaciones puede ayudar a plasmarlos intereses estratégicos de los actores [22].

En i* se propone dividir la captura de requisitos endos fases: Análisis de Requisitos Tempranos y Análisisde Requisitos Tardíos. La primera fase consiste en laidentifi cación y análisis de los principales actores deldominio involucrado en el problema, y de sus necesidadese intenciones. En el Análisis de Requisitos Tardíos setrata de modelar lo más claro posible “qué” debe hacer elfuturo sistema [22]. Además i* hace uso de dos modelos,cada uno con un nivel diferente de abstracción: el nivelintencional, representado por el Modelo de DependenciaEstratégica (Strategic Dependece Model, SD) y el nivelracional, representado por el modelo Estratégico deRacionalidad (Strategic Rational Model, SR) [22]. Enel modelo SD se representan los actores y las distintasrelaciones entre ellos, mientras que en el modelo SR decada actor se representan las dependencias entre objetosdentro del actor.

Patrones basados en modelos de i* para detectarproactividad

Para detectar la proactividad se necesita conocerlas causas de las dependencias entre los actores (losporqué), es decir, la intencionalidad de las relaciones. Apartir de los modelos de i* que se obtienen en la etapade Requisitos Tempranos, es posible detectar metas quese pueden cumplimentar de forma proactiva [20]. SegúnYu [33] la dependencia es intencional si el objeto del que sedepende (dependum) está relacionado de alguna maneraa la meta o deseo del actor que depende (depender). Lasintenciones se pueden delegar al software y de esta formaque el mismo trabaje en pos de lograr metas e intenciones,lo que conlleva a un comportamiento proactivo [20].

En [20] se presentan dos patrones de requisitos queutilizan como base los modelos de i* en las etapas deRequisitos Tempranos y Requisitos Tardíos. Estos dospatrones tratan con un problema común: actores en losRequisitos Tempranos con intenciones que denotanun comportamiento proactivo. También se describe lasolución para delegar estas intenciones en el softwareque se desarrollará en los Requisitos Tardíos. Lospatrones propuestos en [20] se denominan Hard GoalWhy Dependency y Resource Why Dependency. Elpatrón Hard Goal Why Dependency es aplicable cuandoexiste una dependencia de meta fuerte entre los actoresinvolucrados. De forma análoga, el patrón Resource WhyDependency es aplicable cuando existe una dependenciade recurso entre los actores. Una descripción másdetallada de ambos patrones se puede encontrar en [20].Sin embargo, ninguno de los dos patrones abarca el casocuando la dependencia que se establece entre los actoreses de plan.

Estudio de casosPara validar el patrón que se propone como resultado

de este trabajo se utilizó un estudio de casos. El estudiode casos constituye un método importante y reconocidopara la investigación [24, 34], En el caso particular dela Informática se ha usado y defendido su uso en [34,35] en situaciones que son difíciles de reproducir en unexperimento de laboratorio en que es fácilmente aislabley controlable el contexto. El estudio de casos permiteestudiar más a fondo una menor cantidad de experienciasdiferentes (entidades o unidades) que se presentan en sucomplejidad. La presentación de patrones de diseño o deimplementación, muchas veces ha seguido la lógica depresentar los casos que muestran la aplicabilidad de lapropuesta, para tratar de aprender y generalizar de ellos[24, 35] .

De las seis estructuras de presentación de los casos[24] se ha optado por la estructura lineal-analítica, quees útil para todos los casos y es la más usada. En ellase presenta el aspecto o problema estudiado y revisa laliteratura relevante, sigue con los métodos, los hallazgos apartir de los datos recolectados, y luego las conclusionese implicaciones. Siguiendo las recomendaciones de[24, 34], los casos se presentan haciendo explícitosalgunos elementos importantes de este método.

• Pregunta(s) de estudio y proposiciones: Se aclarala pregunta en que se enfocará cada caso, comoorientación de la investigación en el caso. Se incluyelas proposiciones a verifi car en cada caso.

• Contexto: Se presenta el contexto del caso,comparando con otros trabajos de la literatura y sejustifi ca la relevancia del caso. Se expone la unidadde análisis de cada caso.

• Lógica de análisis: Se explica la lógica que relacionalos datos con las proposiciones. En esta sección,la fuente de la información presentada sería laobservación directa o la observación participativasegún la clasifi cación de [24].

• Discusión: Se explican los criterios para interpretarlos hallazgos. En cada caso el énfasis radica enobservar cómo las propuestas conducen a losresultados esperados de una manera que puedeser repetida luego en otras situaciones, y cómoesto supera a las alternativas existentes; así comojustifi car las condiciones que permiten generalizarel uso de las propuestas teniendo en cuenta cómolas condiciones de cada experimento limitan o noesta generalización.

RESULTADOSComo resultado de este trabajo se presenta el patrón

Task Why Dependency, que tiene como base los modelosde i* en los Requisitos Tempranos y Tardíos. Estepatrón trata con el siguiente problema: actores en losRequisitos Tempranos con intenciones que denotan uncomportamiento proactivo. La solución que se describepara delegar estas intenciones en el software que sedesarrollará se ve en los Requisitos Tardíos. El patrón



Task Why Dependency se puede utilizar cuando se deseadesarrollar un software con un comportamiento proactivo yexiste una dependencia de plan entre actores estratégicosdel proceso que se quiere automatizar. A continuación seexplican los elementos fundamentales del patrón:Nombre del patrón: Task Why Dependency.Problema: Se está analizando un modelo de RequisitosTempranos plasmados en el lenguaje i* con el objetivode detectar dependencias intencionales y se presenta elestado que se describe a continuación:

Existe un actor “Benefi ciario” que tiene una metafuerte “Meta principal” (siguiendo el ejemplo de lafi gura 1). A dicha meta le contribuye de forma positivala meta suave “Intención”. Ambas metas son propiasdel actor, es decir, no se derivan de una dependencia.Existe una dependencia entre el actor “Benefi ciario” y elactor “Sistema” de un plan “Plan 1” para cumplimentarla meta fuerte “Meta principal” del actor “Benefi ciario”.El plan, “Plan 1,” es un medio para cumplir la metafuerte “Meta fuerte 2” del actor “Sistema”.El actor “Sistema” para poder cumplimentar el plan“Plan 1” necesita del recurso “Recurso 1” del actor“Benefi ciario”.El recurso, “Recurso 1”, constituye un medio paracumplir la meta suave “Intención”.

Solución: Para delegar las intenciones en el softwareque se pretende desarrollar se construye un modeloo subconjunto de modelos de Requisitos Tardíos en i*donde se debe:

Transformar el actor “Sistema” en un actor conestereotipo de agente.Delegar al actor “Sistema” la meta suave “Intención”,que representa la intención que denota uncomportamiento proactivo.Refl ejar que la meta suave “Intención” contribuye deforma positiva a lograr la meta fuerte “Meta fuerte 2”del actor “Sistema”.Representar un plan “Plan 2” como un medio paracumplimentar la meta suave “Intención”.Delegar el recurso “Recurso 1” en el actor “Sistema”.Refl ejar que el recurso “Recurso 1” es un medio paracumplir “Plan 1” y “Plan 2”.

La fi gura 2 muestra la solución del patrón Task WhyDependency plasmada en un subconjunto de los modelosde Requisitos Tardíos de i*. Es importante destacar quelas relaciones y entidades presentes en los RequisitosTempranos que no forman parte del subconjunto abordadoen el problema del patrón Task Why Dependency serefl ejarán en los Requisitos Tardíos siguiendo lo queestablece i*.

Fig. 1. Subconjunto del modelo de Requisitos Tempranos con i*que representa el problema del patrón Task Why Dependency.

Fig. 2. Subconjunto del modelo de Requisitos Tardíos con i*que representa la solución del patrón Task Why Dependency.

Consecuencias: Este patrón permite delegar en elsoftware intenciones para que este cumplimente susmetas de forma proactiva. Su objetivo es proporcionaruna vía para delegar dichas intenciones cuando se deseatener proactividad en un software que pueda reportarbenefi cios en su uso. El plan que representa el medio paracumplimentar la intención hay que implementarlo para quepueda haber proactividad.

DISCUSIÓNPara validar el patrón Task Why Dependency se presenta

un estudio de caso. La unidad de análisis es el desarrollode un dashboard proactivo para el apoyo a la toma dedecisiones. El caso fue escogido por su relevancia,siguiendo las recomendaciones de [24]. El propósito esla validación del patrón Task Why Dependency, por lo quepuede considerarse como explicativo.

Preguntas de estudio y proposiciones¿Cómo el patrón de requisitos Task Why Dependency

ayuda a identifi car requisitos proactivos?Las proposiciones correspondientes son:• La utilización del lenguaje i* y el patrón Task Why

Dependency de requisitos para detectar proactividadpermiten identifi car requisitos proactivos.

ContextoLa unidad de análisis es el desarrollo de un dashboard

proactivo para el apoyo a la toma de decisiones.Según [26] un dashboard es una herramienta visual einteractiva de función administrativa que muestra en unapantalla la información más relevante para lograr una ovarias metas individuales o empresariales, permitiendoa los usuarios identifi car, explorar y comunicar áreas deproblema que necesitan acción correctiva. Dentro de lasmetas más importantes que deben tener los dashboardsse encuentran [27]:

• Responder a las preguntas fundamentales acercadel domino del negocio.



• Alertar al usuario cuando ocurran problemasque afecten el negocio, como por ejemplo unadisminución drástica en las ventas de un producto.

• Ayudar en la toma de decisiones a los usuarios.Si unido a las metas anteriores se toma además en

cuenta que según [8, 9] , un software con comportamientoproactivo en áreas como la toma de decisiones representaun benefi cio para el usuario fi nal que lo utiliza, sería útilque los dashboards tuvieran un comportamiento proactivoorientado a las metas de sus usuarios. Por tanto, un casoa tener en cuenta la proactividad es en la construcción deun dashboard.

Lógica de análisisEn la lógica de análisis se abordarán la pregunta de

estudio, la proposición y cómo estas serán respondidas.¿Cómo el patrón de requisitos Task Why Dependency

ayuda a identifi car requisitos proactivos?En una facultad universitaria se desea monitorear

el proceso docente para apoyar la toma de decisiones.Partiendo de las ventajas que presentan las herramientasde soporte a la toma de decisiones, se determinó construirun dashboard para monitorear el proceso docente. Lafi gura 3 expone los Requisitos Tempranos, modelados coni*, de las metas y relaciones de los actores estratégicosque se involucran en el proceso, siguiendo los modelosque se proponen en [36].

El actor “Vicedecano Docente” tiene una metaestratégica: “Aumentar promoción de estudiantes”. Paracumplimentar dicha meta el Vicedecano Docente necesitaque el actor “Diseñador de dashboard” cumpla la meta“Diseñar dashboard”. En esta relación de dependenciase puede comprender el porqué existe la necesidad de lameta “Diseñar dashboard” expresado con la palabra why.La meta estratégica “Aumentar promoción de estudiantes”se descompone en dos metas de decisión: “Disminuircantidad de estudiantes suspensos” y “Disminuir cantidadde estudiantes invalidados”. A su vez, la meta “Analizarresultados docentes” constituye el medio para lograrcumplir la meta “Disminuir cantidad de estudiantessuspensos”.

De forma similar ocurre con las metas “Analizarresultados de asistencias” y “Disminuir cantidad deestudiantes invalidados”. Para cumplir las metas “Analizarresultados docentes” y “Analizar resultados de asistencia”se deben realizar los planes “Analizar resultados docentespor curso” y “Analizar asistencia de los estudiantes aclases” respectivamente. Además el Vicedecano Docentetiene la intención de “Mantenerse informado de lapromoción”, que contribuye de forma positiva a lograr lameta estratégica.

A su vez el Diseñador de dashboard para cumplir lameta “Diseñar dashboard” necesita que el actor “Analistade dashboard” cumpla las metas “Obtener KPIs” y“Obtener requisitos”. El Analista de dashboard dependedel Vicedecano Docente para obtener los “Requisitos nofuncionales”. Este recurso es el medio para cumplir el plan“Obtener requisitos no funcionales”.

Fig. 3. Modelo de Requisitos Tempranos del dashboard.

En la fi gura 4 se presentan los modelos obtenidosen la etapa de Requisitos Tardíos siguiendo lasrecomendaciones de [36].

En la etapa de Requisitos Tardíos desaparecenlos actores “Analista de dashboard” y “Diseñador dedashboard” y aparece el actor “Dashboard” con elestereotipo de sistema que propone i*. La meta principalde este actor es “Monitorear promoción”. Para cumplir esameta necesita ejecutar el plan “Visualizar KPIs”. El plan“Visualizar KPIs” constituye el medio para lograr la meta“Aumentar promoción de estudiantes” del VicedecanoDocente. Para cumplir el plan “Visualizar KPIs” elactor Dashboard necesita conocer las métricas que alVicedecano Docente le interesa, por lo que depende delrecurso “KPIs” del Vicedecano Docente. El recurso “KPIs”a su vez constituye un medio para lograr la intención“Mantenerse informado de la promoción”.

Aunque los modelos de la fi gura 4 se correspondencon la etapa de Requisitos Tardíos, no denotan uncomportamiento proactivo en el actor Dashboard, debido aque la intención “Mantenerse informado de la promoción”permanece en el actor Vicedecano Docente. Por tanto, alhacer un análisis de los modelos de la fi gura 4 siguiendolo que plantea el patrón Task Why Dependency, se puedecomprobar que:

Existe un actor Vicedecano Docente (que representaun humano) que tiene una meta fuerte “Aumentarpromoción de estudiantes”. A esta meta le contribuyede forma positiva la meta suave “Mantenerse informadode la promoción”, dicha meta suave representa unaintención. Ambas metas son del actor VicedecanoDocente, es decir, no se derivan de una dependencia.Para cumplir la meta “Aumentar promoción deestudiantes” el Vicedecano Docente tiene unadependencia con el actor Dashboard (que representaun sistema) del plan “Visualizar KPIs”.



El actor Dashboard para implementar el plan“Visualizar KPIs” depende del recurso “KPIs” delVicedecano Docente.El recurso “KPIs” constituye un medio para lograr laintención “Mantenerse informado de la promoción”.

En la fi gura 5 se muestra el modelo de Requisitos Tardíosuna vez aplicado el patrón Task Why Dependency.

Representar que la meta suave “Mantenerseinformado de la promoción” contribuye de formapositiva a lograr la meta fuerte “Monitorear promoción”del actor Dashboard.Representar el plan “Alertar sobre situacionescríticas” como un medio para cumplir la meta suave“Mantenerse informado de la promoción”.Delegar el recurso “KPIs” en el actor Dashboard.Representar el recurso “KPIs” como un medio paracumplir los planes “Alertar sobre situaciones críticas”y “Visualizar KPIs”.

CONCLUSIONESDe los resultados obtenidos en el trabajo y de su

discusión, se pueden obtener las siguientes conclusiones:1. El patrón Task Why Dependency permite detectarproactividad en los sistemas informáticos en la etapade Requisitos cuando existen intenciones entre losactores que denotan un comportamiento proactivo y unadependencia de plan entre los actores; 2. El estudio decasos permitió validar el patrón Task Why Dependency ydemostró que es posible aplicar el patrón para refi nar losmodelos de Requisitos Tardíos y no necesariamente en laetapa de Requisitos Tempranos como se plantea en lascondiciones iniciales del patrón.

REFERENCIAS1. FRANKL, VIKTOR. Man's Search for Meaning. 2006,

Beacon Press, 165 pp. ISBN 9780807014271.2. GRANT, A. M.; ASHFORD, S. J. "The dynamics

of proactivity at work". Research in OrganizationalBehavior. 2008, vol. 28, pp. 3-34.

3.JENNINGS, NICHOLAS R. "An agent-basedapproach for building complex software systems".Communications of the ACM. 2001, vol. 44, núm.4, pp.35-41. ISSN: 0001-0782.

4.COSSENTINO, MASSIMO; GLEIZES, MARIE-PIERRE; MOLESINI, AMBRA; OMICINI, ANDREA.Processes Engineering and AOSE. En Agent-OrientedSoftware Engineering X. Springer Berlin Heidelberg,2011, pp. 191-212. ISBN: 978-3-642-19207-4.

5.VAN DER HOEK, WIEBE; WOOLDRIGE, MICHAEL.Multi-Agent Systems. En Handbook of KnowledgeRepresentation. Elsevier, 2008, pp. 887-928.

6.WOOLDRIDGE, MICHAEL. An Introduction toMultiAgent Systems. 2009, John Wiley & Sons, 484 pp.ISBN: 978-0470519462.

7.O'MALLEY, SCOTT A.; DELOACH, SCOTT A.Determining When to Use an Agent-Oriented SoftwareEngineering Paradigm. En Agent-Oriented SoftwareEngineering II. Springer Berlin Heidelberg, 2002,pp. 188-205.

8.LI, JIAO; FENG, YUQIANG. Construction of Multi-Agent System for Decision Support of Online Shopping.En Emerging Research in Artifi cial Intelligence and

Fig. 4. Modelos de Requisitos Tardíos.

Fig. 5. Modelos de Requisitos Tardíos con el patrón Task WhyDependency.

Teniendo en cuenta la solución propuesta por el patrónTask Why Dependency, los modelos de Requisitos Tardíosrefl ejarán los siguientes cambios:

El actor Dashboard se representa con el estereotipode agente que propone i*.La meta suave “Mantenerse informado de lapromoción” que denota un comportamiento proactivose le delega al actor Dashboard.



Computational Intelligence. Springer Berlin Heidelberg,2011, pp. 318-324. ISBN: 978-3-642-24281-6.

9. SRINIVASAN, S.; SINGH, JAGJIT; KUMAR, VIVEK."Multi-agent based decision Support System usingData Mining and Case Based Reasoning". InternationalJournal of Computer Science Issues. 2011, vol. 8,núm.4, pp. 340-349.

10. LINDGREN, HELENA; SURIE, DIPAK; NILSSON,INGEBORG. Agent-Supported Assessment forAdaptive and Personalized Ambient Assisted Living.En Trends in Practical Applications of Agents andMultiagent Systems. Springer Berlin Heidelberg, 2011,pp. 25-32. ISBN: 978-3-642-19930-1.

11. MCNAULL, J.; AUGUSTO, J.C.; MULVENNA, M.;MCCULLAGH, P. "Multi-agent System Feedback andSupport for Ambient Assisted Living". En Actas de 8thInternational Conference on Intelligent Environments,2012.

12. GHORBANI, J.; CHOUDHRY, M. A.; FELIACHI,A. "Real-time multi agent system modeling for faultdetection in power distribution systems ". En Actas deNorth American Power Symposium, 2012.

13. MORANDINI, MIRKO; NGUYEN, DUYCU et al. “Tool-Supported Development with Tropos: The ConferenceManagement System Case Study”. En Agent-OrientedSoftware Engineering VIII. Springer Berlin Heidelberg,2008, pp. 182-196. ISBN: 978-3-540-79487-5.

14. ALEXANDER, CHRISTOPHER; ISHIKAWA, SARA;SILVERSTEIN, MURRAY. A Pattern Language: Towns,Buildings, Construction, New York. 1977, OxfordUniversity Press. ISBN: 978-0195019193.

15. GAMMA, ERICH; HELM, RICHARD et al. DesignPatterns: Elements of Reusable Object-orientedSoftware. 2004, Pearson Education, 395 pp. ISBN 978-8131700075.

16. ARIDOR, YARIV; LANGE, DANNY B. "Agent designpatterns: elements of agent application design".En Actas de Second International Conference onAutonomous Agents, 1998.

17.OLUYOMI, AYODELE; KARUNASEKERA,SHANIKA; STERLING, LEÓN. "An Agent DesignPattern Classifi cation Scheme: Capturing the Notionsof Agency in Agent Design Patterns". En Actas de 1thAsia-Pacifi c Software Engineering Conference, 2004.

18. SAUVAGE, SYLVAIN. Design Patterns for MultiagentSystems Design. En Advances in Artifi cial Intelligence.Springer Berlin Heidelberg, 2004, pp. 352-361. ISBN:978-3-540-21459-5.

19. SABATUCCI, LUCA; COSSENTINO, MASSIMO;GAGLIO, SALVATORE. "A Semantic Description ForAgent Design Patterns". En Actas de Sixth InternationalWorkshop From Agent Theory to Agent Implementation,International Joint Conference on Autonomous Agentsand Multi-Agent Systems, 2008.

20. MORENO, MAILYN. "Patrones para incorporarproactividad en sistemas informáticos". Director: A.

Rosete, M. Delgado, J. Pavón. Tesis Doctoral, InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, LaHabana, 2013.

21. YU, ERIC. Social Modeling and i*. En ConceptualModeling: Foundations and Applications. Springer-Verlag, 2009, pp. 99-121. ISBN: 978-3-642-02462-7.

22. YU, ERIC; GIORGINI, PAOLO et al. Social Modelingfor Requirements Engineering, Cambridge. 2011, TheMIT Press. ISBN: 9780262240550.

23. STROHMAIER, MARKUS; HORKOFF, JENNIFER,et al. Can Patterns Improve i* Modeling? Two ExploratoryStudies. En Requirements Engineering: Foundation forSoftware Quality. Berlin: Springer Berlin Heidelberg,2008, pp. 153-167. ISBN: 978-3-540-69060-3.

24. YIN, ROBERT K. Case Study Research: Desing andMethods. 2003, SAGE Publications.

25. LEMPINEN, HEIKKI. “Constructing a DesignFramework for Performance Dashboards”. EnNordic Contributions in IS Research. Springer BerlinHeidelberg, 2012, pp. 109-130. ISBN: 978-3-642-32269-3.

26. YIGITBASIOGLU, OGAN M.; VELCU, OANA. "Areview of dashboards in performance management:Implications for design and research". InternationalJournal of Accounting Information Systems. 2011,vol. 13, pp. 19.

27. ZAGORECKI, ADAM; RISTVEJ, JOZEF et al."Executive Dashboard Systems for EmergencyManagement". COMMUNICATIONS. 2012, vol. 4,núm.2, pp. 82-89.

28. ZHANG, XIAONI; GALLAGHER, KEVIN; GOH,SAMUEL. "BI Application: Dashboards for Healthcare".En Actas de Seventeenth Americas Conference onInformation Systems, 2011.

29. SOMMERVILLE, IAN. "Integrated RequirementsEngineering: A Tutorial". IEEE Software. 2005, vol. 22,núm.1, pp. 16-23.

30. JACOBSON, I.; BOOCH, G.; RUMBAUGH, J. TheUnifi ed Software Development Process, 2012, PrenticeHall, 512 pp. ISB: 978-0321822000.

31.FUENTES-FERNÁNDEZ, RUBÉN; GÓMEZ-SANZ,JORGE J.; PAVÓN, JUAN. "Understanding the humancontext in requirements elicitation". RequirementsEngineering. 2010, vol. 15, núm.3, pp. 267-283. ISSN:0947-3602.

32. HORKOFF, JENNIFER; YU, ERIC. "Comparisonand evaluation of goal-oriented satisfaction analysistechniques". Requirements Engineering. 2013, vol. 18,núm.3, pp. 199-222. ISSN: 0947-3602.

33. YU, ERIC. "Modelling Strategic Relationships forProcess Reengineering". Tesis Doctoral, University ofToronto, Toronto, Canada, 1995.

34. DUBÉ, LINE; PARÉ, GUY. "Rigor in informationsystems positivist case research: current practices,trends, and recommendations". MIS Quarterly. 2003,vol. 27, núm.4, pp. 597-635.



35. CHEN, HONG-MEI; KAZMAN, RICK; PERRY, OPAL."From Software Architecture Analysis to ServiceEngineering: An Empirical Study of MethodologyDevelopment for Enterprise SOA Implementation".IEEE Transactions On Services Computing. 2010,vol. 3, núm.2, pp. 145-160.

36.ACOSTA, ALAIN PÉREZ; ESPINO, MAILYNMORENO. "Modelos de requisitos basados en i* paradetectar proactividad en dashboards". Lámpsakos.2014, núm.12, pp. 101-109. ISSN: 2145-4086.

Requirement Pattern Based on Dependencies of Planin i* for Detecting Proactivity in Information-TechnologySystems

AbstractThis paper aims to present a requirement pattern based on i*’s models that allows detecting proactivityin information-technology systems from the Requirements’ phase. The pattern obtained as a result ofthis paper allows detecting proactivity when there is a plan’s dependence established between the ac-tors involved and in addition one of the actors has intentions that denote a future proactive behavior inthe software. In order to validate the pattern a case study was performed taking as logic of analysis thedevelopment of a proactive dashboard to support the decision making in a college faculty. Based on theresults of the case study, it can be concluded that the proposed pattern allowed modeling the intentionaldependencies between the actors, detecting a proactive behavior and delegating the proactivity in thesystem of software to be developed.

Key words: proactivity, requirement pattern, i*, information-technology systems

AUTORESAlain Pérez AcostaIngeniero Informático, Instructor, Facultad de IngenieríaInformática, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, La Habana, Cuba

Mailyn Moreno EspinoIngeniera Informática, Doctora en Ciencias Técnicas,Profesora Auxiliar, Facultad de Ingeniería Informática,Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,Cujae, La Habana, Cuba



Aceleración del algoritmo“Alineamiento de trazas” empleandoCUDA

Marlis Fulgueira Camilocorreo electrónico: [email protected] de Investigaciones Técnológicas Integradas (CITI), La Habana, Cuba

Ernesto Insua Suárezcorreo electrónico: [email protected] de Investigaciones Técnológicas Integradas (CITI), La Habana, Cuba

Humberto Díaz Pandocorreo electrónico: [email protected] de Investigaciones Técnológicas Integradas (CITI), La Habana, Cuba

ResumenActualmente, los procesos de negocios que se ejecutan en las empresas generan grandes volúmenesde trazas. Dichas trazas son almacenadas en registros de eventos para su posterior análisis. El empleode herramientas que permiten extraer conocimiento útil de la información registrada posibilita conocerqué sucede exactamente en una empresa y la existencia o no de anomalías del proceso ejecutado. Elalgoritmo “Alineamiento de Trazas” permite identifi car el comportamiento común o más probable del procesoejecutado, la ocurrencia de desviaciones y los contextos en que una o varias actividades son ejecutadas.Los experimentos realizados demuestran que el tiempo de ejecución depende de la cantidad de trazas quese desean alinear. El artículo que se presenta introduce técnicas de programación paralela, CUDA, con elobjetivo de disminuir el tiempo de ejecución del algoritmo. Las características principales del algoritmo, asícomo otras implementaciones paralelas son analizadas con el fi n de unifi car las técnicas que puedan lograrlos mejores tiempos. El algoritmo Parallel TA propuesto, disminuye aproximadamente once veces, respectoa la implementación secuencial.

Palabras claves: CUDA, “Alineamiento de trazas”, procesos de negocio

Recibido: 16 de noviembre del 2015 Aprobado: 27 de enero del 2016

Artículo Original

INTRODUCCIÓNLa informatización de los procesos organizacionales ha

fomentado el crecimiento de la información almacenadaen las bases de datos. Como consecuencia de ello, auditaruna empresa y conocer sus fortalezas o debilidades encualquier proceso de negocio ejecutado, resulta ser unatarea muy engorrosa. La Minería de Procesos (MP) es unadisciplina que provee un conjunto de herramientas quepermiten entender y mejorar los procesos que se llevan acabo [1]. La MP hace énfasis en tres áreas fundamentales:Descubrimiento de Procesos, Chequeo de Conformidad yMejoramiento de Modelos. La técnica de descubrimiento

permite determinar, partiendo de un registro de eventos,un modelo de procesos que caracterice el comportamientopresente en el registro analizado [1, 2]. El “Alineamiento deTrazas” es un algoritmo para descubrir el proceso que sebasa en la alineación de las trazas. El algoritmo tiene comoantecedente la alineación de secuencias biológicas [3]. Siguelos mismos principios que la bioinformática, pero su objetivoes alinear un conjunto de trazas. Al alinear un conjunto detrazas, los principales aspectos que demoran la ejecucióndel algoritmo, estuvieron infl uenciados por la cantidad detrazas y la marcada diferencia, respecto al tamaño, decada una de ellas. La bibliografía consultada demuestra

Aceleración del algoritmo “Alineamiento de trazas” empleando Cuda


avances importantes referentes a la paralelización dealgoritmos para alinear secuencias biológicas [4-8]. Elobjetivo de la investigación es realizar un diseño paralelodel algoritmo que permita reducir el tiempo de ejecucióndel algoritmo secuencial.

El artículo se divide en cinco secciones, una primeradonde se caracteriza el algoritmo “Alineamiento de Trazas”y una segunda enfocada a los principales resultadosobtenidos con algoritmos paralelos similares a este.En la sección 3 se realiza el diseño e implementaciónparalela del algoritmo. Al fi nalizar, en la cuarta y quintasecciones, se realiza una serie de experimentos quepermiten comprobar el objetivo de investigación y obtenerlas conclusiones del trabajo, a partir de los resultadosexpuestos.

MATERIALES Y MÉTODOSEl algoritmo “Alineamiento de Trazas” trata de posicionar

un conjunto de trazas de forma tal que los eventosocurridos en una traza coincidan en gran medida con loseventos de las restantes trazas. El el algoritmo cuenta concinco pasos fundamentales [3]. En el primer paso se leenlas trazas de las Bases de Datos y se seleccionan aquellasque son diferentes. Los pasos dos y tres se realizan conel objetivo de defi nir el orden en que alinean las trazas.El paso cuatro es donde se realiza el alineamiento de lastrazas, la cual se detalla en la siguiente sección.

Descripción del algoritmo “Alineamiento de Trazas”El algoritmo requiere antes de comenzar a alinear, la

construcción de un árbol guía que indique cuáles son lastrazas más parecidas. Para determinar estas trazas seconstruye una matriz, la cual recibe el nombre de matrizde distancia. La siguiente formulación explica el procesoseguido:

Sea una matriz de orden , donde representala cantidad de trazas a alinear según la distancia deLevenshtein. y representan dos trazas a las cualesse le calcula la distancia. La ecuación 1 muestra elprocedimiento descrito.

(1)

La métrica empleada en este trabajo está determinadapor la distancia de Levenshtein [9]. La cual permiteidentifi car cuáles son las trazas más cercanas entre sí.Los valores obtenidos en la matriz son la base para laconstrucción del árbol guía.

Los pares de trazas más cercanos son los primeros enalinearse. La alineación de pares de trazas se basa en elalgoritmo Needleman-Wunsch [9] y este en la programacióndinámica para encontrar el alineamiento óptimo entredos secuencias. La idea fundamental es construir unalineamiento óptimo basado en las soluciones previas delas subsecuencias más pequeñas. La descripción siguienteexplica cómo alinear pares de trazas.

Sean y dos trazas, se construye una matriz (matrizde alineamiento), con fi la y columna tal que es la

puntuación de mejor alineamiento entre el evento dey el evento de . es construida recursivamente,inicializando los valores , ,y en 0. Losvalores de la matriz se calculan desde la izquierdasuperior hasta la derecha inferior. Para obtener el valor

se tiene en cuenta si el evento de y el evento de son iguales, para lo cual se realizan operaciones

de edición descritas previamente. El valor de secalcula como se muestra en la ecuación 2:

(2)

Luego de calcular la matriz, para encontrar elalineamiento, es necesario buscar el camino que mejorpuntuación tenga. Para lo cual de la posición secamina hacia la posición , osiempre buscando el valor mayor que contenga cadacelda. El movimiento hacia la posiciónsignifi ca y , hacia la posición signifi ca

y el símbolo de hueco y hacia la posiciónsímbolo de hueco y . El recorrido termina cuandose llega a la posición . El procedimiento descrito sellama traceback [3]. La fi gura 1 muestra el procedimientodescrito.

Una vez alineados los pares es necesario alinear losconjuntos de pares más cercanos entre sí. La alineaciónde múltiples trazas sigue el principio descrito, pero tieneen cuenta la frecuencia de repetición de los eventos. Laecuación 3 muestra dicho procedimiento.

Fig. 1. Matriz F para calcular el alineamie nto [3].

(3)

Siendo el valor de sustituir la columna delalineamiento con la columna del alineamiento ,donde es la frecuencia de repetición del evento enla columna del alineamiento y la puntuaciónde insertar la columna en el alineamiento dado sucolumna izquierda donde es la frecuencia dela actividad en la columna del alineamiento dado suevento vecino en la columna .

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Marlis Fulgueira Camilo - Ernesto Insua Suárez - Humberto Díaz Pando

Revista Cubana de Ingeniería. Vol. VII, No. 2, enero - abril, 2016, pp. 27 - 35, ISSN 2223 -1781 29

Antecedentes del algoritmo “Alineamiento de Trazas”El algoritmo para alinear trazas tiene como antecedentes

la alineación de secuencias biológicas [3]. En el siguienteacápite se realiza un estudio del estado del arte delos algoritmos de este tipo, que emplean técnicas deprogramación paralela. Los algoritmos para alinearsecuencias biológicas se pueden clasifi car atendiendo a lacantidad de secuencias que alinean. La fi gura 2 muestradicha clasifi cación.

Las alternativas básicas para realizar el alineamiento deun par de secuencias son: el alineamiento local (Smith-Waterman) [4, 6, 8, 10, 11] y el alineamiento global(Needleman-Wunsch) [5]. Los dos algoritmos se basan enla programación dinámica [12] para encontrar la alineaciónóptima de dos secuencias. Ambos se apoyan en laconstrucción de una matriz (matriz de alineamiento)para calcular el alineamiento.

La fi gura 4 muestra dos secuencias y . En unaprimera instancia deben calcularse los elementos de lacolumna y la fi la de color blanco. Luego pueden calcularseen cada iteración los elementos de una diagonalparalelamente. La fi gura 4 muestra con los mismoscolores los elementos que pertencen a cada diagonal yque pueden ser calculados paralelamente.

Además de los algoritmos para alinear pares desecuencias, también existen algoritmos para alinearmúltiples secuencias [13, 14]. La estrategia empleada[15-18] es alinear progresivamente las secuencias,donde son alineadas una por una teniendo en cuenta elorden seguido en un árbol guía previamente calculado.La primera etapa del algoritmo es calcular la distanciaentre todos los pares de secuencias. El resultado deeste, es usado como distancia para construir el árbolguía. La última etapa es donde se realiza el alineamientoprogresivo de las secuencias. La fi gura 5 muestra lasvariantes de paralelización seguidas por algunos autoresen [15-17, 19, 20] .

Los algoritmos paralelos implementados generalmenteemplean un clúster para paralelizar los algoritmos deeste tipo. El paradigma que emplean [15, 16, 19] es MPI*,aunque existen reportes que emplean CUDA [17] paraalinear múltiples secuencias.

Fig. 2. Clasifi cación de los algoritmos para alinear secuenciasb iológicas teniendo en cuenta la cantidad de secuencias aalinear.

Los trabajos [4-8] hacen reseña a la alineación dedos secuencias. Las pruebas realizadas en los artículosindican que a medida que aumenta el tamaño de lasecuencia alinear el tiempo de ejecución se eleva. Porende, se enfatiza en la paralelización para disminuir eltiempo. El largo de las secuencias evaluadas oscila entrelos 100 a 1000 caracteres, en algunos de los trabajos,el largo de las secuencias evaluadas supera en miles aestos números.

La fi gura 3 muestra el comportamiento seguido enla mayoría de diseños paralelos propuestos en [4-8].La técnica frente de onda (wave front) (fi gura 4) esampliamente empleada en varios documentos comoson [4-6] y básicamente lo que plantea es calcular loselementos que se encuentren en la misma diagonal a lavez, puesto que ya debieron investigarse los elementosnecesarios para el nuevo cálculo.

Fig. 3. Técnicas y modelos de programación paralela aplicadosa la alineación de pares de secuencias.

Fig. 4. Técnica frente de onda.

Fig. 5. Técnicas y modelos de programación paralela aplicadosa la alin eación de múltiples secuencias.

*MPI del inglés: Message Passing Interface (Interfaz de Pasode Mensajes).**CUDA del inglés Unifi ed Device Architecture (ArquitecturaUnifi cada de Dispositivos de Cómputo).



Un diseño paralelo se detalla en [19]. Las seccionesque paralelizan son el cálculo de la matriz de distanciaque se divide en dependencia de la cantidad de nodos delclúster y la alineación de varios conjuntos de secuenciasparalelamente. La aceleración obtenida con el algoritmoparalelo es de 5,5 veces.

Otro diseño se propone en [17] donde se enfocan solo enla alineación de las secuencias. El algoritmo implementadorecibe un árbol guía como entrada, el cual obtiene del sitioofi cial de Clustal W del EMBL-EBI. Emplean el métodofrente de onda (fi gura 4) para alinear los conjuntos desecuencias. El modelo de programación que emplean esCUDA. La aceleración obtenida por el algoritmo paralelooscila entre los valores 6 y 15 veces.Teniendo en cuentael estudio realizado se plantea lo siguiente:

• Los algoritmos para alinear pares de secuenciasgeneralmente emplean el método frente de onda.

• Los trabajos donde se refl ejan algoritmos paralelospara alinear múltiples secuencias se enfocan en dossecciones: la creación de la matriz de distancia y laalineación de secuencias.

• Los tiempos logrados empleando el método frentede onda [17] logran disminuir el tiempo de ejecución6 veces más que los reportados con la alineación devarios conjuntos de trazas (MPI) paralelamente [19].

Parallel TA, un diseño e implementación paralelaEl caso de estudio en el cual se enmarca dicha

investigación radica en las trazas generadas por unproceso registro de personal. Las trazas se guardan enbases de datos, de las cuales solo se alinean las trazasque sean diferentes. Las trazas más largas contienen solo49 caracteres y las más cortas tienen un solo carácter. Apesar de que las bases de datos contienen miles de trazassolo diferentes tienen 4 350.

Con el objetivo de identifi car la región que más se demoraen el algoritmo, se decide emplear la mayor cantidadde datos, 4 350 trazas. De las secciones descritas delalgoritmo, calcular la matriz de distancia para construir elárbol guía y alinear las trazas son las únicas que permitenintroducir técnicas de programación paralela. De estas lasección que más demora el tiempo de ejecución es alinearlas trazas la cual representa un 68 % del tiempo total delalgoritmo, el porcentaje restante equivale a las seccionesfaltantes.

Por lo tanto, se propone en el presente artículo paralelizarla matriz de distancia y emplear el método frente de ondapara alinear las trazas. Al nuevo algoritmo paralelo quese propone, se le llamará Parallel TA, cuyo diseño es elsiguiente:

Sección 1: Paralelización de la matriz de distanciaLa matriz o matriz de distancia es una matriz de orden

, donde es el total de trazas a alinear. La fi gura6 muestra los pasos seguidos. Dicha matriz es simétricapor ende se propone solo calcular los elementos que seencuentren por debajo de la diagonal principal (diagonal

de color negro). Cada uno de los elementos de la matrizpuede ser calculado independientemente. Se pretendecalcular la distancia de Levenshtein por cada elemento

(la distancia entre y es la misma que entre y) y escribir el valor calculado en la posición .

Fig. 6. Paralelización de la matriz S.

Los elementos de la matriz de distancia se dividen porfi las. Los elementos de la fi la , representados con el colorazul, se dividen en grupos en dependencia de la cantidadde hilos de ejecución disponibles en la arquitectura dehardware donde se ejecute el algoritmo. El objetivo deello es que los hilos no hagan lecturas dispersas en lamemoria, sino que trabajen con los elementos que lesiguen.

Una vez calculada la matriz de distancia se necesitabuscar la traza con menor valor. Se propone buscar elmenor valor por cada fi la de matriz y luego comparar dichosvalores para encontrar el menor. La fi gura 7 muestra elprocesamiento seguido para encontrar el menor en cadafi la (paso 1) y la fi gura 8 muestra el comportamientoempleado para encontrar la traza con menor distanciaentre todas (paso 2).

Fig. 7. Cálculo del mínimo asociado a cada hilo.

Fig. 8. Cálculo del mínimo por hilo de procesamiento.



La búsqueda del menor valor de distancia requiere lamisma fi losofía explicada con anterioridad. A cada hilo sele asignó un conjunto de fi las para buscar. Las fi las delmismo color representadas en la fi gura, son calculadaspor un hilo. Los menores de cada fi la se guardan en unarreglo de tamaño , donde es la cantidad de trazas aalinear. Para buscar el menor de todos, el arreglo tambiénes divido en dependencia de la cantidad de hilos, cadauno de ellos busca su menor guardando su resultado enun arreglo de tamaño M, donde M es la cantidad de hilosdisponibles. El arreglo de tamaño M es representado enla fi gura, donde los elementos del mismo color son loscalculados por cada uno de los hilos. Luego un solo hiloes el encargado de comparar los resultados en el arreglode tamaño M.

Sección 2: Paralelización de la matriz FA pesar de que cada par de trazas o conjunto de trazas a

alinear en el nivel x de árbol es independiente, se proponerealizar un solo alineamiento a la vez y calcular empleandoel método de onda la matriz . Esta matriz tiene la propiedadde que se calcula en una primera instancia la primera fi la yla primera columna, luego se calcula el resto de la matriz.Por lo tanto se propone también calcular la primera fi la yla primera columna a la misma vez. La fi gura 9 muestra elprocedimiento descrito.

El problema en este caso es que sin importar cuántoshilos de ejecución provea la arquitectura de hardware,solo en esta sección se empleará dos, un primer hilo paracalcular la columna refl eja con color azul y un segundo hilopara calcular la columna refl ejada con color gris. El cálculode los elementos restantes de la matriz se evidencia en lafi gura 10.

El problema en este caso es que sin importar cuantoshilos de ejecución provea la arquitectura de hardware,solo en esta sección se empleará dos, un primer hilo paracalcular la columna refl eja con color azul y un segundo hilopara calcular la columna refl ejada con color gris. El cálculode los elementos restantes de la matriz se evidencia en lafi gura 10.

La fi gura 11 muestra los elementos, que una diagonal,pueden ser calculados a la vez. Por ejemplo, primeramentese calcularían los elementos representados por la diagonalde color azul claro, luego los elementos de la diagonalgris y así sucesivamente. Solo en las iteraciones cuyacantidad de elementos sea igual o mayor que la cantidadde hilos de ejecución disponibles en la arquitecturapodrían aprovechar todos los hilos (suponiendo que seejecuta el algoritmo en una arquitectura con cuatro hilos deejecución de procesamientos disponibles). Los elementosde un mismo color son calculados por un mismo hilo.

Fig. 9. Cálculo de la primera fi la y columna a la vez.

Fig. 10. Cálculo de los elementos que se encuentren en lamisma diagonal a la vez.

Fig. 11. Cálculo de los elementos de una diagonal ejecutadospor hilos de ejecución diferentes.

Cada conjunto de elementos a calcular, en una iteración,se divide también en dependencia de la cantidad de hilosde ejecución disponibles.

Las consideraciones realizadas respecto al diseño eimplementación son aplicadas al paradigma de memoriacompartida CUDA [21-23].

RESULTADOSLas pruebas realizadas pretenden evaluar el algoritmo

paralelo implementado. Para ello se emplea la métricaaceleración [24-26], comúnmente empleada paraevaluar algoritmos paralelos. Además, se empleanvarios escenarios de prueba los cuales se describen acontinuación:

• Arquitectura 1: Intel Core 2 Duo E7300 a 2.6 GHzcon 2 GB de memoria RAM.

• Arquitectura 2: Intel Core 2 Quad Q9300 a 2.5 Ghzcon 4 GB de memoria RAM.

• Arquitectura 3: Intel Core i7 920 a 2.67 GHz con6 GB de memoria RAM.

Para cada arquitectura descrita se realizaron pruebascon tres juegos de datos distintos, los cuales se detallana continuación:

• Juego de datos 1: cantidad de trazas 350, tamañomínimo de traza 1, tamaño máximo 10, promedio5,5.

• Juego de datos 2: cantidad de trazas 2 350, tamañomínimo de traza 1, tamaño máximo 26, promedio 13,5.

• Juego de datos 3: cantidad de trazas 4 350, tamañomínimo de traza 1, tamaño máximo 49, promedio 25.



Los tiempos de ejecución que se exponen es el promediode 10 ejecuciones del algoritmo para cada arquitecturadescrita. Las pruebas se ejecutaron sobre el sistemaoperativo Windows 7 de 64 bits.

Experimento 1El experimento se realiza para arquitectura descrita

para el juego de datos 1 (350 trazas). Los tiempos quese exponen en la tabla pertenecen a las dos seccionesparalelizadas propuestas. Ver fi gura 12 y tabla 1.

Experimento 2El experimento se realiza para arquitectura descrita parael juego de datos 2 (2 350 trazas). Los tiempos que seexponen en la tabla pertenecen a las dos seccionesparalelizadas propuestas. Ver fi gura 13 y tabla 2.

Experimento 3El experimento se realiza para arquitectura descrita

para el juego de datos 3 (4 350 trazas). Los tiempos quese exponen en la tabla 3 pertenecen a las dos seccionesparalelizadas propuestas. Ver fi gura 14.

Tabla 1Promedio de tiempos de ejecución (segundos) y desviación estándar obtenidos para juego de datos 1

Tiempo de ejecución(segundos)

Arquitectura 1 Arquitectura 2 Arquitectura 3

Sección 1Prom./Desv.






Secuencial 0,080 0/0,010 0,211 3/0,013 1 0,088 4/0,238 0,285 6/0,001 0,051 5/0,139 0,141 0/0,037Paralelo 0,046 0/0,004 4 0,663 1/0,029 6 0,030 3/0,005 5 2,541 8/0,065 0,015 0/0,056 3,097 4/0,001


Tiempo de ejecución(segundos)Arquitectura 1 Arquitectura 2 Arquitectura 3







Secuencial 5,466/0,002 8 157,61/40,234 4,632/0,900 3 203,79/40,234 3,987 1/0,005 1 199,381/1,161Paralelo 1,293/0,064 43,077/0,272 6 0,805/0,158 5 166,92/0,023 1 0,604 6/0,158 5 166,784/0,171

DISCUSIÓNLa desviación estándar mostrada en la tabla 1, para

los tiempos promedio de ejecución, demuestra que lostiempos obtenidos, para todas las secciones, son similares.Se observa además, que para todas las arquitecturas deprueba empleada, el tiempo de ejecución de la sección1 es inferior a su tiempo secuencial. La sección 2 nodisminuye en ninguna de las arquitecturas de prueba. Seconcluye que para esta cantidad de trazas la paralelizaciónde la sección 2 no logra disminuir el tiempo de ejecucióndel algoritmo. Los tiempos logrados con GPU superan el

Fig. 12. Aceleración obtenida empleando juego de datos 1.


tiempo secuencial. El tiempo de ejecución secuencial esinferior al tiempo de ejecución paralelo. CUDA al emplearlas tarjetas de video (GPU) necesita transferir los datosdesde la memoria principal hacia la GPU y viceversa. Enesta ocasión las matrices de alineación son pequeñas para350 trazas, por lo tanto, la cantidad de hilos de ejecuciónque pueden emplearse son pocos. Además, el tiempoadicional que introduce CUDA para el envío y recibo dedatos ralentiza el tiempo de ejecución en comparación conel secuencial.




Se evidencia que todos los tiempos paralelos obtenidosson inferiores a los tiempos secuenciales. La desviaciónestándar es mayor para las arquitectura 1 y 2 en lasección 2, lo que demuestra que los tiempos obtenidos,para estos casos, son un poco divergentes. Como sepresenta en la fi gura 15 la aceleración obtenida para lasección 2 es aproximadamente 11 veces mejor que eltiempo secuencial. Respecto a la sección 1, la mejoraceleración se logra con la arquitectura 2, aunque eltiempo refl ejado en la tabla 3 indica que el mejor tiempode logra con la arquitectura 3.

Los experimentos demuestran que cuando la cantidadde trazas es mayor, dígase experimentos 2 y 3, a pesarque siguen existiendo las trasferencias, la cantidad dehilos de procesamiento que pueden ser empleadosparalelamente es mayor, pues las matrices de alineacióntambién son más grandes. Por lo tanto, se concluye que,a mayor cantidad de trazas a alinear, la implementaciónparalela logra disminuir, para todas las arquitecturas deprueba, el tiempo de ejecución del algoritmo secuencial.

CONCLUSIONESEn la presente investigación se aborda el estudio de

métodos que permiten reducir el tiempo de ejecución dela implementación del algoritmo “Alineamiento de Trazas”.Los resultados indican que:

• Es posible paralelizar la región Crear Matriz deDistancia y Alinear Trazas.

• A pesar que la matriz de distancia es una regióncuyo tiempo no es elevado, se propone un diseñoque logra disminuir para todos los juegos de datosy arquitecturas de pruebas el tiempo de ejecución.

• La región Alinear Trazas es paralelizada, siguiendolos métodos empleados para la alineación desecuencias biológicas.

• La región paralelizada Alinear Trazas disminuye eltiempo de ejecución del algoritmo secuencial parauna cantidad de trazas superiores a 350.

• Los mejores tiempos paralelos en las pruebasrealizadas se logran con la tarjeta de video NVidiaGTX 550.

• Para un total de 4 350 trazas, el tiempo de ejecuciónsecuencial de 37 min. (4 350 trazas en un Core2 Duo), disminuyó a 4 min.

• El algoritmo paralelo es aproximadamente 11 vecesmás rápido que el algoritmo secuencial.

La fi gura 13 muestra la aceleración obtenida en cadaarquitectura de prueba. La barra azul representa laaceleración alcanzada con la paralelización la sección 1, ylas restantes barras rojas son la aceleración obtenida conla implementación de la sección 2. La arquitectura quemejor aceleración logra disminuir el tiempo con la sección1 es la 3. Las implementaciones realizadas a la sección 2,no logran disminuir el tiempo de ejecución secuencial, porlo tanto el resultado de la fórmula de aceleración obtenidapara todo los casos es menor que 1. Lo que indica queel tiempo de ejecución paralelo es peor que el tiempo deejecución secuencial.

Los resultados expuestos en la tabla 2, respecto a lasección 1 tienen un comportamiento similar respecto a latabla 1, en cambio para la sección 2, para esta cantidadde trazas, el algoritmo paralelo logra disminuir el tiempode ejecución en todas las arquitecturas de prueba. Lafi gura 14 muestra la aceleración obtenida para ambassecciones en cada arquitectura de prueba. Se evidenciaque la arquitectura donde se logra mejor aceleración parala sección 1 es la arquitectura 3, mientras que para lasección 2, es la arquitectura 1. La sección 1 al encontrarseparalelizada con OpenMP, logra mejores tiempos en laarquitectura 3, pues comparando los CPU de prueba, esel que provee mejores prestaciones; lo mismo ocurre parala sección 2, que la mejor tarjeta de video se encuentra enla arquitectura 1.

La tabla 3 muestra el promedio del tiempo de ejecuciónobtenido por ambas secciones para el juego de datos 3.


Tiempo de ejecución(segundos)

Arquitectura 1 Arquitectura 2 Arquitectura 3







Secuencial 8,503/1,308 9 2 220,56/46,21 9,069/0,258 2 484,03/0,182 6,859/0,508 3 365,48/1,161Paralelo 4,844/0,078 207,76/0,639 2,634/0,124 688,64/95,192 2,145/0,064 688,89/0,204



Por todo lo planteado se concluye que el objetivo deinvestigación ha sido cumplido satisfactoriamente. Lainvestigación realizada permite obtener un algoritmo quepuede ser extrapolado a cualquier escenario que necesitealinear un conjunto de trazas.

Se recomienda implementar el algoritmo siguiendo eldiseño propuesto con otros modelos de programación,específi camente OpenCL, y comparar los resultadosobtenidos con los expuestos para CUDA, en el trabajo.Además de optimizar la solución propuesta haciendo usode las diferentes memorias que poseen las tarjetas devideo.

REFERENCIAS1. VAN DER AALST, W. Process mining: discovery,

conformance and enhancement of business processes.Springer Science & Business Media. 2011, ISBN:978-3-642-19344-6.

2. WEIJTERS, A.; VAN DER AALST, W. M.; DEMEDEIROS, A. A. “Process mining with theheuristics miner-algorithm”. Technische universiteiteindhoven, tech. Rep. Wp, 2006. vol. 166, pp.1-34.DOI 10.1.1.118.8288.

3. BOSE, R. J. C.; VAN DER AALST, W. M. “Processdiagnostics using trace alignment: opportunities, issues,and challenges”. Information systems, 2011, vol. 37,pp.117-141. ISSN:0306-4379.

4. DU, Z.; YIN, Z.; BADER, D. 2010. “A tile-based parallelviterbi algorithm for biological sequence alignment ongpu with cuda”. Proc. of the ieee international symposiumon parallel and distributed processing, workshops andphd forum (IPDPSW). Atlanta, GA: IEEE. DOI 10.1109/IPDPSW.2010.5470903.

5. SIRIWARDENA, T.; RANASINGHE, D. Accelerating global sequence alignment using cuda compatible multi-

core gpu. Information and automation for sustainability(ICIAFS), 5th International Conference on, 2010colombo. IEEE, pp.201-206. ISBN:978-1-4244-8549-9.

6. HASAN, L.; KENTIE, M.; AL-ARS, Z. Gpu-acceleratedprotein sequence alignment. Engineering in medicineand biology society, embc, 2011 annual internationalconference of the ieee, 2011. IEEE, pp. 2442-2446.ISBN:978-1-4244-4121-1.

7. PANDEY, J.; KHARE, N.; PANDEY, R. “A survey ofparallel models for sequence alignment using SmithWaterman algorithm IOSR”. Journal of computerengineering. 2015, vol. 17, pp. 48-52. ISSN:2278-0661.

8. DESHMUKH, K. B.; KHARAT, M. U. “Acceleratingsmith-waterman alignment based on gpu”. Internationaljournal of advanced research in computer scienceand software engineering. 2015, vol.5, pp.1162-1168.ISSN:2277 128X.

9. GONZÁLEZ, A. E. C. “La métrica de levenshtein”.Revista de ciencias básicas ujat [online], vol.7, pp. 35-

43, 2008 [cit 2015-11-15]. Available at: <http://www.publicaciones.ujat.mx/publicaciones/revista_dacb/Acervo/v7n2OL/v7n2.pdf#page=37>.

10. KHALED, H.; EL GOHARY, R.; BADR, N.; FAHEEM,H. “Accelerating pairwise dna sequence alignmentusing the cuda compatible gpu”. International journalof computer applications, 2013 [online], vol.84, pp.25-31 [cit 2015-10-20]. Available at: < http://research.ijcaonline.org/volume84/number1/pxc3892619.pdf >.

11. HALIM, A. K.; HARUN, M. H.; MOHAMED, S.;MOHAMED, S. Low power study on trace back andreconstruction modules for dna sequences alignmentaccelerator. Cambridge computer modelling andsimulation (UKSIM). 2012, UKSIM 14th internationalconference on, pp.117-125. ISBN: 978-1-4673-1366-7.

12. SMITH, T. F.; WATERMAN, M. S. “Identifi cationof common molecular subsequences”. Journal ofmolecular biology, 1981, vol.147, pp. 195-197.ISSN:0022-2836.

13. BABU, M. R. “Parallelized hierarchical expectedmatching probability for multiple sequence alignment”.Journal of theoretical & applied information technology,2014, vol.64, pp.378-385. ISSN:1992-8645.

14. DO, C. B.; KATOH, K. Protein multiple sequencealignment. Functional proteomics. Springer. 2008.ISBN: 1588299716.

15. NOTREDAME, C. “Recent progress in multiplesequence alignment: a survey”. Pharmacogenomics.2002, vol.3, pp.131-144. ISSN: 1462-2416.

16. CHENNA, R.; SUGAWARA, H. et. al. “Multiplesequence alignment with the clustal series of programs”.Nucleic acids research. 2003, vol.31, pp.3497-3500.ISSN:1992-8645.

17. HANIF, M. K.; ZIMMERMANN, K. H. “Graphicscard processing: acceleration of multiple sequencealignment”. Austin j comput biol bioinform [online].2014, vol.1, 6 [cit 2015-10-05]. Available at: < http://austinpublishinggroup.com/computational-biology-bioinformatics/fulltext/ajcbb-v1-id1008.php >.

18. ZAFALON, G. F.; MARUCCI, E. A. et. al.Improvements in the score matrix calculation methodusing parallel score estimating algorithm. Journalof biophysical chemistry. 2013, vol. 4. DOI 10.4236/jbpc.2013.42006.

19. ZOMAYA, A. Y. Parallel computing for bioinformaticsand computational biology: models, enablingtechnologies, and case studies. John Wiley & Sons.2006. ISBN:978-0-471-71848-2.

20. SHARMA, C. Parallel approaches in multiple sequencealignments. International journal of advanced researchin computer science and software engineering [online].2014, vol. 4, pp. 130-137 [cit 2015-10-05]. Available at:< www.ijarcsse.com >.

21. WILT, N. Cuda handbook: a comprehensive guide togpu programming. Addison-Wesley. 2013. ISBN:978-0-321-80946-9.



22.COOK, S. Cuda programming: a developer’s guideto parallel computing with gpus. Newnes, 2012. ISBN:978-0124159334.

23.SANDERS, J.; KANDROT, E. Cuda by example:an introduction to general-purpose gpu programming.Addison-wesley, 2010. ISBN:978-0131387683.

24.STALLINGS, W. Computer organization andarchitecture: designing for performance. PrenticeHall,2010. ISBN:978-0-13-607373-4.

25. GEBALI, F. Algorithms and parallel computing.Wiley,2011. ISBN:978-0-470-90210-3.

26. PACHECO, P. An introduction to parallel programming.Elsevier, 2011. ISBN:0080921442.

AUTORESMarlis Fulgueira CamiloIngeniera Informática, Máster en Informática, Complejode Investigaciones Tecnológicas Integradas (CITI), LaHabana, Cuba

Ernesto Insua SuárezIngeniero Informático, Complejo de InvestigacionesTecnológicas Integradas (CITI), La Habana, Cuba

Humberto Díaz PandoIngeniero Informático, Doctor en Ciencias Técnicas,Profesor Auxiliar, Facultad de Ingeniería Informática,Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,Cujae, La Habana, Cuba

Accelerating Trace Alignment Algorithm Applying CudaAbstractCurrently, the business processes that run businesses generate large volumes of traces. These tracesare stored in event logs for further analysis. The use of tools to extract useful knowledge from informa-tion recorded possible to know exactly happens in a company and the existence of anomalies executedprocess. The algorithm Trace Alignment allows to identify the most likely common behavior or executedprocess, the occurrence of deviations and the contexts in which one or more activities are carried out.Experiments show that the runtime depends on the number of traces desired alignment. The present arti-cle introduces techniques of parallel programming, CUDA, with the aim of reducing the execution time ofthe algorithm. The main features of the algorithm, as well as other parallel implementations are analyzedin order to unify the techniques that can achieve the best time. Parallel TA proposed algorithm decreasesabout 11 times, compared to the sequential implementation.

Key words: CUDA, trace alignment, business process



Análisis de fallas en generadorde vapor: Caso de estudioAlberto Eduardo Calvo Gonzálezcorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Erney Suárez Leyvacorreo electrónico: [email protected]

ResumenEl empleo de petróleo crudo como alternativa de combustible para las centrales termoeléctricas se justifi cópor razones económicas. Este cambio de combustible requirió de la modifi cación de las condiciones deoperación, debido fundamentalmente a su menor valor calórico y su alta densidad y viscosidad. No obstantelos cambios efectuados, el empleo del crudo provocó un deterioro acelerado de las superfi cies de intercambiotérmico ocasionando salidas de servicio no planifi cadas. El análisis estadístico de las salidas forzosas deservicio del generador de vapor recayó en el recalentador número dos. Por lo tanto, el objetivo de estetrabajo es la investigación de las fallas ocurridas en el recalentador número dos en generadores de vaporde 433,536 kg/h, con presión de 13,4 MPa, y 525 oC de temperatura de vapor sobrecalentado y recalentado,que alimentan turbinas de 125 MW. En el análisis de fallas realizado, basado en el diagnóstico mediante lautilización de los métodos de evaluación por ensayos no destructivos y metalográfi cos, se pudo esclarecerla causa fundamental de la misma, así como determinar el ritmo de crecimiento del deterioro, que permitióestablecer la secuencia de pruebas para evitar una posible falla no planifi cada. A su vez se pudo determinarla clase de acero que deberá ser utilizado en ese recalentador para dar solución defi nitiva al problema.Mientras esa sustitución no se lleve a cabo debe mantenerse el régimen de pruebas y ensayos propuestos.Esta experiencia puede servir de base al diseño de un sistema de mantenimiento basado en la condición.

Palabras claves: generador de vapor, análisis de fallas, medición ultrasónica de espesor, dureza, ensayos metalográfi cos,diagnóstico integral

Recibido: 13 de octubre del 2014 Aprobado: 3 de octubre del 2015

Artículo Original

INTRODUCCIÓNEl empleo de petróleo crudo como alternativa de

combustible para las centrales termoeléctricas se comenzóen el año 2000 por razones económicas. Este cambiode combustible en las centrales termoeléctricas requirióde la modifi cación de las condiciones de operación,debido fundamentalmente a su menor valor calórico ysu alta densidad y viscosidad. No obstante los cambiosefectuados, el empleo del crudo provocó un deterioroacelerado de las superfi cies de intercambio térmicoprovocando salidas de servicio no planifi cadas.

El análisis estadístico de las causas de la mayoría de lassalidas forzosas de servicio del generador de vapor recayóen el recalentador número dos. Por lo tanto, el objetivode este trabajo es la investigación de las fallas ocurridas

en el recalentador número dos en generadores de vaporde 433,536 kg/h, con presión de 13,4 MPa, y 525 0Cde temperatura de vapor sobrecalentado y recalentado,utilizados para alimentar turbinas de 125 MW.

Debido al estado técnico de este intercambiadorocasionado por este deterioro acelerado, a los 5 años deestar quemando este crudo, hubo de ser limitada la potenciade la unidad (del bloque). Esto trajo como consecuenciael rendimiento de los índices de la unidad: la disminucióndel factor de potencia disponible, el aumento del consumode agua de reposición y del consumo específi co decombustible. Como medida preliminar se dispuso limpiar(escoriar) todo el eje convectivo cada cuatro meses,disposición que de no cumplirse aumentaría aún más elconsumo específi co de combustible por obstrucción al

Alberto Eduardo Calvo González - Erney Suárez Leyva


paso de los gases y el incremento de la disminución delespesor de la superfi cie de intercambio por corrosión.En la fi gura 1 se muestra el aspecto de estas superfi ciesdeterioradas por el combustible sustituto, el crudo con altocontenido de azufre.

Este tipo de generador de vapor fue diseñado paraquemar como combustible básico un tipo de fuel oil cuyascaracterísticas se muestran en la tabla 1. A su vez tambiénse muestran las características del combustible sustituto,el crudo cubano.

De la comparación se aprecia la diferencia entreun combustible y otro, y de ahí se podrían inferir lasque a su vez presentan cambios signifi cativos en sucomportamiento. La sustitución del combustible originalde estos generadores de vapor, el fuel-oil de buenacalidad con un porcentaje de azufre por debajo de 3,0,por el crudo con un porcentaje de azufre por encima de6,5, requirió de la modifi cación de las condiciones detrabajo y por ende de algunas variables de proceso, y delas variables de estado de diagnóstico, como el volumende gases reales (Vgr), el coefi ciente de recirculación, elcoefi ciente de exceso de aire, y el espesor del tubo.

El análisis de fallas constituye un proceso crítico, paradeterminar la causa física de los problemas. Es un proceso

complejo, utiliza muchas disciplinas técnicas: diferentes,y usa una variedad de técnicas; de observación, deinspección y de laboratorio. Uno de los factores másimportantes durante la realización del análisis de una fallaes el mantener una mente abierta cuando se examina yanaliza la evidencia, con el fi n de tener una perspectivaclara e imparcial de la falla [1]. Los análisis de fallascorrectamente realizados, son los pasos críticos delproceso de solución del problema general y resultan losingredientes claves para corregir y prevenir las fallas,permiten lograr niveles más altos de calidad y fi abilidad.

La literatura consultada refl eja algunos aspectos básicosde este fenómeno [2-3]. En la bibliografía analizada de losúltimos años [4-10] no aparecen citas a casos semejantesde averías provocadas por empleo de combustibles deeste tipo, así como tampoco averías debidas a cambio decombustible y de alto contenido de azufre. No obstante,las metodologías de ensayo utilizadas son semejantes;en otros se emplean modernos métodos de simulacióny predicción de fallas, que para este caso [10-14] seránobjeto de un trabajo posterior.

MATERIALES Y MÉTODOSLa correcta utilización de los ensayos no destructivos,

y su correspondiente análisis, es la herramienta dediagnóstico fundamental de los especialistas de controlde metales [1]. Los métodos de ensayo no destructivosmás utilizados son: inspección visual, control con líquidopenetrante, análisis por ultrasonido para la medición deespesores, y los ensayos de metalografía y de dureza. Lasinformaciones obtenidas en cada uno de estos ensayosson analizadas para determinar la pérdida de espesory los defectos superfi ciales que se manifi estan en losintercambiadores térmicos, los cuales trabajan a presióny temperatura variables. Estas superfi cies a su vez sonafectadas por la nocividad de las cenizas, presentes eneste combustible empleado como sustituto.

Tabla 1Características físico-químicas del fuel oil de diseño y del crudo cubano

Composición química de los combustiblesfuel oil de diseño crudo cubano

Carbono (%) 85,8 78,76Hidrógeno (%) 10,1 10,99Azufre (%) 3,1 7,43Ceniza (%) 0,1 0,12Nitrógeno (%) 0,2 0,1Oxígeno (%) 0,1 0,12

Características físicasViscosidad cinemática a 50 °C (m2/s) 209 1 488Densidad (kg/m3) 984 999Punto de infl amación (°C) 89 26Valor calórico bajo kJ/kg (kcal/kg) 39 565,26 (9 450) 37 899,96 (9 052,25)Valor calórico superior kJ/kg (kcal/kg) 43 994,27(1 0507,85) 40 427,7084 (9 613)

Fig. 1. Superfi cie afectada por corrosión por ceniza con elcambio de combustible.

Análisis de fallas en generador de vapor: Caso de estudio


El trabajo de investigación de las fallas consistióen la aplicación de todas las técnicas de diagnósticoanteriormente mencionadas, fundamentado en la prácticade la evaluación de espesores por etapas.

Inspección visualEste método de inspección [13-15] aunque parezca

sencillo es de gran importancia, ya que de su efectividaddepende la toma de decisiones correcta con respecto a lautilización de un nuevo ensayo no destructivo.

Si en la inspección visual se detectan zonas condeformación o alargamiento se procederá a realizar elensayo metalográfi co con microscopio y las medicionesde dureza con durómetro. Estas zonas más críticas, porsu grado de degradación metalúrgica del material de lospaneles o bancos de tubos, pueden existir en diferenteszonas y componentes de los generadores de vapor, debidoa que han sido expuestas a rigurosos parámetros deoperación provocados por los cambios de las variables deproceso como el uso de nuevos combustibles o mezclasde ellos. También es recomendable realizar una mediciónde espesor y compararla con la de diseño.

Control con líquido penetranteEl método de ensayo por líquidos penetrantes [16]

tiene una importante aplicación en el examen superfi cialpara la localización de defectos abiertos a la superfi cie(grietas, poros, erosiones, etc.) en todo tipo de materialesmetálicos y no metálicos, que no sean porosos ni presentenescamado o rugosidad excesiva.

Medición de espesor ultrasónica (método de mediciónde espesor en tuberías)

El ensayo ultrasónico de los materiales [18] está basadoen los fenómenos que se producen en la propagaciónde vibraciones mecánicas con frecuencias entre 0,25y 25 MHz. La medición de espesor por ultrasonido esuno de los métodos más efi caces, hasta el momento,con equipamiento calibrado y personal certifi cado paradeterminar los espesores reales de los tubos que sonsometidos a condiciones de trabajo nocivo, el resultadode esta variable de estado de diagnóstico (espesor) fueanalizado con la utilización de un software, que determinasegún su condición la vida útil remanente.

En las mediciones realizadas se utilizó un medidor deespesores con las siguientes características: Rango demedición: 1. Modo eco-impulso: 0,63 a 500 mm, 2. Modoeco-eco (a través de pinturas y revestimientos): 2 54 a 254 mm, 3. Memoria (On-Board Data Logger) que le permitealmacenar hasta 1 000 lecturas, en 10 grupos de 100.

Para facilitar las mediciones, así como para lograrla ubicación exacta de los lugares sometidos a control,las tuberías fueron dividas en forma de reloj, se puedendefi nir tantas zonas de medición como se considerennecesarias, y las distancias entre puntos son tomadas

de forma arbitraria. Para lograr la ubicación exacta delos defectos se toman los datos de la tubería como elnúmero de colector, de serpentín y la hilera de tubos aque pertenece.

Medición de durezaEste ensayo consiste en obtener el promedio de dureza

en una zona determinada y comparar los valores con losdel metal base, lo cual permite saber si la dureza estádentro de los valores admisibles de acuerdo con el tipode material.

Esta medición se realizó con punta directa de diamante,su impacto deja la huella en el metal. En las medicionesrealizadas se utilizó un medidor con las siguientescaracterísticas: 1. Medicion en Vickers; 2. Rango deconversión: Vickers 20 – 1740 HV con 1mm valor mínimo,Rocxwell B – 40-105 HRB con 1mm valor mínimo,Rocxwell C – 20,3 –HBC con 1mm valor mínimo, Brinell76 – 618 HB; 3. Materiales al carbono, bajo, medio y alto.

MetalografíaLa metalografía destructiva y no destructiva, es una

de las técnicas empleadas junto a los ensayos nodestructivos, utilizada para detectar heterogeneidadesy defectos superfi ciales que se manifi estan en equiposy componentes en servicio que trabajan a presión ytemperatura en forma continua. Las características delmicroscopio utilizado son: 1. Escala de 0,5mm a x 200;2. Rango medio: Modo normal: 1 792 x 1 184 pixels,sobre 500 kB, Modo fi no: 1 792 x 1 184 pixeles, sobre900 kB, Zoom: 896 x 596 pixeles, sobre 900 kB; 3. Pixelestotales sobre 2,3 millones de pixels (1 816 x 1 212);4. Pixeles efectivos sobre 2,19 millones de pixeles (1 816x 1 208); 5. Velocidad de actuación 1/ 45 a 4 segundos;6. Maxifi cación 25X,30X,50X,100X,200X,500X,1 000X.

RESULTADOSLos resultados de los ensayos realizados se exponen a

continuación

Mediciones de espesor realizadasLas mediciones de espesor de los tubos se realizaron

por primera vez el día 10 de agosto y cuatro añosdespués, en julio 22, se realizó una segunda medición; losresultados de ambas se muestran en la tabla 2.

La velocidad de pérdida de espesor en el recalentadornúmero dos, del generador de vapor objeto de estudiodurante el periodo que empleó el combustible de diseño(fuel-oil) fue de 0,06 mm por año.

Después de tres años de estar quemando crudo,comienzan a aparecer las primeras averías por pérdidade espesor, y después de cuatro años de servicioininterrumpido, este recalentador perdió entre 1,4 y2,8 mm como se muestra en la tabla 2, con una velocidadde corrosión de 0,7mm por año aproximadamente. El valormedio de espesor de las 25 muestras en este período fuede 1,992 mm.



Muestra/serpentín/ no. del tubo 1ra. (mm) 2da. (mm) D i f e renc ia

(mm)1-S1-T1 4,2 1,4 2,8

2-S4-T1 4,3 1,7 2,63-S6-T1 4,2 2,1 2,14-S8-T1 4,1 2,6 1,55-S10-T1 4,4 1,3 3,16-S12-T1 4,2 1,7 2,57-S14-T1 4,3 2,2 2,18-S16-T1 4,2 1,9 2,39-S18-T1 4,2 1,8 2,410-S20-T1 4,3 1,7 2,611-S22-T1 4,2 1,6 2,612-S24-T1 4,2 2 2,213-S25-T1 4,2 2,1 2,114-S26-T1 4,3 2,9 1,415-S30-T1 4,1 2 2,116-S32-T1 4,2 1,5 2,717-S34-T1 4,3 2,2 2,118-S36-T1 4,3 2,1 2,219-S38-T1 4,2 1,9 2,320-S40-T1 4,1 2,3 1,821-S42-T1 4,2 2,3 1,922-S44-T1 4,3 2,1 2,223-S46-T1 4,3 1,6 2,724-S48-T1 4,3 2,5 1,825-S54-T1 4,2 2,3 1,9Valor promedio 4,232 1,992 2,240

Leyenda:S:Numero de serpentín o pantalla del recalentador.T:Numero de tubo del serpentín o pantalla.Ejemplo 1-S1-T1: Muestra #1-serpentín #1-tubo #1.

En la etapa en que se quemaba fuel oil, las medicionesde espesor se realizaban cada 25 000 h, debido a quela velocidad de corrosión era mínima, y cuando seefectuaban las inspecciones visuales, no se detectabancambios representativos que sugirieran algún ensayo nodestructivo adicional. En cambio, cuando se comienzaa quemar crudo, en la primera inspección visual quese realiza, se detecta un estado de corrosión alto y sedecide hacer una medición de espesor cada seis meses,dando valores de pérdida de espesor de 0,3 y 0,4 mmaproximadamente. Se realizaron también ensayos demetalografía y dureza cada dos años. Además, si durantela inspección visual fuera de este periodo, se detectabandeformaciones en alguna zona, también se realizabanestos ensayos.

El programa de cálculo mencionado anteriormente,utilizado en este caso, permite estimar el tiempo de vidade trabajo y las propiedades mecánicas de materialesde tuberías que generalmente son empleados en losgeneradores de vapor. Utiliza como parámetros deentrada la temperatura del metal y presión, que son lascondiciones de operación, el diámetro exterior y el espesordel tubo, sus características geométricas, la velocidadde corrosión y su espesor. La consulta de catálogos defallas de materiales y la composición del material que seestá analizando facilitan el análisis. En las fi guras 2 y 3se observan los resultados del programa de estimaciónde la vida útil remanente en dependencia del espesor,y las 4 y 5 muestran ejemplos de gráfi cas de cálculo depropiedades mecánicas de 2mm es espesor remanentede la última medición.

Los resultados de los ensayos metalográfi cos realizadospara detectar heterogeneidades y defectos superfi cialesen el recalentador se muestran en las tablas 3 y 4.

Tabla 2Mediciones realizadas

Fig. 3. Tiempo de vida útil en función de la temperatura.

Fig. 2. Tiempo de vida útil en función de la presión.



Tabla 3Datos del análisis

Datos del análisis Datos de la muestraAumentos utilizados: 200x; 400xReactivo empleado: Nital 4%Normas utilizadas: N/PProcedimiento: MBP-004 06

Tipo de muestra: Mocheta,Recalentador U-5, Serpentínde entrada 26, CTE Caso deestudio.Dimensiones: -Material: 15 313Edad: -Parámetros de trabajo:Presión: 3,53 MPa,Temperatura del vapor: 5250CCantidad de muestras: 2 (delmismo tubo)

Fig. 4. Temperatura máxima en función de la presión.

Fig. 5. Espesor mínimo en función de la presión.

Tabla 4Observaciones de la muestra

Muestra Observaciones

1201.21(Transversal)

Matriz ferrítica, 19–15 % de perlita-sorbíticacon estado de media degradación porglobulización más carburos en partículasglobulares con grado de aislamiento medio,precipitados en borde del grano austeníticohereditario (de partida). No se revelanfronteras de grano


Matriz ferrítica, 10–6 % de perlita-sorbíticaen estado de alta a media degradación porglobulización más carburos en partículasglobulares con grado de aislamiento de medioa pequeño, precipitados en borde del granoaustenítico hereditario (de partida). No serevelan fronteras

Muestra Observaciones


Matriz ferrítica, 19–15 % de perlita-sorbíticacon estado de media degradación porglobulización más carburos en partículasglobulares con grado de aislamiento medio,precipitados en borde del grano austeníticohereditario (de partida). No se revelanfronteras de grano


Matriz ferrítica, 10–6 % de perlita-sorbíticaen estado de alta a media degradación porglobulización más carburos en partículasglobulares con grado de aislamiento de medioa pequeño, precipitados en borde del granoaustenítico hereditario (de partida). No serevelan fronteras

DISCUSIÓNLos resultados obtenidos permiten tener una clara

descripción del efecto del uso del nuevo combustible, deinferior calidad, sobre las superfi cies de intercambio decalor del recalentador, equipo que provocó el mayor índicede salidas de servicio no planifi cadas. Hay aspectos quese deben al combustible en sí y otros al régimen a que fuesometido, por ejemplo, el aumento del volumen de gasespara compensar el efecto de menor valor calórico.

A partir de las mediciones realizadas y del análisiscomparativo de las características del combustiblesustituto con el de diseño, se puede reconocer que lapérdida de espesor por corrosión ocurre por la oxidacióncatalítica del metal por el pentóxido de vanadio. La rápidaoxidación resultante del metal reduce el espesor de lapared, lo cual, a su vez, reduce el área capaz de soportarla carga. En esta área que soporta la carga, se produce unincremento de los esfuerzos a través de la región que seha adelgazado. La falla por rotura debida al fl ujo plástico seproduce por la infl uencia combinada del nivel incrementadode los esfuerzos y las altas temperaturas del metal [2,3].La escoria corrosiva se puede desarrollar cuando se usaun combustible que contiene niveles elevados de vanadio,sodio o azufre, o una combinación de estos elementos,en presencia de cantidades excesivas de aire, mayor delnecesario que facilita la formación de V2O5, o cuando sealcanzan temperaturas del metal mayores que 593° C.

Los resultados indican que las tuberías hay quecambiarlas antes de cada año y medio, así como el

régimen de control a establecer para un funcionamientoseguro de la unidad. La medida inmediata es el control delmetal de los tubos más a menudo, es decir, en un tiempomás corto, así como la limpieza del eje convectivo cada4 meses ya mencionada en la introducción. La solucióndefi nitiva propuesta ha de ser el cambio de la clase delos tubos que componen el recalentador 2, por lo que setomó la medida de cada 4 meses limpiar (escoriar) todoel eje convectivo. De no cumplirse esta medida aumentael consumo específi co de combustible por pérdida degeneración, y la disminución del espesor de la superfi ciede intercambio por corrosión.



CONCLUSIONESEl trabajo de investigación de las fallas consistió

en la aplicación de todas las técnicas de diagnósticoanteriormente mencionadas, fundamentado en lapráctica de la evaluación de espesores por etapas. Estopermitió la determinación de la velocidad de desgaste ydisminución de las propiedades mecánicas de los tubosde las superfi cies de intercambio de los generadores devapor estudiados. En el análisis de falla realizado se pudoesclarecer la causa fundamental de la misma: la tecnologíaactual de utilización del crudo con alto contenido deazufre, así como la determinación del ritmo de crecimientodel deterioro. Esto último permitió establecer la secuenciade pruebas para abordar una posible falla no planifi cada,así como su sustitución cada año y medio, atendiendoal resultado obtenido del estudio del metal. Al estudiar eldesarrollo de falla se pudo determinar el tipo de acero quedeberá ser utilizado en ese recalentador para dar solucióndefi nitiva al problema. Mientras esa sustitución no selleve a cabo, debe mantenerse el régimen de pruebas yensayos propuestos.

Esta experiencia puede servir de base al diseño ydesarrollo de un sistema integral de mantenimiento basadoen la condición que se fundamenta en el monitoreadode espesores, durezas y metalografía del material. Serecomienda tener en cuenta un riguroso control delempleo de los aditivos que mejoran la combustión delcrudo y se estudie una mejor utilización de los aditivosreanalizando los regímenes de operación. Se sugiereademás realizar un estudio de factibilidad económicapara proponer el cambio de material en el recalentador2 por el seleccionado u otro semejante con las mismaspropiedades de resistencia a la corrosión.

REFERENCIAS1. SCUTTI, J.; MCBRINE, W. Introduction to Failure

Analysis and Prevention, ASME Metals Handbook,vol. 11, pp. 14 – 20, 1975. ISBN:0-87170-704-7.

2. RODRÍGUEZ, A. Teoría y práctica de los procesosde combustión. Editorial Academia, pp. 57-70, 2000,ISBN: 959-02-0298-5.

3. PÉREZ GARAY, LUIS. Generadores de vapor. LaHabana: Editorial Pueblo y Educación, 1986.

4. CICERO, S.; LACALLE, R. et al. “Failure analysisof a steam generator superheater drain tube usedin a dump”. Engineering Failure Analysis, vol. 17,Issue 1, pp. 301-312. January, 2010. ISSN:1350-6307. Disponible en Web: http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2009.06.012 [consultado enero 2013].

5. BALDEV, Raj; CHOUDHARY, B. K.; SINGH RAMAN,R. K. “Mechanical properties and non-destructiveevaluation of chromium–molybdenum ferritic steelsfor steam generator application”. International Journalof Pressure Vessels and Piping, vol. 81, Issue 6,pp. 521-534, June, 2004. ISSN: 0308-0161. Disponibleen Web:http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpvp.2003.12.010[consultado enero 2013].

6. DORRI, M.; HARANDIZADEH, D. “Failure analysis ofperforation in salty water-wall tubes of a power plant”.Engineering Failure Analysis, vol. 19, pp. 87-96,January,2012, ISSN:1350-6307. Disponible en Web: http://dx .doi .o rg /10 .1016/ j .engfa i lanal .2011.09.008[consultado enero 2013].

7.OTHMAN, H.; PURBOLAKSONO, J.; AHMAD, B.“Failure investigation on deformed superheater tubes”.Engineering Failure Analysis, vol. 16, Issue 1, pp. 329-339. January, 2009, ISSN: 1350-6307,Disponible en Web:http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2008.05.023[consultado enero 2013].

8.ALMAZROUEE, A.; SINGH RAMAN, R. et al.“Role of oxide notching and degraded alloymicrostructure in remarkably premature failureof steam generator tubes”. Engineering FailureAnalysis, vol. 18, Issue 8, pp. 2288-2295, December,2011. ISSN:1350-6307 Disponible en Web: http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2011.08.005[consultadoenero 2013].

9.TAVARES, S.; SCANDIAN, C. el at. “Failure of tube usedin high pressure steam generator due to incrustationdeposits”. Engineering Failure Analysis, In Press,Corrected Proof. Available online 15 November 2012.ISSN:1350-6307. Disponible en Web: http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2012.10.026[consultadoenero 2013].

10.CARAZAS, F.; SALAZAR, C.; SOUZA, G. “Availabilityanalysis of heat recovery steam generatorsused in thermal power plants”. Energy, vol. 36,Issue 6, pp. 3855–3870, June, 2011. ISSN:0360-5442. Disponible en Web: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2010.10.003, [consultado enero 2013].

11.LIU, F.; KONG, S. et al. “Research and Application ofRisk Assessment Methodology for Power Station BoilerSuperheaters”, J. Pressure Vessel Technol. 133(4),041602, May 18, 2011, 10 p. doi:10.1115/1.4002861m,ISSN:0094-9930. Disponible en Web: doi:10.1115/1.4002861 [consultado enero 2013].

12.GHAFFARI, A.; MEHRABIAN, A.; MOHAMMAD-ZAHERI, M. “Identifi cation and control of power plantde-superheater using soft computing techniques”.Engineering Applications of Artifi cial Intelligence,vol. 20, Issue 2, pp. 273-287, March 2007. ISSN:0952-1976. Disponible en Web: http://www.sciencedirect.com.proxy.timbo.org.uy:443/science/journal/09521976,[consultado enero 2013].

13.CHERIDI, D.; ABLA, A. et al.“Thermal–hydraulicsimulation of a radiant steam boiler using Relap5computer code”. Computers & Chemical Engineering,vol. 52, pp. 168-176, 10 May, 2013. ISSN:0098-1354 Disponible en Web: http://www.sciencedirect.com.proxy.timbo.org.uy:443/science/journal/00981354[consultado enero 2013].



14.NAK-HYUN, Kim; CHANG-SIK, OH; YUN-JAE, Kim.“A method to predict failure pressures of steam generatortubes with multiple through-wall cracks”. EngineeringFracture Mechanics, vol. 77, Issue 5, pp. 842–855,March, 2010. ISSN, 0013-7944 . Disponible en Web:http://dx.doi.org/10.1016/j.engfracmech.2009.11.007.[consultado enero 2013].

15.AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS.Visual Examination-Nondestructive Examinations.ASME Boiler & Pressure Vessel ASME. ASME CodeSection V, Article 9, 6 pp. ASME headquarters, ThreePark Avenue, New York, U S A, NY 10016-5990, 2007.

16.AMERICAN SOCIETY OF MECHANICALENGINEERS. Liquid Penetrant Standards-Nondestructive Examinations. ASME Boiler & PressureVessel ASME. ASME Code Section V, Article 24, 72 pp.ASME headquarters, Three Park Avenue, New York, USA, NY 10016-5990,1998.

AUTORESAlberto Eduardo Calvo GonzálezIngeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas,Profesor Titular, Facultad de Ingeniería Mecánica, InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, LaHabana, Cuba.

Erney Suárez LeyvaIngeniero Mecánico, La Habana, Cuba.

Failure Analysis in Steam Generators: A Study CaseAbstractThe use of crude oil as alternative to fuel steam power stations was justifi ed by economic reasons. Thischange of fuel required to modify the operational procedures, due fundamentally to its lower heating val-ue and its high density and viscosity. Nevertheless the changes made, the use of the crude oil caused aquick deterioration of the thermal exchange surfaces causing not planned forced outages. The statisticalanalysis of the steam generator forced outages went to reheater number two. Therefore the scope of thiswork is the study of the happened failures in reheater number two, of 433,536 kg/hr, 13,4 MPa, and 525 Ctemperature of superheated and reheated steam generator used to move 125 MW turbines. In the carriedout failure analysis, based on nondestructive evaluation methods, towered with metallographic test, waspossible to clarify the root cause, as well as establish the worsening growth rate that allowed establishingthe sequence of tests to avoid a possible not planned outage. In turn it was possible to choose the kind ofsteel should be used in that reheater to give the defi nitive solution of the problem. While steel substitutionis not carried out it sho uld stay the régime of tests and proposed assays. This experience can serve frombase to the design of a maintenance system based on the condition.

Key words: Steam generators, failure analysis, thickness and hardness ultrasonic measuring metallographictest, integral diagnosis



Factores que infl uyen en la estabilidadde emulsiones de petróleo crudo yaceite de transmisión con solucionesde tensoactivoErich Martínez Martíncorreo electrónico: [email protected] Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC), La Habana, Cuba

Margarita Piedra Díazcorreo electrónico: [email protected] Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC), La Habana, Cuba

Leonardo Acosta Martínezcorreo electrónico: [email protected] Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC), La Habana, Cuba

Ronny Rives Sanzcorreo electrónico: [email protected] Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC), La Habana, Cuba

ResumenEntre las tecnologías utilizadas para el transporte de petróleo crudo por sistemas de tuberías, se encuentranlas emulsiones del mismo con soluciones de tensoactivos. La aplicación de esta técnica requiere que lasemulsiones se mantengan estables durante el período de bombeo y se separen completamente despuésde transportado el crudo. En el presente trabajo se realizaron ensayos experimentales, utilizando diferentesconcentraciones de tensoactivo, tipos de mezclado y condiciones de decantación. Fueron empleadas dossustancias como fase continua: aceite de transmisión y petróleo crudo cubano. Se observó la marcadainfl uencia de la concentración y el tipo de mezclado en la estabilidad de las emulsiones. Los resultadosdemuestran las semejanzas en cuanto a parámetros termohidráulicos de los fl uidos objeto de estudio; lo quepermite inferir el comportamiento aproximado del petróleo crudo cubano emulsionado a partir del trabajoexperimental con aceite de trasmisión.suelos parcialmente saturados.

Palabras claves: emulsión, estabilidad, soluciones de tensoactivo

Recibido: 9 de octubre del 2015 Aprobado: 27 de enero del 2016

Artículo Original

INTRODUCCIÓNEn numerosas aplicaciones domésticas e industriales

están presentes sistemas que contienen dos fases líquidasinmiscibles, como el petróleo y el agua en la industriaenergética. La mezcla que resulta de estas sustancias sedenomina emulsión. Las emulsiones por lo general sonsistemas inestables, cuya estructura es estabilizada porun agente llamado emulsionante o tensoactivo [1,2].

En los últimos años se han venido realizando estudiossobre el comportamiento reológico de las emulsiones ylos factores que intervienen en su formación.

Díaz y Falcón, han realizado un estudio de lasemulsiones de crudo cubano y sus características,obteniendo experimentalmente las curvas de fl ujo enviscosímetros rotacionales para el crudo cubano. Se hananalizado variables como el pH y la temperatura pero nose han realizado estudios de estabilidad [3].

Asímismo, Rodríguez y Falcón, profundizaron en elefecto de la relación petróleo agua emulgente en elcomportamiento reológico y en la estabilidad de lasemulsiones acuosas directas del petróleo crudo cubano

Factores que infl uyen en la estabilidad de emulsiones de petróleo crudo y aceite de transmisión...


utilizando el tensoactivo p. En este trabajo no se analizanalgunos factores como el tipo de mezclado [4].

Por su parte, Rodríguez y Falcón, profundizaron enel comportamiento de emulsiones del tipo O/W conemulsionante EM-10 producto de pirolisis a partir devariables como: esfuerzos cortantes, gradientes develocidad y viscosidad aparente. Este trabajo se limitaal estudio de emulsiones del tipo O/W, no se trabaja conemulsiones del tipo W/O, las cuales pudieran ser másefi cientes para las aplicaciones petroleras [5].

El presente trabajo está encaminado a la determinación delos principales factores que intervienen en la estabilidad deemulsiones del tipo W/O (agua en aceite), utilizando comoagente emulsionante el surfactante catiónico Zetap B.

La concentración del agente emulsionante es variable,pero en la práctica existen dos límites. Debajo deuna concentración mínima del orden de 0,1%, no haysufi ciente emulsionante para estabilizar la emulsión. Másallá de algunos porcentajes (5% por ejemplo), no tienesentido aumentar la concentración del tensoactivo. Enlas aplicaciones vinculadas a la industria petrolera seencuentra una concentración de emulsionante en el rango0,2 - 3% [1].

En una emulsión, uno de los líquidos inmiscibles esla fase acuosa y el otro, una fase aceite u orgánica.Se usarán las abreviaturas W (agua) y O (aceite) paradichas fases. Si la emulsión contiene gotas de aceite (O)dispersadas en agua (W), se le llamará emulsión O/W. Enlas aplicaciones petroleras la fase continua es el aceite (O)y la fase dispersa es el agua (W), formando una emulsióndel tipo W/O (fi gura 1) [2].

Para la elaboración de una emulsión se empleandiferentes técnicas y equipos, los más comúnmenteutilizados son los mezcladores de hélice o turbina. Unmezclador tiene esencialmente dos funciones: primeropromover cerca del impulsor un rápido movimiento delfl uido de tal forma que el mismo esté sometido a un campode cizallamiento intenso; por otra parte, el impulsor debeprovocar dentro del tanque un movimiento de circulaciónconvectiva global, de tal forma que todo el fl uido pase através de una zona de cizallamiento [2].

Una emulsión se comporta generalmente comoun sistema termodinámicamente inestable. Resultafácil afi rmar que una emulsión se ha roto, pero defi nirexperimentalmente una magnitud que caracterice suestabilidad es complejo.

Una medida de la estabilidad de una emulsión es lavariación del número de gotas en función del tiempo.Tal información se obtiene mediante la variación de ladistribución del tamaño de gota con el tiempo. En lapráctica, la estabilidad de una emulsión se relaciona, engeneral, con el volumen de las fases separadas. Despuésde algún tiempo, el sistema se separa típicamente entres zonas (fi gura 2), una zona central que contiene unanata o emulsión de alto contenido de fase interna y dosfases separadas, la interna (coalescida) y la externa(clarifi cada) [1].

Fig. 2. Emulsión en proceso de separación.

Los tensoactivos son sustancias que poseen a la vezun grupo polar y un grupo apolar (fi gura 3). Pertenecena la clase de las sustancias anfífi las. Un anfífi lo es unasustancia química cuya molécula posee una afi nidada la vez por las sustancias polares y por las sustanciasapolares [6].

Fig. 1. Tipos de emulsiones. Fig. 3. Ubicación de la molécula de surfactante en la interfase.

Erich Martínez Martín - Margarita Piedra Díaz - Leonardo Acosta Martínez - Ronny Rives Sanz


La gran mayoría de los anfífi los son surfactantes porquese ubican preferencialmente en una superfi cie o unainterfase. La fi gura 3 muestra que la unión a la superfi cieo a la interfase es la única forma que tiene un surfactantepara satisfacer su doble afi nidad grupo hidrofílico-agua ygrupo apolar-aceite. La presencia de surfactante es lo quepermite controlar los diferentes fenómenos involucradosen la etapa de drenaje/fl oculación, cuya escala de tiempopuede variar de una fracción de segundo a varios años yhasta más en sistemas perfectamente estables [6].

La adsorción de surfactante en la interfase,particularmente los de alto peso molecular, puede resultaren un efecto de repulsión estérico. Este efecto dependedel tamaño del grupo que produce la interacción, y dela densidad de adsorción interfacial. La estabilidad de laemulsión dependerá del efecto del surfactante sobre lasrepulsiones electrostática y estérica.

El comportamiento del surfactante en la interfase agua/aceite es por tanto el factor dominante en la estabilizaciónde emulsiones, aunque otras variables pueden infl uir enlos fenómenos dinámicos, tales como la presencia deelectrólitos [2].

En el presente trabajo se determinarán los principalesfactores que infl uyen en la estabilidad de emulsiones deltipo W/O. Para ello serán utilizados las sustancias y losmétodos descritos a continuación.

MATERIALES Y MÉTODOSEl trabajo experimental fue desarrollado en el laboratorio

de Mecánica de los Fluidos del Instituto Superior deTecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC). En los ensayosexperimentales se han utilizado como fl uidos de trabajo:petróleo crudo del yacimiento Boca de Jaruco ubicado aleste de La Habana con densidad relativa 0,99 y viscosidad3,2 Pa.s a 30 °C; aceite de transmisión con densidad relativa0,86 y viscosidad 0,7 Pa.s a 30 °C; agua y soluciones conconcentraciones al 0,2 %; 0,5%; 1 % y 2 % de tensoactivo.Se han seleccionado estas sustancias con el objetivo deelaborar emulsiones en un rango que permita realizarcomparaciones en cuanto a estabilidad y comportamientotermohidráulico de las sustancias utilizadas como fasecontinua (aceite de transmisión y petróleo crudo cubano).En tal sentido, será posible establecer semejanzas entreambos fl uidos, lo que permitirá predecir el comportamientoaproximado de uno a partir del otro cuando se someten aprocesos termofísicos similares.

El agente tensoactivo empleado en la preparación deemulsiones acuosas del petróleo crudo fue el surfactantecatiónico Zetab B.

Se elaboraron emulsiones a escala de laboratorioutilizando un agitador de hélice (fi gura 4), con propela dediámetro 5,0 cm y motor de hasta 1 000 rpm [3].

El recipiente utilizado durante la agitación (fi gura 4)tiene un volumen máximo de 1L, superior al volumende emulsión elaborado (300 mL) con el objetivo de noderramar la muestra.

En todos los casos se prepararon emulsiones del tipoW/O (agua en aceite) al 30 % de fase dispersa [4], dandoseguimiento a su comportamiento, en cuanto a estabilidad,durante períodos lo sufi cientemente prolongados para quese produjera la total separación de las fases. La velocidadde agitación utilizada fue de 300 rpm.

Durante la elaboración de las emulsiones se tomaron encuenta diferentes aspectos como la formación de espumacuando se agita la mezcla durante un período de tiempoprolongado. Este fenómeno aunque infl uye positivamenteen la estabilidad de las emulsiones (las hace más estables),no resulta conveniente para la industria petrolera debidoa que en aplicaciones como el trasiego del crudo poroleoductos aumenta las probabilidades de ocurrencia decavitación e implosión en los equipos de bombeo.

La formación de espuma tiene lugar debido a lasinteracciones termodinámicas entre las fases líquidas y lagaseosa en sistemas abiertos. En la fi gura 5, se muestrauna microimagen de la emulsión de aceite al 30 % desolución de tensoactivo con concentración al 1 %. En lamisma se pueden observar gotas de aire que manifi estanla presencia de espuma en la emulsión.En la tabla 1 se muestran las variables utilizadas en eltrabajo experimental [7].

Fig. 4. Agitador de hélice.

Fig. 5. Emulsión al 30 % de solución de tensoactivo.



Tabla 1Variables utilizadasVariable U/M Descripción

Tiempo de agitación s Período durante el cual se someten los fl uidos a los esfuerzoscortantes del agitador

Tiempo de separación min Tiempo después del cual se produce la separación evidente de lasfases

Concentración de tensoactivo % Cantidad de tensoactivo presente en la solución

Fracción de las fases % Porción de la mezcla que corresponde a cada una de las fases

Velocidad de agitación rpm Velocidad angular con que gira la propela del agitador durante elmezclado

Velocidad de separación de las fases mL/s Volumen de fase separada por unidad de tiempo

RESULTADOSEn este apartado se explican algunas orientaciones

sobre el contenido de Resultados y las instrucciones parala presentación de las tablas y fi guras en el texto.

Los ensayos experimentales desarrollados tuvieroncomo objetivo describir y caracterizar los procesos deformación y ruptura de las emulsiones. Para ello fueronutilizadas como fase dispersa, en primer lugar, aceite detransmisión y en segundo lugar, petróleo crudo cubano.

Emulsiones con aceite de transmisiónUna vez elaboradas las emulsiones se monitoreó

el proceso de separación de las fases (ruptura de laemulsión), este resultado permitió determinar cuán establese comportaba la mezcla.

Como primer experimento fueron elaboradas emulsionesal 30 % de solución de tensoactivo con concentracionesal 0,5 %, 1 % y 2 % de soluto. Se determinó el tiempo depermanencia de la fase dispersa (solución de tensoactivo)en la emulsión. Este resultado permite apreciar la relaciónque existe entre la concentración de tensoactivo y laestabilidad de la emulsión.

En la fi gura 6 se presentan las velocidades de separacióndel agua para cada solución de surfactante, exceptopara la solución al 5 %, pues esta tiene una velocidad deseparación excesivamente grande, resultando una líneavertical en los 3 ml de agua tomados como muestra.

Como segundo experimento se comprobó la infl uenciadel tipo de mezclado en la estabilidad de la emulsión. Paraello se prepararon dos emulsiones al 1% de concentraciónde soluto y se mezclaron durante tiempos diferentes(1 y 3 min.) La fi gura 7, describe el comportamiento deambas emulsiones

Por último se analizó el comportamiento de unaemulsión al 0,5 % de concentración de tensoactivo ymezclado rápido, respecto a una al 1 % de concentraciónde tensoactivo y mezclado lento. Otro aspecto analizado fue el comportamiento de lassustancias después de la ruptura de la mezcla (fi gura 9).

Fig. 7. Comparación de la velocidad de separación del aguapara mezclado rápido y lento con emulsión al 1% de soluciónde surfactante.

Fig. 6. Velocidad de separación del agua emulsionada paradiferentes concentraciones de las soluciones de tensoactivo,0,5 %,1 % y 2 %.



En la fi gura 11 se muestra una emulsión de petróleo crudobruto con solución de tensoactivo al 0,2 % durante elproceso de separación de las fases.

Fig. 8. Comparación entre las emulsiones con mezclado rápidoal 0,5 % y mezclado lento al 1 % de solución de tensoactivo.

Emulsiones con petróleo crudo bruto cubanoEl trabajo experimental con esta sustancia se torna

engorroso debido a sus elevados valores de viscosidad ytoxicidad. Por tales razones en el presente trabajo solo serealizan las pruebas mínimas indispensables para obtenersu comportamiento ante la formación de emulsiones consoluciones de tensoactivos.

Como primer experimento se elabora una emulsión al30 % con agua común (sin tensoactivo). El período deagitación fue de un minuto. Ambas sustancias continuaronseparadas, o sea, no se produjo la emulsión.

Como segundo experimento se prepararon emulsionesal 30 % con concentraciones de emulsionante de 0,2 %y 0,4 %. La fi gura 10 muestra la velocidad de separaciónde las fases, es decir, el volumen de solución decantado(separado) de la mezcla en función del tiempo.

Fig. 10. Velocidades de separación de emulsiones con petróleocrudo bruto cubano y soluciones de tensoactivo al 0,2 y 0,4%.

Fig. 9. Proceso de separación de la emulsión.

Fig. 11. Proceso de separación de la emulsión.

DISCUSIÓNComo se aprecia en las fi guras 6 y 7, existe una estrecha

relación entre el tiempo de mezclado y la estabilidad dela emulsión, manifestándose mayor permanencia de lafase dispersa (solución de tensoactivo) en la emulsiónpara un mayor tiempo de mezclado. Este incremento en laestabilidad se debe fundamentalmente a la presencia deespuma en la emulsión, como se explicó anteriormente.

En la fi gura 8 se aprecia que la emulsión al 0,5 % ymezclado rápido es casi tan estable como la emulsiónal 1 % y mezclado lento. Lo que corrobora una vez másla infl uencia del tipo de mezclado y la concentración detensoactivo sobre la estabilidad de las emulsiones.



Como era de esperar (fi gura 9), por diferencia dedensidades, el aceite se ubica en la parte superiordel recipiente y la solución en el fondo del mismo. Sinembargo, el soluto forma una capa justo en la interfase deambas sustancias. Este comportamiento pudiera permitirla recolección y, por tanto, posible reutilización del agenteemulsionante (tensoactivo) en algunas aplicacionesindustriales.

En el caso del petróleo crudo cubano se observa unretardo en la separación de las fases con el aumentode la concentración de tensoactivo (fi gura 10), o sea,la emulsión se torna más estable. Sin embargo, no esposible emulsionar el petróleo crudo solamente con agua.Este comportamiento demuestra que la presencia deltensoactivo es indispensable para la elaboración de laemulsión.

Los resultados obtenidos para el petróleo crudo brutocubano empleando tensoactivo como agente estabilizadorde la emulsión son similares a los del aceite de transmisiónempleado. Por tanto, es posible establecer relaciones desemejanzas entre ambas sustancias. Este resultado es degran importancia debido a que es más sencillo y económicoel trabajo experimental con aceite de transmisión que conpetróleo crudo.

CONCLUSIONESEl aceite de transmisión y el petróleo crudo bruto cubano

presentan comportamiento hidrodinámico similar durantelos procesos de formación y ruptura de emulsiones.Manifestándose en ambos casos la acción estabilizadoradel agente emulsionante utilizado.

A diferencia del aceite de transmisión, el petróleo no semezcla (emulsiona) con agua, requiere la presencia de unagente emulsionante (tensoactivo) para ello.

Luego de separada la mezcla, la fase continua (aceiteo petróleo) se ubica en la parte superior del recipiente, lasolución en el fondo del mismo y el tensoactivo no disueltoen la interfase entre ambas sustancias.

La estabilidad de las emulsiones del tipo W/Odependen de: la concentración del agente emulsionante(tensoactivo), naturaleza del tensoactivo, calidad del aguay técnica de mezclado.

REFERENCIAS1. LIYANA, M. et al. “Stabilization and characterization of

heavy crude oil in-water (o/w) emulsions”. InternationalJournal of Research in Engineering and Technology. 2014,vol. 03, núm. 02 [consultado septiembre 2014]. Disponibleen Web: http://www.ijret.org. ISSN:2319-1163.

2. MARTÍNEZ, R.; CERÓN, R. et al. “Desarrollo de unaproceso integral para el transporte de crudos pesados.Estudio para la formación y ruptura de emulsiones O/Wmediante biotensoactivos” Ingeniería Petrolera. 2014,vol. 54, núm. 4, pp.233-247. [consultado septiembre2014]. Disponible en Web: http://www.aipmac.org.mx/revista/2014/abril/images/webAbril2014.pdf.ISSN:0185-3899.

3. MARTÍNEZ, E.; PIEDRA, M. y OLMO, A. “Empleode emulsiones con soluciones de tensoactivo parael transporte de sustancias de elevada viscosidad”.Revista Cubana de Ingeniería. 2015, vol. 6, núm. 1,pp. 51-56 [consultado febrero 2015]. Disponible enWeb: http://revistascientifi cas.cujae.edu.cu/Revistas/Ingenieria/Vol-6/1-2015/07_rci_01_2015_p_51-56.pdf.ISSN:2223 -1781.

4. RODRÍGUEZ, H. et al. “Efecto de la relación petróleoagua emulgente en el comportamiento reológico yen la estabilidad de las emulsiones acuosas directasdel petróleo crudo cubano utilizando el emulgente p”.Tecnología Química. 2010, vol. 20, núm. 3 [consultadoel: 18 de diciembre 2013]. Disponible en Web: https://ojs.uo.edu.cu/index.php/tq/article/viewFile/2853/2348.ISSN:2224-6185.

5. RODRÍGUEZ, H. et al. “Estabilidad de emulsionesacuosas de petróleo crudo pesado con agenteemulsionante de productos de pirólisis”. TecnologíaQuímica. 2013, vol. 33, núm. 3, pp. 253-263 [consultadomarzo 2013]. Disponible en Web: https://ojs.uo.edu.cu/index.php/tq/article/view/3726. ISSN:2224-6185.

6. Cuaderno Firp S747-PP. “Surfactantes” [en línea].Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela, 2009[consultado enero 2014]. Disponible en Web: http://www.fi rp.ula.ve/archivos/cuadernos.

7. SHAMES, I. Mecánica de Fluidos. 3ra. ed. Colombia:Editorial Martha Edna Suárez, 2011. 850 pp.Disponibleen Web: http://www.freelibros.org/mecanica/mecanica-de-fl uidos-3ra-edicion-irving-h-shames.html.ISBN:958-600-246-2.

AUTORESErich Martínez MartínIngeniero en Tecnologías Nucleares y Energéticas,Facultad de Ciencias y Tecnologías Nucleares, InstitutoSuperior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC),La Habana, Cuba

Margarita de la Victoria Piedra DíazIngeniera Mecánica, Doctora en Ciencias Técnicas,Profesora Consultante, Facultad de Ciencias y TecnologíasNucleares, Instituto Superior de Tecnologías y CienciasAplicadas (InSTEC), La Habana, Cuba

Leonardo Acosta MartínezEstudiante de Ingeniería en Tecnologías Nuclearesy Energéticas, Facultad de Ciencias y TecnologíasNucleares, Instituto Superior de Tecnologías y CienciasAplicadas (InSTEC), La Habana, Cuba

Ronny Rives SanzIngeniero en Tecnologías Nucleares y Energéticas,Facultad de Ciencias y Tecnologías Nucleares, InstitutoSuperior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC),La Habana, Cuba



Factors Affecting the Stability of Crude and TransmissionOil Emulsion Swith Surfactant Solutions

AbstractCrude oil emulsions with surfactant solutions are used to transport this for piping systems. The appli-cation of this technique requires that the emulsions remain stable during the pumping period and haveseparated after transporting the crude. In this paper, experimental assays were performed using differentconcentrations of surfactant, and mixing types settling conditions. They were employed as the continuousphase two substances: oil transmission and Cuban crude oil. The strong infl uence of the concentrationand type of mixing on the stability of the emulsions was observed. The results demonstrate the similari-ties in thermalhydraulic fl uid parameters objects of study. Allowing infer the approximate behavior of theCuban crude oil from experimental work with transmission oil.

Key words: emulsion, stability, surfactant solutions



Ingeniería Química

Sensores electroquímicos paradeterminar velocidad de corrosiónin situ en agua acompañantedel petróleoJuan Davis Harriettcorreo electrónico: [email protected] de Investigaciones del Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba

Alexander Cueli Corugedocorreo electrónico: [email protected] de Investigaciones del Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba

Yosmari Adames Monterocorreo electrónico: [email protected] de Investigaciones del Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba

ResumenLa corrosión electroquímica es un proceso espontáneo que provoca el deterioro o destrucción de unainstalación o tuberías, acortándose por tanto la vida útil de los mismos. Para ello, es necesario conocerel mecanismo de corrosión electroquímica que se desarrolla, y de ser posible acometer el monitoreo de lavelocidad de corrosión en las instalaciones. El propósito de esta investigación es determinar la velocidadde corrosión in situ del acero de construcción de los ductos en el agua acompañante del petróleo. En ladeterminación de la velocidad de corrosión se empleó un sensor de tres electrodos y con la ayuda de latécnica electroquímica de resistencia de polarización lineal (LPR) fue valorada la cinética de corrosión.Los ensayos se realizaron en condiciones dinámicas a una velocidad de fl ujo del agua de formación de100 m3/h a la temperatura de 70 oC y pH 10. La técnica electroquímica de LPR permitió obtener a través delparámetro de resistencia de polarización, el valor de la velocidad de corrosión del acero de los ductos en elagua de capa.

Palabras claves: monitoreo, corrosión electroquímica, sensores electroquímicos

Recibido: 15 de enero del 2015 Aprobado: 3 de octubre del 2015

Artículo Original

INTRODUCCIÓNTradicionalmente uno de los criterios en la selección

de los materiales se realiza mediante pruebas in situ, enlas cuales metales o aleaciones (cupones) son expuestosbajo las condiciones ambientales presentes en el interiorde las líneas de trasiego de agua de capa; dicho métodoes conocido como pérdida de peso, y consiste en exponeruna muestra en un medio ambiente determinado [1]. Porlo general este tipo de pruebas son de largo periodo deexposición, muy específi cas en cuanto a la colocacióny medio ambiente, quedando la velocidad de corrosióncomo un valor en función del tiempo de exposición, cuyaprincipal desventaja es el tiempo total que se requiere

para obtener resultados. De aquí que en este estudio sepretenda emplear técnicas electroquímicas como unaalternativa para evaluar materiales en condiciones in situde agua de capa y obtener información de la velocidad decorrosión en períodos mucho más cortos

En muchos sistemas de la industria petrolera existenemulsiones agua _ petróleo en contacto con un metal endonde se presenta corrosión, la cual podría tener altosvalores de velocidad de corrosión. Entre tales sistemasdestacan el transporte a largas distancias de hidrocarburosa través de tuberías de acero al carbono. Debido a queestos sistemas tienen mucha importancia tecnológica ycientífi ca, los estudios del comportamiento electroquímico

Juan Davis Harriett - Alexander Cueli Corugedo - Yosmari Adames Montero


de superfi cies metálicas en contacto con aguaacompañante del petróleo en condiciones hidrodinámicaspueden ayudar a identifi car el mecanismo de corrosiónque se desarrolla por vía electroquímica y seguidamenteacometer un monitoreo para el control de la corrosión enlas instalaciones. El adecuado acondicionamiento para elmonitoreo y los trabajos de investigación in situ dependeen gran medida del diseño y fabricación de sensoreselectroquímicos.

Los sensores electroquímicos constan de al menosun par de electrodos (normalmente rodeados de algúnmaterial soporte que suele ser aislante) y conectados através de un cable hacia el instrumento medidor de algunavariable electroquímica, ejemplo: potencial o corriente).

Como características fundamentales: no debe perturbaral sistema que está midiendo, ni alterarlo de ningún modo.Los materiales metálicos que lo componen, serán similaresa los que habrán de evaluarse, ser pequeños hasta dondesea posible para que en caso que estos tengan unperíodo de uso defi nido, el deterioro de estos no alterela composición química preponderante en el sistema quehan de monitorear. Serán capaces de conducir cargas,ya sea eléctricamente o en forma de iones por lo que sefabricarán de tal modo que puedan actuar en fase líquida.

Recientemente un grupo de investigadores delLaboratorio de Corrosión del Centro de Investigaciones delPetróleo (CEINPET), ejecutan trabajos científi co-técnicoscon el objetivo de atenuar el fenómeno de corrosión en lasempresas de Cupet mediante el control y monitoreo de lacorrosión. Para ello, cuenta con el equipo multipropósitode técnicas electroquímicas de alta complejidad quepermite realizar mediciones con sensores construidosen el laboratorio en cuestión. Los resultados alcanzados,permiten que en un corto tiempo, el investigador obtengaresultados del proceso de corrosión y establezca la mejorestrategia de combate para minimizar los daños porcorrosión, por lo que el objetivo del trabajo es determinarla velocidad de corrosión in situ del acero de construcciónde los ductos en el agua acompañante, con la ayuda dela técnica electroquímica de resistencia de polarizaciónlineal (LPR).

MATERIALES Y MÉTODOSPara la investigación se realizaron ensayos

electroquímicos en una línea de trasiego de agua decapa perteneciente a una empresa de producción ytransportación de petróleo. Los ensayos se desarrollaronen condiciones hidrodinámicas a un fl ujo de 100 m3/hen presencia de agua de formación a la temperaturade 70 oC, y pH 10. En la construcción del sensorelectroquímico (fi gura 1), se emplearon 3 electrodos: elelectrodo de referencia, uno auxiliar y otro de trabajo delacero de construcción del oleoducto, de 1 cm2 de áreaexpuesta cada uno. Los mismos fueron embutidos enresina époxica y sus superfi cies tratadas con papel deesmeril desde # 80, 200, 400 hasta 600 respectivamente,eliminándole los gránulos que quedan adheridos conagua. Luego se conectó al equipo Field Machine mediantecables recubiertos, donde un terminal va a la celda y la

otra al equipo, que se encarga de recibir las señales de losprocesos de corrosión y expresarlas en valores gráfi cos ynuméricos.

La técnica electroquímica empleada fue la resistenciade polarización lineal (LPR), según la Norma ASTMG 59-97 [2]. Por la gran cantidad de datos, que se generaen la técnica de LPR y a pesar que esta se procesaestadísticamente por el software, se le realizó la pruebade Dixon como tratamiento estadístico para el análisis delos valores más alejados con una probabilidad de 95 %.Para el tratamiento estadístico se utilizó la Norma ASTMG 16-95 [3].

Para caracterizar el medio, es decir, el agua acom-pañante del petróleo objeto de la investigación, seprocedió a la determinación de parámetros físico-químicoscomo son: cloruros (Norma ISO 9297) [4], sulfuros (NormaAPHA 4500) [5], pH a 27 oC (Norma ISO 10523) [4] y laconductividad a 25 0C (Norma APHA 2510) [5].

Fig.1. Sensor electroquímico (diseño de tres electrodos).

RESULTADOS Y DISCUSIÓNLa determinación de la composición físico-química de

una muestra de agua acompañante, se presenta en latabla 1. En esta se puede observar la alta concentraciónde cloruros y la baja resistividad del agua acompañante,puede considerársele un parecido al agua de mar(25 Ωxcm), fi ltrada a través de las rocas sedimentarias,dada su proximidad a las costas.

Tabla 1Composición físico-química del agua acompañante delpetróleo

Índice Agua acompañanteCloruros (mg / L) 20 589,36Sulfuros (mg/ L) 463pH (27 0C) 10Conductividad (25 o C) ( mS/cm) 43,2Resistividad 20 Ώ .cm

Se observa que el valor de pH igual a 10 denota queel medio es básico, que se representa por las siguientesreacciones:

Sensores electroquímicos para determinar velocidad de corrosión in situ en agua acompañante del petroleo


Como todas las sales que provienen de un ácidodébil (H2S), experimentan hidrólisis en medio acuoso yprovocan la alteración del pH del medio, en el caso quese investiga se producen iones hidroxilo que denotan elcarácter básico del medio, además de que la presenciade iones (HS-) indica la relativa alta concentración desulfuro (S 2-), que ratifi ca la naturaleza de crudo pesadodel petróleo cubano.

De estas reacciones, se aprecia la naturaleza ácidade las disoluciones, de ahí que los efectos corrosivos enlos ductos se ven favorecidos por las concentraciones delos gases, temperatura e hidrólisis de las sales disueltas,entre otros aspectos.

De incrementarse la presiones parciales de los gases,aumentaría la solubilidad de estos, pero las accionescorrosivas se desarrollan donde están las disolucionesacidas en contacto con el metal. El acero según sucomposición y métodos de protección será más o menosafectado por el sistema: Agua acompañante + H2S(g) ysales en dependencia de la temperatura.

Al interactuar los sulfuros del medio (463 mg /L), con elacero de construcción da lugar a la formación de capas deproductos de corrosión que pueden o no ser protectorasal acero de construcción. El valor de la conductividad(43, 2 mS /cm) facilita el transporte de cargas y por tantoel fenómeno de la corrosión.

Ensayos in situ en línea de trasiego de aguasresiduales de la batería de tratamiento de crudo

• Técnica de resistencia de polarización lineal.La exactitud de los pronósticos sobre velocidades de

corrosión, basadas en técnicas electroquímicas, tanto paracorriente directa como alterna, requiere que la velocidadde corrosión está bajo control por activación o lo que es lomismo, que la transferencia de cargas sobre la superfi ciedel metal sea el paso lento de las reacciones que se llevana cabo en el proceso de corrosión, además que exista unarelación lineal entre la señal aplicada (polarización) y larespuesta medida.

La técnica de LPR es una medición indirecta de la velocidadde corrosión y se basa en aplicar a la muestra metálica en elmedio corrosivo, una polarización de ± 10 mV alrededor delpotencial de corrosión, registrando las lecturas de corrientes[1]. A partir de esta data y mediante la ley de ohm, sedetermina la llamada resistencia de polarización, que esinversamente proporcional a la velocidad de corrosión.

En la tabla 2 se aprecian los resultados obtenidos porla técnica de LPR realizados en condiciones estáticas ydinámicas, a 70 oC.

Tabla 2Valores de velocidad de corrosión en los ensayos deLPR

Condiciones deensayo

(Temperatura 70 0C)

LPR(ohm/cm2)

Vcorr(mm/año)

Estática 1 308,08 0,232 7± 0,004 2Dinámicas 1 105,4 0,275 4± 0,072

Se observa cómo el valor más elevado de velocidadde corrosión (0,275 4 mm/año), se alcanza cuando elmedio corrosivo (agua acompañante) está en condicioneshidrodinámicas a un fl ujo de 100 m3/h, siendo esta lacondición más violenta para el acero de los ductos, a latemperatura de 70 ºC. En ese ensayo se obtuvo la menorresistencia de polarización lineal (1 105,4 ohm/cm2).

En la investigación se llevó a cabo el análisis dela infl uencia que ejerce el movimiento de la solucióncorrosiva en la velocidad de corrosión del acero en aguaacompañante. En condiciones estáticas la tubería seencuentra macizada (curva de color azul), se obtiene unvalor de 0,232 7 mm/año, casi constante de la velocidadde corrosión a medida que aumenta el número demediciones. Se destaca que dichos valores son menoresque los obtenidos en condiciones dinámicas donde seobservan fl uctuaciones en las velocidades de corrosión delacero (curva de color verde). Cuando cambia el régimende trabajo a dinámico se tiene en cuenta la infl uencia deotros factores como la velocidad del fl uido, la temperaturay el tipo de capas que se van formando en la superfi ciedel acero. Lo anterior guarda relación con lo planteadopor [9], donde la velocidad de corrosión aumenta, alincrementarse la velocidad del medio corrosivo cuando elproceso está bajo control catódico de difusión, tal comoocurre con el hierro en agua de mar.

Fig. 2. Velocidades de corrosión del acero del ducto encondiciones estáticas (azul) y dinámicas (verde) a latemperatura de 70 oC.

CONCLUSIONESDespués de analizar lo anteriormente explicado, es

posible arribar a las siguientes conclusiones:De acuerdo con los resultados obtenidos mediante

las mediciones con técnicas electroquímicas es posibleconcluir que no es necesario esperar periodos tan largospara saber la respuesta a la corrosión de un materialdeterminado.

La técnica electroquímica de LPR permitió obtener através del parámetro de resistencia de polarización, elvalor de la velocidad de corrosión del acero de los ductosen el medio corrosivo de estudio.

Juan Davis Harriett - Alexander Cueli Corugedo - Yosmari Adames Montero


REFERENCIAS1. GONZÁLEZ, F. J. Control de la corrosión. Estudio

y medidas por técnicas electroquímicas. Madrid,España: Editorial Consejo Superior de InvestigacionesCientífi cas ,1989, 206 pp. ISBN 84_00_6990_0.

2. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANDMATERIALS. Standard test method for conductingpotenciodynamic polarization resistance. Measu-rements. ASTM G 59-97: Reaprobada 2009, 9 pp. 100Bar Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken,United States of America, 2009.

3. MERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS.Applying Statistic to Analysis of Corrosion data. ASTMG 16-95: Reaprobada 2010. 8pp.,100 Bar Harbor Drive,PO Box C700, West Conshohocken, United States ofAmerica, 2010.

4.INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDI-ZATION. Examination of water for chemical substances.ISO Technical Specifi cation (TS) 9297: 1989, 4pp., ICS13.060.50, Geneva. Switzerland, Stage: 90.93: 2010.

5.CLESCERI, Lenores S.; GREENBERG, ArnoldE.; EATON, Andrew D. Standard Methods for theExamination of Water and waste. MscGraw HillPublication, 20 st ed., 2005. ISBN: 0-87553 2357.

6. SCHWEITZER, Philip A. Fundamentals of Corrosion.Mechanism, causes, and preventative methods, UnitedStates of America. Taylor and Francis Group, 2010.ISBN:978_959_7107_33_9.

7. CUELI, Alexander; ADAMES, Yosmari, et al.Efecto corrosivo del agua acompañante del petróleocontaminada con CO2 sobre el acero de los ductos.Revista Cubana de Ingeniería, vol.IV, núm.3,septiembre_diciembre, 2013, pp. 47_52. ISSN:

2223_1781. Disponible en Web: http://rci.cujae.edu.cu[consultado mayo 2014].

8. SHAYEGANI, A. A.; BORSI, H. et al. Dielectric behaviourof insulating at very low frequency. IEEE Trans. onDielectrics and Electrical Insulation, vol. 13. núm. 3,June 2006. Disponible en Web: http://www.ieeeexplore.net/ . . . /searchresul t . jsp?. . .QT.Mohseni%2C+H[consultado julio 2013].

9. CASALES, M.; MARTÍNEZ, L. “Resistencia a lacorrosión del acero API X_80 en emulsiones agua_

diesel en condiciones estáticas y dinámicas”. Revistade la Facultad de Ingeniería de la UCV, vol.18, núm.2,septiembre, 2003, pp.19_23. Disponible en Web: http://www.scielo.org.co/[consultado noviembre 2014].

AUTORESJuan Davis HarriettIngeniero Químico, Investigador Agregado, Laboratoriode Corrosión, Centro de Investigaciones del Petróleo(CEINPET), La Habana, Cuba,

Alexander Cueli CorugedoIngeniero Químico, Máster en Ciencias, Laboratoriode Corrosión, Centro de Investigaciones del Petróleo(CEINPET), La Habana, Cuba

Yosmari Adames MonteroIngeniera Química, Máster en Corrosión, InvestigadoraAuxiliar, Profesora Ayudante, Centro de Investigacionesdel Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba

Employment of Electrochemical Sensors in Determinationof Corrosion Rate In Situ in Formation Water Petroleum Abstract

The electrochemical corrosion is a spontaneous process that causes deterioration or destruction of aninstallation or pipes, shortening therefore the useful life of the same ones. So, it is necessary to know themechanism of electrochemical corrosion that is developed, and subsequently monitored the corrosionrate in the facilities. The purpose of this investigation was to determine “in situ” the corrosion of the ductsconstruction steel which is in contact with the accompanying water of the petroleum. In the determinationof the corrosion rate a sensor of three electrodes was used and with the help of the electrochemical te-chnique of resistance of lineal polarization (LPR) the kinetics of corrosion was valued. The tests were ca-rried out under dynamic conditions with a fl ow velocity of the formation water of 100 m3/h and the tempe-rature of 70 oC and pH 10. The electrochemical technique of LPR allowed to obtain through the parameterof polarization resistance, the value of the corrosion rate of the steel of the ducts in the formation water.

Key words: monitoring, electrochemical corrosion, electrochemical sensors



La ciencia nacional

José Ricardo Díaz Caballerocorreo electrónico: [email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

ResumenEn el presente artículo se analizan los indicadores en uso para medir el impacto de la investigaciónuniversitaria y su vínculo con la resolución de problemas nacionales concretos del desarrollo.

Palabras claves: ciencia nacional, indicadores de impacto, investigación universitaria, lysenkismo

Recibido: 8 de abril del 2015 Aprobado: 3 de octubre del 2015

Artículo de Refl exión

INTRODUCIÓN“Lo que ocurre es que la verdad no es la única dimensión

que cuenta: hay verdades que son triviales, hay verdadesque son tontas, hay verdades que solo interesan aciertos individuos. ‘Una proposición signifi ca algo si ysolo si puede ser declarada verdadera o falsa’, afi rmauna escuela fi losófi ca muy en boga entre los científi cosnorteamericanos. Yo no lo creo: hay otra dimensión delsignifi cado que no puede ignorarse: la importancia.

Es cierto que un teorema demostrado en cualquier partedel mundo es válido en todas las demás, pero a lo mejora nadie le importa (lo sé muy bien, como autor y lector denumerosos teoremas que no interesan prácticamente anadie). La respuesta habitual a eso es: ‘no se sabe nunca;tal vez dentro de diez años este teorema va a ser la piedrafundamental de una teoría importantísima’, y se danalgunos ejemplos históricos (pocos, y casi todos dudosos).Sí, como posibilidad lógica no se puede descartar, pero¿cuál es su probabilidad? Porque si es muy cercana acero no vale la pena para molestarse. Además, seamosrealistas: si un teorema que yo descubro hoy resultaimportante dentro de diez años, es seguro que el científi coque lo necesite para su teoría lo va a redescubrir por sucuenta, y recién mucho después algún historiador de laciencia diga: ‘ya diez años antes ese teorema había sidodemostrado en Argentina’. No interesa. Ese valor potencial

de cualquier descubrimiento científi co es el que tendría unladrillo arrojado al azar en cualquier sitio, si a alguien sele ocurriera construir allí una casa. Es posible, pero no sepuede organizar una sociedad, ni la ciencia de un país, coneste tipo de criterio. No todas las investigaciones tienen lamisma importancia, y por lo tanto la misma prioridad; ellasno pueden elegirse al azar” [1].

Hoy día existe toda una amplia gama de criteriosconcurrentes relativos a la capacidad real de losdenominados indicadores de impacto, con que tantose jactan algunos, para medir los posibles impactos dela ciencia y la tecnología en la sociedad, su orientaciónhacia el benefi cio social. Se cuestionan las posibilidadesy limitaciones de la investigación científi ca nacional y sucapacidad para vérselas con los complejos problemas deldesarrollo, se promueven concepciones críticas sobre ladignidad y presencia exitosa de una ciencia nacional en elconcierto de la gran ciencia, se integran a la investigaciónotros cuerpos teóricos y procedimientos con el propósito detomar en cuenta aspectos del entorno inmediato que antesrara vez se consideraban, se convoca a los profesionalesa declarar y fundamentar qué modelos, de los refrendadosen el mundo desarrollado, siguen en su trabajo científi coinvestigativo y cuál es su estilo de pensamiento.

A la par con esto, se escribe una nueva historia críticadel progreso científi co-técnico en la que la creación es

José Ricardo Díaz Caballero


presentada no ya como un camino llano de la refl exiónsino en calidad de todo un complejo proceso social demuchos matices, actores y ángulos de análisis.

¿Cómo se desarrolla una economía efi ciente o seconforma una sociedad sustentada en valores humanistas yrevolucionarios? ¿Cómo educar las jóvenes generaciones,y las no tan jóvenes también, en los ideales de unaconvivencia social armónica y sana? ¿Qué hacer paragarantizar de modo sostenible en nuestras condiciones,aquellas prioridades de la población que tienen que vercon la salud, la vivienda, la participación política, el controlpúblico, el transporte, la seguridad ciudadana, alimentaria,educacional, jurídica, laboral y cultural? ¿Qué estrategias,políticas, conceptos, principios, temas, métodos y líneasen la ciencia nacional necesitamos priorizar, elaborar yaplicar?

Probablemente, algunos estarán pasando revista atodo lo que ya se ha hecho y se hace en este sentido, alas instituciones creadas y los especialistas convocadospara dar respuesta a tales interrogantes. Aunque, lo ciertoes que, a pesar de que muchos de esos profesionaleshan egresado de las mejores universidades, en ellasno les enseñaron a resolver nuestros problemas realesconcretos.

La ciencia y la tecnología globalizadas son componentesesenciales de la cultura e identidad nacionales. Sinembargo, es preciso valorar el proceso de determinaciónde los problemas a la luz de los retos que imponen larealidad nacional y el sistema social que se construye,a la praxis productiva, la investigación y la educacióncientífi ca, como resortes imprescindibles del desarrollo;refl exionar en torno a factores que favorecen o difi cultanla adecuada determinación y resolución de los problemasnacionales cardinales.

LA CIENCIA UNIVERSAL HEREDADA¿Qué actitud ante la ciencia prevalece en un número

signifi cativo de científi cos y profesores? Ya sea demanera directa, por haber estudiado en universidadesextranjeras o, indirectamente, en Cuba, con profesoresdel patio o asesores extranjeros portadores de los valoresy prioridades de la denominada ciencia universal, en elpaís se ha reproducido en buena medida la tradicióny el ethos de la ciencia que se genera en el mundodesarrollado. En resumidas cuentas: “Allí es donde sedecide (…) cuáles son los temas de mayor interés, losmétodos más prometedores, las orientaciones generalesmás convenientes para cada ciencia, y allí se evalúa enúltima instancia la obra de cada científi co, culminando conpremios Nóbel y otros reconocimientos menos aparatosospero igualmente efectivos para otorgar ‘status’. Allí está laélite de poder del grupo” [1].

Esa ciencia universal o gran ciencia, elaborada demanera abrumadora en los países desarrollados, haestablecido cánones, ideales y normas de estrictocumplimiento para ser exitoso, que consolidan su poder

y conforman un paradigma difícil de evadir, entre cuyoscomponentes estructurales destacan los fundamentosde la búsqueda científi ca, es decir, los ideales de quéinvestigar y las normas, postulados y procedimientos decómo y para qué hacerlo.

Ese modelo de ciencia es presentado, de manera máso menos velada y, a pesar de lo que se diga, como elúnico factible y, quien pretenda desobedecerlo correrá elriesgo de padecer el anonimato, la indiferencia o la burlay el descrédito de los grupos de poder en el campo de laciencia y la tecnología.

Lamentablemente vivimos en un mundo donde la “(…)distribución del esfuerzo científi co está determinadapor las necesidades del sistema. La sociedad actual,dirigida por el hemisferio Norte, tiene un estilo propioque hoy se está llamando ‘consumismo’. Confi esa tenercomo meta un ‘bienestar’ defi nido por la posibilidad deque una parte cada vez más grande de la poblaciónconsuma muchos bienes y servicios siempre novedososy variados. Producción masiva y cambiante en la medidaestrictamente necesaria para hacer anticuado lo que sevendió y crear una nueva necesidad de comprar, es leyde la sociedad. Que al hacerlo eleva poco a poco el nivelde vida material de la gente es su aspecto positivo, quetantos defensores le proporciona entre los que no sufrensus injusticias. Al mismo tiempo está obligada a imponergustos, costumbres y valores homogéneos a toda suclientela potencial: la humanidad; cosa no tan bien vista nisiquiera por sus defensores.

Dijo De Gaulle:´A partir del momento en que todos los hombres leen

lo mismo en los mismos diarios; ven desde un rincón aotro las mismas películas; oyen simultáneamente lasmismas informaciones, las mismas sugestiones e idénticamúsica a través de la radio, la personalidad última decada uno, el propio ser, la libre elección, dejan de contarabsolutamente. Se produce una especie de mecanizacióngeneral en la que, sin un notable esfuerzo de salvaguardia,el individuo no puede impedir su destrucción’ (Discurso enla Universidad de Oxford)´” [1].

Esa homogenización impuesta o autoimpuesta lacera laidentidad, por la sencilla razón de que somos diferentes,con circunstancias culturales, económicas, sociopolíticasexistenciales diferentes. ¿Por qué pasar la vida siendomediooriginales, medioauténticos, mediolibrepensadoresdedicados a tiempo completo a resolver problemas ajenosy extraños, teorías e investigaciones de otros, a repetirlas ideas de otros, los modelos de otros, los errores deotros y, en resumidas cuentas, las realidades y valores deotros?

Muchas de las normas y reglas que gobiernan laactividad científi ca, tecnológica, educacional, política ysocioeconómica mundial son trasladadas acríticamentey contribuyen a que simplifi quemos y mutilemos la

La ciencia nacional


complejidad existencial en que vivimos como nacionesque luchan por el desarrollo en medio de un ordenglobal, caótico, desigual y plagado de vergonzantesirracionalidades a escala planetaria.

Sin embargo, es frecuente observar científi cos eingenieros que viven y trabajan solo con la mirada puestaen los problemas y escenarios de la ciencia y la tecnologíaallende las fronteras y que prácticamente carecen de ojospara ver los reclamos de la realidad nacional a la profesiónque ejercen.

LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA EN LASUNIVERSIDADES

Una constante en muchas universidades latinoame-ricanas y de otras regiones, es la preocupación delpersonal docente ante la situación de que los estudiantesde pre y posgrado, con frecuencia, o no utilizan o realizanuna aplicación incorrecta de los conocimientos adquiridosa través de la formación académica investigativa dirigida ala búsqueda de soluciones a los problemas profesionalesy la elaboración de sus respectivas tesis de titulación.Ello no afecta solo a los estudiantes de pregrado sinotambién, en buena medida, a los graduados titulados querealizan diversas modalidades de estudios de posgrado(especialidades, maestrías, doctorados) en las cualesse exige, como culminación de dichos programas, lapresentación y defensa ante un tribunal de una tesis deinvestigación. Entre las posibles causas de tal estado decosas pudieran mencionarse:

- La inexistencia en el entorno inmediato de unatradición investigativa organizada en grupos de trabajo yen comunidades profesionales.

- Una formación investigativa academicista, muy teórica,abstracta y poco operativa en la práctica.

- La propia forma en que se aborda la actividadinvestigativa en no pocos textos de metodología de lainvestigación, donde se la presenta como un procesogeneral ideal que cumple todo un conjunto de regularidades,las cuales no siempre se efectúan en todos los procesosinvestigativos. La razón es simple, las característicasespecífi cas de la investigación en cada caso concretodependen, en primer término, de la naturaleza del objetoinvestigado y las condiciones en que se lleva a cabo suestudio. Ello signifi ca que no se debe pretender en uncurso de metodología de la investigación abarcar todos ycada uno de los tópicos contenidos en los diversos textosconocidos, sino aquellos que el tipo de profesional enespecífi co necesita para resolver los problemas concretos

planteados ante sí. La metodología de la investigacióncientífi ca no puede ser impartida de la misma manera aun estudiante de ciencias médicas que a otro de cienciastécnicas, naturales, sociales, pedagógicas o jurídicas.La naturaleza del objeto y las condiciones concretas enque existe determinan en buena medida la naturaleza delmétodo y los instrumentos para investigarlo. Lo contrariosería imponerle nuestros conceptos a la realidad en lugarde derivarlos de ella.

- Falta de métodos de enseñanza apropiados paraacometer la formación académica investigativa de modoameno, productivo y efi caz, capaz de generar en elestudiante sólidas habilidades, motivaciones, valores yconocimientos en este ámbito.

- Insufi ciente formación metodológica de algunostutores, lo cual les resta capacidad para guiar de maneraefectiva a sus tutorados hacia el logro de resultados decalidad, tanto por su contenido y forma, como por su valorsocial.

-Criterios erróneos (positivistas, dogmáticos,antidialécticos) de algunos autores, tribunales y tutoresen lo que se refi ere a la dinámica real del proceso deinvestigación.

-Falta de coordinación y comunicación entre losdocentes que imparten la metodología de investigación,los tribunales y los tutores de tesis. Literalmente cadaquien tiene su “librito” y los que sufren las consecuenciasson los estudiantes.

-Inadecuada comprensión teórica de las diferenciasesenciales que existen entre el proceso de investigaciónen sí y la exposición y redacción de la tesis o cualquier otrodocumento contentivo de los resultados de la investigación,en cuanto a su lógica y dialéctica respectivas.

- Concepciones internalistas de la ciencia y la tecnología.- En el caso de algunas universidades se observa también

falta de recursos por parte de los tribunales y tutores(preguntas de corte metodológico, lógico, epistemológico,etc.) para detectar y combatir manifestaciones de fraudey corrupción como la compra de tesis, el plagio, etcétera.

Es indiscutible que, por su función como formadoradel talento humano, la universidad merece un momentoparticular en el entramado del presente trabajo. ¿Quéciencia se hace en nuestras universidades? Un someroanálisis de algunos de los indicadores que se empleanpara medir el impacto de la investigación universitariapudiera arrojar alguna luz sobre esta cuestión.

- Artículos publicados en la WEB de la Ciencia y enBases de Datos Internacionales.

Un importante indicador para medir el impacto dela investigación universitaria es la publicación de susresultados en revistas de renombre y alta visibilidadinternacional. Sin embargo, sería útil hurgar qué seesconde detrás de este indicador y preguntarse: ¿cuántohan contribuido esos resultados publicados a solucionarlos problemas prioritarios que demanda el desarrollo



concreto del país?, ¿cuánto hubiese impactado en losritmos de ese desarrollo su no publicación?

Para nadie es un secreto que la ciencia se haconvertido en una carrera estandarizada por normasinternacionales. En esa carrera pareciera identifi carse eléxito en la ciencia con publicar artículos en revistas deimpacto, recibir premios internacionales, asistir a eventoscientífi cos de todo tipo, ser invitado como especialista aotras universidades e instituciones en el extranjero, recibirvisitas de contrapartes foráneas, etcétera. En el fondo,muchas estadísticas e indicadores que con frecuenciaenmascaran cuánto se hace por el desarrollo de la realidadsocial concreta en que se vive.

No hay que buscar mucho para encontrar en nuestromedio universitario, profesionales que, habiendoestudiado en el extranjero, a su regreso al país hancontinuado con el mismo tema que desarrollaron fueray que era de interés en otras latitudes. No son pocoslos que al regreso a la patria, disfrazaron el tema deinvestigación de problemática nacional, convencieron aunos cuantos de su importancia y continúan haciendo lomismo que aprendieron en el exterior. En fi n de cuentas,es lo que saben hacer y algo mucho más fácil que develartemas de su especialidad más pertinentes y acorde alas prioridades del desarrollo nacional. Además, comoconservan estrechos vínculos con ese entorno foráneo,les resulta más cómodo continuar colaborando con lacontraparte que los formó y viabiliza la publicación de susartículos en revistas de prestigio internacional. Algunosterminan emigrando defi nitivamente y otros continúanen el país investigando cuestiones que interesan más enotros lugares.

Lo expresado no pretende negar el valor de laspublicaciones en revistas de prestigio como indicador, sinollamar la atención a que se considere también el aportereal concreto de esos resultados publicados al desarrollodel país, a la ciencia nacional y, por qué no, a la cienciauniversal, la de verdad. Esta última salvedad tiene que vercon un fenómeno objetivo que padece la ciencia a nivelmundial: el boom de la información. ¡Cuántos artículospublicados que no dicen nada nuevo!, ¡que constituyen unreservorio, un contrapunteo de citas, referencias con muypoco trigo que cortar!

Hay que prestar también la debida atención y valoraren su justa medida, los artículos publicados en lasrevistas y eventos científi cos nacionales, aunque no seanpublicaciones y eventos de alto impacto internacional,pues, en ellos habitan excelentes trabajos que recogen ysocializan experiencias creativas e interesantes orientadasa resolver nuestros problemas nacionales, territoriales ycomunitarios concretos, esenciales para el desarrollo.

Otro aspecto a considerar es el hecho de que lasformas de publicación de los resultados alcanzados en lainvestigación varían de un grupo de ciencias a otro, así por

ejemplo, en las ciencias exactas y naturales predomina lapublicación en forma de artículos científi cos, sin embargo,en las ciencias sociales y humanísticas es más frecuentepublicar los resultados en forma de libros, ensayos,monografías y ponencias en memorias de eventos.

Analizando el quehacer de la Facultad de CienciasExactas y Naturales de la Universidad de BuenosAires, Oscar Varsavsky escribió: “(…) esa olimpiadaque es la ciencia del hemisferio Norte, donde hay queestar compitiendo constantemente contra los demáscientífi cos, que más que colegas son rivales. Y comoesa competencia continua no es el estado ideal parapoder pensar con tranquilidad, con profundidad, no esextraño que ninguno de los muchos papers publicadospor nuestros investigadores desde 1955 hayan hechoadelantar ninguna rama de la ciencia. Si no se hubieranescrito, la diferencia no se notaría.

A cambio de este ínfi mo aporte a la ciencia universal,encontramos que estos cientifi cistas no atendían a losalumnos, o peor, implantaban un criterio aristocrático enla Facultad: elegían algunos buenos alumnos porquelos necesitaban como asistentes para su trabajo, y sededicaban exclusivamente a ellos. Los demás eranconsiderados de casta inferior y debían arreglarse comopudieran.

Poco a poco la Facultad se fue transformando en unasucursal de las universidades del Hemisferio Norte [1].

- Premios de impacto obtenidosEl análisis de este indicador sigue una lógica similar

al anterior. ¿Qué se premia de las investigaciones delSur en los países desarrollados? Como regla bastantegeneral, se premia aquello que cumple con las normas,reglas e intereses paradigmáticos de la gran ciencia. Elreordenamiento efi ciente del transporte o la distribuciónde alimentos en la ciudad de La Habana, interesaría muypoco, a no ser que genere un conocimiento revolucionadorde las prácticas estandarizadas, globalizadas en el mundo.

Los premios a la ciencia en Cuba ya es otro asuntoy, probablemente, sea un indicador más vinculado a lasolución de problemas nacionales e internacionales realesy perentorios, aunque no cabe descartar tampoco lainfl uencia indirecta de la gran ciencia, a través de jurados,tribunales que evalúan y determinan los resultados másvaliosos, jueces que no siempre pueden distanciarse losufi ciente de las reglas y normas paradigmáticas y de lastemáticas priorizadas en el mundo desarrollado.

- Patentes concedidasLas patentes concedidas es otro indicador que mide

la investigación universitaria. Lo interesante de esteindicador es que enmascara el hecho de que un porcentajemuy bajo de las patentes concedidas a las universidadescubanas ha sido introducido en la práctica. En nuestrasuniversidades, las patentes concedidas a las invencionesgeneradas por sus profesores e investigadores, en la gran

La ciencia nacional


mayoría de los casos, no guardan relación alguna conla transferencia de conocimientos tecnológicos ni con lautilización local de esas patentes, por lo que la masa depatentes que se les concedió, no tiene signifi cado desde elpunto de vista económico, ni para el país, la institución o elautor directo de la invención. Ello demuestra que aunquela universidad patente determinadas invenciones dentrodel país, no signifi ca que esté efectivamente transfi riendonuevos productos o procesos; más bien esta es unatransferencia nominal, virtual, que no necesariamentellega a materializarse en el área de la producción [3].

Tal situación puede explicarse en parte, por el hecho deque muchas de esas invenciones no fueron contratadaspor las empresas y no suponen una respuesta a lasnecesidades surgidas en ellas, por lo que resultan másdifícil de introducir en los planes de producción, ya quesuelen exigir determinados cambios desde el punto devista organizativo y del sistema de fabricación que confrecuencia no compensan la inversión que la empresadebe realizar [3].

- Financiamiento a proyectosEl desarrollo de la ciencia y la tecnología es impensable

hoy día sin recursos humanos, materiales y, por supuesto,fi nancieros. El fi nanciamiento como indicador de impactode las investigaciones tiene que ver con el interés nacionalo foráneo en sus resultados.

Las investigaciones en las universidades cubanasson fi nanciadas, en lo fundamental, por las propiasuniversidades, el Ministerio de Educación Superior ydiversas instituciones, organismos y ofi cinas que atiendendirecta o indirectamente la ciencia y la innovacióntecnológica. Ese fi nanciamiento se realiza siguiendola política y estrategia trazada por el país de lo que espriorizado en cada etapa porque está dirigido a resolveracuciantes problemas y necesidades nacionales oterritoriales.

Valdría la pena preguntarse cuánto infl uye en ladeterminación de esas líneas priorizadas de la investigacióny la innovación tecnológica nacional, el quehacer científi co-tecnológico de los países desarrollados; cuánto de estaslíneas responden a las verdaderas necesidades cardinalesdel país y cuánto a los intereses de la gran ciencia delmundo desarrollado, refl ejados de forma transversadamediante la formación profesional investigativa adquiridade los que las formulan, fundamentan y convencen acercade su importancia.

En lo concerniente al fi nanciamiento extranjero lacuestión es más compleja. La lógica del capital es la lógicadel dinero, de la ganancia en cualquiera de sus formas.La lógica del fi nanciamiento proveniente de los paísesdel gran capital es la lógica de sus proyectos y temaspriorizados de investigación y desarrollo tecnológico.Sin desconocer que puede existir quien fi nancie conpropósitos fi lantrópicos y humanistas sinceros, hay que

subrayar que, como regla, ese fi nanciamiento se llevaa cabo a través de instituciones y organizaciones cuyosnobles fi nes declarados, enmascaran con frecuenciaintereses más profundos, y no tan nobles, de los paísesemisores.

El fi nanciamiento del exterior es un indicador de impactoque hay que manejar con cuidado y preguntarse ¿impactopara quién y para qué?, someterlo a un análisis integralcosto-benefi cio para el desarrollo estratégico científi co,tecnológico, económico, político, social, cultural, medioam-biental del país.

Con un criterio similar hay que evaluar la asesoríade los profesionales extranjeros altamente califi cadosque arriban al país a enseñarnos soluciones y prácticasque, habiendo funcionado en sus países de origen, nonecesariamente tienen que ser las más apropiadas paranuestras condiciones.

El análisis de estos indicadores desde la perspectivade los problemas nacionales no es un asunto sencillo,requiere reevaluarlos con un cierto distanciamiento,cambiando a una mentalidad propia de ciencia nacional.

En los propios países desarrollados ya se observanproyectos dirigidos a la elaboración de indicadores deimpacto social de la ciencia y la tecnología. “Considerar yfortalecer el trabajo en la medición de los posibles impactosde la ciencia en la sociedad, está siendo consideradouna línea de desarrollo estratégica en el campo de laevaluación de la ciencia y la tecnología, siendo así incluidocomo parte de las líneas de investigación prioritarias enlos últimos programas marcos de la Unión Europea. Suprioridad estratégica se asocia, en lo fundamental, conla necesidad de garantizar una distribución adecuada delos recursos en función de las líneas de I+D e innovaciónque realmente tengan una utilidad comprobada en elentorno social en cualesquiera de sus dimensiones. Estadirección de los procesos de evaluación se asume comoconsecuencia lógica de la propia expansión y orientaciónde la ciencia y la tecnología hacia el benefi cio social. Laevaluación debe orientarse, por tanto, al desarrollo denuevos indicadores y metodologías que permitan avanzaren el conocimiento de la medida en que estas promesasse cumplan. Desde una óptica metodológica, la defi niciónde impacto social de la ciencia y la tecnología se focalizahacia el modo de obtener mecanismos para la anticipaciónde resultados sociales a la hora de la toma de decisiones,y un conjunto de indicadores que justifi quen resultadosglobales de determinadas políticas en términos de suutilidad social [4].

La ciencia en las universidades debe dar un vuelco nosolo en la interpretación que se hace de los indicadorespara medir el impacto de las investigaciones, sino tambiénen la propia formación científi ca de los estudiantes, máscreativa y puesta al servicio de solucionar las demandassociales para el desarrollo, los requerimientos de la



economía real, no de la inventada ni improvisada paraseguir mecánicamente los fl ujos y refl ujos del acontecerinternacional sin verifi car si las tecnologías de últimageneración son las más apropiadas para resolver nuestrosproblemas concretos.

Hay que desarrollar en los estudiantes capacidades yhabilidades para detectar las situaciones problemáticasreales de la nación, las comunidades y los territorios. Ellono se puede lograr enseñándolos a investigar problemas“enlatados”, preparados de antemano por el profesor.¡Hay que sacarlos de las aulas y llevarlos donde estánlos problemas reales! ¡Hay que darles la oportunidad dedescubrirlos con ojo propio y vocación de cambio! Solo asípodrán formarse los hombres y mujeres de nuestro tiempoque reclamara José Martí cuando escribiera: “Educar esdepositar en cada hombre toda la obra humana que le haantecedido: es hacer a cada hombre resumen del mundoviviente, hasta el día en que vive: es ponerlo a nivel desu tiempo, para que fl ote sobre él, y no dejarlo debajo desu tiempo, con lo que no podrá salir a fl ote; es prepararal hombre para la vida” [5], es preparar a los jóvenesinvestigadores en la vocación de una ciencia nacional.

¿Y QUÉ ES UNA CIENCIA NACIONAL?Sin pretender una defi nición académica de concepto,

entendemos por ciencia nacional el ejercicio de laciencia, el quehacer científi co-tecnológico comprometido,organizado y concebido, ante todo, para determinary dar respuesta a los problemas nacionales, a lasdemandas y necesidades reales del desarrollo del país.Si en ese cometido, se realizan contribuciones a la granciencia, con resultados y publicaciones de alto impacto,patentes concedidas, premios internacionales, etcétera,¡bienvenido sea! Pero que no nos suceda lo que alaldeano vanidoso que cree “(…) que el mundo entero essu aldea (…) sin saber de los gigantes que llevan sieteleguas en las botas y le pueden poner las botas encima,ni de la pelea de los cometas en el Cielo, que van por elaire dormidos engullendo mundos” [6].

Los problemas nacionales requieren para su solución,ante todo, de “trincheras de ideas propias”, de pensar quenadie está más capacitado para enfrentar las difi cultadesy carencias que nos aquejan, que nosotros mismos.Podemos y debemos aceptar la experticia y asesoría deotros, pero con la idea precisa de que quienes conocenmejor los problemas, su evolución y el contexto en queexisten y subsisten, somos nosotros y nadie podrásustituirnos en eso.

Aunque el asesor tenga sobrada experiencia desolucionar con éxito problemas similares en su país deorigen, las condiciones no son las mismas y es muyprobable que esa circunstancia requiera de cambios enlos procedimientos, técnicas y acciones para resolverlosde manera apropiada a nuestras condiciones. “Otro

simplismo muy extendido –apunta A. Lage- presentala investigación como algo absolutamente objetivo,extracultural, supranacional. Pero esto es solo la mitadde la verdad, porque el carácter objetivo de la cienciaes cierto para sus resultados, que son aplicablesuniversalmente, pero no para el proceso por el cual seobtienen esos resultados, que es un proceso social conenormes condicionantes culturales.

Así podemos eliminar la poliomielitis en África usandola vacuna que se inventó en los Estados Unidos y seperfeccionó en la URSS, o vacunar en China o Irán con lavacuna antimeningitis obtenida en Cuba, pero el complejoproceso social mediante el cual se realiza la búsqueda deconocimientos es mucho más difícil de trasplantar de unacultura a otra y en ello radica quizás el fracaso de muchosintentos imitativos de “sembrar ciencia”.

Se puede hacer ciencia en todas partes, pero se hacede manera diferente” [7].

Una ciencia nacional tiene sus raíces, por necesidad, enlas mejores tradiciones de la ciencia cubana a través de lahistoria y hasta el presente. Ejemplos como los de CarlosJ. Finlay, Álvaro Reinoso, Albear, Fernando Ortiz y otrosmuchos deben ser conocidos por los jóvenes que hoy seforman en nuestras aulas y los científi cos e ingenierosprofesionales. ¿Cuáles fueron sus motivaciones,preocupaciones e intereses?

Pero no basta con la historia de siglos pasados, lahistoria más reciente tiene también muchas leccionesque aportar. Piénsese en el quehacer del Centro deInmunología Molecular, el Instituto Carlos J. Finlay o elCentro de Ingeniería Genética y Biotecnología por solomencionar tres instituciones de alto impacto a nivelnacional e internacional.

Desde hace varios años las investigacionesbiotecnológicas de tercera generación en Cuba hanvenido evolucionando hasta constituirse en una industriabasada en la ciencia.

La creación en diciembre del 2013, mediante el Decreto-Ley 213, de la Organización Superior de DirecciónEmpresarial BIOCUBAFARMA, que funde el polo científi cocon lo que era la Industria Farmacéutica (QUIMEFA), hadado lugar a empresas de alta tecnología con rasgos muysingulares entre los que destacan:

-Ciclo completo de investigación-producción-comercialización. Son organizaciones de investigacióny producción cuya misión es conectar la ciencia con laeconomía.

-Rentabilidad: Flujo de caja. Son organizaciones quecierran el ciclo desde la investigación científi ca hasta laproducción y la comercialización para generar un fl ujo decaja positivo.

-Tienen una parte signifi cativa de la facturación en lasexportaciones, para lograr subsumir los costos fi jos de lainvestigación científi ca y los altos estándares de calidad

La ciencia nacional


-Costo por peso en divisa bajo.-Alta productividad del trabajo.-Línea de productos novedosos. Renovación de

los productos. Son organizaciones con una gestióncomercializadora basada en productos que se sustituyenrápidamente; combinan la operación de comercializacióna corto plazo con el desarrollo de nuevos productos amediano plazo.

-Fuerza de trabajo de alta califi cación [8].El estudio y la sistematización teórica de estas

experiencias recién comienzan y constituyen en buenamedida, una asignatura pendiente en nuestro país. Pero,esta no es la única tarea pendiente, hay que estudiartambién la exageración oportunista y triunfalista de lasposibilidades y resultados esperados de la investigacióncientífi ca como factor movilizativo del desarrollo.

EL FANTASMA DEL LYSENKISMOExiste una regularidad sociológica fundamental según

la cual el profesional tiende a sobrevalorar las bondadese importancia de su profesión, lo mismo sucede con lainvestigación. El investigador es proclive a exagerar elvalor de los resultados alcanzados o por obtener en subúsqueda científi ca, tiende a hiperbolizar su impactosocial, económico, científi co, etcétera. Esto es algo, si sequiere, natural, comprensible y justifi cado por el hechode que el científi co se encuentra demasiado inmersoen la subjetividad del tema que lo ocupa y no logra vercon frecuencia el cuadro objetivo de la realidad socialque lo rodea. Es algo legítimo, pero, en determinadascircunstancias puede llegar a trastocarse en un fenómenomuy peligroso.

Quien conozca medianamente la biografía de Trofi mDenísovich Lysenko sabe cuánto daño hizo a la cienciasoviética. Lysenko se dedicaba a la agronomía, desde1929 hasta 1965, consiguió, a través de innumerablessubterfugios, la atención de los dirigentes soviéticos,convenciéndolos de que estaba en posesión deinnovadores métodos capaces de acabar con los gravesproblemas de alimentación del pueblo. Se decía quehabía descubierto un método para abonar la tierra sinutilizar fertilizantes o minerales; que había encontrado laforma de obtener cosechas exitosas en el invierno en suestación agrícola caucásica.

Lysenko prometía lo que los gobernantes queríanescuchar de los científi cos e ingenieros en una épocadifícil del poder soviético y los medios de comunicaciónensalzaban sus “milagros” y “recetas prácticas” para laagricultura como científi co del pueblo. El propio Stalinapoyó su trabajo y esto le confi rió un poder que Lysenkoutilizó para entronizarse y, desde ese estatus, desarticularlas bases científi cas de la biología soviética, acusando,y es solo uno de tantos ejemplos, a la genética deciencia burguesa y a Vavilov y otros genetistas rusos de

agentes de las potencias occidentales. Sin embargo, laciencia lysenkista era, como señalaron los más preclaroscientífi cos e intelectuales de su tiempo, un auténtico “globodisfrazado de novedosa ciencia” sin resultados teóricos oprácticos concretos.

Si existe la posibilidad, siempre latente, de disfrazar eltema de investigación de problemática nacional, tambiénexiste la posibilidad real de transformar las acuciantesnecesidades sociales y los reclamos priorizados delos gobernantes en pseudociencia, como hicieraLysenko en su tiempo. Por ello la importancia de revisarpermanentemente de manera crítica constructiva aquellosprogramas y líneas priorizadas de la investigaciónnacional, de modo que no queden desplazados losverdaderos problemas nacionales que debe acometerla ciencia en el país, sin desmedro por supuesto de latambién imprescindible investigación científi ca básicauniversal, fundamento de las ciencias aplicadas.

Una verdadera ciencia nacional requiere del aportede todas las ramas de la ciencia, desde las cienciasbásicas y exactas hasta las ciencias técnicas, sociales yhumanísticas. Debe estar orientada a detectar, formulary resolver los problemas cardinales del desarrollo denuestra sociedad; fomentar la cultura del trabajo, la ética,la educación formal y cívica, la productividad del trabajo,el desarrollo agropecuario sostenible en el tiempo, lacalidad de los servicios públicos, el perfeccionamientode los sistemas educacional y de salud, la produccióny distribución efi ciente de alimentos, el transporte, lavivienda, la defensa y seguridad nacional y ciudadana,el mantenimiento sostenible de los recursos, lasexportaciones e inversiones y otros.

La agricultura necesita irrigar los campos cultivados.Una solución sería importar sofi sticados y costosossistemas de riego generados en países desarrollados, queuna nación pobre como la nuestra no puede sostener pormucho tiempo porque requieren importantes inversiones.Otra solución, mucho más difícil y creativa, es lograrirrigar los campos de una manera económica a partir denuestras posibilidades reales y, como no, de recursosautóctonos. Semejante solución constituye un reto para lainvestigación científi ca tecnológica nacional.

Rabindranat Tagore en su obra Hacia el HombreUniversal refi ere un ejemplo muy ilustrativo respecto a laimportación acrítica de tecnologías foráneas, vinculado aldeterioro en el abastecimiento de agua en la India cuandose sustituyó el método tradicional de aljibes atendidospor efi cientes aguadores comunitarios, por el métodocentralizado de distribución de agua de los ingleses. “Sihoy tenemos que lamentar la escasez de agua en nuestropaís esto, en realidad, solo es un mal de importanciasecundaria. Nuestro verdadero infortunio está en que laprincipal causa de la escasez no es otra, sino que nuestrasociedad ha perdido la confi anza en sí misma y toda suatención se vuelve hacia el exterior” [9].



TRANSCULTURACIÓN EN LA CIENCIA Y LATECNOLOGÍA CUBANAS

No podemos perder nunca la confi anza en nosotrosmismos. Sin embargo, ello no signifi ca que haya quepartir de cero. Las experiencias científi cas y tecnológicasforáneas resultan muy útiles, cuando son integradas condialéctica a la cultura nacional, esto es, transculturizadas.La lógica del proceso de formación de lo cubano aportamucho en la comprensión de lo que debe ser una “ciencianacional”. Don Fernando Ortiz, desde su cátedra decubanía plena, pudiera ayudar en ello.

En su estudio sobre “Los factores humanos dela cubanidad”, Ortiz denota mediante el términotransculturación un complejo y dinámico proceso desíntesis cultural producto de la unión de españoles,africanos, aborígenes y asiáticos con pinceladas nadadespreciables de franceses, angloamericanos y nativos deLatinoamérica, que comenzó con la conquista y conformólos fundamentos humanos de la nacionalidad cubana quecristalizó a lo largo del siglo XIX.

El concepto transculturación caracteriza las diferentesetapas de un proceso de negación en el cual se asimilan,en un nuevo nivel cultural cualitativo, elementos de lacultura, tanto la endógena como la foránea, a la par quese desarraigan, abandonan otros elementos del estadiocultural precedente. La asimilación cultural mecánica,acrítica, Ortiz la identifi ca con la aculturación y lapérdida cultural con la desculturación. Ambas tendenciastranscurren de forma paralela y opuesta en el proceso detransculturación.

Fernando Ortiz dibuja masgistralmente, como en unfresco, la transculturación cuando escribe: “(...) en todomomento el pueblo cubano ha tenido, como el ajiaco,elementos nuevos y crudos acabados de entrar en lacazuela para cocerse; un conglomerado heterogéneo dediversas razas y culturas, de muchas carnes y cultivos, quese agitan, entremezclan y disgregan en un mismo bullirsocial; y allá en lo hondo del puchero, una masa nueva yaposada, producida por los elementos que al desintegrarseen el hervor histórico han ido sedimentando sus mástenaces esencias en una mixtura rica y sabrosamenteaderezada, que ya tiene un carácter propio de creación.Mestizaje de cocinas, mestizaje de razas, mestizaje deculturas. Caldo denso de civilización que borbollea en elfogón del Caribe (...) Acaso se piense que la cubanidadhaya que buscarla en esa salsa nueva y sintética suculentaformada por fusión de los linajes humanos desleídos enCuba; pero no, la cubanidad no está solamente en elresultado sino también en el mismo proceso complejo desu formación, desintegrativo e integrativo, en los elementossustanciales entrados en acción, en el ambiente en que seopera y en las vicisitudes de su trascurso” [10].

Esta sabia refl exión le atribuye al proceso detransculturación una interesante cualidad aplicable también

a la recepción de la ciencia y la tecnología universal ennuestro país. La transculturación es el proceso-resultadode una negación dialéctica continua a nivel de la culturaen la que lo nacional, hay que ubicarlo precisamente enesa unidad resultado-proceso.

La recepción de la ciencia y la tecnología universalesen Cuba no puede ser una copia absoluta del quehacercientífi co y tecnológico foráneo; es un proceso muchomás complejo que lleva por necesidad nuestra improntacultural integrada al legado de los fundadores y másgrandes exponentes de la ciencia cubana y los avancescientífi cos y tecnológicos a nivel mundial.

La transculturación de los logros y avances de la granciencia y la tecnología de punta en Cuba es por tantoun proceso de negación continua y creativa de lo queacontece en estos ámbitos a nivel mundial, a través delcual se asimilan de forma transversada y en un nuevo nivelcultural cualitativo de atribución de sentido, elementosde las tradiciones y prácticas científi cas y tecnológicasendógenas y exógenas.

El desarrollo científi co-tecnológico del país demandapor necesidad un profundo proceso de transculturación,de acumulación de capacidades y actitudes para generar,incorporar, asimilar, adaptar, perfeccionar, copiar,apropiar y aplicar conocimientos y sus correspondientestecnologías, en materia de ciencia, tecnología e innovacióntecnológica.

La ciencia nacional requiere ser pensada y explicadadesde esa perspectiva, sin renunciar a nuestra identidadnacional, ni a los últimos avances de la ciencia universal.Todo puede ser asimilado de forma adecuada y sinextremos, con lo cual estaríamos enriqueciendo la culturacientífi ca nacional con valiosos elementos del acervocientífi co y tecnológico mundial.

La recepción de los avances científi cos y tecnológicosuniversales debe ser pertinente, apropiada, conectadaa la economía y portadora de capacidad prácticaresolutiva a los acuciantes problemas nacionales deldesarrollo, porque “Bueno es que en el terreno de laciencia se discutan los preceptos científi cos. Pero cuandoel precepto va a aplicarse (…) cuando la vida nacionalva andando demasiado aprisa hacia la inactividad y elletargo, es necesario que se planteen para la discusión,no el precepto absoluto, sino cada uno de los confl ictosprácticos, cuya solución se intenta de buena fe buscar”[11].

REFERENCIAS1. VARSAVSKY, Oscar. Ciencia, política y cientifi cismo.

Monte Ávila Editores Latinoamericana C. A., Caracas,Venezuela, 2007.

2. MARTÍ, José. “Fragmentos”, en Obras Completas.Tomo 22. La Habana: Editorial Ciencias Sociales, 1975,p. 142.

3. ZALDÍVAR CASTRO, Antonio. “La patente universitariay su incidencia en las universidades”. Tesis deDoctorado, enero de 2012.

La ciencia nacional


4. SOLÍS CABRERA, Francisco. “El debate: Medir elimpacto social de la ciencia y la tecnología: ¿viable outópico?” [consultado 17 Julio de 2014]. Disponible en:http://www.revistacts.net/elforo/376-el-debate-medir-el-impacto-social-de-la-ciencia-y-la-tecnologia-iviable-o-utopico-

5. MARTÍ, José. Escuela de electricidad, en ObrasCompletas. Tomo 8. La Habana: Editorial Nacional deCuba, 1963, p. 281.

6. MARTÍ, José. “Nuestra América”, en Obras Completas.Tomo 6. La Habana: Editorial Ciencias Sociales, 1975,p. 15.

7.LAGE, Agustín. La Economía del Conocimiento y elSocialismo. La Habana: Editorial Academia, 2013,p. 70.

8.LAGE, Agustín. “Conexión de la Ciencia con laProducción y la Economía”. Conferencia dictada en elInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,25 de abril de 2013.

9. TAGORE, Rabindranat. Hacia el Hombre Universal.Barcelona: Sagitario, S. A., 1967, p. 59.

10.ORTIZ, Fernando. “Los factores humanos de lacubanidad”, en Norma Suárez (comp.). Fernando Ortizy la Cubanidad. La Habana: Fundación Fernando Ortizy Ediciones Unión, 1996, pp. 11-12.

11.MARTÍ, José. Escenas mexicanas, en ObrasCompletas. Tomo 6. La Habana: Editorial CienciasSociales, 1963, p.335.

AUTORJosé Ricardo Díaz CaballeroLicenciado en Filosofía, Doctor en Ciencias Filosófi cas,Profesor Titular, Dirección de Ciencias Sociales, InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, LaHabana, Cuba

National ScienceAbstractThis article discusses the indicators used to measure the impact of university research and its link withthe resolution of specifi c national development problems.

Key words: national science, impact indicators, university research, lisenkism

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