Vol 2, No 1 (2011)

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

Vol. II, No. 1, 2011enero-abril

DIRECTOR Y EDITOR TÉCNICODr. Gonzalo González ReyVicerrectoría de Investigación y PosgradoInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujaee-mail: [email protected]

MIEMBROS DEL COMITÉ EDITORIALDr. José Pérez LazoVicedecano de Investigación. Facultad de Ingeniería Civile-mail:[email protected]. Alejandro Cabrera SarmientoVicedecano de Investigación. Facultad de Ingeniería Eléctricae-mail:[email protected]. Orestes Llanes SantiagoVicerrector de Investigación y Posgradoe-mail:[email protected]. Rafael Antonio Pardo GómezDirector del Centro de Investigaciones Hidráulicase-mail:[email protected]. Maria Sonia Fleitas TrianaVicedecana de Investigación. Facultad de Ingeniería Industriale-mail:[email protected]. Alejandro Rosete SuárezVicedecano Docente. Facultad de Ingeniería Informáticae-mail:[email protected]. Osvaldo Gozá LeónFacultad de Ingeniería Químicae-mail:[email protected]. Tania Rodríguez MolinerVicedecana de Investigación.Facultad de Ingeniería Mecánicae-mail:[email protected]. Agnes Sarolta Nagy SzonjasCentro de Investigación de Microelectrónicae-mail:[email protected]. Nilda Caballero StevensUnidad Docente Metalurgiae-mail:[email protected]. Leonardo Goyos PérezFacultad de Ingeniería Mecánicae-mail:[email protected]. Luz del Alba Raña GonzálezDirectora de Ingeniería del Transporte.Facultad de Ingeniería Mecánicae-mail:[email protected]. Ramón González CaraballoDirector de Geociencias. Facultad de Ingeniería Civile-mail:[email protected]. Ángel Regueiro GómezDepartamento de Ingeniería Biomédica. Facultad deIngeniería Eléctricae-mail:[email protected]. Elsa Magdalena Herrero TunisCentro de Referencia de Enseñanza Avanzadae-mail:[email protected]

La correspondencia puede dirigirse a:Revista Cubana de IngenieríaCalle 114, No. 11901, e/ 119 y 127, Apartado 6028, Cujae,C.P.: 11901, Marianao, Ciudad de La Habana, Cuba.e-mail:[email protected]

REVISTA CUBANADE INGENIERÍAREVISTA CUBANADE INGENIERÍA

Dr. José Ricardo Díaz CaballeroDirección de Marxismo Leninismoe-mail:[email protected]

REVISORES INVITADOSMSc. Febe Ángel Ciudad Ricardo. Universidad de las Cien-cias Informáticas. Cuba.MSc. Luisa María Véliz Marrero. Instituto Superior Politéc-nico José Antonio Echeverría. Cuba.MSc. José Luis Pérez Iglesias. Universidad de Salamanca.España.

EDITOR EJECUTIVOYusnier Ferrer GranadoJefe de Departamento de Ediciones y Gabinete de Comunica-cióne-mail:[email protected]

EDITORALic. Mayra Arada Oteroe-mail:[email protected]

DISEÑO DE CUBIERTAAlex Álvarez Martíneze-mail:[email protected]

DISEÑO INTERIORYaneris Guerra Turróe-mail:[email protected]

COMPOSICIÓN COMPUTARIZADA Y REALIZACIÓNMaritza Rodríguez Rodrígueze-mail:[email protected]

REVISORA DE TEXTOS EN INGLÉSShanique Natasha Walker

Nuestra Revista pueder ser visitada a través del sitio web:http://rci.cujae.edu.cu

mailto:[email protected]

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http://rci.cujae.edu.cu

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 artículoscientífico-técnicos en las variadas áreas de la ingeniería, con un destaque de resultadosnovedosos y aportes de relevancia para la profesión. De esta manera, la revista se proponecontribuir a la actualización de profesionales, investigadores, profesores y estudiantes deingeniería, a la discusión científica nacional e internacional y, por consiguiente, al desarrollotecnológico 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 cualquierciencia 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 contenidosen la solución de problemas, aplicaciones y desarrollo de la ingeniería civil, eléctrica, electrónica,hidráulica, industrial, informática, química, mecánica, mecatrónica y metalúrgica, además decontenidos asociados con la ingeniería de materiales, bioingeniería, transporte, geofísica,reingeniería y mantenimiento. También se consideran apropiados, artículos orientados a laformación de las nuevas generaciones de ingenieros, incluidos los programas de estudio, lastecnologías 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 diversasdisciplinas, esta revista le asigna la primera prioridad de publicación a los artículos donde sepreste atención a la integración multidisciplinaria, a los desarrollos interdisciplinarios y a lasaplicaciones prácticas.

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

11

Vol. II, No. 1, 2011Tres números al año

SUMARIO/CONTENTS

ACTIVIDAD DE NORMALIZACIÓN Y DESARROLLO DE

COMPETENCIAS PROFESIONALES EN ESTUDIANTES DE

INGENIERÍA / THE ACTIVITY OF STANDARDIZATION AND

THE DEVELOPMENT OF PROFESSIONAL COMPETENCE IN

ENGINEERING STUDENTS

Gonzalo González ReyAlejandra Elena García TollMaría Eugenia García DomínguezPablo Frechilla Fernández

POTENCIAL Y EFECTIVIDAD DE LAS TIC: ALGUNAS

LECCIONES APRENDIDAS EN EL INTENTO DE SU

INTEGRACIÓN AL PROCESO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE/THE POTENTIAL AND EFFECTIVENESS OF ITC:LESSONS LEARNT FROM IT,S ATTEMPTED INTEGRATION

IN THE TEACHING LEARNING PROCESS

Elsa Herrero TunisLourdes Hernández Rabell

ENSEÑANZA

MODELACIÓN COMPUTACIONAL Y ANÁLISIS CUALITATIVO

DE FALLAS EN EL ESTUDIO DE LA VULNERABILIDAD DE

TORRES ATIRANTADAS DE TELECOMUNICACIONES / THE

COMPUTATIONAL AND GUALITATIVE ANALYSIS OF

FAILURES IN THE STUDIES ON THE VULNERABILITY OF

GUYED TOWERS

Vivian Elena ParnásPatricia Martín Rodríguez

ANÁLISIS NUMÉRICO Y EXPERIMENTAL DE PUENTES DE

HORMIGÓN DE DIFERENTES TIPOLOGÍAS / THE NUMERICAL

AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF CONCRETE BRIDGES

OF DIFFERENT TYPOLOGIES

Leonel Osvaldo PicoMaría Haydeé PeraltaNorma Luján ErcoliSalvador La Malfa

INGENIERÍA CIVIL

05

17

35

25

REVISTA CUBANADE INGENIERÍAREVISTA CUBANADE INGENIERÍA

PROBLEMAS SOCIALES DE LA CIENCIA Y LATECNOLOGÍA

TECNOLOGÍA, SOCIEDAD Y FUTURO / TECHNOLOGY

SOCIETY AND FUTURE

José Ricardo Díaz CaballeroElena Rubido Rodríguez

61

TELEMÁTICA

COMPARACIÓN DE LOS PROTOCOLOS MACAW YT_LOHI PARA REDES SUBACUÁTICAS / COMPARASION

BETWEEN MACAW AND T_LOHI PROTOCOLS FOR

UNDERWATER NETWORKS

Erik Ortiz GuerraVitalio Alfonso Reguera

69

EDITORIAL 04

INGENIERÍA MECÁNICA

SIMULACIÓN DE COJINETES DE DESLIZAMIENTO EN

TURBOGENERADORES CON EMPLEO DE LA NORMA

ISO 7902 / SIMULATION OF PLAIN BEARINGS INTURBO-GENERATORS USING THE STAND ISO 7902

Alejandra Elena García TollDavid Hernández MoncisbaezYerisey González Hernández

PARÁMETROS DE ORIGEN DEL PROCESO DE DISPERSIÓN

CON AIRE DE FUNDENTES FUNDIDOS / ORIGIN

PARAMETERS OF FUSED FLUX GRAIN PROCESS

DISPERSION WITH AIR

Daniel Pérez PérezCarlos René Gómez PérezFrancisco Arturo Ruiz MartínezEriel Pérez Zapico

INGENIERÍA DE MATERIALES

45

55

EDITORIAL .....................................................................................................Felizmente, esta edición de Revista Cubana de Ingeniería, que hoy llega a usted, se publica en

fecha cercana a la celebración del Día Internacional de la Mujer. Esta conmemoración anual,celebrada cada 8 de marzo en todo el mundo, es un día muy especial para amar, apreciar ydestacar el importante aporte a la sociedad y a la vida de todas las mujeres.

Aunque la sociedad necesita y se nutre de los aportes científicos que tanto hombres comomujeres realizan en diferentes campos del conocimiento, es una realidad que los aportes científico-tecnológicos de la mujer han sido poco reconocidos a través del tiempo en su verdadera magnitud.Esta situación puede estar influenciada en buena parte por una histórica cultura androcéntrica de laciencia, pero que en la actualidad no debe ser la justificación para ignorar que a lo largo de lahistoria las mujeres han contribuido con sus resultados al progreso de las ciencias y al desarrollode las ingenierías.

A la historia de la ciencia y la tecnología no le faltan mujeres ilustres. Solo algunos nombresbastan para demostrarlo: Marie Curie (1867-1934), sus resultados de investigación en la radiactividadcontribuyeran a la comprensión de los átomos y son fundamentos de la física nuclear moderna;Rosalind Elsie Franklin (1920-1958), sus importantes estudios en la difracción de los rayos Xsobre la molécula del ácido desoxirribonucleico permitieron establecer las bases para el actualconocimiento de la estructura helicoidal del ADN; y Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-1994), susexperiencias en la aplicación de los rayos X en el estudio de la estructura de las macromoléculasposibilitaron importantes avances en la bioquímica contemporánea.

En la actualidad cubana, la participación de la mujer en el campo científico-tecnológico, esextraordinaria. Por eso, como demuestra la historia y el diario acontecer, el aporte de ellas en esteámbito es reconocido como incuestionable y sobresaliente. La ciencia cubana de hoy tambiénpermite presentar mujeres con resultados relevantes en la investigación científica y en la gestión dela ingeniería. Algunas de nuestras mujeres insignes en el campo científico-tecnológico pueden sernombradas: Concepción Campa Huergo, directora del Instituto Finlay y jefa del equipo cubano quedesarrolló una vacuna antimeningocóccica; y Rosa Elena Simeón Negrín (1943-2004), presidentade la Academia de Ciencias de Cuba y ministra de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente, conimportantes trabajos en microbiología y sanidad agropecuaria que permitieron enfrentar en Cuba laepidemia de fiebre porcina en 1971 y 1980.

Por tales motivos, y con el afán de promover la divulgación del trabajo de la mujer en lasciencias técnicas y pedagógicas, en esta edición de Revista Cubana de Ingeniería, hemos queridoincluir preferentemente artículos con autorías y coautorias de mujeres, con un destaque de resultadosnovedosos y aportes para la ingeniería. En ese sentido, los artículos en este número con autoría denuestras féminas muestran resultados en temas tan versátiles como la simulación de cojinetes dedeslizamiento en condiciones de lubricación hidrodinámica, el estudio de la vulnerabilidad de torresde telecomunicaciones y experiencias de empleo de las tecnologías de la información y lascomunicaciones en los procesos de enseñanza-aprendizaje. Otros artículos en esta edición,presentan contribuciones en el estudio de puentes de hormigón en carreteras argentinas, en laformación de competencias profesionales de estudiantes de ingeniería y un análisis crítico deldesarrollo de la tecnología moderna con consideración de sus posibilidades, impactos, retos yperspectivas.

De esta manera, Revista Cubana de Ingeniería, se honra y satisface en mostrar a nuestroslectores de la comunidad académica y científica, centrada en el tema de la ingeniería, una compilaciónde artículos, donde la mayoría de ellos, revelan y destacan algunos de los importantes aportesteórico- prácticos de la Mujer en temas de ingeniería. Permitiéndonos de esta forma contribuir a lavisibilidad de los resultados de investigación de nuestras mujeres y hacernos sentir, a los ingenierosy científicos, dichosos de ser sus compañeros en el trabajo y en la vida.

Dr. Gonzalo González Rey

Recibido: septiembre del 2010 Aprobado: diciembre del 2010

Revista Cubana de Ingeniería, 1(II), 5-15, 2011

Actividad de normalización y desarrollode competencias profesionales enestudiantes de ingeniería

ENSEÑANZA

ResumenSe muestran resultados en la formación de competencias profesionales de estudiantes de carreras deingeniería derivados del trabajo en la normalización. En particular, son consideradas competenciasprofesionales como: buena comunicación y colaboración, utilización de la computación y las tecnolo-gías de información y comunicación, visión interdisciplinaria y dominio de los fundamentos y conoci-mientos teórico-prácticos de la profesión. Adicionalmente, se exponen evidencias del aporte de lasactividades del Comité de Normalización Cubano de Elementos de Máquinas (CTN-108) en la forma-ción de competencias profesionales básicas de estudiantes de las carreras de Ingeniería Mecánica.

Palabras clave: competencia profesional, normalización, enseñanza, ingeniería, mecánica

Gonzalo González ReyCorreo electrónico:[email protected] Elena García TollCorreo electrónico:[email protected]ía Eugenia García DomínguezCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, CubaPablo Frechilla FernándezCorreo electrónico:[email protected] de Salamanca, Zamora, España

INTRODUCCIÓNUna aproximación a la definición de competencia

profesional pudiera ser entendida como un conjunto deconocimientos, habilidades y actitudes del sujeto coordinadase integradas en la acción, necesarias para ejercer unaprofesión, adquiridas a través de la experiencia en eltranscurso de su formación y ulterior desempeño profesional,que permiten al individuo resolver, de manera eficaz, autónomay flexible, problemas profesionales en contextos socialesespecíficos. [1]

En realidad la definición anterior resulta bastante amplia,por lo que la práctica aconseja clasificar las competenciasprofesionales en dos grupos: Competencias profesionalesbásicas y Competencias profesionales específicas.

En general, las competencias profesionales básicas sonrequeridas en todas las carreras de formación profesionalpues involucran la disposición del graduado profesional a labuena comunicación y colaboración, a desarrollar unaprendizaje continuo desde diversas fuentes e insertarlo ensu vida diaria, a emplear el pensamiento crítico en la soluciónde problemas, al autodesarrollo de las habilidades quepermitan su desarrollo profesional, a la estimulación delliderazgo y al desarrollo de valores asociados al desempeñoprofesional como el respeto al trabajo propio y al de otros, lahonestidad, la responsabilidad, el compromiso social, políticoe institucional y la motivación hacia la profesión. Debeseñalarse que no todas estas competencias son adquiridassolo en la educación superior, unas deben proveniresencialmente de la formación media y general, y de la

mailto:electr�nico:[email protected]




Actividad de normalización y desarrollo de competencias profesionales en estudiantes de ingeniería

R e v i s t a C u b a n a d e I n g e n i e r í a6

interacción individual con la sociedad y la familia y otrasdeberán desarrollarse plenamente en situación de trabajo.

En particular, en este trabajo se enfatiza en los aportesderivados del trabajo orientado al desarrollo de normas, enel ambiente profesional de los comités técnicos denormalización con una integración de profesores yestudiantes de las carreras de ingeniería, en la formación ydesarrollo de las necesarias competencias profesionalesidentificadas en las siguientes direcciones:

a) Expresión oral y escrita.b) Relaciones interpersonales.c) Utilización de las tecnologías de información y

comunicación.d) Uso de la computación.e) Dominio de los fundamentos y conocimientos teóricos

y prácticos de la profesión.f) Visión interdisciplinaria.

RESULTADOS DE UN ESTUDIO DECOMPETENCIAS PROFESIONALESBÁSICAS EN JOVENES GRADUADOS

Un estudio [1] realizado sobre el proceso de reproducciónsocial de los jóvenes profesionales en Cuba entre el 1996 yel 2000 permitió valorar las competencias profesionalesbásicas más deficitarias y las mejor valoradas para eseperíodo en jóvenes graduados cubanos. Algunas de estásdeficiencias y competencias mejor valoradas por losempleadores de jóvenes graduados cubanos son mostradasde forma sintética en la tabla 1.

Con el objetivo de mejorar las competencias profesionalesde los jóvenes graduados en el proceso de formaciónprofesional durante los estudios de la carrera, y enconsonancia con los resultados compilados en un Informede la Comisión Nacional de la Carrera de IngenieríaMecánica, [2] se plantean como sugerencias para laformación, las siguientes necesidades:

a) Estimular la creatividad e iniciativa en los estudiantes apartir de métodos activos de enseñanza.

b) Incorporar en los planes de estudio de las carreras elconocimiento y manejo de técnicas de dirección y de trabajoen equipo, así como fomentar una proyeccióninterdisciplinaria en los estudiantes.

c) Dotar a los estudiantes de herramientas que les permitanuna mejor organización y control, tanto de su propio trabajocomo el de otros, en su labor profesional.

d) Incluir en los programas de estudio el conocimiento detemas de carácter general que consolidan su formación yproyección futura tales como: habilidades directivas, calidad,negociación, gestión del conocimiento, estadística,marketing, economía, política, comercio exterior.

e) Incrementar el manejo del idioma inglés (traducción yescritura).

f) Aumentar el uso de la computación.g) Dedicar mayor atención y brindar importancia a

problemas en el uso de la lengua materna (redacción,dicción, caligrafía, ortografía).

Tabla 1Valoración de competencias en jóvenes graduados cubanos (1996 y 2000)

Valoración

Competencias másdeficitarias

- Visión interdisciplinaria- Creatividad, innovación e independencia en su labor- Criterios de evaluación de su propio trabajo- Utilización de técnicas, equipos e instrumentos básicos propios dela profesión- Orientación, organización y control del trabajo de otros- Compromiso con los objetivos de la entidad laboral- Expresión oral y escrita- Adaptación para asimilar cambios en el desarrollo de su actividadprofesional- Fundamentación y defensa de sus criterios profesionales

Competencias mejorvaloradas

- Desarrollo de las relaciones interpersonales- Autosuperación- Preparación político-ideológica- Incorporación al trabajo en grupo- Integración y aplicación de los contenidos aprendidos en funciónde la solución de problemas- Dominio de los fundamentos teórico-básicos para asimilarcambios en el desarrollo de su actividad profesional- Ética profesional- Responsabilidad- Buena motivación hacia su profesión y la superación

Gonzalo González Rey - Alejandra Elena García Toll - María Eugenia García Domínguez - Pablo Frechilla Fernández

R e v i s t a C u b a n a d e I n g e n i e r í a 7

h) Fortalecer las capacidades para el autoaprendizajecontinuo.

i) Fortalecer el dominio de conocimientos de metodologíay práctica de la investigación científica, especialmente elprocesamiento de información bibliográfica, el trabajointerdisciplinario, la elaboración de ponencias, artículos,informes y su divulgación.

j) Fortalecer el trabajo científico estudiantil.El referido estudio [1] demuestra que el desarrollo de las

competencias profesionales básicas en los jóvenesgraduados tiene aún mucho que avanzar para lograr lagraduación de un profesional de excelencia que puedainsertarse en el actual desarrollo contemporáneo. Estasituación ha constituido y constituye un problema en elámbito profesional y educacional, en especial en la educaciónsuperior, donde los profesores deben hacer uso de múltiplesvías, procedimientos y herramientas que coadyuven a lagraduación de profesionales con una sólida formación básica,con habilidades para la solución de los problemas másgenerales y frecuentes de su profesión, que incluyan laapropiación de los modos de actuación profesionalespecíficos que caracterizaran su profesión y la diferenciande otras, y que posea ademá un conjunto de habilidadesprofesionales generales que le permitan alcanzar unaformación integral cultural y educativa en el sentido másamplio de estos términos.

Todo lo antes mencionado, requiere de la introducción enel proceso educativo de determinadas actividades con unaconcepción tal, particularmente en el campo de las CienciasTécnicas, que promueva jóvenes profesionales conconocimientos, habilidades y valores, que les permitan poneral servicio de la humanidad el desarrollo de la ciencia y latecnología, con racionalidad económica, adecuado uso delos recursos humanos y materiales, minimizando el deteriorodel medio ambiente y preservando los principios éticos desu sociedad.

En este sentido, la actividad de normalización, dirigida aestablecer disposiciones sobre problemas reales opotenciales, destinadas a un uso común y repetido con vistasa obtener el grado óptimo de orden en un contexto dado, essin lugar a dudas un marco propicio para potenciar laformación y desarrollo de las necesarias habilidadesprofesionales que demanda el actual contexto de acción deljoven graduado de carreras de las Ciencias Técnicas. Eneste trabajo, se muestran las experiencias en el desarrollode competencias profesionales básicas de estudiantesuniversitarios, sobre la base de la actividad de normalizaciónde Elementos de Máquinas, que por más de 15 años hanvenido ejecutando un conjunto de profesores y estudiantesdel área de Ingeniería Mecánica en la Escuela PolitécnicaSuperior de Zamora, España y en el Instituto PolitécnicoJosé Antonio Echeverría en La Habana, Cuba.

ALGUNOS ASPECTOS RELEVANTESDE LA NORMALIZACIÓN EN LA INGENIERÍAY VINCULACIÓN DE LOS AUTORESCON EL TEMA

La necesidad de responder a los problemas de la ingenieríade forma rápida y eficaz, hace imprescindible el uso denormas nacionales e internacionales. Estos problemaspueden presentarse en cualquiera de los períodos de diseño,montaje y explotación de las instalaciones o equiposindustriales, ocasionando pérdidas económicas y de tiempoinadmisibles en las condiciones actuales del desarrollo. Espor ello que se hace necesario, dentro de la formaciónprofesional de los futuros graduados, y de los ya egresados,el desarrollo de habilidades en el campo del conocimientoasociadas a la consulta, empleo, ejecución y desarrollo denormas, que les permitan asumir los nuevos retostecnológicos una vez insertados en su medio laboral.

La anterior afirmación pudo ser validada en una encuestarealizada a 200 ingenieros diseñadores, por profesores de laUniversidad de Bath en Inglaterra en 1993 [3], sobre el tipode literatura que consultaban diariamente los diseñadores.La encuesta demostró que las normas y códigos eranexaminadas por el 44 % de los diseñadores encuestados, almenos, una vez al día. Un resumen de los resultados de lamencionada encuesta se observa en la figura 1.

Otro ejemplo de la relevancia de la normalización para losactuales ingenieros y en consonancia con las competenciasnecesarias en los profesionales, pudo ser constatada en elaño 2000 cuando la Academia Nacional de Ingeniería en EUAejecutó una encuesta, entre algo más de 1400 ingenieros,dirigida a seleccionar los 20 mayores logros de la ingenieríaen el siglo XX [4]. Los resultados del informe destacan a lasnormas y códigos entre los 10 primeros logros de la ingenieríaen el pasado siglo.

Fig. 1. Tipo de literatura, en porcentaje, que consultandiariamente los diseñadores.



Sin lugar a dudas, el vertiginoso desarrollo técnico haincrementado la necesidad de establecer normas conespecificaciones y acuerdos racionales que puedan serusados como reglas, orientaciones y normas, que permitanayudar a optimizar las producciones, asegurar que losmateriales, productos y servicios garanticen su propósito, yconstruir equipos y agregados más confortables, eficientesy seguros.

Todo lo antes expresado, resulta más dramático en el casode la enseñanza de los procedimientos de diseño y cálculode máquinas, estructuras y sistemas en general, los cualespor su naturaleza esotérica requieren que la enseñanzaprofesional de la ingeniería se base en un conocimientoprobado y validado en la práctica, el cual en la mayoría delos casos está asociado con experiencias prácticas y normasnacionales e internacionales.

Desde 1992, expertos cubanos de la Facultad de IngenieríaMecánica del Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, realizan trabajos de normalizacióninternacional y emiten sus comentarios en las comisionestécnicas ISO vinculadas al tema de los Elementos deMáquinas. Desde la fundación, en el año 2000, del Comitéde Normalización Nacional de Elementos de Máquinas(CTN 108) por dictamen de la Oficina de NormalizaciónCubana y bajo la dirección de profesores del Departamentode Mecánica Aplicada de la Cujae, los miembros del CTN108 son coordinadores de los trabajos de normalizaciónpertinentes a ese tema. Esta situación ha promovido en elárea de Iberoamérica una posición favorable, en la Secciónde Diseño de Elementos de Máquinas de la Cujae, para eldesarrollo de normas, tecnologías y procedimientosavanzados de cálculo de Elementos de Máquinas, que hapermitido con trabajos en la normalización, en la academiay desde lo curricular, potenciar las competencias de jóvenesfuturos profesionales de la carrera de Ingeniería Mecánica.

Adicionalmente, desde 1997 se ejecuta un intercambioacadémico - investigativo entre profesores de las seccionesde Elementos de Máquinas de la Cujae y Cálculo deMáquinas de la Escuela Politécnica Superior de Zamora enEspaña. El trabajo realizado ha estado encaminado alestablecimiento de procedimientos y normas de cálculo quepropicien las necesarias regulaciones y recomendacionesimprescindibles para el logro de la racionalidad y calidad delos elementos de máquinas en las industrias nacionales,así como el empleo de las novedosas técnicas deoptimización y cálculo computarizado en la síntesis racionalde los elementos de máquinas basados en las normas ISO.Este marco ha sido propicio para la incorporación del trabajoestudiantil en formales proyectos de curso [5,6] y trabajosde diploma de ingeniería [7-9] con énfasis en diseñosavanzados sustentados en Normas ISO. Este hecho, tambiénha creado una situación adecuada para el desarrollo de las

competencias de los futuros profesionales desde la academiay en el marco del trabajo con expertos vinculados a lanormalización nacional e internacional [10,11].

APORTES DE LA ACTIVIDAD DENORMALIZACIÓN EN LA FORMACIÓNDE COMPETENCIAS PROFESIONALESBÁSICAS

Una norma es producto del trabajo que se establece porconsenso y aprobada por las instituciones oficiales conresponsabilidad especifica en la Normalización. Estaposibilita para uso común y repetido un conjunto de reglas,lineamientos o características de las actividades o susresultados, destinados al logro de un grado óptimo de ordenen un contexto dado. Las normas deben basarse enresultados consolidados de la ciencia, la tecnología y laexperiencia, y están destinadas a la promoción de beneficiospara la comunidad.

Los comités técnicos de normalización son órganosintegrados por especialistas de alta calificación y experiencia,representantes de los sectores involucrados en una actividaddefinida que desarrollan la normalización de grupos deproductos o actividades de importancia significativa para laeconomía nacional e internacional.

Los comités técnicos de normalización nacionaldesarrollan, dentro del campo de actividad que les ha sidoatribuido, las funciones siguientes:

• Elaborar propuestas de normas para su adopción comonormas nacionales.

• Estudiar y proponer las respuestas a los trabajos denormalización de las organizaciones internacionales yregionales de normalización a las que la Oficina deNormalización Nacional esté suscrita como miembroparticipante.

• Estudiar documentos internacionales y proponer lasactuaciones oportunas.

• Resolver consultas que sean planteadas sobre cuestionesde normalización.

Los miembros del Comité Técnico deben ejecutar susacciones mediante un trabajo colectivo y consensuado, siendoportadores de los criterios técnicos de sus respectivosorganismos y entidades, pero sobre todo, con un profundoconocimiento de la actualidad científico-tecnológica-comercialdel tema que se trate en la normalización.

En el anterior contexto, es donde se inserta la experienciadel trabajo que se describe en este artículo. Los autoresvaloran de muy positiva la vinculación del trabajo curricular yextracurricular de los alumnos de carreras de ingeniería alconjunto de funciones que desarrollan los comités técnicosde normalización. Debe señalarse, que la vinculación de losestudiantes al trabajo de los comités técnicos denormalización no se hace como miembros activos oficiales,pero en realidad, sus aportes al buen desarrollo del trabajode los miembros es muy digno de reconocer por la valiosaayuda que prestan en la validación de los resultados deexperiencias, el desarrollo de encuestas a expertos, lastraducciones de documentos, la elaboración de



procedimientos consensuales y otras acciones propias deltrabajo intelectual y necesario para lograr un buen productodel trabajo normalizativo.

Retomando las competencias más deficitarias detectadasen el estudio [1] sobre el proceso de reproducción social delos jóvenes profesionales en Cuba (tabla 1) puede serobservado que la mayoría de los aspectos que se señalancomo competencias más deficitarias están asociados a lamala capacidad de los jóvenes graduados de desarrollar untrabajo profesional en grupo. A continuación se comentacómo contribuye el trabajo de la normalización en el desarrollode las competencias profesionales básicas de los estudiantesque se insertan como grupos estudiantiles de apoyo a lasacciones de un Comité Técnico de Normalización.

Expresión oral y escritaLa normalización es una actividad de intensa comunicación

en la cual se usan palabras, gráficos y fotografías sobre labase de un empleo correcto de la expresión oral y escrita.En las reuniones de los comités técnicos de normalizacióny en las sesiones de trabajo de los expertos es prácticausual el desarrollo de un amplio debate en que lacomunicación entre los miembros del grupo es vital. Lapresentación de comentarios, opiniones y puntos de vistaante un auditorio o un grupo de trabajo con miembrospresentes o virtuales (cuando el trabajo se realiza haciendouso del correo electrónico o internet) son accionesenriquecedoras del trabajo de normalización. La práctica dela normalización en los grupos de trabajo requiere unacomunicación efectiva y persuasiva hacia miembros másconocedores y también menos instruidos en el tema objetode discusión.

La escritura de una norma exige una correcta expresiónescrita y una excelente coordinación de ideas. El correctouso del lenguaje técnico nunca es tan bien ponderado comoen el momento de elaborar una primera versión de norma, ymucho más, en los casos en que la norma que se proponees una aceptación de norma internacional o extranjera. Enla figura 2 se muestran las portadas de una Norma Cubanatraducida y editada para ser adoptada como norma nacionalequivalente a una Norma ISO y desarrollada durante unproyecto de curso [5] por un alumno de cuarto año de lacarrera de Ingeniería Mecánica.

El resultado del trabajo de los estudiantes en temas afinescon la normalización afianza en ellos que la comunicaciónde ideas y resultados es un aspecto muy importante en sufuturo trabajo profesional y comprenden que una buena partedel trabajo de los ingenieros se basa en la comunicaciónoral o escrita. La práctica de la vinculación de los gruposestudiantiles de trabajo científico a los comités técnicos denormalización ha demostrado que el alumno reconoce y seesmera en hacer un uso correcto de las palabras clavesdurante el planteamiento de un punto de vista y laorganización de las ideas antes de hacer sus planteamientos.

Por otro lado, aquellos estudiantes que han trabajado enla edición de una norma en idioma inglés han interiorizado lanecesidad de comprender y dominar este idioma con grandifusión en los intercambios técnico-profesionales.

Fig. 2. Portadas de una Norma Cubana equivalente a unaNorma ISO elaborada en el CTN 108.

Otros aspectos que pueden ser destacados, en aquellosestudiantes que han trabajado en la elaboración depropuestas de normas o validación de los resultados que deellas se deriva, es la mejora de la capacidad para latransferencia y generalización de la información y lacompetencia de trabajar en equipo con una fácil comunicacióny colaboración en grupo.

Relaciones interpersonalesDurante el desarrollo de los procedimientos generales de

la actividad de elaboración de normas o validación técnicade los documentos normativos se requiere del intercambiocon expertos del tema y usuarios de las normas.

A menudo, con el objetivo de conocer la necesidad denormalizar un tema determinado se requiere investigar lasnecesidades de incluir un conjunto determinado de normasen el programa de normalización de los comités técnicospara lo cual se requiere de un consenso por entrevistas aexpertos y profesionales para su aprobación. Con estepropósito se necesita en la gran mayoría de los casos lasgestiones para organizar visitas a fábricas, empresas ycentros docentes, entre otras instituciones, con el propósitode establecer un enriquecedor diálogo con personasconocedores del tema.

Es en este sentido, donde los estudiantes colaboradores con elComité Técnico de Normalización deben desarrollar su capacidadpara el establecimiento correcto, adecuado y armonioso de lasrelaciones interpersonales con sus compañeros de equipo y conlos especialistas que aportan sus opiniones en las investigacionesde pertinencia de las normas.

El resultado del trabajo de los estudiantes ha demostradoel desarrollo de las competencias asociadas con las



Fig. 3. Ejemplo de encuesta diseñada para determinar conveniencia de Norma Cubana.

relaciones interpersonales en el trato requerido para elintercambio de opiniones, experiencias y durante el procesode organizar las gestiones necesarias para compilar losestados de opinión y propuestas de las normas que seincluirán en los programas de normalización. Incluso, la formade elaborar las encuestas requiere de ciertas habilidadesdirigidas a que las respuestas no tengan una base subjetivay estén sustentadas en la real necesidad de una norma. Lafigura 3 es un ejemplo de encuesta elaborada por un alumnodurante su proyecto de diploma de Ingeniería Mecánica, [8]para determinar la necesidad de elaborar una Norma Cubanadirigida a establecer orientaciones para el cálculo de lacapacidad de carga estática de cojinetes de rodamiento.

Todo este proceso, requiere que el alumno reconozca laimportancia de establecer una estrategia diferenciada en lasrelaciones interpersonales con sus compañeros de equipos,directivos de entidades de la producción y los servicios,expertos profesionales y gestores de los procesos denormalización.

La experiencia de integrar grupos estudiantiles al trabajode normalización ha permitido comprobar el desarrollo delas relaciones interpersonales de los futuros profesionalesdurante el necesario enfrentamiento de la realidad que lepermita de forma crítica y preactiva una relación conscientecon el conjunto de personas influyentes en las decisionesque promuevan la elaboración de una norma práctica, váliday apegada al consenso de lo mejor de la producción y losservicios de la actualidad.

Utilización de las tecnologías de la información y lascomunicaciones

La computación, la informática, los sistemas de redes, el controlautomatizado, el correo electrónico, la multimedia, son entre otras,los objetos y bases de las tecnologías de la información y lascomunicaciones y constituyen actores fundamentales del progresosocioeconómico. El desarrollo vertiginoso de estas tecnologíasestá ejerciendo una gran influencia en las relaciones económicas,políticas y sociales de la humanidad.

En particular, la incorporación de las tecnologías de lainformación y las comunicaciones a los procesos educativosen la Universidad ha implicado cambios trascendentales enlas esferas de su actividad. Las modificaciones en el procesoeducativo han incluido transformaciones de los modelos deenseñanza aprendizaje con evoluciones de las competenciaspedagógicas y tecnológicas de los profesores, los programascurriculares universitarios y el modo de funcionar de lasinstituciones académicas. En la ingeniería moderna, lautilización eficiente de las tecnologías de la información y lacomunicación constituye una actividad de primer orden enlas competencias demandadas por los profesionalesactuales, si se tiene en cuenta que, a través de ella, se lograun mejor manejo de los procedimientos de captación yalmacenamiento de información especializada y actualizada;el procesamiento adecuado de la información; la produccióny divulgación del conocimiento y la información; así comose refuerza la comunicación y el trabajo colaborativo entrelos grupos de especialistas.



Fig. 4. Centro virtual de recursos para el trabajo en temas de Elementos de Máquinas.

Nuevamente, la experiencia del trabajo con los estudiantesen la normalización permite afirmar que esta actividadpotencia en los futuros profesionales la competencia en lautilización de las tecnologías de información y comunicaciónal tener que hace un empleo consciente del intercambio deopiniones por correo electrónico, trabajar en listas dedistribución y discusión, realizar consulta de bases de datoson-line, compilar módulos de documentos electrónicos enficheros ftp, elaborar documentos en formato pdf , trabajaren centros virtuales de recursos y otros de amplia distribuciónen internet.

La figura 4 muestra el portal Web de miembros de un centrovirtual de recursos utilizado en la actividad de normalizacióny destinado al soporte de información sobre normas deElementos de Máquinas y al intercambio de opinión ycomentarios sobre normas en proceso. Los alumnos delgrupo estudiantil de trabajo asociado al Comité deNormalización Nacional de Elementos de Máquinas son losusuarios principales del sitio y promueven el trabajo en líneade otros miembros.

El trabajo de los estudiantes en el intercambio derivado delas actividades de creación y validación de normas permiteampliar sus experiencias en el uso de las nuevas tecnologíasde la información y la comunicación y reconocer a todosque los cambios derivados de la globalización han favorecidoel uso de estas tecnologías como una necesidad socialimpuesta por el desarrollo tecnológico de la sociedad.

Uso de la computaciónDesde sus inicios, el desarrollo de las computadoras

electrónicas ha influido en gran medida en los procedimientosde cálculo empleados por los ingenieros.

El advenimiento de las computadoras electrónicas, propicióque diferentes programas de computación basados ennormas y procedimientos sustituyeran las tablas y reglasde cálculo empleadas en la ingeniería durante años,permitiendo un sustancial aumento de la rapidez y precisiónde los cálculos. El auge alcanzado por las técnicas decomputación y el empleo de las nuevas computadoras conprocesadores matemáticos cada vez más veloces, posibilitandeclarar el uso de la computación en el conjunto decompetencias demandadas por los actuales profesionales.

En las últimas décadas, los nuevos sistemas decomputación para auxiliar al diseño han sido empleados deforma importante en los cálculos ingenieriles, pero la variedadde sistemas computacionales y las amplias posibilidadesde generación de modelos empleados en los procedimientosde ingeniería requieren de una validación de sus resultadosa partir de cotejarlos con los procedimientos y normasestablecidos por la práctica y la experiencia de años. Esconocido que los resultados de los nuevos sistemas CADson generalmente muy dependientes de la forma degeneración de los modelos geométricos y matemáticos, porello, una práctica usual ha sido la validación de los resultadosde estos potentes sistemas CAD con los procedimientos decálculo derivados de las vigentes normas nacionales ointernacionales.



Fig. 5. Portada del programa de computación para el cálculode engranajes según Normas AGMA.

Fig. 6. Modelo elaborado por el método de elementos finitospara validación de Norma ISO.

La experiencia de integrar grupos estudiantiles al trabajode normalización ha permitido incluir en los trabajoscientíficos de los alumnos un importante vínculo entre losprocedimientos declarados en las normas y la convergenciade los modelos matemáticos o geométricos que empleanen sus investigaciones de ingeniería aplicada.

Son varios los ejemplos de excelentes trabajos de curso ydiploma de fin de carrera que han desarrollado los alumnosasociados a los comités técnicos de normalización dondese destaca la maestría con que aplican importantes métodosmodernos de cálculo y simulación, como el método de loselementos finitos, la técnica de grafos y resolvedores demodelos matemáticos. La figura 5 muestra los datos previosde partida requeridos por un programa de computación parael cálculo de engranajes cónicos según Normas AGMAdesarrollado por alumnos de 4to. año de la carrera deIngeniería Mecánica.

Dominio de los fundamentos y conocimientosteóricos y prácticos de la profesión

La actividad de normalización es la mayoría de las vecesun proceso creativo condicionado por tomas de decisiones.En ocasiones, las decisiones son tomadas con pocainformación y otras con exceso de información y a menudocontradictorias. Por consiguiente, se requiere de un muybuen dominio de los fundamentos y conocimientos teóricosy prácticos de la profesión que aplican al campo de lanormalización en que se ejecuta la acción de creación orevisión de una norma. En este sentido, tiene gran influenciaen el trabajo de normalización el nivel de conocimiento quese tenga en el momento que se propone y discute la normasobre un tema en particular. Una norma puede ser correctaen una situación real para un contexto y tiempo determinado,

pero convertirse en una norma insuficiente o contradictoriacuando aumenten los niveles del conocimiento, la tecnologíay las exigencias sobre el tema objeto de estudio. Estasituación, ha creado la necesidad que las normas deban serrevisadas luego de su aprobación en un plazo prudencialcercano a los 5 años.

En esta situación, mucha validez tiene el resultados deltrabajo de los grupos estudiantiles vinculados a los comitéstécnicos de normalización y orientados al desarrollo demodelos matemático-físicos alternativos, programas decomputación con aplicación de los procedimientos normados,análisis de casos reales de fallo o buen comportamiento deelementos, componentes o sistemas objetos denormalización. En la figura 6 se muestra un ejemplo de unmodelo [12] desarrollado por alumnos de 5to. año de la carrerade Ingeniería Mecánica por el método de los elementos finitosque permitió evaluar los esfuerzos que surgen en engranajescilíndricos y valorar los resultados obtenidos por la NormaISO 6336-3.

La práctica académica y de la ingeniería aplicada hapermitido corroborar que el desarrollo de trabajosextracurriculares dirigidos a verificar la convergencia de lasnormas con los resultados prácticos esperados tienen unagran aceptación por los alumnos en la ejecución de tareasde investigación extraclases, proyectos de curso y proyectosde diploma, que por demás, permiten que el estudiantefortalezca sus competencia en los fundamentos yconocimientos teóricos y prácticos de su futura profesión.

Visión interdisciplinariaLas bases del conocimiento y de la habilidad práctica son

muy amplias. Son muchas las disciplinas que debenconvergir para el desarrollo de un profesional competente.Por ejemplo, la Ingeniería Mecánica implica a variasdisciplinas de amplio espectro como Procesos Tecnológicos,Máquinas Industriales, Energía Térmica, Mecánica de losSólidos, Mecánica de los Fluidos, Electricidad, Automática,entre otras. Esta situación demuestra que la solución de losproblemas actuales en la ingeniería se resiste a un enfoqueespecializado.



Fig. 7. Promedios de notas al concluir los estudios de la carrera de Ingeniería Mecánica de algunos alumnos que integraron losgrupos de estudio e investigación asociados al Comité Técnico de Normalización de Elementos de Máquinas (cursos 2005-06y 2006-07).

De igual forma, el desarrollo de una norma no es un casoaislado, requiere de un conocimiento de la interrelación delobjeto de la normalización con los factores interactuantes.Es muy importante un análisis de sistema y de concurrenciadel conocimiento amplio y general. No es de extrañar, y dehecho ocurre, que muchas normas se interrelacionen conotras de diferentes campos, y además requieran en el trabajode normalización de la convergencia de diferentes ramas delsaber. Esta situación permite al estudiante un reconocimientode las limitaciones que introduce la escasez de una visióninterdisciplinaria y crea la necesidad en el alumno de ampliarsus conocimientos mediante el estudio de otras disciplinasque complementen su capacidad de análisis en sistema.

El trabajo en la normalización potencia en los estudiantesla competencia de una visión interdisciplinaria global a cortoy mediano plazo sobre los aspectos sociales, económicos,tecnológicos y ambientales vinculados al ejercicio de suprofesión. La práctica de la vinculación de los gruposestudiantiles de trabajo científico a los comités técnicos denormalización en tareas propias de propuestas de nuevasnormas y/o validación de otras en existencia ha demostradoque para lograr una norma funcional, el estudiante debe sercapaz de entrelazar su fuente de creatividad, la habilidad decomunicación y la destreza para resolver problemas con elconocimiento de la tecnología y sus principios fundamentales,aunado con el efectivo uso de las recurrentes herramientasingenieriles como las matemáticas, la estadística, lacomputación y la gráfica.

ALGUNOS RESULTADOS DE GRUPODE ESTUDIANTES VINCULADOS ALDESARROLLO DE TRABAJOS DENORMALIZACIÓN

En sentido general, los autores de esta experiencia yposteriormente los empleadores de los jóvenes ingenierosvaloran de muy positiva la vinculación del trabajo curricular yextracurricular de los alumnos de carreras de ingeniería alconjunto de funciones que desarrollan los comités técnicosde normalización.

Debe señalarse, que la vinculación de los estudiantes altrabajo de los comités técnicos de normalización, ademásde mejorar la capacidad de los jóvenes graduados paraconcretar el desarrollo del trabajo profesional en grupo y suscompetencias profesionales básicas, potencia los buenosresultados académicos de los estudiantes durante el cursarde su carrera y les permite la obtención de resultadossuperiores al promedio de los jóvenes graduados en la carrera.Un ejemplo de la anterior afirmación, se observa en losresultados compilados y reflejados en la figura 7, que reportanpara los estudiantes en actividades de normalización valoresde promedio académico superiores a la media de losgraduados en los cursos de la carrera de Ingeniería Mecánica.

Adicionalmente, se reportan comentarios y opinionesfavorables de los empleadores de aquellos alumnos queintegraron los grupos asociados al Comité Técnico deNormalización de Elementos de Máquinas, que ademásejercen su profesión en puestos de trabajos de institucionesy ministerios priorizados por los planes gubernamentales, loque demuestra el positivo aporte en el proceso dereproducción social de los jóvenes profesionales. En laactualidad, algunos de los jóvenes graduados insertadosanteriormente en las acciones de un Comité Técnico deNormalización cumplen sus funciones profesionales como:profesores de la Facultad de Ingeniería Mecánica, expertosdel Ministerio del Interior (MININT) en temas de desastres,ingenieros del Instituto de la Aviación Civil Cubana (IACC),ingenieros del Ministerio de la Industria Básica (MINBAS) yespecialistas de la Agencia Cubana de Derecho de AutorMusical.

CONCLUSIONESLos resultados y experiencias de 15 años de trabajo en la

normalización nacional e internacional de Elementos deMáquinas han promovido una fuerte integración del trabajoacadémico entre profesores y alumnos del área de IngenieríaMecánica en la Escuela Politécnica Superior de Zamora,España y en el Instituto Politécnico José Antonio Echeverríaen La Habana, Cuba.



Han sido y son relevantes los aportes del trabajo interactivode profesionales y estudiantes de las carreras de ingenieríaen los Comités Técnicos de Normalización en la formaciónde competencias profesionales básicas como: buenacomunicación y colaboración, utilización de la computación,y las tecnologías de información y comunicación, visióninterdiscipl inaria y dominio de los fundamentos yconocimientos teóricos y prácticos de la profesión.

Se demuestra que las competencias profesionales básicaspueden ser potenciadas durante la formación profesional conla introducción en el proceso educativo de determinadasactividades prácticas-profesionales asociadas con el trabajode gestión y elaboración de normas nacionales einternacionales. En este sentido, la actividad de práctica enun ámbito académico en que se incluya una reproducciónde los frecuentes problemas de la profesión y la inserción delos alumnos por determinados períodos de tiempo en losprocesos productivos reales de fábricas, talleres y empresasafines a la ingeniería es, sin lugar a dudas, un marco propiciopara potenciar la formación y desarrollo de las necesariascompetencias profesionales que demanda el actual contextode acción del joven graduado de las carrera de Ingeniería.

REFERENCIAS1. IÑIGO BAJOS, E. et al. "El proceso de reproducción

social de los jóvenes profesionales en Cuba. Análisis desu impacto en los graduados de 1996 al 2000". Informeal Ministerio de Educación Superior de Cuba. Centro deEstudios para el Perfeccionamiento de la Educación Su-perior. Universidad de La Habana. Ciudad de La Habana,Julio 2003. 20 pp.

2. PERDOMO PÉREZ, D. "Perfeccionamiento del plan deestudios de la Carrera de Ingeniería Mecánica - Plan D".Informe a la Comisión Nacional de la Carrera de IngenieríaMecánica. Facultad de Ingeniería Mecánica. Instituto Su-perior Politécnico José Antonio Echeverría. Ciudad de LaHabana, Mayo, 2004. 15 pp.

3. COURT, A. W. et al. "A Survey of Information Access andStorage Amongst Engineering Designers". School of Me-chanical Engineering. The University of Bath. InformationReport. ISBN 1 85790004 9. July,1993. 30 pp.

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5. PÉREZ ACOSTA, O. G. "Propuesta de normas cubanaspara módulo y perfil de cremallera básica para engranajes".Director: Gonzalo González Rey. Proyecto de Curso.Facultad de Ingeniería Mecánica. Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría. Ciudad de LaHabana, Julio, 2007. 62 pp.

6. RODRÍGUEZ LINARES, H. "Análisis de seguridad delcable según normas de referencia en equipo para parquede diversiones". Directora: Maria Eugenia GarcíaDomínguez. Proyecto de Curso. Facultad de IngenieríaMecánica. Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría. Ciudad de La Habana, Junio, 2008.

7. HECHEVARRIA MOLINA, O. "Propuesta de NormaCubana: Cojinetes de rodamiento - Capacidad de cargadinámica, a partir de la adopción de la norma ISO 281:2007". Directora: Alejandra García Toll. Trabajo de Di-ploma. Facultad de Ingeniería Mecánica. Ciudad de LaHabana, Julio, 2008.

8. ESQUIVEL DUQUE, A. "Propuesta de Norma Cubana:Cojinetes de rodamiento - Capacidad de carga estática,a partir de la adopción de la norma ISO 76: 1999".Directora: Alejandra García Toll. Trabajo de Diploma.Facultad de Ingeniería Mecánica. Ciudad de La Habana,Julio, 2005. 102 pp.

9.FLORES IGLESIAS, Á. y DOMÍNGUEZDOMÍNGUEZ, J. "Proyecto de programación de unamacro para el diseño de engranajes y posterior estudiode tensiones". Trabajo de Diploma. Director: PabloFrechilla. ESP. de Zamora, Universidad de Salamanca.Zamora. España, Junio, 2004.

10. GONZÁLEZ REY, G. "10 Años de trabajo en lanormalización internacional de engranajes". En Memoriasdel Forum Provincial de Ciencia y Técnica en Ciudad deLa Habana. Formato electrónico pdf en CD. Ciudad deLa Habana. Octubre, 2004.

11. _________. "Experiencias y Resultados del Trabajo comoExperto en la Normalización Internacional de Engranajes".En Memorias del 6to. Taller Nacional de Proyectos deIngeniería y Arquitectura. Unión Nacional de Arquitectose Ingenieros de la Construcción de Cuba. Formatoelectrónico pdf en CD. Ciudad de La Habana. Diciembre,2004.

12. PINTO MARTÍN, I. y RAMOS GUILLOU, D."Determinación de tensiones mediante la aplicaciónde elementos finitos en engranajes". Trabajo de Di-ploma. Director: Pablo Frechilla. ESP. de Zamora,Universidad de Salamanca. Zamora, España, Julio2005. 171 pp.

AUTORESGonzalo González ReyIngeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas, ProfesorAuxiliar, Facultad de Ingeniería Mecánica, Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba.Presidente del Comité de Normalización Cubano deElementos de Máquinas. Miembro Académico AGMA eISO/TC60.

http://www.asmenews.org/archives/backissues/



AbstractThe following article shows that work done on the standardization results in the cultivation of professionalcompetence among engineering students. In particular, professional competence can be consideredas: good communication and interpersonal skills, computer literacy, ability to work in team and todominate well those principles and practices that define a good professional. Also, the StandardizationCuban Committee of Machine Elements (CTN-108) shows that it helps to instil professional competencein those students of the career mechanical engineering.

Key words: professional competence, standardization, learning, mechanical engineering

The Activity of Standardization and the Development of

Professional Competence in Engineering Students

Alejandra Elena García TollIngeniera Mecánica, Máster en Ciencias, Profesora Auxiliar,Centro de Estudio de Ingeniería de Mantenimiento, Facultadde Ingeniería Mecánica, Instituto Superior Politécnico JoséAntonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba. Miembro delComité de Normalización Cubano de Elementos de Máquinas.

María Eugenia García DomínguezIngeniera Mecánica, Máster en Ciencias, Profesora Auxiliar,Facultad de Ingeniería Mecánica, Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba.Miembro del Comité de Normalización Cubano de Elementosde Máquinas.

Pablo Frechilla FernándezIngeniero Mecánico, Catedrático del Departamento deIngeniería Mecánica y Civil. Escuela Superior Politécnica deZamora. Universidad de Salamanca. España.

Recibido: diciembre del 2010 Aprobado: febrero del 2011


Potencial y efectividad de las TIC:Algunas lecciones aprendidasen el intento de su integraciónal proceso de enseñanza-aprendizaje

ENSEÑANZA

ResumenEn la actualidad se presentan diversas experiencias de empleo de las tecnologías de la información y lascomunicaciones (TIC) en los procesos formativos y si bien aún son insuficientes los estudios y lasevidencias, del efecto que a ellas se les puede atribuir en el proceso de enseñanza-aprendizaje (PEA),muchos investigadores debaten con entusiasmo sobre el tema en sus trabajos. De mucho interésresulta el balance entre las posibilidades que ellas encierran para la educación y el efecto transformadorlogrado y por alcanzar en la práctica pedagógica. Las autoras de este trabajo intentan explicar consentido histórico, regularidades reconocidas por especialistas en la temática, que desde diferentes alien-tos teóricos, clasificaciones y experiencias prácticas, se esfuerzan por orientar la controvertida realidadentre los niveles de uso y el efecto de las TIC en la formación, así como por una integración de las TIC querepresente mejoras en el PEA en las instituciones de educación superior a la altura y exigencias delmundo actual. A partir de este análisis y por la experiencia acumulada en poco más de diez años, secomparten en las conclusiones, un conjunto de ideas como lecciones aprendidas, que confirman conve-nientemente las decisiones tomadas.

Palabras clave: uso y efectividad de las TIC en la educación, integración de las TIC al procesode enseñanza aprendizaje

Elsa Herrero TunisCorreo electrónico:[email protected] Hernández RabellCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNAcercamiento al eje de la discusiónMucho se ha hablado del impacto de las TIC (tecnologías

de la información y las comunicaciones) en el mundoeducativo. Los análisis alrededor del tema han abarcado,desde las grandes expectativas creadas con su advenimientoal contexto escolar, hasta la representación de un nuevoparadigma para los procesos de aprendizaje en su sentidomás amplio.

Entre las tendencias que más se ponen de manifiesto, seidentifican desde lo educativo los cuatro aspectos explicadosa continuación.

En las políticas se aprecia una alineación de estrategiasinstitucionales con las necesidades de formación de losprofesores y de innovación en la práctica educativa; así comola formación de equipos multidisciplinarios para trabajar enlas soluciones.

En los marcos regulatorios, el cambio en las normativaso reglamentos de programas y planes de estudio, cambiohacia una mayor flexibilidad en la forma de registrar lapropiedad intelectual (Licencia Creative Commons).

En los modelos pedagógicos: se hace cada vez másfuerte el movimiento hacia los aprendizajes o modelos mixtos,que combinan las actividades presenciales y los estudios adistancia apoyados en la red.



Potencial y efectividad de las TIC: Algunas lecciones aprendidas en el intento de su integración al proceso de enseñanza-aprendizaje


En los actores: es inevitable el cambio de rol de losprofesores y el proceso de enseñanza-aprendizaje centradoen el aprendiz.

Desde lo tecnológico se destacan sobre todo doselementos:

En las herramientas y recursos: la incorporación deherramientas de software libre, la estandarización decontenidos y la creación de repositorios de objetos deaprendizaje, que facilitan el compartir recursos, promuevenuna cultura de trabajo colaborativo, reducen costos yesfuerzos y permiten la reutilización de los materialesproducidos.

El impacto de las redes sociales y la Web 2.0: en lacomunicación y en la formación, así como su inserción en laactividad académica.

Sin embargo, al cabo de más de quince años de asumir elciberespacio como un nuevo escenario de formación y laconformación de los tan mencionados entornos o espaciosvirtuales de aprendizaje (EVA) o entornos virtuales deenseñanza-aprendizaje (EVEA), las apuestas por las TIC,están muy por debajo de lo que con ellas se ha logrado.

Un análisis más profundo y objetivo, de cara a experienciasobtenidas, ha traído a la superficie el dilema de la relaciónentre el potencial que encierran estas tecnologías en laeducación y la efectividad que se puede lograr con las mismasen los procesos formativos.

DESARROLLOCuatro visiones del mismo problemaSon cuatro los autores seleccionados para desarrollar esta

investigación; aunque no son los únicos especialistas quepueden haber profundizado en el tema ni las ideas oreflexiones, alrededor de las cuales debe girar el análisis. Elcriterio para su selección se apoya en el estudio realizadode sus obras y la identificación que con sus posicionesasumen las autoras, referidas a las características dele-learning, configuración de nuevos escenarios con las TICy EVEA, buenas prácticas con TIC enfatizando en laimplicación del profesorado y diferentes niveles deintegración de las TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

El primero de estos estudios, por orden cronológico y porser de instituciones que realizan investigaciones periódicasen el ámbito educativo, es "Tecnologías para la Educación",elaborado por la UNESCO y la Academia de DesarrolloEducacional (AED) de los EE.UU. [1]

En una fecha relativamente temprana como el año 2002,se mencionan en este estudio siete parámetros que debenser atendidos, para que con todo el potencial que estastecnologías representan se logre efectividad, ellos son: [1]

1. Política educacional . La tecnología es unaherramienta. Las decisiones que se deban tomar en elproceso educacional atenderán primero los objetivos,

metodologías, roles del profesor y estudiantes antes que lasdecisiones acerca de la tecnología apropiada. La efectividadde diferentes niveles de complejidad en el uso de las TICdepende en gran medida de los roles que asumen profesoresy estudiantes en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Lainversión en tecnología debe estar sustentada en un cambiodel rol del profesor (menos como transmisor y más de guía,tutor y facilitador) y en un papel más activo del estudiante.

2. El enfoque. Para materializar su potencial, lastecnologías deben promover la innovación y el cambio entodos los niveles del ambiente escolar. Hay que repensarlos objetivos de aprendizaje y las metodologías de enseñanzay alinear las tecnologías con ellos. Hay una diferenciasustancial entre utilizar la tecnología como complemento delos modelos actuales para hacerlos más eficientes e integrarla tecnología a todo el sistema educacional para llevar acabo una verdadera reestructuración y reingeniería.

3. Infraestructura. La tecnología no es solo lacomputadora y el acceso a Internet. Debe definirse latecnología necesaria en función de los objetivoseducacionales, identificando las más apropiadas, con criteriosde la relación costo-efectividad y sostenibilidad.

4. Los contenidos. No tiene sentido adquirir tecnología sino se tienen los contenidos para llenar estos canales. Lapregunta será si adquirir materiales ya preparados oelaborarlos en cada caso. La respuesta no es sencilla ydeberán tenerse en cuenta factores tales como grado deadecuación, tiempo disponible, relación costo-efectividad.

5. Personal comprometido y entrenado. Las personasinvolucradas en integrar las tecnologías en el proceso deenseñanza-aprendizaje deben estar convencidas de su valory entrenadas para su aplicación.

6. Recursos financieros. Adquirir la tecnología es elprimero de una serie de elementos que en última instanciaharán este proceso sostenible y beneficioso en su conjunto.No deben crearse falsas expectativas con el hecho de quecada día las tecnologías (específicamente la computadora)a la vez que se desarrollan abaratan su precio, sin tener encuenta que el mantenimiento y apoyo técnico son los quedarán continuidad al proceso educativo apoyado soportadoen la tecnología.

7. Integración. El éxito de las TIC en la educacióndepende de cómo ellas se introduzcan en el sistema. Hayalgunas opciones estratégicas, la primera: las TIC puedenser usadas como un nivel adicional, que deje intacto elsistema vigente pero que adicione equipamiento y softwarepara enriquecerlo; la segunda: las TIC pueden ser valoradascomo parte integrante del sistema vigente. En esta opciónel proceso involucra objetivos de aprendizaje articulados,traducción de objetivos estándares a actividades deenseñanza-aprendizaje, producción de materiales educativosmultimedia, entrenamiento de profesores, establecimientode una red de comunicación y distribución, evaluación del

Elsa Herrero Tunis - Lourdes Hernández Rabell


programa; la tercera opción: Las TIC pueden ser introducidasa través de un sistema paralelo, como educación a distancia.Esta opción puede ser usada en aquellos casos en que lasescuelas no esten disponibles o las personas no puedaninvolucrarse en los cursos regulares por ser trabajadores oadultos.

Con relación a este último parámetro, al cual el estudio lellama integración, debe apuntarse la evolución significativaque el mismo ha tenido en los momentos posteriores a esafecha y los actuales, situados en el eje de las discusionesen cuanto al alcance de lo que verdaderamente debeconsiderarse "Integración de las TIC" en la esfera educativa.Más adelante se hace una valoración al respecto.

Los tres autores restantes, son especialistas españoles,con diversas experiencias pero también con una idea básicacomo premisa: ¿Sobre qué aspectos se debe colocar el puntode mira para lograr mejores resultados en la integración delas TIC? Julio Cabero, en su artículo "Bases pedagógicasdel e-learning" se refiere a estos aspectos como "variablescríticas a las que debemos prestar atención para realizaruna acción educativa de calidad apoyada en las redes". [2]Ver figura 1.

en este tipo de formación: "el olvido de las variables críticas,demasiado centrado en la tecnología, lo mismo que antespero con tecnología y falta de buenos materiales". [3]

Por su parte Ángel Cobo, de la Universidad de Cantabria,desarrolla su enfoque a partir de la definición de factores deriesgo del e-learning, entre los que distingue: [4]

• Implementar proyectos de e-learning simplemente porno quedarse a la zaga del desarrol lo tecnológico(tecnocentrismo, elección de la plataforma tecnológica antesde diseñar un modelo pedagógico).

• Entender el e-learning como un mero cambio en el soportefísico de los materiales docentes.

• Exigencia de un alumnado con mayor motivación.• Elegir una metodología adecuada.• Estrategia y táctica de implantación.• No todo se puede enseñar a distancia.• Riesgos tecnológicos (ancho de banda, fiabilidad de la

tecnología, competencias tecnológicas).• No tener en cuenta al usuario final.Un análisis en profundidad de estos llamados factores de

riesgo del e-learning, permite encontrar puntos de contactocon las posiciones ya presentadas, ya sean los parámetrosidentificados por la UNESCO o las variables críticas de J.Cabero. Cuando la UNESCO habla de enfoque, Cabero serefiere a estrategias didácticas y Cobo a metodología, peroen esencia los tres apuntan a poner en su justo lugar elproblema pedagógico y didáctico con relación al tecnológico,a definir la función y el valor que debe tener la herramientatecnológica, insertada y configurando un modelo pedagógicoque busca la innovación educativa a partir precisamente dela verdadera integración de esa tecnología. En el enfoque deeste autor, aflora además un tema que es hoy objeto deamplio debate: la factibilidad o no de extender los modelosde educación a distancia apoyados en las TIC a todo tipo decurrículo.

Desde el punto de vista de las autoras, para poder distinguirla propia tecnología como factor de riesgo, Cobo ha tenidoque enfocar la misma desde dos dimensiones: una en quela tecnología configura el entorno de formación, actúa comoagente mediador y en la otra desde sus cualidades técnicas,necesarias para que el entorno funcione con calidad.

Por último, para completar una visión del mismo problema,el especialista en la temática Pere Marquès [5], hace unanálisis de los inconvenientes de las TIC desde la perspectivadel proceso de aprendizaje, el estudiante, el profesor y lainstitución educativa; de todo ello hace una síntesis, y declaraun conjunto de limitaciones de las TIC en el proceso docenteque las autoras refieren en la tabla 1.

Sin temor a equivocación, se puede afirmar, que lasvaloraciones obtenidas de estas cuatro fuentes, se acercanbastante a los análisis que la comunidad científica debatehoy, alrededor del dilema planteado al inicio de este artículo:la relación entre potencialidad y efectividad de las TIC en laeducación.

Fig. 1. Variables críticas de la formación en red. [2]

Cabría preguntarse, ¿Por qué la propia tecnología no esconsiderada variable crítica? Así lo explica Cabero: Se partede un proceso formativo mediado por la tecnología, procesoque se desencadena a partir de un entorno con determinadadisponibilidad tecnológica, en lo posible amigable y flexible,que presupone un nivel básico de competencias de losactores en el uso de las TIC. Por lo tanto, la calidad y eficaciade los procesos no dependerá tanto de determinantestecnológicos, sino mas bien pedagógicos y didácticos.

El autor reafirma sus ideas en la presentación "Buenasprácticas de formación on line" realizada en el marco de lasII Jornadas Internacionales de Campus Virtuales enAndalucía, en septiembre de 2010. A partir de un análisis delas investigaciones en este campo, de experiencias debuenas prácticas y de los estudios conceptuales sobre laformación en red, Cabero apunta que todavía se manifiestan



Los temas, identificados como de mayor coincidencia entrelos especialistas, se relacionan con: el peligro deltecnocentrismo; la necesidad de incorporar estrategiasdidácticas propias para aplicar las TIC, sin replicarmetodologías obsoletas; contenidos de calidad en cuanto avolumen, pertinencia y estructura; verdadera apropiación delcambio de rol por los profesores y su responsabilidad enestablecer una real y sistemática comunicación con losestudiantes; políticas institucionales alineadas con lasnecesidades y el contexto de la institución educativa y laprofundización de la preparación pedagógica de losprofesores.

Hacia una concepción de integración de las TIC en elproceso de enseñanza aprendizaje

Para cualificar el arribo de las TIC al ámbito educativo sehan utilizado con mucha frecuencia denominaciones talescomo: introducción, uso, aplicación, asimilación eintegración. Casi todas ellas, con un sentido evidente de laidea que se quiere trasmitir: los primeros momentos son deintroducción, de contar con dotación técnica que permitaentonces usar y aplicar, acumular prácticas con TIC y enese camino asimilar las tecnologías en el proceso formativo.Este orden expresa una secuencia, con un carácter lógico:primero hay que introducir, después usar y aplicar, que puedellevar incluso a una asimilación de las TIC en el referidoproceso.

Sin embargo, es significativo que desde hace un tiempose puede encontrar en la literatura y en la producción científicasobre este tema, una clara referencia a la idea de laintegración de las TIC, ya sea en el currículo, como en elproceso formativo, o integrar las TIC en educación.

Si se analiza el sentido con que se utiliza el términointegración, es obvio que una buena parte de lasinvestigaciones en este campo dan por sentado, que parapoder llegar a integrar las TIC en el proceso de formación esnecesario pasar por una serie de momentos, entre los quees posible encontrar la introducción y la aplicación, a lo cualya se hizo alusión.

Pero no en todos los casos es esa la visión, al comienzode este artículo se aprecia cómo el estudio referido de laUNESCO, [1] identifica la integración como uno de los sieteparámetros a atender, y lo asocia a formas o modalidadesde uso de las TIC en el contexto educativo.

Manuel Area, especialista de la Universidad de la Laguna,se refiere así a "Integrar las nuevas tecnologías en el sistemay cultura escolar: (…) implicará necesariamente realizarimportantes inversiones económicas en dotación de recursostecnológicos suficientes para los centros educativos y en lacreación de redes telemáticas educativas; desarrollarestrategias de formación del profesorado y de asesoramientoa los centros escolares en relación con la utilización de lastecnologías de la información y comunicación con fineseducativos; concebir los centros educativos como instanciasculturales integradas en la zona o comunidad a la quepertenecen poniendo a disposición de dicha comunidad losrecursos tecnológicos disponibles en los centros; planificary desarrollar proyectos y experiencias de educación virtualapoyadas en el uso de las redes telemáticas así comopropiciar la creación de comunidades virtuales deaprendizaje; creación de webs y materiales on line de modoque puedan ser utilizados y compartidos por diferentescentros y aulas". [6]

En la experiencia de Elsa Herrero, una de las autoras deeste trabajo, las primeras ideas sobre una concepción deintegración, la abordó desde la unidad (que podría catalogarcomo relación dialéctica) de la dimensión pedagógica ytecnológica en la elaboración de nuevos modelos deformación, así como la posibilidad de llegar a producirelementos de innovación. Sobre esta base, se constituyó elPrograma de Teleformación, implementado desde el año 2003en el Instituto Superior Politécnico José Antonio EcheverríaCujae, en La Habana, que se ha propuesto como objetivo:"Desarrollar acciones de diseño e implementación demodelos de formación innovadores con la aplicación de lasTIC, que integrando concepciones pedagógicas ytecnológicas generen nuevas modalidades y aumenten lacalidad de los procesos de enseñanza-aprendizaje en elpregrado y posgrado y en la universalización de laenseñanza". [7]

Sin embargo, en muchos escenarios, comúnmente seencuentra la referencia a integración, en el sentido genéricode la palabra y como un proceso evidente que debe ocurrircon las TIC en los escenarios educativos que no requieremayor explicación. En opinión de ambas autoras, el estado

Tabla 1Limitaciones de las TIC [5]

1 Pueden suponerDesánimo, tiempo, ineficacia,costes

2 ExigenEspacios, software, hardware,organización

3 Información Mucha, parcial, dispersa, fiable

4 Comunicación Lenta, rígida, excesiva

5 Instrumentos Cambios continuos

6Materialesdidácticos

Calidad, guías

7 ProfesorFormación didáctica, técnica,práctica

8 Estudiantes Habilidades, motivación

9 Entornos Fáciles, orientan, motivan

10Control decalidad

Trabajos, títulos, sistema



actual del problema requiere definir con claridad y profundidadel significado y la trascendencia de la "integración de lasTIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje", explicando losingular y propio de su alcance en el contexto educativo.

Ante todo hay que asumir la integración como un procesocon determinada estructura, con etapas o momentos y nivelesa alcanzar, que apunten a las variables y dimensiones quedeben ser investigadas. Un esquema muy difundido, aceptadoy con muchos puntos de contacto con lo que muestra laliteratura al respecto es el del Proyecto ACOT (AppleClassroom of Tomorrow). Este esquema plantea que losprofesores en el proceso de integración transitan a través decinco etapas: entrada, adopción, adaptación, apropiación einvención. [8]

Por ejemplo, en el Programa de Teleformación de la Cujaeestán previstas un conjunto de etapas por las que transitaun profesor en la transformación de su proceso de enseñanzaaprendizaje y este programa prevé el apoyo en cada una deellas, en este sentido puede decirse que existe unacorrespondencia con el esquema de etapas de ACOT.

En relación a distinguir niveles, Pere Marquès describecuatro niveles de integración de las TIC: [5]

Nivel 1: Alfabetización en TIC y su uso como instrumentode productividad (Aprender SOBRE las TIC).

Nivel 2: Aplicación de las TIC en el marco de cadaasignatura (aprender DE las TIC).

Nivel 3: Uso de las TIC como instrumento cognitivo y parala interacción y colaboración grupal (aprender CON las TIC).

Nivel 4: Instrumento para la gestión administrativa y tutorial.Otro aspecto importante se refiere a distinguir las

cualidades que deben caracterizar "La integración de lasTIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje": debe ser unproceso paulatino, progresivo, escalonado, cíclico, que ensu devenir permita alcanzar nuevos logros, quizás no grandesen términos de magnitud, pero sí cualitativamente superioresen relación a la etapa anterior y asociado a una variable enespecifico, de las que se han definido en el proceso deintegración.

Para comprender esta idea, se puede tomar como ejemplopara el análisis, lo que sin dudas se distingue como unavariable fundamental: la transformación que debe experimentarel profesor en este proceso. En una primera etapa esnecesario desarrollar acciones de capacitación en TIC, loque es requisito indispensable para que el profesor puedacomenzar a preparar su asignatura apoyado en estastecnologías, y poco a poco transformar los códigos habitualespor aquellos recursos audiovisuales, de comunicación,interactividad u otros que la tecnología es capaz de ofrecerley pueden introducirse de manera coherente en su materia.Estableciendo un paralelo con esta etapa, es lo que PereMarquès llama "alfabetización en TIC y su uso comoinstrumento de productividad".

Sin embargo, el hecho de que los profesores se capaciteny adquieran habilidades en el uso de las TIC, no implica quede manera inmediata ellos logren transformar su asignatura;lo que probablemente ocurra en la etapa inicial será seguirlos estilos y metodologías tradicionales con las nuevastecnologías. Y este fenómeno no solo es lógico, sino quenecesita ser hecho consciente por todos los implicados; elcambio cultural que significa apropiarse de la nueva tecnologíay utilizarla como instrumento de transformación requiere untiempo mucho mayor que el que necesita la tecnología paradesarrollar nuevas herramientas y aplicaciones.

El logro está en llegar a producir un cambio, encontrar lonuevo que las TIC puedan aportar al proceso docente, lallamada innovación educativa con las TIC. Y en esto radicaotro aspecto esencial del proceso de integración de las TIC:la transformación.

En el estudio sobre la sistematización de los antecedentesde la integración de las TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje el investigador Juan F. Cabrera [9] distinguecomo regularidades: que transcurre en el seno del procesode enseñanza aprendizaje, se manifiesta como un proceso,depende de múltiples factores institucionales, implica lareflexión constante de los profesores, y está orientada a latransformación del proceso de enseñanza aprendizaje.

Este mismo autor aporta su propia definición de integraciónde las TIC al proceso de enseñanza-aprendizaje: "Procesocontextualizado, sistémico, continuo y reflexivo, orientado ala transformación de la práctica pedagógica y en el seno delos procesos que conforman el PEA, con la finalidad deincorporar armónicamente las tecnologías de información ycomunicaciones apropiadas para satisfacer los objetivoseducativos". [9]

Este pequeño esbozo del tema de integración de las TICpudiera cerrarse con las cinco claves para una buenaintegración de las TIC en los centros docentes, que pone aconsideración Pere Marquès a partir de los resultados delgrupo de investigación Didáctica y Multimedia delDepartamento de Pedagogía Aplicada, Facultad de Cienciasde la Educación de la UAB [5]. Estas cinco claves son:

• Bases tecnológicas necesarias.• Coordinación y mantenimiento de los recursos TIC.• Recursos didácticos.• Decidido apoyo del equipo directivo y compromiso de la

comunidad educativa.• Adecuada formación del profesorado en didáctica digital.

Principales experiencias del Programa deTeleformación de la Cujae en la integración de lasTIC al proceso de enseñanza-aprendizaje

El Programa de Teleformación en la Cujae ha avanzado através de cuatro líneas de investigación que guardan unaestrecha relación entre sí: Modelos pedagógicos deformación; Producción de materiales didácticos digitales;Superación de los profesores en el uso de las TIC yHerramientas informáticas y Plataformas para la gestión delos entornos virtuales de aprendizaje. Estas líneas se hanmaterializado en un conjunto de proyectos, cuyos resultados



aportan regularidades desde el punto de vista teórico yproductos de aplicación directa en el contexto universitario.

En el proceso de investigación desarrollado en esteprograma se ha manifestado una regularidad esencial: todoslos resultados están asociados a la concepción de integraciónde los aspectos pedagógicos y tecnológicos para eldesarrollo de la formación de pregrado y posgrado aplicandolas tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC),plasmados en modelos sostenibles que utilizan los mediosy herramientas en función de los objetivos previstos, de lascaracterísticas de los estudiantes, de la concepción delproceso de aprendizaje y del escenario donde se desarrollala formación.

El proceso de construcción teórica ha asumido comoposición distintiva la concepción didáctica de muchos delos grupos de investigadores cubanos: la didácticadesarrolladora desde el enfoque histórico-cultural. En el marcode la misma se hace énfasis en el concepto de mediación yel papel de los nuevos signos y símbolos de la tecnologíapara los procesos de enseñanza-aprendizaje. Estaconcepción se enriquece con un enfoque electivo, que tomade otras tendencias pedagógicas elementos que lacomplementan. Desde la dimensión pedagógica y didácticase utiliza el concepto de rediseño para distinguir el procesode transformación de una disciplina o asignatura con laintegración de las TIC.

Puede destacarse como resultado obtenido en esteprograma una sucesión de modelos pedagógicos para: laeducación a distancia en el posgrado, la modalidadpresencial que utiliza las TIC como apoyo del trabajoindependiente del estudiante, la modalidad semipresencialcomo una variante de los modelos mixtos. Estos modelosson: Universidad Virtual Cujae (UVC), Universidad para laAutoeducación Cujae (UAC), Modelo de Teleformación parael Pregrado, y Modelo Mixto para los Programas Académicosde Amplio Acceso de la Educación Superior (PAAA-ES).

Cada uno de estos modelos, cuenta a su vez con unasalida práctica, materializada en cursos en formato digital,con soporte en CD para trabajar off line y/o incorporados alentorno virtual de enseñanza-aprendizaje para trabajar enlínea. Se cuenta con más de 50 productos avalados porindicadores de calidad, establecidos por un grupo técnicoespecializado, encargado de la producción. Las experienciasobtenidas en la implementación de estos cursos y por endede los modelos que los sostienen, han permitido identificarfortalezas y debilidades y dar un rumbo adecuado al procesoinvestigativo.

La superación de los profesores ha contado con diversasmodalidades, desde talleres presenciales hasta blog deconsultoría en línea, con diferentes niveles de partidaatendiendo a la preparación de los profesores y los objetivosy funciones con los que se incorporan al proceso deintegración de las TIC. Los ciclos de superación hanpuesto de manifiesto la necesidad de elevar la maestríapedagógica de los profesores en aras de aprovechar las TICen todas sus potencialidades para el rediseño de lasasignaturas del currículo.

Los resultados del programa se han evidenciado en laproducción y experimentación de un conjunto de herramientas

para el trabajo docente y científico entre profesores, yprofesores y estudiantes. Tal es el caso de los centrosvirtuales de recursos, que han dado lugar a más de 380comunidades virtuales, para asignaturas de las carreras deingeniería y para el trabajo de grupos de investigación de launiversidad.

CONCLUSIONESPrimeras lecciones aprendidasEn el camino recorrido hasta el momento, un poco más

de diez años, de intentos de introducir primero, aplicar acontinuación, integrar después las TIC al proceso deenseñanza-aprendizaje y repetir esta secuencia, se puedehablar de algunas primeras lecciones aprendidas. Estasseguramente coincidirán con las de muchos investigadoresy no serán nada nuevas, pero sí tienen el valor de haber sidocomprobadas en la práctica pedagógica, en las experienciasobtenidas del Programa de Teleformación de la Cujae, y sesuman a las de muchos colegas identificándose con las deellos, para de alguna forma corroborar la sensatez de lasdecisiones tomadas.

Las lecciones:Lección 1: La velocidad a la cual evoluciona la tecnología

y la disponibilidad de nuevas herramientas puede poner enpeligro el justo equilibrio entre la dimensión pedagógica ytecnológica del proceso de formación. Nunca será ociosorecordar y esclarecer entre todos los profesores que asumenesta misión, la necesidad de conocer las regularidades yleyes del proceso pedagógico, en el cual la tecnología seinserta como herramienta y se pone a su servicio.

Lección 2: No basta comprender esta posición de partida,el profesor debe sentir la necesidad de integrar las TIC, yasea porque su práctica pedagógica está carente o deficienteen algún sentido o los cambios en el currículo lo obligan aintroducir cambios. Sin necesidad sentida no se tendrá masacrítica de profesores incorporados al proceso de integraciónde las TIC.

Lección 3: Siempre hay pioneros, profesores con deseosde innovar, de traer la tecnología al proceso de enseñanza-aprendizaje, pueden ser pocos, pero hay que trabajar conellos, estimularlos, darles la misión de multiplicadores ensus colectivos.

Lección 4: Hay que identificar los profesores quedesarrollan buenas prácticas, hay que difundirlas y conformarbancos de ejemplos y estudios de caso, que sirvan de patróna otros profesores. Ser un usuario medio o avanzado en eluso de las TIC no garantiza la producción de materiales ytransformación de las materias hacia la innovación.

Lección 5: La transformación de una asignatura o disciplinacon la integración de las TIC debe enfrentarse como unproceso de verdadero rediseño. A lograr este propósito debecontribuir un diseño didáctico innovador que aproveche todolo que la tecnología es capaz de aportar a la producción denuevos materiales, y en paralelo un apoyo y acompañamientode asesores y técnicos al profesor en esta labor.



Lección 6: Mientras más avance el proceso de integraciónde las TIC y la introducción de nuevas herramientas, máscrecerá la necesidad de preparar pedagógicamente alprofesor. El éxito de la transformación de una asignatura odel proceso de enseñanza aprendizaje con las TIC tiene unarelación muy estrecha con la capacidad del profesor de definirlas funciones pedagógicas y didácticas de la herramientatecnológica en su práctica. Un profesor bien preparado,conocedor de su ciencia y de los métodos y estrategias delcómo se enseña y se aprende, puede tener buenosresultados en este empeño con una buena capacitación enel uso de las TIC. Un profesor con competencias tecnológicas,pero poco experimentado en la práctica pedagógica de sudisciplina, muy poco logrará en el empeño de integración delas TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

Lección 7: Otra lección de equilibrio. Pero ahora se tratade las políticas. Las decisiones institucionales para integrarlas TIC deben ir a la par de las decisiones científicas tomadasen los colectivos docentes, donde se quiere lograr lainnovación. Si la institución quiere que sus profesores acudana las TIC, entonces debe apoyarlos y crearles las condicionesnecesarias, si los profesores están convencidos de lanecesidad de integrar las TIC, deben llevar y defender susideas ante los decisores institucionales. No es aconsejableun desbalance en cualquiera de estas dos fuerzas.

REFERENCIA1. UNESCO and Academy for Educational Development

(AED); "Technologies for Education" Knowledge EnterpriseInc. Washington, D.C., p. 13-16, 2002.

2. CABERO, J. Revista Universidad y Sociedad delConocimiento (RUSC), [artículo en línea]. Vol. 3, n.° 1.UOC "Bases pedagógicas del e-learning". [ref. de 2006.Fecha de consulta: 09/09/10]. Disponible en Web: http://www.uoc.edu/rusc/3/1/dt/esp/cabero.pdf

3. ______. "Buenas prácticas de formación on line". En 2dasJornadas Internacionales. Presente y Futuro de laFormación Virtual Universitaria en España: CampusVirtuales 2.0, 2010. Granada, España.

4. COBO, A. "Entornos virtuales de enseñanza aprendizaje:Experiencias prácticas". Conferencia especial. En III TallerEuropeo- Latinoamericano de Sistemas de Ingeniería.2007. Universidad de Talca, Chile.

5. MARQUÈS, P. (última revisión: 4/08/10)" Impacto de lasTIC en Educación. Funciones y Limitaciones". RevistaDIM. Facultad de Educación (2000). UAB. España.

6. ÁREA, M. "Problemas educativos generados por laomnipresencia tecnológica" (fragmento). Manual deTecnología Educativa (2000:4). Universidad de la Laguna,España.

7. HERRERO, E. Programa de Teleformación, Centro deReferencia para la Educación de Avanzada (CREA), Cujae.

[Documento en línea]. (2003:2).http://teleformacion.cujae.edu.cu/portalteleformacion

8. DWYER, D. Changing the conversation about teaching,learning and technology: A report on 10 years of ACOTresearch. Cupertino, CA: Apple Computer.1995

9. CABRERA, J. "Modelo de Centro Virtual de Recursospara contribuir a la integración de las tecnologías de lainformación y las comunicaciones en el proceso deenseñanza-aprendizaje en el Instituto Superior PolitécnicoJosé Antonio Echeverría". Tesis de Doctorado, La Habana,Cuba. 2008.

AUTORASElsa Herrero TunisLicenciada en Educación, Especialidad Química, Doctoraen Ciencias Pedagógicas, Profesora Titular, Centro deReferencia para la Educación de Avanzada (CREA), InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, LaHabana, Cuba

Lourdes Hernández RabellLicenciada en Educación, Especialidad Matemática, Doctoraen Ciencias de la Educación, Profesora Titular, Departamentode Matemática, Facultad de Ingeniería Mecánica.Vicerrectoría de Investigación y Posgrado, Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba

http://www.uoc.edu/rusc/3/1/dt/esp/cabero.pdf



AbstractToday, there are different opinions on the use of information technology and communication (ITC) inthe learning process and while there are insufficient study and evidences on the topic, many researchersdiscuss the topic with great enthusiasm with regards to the fact that ITC helps in the teaching –learning process (TLP). Interestingly, there is a balance between the possibilities that ITC holds foreducation and the transformative effect accomplished and achieved in the teaching practice. Theauthors of this work attempt to explain from a historical point of view the regularities recognized byexperts in the teaching field and from different perspectives, classifications and practical experiencestrive to guide the controversial fact among the different levels of use and impact of ITC in training, aswell as to show that ITC integration represents improvements in the teaching learning process inhigher educational institutions in meeting the demands of today’s world. From this analysis andgathered experiences from over ten years, are shared by a way of conclusion, a set of ideas thatserve as lessons learnt, which conveniently confirm the decisions taken.

Key words: use and effectiveness of ICT in education, integration of ICT in teaching-learning process

The Potential and Effectiveness of ITC: Lessons Learnt from it’s

Attempted Integration in the Teaching Learning Process

Recibido: septiembre del 2010 Aprobado: enero del 2011


Modelación computacional y análisiscualitativo de fallas en el estudiode la vulnerabilidad de torresatirantadas de telecomunicaciones

INGENIERÍA CIVIL

ResumenLas torres atirantadas son estructuras comúnmente empleadas en el área de las telecomunicaciones quesoportan antenas a grandes alturas. El índice de fallo de esta tipología estructural con respecto a otras desimilar complejidad es elevado. En este trabajo se expone el análisis de torres de telecomunicacionesfalladas bajo la acción de vientos extremos a partir de la comparación entre el análisis cualitativo y lamodelación físico-matemática de la torre fallada. Los resultados de la modelación físico-matemática seobtienen por medio del análisis no lineal geométrico de la estructura. Ambos estudios, por su importanciay necesidad, son empleados como vía para validar los resultados.

Palabras clave: fallas, viento, torres, modelación

Vivian Elena ParnásCorreo electrónico:[email protected] Martín RodríguezCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNLas torres de telecomunicaciones se encuentran dentro

del conjunto de estructuras más vulnerables frente a losfuertes vientos debido a las características propias de ligerezay esbeltez de su geometría y por estar ubicadas generalmenteen lugares altamente expuestos. A pesar de su alta condiciónde exposición, las torres soporte de antenas y las torres deradio, constituyen elementos fundamentales en los casosde catástrofe, pues ellas son parte del sistema de pronósticode fenómenos meteorológicos que pueden devenir endesastres, lo que hace posible la comunicación de lapoblación con los organismos o entidades encargadas deenfrentamiento de estos eventos. Estudios realizados pordiferentes investigadores, [1-3] indican que las torresatirantadas son estructuras que presentan altos índices defallas en relación con otras estructuras. La mayoría de lasfallas según se documenta, se produjeron en condicionesseveras de trabajo debido a fuertes cargas de viento y hielo.

Las torres de tipo atirantadas resultan, por lo general, conmayor índice de fallo con relación a las torres autosoportadas,[4] de ahí la necesidad de indagar en las causas de fallo yfenómenos relacionados con estas, que puedan contribuir alograr diseños más efectivos y a la mejor compresión deestas estructuras bajo la acción del viento. Una de las formasde indagar en la vulnerabilidad estructural de torres atirantadasde telecomunicaciones, es a partir del análisis cualitativo delas fallas según datos recopilados y la confrontación deestos con los resultados del análisis a través de la modelaciónmatemática.

Los territorios ubicados en las zonas de ocurrencia defuertes vientos huracanados, como es el caso de Cuba, tienencondiciones desventajosas para la seguridad al fallo de torresde telecomunicaciones. Entre los factores fundamentalescuya incertidumbre es mayor en Cuba [5] se encuentran: laimprecisión de los modelos de cálculo empleados, tipos deanálisis, consideraciones sobre cargas de viento y antenassobre las torres, grado de deterioro y normas aplicadas enel diseño. La ubicación de muchas torres en terrenos de



Modelación computacional y análisis cualitativo de fallas en el estudio de la vulnerabilidad de torres atirantadas de telecomunicaciones


topografía irregular marcada (zonas montañosas o colinas),ha condicionado la ubicación asimétrica de los anclajes detorres atirantadas añadiendo mayor complejidad a sucomportamiento. [6]

Con el propósito de revelar las posibles causas de fallas yreducir la vulnerabilidad de las mismas, se llevó a cabo unainvestigación a partir de las torres falladas. Se estudiaronvarias torres que colapsaron durante las temporadasciclónicas que afectaron el territorio cubano en el períodocomprendido entre 2000 y 2006, y cuyos datos pudieron serrecopilados con más precisión a través de registrosfotográficos, levantamientos en el lugar y entrevistas a testigospresenciales de la falla.

Se compendiaron los datos referentes a la estructura delas torres a través de planos y croquis de las torres falladas,con lo que se pudo conocer la altura de las torres,características de la sección transversal, elementoscomponentes del fuste, disposición de los niveles de cables,niveles antitorsores, diámetro de los cables utilizados ycantidad y posición de los anclajes por eje. De igual forma através de información de planos, se pudieron recopilar losdatos relativos a tipo, cantidad y posición de las antenassobre la torre y por medio de fotografías se constató lapresencia de ellas sobre la torre en el momento de la falla.Se creó la base de datos sobre ciclones del período,velocidades registradas en las estaciones y ubicacióngeográfica de las torres, lo que permitió obtener los datosdel evento meteorológico asociado a la falla de cada torre:categoría del huracán, vientos máximos sostenidosregistrados en las estaciones meteorológicas, trayectoria alpasar por Cuba (figura 1 y tabla 1), dirección de los vientosmás probable en la zona de la torre.

Con relación a las condiciones geográficas del lugar deemplazamiento de la torre se conoció que la mayoría de lastorres falladas se encontraban en zonas elevadas de colinaso taludes. Estos datos permitieron estimar las velocidadesde viento en la falla y la carga de viento correspondientesobre la estructura.

Fig. 1. Trayectoria de huracanes que afectaron el territorio en el período en estudio.

Tabla 1Relación de ciclones en el período y fallos en torres

NombreCiclón

AñoViento

máximo(km/h)

EscalaSaffir

SimpsonsobreCuba

Vientomáx

registra-do enCuba

Torres enáreas devientos

mayor que100 km/h

Fallostotales

registradosen torres

Michelle 2001 220 3 200 9 5

Lili 2002 230 2 160 1 0

Charley 2004 230 2 190 1 0

Iván 2004 270 4 113 3 2

Arlene 2005 110 TT 85 1 0

Dennis 2005 240 4 215 11 7

ANÁLISIS CUALITATIVODe las torres falladas se pudo reconocer que el mayor

índice estaba dentro de las torres atirantadas,comprobándose que de las trece torres falladas, nueve erande este tipo aunque con diferentes modelos. En estos casosse observó que las torres falladas tenían varios niveles decables, así como presencia de sistemas antitorsores enalgunos casos. La cantidad observada de niveles mínimosde cables fue de 3 y la máxima de 6, no encontrándoserelación entre la altura de la torre y la cantidad de niveles.Tampoco se observó relación entre la cantidad de antitorsoresy la altura de la torre. Todas las torres falladas presentabanal menos un nivel de antitorsor.

En cuanto a la ubicación geográfica de las torres se observóque la mayoría se encontraban situadas en alturas opromontorios del terreno. Para las torres falladas, la relación

Vivian Elena Parnás - Patricia Martín Rodríguez


topográfica promedio fue de 0,44. Al considerar el efecto dela topografía, varias torres falladas revelan un incrementosignificativo de las velocidades de viento que alcanzó valores(máximos promedio en 10 min) por encima de100 km/h y hasta 315 km/h en algunos casos.

Caso de estudio: falla de la torre JacánUna de las torres falladas cuyo estudio cualitativo fue

llevado a cabo, fue la torre ubicada en la loma de Jacán,Matanzas y su colapso se produjo en el año 2001 comoconsecuencia del paso del huracán Michelle. Anteriormente,una torre ubicada en el mismo lugar había colapsado endécadas pasadas según datos de archivo. Se desconocenlas características de dicha torre por lo que el estudio secentró en la última torre caída cuyos datos se pudieronrecolectar. Esta torre estaba situada al norte de la provinciade Matanzas, a una altura de 99 m sobre el nivel del mar.Era una torre atirantada de con un fuste de sección triangularconformado por columnas, tranques y diagonales,(figura 2a). La torre presentaba una altura total de73,36 m sobre el nivel del terreno construida en la décadadel 80. La misma contaba con cuatro niveles de cable adiferentes alturas, de los cuales dos eran antitorsores(figura 2b) y dos eran cables simples. Todos los cablesconvergían a un solo anclaje por cada eje radial. Los tresanclajes de la torre (A, B, y C), tenían la misma composiciónde cables y de herrajes para su fijación. Los tres anclajes(A, B y C) se encontraban separados a 120 0 uno del otro enplanta, dos de ellos (A y B) estaban a una distancia de28,5 m de la base de la torre y el restante a 25 m, lo quemuestra una ligera asimetría en planta. Los anclajes tambiénestaban dispuestos de manera asimétrica en el plano vertical,ya que uno se encontraba al mismo nivel de la base de latorre (A), el segundo a 10 m por debajo (B), y el tercero a2 m por encima (C). Ver figura 3.

El huracán Michelle se desarrolló a partir de la depresióntropical no. 15 de la temporada, surgida el 29 de octubre de2001. Su entrada en la isla de Cuba ocurrió por el Sudestede la provincia de Matanzas, al atravesar la Bahía deCochinos, entre Playa Larga y Playa Girón, con vientosmáximos de 210 km/h y salió al mar debilitado con vientosmáximos sostenidos de 150 km/h (límite superior de lacategoría 1), por Cayo Isidoro, Villa Clara (figura 4). Lainfluencia de la circulación ciclónica de sus vientos alcanzabahasta unos 500 km de diámetro y cubría desde la porciónoriental de Pinar del Río hasta la provincia de Ciego de Ávila,incluyendo a la Isla de la Juventud y los cayos adyacentes.El ojo o zona central de calma tenía un diámetro de unos40 km, por lo que en toda su trayectoria la zona de calma yvientos máximos sostenidos se extendía aproximadamentea 20 km a ambos lados de la misma.

Teniendo en cuenta estos datos y la disposición geográficadel objeto de estudio, se determinó la velocidad del vientomáxima registrada en las estaciones meteorológicas máscercanas a la torre. Conocidas a partir del estudio de campo,las características geográficas de ubicación de la torre enuna colina, se determinó el incremento de velocidad de vientoFig. 2. a) Elementos componentes del fuste; b) Antitorsores.

a) b)

Fig. 3. Disposición de los anclajes de la torre Jacán encoordenadas (; z).



estimado por topografía local, con lo que se estimó lavelocidad en el momento de la falla a 10 m de altura sobre latorre como de 144 km/ h.

En las figuras 5 y 6 se muestran las fotografías obtenidasde la torre Jacán después de su caída al paso del huracánMichelle.

En la figura 5 se observa la caída de la torre ladera abajo,hacia donde se encontraba el anclaje más descendido conrelación a la base (B), (10 m por debajo de la base de latorre), y se observan algunas de las parábolas que seencontraban colocadas en el momento del colapso. Laf igura 6 muestra, desde otro ángulo, la posición de la torrecaída y sus componentes. Se observa también la presenciaen tierra de uno de los cables, la relación entre el tamaño delas personas y la sección transversal de la torre, así como eldesprendimiento de una sección de la torre durante la caídapara una zona de antenas situada a una altura promedioentre los 16 y 39 m de altura, entre dos niveles de cablescon función resistente a la torsión. En la figura 7 se observa la forma en que quedó el anclaje

que se encontraba al mismo nivel de la base de la torre (A)después del colapso. Se puede apreciar cómo los elementosde unión de los cables al cimiento han sido deformadosproducto de la caída de la torre, pero no hay ninguno deellos roto.

Asímismo, en las figura 7 y 8 correspondientes al anclajeA, pueden reconocerse los elementos de unión quepertenecen al cable que alcanza el tercer nivel de altura dela torre (52 m sobre la base de la torre), y que posee undiámetro de 22 mm. Debajo se encuentran tres cables más,uno que corresponde al cuarto y último nivel (73 m de alturasobre la base de la torre) con un diámetro de 13 mm, y losotros dos cables que trabajan como antitorsores quepertenecen al segundo nivel del viento (34 m sobre la basede la torre), con 19 mm de diámetro.

Debajo de estos están los otros dos dispositivos quepertenecen al primer nivel de viento, antitorsor de 19 mm dediámetro a 16 m de altura.Fig. 4. Trayectoria de Michelle, estaciones meteorológicas

y ubicación de la torre Jacán.

Fig. 5. Caída de la torre Jacán ladera abajo.

Fig. 6. Presencia de grandes antenas en la torre.

Fig. 7. Anclaje A al mismo nivel de la base de la torre(proporcionado por ETECSA).



Fig. 12. Base de la torre B (proporcionado por ETECSA).

En la figuras 9 se observa el anclaje B, el que estaba a10 m por debajo de la base de la torre. Se puede apreciarque sus componentes no sufrieron ninguna deformación orotura, debido a que la torre se cayó en esa dirección, lo quecondujo a que este anclaje no alcanzara grandes esfuerzosantes de la caída.

Las figuras 10 y 11 muestran el anclaje C, a 2 m porencima de la base de la torre. Se puede apreciar que algunoselementos se encontraban oxidados, por lo que la falta demantenimiento de los elementos pudo ser otro elementoinfluyente en la caída de la torre debido a la dirección delcolapso. Se observa la rotura de uno de los elementos deunión y la deformación del elemento de unión (tensor deanclaje) el último nivel de cable en la torre.

En la figura 12 se muestra la base de la torre,específicamente la punta donde se anclaba la columna B,en esta se observa que dos de los tres pernos que anclabanesa columna fueron cizallados, por los esfuerzos quegeneraron la caída, lo que demuestra que no resistieron losesfuerzos de cortante causados por el viento en la base dela torre.

Fig. 8. Anclaje A visto desde otro ángulo (proporcionado porETECSA).

Fig. 9. Anclaje B a 10 m por debajo de la base de la torre(proporcionado por ETECSA).

Fig. 11. Anclaje C visto desde otro ángulo (proporcio-nado por ETECSA).

Fig. 10. Anclaje C a 2 m por encima de la base de la torre(proporcionado por ETECSA).

En los otros extremos de la base los esfuerzos soloarrancaron las cabezas de los pernos, quedando como semuestra en la figura 13, esta fue la consecuencia del vuelcode la torre hacia el anclaje B.



de 2 x 105 MPa de acuerdo con los datos obtenidos de lastorres existentes. El acero de los cables fue consideradocon una tensión mínima de fluencia de 1 600 MPa y unmódulo de elasticidad E = 2 x 105 MPa según lasespecificaciones del fabricante.

Modelación de la cargaPara el cálculo de las torres de celosía se consideraron

como cargas permanentes el peso propio de los elementosestructurales y el peso propio de las antenas y los elementosaccesorios, como son las escaleras y balcones. Los cálculospara la obtención del valor de la carga de viento sobre elfuste, se realizaron de acuerdo con lo establecido en la normacubana de acción del viento [11] para reticulados espacialesaplicando el valor de velocidad de viento estimada en elmomento de la falla. El fuste de la torre se dividió en tramosde igual altura (6 m), en cuyo punto medio se consideróaplicada la carga de viento de forma concentrada sobre lostres nudos que se encuentran en los vértices (figura 15).

Fig. 15. Ubicación de las cargas de viento estáticas sobre elfuste.

PROCESO DE MODELACIÓN DE LA TORREJACÁN

Modelación del fuste y anclajesMuchas de las investigaciones realizadas sobre torres

atirantadas, [7-9] utilizan el modelo de viga equivalente pararepresentar la armadura espacial con las consiguientesequivalencias para simular las propiedades de una en otra. Elmodelo de viga equivalente ofrece una aproximación válidacuando no se presenta asimetría en la torre con un porcentajede error aceptable con relación al modelo de armadura espacial(5 %). [10] La torre de telecomunicaciones colapsadapresentaba asimetría tanto por la presencia de accesorios yantenas como por los anclajes, por lo que se rechazó lasimplificación antes expuesta. Para la modelación de laestructura y obtención de las solicitaciones se utilizó elprograma de cálculo por elementos finitos SAP2000 V11. Semodeló el fuste reproduciendo de forma detallada cada miembrode la armadura (columnas, diagonales y tranques horizontales)modelados como barras y conformando la estructuratridimensional de sección triangular equilátera (figura 14). Losextremos de las diagonales y tranques se consideraronarticulados debido a la unión con los elementos de la columnapor medio de un solo perno. Los elementos de la columna seconsideraron continuos y arriostrados por los tranques en cadanivel de encuentro con los mismos.

El sistema de cables y anclajes, conjuntamente con lostres apoyos de la base del fuste, conforman las condicionesde apoyo de este. Los tres puntos de apoyo del fuste en subase fueron modelados como articulaciones considerandoque la proximidad de los pernos en la plancha base del perfiles muy pequeña e incapaz de tomar momento. Los cablespara el análisis fueron modelados como elementos de perfilcatenaria con deformada inicial del cable calculada con elefecto de peso propio y de tesado inicial.

Los anclajes a tierra de los cables se consideraron comoarticulaciones espaciales teniendo en cuenta la incapacidad delos cables de tomar flexiones y despreciando la acción local delos elementos tensores de transición entre cable y anclaje a tierra.

Modelación del materialEl acero de los perfiles se consideró con una tensión

mínima de fluencia de 280 MPa y un módulo de elasticidad

Fig.13. Condición en que quedaron los pernos de la base A y Cde la torre (proporcionado por ETECSA).

Fig. 14. Modelo computacional de la torre, tomado del softwareSAP-2000.



La carga de viento sobre los cables se consideróuniformemente distribuida (figura 16). El valor se calculó apartir de la velocidad básica y los coef icientescorrespondientes a la mitad de la altura entre el anclaje delcable y su nivel de sujeción en el fuste. La fuerza se aplicóen el sentido y dirección del viento teniendo en cuenta elángulo formado entre el vector de viento y el cable según elcaso de análisis.

La carga del viento sobre las antenas fue determinada apartir de la velocidad básica y considerando los coeficientesde forma según el tipo de antena y sus elementoscomponentes. La torre presenta tres tipos de antenas UHF,VHF y parábolas, (figura 17). Las antenas UHF estánconstituidas por paneles compactos ubicados en látigo dela parte superior. Las antenas VHF de dos y cuatro dipolosse encuentran en el último nivel de la torre. Las parábolasestán ubicadas en la mitad inferior de la torre. En caso delas antenas parabólicas, el valor de las fuerzas que ellasproducen sobre la torre depende de la altura de ubicaciónsobre el nivel de terreno, posición en la sección y ángulo deincidencia del viento sobre ellas. Los valores de fuerza axial,cortante y momento producidos por las parábolas sedeterminaron utilizando un software comercial (ANTWIND)basado en lo establecido en la norma TIA/ EIA 222 F. [12] Laresultantes de fuerza axial, cortante y momento que generala antena se asumen actuando sobre la torre en el punto deunión entre dos caras de la torre.

Se analizaron tres direcciones de viento probables deacuerdo con los resultados del estudio de ciclones en lazona (figura 18).

Estados de análisis Se definieron dos tipos de análisis de la estructura lineal

y no lineal geométrico debido a la edad de las torres falladasque suponen un tipo de análisis lineal para su diseño deacuerdo con los métodos válidos en ese momento. En todoslos casos de análisis que se llevaron a cabo, ya sean linealeso no lineales, se requirió como punto de partida un análisisinicial no lineal geométrico para establecer la matriz de rigidezgeométrica de los cables, pues es a través de la tensión quegeneran su rigidez.

Fig. 16. Esquema de las cargas de viento en los cables.

a)

b)

c)

Fig. 17. Tipos de antena: a) Antenas UHF; b) Antenas VHF;c) Parábolas.



El método seguido para análisis la estructura fue a partirde diferentes estados de análisis, dentro de los cuales seinvolucran todas las cargas a considerar. Los estados deanálisis aplicados fueron denominados: estado inicial (EI),estado final sin antenas (EF S/A) y estado final con antenas(EF C/A).

Se tomó como estado inicial el estado de equilibrioalcanzado para las cargas permanentes y tensión inicial delos cables. El tesado de los cables se consideró a través deuna fuerza impuesta en el extremo del cable en unión con elanclaje con un valor aplicado en todos los casos entre el 8 yel 15 % de la carga de rotura del cable especificada por elfabricante según se recomienda en las normas y códigosrelativos a torres atirantadas. [13, 14] Dadas las condicionesde asimetría de la torre no se pudo trabajar con una únicatensión inicial para todos los cables ya que esta no escompatible con la verticalidad de la torre.

El análisis lineal se hizo a partir de la aplicación lineal dela carga de viento, luego de obtenido el estado inicial depeso propio y tesado de cables por medio de un análisis nolineal.

Para el estado final sin antenas (EF S/A) las condicionesde partida del análisis no lineal fueron las condiciones finalesdel estado inicial agregando la carga de viento sobre fuste ycables, mientras que el estado final con antenas (EF C/A)agrega al anterior la carga del viento sobre las antenasaplicadas en el fuste en el lugar de ubicación de estas.

RESULTADOS DEL ANÁLISISSe determinaron los esfuerzos en los elementos de la

estructura para los diferentes estados de análisis, tomandocomo base la carga de viento correspondiente a la velocidadde viento estimada en el fallo. Después de haber procesadolos resultados de la modelación para las tres direcciones deviento probables sobre la torre, se pudo conocer que lasmayores tensiones de los elementos se originaron bajo laacción del viento en la dirección de cero grado, es decir, enla cara opuesta al anclaje B descendido, siendo loselementos diagonales los más críticos en cuanto asolicitaciones y el anclaje en cota cero, el que másincrementos presentaba para la condición de falla.

Las fotografías de la torre después del fallo evidencian queel colapso ocurrió para la condición más desfavorable obtenidaen los resultados de la modelación. Se demostró tambiéncon los resultados comparativos entre un modelo idealsimétrico de la torre y el real considerando la asimetría delos anclajes, que esta puede influir negativamente en elcomportamiento estructural ya que se encontraronincrementos de las solicitaciones en la mayoría de suselementos componentes de la estructura.

Según los resultados de la simulación se encuentran enfallo varios elementos del fuste. La tabla 2 expone el númerode elementos cuya capacidad se encuentra excedida deacuerdo con la carga aplicada, así como fallos por pérdidade estabilidad. De acuerdo con la relación demanda/capacidad, los elementos más críticos de la torre resultaronser las diagonales. Estos resultados fueron obtenidos a partirdel software SAP 2000 v.11.

Tabla 2Elementos en fallos de acuerdo con la dirección del viento

ElementosViento

0o

Viento90o Tipo fallo

Máximarelacióndemanda/capa-cidad

Diagonales 52 38Pérdida deestabilidad

1,8

Columnas 7 Resistencia 1,39

Diagonalestorreta

23 17 Resistencia 1,5

Columnastorreta

2 2 Resistencia 1,06

Tabla 3Fuerza axial en los cables expresado en porcentajede la carga de rotura

Nivelcable

Cota(m)

EFINAL S/ANT EFINAL C/ANT

0 90 0 90

A1 16 14% 15% 19% 18%

A1 16 12% 13% 14% 13%

A2 35 12% 13% 12% 13%

A2 35 18% 21% 31% 37%

A3 51 10% 11% 12% 16%

A4 73 15% 17% 35% 41%

Los cables se encuentran trabajando con valores por debajode su capacidad para los valores de carga de viento estimadade fallo, por lo que no parecen ser elementos determinantesdel fallo en este caso (tabla 3).

Con relación a los apoyos, se pueden apreciar incrementosde las fuerzas en anclajes según la modelación realizada apartir de las condiciones reales de apoyo asimétricas y dela consideración de análisis no lineal y la consideración idealde apoyos en un mismo nivel y linealidad de respuestasupuesta para el diseño. Estos resultados son resumidosen la figura 19.

En los puntos de unión del fuste a la base se aprecia unaumento significativo de los valores de compresióntransmitidos por las columnas a la unión, así como unaumento de las fuerzas de cizallamiento de hasta un 26 %con relación al modelo simétrico de torre. Esto pudo provocarel fallo de la unión con la rotura de los pernos de anclaje dela base. Ver tablas 4 y 5.

Nota: EFINAL S/ANT: Estado final sin antenas.EFINAL C/ANT: Estado final con antenas.



En la simulación de la falla no se tuvieron en cuenta otrosfactores que pudieron actuar de forma aún más desfavorablepara la torre tales como: relajación de los cables por el pasodel tiempo, deterioro de secciones por corrosión, efectos defatiga en los elementos y deterioro de las uniones entre loselementos. Las fotografías recopiladas de las fallas indicaronen varios casos fallos en anclajes y rotura de cables queratifican los resultados de la modelación.

CONCLUSIONESLos resultados obtenidos permitieron identificar como

causas probables de falla en la torre los siguientes factores:• Incremento de las solicitaciones por concepto de

presencia de gran número de antenas en la direcciónfundamental de incidencia del viento.

• Presencia de asimetría en anclajes no prevista en eldiseño que contribuyó al aumento de las solicitaciones enlos elementos estructurales.

• Comportamiento altamente no lineal no contemplado enlos cálculos de la estructura para las velocidades de vientoque incidieron en la torre.

El análisis computacional permitió obtener de formaindividual en cada elemento de la estructura, los efectos delas cargas antes y en el momento de la falla, lo cualcontribuyó a determinar los elementos más vulnerables dela torre. El análisis cualitativo resultó imprescindible junto ala simulación matemática ya que posibilitó retroalimentar elmodelo computacional, considerar las condiciones másprobables y descartar resultados poco probables obtenidosde la modelación por no constatación de los mismos en larealidad o datos de campo. La metodología seguida en estetrabajo permite abordar otras estructuras similares paraestudios de vulnerabilidad estructural.

AGRADECIMIENTOSLos autores agradecen la colaboración y ayuda brindada

por la ingeniera Daselys San Miguel, quién contribuyó enlos resultados de este trabajo.

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3. MULHERIN, N. D. "Atmospheric icing and communica-tion tower failure in the United States". Cold RegionsScience and Technology. 1998. vol. 27, p. 91-104,

4. ELENA PARNÁS, V. "Influencia de la asimetría y la nolinealidad de los cables en la vulnerabilidad estructuralde torres atirantadas". Tesis, Departamento de IngenieríaCivil. Cujae, La Habana, Cuba. 2008.

5.________. "Acción del viento en las torres de celosíapara telecomunicaciones". Ingeniería Civil. junio 2007,año 61, nº 1, p. 26-30.

6. ________. Influencia de anclajes asimétricos en torresreticuladas atirantadas bajo la acción estática del viento.Ingeniería Civil, CEDEX. 2008, p. 151.

Tabla 4Reacciones base del fuste (simétrico lineal) (kN)

0 90

Fx Fy Fz Fx Fy Fz

A 3,67 8,20 -24,33 10,81 2,81 -69,24

C 3,67 8,20 -24,33 6,55 0,32 141,72

B 0,00 7,15 159,22 6,08 2,42 36,94

Tabla 5Relaciones base del fuste (asimétrico no lineall) (kN)

0 90

Fx Fy Fz Fx Fy Fz

A 13,03 11,55 -219,5 9,4 16,4 -190,05

C 12,27 10,31 -161 11,97 7,85 -290,38

B 0,639 12,6 -312 2,6 12,15 -188,47

Fig. 19. Comparación de las reacciones máximas obtenidasen el anclaje A para el modelo de torre simétrico y asimétrico,con análisis lineal y no lineal de la estructura con carga deviento con antenas.



7. KAHLA, N. B. "Equivalent beam-column analysis of guyedtowers". Computers & Structures. 1995, vol. 55, nº 4,p.631-645.

8. WAHBA, Y.; MADUGULA, M. and MONFORTON, G."Evaluation of non-linear analysis of guyed antenna tow-ers". Computers and Structures. 1998, vol. 68,p. 207-212.

9. GREY, M. Finite Element Seismic Analysis of GuyedMasts. University of Oxford, UK: Oxford, 2006.

10. GANTES, C. et. al. "Modeling, loading, and preliminarydesign considerations for tall guyed towers". Computers& Structures. 1993, vol. 49, nº 5, p. 797-405.

11. NC-285, Carga de viento. Método de cálculo. Cuba. 2003.

12. TIA-EIA/222-F, Normas estructurales para torres yestructuras de acero para antenas. USA: Telecommu-nications Industry Association. 1996.

13. BS8100-4, Lattice towers and masts Part 4: Code ofpractice for loading of guyed mast. British StandardsInstitution, London, UK.1995.

14. TIA/EIA-222-G, Structural standards for Steel AntennaTowers and Antenna Supporting Structures. Telecom-munications Industry Association, USA. 2005.

AUTORASVivian Elena ParnásArquitecta, Doctora en Ciencias Técnicas, Profesora Titu-lar, Facultad de Arquitectura, Instituto Superior PolitécnicoJosé Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Patricia Martín RodríguezIngeniera Civil, Instructora, Facultad de Ingeniería Civil,Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae,La Habana, Cuba

AbstractGuyed masts are a specialized type of structure commonly used in the broadcasting industry tosupport equipment at substantial heights. Surprisingly, the failure rate of this structural typology withrespect to others of similar complexity is high. Therefore, this study searches for the reason behindthe failure of telecommunication towers under extreme wind action, which does so by making acomparison between qualitative analysis and the physical –mathematic computational models ofthe failed towers. The results of the physical- mathematic models are obtained by means of a non –lineal geometric analysis of the structures. Results are then discussed after which are used tooutline the importance of both studies as a means of validating results

Key words: lattice tower, failure, vulnerability, wind loads

The Computational and Qualitative Analysis of Failures in theStudies on the Vulnerability of Guyed Towers

Recibido: noviembre 2010 Aprobado: febrero 2011

Revista Cubana de Ingeniería, 1(II), 35-43 2011

Análisis numérico y experimentalde puentes de hormigón de diferentestipologías

INGENIERÍA CIVIL

ResumenEl incremento de las cargas y de las velocidades de circulación vehicular de los últimos años provocauna modificación en el comportamiento estructural de puentes de hormigón entre 30 y 50 años de vidaen servicio. Se originan problemas que no solo se relacionan con la seguridad estructural sino tam-bién con el confort, lo cual motiva la necesidad de un monitoreo y evaluación de su comportamientoestructural. La medición y análisis de vibraciones in situ, junto con el uso de técnicas numéricas,permiten realizar la evaluación global de dichas estructuras, a partir de la obtención de las caracterís-ticas dinámicas y respuesta correspondiente. Los resultados de las mediciones efectuadas se com-paran con normas y criterios actuales existentes a nivel internacional.En el presente trabajo se eva-lúan dos puentes de hormigón de tablero superior correspondientes a tipologías estructurales diferen-tes, en un caso emparrillado de vigas y losas llenas y en el otro vigas de hormigón pretensadas tipodoble T y losas llenas hormigonadas in situ, con el objetivo de determinar la influencia de las tipologíasen el comportamiento estructural. Los análisis efectuados permiten arribar a conclusiones sobre larelación entre la respuesta estructural y la tipología estructural correspondiente, de interés para eldiseño y/o evaluación de puentes.

Palabras clave: puentes, vibraciones, comportamiento, análisis numérico y experimental

Leonel Osvaldo PicoCorreo electrónico:[email protected]ía Haydeé PeraltaCorreo electrónico:[email protected] Luján ErcoliUniversidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, ArgentinaSalvador La MalfaUniversidad Nacional del Sur, Bahía Blanca-Buenos Aires, Argentina

INTRODUCCIÓNLa medición y el análisis de vibraciones se utilizan junto

con otras técnicas para la evaluación del comportamientoestructural, siendo esta metodología una herramienta paraanalizar la integridad de las estructuras. [1] Asimismo, lascaracterísticas dinámicas de las estructuras pueden utilizarsecomo indicadores de su flexibilidad, permitiendo evaluar porun lado el comportamiento y, por otro el daño estructural a lolargo del tiempo, pues este afecta la rigidez inicial y originauna mayor flexibilidad de la estructura y, por consiguiente,una mayor vulnerabilidad frente a las acciones dinámicas.De acuerdo con los resultados, la auscultación periódicaconduce a adoptar medidas correctivas que permiten que la

estructura continúe con las prestaciones establecidas en elproyecto. Por otra parte, los códigos modernos establecenpautas para efectuar estas tareas de control a fin de garantizarla vida en servicio de las estructuras, según sea su destino.[2] La prevención en la etapa de utilización debe orientarse aestablecer un programa mínimo de conservación, disponerlos recursos suficientes, realizar inspecciones y trabajos demantenimiento periódicos para sostener en el tiempo de vidaútil un desempeño adecuado. [3]

Particularmente, en el diseño de las estructuras de lospuentes son importantes la interacción dinámica entre losvehículos y la estructura y la influencia de las característicasdel pavimento. Las vibraciones estructurales ocurren debido



Análisis numérico y experimental de puentes de hormigón de diferentes tipologías


al movimiento de los vehículos sobre las estructuras, siendomás notables en las de alto grado de flexibilidad, excitándosevarios modos naturales de vibración. Las irregularidades delpavimento y los desniveles pronunciados de los mismos,conducen a impactos que amplifican las vibraciones. Noobstante, es muy común en los puentes introducir las fuerzasde diseño como fuerzas estáticas aplicadas, con unincremento de su magnitud para considerar los efectosdinámicos en las acciones estáticas. [4] En la actualidad seestá revirtiendo esta situación dada la accesibilidad aherramientas que posibi l i tan el análisis dinámicocontemplando las diversas variables que afectan al problemareal.

El grado de deterioro observado en estructuras de puentesque incluyen, en el peor de los casos, a los colapsos ocurridosha influido en la toma de conciencia acerca de la importanciade un seguimiento y mantenimiento de este tipo deestructuras.

En el presente trabajo se expone la experiencia obtenidaen el marco de un Convenio con la Secretaría de ObrasPúblicas de la Municipalidad de Olavarría, Provincia deBuenos Aires. Mediante este Convenio se solicitó laevaluación, diagnóstico y propuesta de mantenimiento y/oreparaciones de los puentes de hormigón existentes sobreel arroyo Tapalqué. A tal fin, se efectuaron inspecciones insitu, análisis numéricos y experimentales, y se entregó uninforme final con los resultados obtenidos. En particular, seanalizó el comportamiento dinámico de dos puentes dehormigón con tipologías distintas y el comportamiento enservicio diferenciados. Los estudios realizados, permitenrelacionar las características estructurales con la respuestadinámica observada.

CASOS ANALIZADOSLos puentes que se analizan están ubicados sobre el cauce

del arroyo Tapalqué de la ciudad de Olavarría. La identificaciónque se efectúa de los puentes se corresponde con el de laarteria en que se ubican, en un caso Sarmiento y en el otroTrabajadores. La construcción de dichos puentes se efectuóen el año 1960 en el caso del puente Sarmiento y en el año1982 en el caso del puente Trabajadores.

Puente SarmientoLa estructura de este puente de hormigón armado, realizado

in situ (figura 1), está situado en la Avenida Sarmiento de laciudad de Olavarría y consta de un sistema de emparrilladode vigas longitudinales y transversales y tablero constituidopor losas cruzadas llenas, tipología muy utilizada en la épocade su construcción. Las vigas longitudinales son continuasde tres tramos de 18 m; 23,40 m y 18 m de luzrespectivamente (figura 2). Las descargas intermedias serealizan a través de vigas transversales de sección rectangulara 8 columnas de hormigón armado de sección rectangularvariable con una sección inferior de 0,70 m x 0,80 m y unasuperior a 0,50 m x 0,70 m cada una. La altura promedio delas columnas es de 7,30 m. Las descargas extremas seproducen sobre estribos constituidos por tabiques ycontrafuertes de aproximadamente 6,50 m de altura y deespesor 0,20 m.

Puente TrabajadoresLa estructura del puente corresponde al denominado

tipo viga. Está formada por un tablero superior de losa llenade hormigón armado ejecutada in situ. La superestructuraestá formada por v igas longitudinales postesadasprefabricadas de 16,50 m de luz, que descargan a dos vigastransversales de hormigón armado. Dichas vigas transversalesapoyan sobre cuatro columnas de hormigón armado dediámetro de 0,60 m y altura de 8 m (figuras 3 y 4). El tableroposee una junta longitudinal y juntas transversales encorrespondencia con los estribos y las vigas transversales.

Fig. 1. Vista del puente Sarmiento.

Fig. 2. Tipología estructural del puente Sarmiento.

Fig. 3. Vista del puente Trabajadores.

Leonel Osvaldo Pico - María Haydeé Peralta - Norma Luján Ercoli - Salvador La Malfa


EVALUACIÓNTareas preliminares en puente SarmientoDurante la inspección efectuada se pudo observar un

deterioro de la estructura en el estribo N-O que soporta eltablero del puente, siendo el estado general del resto de loselementos constitutivos de la estructura, bueno. El deteriorodel estribo se corresponde con fisuras y descascaramientosen la zona superior del mismo, según la figura 5. Al respecto,se aprecia una fisura horizontal a 1,20 m desde el tablerodel puente que afecta a toda la longitud del estribo y fisurasinclinadas a 45° en las zonas de apoyo de las vigaslongitudinales. El descascaramiento se produce encorrespondencia con las descargas de las vigas longitudinaleslaterales. Los apoyos de estas, sobre los estribos sonprácticamente fijos, dado que la junta bituminosa no fueadecuadamente materializada. En el tablero no se observanjuntas de dilatación. Las losas del tablero presentan fisurastransversales en los tramos (figura 6).

Resulta importante que en esta etapa de evaluación sepercibió durante la inspección una fuerte vibración en toda lasuperestructura provocada por el tránsito vehicular, lo cualmotivó un posterior análisis dinámico.

Tareas preliminares en puente TrabajadoresDurante la inspección in situ se observó un excelente

estado general del puente, y de mantenimiento. Lasvibraciones percibidas en las condiciones de servicio fueronnormales.

DiagnósticoA partir de los resultados de la inspección in situ se puede

indicar que el puente Sarmiento posee una flexibilidadmarcadamente mayor que la del puente Trabajadores. Debidoa la flexibilidad indicada se producen notorias vibracionesprovocadas por el tránsito vehicular de la superestructuraque son transmitidas a la infraestructura, lo que puede ser elorigen del estado de fisuración de uno de los estribos. Aconsecuencia de esta situación se determina la necesidadde evaluar las características dinámicas de ambas tipologíasestructurales, y la cuantificación de las amplitudes vibratoriasen las condiciones normales de tránsito. Al efecto se planteóun plan de trabajo considerando dos vías de análisis, unanumérica y otra experimental. Los resultados obtenidos fueroncomparados con criterios internacionales lo que permitiódeterminar el comportamiento estructural en servicio deambos puentes.

Aspectos teóricos y pautas de evaluaciónSegún lo indicado se efectuaron análisis numéricos y

experimentales para evaluar las características dinámicasde los puentes mencionados. Las características dinámicaspueden tomarse como indicadores del comportamientoestructural dados los parámetros involucrados en lasmismas, masa, rigidez y amortiguamiento.

En la figura 7 se aprecia que el amortiguamiento secaracteriza por la disminución de la amplitud de la vibraciónen el dominio del tiempo y que puede calcularse según (1)y (2).

La distribución de masas y las rigideces determinadaspor el proyecto inciden en las frecuencias de vibración propiasde la estructura. El gráfico mostrado en la figura 8 resume laimportancia de las variables involucradas en la respuestaestructural medida en términos del factor de amplificacióndinámica. Las curvas en negrita corresponden a los casosteóricos sin amortiguamiento, = 0; con amortiguamientocrítico = 1 y sobreamortiguado, > 1.

Fig. 4. Tipología estructural del puente Trabajadores.

Fig. 5. Vistas del estribo N-O.

Fig. 6. Fisuras sobre el tablero. Fig. 7. Amplitud de vibración en el dominio del tiempo.



(1)

(2)

donde:X

N : Amplitud de vibración en el tiempo t

N.

XN+1

:Amplitud de vibración en el tiempo tN+1

. Decremento logarítmico de la amplitud de la vibración.

Amortiguamiento estructural.De acuerdo con lo indicado, las frecuencias propias pueden

tomarse como índices para evaluar la flexibilidad de unsistema estructural. Estudios efectuados en puentes dehormigón, [4] demuestran que, para f recuenciasfundamentales entre 1,5 y 4,5 Hz aproximadamente, seproduce un fuerte incremento del factor de amplificacióndinámica, tal como se indica en la figura 9.

Para establecer un criterio de evaluación por posiblesdaños estructurales existe una serie de normas y principiosque expresan los valores admisibles y los límites vibratoriosmáximos que podrían dañar una estructura. A los efectosdel presente análisis, se adoptan los criterios establecidosen normas internacionales. En la figura 10 se observan losvalores expresados en unidades de aceleración, m/s2, y losniveles de velocidad vibratoria en milímetros por segundo(mm/s) (rms), relacionados con la frecuencia vibratoria y eldaño que dichos niveles pueden ocasionar sobre lasestructuras. En la ordenada puede observarse que para elcaso de velocidad vibratoria el nivel debería ser inferior a 10mm/s (rms) para tener un comportamiento estructuraladmisible.

La tabla 1 muestra otro criterio con valores que concuerdancon lo establecido en la figura 10 y considerando de la mismamanera un valor aceptable cuando no se supera 10 mm/s(rms), de velocidad vibratoria.

Análisis numéricosEl análisis se efectuó antes de la etapa de mediciones

experimentales. Esta instancia permitió predecir el rangode frecuencias de las dos estructuras. La implementacióncomputacional de los modelos numéricos se efectuó en unsoftware de elementos finitos, [6] utilizando elemento3D disponible en la librería de elementos de dicho softwarey realizando análisis modal. El material empleadocorresponde a un hormigón con densidad 2 400 kg/m3,módulo elástico de 2,07.1010 N/m2 y módulo de Poisson de0,15. Cabe destacar que en esta etapa de análisis, se tomóel valor correspondiente a la primera frecuencia flexional, deacuerdo con el objetivo del estudio y a lo indicadoanteriormente, por lo que de acuerdo con los estándaresinternacionales, su variación puede ser utilizada paraestablecer el nivel de degradación de los elementosestructurales y determinar si dicha degradación es o nopeligrosa para la integridad del elemento [2], [4].

En las figuras 11 y 12 se observa el primer modo dev ibración f lexional obtenido por la v ía numérica,correspondiente a cada uno de los puentes analizados. Losvalores de frecuencias fundamentales se detallan en latabla 2.

Análisis experimentalesEn ambos puentes se efectuaron mediciones de

frecuencias y amortiguamiento estructural medianteacelerómetros y un transductor del tipo sísmico, obteniéndoselas amplitudes y las frecuencias predominantes (FFT,transformada rápida de Fourier) en la dirección consideradacomo Z (vertical), como se muestra en las figuras 13 y 14.En la tabla 2 se muestran los resultados experimentalesobtenidos debido a la excitación producida por la circulaciónde tránsito vehicular liviano y su comparación con los valorespredichos numéricamente.

Frecuencia / Fn

Fact

or d

e am

plifi

caci

ón d

inám

ica

Fig. 8. Amplificación dinámica.

1

ln N

N

X

X

2 24

Frecuencia fundamental (Hz) Incr

emen

to d

inám

ico

(%)

Fig. 9. Factor de amplificación dinámica en función de lafrecuencia fundamental. [4]



Frecuencia (Hz) S

ev

eri

da

d d

e l

a vi

bra

ció

n m

ec

án

ica

ISO

23

72

(19

74

)

Velocidad (rms)

1000mm/s

Inadmisible

Insatisfactorio

Satisfactorio

Bueno

100

10

1

0.1

Confort reducido en 24 horas de exposición

Umbral de

percepción

Daño menor

Umbral

Se

ns

ibil

ida

d h

um

an

a IS

O 2

631

(1

97

4)

Da

ño

es

tru

ctu

ral

ISO

DP

48

66

(19

75)

Da

ño

es

tru

ctu

ral

Ste

ffe

ns

(196

6)

1 10 100 1000

Fig. 10. Criterios de vibración. [2]

Tabla 1Criterios de vibración [ 5]

Límites para vibraciones estacionarias

RangoVelocidad rms(mm/s)

Efecto

I menor que 2,5 no se produce daño

II 2,5 a 5,0 daño muy improbable

III 5,0 a 10,0 daño poco probable

IV mayor que 10,0daño posible; es necesariaevaluación estructural

Fig. 11. Modo de vibración puente Sarmiento.



Para evaluar el coeficiente de amortiguamiento estructuralse procedió a la medición en forma comparativa de los puentesSarmiento y Trabajadores. En cada caso fue registrado enel dominio temporal, colocando un transductor en el centrode cada uno de los puentes. Aprovechando la excitaciónrecibida con la circulación del tránsito, una vez sacada desu posición de equilibrio, se obtuvieron distintos registrostemporales para la posterior medición del decrecimiento. Enlas figuras 15 y 16 se ilustran los registros correspondientesa los puentes Sarmiento y Trabajadores, respectivamente yen la tabla 3 se presentan los valores respectivos quepermitieron calcular el amortiguamiento, , a través de lautilización de las expresiones del decremento logarítmicomencionado con anterioridad.

Fig. 12. Modo de vibración puente Trabajadores.

Fig. 13. Frecuencia fundamental en el puente Sarmiento.

Fig. 14. Frecuencia fundamental en el puente Trabajadores.

Tabla 2Comparación de valores experimentales y numéricos

Frecuenciafundamental(Hz)

Frecuenciafundamental (Hz)

Experimental Numérico

Puente Sarmiento 3,20 3,53

Puentetrabajadores

7,70 7,19

Fig. 15. Valor pico (WAVF): 49,58 (valor XN).

F i g .

Tabla 3Valores experimentales obtenidos y coeficientes deamortiguamiento

Puente Sarmiento Puente Trabajadores

XN 11,99 49,58

XN+1 11,48 31,91

0,04346 0,44000

0,00692 0,06980



Respuesta estructural del puente SarmientoConsiderando el comportamiento en condiciones de servicio

y los valores de frecuencias y amortiguamiento medidos eneste puente, se planteó la necesidad de cuantificar lasamplitudes vibratorias existentes en distintas partes de laestructura bajo diferentes condiciones de circulación vehicular,para su posterior análisis y comparación con las normas ycriterios utilizados a nivel internacional.

A tal fin, se realizaron mediciones en seis puntosestratégicos: tres sobre el tablero del puente, encorrespondencia con cada uno de los vanos y tres sobre losestribos, como se muestra en la vista longitudinal del puentey frontal del estribo (figura 17). Las mediciones sobre losestribos se debieron a la notable fisura que presentaba elestribo del sector N-O. Estas se realizaron por encima y pordebajo de la fisura, en condiciones normales de circulación.Para complementar el análisis se ubicó otro punto, punto 6,de medición en el estribo ubicado sobre el sector S-E.

En cada uno de dichos puntos se obtuvieron lasaceleraciones vibratorias en las tres direcciones X, Y, Z.Para poder evaluar el comportamiento con el tránsito, por unlado, se permitió la normal circulación de vehículos en lasdos direcciones (N-O y S-E) y por otro lado, el tránsito de uncamión testigo cargado con 10 t de arena, haciéndolo circularbajo dos condiciones: velocidad constante de 30 km/h ypartiendo de marcha detenida.

La información proveniente del movimiento del puente enlas tres direcciones, debida al tránsito normal y a la circulacióndel camión testigo, se obtuvo para cada punto de mediciónsobre tablero (1, 2 y 3). Por otra parte, se registró el instantede ingreso del camión y la eventual circulación de cualquierotro vehículo de gran porte (camiones, colectivos, etc.) conel objeto de identificar la correspondencia con los registros.El tiempo de registro continuo en cada punto fue deaproximadamente 48 s, lapso suficiente como para permitirla circulación del camión de prueba en ambas direcciones.Las figuras de la 18 a la 21 ilustran la informaciónexperimental recogida en las tres direcciones espaciales,para los puntos de interés 2, 4 y 5.

Fig. 17. Puntos de medición del puente Sarmiento.

ACCESO N-O

ACCESO S-E

1

ESTRIBO

5

X

Y 4

2 3

6

Fig. 18. Aceleraciones, en el punto 2 (m/s2).

Fig. 19. Velocidades, rms, en el punto 2 (m/s).

Fig. 20. Aceleraciones en el punto 4 (m/s2).



ANÁLISIS DE RESULTADOSFrecuencias propias y amortiguamientoDe acuerdo con lo indicado, las frecuencias propias pueden

tomarse como índices para la evaluación del comportamientodinámico. La respuesta estructural obtenida en términos deamplitud de aceleraciones y de velocidades permite laevaluación del comportamiento mediante la comparación dela respuesta medida con la indicada por las normas y loscriterios tomados como referencia. [2, 4]

El puente Sarmiento analizado en el presente trabajo poseeuna frecuencia predominante de 3,2 Hz que se encuentra enel intervalo de mayor respuesta dado el incremento del factorde amplificación dinámica (figura 9), que indica elevadaflexibilidad del sistema. Por otra parte, el puente Trabajadoresposee una frecuencia de 7,7 Hz que se encuentra fuera delmencionado intervalo, por lo que el factor de amplificacióndinámica no se verá excesivamente afectado como en elcaso anterior (figura 9).

Con respecto al amortiguamiento estructural, de acuerdocon la figura 8, dado que los valores obtenidos, son menoresque 1, puede decirse que ambos puente constituyensistemas subamortiguados. A modo de comparación, es denotar la importante diferencia que existe entre las respuestasde ambas estructuras, pues el puente Trabajadores poseeun amortiguamiento 10 veces superior al del puenteSarmiento, tal como se muestra en la tabla 3.

Respuesta estructural del puente SarmientoDe acuerdo con los criterios mencionados el nivel de

aceleraciones para no generar daño deberá ser inferior a0,1 m/s2. Asimismo, el nivel de velocidades vibratorias nodebería superar el valor de 10 mm/s (rms).

Los resultados experimentales correspondientes a lospuntos de medición, permiten observar una notable diferenciaen los valores de las aceleraciones verticales, según elsentido de circulación del camión testigo ingrese (figuras18 a 21). Los valores de todas las mediciones superan los

límites indicados para ambos sentidos de circulación. Ladiferencia indicada se justifica a un desnivel existente en elacceso S-E entre las losas de aproximación y la losa queconstituye el tablero del puente, lo que provoca un impactodel vehículo sobre el tablero en el momento del acceso alpuente, originando los picos marcados en las figuras antesmencionadas.

Con respecto al estribo fisurado (figuras 20 y 21), semuestra que las amplitudes vibratorias medidas sobre ydebajo de la fisura existente, se encuentran en rangosadmisibles para el tránsito normal e incluso para la circulacióndel camión testigo. El pico observado en la figura 21corresponde a la circulación de un camión cargado conacoplado de mayor porte que el camión testigo, valor que seencuentra fuera de los límites admisibles, lo cual motivórecomendaciones tendientes a adoptar medidas para que elpuente presente un comportamiento con niveles de respuestaadecuados, de acuerdo con el tipo de estructura. [7]

CONCLUSIONESLas f recuencias fundamentales medidas están

directamente relacionadas con la tipología estructural y sugeometría para los puentes analizados. Estas frecuenciasdeberían encontrarse fuera del rango 1,5 a 4,5 Hz, queimplicaría amplificación dinámica, [4] para lograr unaestructura con una flexibilidad tal que resulte una respuestaestructural adecuada para la circulación vehicular. [7, 8] Estopone de manifiesto la importancia de la etapa de diseño paraeste tipo de estructuras.

Los ejemplos indicados destacan la validez de las pautasde comportamiento estructural basadas en lascaracterísticas dinámicas, dado que en particular, elcomportamiento del Puente Sarmiento fuera de los rangosadmisibles establecidos por los criterios internacionales[2, 5], se correspondió con una frecuencia fundamentalsituada en el intervalo de grandes amplificaciones de larespuesta. [4, 7, 8]

La medición de vibraciones in situ, la predicción numéricamediante modelos matemáticos implementadoscomputacionalmente y su contrastación constituyen técnicasno destructivas muy prácticas en su aplicación, con elobjetivo de evaluar globalmente la respuesta estructural, locual las hace recomendables. [1, 7, 8] Lo indicado refuerzalo expresado en la bibliografía consultada. [4]

Por otro lado, se pudo probar la validez de las metodologíasnuméricas para comparar resultados, por lo que constituyeesta vía de análisis una importante herramienta a utilizar enla etapa del diseño estructural.

REFERENCIAS1. PERALTA, M. and ERCOLI, N. "Measuring the Dynamic

Properties to Detect Structural Damage". In IV InternationalACI/CANMET. Conference of Quality of Concrete

Fig. 21. Aceleraciones en el punto 5 (m/s2).



Structures and Recent Advances in Concrete Materialsand Testing. Olinda, Pernambuco State. Brazil. SesionVII Non Destructive Test. 2005. pp. 463-475- ISBN 85-98576-08-05.

2. RICHART, F. E. Jr., HALL, J. R. Jr and WOODS, R. D.Vibrations of soils and foundations. Prentice Hall. 1970.

3. HUSNI, R. "Fallas y prevención en las estructuras dehormigón". Revista Ingeniería Estructural. AIE, Asociaciónde Ingenieros Estructurales de la República Argentina.2007.no. 39, ISSN 16667 - 1511. Año 15.

4. AMMAN, W. CEB Bulletin D'Information n°209. VibrationProblems in Structures. Practical Guidelines. 1991.

5. RADES, M. "Vibration Limits for Industrial Buildings". TheShock and Vibration Digest. 1994. vol. 26, no. 3.

6. ALGOR SOFTWARE V.20.3. Finite Element AnalysisSoftware. 2007.

7.PERALTA, M. et al. "Utilización de técnicas experimentalesdinámicas en la evaluación de estructuras". En 8º EIPAC,Encuentro de Investigadores y Profesionales Argentinosde la Construcción, Mendoza, Argentina. 2009.

8. PERALTA, M. et al. "Análisis numérico y experimental devibraciones para la evaluación del comportamiento de unpuente". En XVII ENIEF, Congreso sobre MétodosNuméricos y sus Aplicaciones. San Luis, Argentina. 2008.

AbstractThe increase in vehicular load and velocity over the years has prompted the need for structuralmodifications of concrete bridges. The measurements and analysis of vibrations in «situ» along withnumerical techniques aid in the global evaluation of these structures by obtaining the dynamiccharacteristics and corresponding response. These measurements are then compared to internationalstandards and codes in order to formulate superior concrete bridges with the objective of obtainingthe influence of the difference in typology on the behavior of bridges. Bridge 1 uses a two way systemwith beams and deck slabs and bridge 2 is a superior structure composed of pretension T beams andsitu-cast concrete deck. These findings are fundamental references in the designing of bridges.

Key words: bridges, vibrations, behavior, numerical and experimental analysis

The Numerical and Experimental Analysis of Concrete Bridges

of Different Typologies

AUTORESLeonel Osvaldo PicoIngeniero Civ i l , Máster en Métodos Numéricos yComputacionales en Ingeniería, Jefe de Trabajos Prácticosdel Área Mecánica, Departamento de Electromecánica,Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Centro dela Provincia de Buenos Aires (UNCPBA), Argentina

María Haydeé PeraltaIngeniera en Construcciones e Ingeniera Civil, Máster enTecnología y Construcciones de Hormigón, Profesora Titu-lar, Área Estructuras, Departamento de Ingeniería Civil,Facultad de Ingeniería, UNCPBA, Argentina

Norma Luján ErcoliIngeniera Civil, Profesora Titular, Área Estructuras, Departa-mento de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, UNCPBA,Argentina

Salvador La MalfaProfesional CONICET,Instituto de Mecánica Aplicada,Universidad Nacional del Sur, Bahía Blanca-Buenos Aires,Argentina

Recibido: octubre del 2010 Aprobado: enero del 2011


Parámetros de origen del procesode dispersión con aire de fundentesfundidos

INGENIERÍA DE MATERIALES

ResumenSe plantean consideraciones sobre el proceso de fragmentación con aire de fundentes fundidos,obtenidos utilizando materias primas cubanas, para el proceso de soldadura bajo arco sumergido(SAW). El proceso físico de la trayectoria de vuelo y su validación durante la granulación con aire nose reportan en el campo de la soldadura. El objetivo de este trabajo es establecer un procedimientopara determinar las velocidades y ángulos de salida de los peles durante su impulsión y dispersión,además de aportar criterios del efecto friccional de la atmósfera circundante sobre la forma de la curvade trayectoria de los peles formados. Estos aspectos se pueden corroborar con los datos obtenidosmediante el procesamiento digital de las imágenes filmadas del proceso de fragmentación y despla-zamiento de los peles formados. Se demuestran la eficacia del procedimiento desarrollado para laobtención de los parámetros de vuelo y la no influencia de la fuerza friccional del aire sobre la modifi-cación de la trayectoria de vuelo de las partículas, permitiendo establecer una metodología, queposibilita iniciar estudios sobre los fenómenos de fragmentación de fundentes fundidos empleandochorros de aire, que garanticen los rangos y clases granulométricas necesarias para un adecuadodesempeño del proceso de soldadura.

Palabras clave: fundentes, obtención, granulación, atomización, dispersión de partículas

Daniel Pérez PérezCorreo electrónico:[email protected] Central de la Pesca (ABACEN), Proveedora e Importadora de Artículos para la Pesca (Propes), Santa Clara.Villa Clara, CubaCarlos René Gómez PérezCorreo electrónico:[email protected]; [email protected]; [email protected] Arturo Ruiz MartínezCorreo electrónico:[email protected] de Física, Matemática y Computación, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas, CubaEriel Pérez ZapicoLaboratorio Provincial de Criminalística (LPC), Villa Clara, Cuba

INTRODUCCIÓNLa fragmentación de los fundentes fundidos puede dividirse

en tres grupos, atendiendo al principio en que se basa: a)por choque térmico; b) por acción mecánica; c) por acciónmecánica y térmicas combinadas. [1] El principio térmicose basa en el impacto que sufre el fundente ( 1 400 °C)ante la relativa baja temperatura ( 30 °C) del mediorefrigerante. Como agente enfriador se suele usar el agua,obteniéndose los fundentes fundidos como líquidossubenfriados. [2] Las diferencias entre las temperaturasrelativas de las masas líquidas en contacto influyensignificativamente en el grado de amorfismo del fundentefundido obtenido. [3] El principio mecánico se basa en la

fragmentación del fundente solidificado mediante presión pura.La fuerza necesaria para la ruptura del fundente solidificadoes proporcional a su grado de vitrificación. Como resultadose obtienen granos muy abrasivos y cierta tendencia a laformación de alguna pérdida másica por generación depolvo.[4] El principio termomecánico se basa en ladestrucción mecánica del chorro de fundente líquido( 1 400 °C) por otro fluido y/o un dispositivo mecánico,combinado con un posterior enfriamiento abrupto dentro deotro fluido de mucha más baja temperatura ( 30 °C). [5]Una variante de este método es la fragmentación con gases,reconocido como una variante del proceso seco de obtenciónde fundentes fundidos. [1]


mailto:[email protected];

mailto:[email protected]


Parámetros de origen del proceso de dispersión con aire de fundentes fundidos


Existe un grupo de aplicaciones, que refieren el procesode obtención de fundentes fundidos, a partir del uso de lagranulación seca, específ icamente empleando lafragmentación con chorro de gases [6] o aire [7]. Konishi [8]propone incrementar la productividad del proceso únicamentesoplando con aire de forma horizontal, perpendicularmenteal chorro de fundente. La combinación de los parámetrosempleados en el control de este proceso constituye unafunción de las variables químicas y físicas del fundente aobtener. [4, 9] Es por ello que con este método, si no existieraun riguroso control de sus parámetros de operación, ladistribución granulométrica obtenida pudiera ser muy amplia,lo que conduciría a trituraciones posteriores de los granosmayores y a la refusión de los menores, prolongando yencareciendo el proceso. Durante la fragmentación del chorrode fundente ocurre una fuerte interacción entre ambos fluidosoriginándose una dispersión de las partículas, a partir de lazona de fragmentación. Este fenómeno conduce a que, adistintas distancias dentro de la zona de recolección, seobserven peles de diferentes dimensiones. [10] Este aspecto,unido a lo insuficientemente que ha sido tratado en la literaturaespecializada el tema de las particularidades físicas delproceso de fragmentación de fundentes fundidos medianteatomización con gases, conduce a que se plantee comoobjetivo del presente trabajo establecer un procedimiento paradeterminar las velocidades y ángulos de salida de los pelesdurante el proceso de impulsión y dispersión de fundentesfundidos durante su fragmentación horizontal con aire, ademásde aportar criterios del efecto friccional de la atmósferacircundante sobre la forma de la curva de trayectoria de lospeles formados, todos estos aspectos desarrollados a partirdel planteamiento de las condiciones físicas y matemáticasnecesarias y su corroboración con los datos obtenidosmediante el procesamiento digital de las imágenes filmadasdel proceso de fragmentación y desplazamiento de los pelesformados.

MATERIALES Y MÉTODOSSi se prescinde de la resistencia del aire, los chorros de

agua de los surtidores inclinados, así como todos losproyectiles arrojados por cualquier medio, describentrayectorias en forma de parábolas perfectas. La parábolaque dibuja la trayectoria de los proyectiles es una línea curva,que resulta de la sección de un cono por un plano paralelo auna de las generatrices. [11] La correspondencia que a cada

x le hace a su imagen f (x) =-a(x+d) 2 +c se denominafunción cuadrática o parábola, donde d es la ordenada parala cual c es el punto de inflexión (altura máxima en el casodel tiro oblicuo), resultando la coordenada (d,c) el centro delorigen, a partir del cual la función cambia de monotonía, esdecir, es axisimétrica respecto al valor x = d y cuyos ceroscorresponden a los puntos en los que la función interseca aleje x en los puntos (0;0) y (2 . d;c). El valor del parámetro aes un indicador de la magnitud de la apertura de la parábola,mientras que el signo del parámetro cuadrático indica laposición de su apertura.

La asociación de estos elementos matemáticos con lasecuaciones que rigen el tiro oblicuo de proyectiles y losresultados del estudio del proceso de fragmentación con airede fundentes fundidos (alcance, altura y velocidades de laspartículas) podrían aportar criterios para evaluar el efectofriccional del aire y su influencia sobre los valores de losparámetros reales, que participan en el proceso defragmentación. Esta valoración resulta interesante desde elpunto de vista científico, no encontrándose referida en laliteratura especializada que aborda la obtención de fundentesfundidos.

En la fragmentación de un chorro de fundente líquido conotro de aire ocurren fenómenos físicos muy complejos. Antela intercepción y penetración por otro fluido, el chorro defundente se desmenuza (fragmenta), en un proceso duranteel cual sus partículas cambian prácticamente a 90° sutrayectoria vectorial de velocidad, acelerándose hacia la nuevadirección en función de la velocidad (v

0) y la masa (m

g) de

gases, que ha impactado al chorro de alta temperatura. Eltamaño y forma de las partículas dependerá de la viscosidad(

L) y del valor de las tensiones superficiales (

S) para la

temperatura del fundente y la del medio enfriador y de lavelocidad de enfriamiento (v

e) dentro del fluido de gases, dada

por la masa de las partículas (mp), sus velocidades relativas

(vp) y la diferencia de temperaturas entre las partículas (T

p) y

el medio gaseoso que la circunda (Tg) (T

g T

p); influyendo,

además, la distancia de recorrido de las partículas (L) ensuspensión dentro de la corriente de gas. [12]

Teniendo en consideración los aspectos antesmencionados es posible relacionar alguno de los factoresque pueden afectar el tamaño de las partículas durante lagranulación de fundentes fundidos con gases; estos son: lacomposición química del fundente, la temperatura o gradode sobrecalentamiento del fundente, la estructura delderretido, la velocidad de atomización del aire, la relaciónaire-líquido, el ángulo de atomización del chorro de aire, latemperatura y humedad del aire y el flujo de fundente.

PARTE EXPERIMENTALEl proceso de fragmentación produce partículas (figura 1),

que son lanzadas según trayectorias similares a los disparosde proyectiles, por lo que el alcance, la altura y lasvelocidades de las esferas del fundente granulado, poranalogía, pueden estudiarse por las mismas leyes físicas.

Fig. 1. Forma de los granos esféricos de fundente, obtenidospor fragmentación con aire.

Daniel Pérez Pérez - Carlos René Gómez Pérez - Francisco Arturo Ruiz Martínez - Eriel Pérez Zapico


La distancia recorrida (x) de la partícula (ecuación 1) estádefinida por su velocidad inicial (v

0), el ángulo de salida ( ) y

el instante (t) transcurrido, mientras que su altura (y) lo está,además (ecuación 2), por la acción de la gravedad (g).

Conociendo que: ox v t cos (1)

21y

2ov t sen g t (2)

Despejando cosO

XtV de la ecuación 1 y sustituyendo

t en la ecuación 2, se obtiene que

22 2

tan2 coso

gy x x

v

, para ausencia de fricción

con el aire.

Haciendo (3)

Un esquema trigonométrico (figura 2) representaría latrayectoria de salida de los peles, a partir del cual puedenrelacionarse el ángulo de salida ( ) y su tangente (K).

De esta forma: 2 1 1 2 22 2 2

1 2

12 o

k x y k x ygk

v x x

trabajando con las igualdades:

2 2 2 21 2 1 2 2 1 2 1k x x y x k x x y x

se tiene que: 2 2

1 2 2 1

1 2 2 1

y x y xk

x x x x

(7)

De la ecuación 3 se tiene que tan-1 (k) ; lo que implicaque:

2 2

1 1 2 2 1

1 2 2 1

tany x y x

x x x x

(8)

De esta forma se puede obtener el ángulo de salida delos peles.

De la ecuación 5 se obtienen v´0-1

(ecuación 9) y v´0-2

(ecuación 10), como las velocidades de salida inicial de lospeles, calculadas a partir del punto inicial (x

1; y

1) y final

(x2; y

2) de cada traza, respectivamente.

2 21'

0 11 1

1

2

g k xv

k x y

;

2 22'

0 22 2

1

2

g k xv

k x y

(9, 10)

La diferencia entre v´0-1

y v´0-2

puede reflejar el efecto de lafricción del aire sobre la partícula durante la trayectoria entrelos puntos analizados, ya que para el desarrollo del modelofísico-matemático anteriormente desarrollado, este efecto nofue considerado. La instalación experimental (figura 3) estácompuesta por un horno de arco eléctrico (1), monofásico,de acción indirecta, con crisol y electrodo de grafitoprensados, que sostiene temperaturas de más de 1800 ºCa una potencia de 24 kW; y un soplador centrífugo (2), convelocidades de salida del aire de hasta 60 m· s-1. El fundentefundido CIS-F10 estudiado [13] se obtiene (6 kg) por fusiónde sus materias primas en el horno de arco eléctrico (1). Suvertido (1400 ºC) se realiza de manera tal, que el flujo de aireproducido por el soplador (2) intercepte la trayectoria verticaldel chorro de fundente líquido (3) en un ángulo ( ) de 15º(figura 2). El proceso de fragmentación del fundente se filmacon una cámara de video modelo CAMCODER CC433 RSA1997, a una velocidad de grabación de 30 cuadros porsegundo. La cámara se coloca perpendicularmente(a 1 490 mm) al lugar de impacto de los fluidos.

Las imágenes captadas se digitalizan con el software ATIMultimedia Center. El v ideo se secciona a razón de30 cuadros por segundo con el software Adobe Premiere

Fig. 2. Esquema representativo de la salida de los peles durantesu impulsión.

21 K K

1

θ

Por lo que se puede escribir;

2

2

2

1

2 o

g ky k x x

v

Para los puntos 1 y 2 de la trayectoria de vuelo de unapartícula cualquiera, en función de un sistema de referenciadeterminado, se pueden ubicar los valores de su posicióniniciales (x

1; y

1) y finales (x

2; y

2), tal que:

2

21 1 12

1

2 o

g ky k x x

v

(5)

2

22 2 22

1

2 o

g ky k x x

v

(6)

sen COtan k

cos CA

(4)



Pro 7.0. Se selecciona una secuencia fotográfica, que incluyeel recorrido de una partícula fragmentada, que correspondea una trayectoria de interés, la cual se toma (número 1)como referencia para explicar el procedimiento (figura 4).Cada secuencia de fotos se solapó y se trató digitalmentecon el software Photoimpression 2000, de forma tal, quesolo se aprecie el recorrido continuo de la traza de interésen una sola imagen (figura 5).

La imagen (figura 6) es exportada al software de dibujoPaint, del Microsoft Office, el cual se puede emplear comoherramienta de medición relativa, al permitir la recuperaciónde las posiciones de las coordenadas (x;y) de cada píxel dela pantalla (o de la imagen en ella reflejada). Sin embargo,su uso trae tres problemas: a) Desconocimiento de la relaciónentre el número de píxeles y la distancia real equivalente, enmilímetros, de los objetos; b) desconocimiento de unamagnitud verdadera de referencia en el plano defragmentación, que permita establecer relaciones reales entrelos píxeles y las dimensiones de las trazas en este plano;c) existencia de un sistema de coordenadas creciente en ladirección contraria al desplazamiento del pele.

A partir del reconocimiento de una dimensión milimétricacualquiera (A) (figura 5), y de la determinación de la cantidadde píxeles equivalentes (B), puede establecerse una relación(ecuación 11) para vincularlas, de forma tal que, al medircualquier otra distancia en píxeles (C) sobre la figura 5, puedaconocerse su valor real (D), en milímetros.

A CD

B

(11)

El estudio de relación de la magnitud milimétrica conocida(A), respecto a sus píxeles equivalentes (B), se realizatomando como referencia el valor del diámetro conocido delapoyo 1 del horno (figura 5). Para ello se establecen cincoalturas (y) arbitrarias (tabla 1) del apoyo del horno máscercano al observador (apoyo 1), a las cuales se les mide sudiámetro.

Al reconocer que el diámetro real del apoyo 1 del horno esde 40 mm, se puede determinar que 9 píxeles correspondena 10 mm, relación que se muestra en la escala (figura 6). Deigual forma puede determinarse el diámetro delapoyo 2 (tabla 2), que se encuentra más alejado.

Al igual que el apoyo 1, el diámetro real del apoyo 2 delhorno también es de 40 mm, pudiéndose determinar que,para este caso, 10 píxeles corresponden a 15,38 mm, relaciónque no se muestra en escala alguna de la figura 5.

1 2

α

3

Fig. 3. Instalación experimental.

Fig. 4. Ejemplificación del seguimiento de una traza(número 1) durante su trayectoria de vuelo, en la secuenciade imágenes desde la 00010365 a la 00010374.

Fig. 5. Trayectoria de la traza número 1. Escala, en función delas dimensiones del apoyo 1.

Tabla 1Determinación del diámetro del apoyo 1, en pixeles

Apoyo 1

Muestrasy

(pixeles)x

1

(pixeles)x

2

(pixeles)Diámetro(pixeles)

1 270 808 844 36

2 290 809 845 36

3 300 8 1 0 8 4 6 3 6

4 310 811 847 36

5 320 812 848 36



El efecto de perspectiva y la ausencia de referenciadimensional en el plano en el que se desplaza el pele hacenecesario determinar una verdadera magnitud en dicho plano,que permita relacionar posicionalmente las trazas evaluadas.Si se comparan los diámetros de los dos apoyos del hornose aprecia una diferencia entre ellos (figura 5). Este efectocausado por la perspectiva debe ser corregido para determinarcualquier posición o magnitud en el plano de proyección delpele. Para ello se considera la diferencia entre la distanciaque separa los apoyos y la diferencia de diámetro apreciado(ecuación 12), al ser equidistante la posición del plano desoplado, respecto a la de cada apoyo del horno, considerandoel diámetro del apoyo del horno ( ́ ´), en el plano en el quese desplaza el pele, el diámetro del apoyo más alejado ( ́ ),respecto a la posición del observador, y el diámetro del apoyodel horno más cercano (), respecto a la posición delobservador. Lo mismo que ocurre para el eje de las ordenasse manifiesta para el eje de las abscisas en un sistema decoordenadas cartesianas.

´´ ´ ´1( )

2 (12)

Los resultados de la lectura del apoyo 1 (tabla 1), sucombinación con los resultados del apoyo 2 (tabla 2), y eluso de la ecuación 12 permiten determinar que la verdaderamagnitud del diámetro ( ´´) del apoyo en el plano en el quese desplaza el pele sería de 31 píxeles, que representan a40 mm, correspondientes al diámetro de un apoyo imaginariocolocado en dicho plano. Al igual que se establece una escalade equivalencia de píxeles a milímetros para el apoyo 1 yel 2, se realiza para las distancias contenidas en el plano enel que se desplaza el pele, empleándose para conocer laverdadera magnitud, en píxeles, de la posición relativa queposee cada traza, representando 10 píxeles a 12,90 mm.Todas las magnitudes, que a partir de aquí se refieran, seobtienen en relación con este plano de proyección del pele,por lo que puede obtenerse la posición relativa de lascoordenadas de las trazas, a partir de la figura 5, paradeterminar la distancia entre ellas, en milímetros. El origende coordenadas (0,0) del Paint se encuentra en su esquinasuperior izquierda. Hacia la derecha y hacia abajo crecenlas coordenadas de las ordenadas (x) y las abscisas (y) de

los píxeles, respectivamente. La proyección estudiada delpele número 1 se realiza de derecha a izquierda, condesplazamientos crecientes de las ordenadas y abscisasde forma inversa a lo registrado por el Paint. Una forma deresolver esta contradicción consiste en asumir comoreferencia un sistema cartesiano, que emplee los valoresmáximos de las ordenadas y las abscisas del Paint (x

n,y

m),

ubicado en el extremo inferior derecho del área de medición,tal que cada punto (x

i,y

i) a ubicar se obtenga a partir de la

diferencia de estas coordenadas (ecuación 13) en funciónde las leídas en el sistema de medición empleado.

(xi,y

i) = (x

n-x

i,y

m-y

pi) (13)

Empleando las consideraciones antes mencionadas sepueden determinar las posiciones relativas de cada uno delos puntos de inicio (x

1,y

1) y final (x

2,y

2) de cada traza en

píxeles (tabla 3) y en milímetros (tabla 4), así como los valoresdel ángulo ( ) y de la velocidad (v

0) iniciales (tabla 5), obtenidos

a partir del uso de las ecuaciones 8 y 9, respectivamente.

Tab la 2D e te rm inación de l d iám e tro de l apoyo 2 , en p ixe les

A poyo 2

Mues trasy

(p ixe les)x

1

(p ixe les)x

2

(p ixe les)D iám e tro(p ixe les)

1 330 762 788 26

2 350 762 788 26

3 360 762 788 26

4 410 763 789 26

5 450 763 789 26

Tabla 3Coordenadas de las trazas (figura 5) en el instrumento demedición Paint, a partir del nuevo origen (x = 994, y = 684)

Trazasx

1

(pixeles)y

1

(pixeles)x

2

(pixeles)y

2

(pixeles)

0 633 201 665 199

1 700 197 731 191

2 765 185 793 176

3 823 168 849 158

4 878 146 905 133

5 931 119 957 105

Tabla 4Recuperación de las coordenadas de las trazas(figura5) en el instrumento de medición Paint a partirdel origen en X = 994, y = 684

Trazas x1 (m) y

1 (m) x

2 (m) y

2 (m)

0 0,817 0,259 0,858 0,257

1 0,903 0,254 0,943 0,246

2 0,987 0,239 1,023 0,227

3 1,062 0,217 1,095 0,204

4 1,133 0,188 1,168 0,172

5 1,201 0,154 1,235 0,135



ANÁLISIS DE LOS RESULTADOSSe observa (tabla 5) que el procedimiento empleado para

determinar el valor del ángulo ( = 37º) (error inferior al0,08 %) y la velocidad iniciales (v

0 =3,483 m s-1) (error inferior

al 0,04 %) es adecuado (desviación estándar inferior a1,609 y 0,112, respectivamente). Esta similitud valida elprocedimiento empleado y permite inferir que la influenciadel aire circundante sobre la forma parabólica de la trayectoriade los peles no es apreciable, en las condicionesexperimentales estudiadas.

A partir de la determinación de las velocidades (v0) y ángulos

( ) (tabla 5), considerando los criterios sobre la funcióngeométrica de la parábola, pueden determinarse(ecuación 14 y ecuación 15) sus coeficientes (c, d), mientrasque el parámetro a se determina (ecuación 16) para lascoordenadas del interseco (0,0) y se comprueba para losrestantes puntos característicos máximo (d,c) e interseco(2d,0).

2 20 ( )

2

v senc

g

; 20 (2 )

2

v send

g

; (14,15,16)

Luego, es posible trazar la curva teórica de desplazamientodel pele evaluado (figura 6), a partir de la ecuación de laparábola, considerando los coeficientes a, d, c. La curva y

m

(figura 5) corresponde a la media, a partir de las medias delas velocidades (v

0) y ángulos ( ) iniciales (tabla 5).

El uso de las ecuaciones 16, 17 y 18 convierte a estosparámetros en absolutos, permitiendo su comparación conla curva de trayectoria media descrita por las trazas(figura 7).

De lo expuesto anteriormente puede concluirse que lafunción cuadrática y =-0,635.(x+0,595)2+0,225 describe latrayectoria del pele estudiado (figura 5), lo que permite estimarsus puntos característicos (origen e intersecos), pudiéndosedeterminar las coordenadas del punto de lanzamiento delpele evaluado (0,590;0,222), empleando el procedimientodescrito, pero de forma inversa.

La coincidencia de los recorridos prácticos, adquiridosmediante el procesamiento de las imágenes, con los teóricos,obtenidos con las ecuaciones del tiro oblicuo de proyectiles,permite afirmar que la influencia friccional del aire no modificasignificativamente la trayectoria de recorrido del pele en lascondiciones experimentales estudiadas.

Esta afirmación puede ser usada para la estimación delpunto de recolección de las partículas dispersadas y permitiríatambién la justificación de trabajos relacionados con elestudio del proceso de fragmentación (interrelación de losdos fluidos), como la determinación práctica e instantáneade la longitud de la zona promedio de fragmentación y loscálculos de los flujos de aire y fundente necesarios paraproducir la distribución granulométrica necesaria en elfundente a obtener.

Se determinan entonces las coordenadas del punto superior(x

s;y

s) e inferior (x

i;y

i). El diámetro (d) de la partícula se

determina como la raíz cuadrada de la suma de cuadrados

Tabla 5Velocidad de (v

o) y ángulo ( ) iniciales de los peles de la

figura 6

Trazas v (m/s) (grados) error de v error de

0 3,354 34,188 3,74 7,91

1 3,387 36,363 2,78 2,05

2 3,433 38,139 1,48 2,73

3 3,520 37,770 1,03 1,74

4 3,570 38,475 2,45 3,64

5 3,641 37,811 4,51 1,85

Media 3,483 37,094 0,04 0,08

Promedio 3,484 37,124

Desviación 0,112 1,609

-3.500

-3.000

-2.500

-2.000

-1.500

-1.000

-0.500

0.000

0.500

0

0.2

0.4

0.6

0.81

1.2

1.4

1. 6

1.82

2.2

2.4

2.6

2.8

Fig. 6. Curva teórica de desplazamiento del pele estudiado(unidades en metros).

Fig. 7. Superposición de la curva teórica sobre la imagen(figura 6). Determinación del origen.

2c

ad



de la diferencia posicional absoluta en el eje de las ordenadass (x

s-x

i) y de las absisas h (y

s-y

i).

Para el cálculo de la velocidad crítica (vcr) de soplado [14]

(ecuación 17) se requiere del diámetro (dcr) de la partícula

(tabla 6), el cual se determina tres veces para cada traza (alinicio, en el punto medio y el final de su longitud).

8 Scr

D a cr

vC d

(17)

Tabla 6Determinación del diámetro (d

cr) y la velocidad crítica de soplado (v

cr) de las trazas estudiadas

Diámetro al inicio de la traza

Trazas xs ys xi yi s hd

(pixeles)d (mm) v

cr (m/s)

0 360 482 361 485 1 3 3,16 4,08 23,54

1 291 486 293 489 2 3 3,61 4,65 22,04

2 223 499 226 501 3 2 3,61 4,65 22,04

3 168 516 169 519 1 3 3,61 4,08 23,54

4 113 537 115 540 2 3 3,61 4,65 22,04

5 60 564 62 567 2 3 3,61 4,65 22,04

media 4,46 22,54

Diámetro en el medio de la traza


(pixeles)d (mm) v

cr (m/s)

0 345 483 346 486 1 3 3,16 4,08 23,54

1 277 489 279 492 2 3 3,61 4,65 22,04

2 215 502 217 505 2 3 3,61 4,65 22,04

3 155 521 157 524 2 3 3,61 4,65 22,04

4 99 544 102 547 3 3 4,24 5,47 20,32

5 46 572 48 575 2 3 3,61 4,65 22,04

media 4,69 22,01

Diámetro al final de la traza


(pixeles)d (mm) v

cr (m/s)

0 328 484 330 487 2 3 3,61 4,65 22,04

1 262 492 264 495 2 3 3,61 4,65 22,04

2 200 506 202 510 2 4 4,47 5,77 19,79

3 143 525 146 527 3 2 3,61 4,65 22,04

4 88 549 91 552 3 3 4,24 5,47 20,32

5 36 578 38 581 2 3 3,61 4,65 22,04

media 4,97 21,38

Según estudios de especialistas, [5] para el fundentefundido estudiado la tensión superficial (

S), a la temperatura

de 1400 0C, es de f=339·10-3 N·m-1 y la densidad del aire

(a) a la temperatura de 30 0C es de

a = 1,165 kg· m-3,

mientras que la partícula (figura 1) se asume similar a launa esfera perfecta (C

D=1), aún cuando en los momentos

de su formación la partícula no lo sea. [12]Durante el evento, las fuerzas superf iciales son

condicionadas por la acción directa de los volúmenescontiguos del gas, que tienen contacto con las gotas del



líquido estudiado. [12] No obstante, la ecuación 17 esempleada por algunos autores [14] para calcular la velocidadcrítica de soplado necesaria (v

cr) y predecir un diámetro de

partícula (dcr) específico.

La velocidad media del aire necesaria (velocidad crítica desoplado) es de aproximadamente v

cr = 22 m· s-1, para un

diámetro medio de partícula (dcr) de 0,0047 m, obtenida de

la figura 5, a partir de del promedio de la triple medición deldiámetro de cada traza (tabla 6), determinado según el mismoprocedimiento descrito.

Como se aprecia, entre el valor medio de la velocidad inicialdel pele estudiado (3,48 m· s-1) y la velocidad crítica de sopladocalculada, se observa una diferencia de, aproximadamente,un 84 % entre la velocidad de aire necesario y la velocidad ala que sale la partícula. Esto puede deberse al apreciablegasto de energía necesaria para cambiar la dirección yfragmentar el chorro de fundente, que cae desde el horno.

CONCLUSIONES1. Se propone un procedimiento para la recuperación de

las coordenadas de partículas en movimiento, a partir de laadquisición digital de su imagen, lo cual posibilita unadescripción matemática de la función que caracteriza sudesplazamiento.

2. Se establecen las bases para la validación de losmodelos físicos desarrollados durante el estudio del procesode fragmentación de fundentes fundidos, que emplean chorrosde aire, demostrando la influencia no significativa del airecircundante en la trayectoria de vuelo de los peles obtenidos.

3. La metodología analítica propuesta coadyuvaría elestudio de los fenómenos de fragmentación de fundentesfundidos empleando chorros de aire, potenciando ladeterminación de los parámetros del régimen de soplado,que garanticen los rangos y clases granulométricasnecesarias que conduzcan a un adecuado desempeño delproceso de soldadura.

4. Con la metodología desarrollada es posible estimar lazona de recolección de las partículas, permitiendo usar latécnica industrialmente.

5. Pueden estimarse que las mayores pérdidas (86 %)dinámicas del proceso están asociados al instante dedestrucción del chorro y no de impulsión de las partículas.

RECONOCIMIENTOSLos autores desean agradecer a los colaboradores Jorge

Víctor Miguel Oria y Rafael Quintana Puchol, que hancontribuido a la obtención y valoración de los resultadosreferidos en el artículo.

REFERENCIAS1. PÉREZ PÉREZ, D. "Consideraciones sobre las

potencialidades del uso de los fundentes fundidosgranulados con aire", En XII Congreso Metalúrgico.METANICA 2007. 2007: La Habana, Cuba.

2. GÓMEZ PÉREZ, C. Obtención de fundente fundido parala SAW a partir de rocas minerales cubanas, Centro deInvestigaciones de Soldadura. 1996, Universidad Cen-tral Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara. p. 104.

3. CRUZ CRESPO, A. "Fundente aglomerado aleadoobtenido a partir de escorias de fundentes de alta sílicey alto manganeso". Soldagem&Inspeção, 2004. vol. 9no. 2.

4. PÉREZ PÉREZ, C. Fundente fundido con granos esféricosy procedimiento de obtención. CU 23122 A1. 2006. Cuba.

5. GÓMEZ, F. Torre vertical para la obtención de fundentesfundidos. CIS. 2002, UCLV: Santa Clara.

6. AYAMA, Y. Fabricación de fundente de tipo fundido conbajo hidrógeno y baja densidad para la soldadura bajoarco sumergido. 1990. Japan.

7. SANEJI, N. Producción de fundente fundido. 1981.

8. KONISHI, T. Production of fused flux for submerged arcweldind. 1985: Japan.

9. GÓMEZ PÉREZ, C. Fundente fundido con granos ovoidesy procedimiento de obtención. 2003. Cuba.

10. PÉREZ PÉREZ, D. "Potencialidades de la granulaciónhorizontal con aire del fundente fundido CIS-F10".Soldagem&Inspecao, 2008. vol. 13 no.3.

11. GALIANO M., T. Pequeño Larouse de Ciencias Técnicas.Colección Diccionario. 1988, Ciudad de la Habana. Edi-torial Científico-Técnica. 1056.

12. VALDÉZ GONZÁLEZ, R. Consideraciones físicas sobrela atomización horizontal de líquidos de alta temperatura,CIS. 2003, UCLV. Santa Clara. p. 76.

13. GÓMEZ PÉREZ, C. Fundente fundido para la soldaduraautomática bajo arco sumergido y procedimiento de suobtención. Patente 2000 - 0023. 2005. Cuba.

14. NAIDA, Y. "Estudio de las condiciones de enfriamientode polvos metálicos atomizados y calculo de lasdimensiones de la cámara de dispersión". Metalurgia depolvos, 1974, vol. 139, nº 7, p. 6,10.

AUTORESDaniel Pérez PérezIngeniero Mecánico, Máster en Ciencias,Abastecedora Central de la Pesca (ABACEN), Proveedora eImportadora de Artículos para la Pesca (Propes) Santa Clara,Villa Clara, Cuba

Carlos René Gómez PérezIngeniero Mecánico, Doctor en Ciencias, Profesor Auxiliar,Investigador Titular, Centro de Investigaciones de Soldadura(CIS), Universidad Central Marta Abreu de Las Villas (UCLV),Santa Clara, Villa Clara, Cuba

Francisco Arturo Ruiz MartínezLicenciado en Física, Doctor en Ciencias, Profesor Titular,Departamento de Física, Facultad de Física, Matemática yComputación, UCLV, Santa Clara, Villa Clara, Cuba

Eriel Pérez ZapicoIngeniero Mecánico, Laboratorio Provincial de Criminalística(LPC), Villa Clara, Cuba



AbstractConsiderations about the fragmentation process with air of molten fluxes obtained by using rawCuban materials for the welding process under submerged arch (S.A.W) are presented. The physicalprocess of the flight trajectory and its validation during the granulation with air are not reported in thewelding field. Therefore, the aim of this work is to establish a procedure that determines the rates anddeparture angles of pellets during impulsion and dispersion, in addition to contribute criteria on thefrictional effect of the surrounding atmosphere on the shape of the trajectory curve of the pelletsformed. These aspects may be corroborated with data obtained from the digital processing of filmedimages of the fragmentation process and movement of the pellets formed. It is demonstrated that theefficiency of the procedure developed for the obtaining of the flight parameters and the non-influenceof the air frictional force on the modification of the particle’s flight trajectory, allows the establishmentof a methodology that makes it possible to begin studies about the fragmentation phenomena ofmolten fluxes by using air jets, which guarantee the necessary rank and granulometric types for anadequate performance of the welding process.

Key words: fluxes, obtaining, granulation, atomization, particles dispersion

Origin Parameters of Fused Flux Grain Process Dispersion with Air

Recibido: noviembre del 2009 Aprobado: diciembre 2011

Revista Cubana de Ingeniería, 1(ii), 55-60, 2011

Simulación de cojinetes de deslizamientoen turbogeneradores con empleode la norma ISO 7902

INGENIERÍA MECÁNICA

ResumenEl estudio de pares tribológicos de deslizamiento es indispensable para garantizar el adecuado fun-cionamiento y correcto mantenimiento de las máquinas. En el presente artículo se muestran resulta-dos en la simulación de cojinetes de deslizamiento de un turbogenerador para diferentes condicionesde trabajo con el uso de un método de cálculo que valora la capacidad de carga de cojinetes encondiciones de lubricación hidrodinámica. El método de cálculo que se propone consiste en determi-nar si el cojinete, bajo el efecto de las cargas y en las condiciones de trabajo, es capaz de formar ymantener una cuña de lubricante que impida el contacto de las superficies. Con el uso de este métodose pueden determinar los factores que influyen en el buen establecimiento de la cuña de lubricante, loque permite garantizar las correctas condiciones de funcionamiento de los cojinetes de deslizamien-to. Algunos de estos factores son: la holgura radial, la velocidad de giro del árbol, la viscosidad dellubricante, el diámetro y la longitud del cojinete, la rugosidad superficial y la carga radial. Adicionalmente,en el artículo se muestra un ejemplo de cálculo.

Palabras clave: cojinete de deslizamiento, turbogenerador, lubricación hidrodinámica, ISO 7902

Alejandra Elena García TollCoreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, CubaDavid Hernández MoncisbaesCorreo electrónico:[email protected] 3 del MININT, La Habana, CubaYerisey González HernándezCorreo electrónico:yeriseygon @ctehabana.une.cuCentral Termoeléctrica de La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNConocer la capacidad de carga de un cojinete de

deslizamiento permite garantizar adecuadas condiciones deexplotación y un mantenimiento de calidad a los equipos. Elestudio de los elementos que afectan la capacidad de trabajode los cojinetes es indispensable para realizar actividadesde acondicionamiento y reingeniería en los apoyos.

En el presente trabajo se propone un método para lasimulación de las condiciones de trabajo de los cojinetes delos turbogeneradores a partir de la valoración de la capacidadde carga de cojinetes en condiciones de lubricaciónhidrodinámica, que permite el análisis de los factores que

influyen en el buen establecimiento de la cuña de lubricantey el mantenimiento de esta, además de esclarecer cuálesson las variables a evaluar.

Para establecer el método que se propone en este artículofue necesario un estudio de los diferentes criterios empleadosen el cálculo de cojinetes que funcionan en condiciones delubricación hidrodinámica. Los primeros trabajos sobre eltema datan de 1880, cuando el investigador BeauchampTower demostró que en estas condiciones de lubricación sepodían lograr coeficientes de fricción considerablemente bajosy capacidad de trabajo alta .[1] A partir de ese momento sedesarrolla la teoría de la lubricación hidrodinámica, que se

mailto:electr�nico:[email protected].


mailto:@ctehabana.une.cu

Simulación de cojinetes de deslizamiento en turbogeneradores con empleo de la norma ISO 7902


mantiene vigente y es aplicable en el cálculo de los cojinetesque trabajan en lubricación hidrodinámica. Aportes a estateoría son los trabajos de Sommerfeld (1904), Reynolds(1927), Raimondi y Boyd (1958), que por su importancia hansido muy difundidos y aún se citan en textos, artículos ynormas publicados recientemente [2, 3]. En 1998, se apruebala norma ISO 7902, por el Comité Técnico ISO/TC 123, queestablece el cálculo de cojinetes con lubricaciónhidrodinámica sometidos a carga estática. En la actualidadse continúa trabajando en el perfeccionamiento de la teoríadel cálculo de los cojinetes de deslizamiento.

MÉTODO DE CÁLCULOLos cojinetes en lubricación hidrodinámica son sistemas

dinámicos cuyas condiciones de funcionamiento dependendel comportamiento de diferentes variables. Las principalesvariables con influencia en el funcionamiento de los cojinetesde deslizamiento son: la carga radial, frecuencia de rotación,ancho, diámetro nominal, holgura, deformaciones y calidadsuperficial del cojinete y eje. Otros elementos que influyenen el funcionamiento de los cojinetes de deslizamiento, quese sintetizan en la figura 1 con las variables temperatura yviscosidad, son los aspectos relacionados con la forma delubricación y el balance térmico, que puede definir tambiénel tipo de lubricación del cojinete.

La simulación de los cojinetes de turbogeneradores paradiferentes situaciones de trabajo puede ser desarrolladavalorando la capacidad de carga de estos en condiciones delubricación hidrodinámica. El procedimiento propuesto en estetrabajo tiene como base la norma ISO 7902:1998,Hydrodynamic plain journal bearing under steady-stateconditions - Circular cylindrical bearings. [4]

En la figura 2 se muestra un esquema de cojinete dedeslizamiento radial en régimen de lubricación hidrodinámicomostrando la distribución de la presión sustentadora generadapor la película de lubricante para soportar la carga radial enel cojinete. Es conocido que a medida que aumenta lavelocidad de trabajo del rotor aumenta la capacidad portantedel cojinete de deslizamiento, por la creación de una películade aceite capaz de separar las superficies del cojinete y elrotor a una distancia pequeña (h

min), pero suficiente para que

no estén en contacto las crestas de las microirregularidadesde las superficies.

Fig. 1. Variables que definen las condiciones defuncionamiento de cojinetes en lubricación hidrodinámica.

Fig. 2. Esquema de cojinete de deslizamiento en condicionesde lubricación hidrodinámica, donde D

máx, d

mín, diámetro

máximo del cojinete y diámetro mínimo del eje o rotor; hmín

espesor mínimo de la película de lubricante, y excentricidad; ángulo de altitud, w

e, w

c velocidad angular de eje y cojinete,

p presión de la película del lubricante, F fuerza radial queactúa en el rotor y B ancho del cojinete.

El método de cálculo propuesto establece un procedimientosencillo para evaluar las variables que caracterizan elfuncionamiento de los cojinetes y su capacidad de carga,para diferentes condiciones de trabajo; permite evaluar lainfluencia de la carga, la viscosidad del lubricante, la holguraradial, el ancho, la velocidad de giro del árbol y su diámetro,entre otros parámetros y variables, y su influencia en lacapacidad portante.

El cálculo del cojinete, consiste en determinar si elelemento bajo el efecto de las cargas radiales y en lascondiciones de trabajo, es capaz de formar y mantener unacuña de lubricante, que impida el contacto entre lassuperficies del árbol y el cojinete. Esto se verifica de lasiguiente forma:

mín límh h (1)

Siendo hmín

el espesor de la capa de lubricante en el puntodonde el coj inete y el árbol están más próximos(figura 2) y h

lím el espesor que puede tener la capa de

lubricante para que no contacten los elementos que formanel cojinete.

Alejandra Elena García Toll - David Hernández Moncisbaez - Yerisey González Hernández


El espesor límite (hlím

) tiene en cuenta las rugosidades delárbol y cojinete, sus desviaciones dimensionales, o lasdeformaciones que sufren los elementos durante elfuncionamiento. El espesor mínimo (h

mín) se obtiene con

empleo de la ecuación 2, a partir de la geometría del cojinetey definida por la excentricidad relativa, una vez que se tengala posición que va a adoptar el árbol en el interior de este.Luego de calculados los valores de espesor mínimo depelícula y espesor límite se puede decir que: si se cumplecon la relación establecida en la ecuación 1, se está enpresencia de un cojinete que trabaja en condiciones delubricación hidrodinámica y si la excentricidad relativa(relación entre la excentricidad y la holgura radial) es mayorque 0,7, entonces se puede afirmar además, que sufuncionamiento es estable. Otra variable a considerar es elángulo de altitud o posición angular excéntrica del eje, relativaa la dirección de la carga () (figura 2), que junto a la alturamínima permiten definir la posición teórica del centro delárbol o rotor en el cojinete.

0,5 1 mín effh D (2)

donde:: Excentricidad relativa ( =2e/(D

máx-d

min)).

eff

:Holgura relativa. ( eff

=(Dmáx

-dmin

)/D).D: Diámetro nominal del cojinete [m].

Para determinar la excentricidad relativa del cojinete (),se parte de la relación B/D y del cálculo del númeroadimensional Sommerfeld a partir de la ecuación 3. El númeroSommerfeld (S

o), es una relación, que depende de la

geometría y condiciones de trabajo del cojinete [4] y secalcula como:

2

eff

oeff eff

FS

D B (3)

donde:F: Fuerza radial que actúa sobre el cojinete [N].B: Ancho del cojinete [m]. eff: Viscosidad dinámica del lubricante [Pa s], a la

temperatura de trabajo teff

.

eff: Velocidad angular efectiva, en este caso igual a la

velocidad angular del eje ( eff

=e+

c) [rad/s].

teff

: Temperatura de trabajo (teff

= tentr

+tsal

) [ 0C].tentr,sal

: Temperatura de entrada y salida del cojinete [ 0C].El número de Sommerfeld se puede calcular una vez

definida la temperatura de trabajo del cojinete, y con elladeterminar la viscosidad efectiva del lubricante. A medidaque el número Sommerfeld aumenta, se produce uncrecimiento de la excentricidad relativa, por lo que el espesorde la capa de lubricante se hace menor y puede darse elcontacto del rotor con la superficie del cojinete. Cuando esmuy grande la fuerza radial por unidad de área, la capacidad

de carga peligra; en caso contrario se puede manifestarinestabilidad dinámica por tener una película de gran espesory de menor rigidez. En el caso de cojinetes de excesivaholgura o lubricados con un aceite de insuficiente viscosidada la temperatura de trabajo se observa que la capacidad decarga disminuye y se afecta el funcionamiento del cojinete.

Las pérdidas pueden calcularse en función del coeficientede fricción entre las capas de lubricante (f´), que se obtienea partir de la excentricidad relativa y la relación B/D. Ladeterminación de las pérdidas permite realizar el balancetérmico que define la temperatura de trabajo media dellubricante en el cojinete. Para la mejor comprensión delmétodo a emplear, se muestra el diagrama de la figura 3,que refiere el algoritmo para el cálculo de un cojinete enlubricación forzada. Como se debe realizar un proceso iterativopara determinar la temperatura de trabajo, se emplean lasvariables T

sal (temperatura de salida del lubricante) y T

sal

i

(temperatura de salida del lubricante para la iteración i).

Fig. 3. Procedimiento simplificado de cálculo.

I nicio

En tra d a de d atos

/t s al-t s a l( i)/ =1

S up on er t s al

Ca lcu la r

teff , η e ff Ψ e ff, S o, ε ,

s i

no

C a lcula r h m i n

A ná lis is d e resu lta do s

fin

¿Re d is eñ a r?

no

si

EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN PARTRIBOLÓGICO DE UN TURBOGRUPO

A continuación se brinda la simulación del par tribológicomuñón-cojinete de la chumacera de un turbogenerador, [6]la cual permite conocer las condiciones reales de trabajo dela chumacera y en el caso que se trata, las posibles causasde los frecuentes deterioros de la misma.



El turbogenerador objeto de estudio está conformado poruna turbina de vapor del modelo K-100-130-3600 de trescilindros, unida directamente al generador de corriente alternaTVF-100 y destinado a la producción de energía eléctrica.La tabla 1 muestra información necesaria sobre el cojinetede deslizamiento estudiado en el turbogenerador.

Tabla 1Datos iniciales para el cálculo del cojinete de deslizamientocon lubricación forzada

Datos de entrada Unidad Valor

Diámetro nominal del eje (D ) m 0,325

Valor mínimo del diámetro del eje(Dj ,mín)

m 0,324 75

Valor máximo del diámetro delcojinete (Dmáx)

m 0,325 25

Ancho nominal del cojinete (B) m 0,32

Fuerza nominal (F) N 124 800

Velocidad angular del rotor ( h) 1/s 384,65

Ángulo del segmento del cojinete (Ù) ºC 360

Lubricante Aceite Turbo 32 - -

emplearse un lubricante con menor viscosidad de trabajopara obtener películas de lubricantes menores y garantizarla estabilidad del sistema.

Las cargas específicas en los cojinetes, las temperaturasde entrada del lubricante a las chumaceras, y el flujo delubricante empleado para la transferencia de calor, sonparámetros que tienden a variar durante el funcionamientodel turbogenerador y dicho cambio afecta la película delubricante que se forma entre el muñón del rotor y la superficiedel cojinete. Los gráficos expuestos en las figuras 4, 5 y 6,evidencian el comportamiento del espesor de película (h

min)

respecto a la variación de la carga específica, la temperaturade entrada y el flujo de lubricante. Dichas figuras ayudan acomprender la interrelación de las variables mencionadas.

Variaciones en la carga radial producen cambios en lasvariables que caracterizan el comportamiento del cojinete ymodifican el coeficiente de fricción, la temperatura de trabajoy la posición del rotor, en el cojinete. En la figura 4 se muestraque el espesor de la película de lubricante disminuye paramayor fuerza radial, con lo que se aproximan cojinete y rotor.En condiciones de elevada carga, disminuye el coeficientede fricción por tener menor espesor de capa de lubricante, loque provoca que el aceite del cojinete se enfríe ligeramentey aumente su viscosidad; no obstante, de los efectoscombinados se obtiene que el espesor mínimo de la películadisminuya. En el caso mostrado para un incremento de cargadel 25 % disminuye el espesor de película en 40 m.

Tabla 2Relación y variables

Modelo Matemático

#Relación

Relación

1 eff= función {0,5(tentr + tsal), aceite}

2 ( máx · D) - Dmáx + dmin = 0

3 So (D · B ·

eff · ) - (F ·

máx)2 = 0

4 = función { So, B/D}

5 f´/ máx = función { , B/D}

6 Q3+ Q

P - Q = 0

7 D3 máx

Q3* - Q

3= 0

8 Q3* = función { ; B/D; }

9 ((D3 eff3 Pen)/ eff) Qp*-QP = 0

10 Qp* = función {geometría del cojinete, B, dL, qL}

11 qL = función {geometría del cojinete, B, dL}

12 [ máx

(0,5 DF f́ / máx

) /( c Q)] - tsal(i)

+tentr

= 0

13 tsal

- tsal

(i) - tsal

= 0

14 hmin - 0,5 · D · máx ( 1 - ) = 0

La tabla 2 muestra las relaciones que se emplean para elcálculo de un cojinete hidrodinámico con lubricación forzada,que comprende la determinación de la viscosidad, el cálculodel número de Sommerfeld, el balance térmico y losespesores de película mínimo y límite, que permitencaracterizar el cojinete.

Otras variables a identificar son: Ω ángulo del cojinete,Q flujo de lubricante total, Q

p flujo de aceite debido a la

presión de alimentación del lubricante, Qp × coeficiente de

flujo de aceite debido a la presión de alimentación dellubricante, Q

3 flujo de lubricante producto de la presión

hidrodinámica, Q3× coeficiente de flujo de lubricante producto

de la presión hidrodinámica, qL factor para el cálculo del

coeficiente de flujo de aceite debido a la presión dealimentación del lubricante, d

L diámetro del agujero de

entrada de lubricante, Pen

presión de entrada del lubricante,, c densidad y capacidad específica de calor del lubricante.

Del análisis de los resultados obtenidos del proceso decálculo y mostrados en la tabla 3, puede ser obtenida lasiguiente conclusión: para la carga específ icacorrespondiente a la fuerza radial de 124 800N, laexcentricidad relativa del cojinete se encuentra por debajodel valor recomendado de (>0,7).

Los bajos valores de excentricidad que ostenta lachumacera fundamentan la presencia de vibraciones de bajafrecuencia por las inestables condiciones de trabajo, lo queprovoca acercamientos de las superficies del eje y cojinete,trayendo como consecuencia la ruptura de la película delubricante y provocando grandes daños al metal derecubrimiento del cojinete. Una de las vías para solucionareste problema es el aumento de la carga específica en elcojinete, a partir de la disminución del ancho, también podría

Alejandra Elena García Toll - David Hernández Moncisbaez - Yerisey González Hernández


Tabla 3Iteraciones en el cálculo del cojinete de deslizamiento con lubricación forzada

Iteraciones Unidad 1 2 3 4

ten

º C 43 43 43 43

tsal

º C 63 53,021 48,041 45,554

teff

º C 53 48,010 45,520 44,277

eff

Pa s 0,018 0,022 0,025 0,028

eff

- 7,69E-04 7,69E-04 7,69E-04 7,69E-04

So - 0,102 5 0,083 9 0,073 8 0,065 9

- 0,62 0,57 0,56 0,54

f´/ eff

- 25 35 38 40

Q3

m3/s 0,001 940 0 0,001 8993 0,001 858 7 0,001 838 4

Qpm3/s 3,84E-06 3,14E-06 2,77E-06 2,46E-06

Q m3/s 1,94E-03 1,90E-03 1,86E-03 1,84E-03

Tsa l

(i) ºC 43,042 873 43,061 327 43,068 050 43,072 434

Tsal (i+1) ºC 53,021 436 48,041 382 45,554 716 44,313 528

hmín

m - - - 0,000 057 5

En la figura 5 se representan diferentes temperaturas deentrada del lubricante a la chumacera. Al aumentar latemperatura de ingreso del lubricante aumenta la temperaturamedia del aceite, disminuye la viscosidad de este y laexcentricidad relativa. Los fenómenos descritos provocanque la superficie del rotor se aproxime a la del cojinete debidoa una disminución del espesor mínimo de la película delubricante. Se obtienen espesores de película entre 72 my 25 m, para valores de temperatura entre 38 °C y 53 °C.

Fig. 4.Variación del espesor mínimo de la película de lubricantepara diferentes valores de fuerza radial.

En el ejemplo estudiado los valores del espesor de películapermanecen por encima de 25 m lo que es aceptable paraeste caso. Analizando el efecto de la cantidad de lubricantesuministrado al cojinete y calculando el espesor de capa,se obtiene un aumento de espesor mínimo de la película delubricante con el aumento del flujo (figura 6).

En el caso mostrado un aumento de 3 % de flujo del lubricantedisminuye la temperatura del cojinete de forma considerable yprovoca un incremento de espesor de capa del 20 %.

Fig. 5. Variación del espesor mínimo de la película de lubricantepara diferentes temperaturas de entrada del lubricante.



AbstractThe study of plain bearings is fundamental in guaranteeing the full running and maintenance ofmachines. Due to the fluctuations in working conditions, the simulation of plain bearing in turbinesand generators has become increasingly necessary. The procedure used to obtain data is based onISO Standards 7902:1998 which involves the calculation of the load capacity of plain bearings underhydrodynamic lubricant conditions. This method can be used to determine if the plain bearing underload and working conditions will be able to form and maintain a film of lubricant which is important toseparate completely the shaft and bearing sliding surfaces in order to prevent friction between thesetwo. Also, with this method it is possible to determine the ideal working conditions and limitingfactors in the functioning of plain bearing. Some of these factors are: relative bearing clearance, shaftvelocity, lubricant viscosity, diameter and width of bearing, average peak-to-valley height of slidingsurfaces and nominal radial. Additionally, a calculation sample is presented

Key words: plain bearing, turbo-generator, hydrodynamic lubrication ISO 7902

Simulation of Plain Bearings in Turbo-Generators Using the Stand

ISO7902

Fig. 6.Variación del espesor mínimo de la película de lubricantepara diferentes valores de flujo de lubricante.

Lo anterior demuestra la eficacia del control del volumen delubricante, que ingresa a la chumacera por unidad de tiempo, paraajustar los espesores de capa de lubricante a los valores deseados.

2. GARCÍA TOLL, A. "Evaluación de lubricante para apoyosde ventilador en planta termoeléctrica con empleo de lanorma ISO 7902". Ingeniería Mecánica. Ciudad de LaHabana, 2007, vol. 10, nº 2, p. 51 - 55.

3. BRITO, F. "Experimental investigation of the influence ofsupply temperature and supply pressure on the perform-ance of a hydrodynamic Journal Bearing". Journal ofTribology. 2007, vol. 129, nº 1, p. 90 - 98.

4. ISO. Hydrodynamic Plain Journal Bearings Under Steady-state Conditions. ISO Standard 7902, Génova, 1998.

5. GONZÁLEZ HERNÁNDEZ, Y. "Propuesta de normacubana para el cálculo de cojinetes de deslizamiento encondiciones de lubricación hidrodinámica". Tutor: García.Alejandra. Trabajo de Diploma, Instituto Superior PolitécnicoJosé Antonio Echeverría, Ciudad de La Habana. 2010.

6. HERNÁNDEZ MONCISBAEZ, D. "Cálculo de cojinetesde deslizamiento con lubricación forzada, enchumaceras". Tutor: García, Alejandra. Trabajo de Di-ploma. Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Ciudad de La Habana. 2009.

AUTORESAlejandra Elena García TollIngeniera Mecánica, Máster en Diseño Mecanico, ProfesoraAuxiliar, Centro de Estudios de Ingeniería de Mantenimiento,(CEIM), Facultad de Ingeniería Mecánica, Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría, Cujae. Miembro delComité de Normalización Cubano de Elementos deMáquinas. La Habana, Cuba

David Hernández MoncisbaezIngeniero Mecánico, Taller 3 del MININT, La Habana, Cuba.

Yerisey González HernándezIngeniera Mecánica, Central Termoeléctrica de La Habana,Miembro del Comité de Normalización Cubano de Elementosde Máquinas. La Habana, Cuba.

CONCLUSIONESEl procedimiento propuesto es válido para el cálculo de

comprobación y diseño de cojinetes de turbogeneradores, quesoportan cargas radiales, y se demuestra que constituye una útilherramienta para determinar los efectos que puedan ser provocadospor acciones de control sobre el sistema, modificación de lascondiciones de trabajo y variaciones en el diseño.

El caso estudiado evidencia las potencialidades delprocedimiento, para conocer el origen de los problemasfuncionales que presenta el apoyo analizado y muestra elcomportamiento del espesor de película (hmin), respecto ala variación de elementos como: la carga específica, latemperatura de entrada y el flujo de lubricante, lo que ayudacomprender a la interrelación de las variables analizadas.

REFERENCIAS1. FULLER, D. Theory and Practice of Lubrication for Engi-

neers. New York: Mc Graw-Hill. 1984. p. 544.

Recibido: enero del 2011 Aprobado: febrero del 2011


Tecnología, Sociedad y Futuro

PROBLEMAS SOCIALES DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA

ResumenEn el artículo se realiza un análisis crítico del desarrollo de la tecnología moderna, sus posibilidades,impactos, retos y perspectivas.

Palabras clave: tecnología, ciencia, ingeniería, desarrollo científico-técnico, sociedad, mediombiente,ecología

José Ricardo Díaz CaballeroCorreo electrónico:[email protected] Rubido RodríguezCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, Ciudad de La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNPara comprender las leyes y regularidades que

caracterizan la lógica del desarrollo de la tecnología comofenómeno, y trazar las estrategias a seguir en este importanteámbito de la actividad humana, es imprescindible investigarlas regularidades que ha seguido ese desarrollo en el pasadoy sus avatares en el presente. V. I. Lenin señalaba que en elestudio de la realidad era necesario "(...) no olvidarse de laconcatenación histórica fundamental, considerar cadacuestión desde el punto de vista de cómo ha surgido elfenómeno histórico dado, cuáles son las etapas principalespor las que ha pasado en su desarrollo, y partiendo de estepunto de vista del desarrollo, ver en qué se ha convertido enla actualidad". [2] Llamar la atención sobre estas cuestioneses la razón de ser del presente trabajo.

LA PIEDRA DE LITÓGRAFOEsta primera década del siglo ha sido pródiga en

predicciones y la tecnología no ha escapado a semejanteejercicio de extrapolación imaginativa. Se afirma que elcibersexo será mejor que el sexo, que la televisión además

de imágenes transmitirá olores, que se desarrollarán softwarecapaces de predecir las reacciones de la población antehechos fuera de lo común, como huracanes, terremotos oatentados terroristas y ayudar así a diseñar los planes deactuación.

Ya se trabaja en una nueva generación de automóvilescon sistemas GPS de visión proyectados en el parabrisas,que funcionará como pantalla, para avisar al conductor sobrepeatones o peligros en el curso del trayecto. Se diceasimismo, que se contará con electrodomésticos inteligentes,que cambiarán radicalmente nuestra forma de vida: existiránnanobots, robots microscópicos que permitirán la fusión entrela mente y la computadora, que será posible la conexiónentre sí de cerebros y la generación de una red mental globalde información sin necesidad de textos o imágenes en nuevoslenguajes que revolucionarán la actividad intelectual en susmás diversas formas y los sistemas educacionales a todoslos niveles, que la respuesta a los males de la superpoblación,especialmente el hambre, se resolverán mediante losalimentos genéticamente modificados.[3]

Solo dos cosas son infinitas: el universo y la estupidezhumana. Aunque no estoy tan seguro de la primera.

Albert Einstein





Recientemente, Andre Geim y Constatin Novoselov,profesores de la Universidad de Manchester, han obtenido elPremio Nobel de Física por sus estudios sobre el grafeno,una estructura de carbono de un átomo de espesor quepresenta una conductividad eléctrica muy elevada y unenorme potencial en el campo de la electrónica molecular.Walter de Heer, del instituto tecnológico de Georgia, creeque los componentes electrónicos basados en grafeno podránsustituir a los de silicio y superar el terahercio de velocidad.[4]

En otras palabras, que poco a poco la tecnología brindaránuevas posibilidades sensoriales, satisfará en mayor gradolas necesidades sociales y que, por lo tanto, el mundo serámejor. Visto desde esta perspectiva, el futuro pareciera colorde rosas, sin embargo, no se debe olvidar que para accederal futuro hay que transitar por el presente y, este no semuestra tan promisorio ni feliz.

En estos días la estupidez humana se ha vestido de largouna vez más. Cuando tenía lugar en Roma, Italia, la Cumbrede las Naciones Unidas contra el hambre en el mundo ymoría un niño cada cinco segundos por falta de acceso a losalimentos, los productores en Francia, Alemania, Holanda,Suiza, Austria y Luxemburgo, léase la civilizada Europa,vertieron millones de litros de leche en los campos, todoporque reclamaban más dinero por ese producto.

"Cada pensamiento trae su molde: -escribió José Martí-mas, así como piedra de litógrafo se gasta cuando imprimenen ella muy numerosos ejemplares, y pierde vigor de línea ytinta la figura impresa, así pierde fuerza de influir y color conque brillar el pensamiento que cae sobre otros pensamientosen un molde usado. Y lo que comenzó como rugido de león,acaba a poco como ladrido de can". [5]

La piedra de litógrafo de la sociedad de consumo se hagastado, las reglas del juego para estos tiempos son otras.La dinámica del mundo está modificándose a ojos vista, yaún permanecen intactos patrones de la realidadsocioeconómica, política, científica, tecnológica, educacionalque ya fueron o están siendo descalificados por la vida.

Cada día es mayor la sorpresa con nuevos cambios. Detrásdel imperio engañoso de la creatividad mal encausada eincontrolada, trasluce que los procesos dirigidos al auténticoavance humano ocurren ahora mucho más lento que antes.Los verdaderos profetas, esos que portan en su pensamientola semilla de un mundo más sensato y noble, de un mundomejor posible, padecen, o el anonimato, la indiferencia y ladiscriminación, o la burla y el descrédito de los centros depoder.

El análisis crítico, constructivo, revolucionario, humanista,a pesar de lo que se diga, encuentra oídos sordos en unagran parte del mundo civilizado. El subdesarrollo, el hambre,la insalubridad y la indigencia se globalizan.

La cumbre de Copenhague resultó un sonado fracasoporque, en la práctica, a los que mal gobiernan y decidenles interesan muy poco los problemas, no ya delmedioambiente, sino de los propios seres humanos. Paraellos es una broma extravagante ocuparse del cambioclimático, la geología del planeta, la capa de ozono o losacuciantes problemas relativos a la seguridad alimentaria yla calidad de vida del setenta por ciento de la poblaciónmundial.

La capacidad de pensar parece ser no solo una ventajasino también un lastre pesado para estos individuos que losha hecho, en muchos aspectos, inferiores al resto del mundoanimal. Los graves problemas de toda índole que enfrenta lahumanidad en la actualidad se deben en buena medida alejercicio estúpido de esa capacidad.

¿A dónde han ido a parar el humanismo, la responsabilidady la imaginación que todo lo pueden?

La lógica de una especie que piensa y crea deberíapropender a igualar la existencia de las cosas y no a acentuarlas diferencias. Una lógica tal sugiere el reencuentro y no eldesencuentro con el medio social y natural.

El ingenio le ha deparado al hombre cosas indelebles yhermosas, pero también nefastas e indignas. Si se situaranhoy día en una balanza, no cabe la menor duda que esta seinclinará hacia el lado oscuro de la existencia. La noblezade la especie humana está precisamente en darle un vuelcoa la balanza y pensar que su misión no es la de someterlotodo a sus incontrolados instintos de transformación de lascosas, sino autodominarse, controlar sus "pre-juicios" parano trascender más allá de lo que exige la sobrevivencia y lamoralidad humana, considerando siempre la posibilidad deque algún día se deba desaparecer para dar paso a otracosa.

Se tiene la creencia de que el descubrir las leyes naturalesy sociales le proporciona al hombre el poder de dominartecnológicamente el mundo a su antojo. Sin embargo, existendetrás de tal creencia algunos presupuestos aún no probados:

1. Que las leyes son inmutables en el tiempo, esto es,que no están sujetas ellas mismas al cambio.

2. Que la naturaleza y la sociedad son tan simples comosugieren las leyes descubiertas.

3. Que las modificaciones que se introducen para limitar,mejorar o perfeccionar las cosas, realmente lo logran ysiempre son moralmente justificables.

4. Que el sentido de la especie humana va más allá que elexistir en la naturaleza.

En la Introducción a su tan conocido como criticado Tratadocontra el método, Paul Feyerabend escribe: "La historia engeneral (…) es siempre más rica en contenido, más variada,más multilateral y más viva e ingeniosa de lo que incluso elmejor historiador y el mejor metodólogo pueden imaginar. Lahistoria está repleta de 'accidentes y coyunturas, y curiosasyuxtaposiciones de eventos'. Esto nos demuestra lacomplejidad del cambio humano y el carácter impredictiblede las últimas consecuencias de cualquier acto o decisiónde los hombres. ¿Vamos a creer realmente que las simplese ingenuas reglas que los metodólogos tienen por guía seancapaces de explicar tal 'laberinto de interacciones'?".[6]

El anarquismo de Feyerabend ha sido algo bastantecensurado en muchos dominios de la actividad humana; novan a repetirse aquí los elementos que conforman esa ampliareacción crítica. Solo acotar que el anarquismo ha recibidomuchos atinados ataques desde la ciencia y el plano de

José Ricardo Díaz Caballero - Elena Rubido Rodríguez


la política, la ética, la organización y planificación social yeconómica, la ecología y otros sectores y corrientes depensamiento. A pesar de ello, hay que decir que en el planometodológico y de la crítica a los esquemas simplificadoresen el dominio del pensamiento y la actividad humana engeneral, Feyerabend lleva una buena carga de razón. Lasreglas y normas, si bien facilitan la actividad de los sereshumanos, también la reducen y simplifican y con ello ladificultan.

¿Por qué no pensar el desarrollo humano en sucomplejidad? ¿Es necesario un modelo de desarrollodiferente? ¿Es posible una aproximación unitas multiplex almismo? ¿Es buena o mala tal perspectiva?

Ya no se vive en el otrora mundo de las preguntas yrespuestas simples y excluyentes. Las preguntas hoy, encaso de ser pertinentes, deberán ser formuladas comoherramienta complementaria a lo más esencial captar lamayor cantidad de matices contrapuestos y contradictoriosde la realidad.

Comprender el movimiento de la tecnología en sus múltiplesnexos con lo social, lo económico, lo político, lo cultural, lopsicológico y lo ambiental, requiere un enfoque dialéctico,sistémico y complejo.

La gran mayoría de la gente analiza las cosas tal y comosí solo fuera una parte virtual del todo planetario y no unaparte real y efectiva. Aplica el sistemismo de modo aséptico,holístico e inoperante. No acaba de entender que el todoglobalizador es mucho menos que la suma de las partes;que para integrarse a ese todo planetario preconizado en laidea de la globalización, el individuo y los pueblos debenreprimir importantes aristas de su personalidad y asumirpropiedades cualitativas de las partes dominantes eimpositivas que con frecuencia le son ajenas y extrañas.

En lo que se refiere a las normas y reglas descon-textualizadas que gobiernan la activ idad científica,tecnológica, educacional, política y socioeconómica mundial,estas simplifican doblemente las cosas. En primer término,porque con frecuencia son trasladadas acríticamente de unasrealidades a otras y, en segundo, porque tales reglas y normasson en sí mismas elementos simplif icadores de lacomplejidad existencial que intentan reflejar, la mutilan.

La realidad es compleja. Quien pretenda aproximarse aella con una teoría enlatada está condenado al fracaso deantemano; se requieren múltiples y constantesaproximaciones teóricas e interpretaciones dialécticas,humanistas y auténticamente democráticas. La realidad esmás rica y de mayor colorido que cualquier teoría por sóliday abarcadora que esta sea. Si se quiere tener éxito en lasacciones encaminadas al progreso humano, la teoría paraexplicar esa realidad en constante movimiento y cambio,tendrá que construirse y reconstruirse de forma permanente.Una teoría y práctica de éxito en la actualidad, pero quecomprometa, mutile o condene el futuro, no es aceptable.Hay que pensar en el espíritu de considerar que las cosas

que se hacen bien en estos tiempos, ya se están haciendomal. Quizás así se tenga la suficiente visión como para sentarlas bases de un futuro mejor y de justicia social para el serhumano y el microcosmos en que habita.

SOCIEDAD-TECNOLOGÍA-NATURALEZASi la sociedad surgió como resultado de un largo y complejo

proceso de desarrollo a nivel de la naturaleza, es absurdocreer que pueda existir algo que, siendo beneficioso para lasociedad, constituya un mal para la naturaleza. Más lógicoes pensar que dilemas como este tengan su origen en eldesconocimiento humano de algún aspecto aún oculto de ladinámica objetiva de los procesos naturales y las auténticasnecesidades sociales. "Estudiar las fuerzas de la naturaleza,y aprender a manejarlas, -escribió José Martí- es la maneramás derecha de resolver los problemas sociales".[7]

El "bien-estar" del hombre no tiene por qué implicar,necesariamente, perjuicio para la naturaleza. La veracidad yobjetividad de los proyectos y valoraciones sociales vienendadas no solo por la certeza con que reflejen eldesenvolvimiento social, sino también por la armonía y unidaden que estas se encuentren con respecto a las leyesobjetivas que rigen la dinámica natural.

El progreso científico-técnico ha proporcionado a lahumanidad poder, es hora ya que le enseñe también lasabiduría del poder, para lo cual es imprescindible dejar a unlado la falsa concepción de que el hombre es el centro, eldueño del universo y la naturaleza la sumisa sirvienta de susdesignios y excesos.

"La cultura -sentenció Marx en el siglo XIX- si se desarrollaespontáneamente y no se dirige de manera consciente (...)deja tras de sí un desierto". [8] Tamaña advertencia cobragran actualidad hoy cuando, a consecuencia del crecientey, en muchas ocasiones, arbitrario dominio del hombre sobreel medio natural, se ha generado un conjunto de problemasglobales íntimamente vinculados a la relación sociedad-tecnología-naturaleza.

Estos problemas del mundo contemporáneo, entre los quese encuentra no solo el problema ecológico, sino otros comoel de la utilización de las recursos naturales, el energético,el de los armamentos, han adquirido los "ribetes" tanalarmantes que tienen en los últimos años bajo el influjo detoda una serie de crisis y procesos generados por múltiplesfactores e insensateces. Entre ellos cabe destacar eldesmedido afán de ganancias a cualquier precio, el usoindiscriminado de los recursos naturales, la carreraarmamentista que roba cuantiosos medios y riquezasfactibles de ser empleados por la sociedad con fineshumanitarios y, por qué no, en la noble empresa de garantizarla armonía real y efectiva del hombre con el medio natural enque vive.

La interacción con la naturaleza es una condición básicae indispensable para la existencia y desarrollo de la sociedad.Sin embargo, en dependencia de cómo sea ese nexo,



planificado o arbitrario, racional o irracional, consciente oespontáneo, así será también el futuro del medio natural enque habita el hombre y, por consiguiente, el de la propiahumanidad.

En efecto, si inicialmente, en los albores del desarrollo dela sociedad, la relación hombre-naturaleza transitó por unaetapa caracterizada por el dominio de la naturaleza sobre elhombre, más tarde, con el progreso científico-técnico y socialen general, dicha relación entró en un nuevo estadio depaulatino dominio del hombre sobre la naturaleza, el cual seextiende hasta la actualidad y ha proporcionado al hombremoderno un poderío de tal magnitud que, de no emplearsede modo responsable y racional, puede aniquilar a lahumanidad varias veces o, en el mejor de los casos, alterarde forma esencial e irreversible el equilibrio natural del planeta.

¿Que actitud adoptar ante la naturaleza? ¿Cuándo esnecesario modificarla y cuándo no?, ¿en qué dirección hayque transformarla de ser imprescindible?

Es indudable que la práctica social contemporánea planteainterrogantes de cuya respuesta depende, en buena medida,el futuro trágico o resplandeciente de la relación tecnología-sociedad-naturaleza. Estas incógnitas no solo poseen unacentuado carácter científico y técnico, sino que constituyena la vez profundos problemas filosóficos y cosmovisivos. Elenfoque heurístico y multisciplinario, integrado al estudioespecializado de estos problemas puede conducir la reflexióna interesantes conclusiones epistemológicas para la actividadcientífico-técnica.

La interacción de la sociedad y la naturaleza, del hombrecon el medio en que vive, representa un momento esencialde la problemática ecológica, el cual ha sido y es en laactualidad objeto de las más diversas interpretaciones,optimistas y pesimistas, científicas y religiosas, enconsonancia con los presupuestos y principios filosóficos,socioéticos e ideológicos que descansen en su base. Unacorriente de pensamiento, bastante difundida, es la quedefiende la tesis de que el hombre debe abstenerse de"molestar" a la naturaleza, de inmiscuirse en el medio natural.Tal posición parte de la concepción errónea de que lanaturaleza es un mecanismo complejo y perfecto en el quecada elemento tiene una función esencial (algunos leatribuyen, incluso, un fin predeterminado divinamente) y, porello, nada puede ser alterado sin perjuicio para todo el sistemao mecanismo.

La inconsistencia de estos puntos de vista radica en sucarácter metafísico. Si todo en la naturaleza fuese esencialy perfecto, entonces ¿por qué, es un ejemplo, hadesaparecido una larga relación de especies animales yvegetales en el curso de la evolución biológica, cediendo sulugar a otras nuevas? Es obvio, que si desaparecen y surgennuevas especies, no todo en la naturaleza es esencial, nitodo lo esencial, eternamente esencial. En ella existe launidad de lo necesario y lo casual, de lo esencial y losecundario y, por tanto, la variación de un eslabón secundario

de la cadena natural en modo alguno puede tener la mismarepercusión sobre toda la cadena que un cambio en uneslabón esencial, de lo que se deduce que no todamodificación o transformación que introduzca el hombre enla naturaleza tiene que afectarla de manera esencial.

Por otro lado, la experiencia histórica demuestra la tesisde que la sociedad, para existir y desarrollarse, necesitatransformar el medio en que vive, necesita del intercambiode sustancias con el medio, lo cual se realiza, en primertérmino, mediante el trabajo que crea, lo que Marx denominó"la segunda naturaleza", [9] es decir, el medio artificial dondehabita el hombre y que está acondicionado a lasparticularidades de su cultura y organización social. Noreconocer este hecho es vagar por las nubes de la utopía.

A la par de la tendencia antes mencionada, coexiste otraque considera beneficiosas para la naturaleza todas lasmodificaciones y transformaciones que introduce el hombreen la misma.

Tal concepción no es otra cosa que el extremo opuesto,arbitrario y voluntarista de la corriente anterior y no resiste elpeso de la más ligera crítica. Basta para convencerse de suinconsistencia, con pasar revista a la amplia lista de especiesinscritas en el Libro Rojo de las especies extintas o en víasde extinción, como consecuencia directa de la cazaindiscriminada a la que las ha sometido el hombre o, de lacontaminación de su medio natural bajo la actividaddesmedida e irresponsable de la industria y los laboratoriosmodernos.

La ecología científica, superando la inconsecuencias deestas concepciones, parte del principio de que la interaccióndel hombre con la naturaleza es una condición indispensablepara la existencia de la sociedad, al tiempo que reconoceque se puede alcanzar la unidad orgánica del hombre con elmedio en que vive, mediante la actividad creadora, conscientey científicamente organizada de la sociedad en su relacióncon ese medio.

Para ello es preciso crear condiciones sociales propiciasque garanticen la realización de tal empresa, en primertérmino, erradicar de la faz de la Tierra los males que generala filosofía de la ganancia a cualquier precio, así comofortalecer la colaboración entre los países y la planificacióncientífica de la economía mundial. Ningún programa ecológicoserá verdaderamente realizable hasta sus últimasconsecuencias, mientras existan antagonismos en el modode vivir y de producir de los hombres, que obstaculicen elcarácter racional que debe matizar las relaciones de lasociedad con la naturaleza. Sin embargo, semejanteperspectiva dista de lo que se observa hoy cuando, comoregla bastante general, las necesidades de la tecnología eindustria se satisfacen sin prestar la debida atención a losposibles daños causados al medio ambiente. Ladesertización, el impacto medioambiental de las obrastecnológicas y de ingeniería, la contaminación producida enla obtención y tratamiento de materias primas o de fuentes



de energía y los residuos generados en muchas actividadesindustriales, son claros resultados de esta controvertidarealidad.

Ha sido en estos días una noticia recurrente en los mediosde todo el mundo, el dantesco y bochornoso espectáculodel derrame de millones de galones de petróleo en el Golfode México resultante de la explosión de la plataformaDeepwater Horizon, causante de una las mareas negras másgrandes registrada y el mayor desastre ambiental en la historiade los Estados Unidos de Norteamérica y toda la zona delGolfo. Se estima que alrededor de 50 000 barriles diezmaroncada 24 horas la fauna y la flora de esa región, una cifra quequintuplica la que difundieron al principio las autoridadesestadounidenses y el megapolio British Petroleum (BP),responsable del desastre. Y no se trataba de un derrame,como se lo calificó en los primeros momentos, una calamidadcausada por el choque o accidente de un buque tanquepetrolero que contamina la superficie marina, sino de unsurtidor incesante de oro negro cuya boca estaba ubicada a1500 m de profundidad e infiltraba capas del mar nodetectables por satélite. Sus consecuencias han afectadoa millones de personas que viven incluso a miles dekilómetros del Golfo de México, así como al hábitat de lafauna y flora local, pródiga en especies y barreras coralinas,las pesquerías, el turismo en las playas y el sustento deincontables comunidades costeras. Por solo mencionar undato, se afirma que el 60 % del grano exportado por EE.UU.-maíz, trigo, soja, etc.- así como productos manufacturadosy otras mercancías salen por la zona y si la marea hubiesellegado a plenitud al delta del Mississippi, es de imaginar elhacinamiento del tránsito naval.

Hace un par de años, un buque tanque y un remolcadorchocaron en un canal cercano a Nueva Orleans: elhidrocarburo comenzó a manar y doscientos buques de cargaestuvieron detenidos hasta que las aguas fueron liberadasde contaminación. No es difícil suponer lo que hubieraocurrido si se tuviera que cerrar el delta del río y cesara eltráfico comercial de millones de toneladas de materia primaalimentaria: aumento de precios en el mercado mundial ymás penurias para los habitantes del planeta. [10]

La humanidad necesita modificar el medio en que habita,necesita crear la "segunda naturaleza" mas, ¿cuándo y cómolo debe hacer? Lamentablemente, aún se encuentran "enpañales" las investigaciones conducentes a revelar las leyesy principios que enseñen al hombre a interaccionar de formacientífica, planificada y racional con la naturaleza, es decir,garantizando una verdadera armonía entre la sociedad y elmedio natural.

Gracias a las investigaciones en el terreno de la ecologíay otras ciencias particulares se han propuesto y llevado avías de hecho un significativo número de proyectos y medidasencaminadas a subsanar y prever en el futuro algunos de losdaños que la sociedad ha ocasionado a la naturaleza, locual es ya, sin lugar a dudas, un logro.

Es obvio que no es a esta clase de medidas y proyectos,muy positivos, a lo que se hace alusión cuando se planteala necesidad de leyes y principios que enseñen al hombre ainteraccionar de manera científica con la naturaleza, sino ala ausencia de principios heurísticos-metodológicos quesirvan de punto de referencia, de guía al hombre en la prácticapara evitar nuevos, futuros errores en su relación con el medionatural. El problema radica en que rectificar un error cometidoen un terreno o dominio ya conocido por el hombre es algomás fácil, desde el punto de vista gnoseológico (en el sentidode que ya existe el hecho y puede ser estudiado y evaluadoen la práctica), que prever el error que se pueda cometer enel futuro en un campo donde el hombre aún no haincursionado y ante el cual se enfrenta por primera vez.¿Cómo orientarse en tales situaciones en la direccióncorrecta? En circunstancias como la descrita, un error podríaser muy costoso para la naturaleza y, por supuesto, tambiénpara la sociedad.

"El libre arbitrio -escribió F. Engels- no es (...) otra cosaque la capacidad de decidir con conocimiento de causa.Así, pues, cuanto más libre sea el juicio de una persona conrespecto a un determinado problema, tanto más señaladoserá el carácter de necesidad que determine el contenido deese juicio; en cambio, la inseguridad basada en la ignorancia,que elige, al parecer, caprichosamente entre un cúmulo deposibilidades distintas y contradictorias, demuestraprecisamente de ese modo su falta de libertad, demuestraque se halla dominada por el objeto al que debiera dominar.La libertad consiste, pues, en el dominio de nosotros mismosy de la naturaleza exterior, basado en la conciencia de lasnecesidades naturales, es, por tanto, forzosamente unproducto del desarrollo histórico". [11]

Hasta ahora, la sociedad ha aprendido mucho a vivir de lanaturaleza pero, muy poco sabe de vivir en la naturaleza, esdecir, de vivir en sabia armonía con ella. Las denominadasciencias naturales y técnicas han sido empleadas para elhombre aprovecharse mejor, para vivir mejor de la naturaleza,cuando su verdadera misión, en este aspecto, debería ser:revelar las leyes y regularidades naturales con el objetivosupremo de mostrar a la sociedad el camino para convivir,cada vez en forma más confortable, en armonía con el medionatural, esto es, con respeto y plena conciencia de lasnecesidades naturales.

Antes de adaptar mecánicamente la naturaleza al hombre,se debe reflexionar si ya se han agotado las posibilidadesreales para adaptarse de manera ingeniosa a ella en cadasituación concreta. Integrar de modo armónico la sociedad ala cadena natural de procesos y fenómenos, no es cosa devolver a vivir en las cavernas. ¿Acaso el hombre no tiene lainteligencia suficiente como para vivir con comodidad sin alterartanto el medio natural? La arquitectura y la ingeniería, porejemplo, ¿tienen por necesidad que ser tan artificiales?, ¿nopueden los seres humanos imaginar viviendas cada vez másconfortables y que afecten cada vez menos el entorno natural?



Para construir los caminos y carreteras ¿hay que matarinevitablemente los cientos de millones de microorganismosútiles al suelo que sucumben bajo el asfalto?, ¿no sonposibles otras soluciones menos "antinaturales" y, quizáshasta más económicas? Estos son verdaderos retos para lahumanidad y las profesiones.

En actualidad, el discurso de aquellas personas que seconsideran más avanzadas en el escenario de las grandespotencias es el del cambio, la planeación del cambio, losobjetivos estratégicos, la excelencia, la calidad, lacompetitividad, el liderazgo, la supremacía, etcétera. Algoque desentona bastante con el mundo desigual e injusto enque el hombre vive.

¿Hacen falta la organización social injusta, el podertecnoeconómico excluyente y la política guerrerista, a lausanza y forma de estos días, para resolver los gravesproblemas del mundo actual? ¿Cuántos tropiezos necesitadar la Humanidad para tomar conciencia de que el paradigmatecnoeconómico vigente, ya agotó sus posibilidades y quelo más sensato es darle un vuelco y recomenzar conformandouna nueva perspectiva más compleja de la tecnología, elhombre y su mundo? ¿No resulta absurdo que un individuopueda oprimir un simple botón y desatar una hecatombenuclear o determinar si se borra de la faz de la tierra unpueblo entero? ¿No es insensato que un reducido grupo depersonas decida si se implementa o no un proyecto científicotecnológico, por ejemplo de ingeniería genética u otra índole,que puede poner en riesgo la vida de cientos de miles depersonas?

Ya son una realidad las investigaciones dirigidas a controlarel clima. La correspondiente tecnología se ha estadodesarrollando por veinte años en los marcos del Programade Investigación de Aurora Activa de Alta Frecuencia(HAARP), del inglés High Frequency Active Auroral ResearchProgram, que se inició en 1993 y fue f inanciadoconjuntamente por la Oficina de Investigación Naval y elLaboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de losEstados Unidos, y se implementa en laboratorios de variasuniversidades, para una serie de experimentos con un grannúmero de instrumentos de diagnóstico que se usan paramejorar el conocimiento científico de la dinámica ionosférica.

Teóricamente, HAARP podría modificar el clima del planeta,desviar las corrientes a chorro de la alta atmósfera haciadonde se tenga interés, trabaja con ondas de alta y bajafrecuencia, y es considerado por algunos expertos como unpeligro para la existencia de la humanidad, debido a su usopotencial como arma de "guerra climatológica", un nuevotipo de arma, capaz de intensificar tormentas, prolongarsequías, incluso crear terremotos sobre el territorio de unsupuesto enemigo, sin que nadie advierta el peligro. Se leatribuye también la capacidad, de desintegrar objetos, generarcombustiones espontáneas e inducidas, e incluso cambiarpatrones cerebrales, inducir conductas y producirenfermedades biológicas.

En su resolución del 28 de enero de 1999 sobre medioambiente, seguridad y política exterior (A4-0005/1999), elParlamento Europeo señalaba que el programa HAARPmanipulaba el medio ambiente con fines militares y solicitabaque fuese objeto de una evaluación externa en lo que serefería a sus repercusiones sobre el medio ambiente local ymundial y sobre la salud pública en general.

En la actualidad, no son pocos los que atribuyen al HAARPlos recientes incendios forestales en Rusia, las catastróficasinundaciones en China, India y Pakistan y hasta el devastadorterremoto de Haití.

CONCLUSIONESLa armonía natural es la verdadera medida de todas las

cosas y sería erróneo creer que el hombre, con su capacidadde pensar y sus actos está exento de ello. La sociedad, eneste sentido, con todo su progreso, no será más que lamedida de sus propios errores, hasta tanto el hombre noaprenda a interactuar armónicamente con la naturaleza.

"Las producciones del arte serán imperfectas ydefectuosas -escribió Dionisio Diderot refiriéndose a lacreación humana en su acepción más amplia- hasta tantono se intente una imitación más exacta de lanaturaleza (...). La naturaleza emplea siglos en preparargroseramente los metales; el arte pretende perfeccionarlosen un día. La naturaleza emplea siglos en formar las piedraspreciosas, el arte quiere imitarlas en un instante; aunque seconociera el procedimiento verdadero, sería menester saberaplicarlo".[12]

Esa prisa irreflexiva, subjetivista y voluntariosa quecaracteriza, en muchas ocasiones, al hombre en su afánpor transformar la naturaleza en consonancia con el sano yutilitario sentido común y creyendo que con susmodificaciones, indefectiblemente, la perfecciona, haconducido a significativos desastres naturales y sociales. Alrespecto F. Engels escribió: "(...) no nos dejemos llevar delentusiasmo ante nuestras victorias sobre la naturaleza.Después de cada una de esas victorias, la naturaleza tomasu venganza. Bien es verdad que las primeras consecuenciasde estas victorias son las previstas por nosotros, pero ensegundo y tercer lugar aparecen unas consecuencias muydistintas, imprevistas y que a menudo, anulan a lasprimeras (...). Así, a cada paso, los hechos nos recuerdanque nuestro dominio sobre la naturaleza no se parece ennada al dominio de un conquistador sobre el puebloconquistado, que no es el dominio de alguien situado fuerade la naturaleza, sino que nosotros por nuestra carne,nuestra sangre y nuestro cerebro, pertenecemos a lanaturaleza, nos encontramos en su seno, y todo nuestrodominio sobre ella consiste en que, a diferencia de los demásseres, somos capaces de conocer sus leyes y de aplicarlasadecuadamente". Y más adelante expresa: "Sobre tododespués de los grandes progresos logrados (...) por lasciencias naturales, nos hallamos en condiciones de prever,



y, por tanto, de controlar cada vez mejor las remotasconsecuencias naturales de nuestros actos en la producción,por lo menos de los más corrientes. Y cuanto más sea estouna realidad, los hombres no solo sentirán de nuevo encreciente grado su unidad con la naturaleza, sino que lacomprenderán más, y más inconcebible será esa ideaabsurda y antinatural de la antítesis entre el espíritu y lamateria, el hombre y la naturaleza". [13]

Se desconoce a ciencia cierta las dimensiones globalesde los retos, perspectivas, riesgos, amenazas, peligros ybeneficios del impacto social, cultural, medioambiental y detodo tipo que tendrá en el futuro la convergencia e integraciónpaulatina y transdisciplinaria de las tecnologías entre sí ycon otras ramas del saber y el quehacer humano.

"Chips genéticos" a la medida de los padecimientospersonales. Integración sinérgica de las ingenierías con elcontrol inteligente por computadora en el diseño ymanufactura de nuevos productos y procesos. Tecnologíasde asistencia para el conductor que harán posible que losautomóviles se comuniquen entre sí; carreteras con sensoresa lo largo del camino que permitirán a los autos comportarsecomo si tuvieran "reflejos", de manera que puedan adoptarmedidas preventivas en situaciones peligrosas. Sistemasinteligentes de tráfico que realizarán ajustes a los semáforosen tiempo real y desviarán el tránsito a rutas alternativas confacilidad, evitando los molestos embotellamientos.

Los avances en software y las tecnologías de sensores deradio, brindarán a los consumidores acceso a informaciónmucho más detallada acerca de los alimentos que compran,aportando datos sobre su procedencia, el clima y el sueloen los que crecieron, los pesticidas y la contaminación a losque estuvieron expuestos, la energía consumida para crearel producto y la temperatura y calidad del aire de loscontenedores en los que viajaron hasta llegar a la mesa.Según Paul Otellini, presidente de Intel, llegará un momentoen el que la tecnología se vuelva tan pequeña que, porejemplo, los médicos podrán combinar computadores,sensores y comunicaciones dentro de dispositivos quepermitirán realizar análisis del cuerpo humano en tiempo reala un tamaño molecular y alertar la más mínima desviaciónde los parámetros normales. Esta miniaturización de latecnología también hará posible contar en poco tiempo conpoderosas computadoras que cabrán en la palma de lamano. [14]

Bioinformática, software, mecatrónica, tecnologías de lainformación y la comunicaciones, educación virtual,inteligencia artificial, robótica, astronáutica, biotecnología,nuevos materiales con propiedades insólitas, trasplantes deórganos, implantes médicos, informatización de la sociedad,proyecto genoma humano, mejoramiento genético, materialesde reconocimiento molecular e iónico para la remediaciónambiental -resultan asombrosos algunos de los desarrollostecnológicos alcanzados y, sencillamente, inauditas lasperspectivas que se avizoran en unos pocos años. Sin

embargo, hay que reconocer también que estos son temaselitistas ciento por ciento como consecuencia de las grandesdesigualdades sociales existentes en el mundocontemporáneo; temas razonables solo para aquellos quepueden darse el lujo de acceder a estas cimas de la culturacientífico-tecnológica actual y, algo irracional por completo,para los cientos de millones de seres humanos que viven enla más espantosa pobreza, que no saben que es un maestro,un médico y muchísimo menos un gen o una computadora;masas depauperadas para las cuales la frase "no solo depan vive el hombre" carece totalmente de sentido.

Informatización de la sociedad-hambre, intelecto artificial- discapacidad intelectual por desnutrición, Proyecto GenomaHumano - crecimiento desmedido de la mortalidad infantil,estas son algunas de las vergonzantes paradojas de estetiempo; paradojas que no se van a resolver solo con elconcurso de la ciencia y la tecnología o entre las cuatroparedes de un laboratorio o con los complejos algoritmos deun sofisticado programa de computación, como piensanalgunos obstinados tecnócratas, sino con una poderosa"carga" de transformaciones revolucionarias que erradiquede la faz de la tierra los terribles males y lacras que aquejana la sociedad.

El desarrollo científico-tecnológico porta en su másprofunda esencia, el ideal y la posibilidad real de construirun mundo mejor, de contribuir al progreso de la Humanidadtoda, de acortar las abismales diferencias existentes entrelos pueblos, de alcanzar una sabia y perfecta armonía conel entorno natural, sin embargo, se ha trastrocado en manosde gente inescrupulosa y mezquina en un instrumento dedominio y desigualdad, en una Torre de Babel que separa,divide y confunde a los hombres. ¿Hacia dónde vamos conla tecnología? Cabría preguntarse. No sería ocioso cultivarun poco el sano sentido común y continuar el estudiopormenorizado de esta interrogante, sin olvidar que la historiarecurrentemente ha puesto de manifiesto que el sentidocomún inherente al ser humano es en la práctica el menoscomún de los sentidos.

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

Elena Rubido RodríguezIngeniera Química, Especialista en Ciencia, Tecnología yMedioambiente, Instituto en Ciencia y Tecnología de losMateriales, Universidad de La Habana, Cuba

AbstractThe article takes a critical analysis of the development of modern technology, its potential, impacts,challenges and prospects.

Key words: technology, science, engineering, scientific and technical development, society, environment,ecology

Technology, Society and Future

http://www.cubadebate.com.

http://www.elpais.com.uy.

Recibido: agosto del 2010 Aprobado: diciembre del 2010


Comparación de los protocolosMACAW y T_Lohi para redessubacuáticas

TELEMÁTICA

ResumenEl desarrollo de las redes subacuáticas presenta grandes desafíos, la mayoría de los cuales estánrelacionados con las complejidades del canal de comunicación. El limitado ancho de banda y la bajavelocidad de propagación son las principales dificultades a vencer en las redes subacuáticas. Debidoa estas complejidades es necesario el desarrollo de nuevos protocolos de comunicación capaces deobtener un alto desempeño minimizando el consumo de energía. En este trabajo se presenta unestudio comparativo entre dos protocolos de acceso al medio: MACAW (Múltiple Access with CollisionAvoidance for Wireless) y T_Lohi, ambos constituyen mecanismos de acceso aleatorio, el primeroemplea mensajes RTS (request to send), CTS (clear to send) y ACK (acknowledgement) para regularlas transmisiones mientras que el segundo utiliza tonos de corta duración que pueden ser detecta-dos simultáneamente. Este estudio se centra en la evaluación del desempeño, las colisiones y laeficiencia para reservar el canal de comunicación de estos protocolos, con el objetivo de poner aldescubierto sus ventajas y deficiencias para la comunicación subacuática.

Palabras clave: comunicaciones acústicas, desempeño, MACAW, mecanismos de acceso al me-dio, redes subacuáticas, T_Lohi

Erik Ortiz GuerraCorreo electrónico:[email protected] Alfonso RegueraCorreo electrónico:[email protected] Central Martha Abreu de Las Villas, Villa Clara, Cuba

INTRODUCCIÓNLas potencialidades de las redes de sensores ha

despertado el interés de investigadores en los últimos añosdebido a la gran cantidad de aplicaciones que pueden serdesarrolladas y a la favorable relación costo-beneficio quepresentan.

Particularmente la redes de sensores subacuáticas puedenser empleadas en la prevención de desastres, exploracionessubacuáticas, monitoreo ambiental, vigilancia y recolecciónde información de entornos sumergidos.

Las comunicaciones bajo el agua difieren considerablementede las terrestres; la demora de propagación, la atenuación, elconsumo de energía, así como el limitado ancho de bandaconstituyen algunos de los principales retos de las mismas.

El empleo de un canal compartido unido a las característicasmencionadas, hacen que el uso de mecanismos de controlde acceso al medio (MAC) adecuados constituyan una delas áreas de atención más importantes en estas redes.

Los principales requisitos que deben cumplir los protocolosMAC en estas redes se resumen en lograr el máximo númerode transmisiones minimizando el consumo de energía,garantizar el reparto ¨justo¨ del ancho de banda disponibleentre todos los componentes de la red y evitar en la mayormedida posible las colisiones entre las transmisiones de losnodos que conforman la red. [1]

Este trabajo centra su atención en el estudio ycomparación de dos protocolos MAC y su desempeño enredes de sensores subacuáticas, mediante los cuales los



Comparación de los protocolos MACAW y T_Lohi para redes subacuáticas


nodos de la red utilizan diferentes mecanismos para reservarel canal y transmitir sus datos.

En las secciones siguientes se describen lascaracterísticas de propagación en entornos subacuáticos quehacen que las ondas acústicas sean predominantementeusadas en las comunicaciones subacuáticas. Soncomparadas las redes terrestres y las subacuáticas, sepresenta una descripción del protocolo MACAW y el T_Lohi,este último con sus tres variantes (sincrónico, asincrónicoconservador y asincrónico agresivo) y finalmente se estableceuna comparación a partir de los resultados obtenidosmediante simulación para ambos protocolos.

PROPAGACIÓN EN ENTORNOSSUBACUÁTICOS

En entornos subacuáticos las ondas de radio sonfuertemente atenuadas lo cual hace que estas solo puedanser empleadas en cortas distancias (aproximadamente6-10 m); las señales de luz son fácilmente absorbidas por elagua pero en determinadas condiciones del agua se puedenlograr, empleando longitudes de onda entre el azul y el verde,conexiones de gran ancho de banda pero a muy cortasdistancias. Estas limitaciones hacen que las señalesacústicas sean el método más apropiado para lacomunicación en estos entornos, logrando grandes distanciascon un límite de 40 km . Kbps para el producto rango decomunicación-razón de transmisión. [2, 3]

Comparadas con las señales de radio, las ondas acústicasse propagan a una velocidad mucho menor(aproximadamente 1500 m/s) [2] y se encuentrandeterminadas por la profundidad, la temperatura y la salinidaddel agua. [4] Las comunicaciones acústicas en estosentornos también poseen una alta probabilidad de error debit debido a las fluctuaciones en la amplitud y la fase de laseñal por lo que se requiere el empleo de códigos correctoresde errores. Además, debido a la atenuación que sufren laseñales con el incremento de la frecuencia el ancho de bandaes limitado. [2, 3]

COMPARACIÓN CON LAS REDESTERRESTRES

Las características de propagación explicadas en lasección anterior hacen que las redes de sensoressubacuáticas difieran de las redes terrestres en cuanto altipo de señales empleadas para la comunicación y lavelocidad de propagación, pero además de estos, existenotros factores como costo, despliegue, energía y memoriaque hacen a las redes subacuáticas diferentes de lasterrestres.

Comparados con los sensores terrestres, los sensoressubacuáticos son costosos debido fundamentalmente a lacomplejidad del transmisor y receptor y a la protección delhardware necesarios para desempeñarse en las condicioneshostiles del medio en que trabajan.

Los sensores bajo el agua deben estar anclados al fondopara evitar desplazamientos lo cual hace que su desplieguesea complejo y costoso, y por tanto, estas redes son menosdensas que las terrestres, logrando con la menor cantidadde sensores posibles el objetivo que se desea, esto haceque las distancias de comunicación sean mayores por loque se requiere mayor potencia para la transmisión.

El canal subacuático es afectado de manera significativapor ruido, interferencia intersímbolo, variaciones en la demorade propagación [2, 3] con lo cual el canal puede tornarseintermitente y por tanto es necesario que los sensoresposean memoria suficiente para almacenar el conjunto dedatos durante el tiempo necesario antes de ser transmitidos.

PROTOCOLOS DE ACCESO AL MEDIO.TRABAJOS RECIENTES

Las redes de sensores subacuáticas utilizan la propagaciónde señales acústicas a través de un canal compartido parala comunicación, esto hace que, de la misma manera queen las redes terrestres, sean necesarios mecanismos decontrol de acceso al medio (MAC) que garanticen el empleodel canal de manera ordenada y eficiente, garantizando unreparto justo del ancho de banda disponible.

En las redes de sensores subacuáticas el consumo depotencia posee vital importancia debido a que las bateríasde los sensores no pueden ser cambiadas con frecuencia yno se pueden emplear fuentes alternativas de energía comola solar, esto implica que los mecanismos empleados parael control de la comunicación deben garantizar además, unempleo eficiente de la energía disponible y este constituyeel principal reto para el diseño de protocolos MAC en redesde sensores subacuáticas.

El mecanismo de control de acceso al medio másapropiado para redes de sensores subacuáticas es unproblema aún sin resolver, en los últimos años han sidodesarrollados diferentes protocolos MAC con el objetivo delograr un alto desempeño en la comunicación empleando lamenor cantidad de energía.

Muchos de los protocolos MAC desarrollados estáninspirados o presentan similitudes con protocolos empleadosen redes de sensores terrestres, los más referenciados son:ALOHA, MACA y MACAW; muchos autores han propuestovariantes para obtener con ellos un ahorro considerable deenergía a partir de evitar colisiones en las transmisiones.

En [5] se propone un MAC para aplicaciones tolerantes ademoras que prioriza la minimización del consumo de energíacon el cual se logra que solo el 3 % de la energía empleadaen las transmisiones se pierda a consecuencia de lascolisiones.

Chirdchoo et al [6] presentan dos mejoras al protocoloALOHA original: ALOHA-CA (collision avoidance) y ALOHA-AN (advance notification). El primero es más simple yescalable, no necesita grandes capacidades de memoria yno emplea mensajes de control; el segundo propone unrefinamiento que necesita mayor procesamiento deinformación y requiere el empleo de mensajes adicionales

Erik Ortiz Guerra - Vitalio Alfonso Reguera


con el objetivo de evitar las colisiones, estas complejidadeshacen que el ALOHA-AN logre un mejor desempeño ymenores colisiones que el ALOHA-CA.

El PCAP (propagation collision avoidance protocol) [7] tomaen cuenta la demora de propagación y logra un mayordesempeño que los protocolos tradicionales. Una soluciónsimilar es propuesta en [8] con el nombre DACAP (distanceaware collision avoidance protocol) y emplea diferentestamaños de mensajes de control con el objetivo de minimizarla duración promedio de estos.

Pompili et al [9] sugieren el empleo de técnicas basadasen CDMA para lograr tres objetivos fundamentales: altodesempeño, rápido acceso al canal y bajo consumo deenergía, una propuesta similar, también basada en CDMAes planteada en [10].

En [11] se propone un MAC basado en MACA que formaseries de paquetes designados a múltiples destinos durantela fase reservación con lo cual se logra reducir grandementeel tiempo empleado en la transmisión de mensajes de control.

En otros trabajos [12-14] se plantea como solución alproblema de las colisiones, que el canal se divida en: canalde control empleado para la reservación y canal detransmisión utilizado para el intercambio de datos, con estapropuesta se logran disminuir considerablemente lascolisiones pero se añaden nuevos retos al diseño de lossensores ya que los mismos deben ser capaces de procesary transmitir información en canales diferentes.

MACAW Y T_LOHIPor su importancia, en esta sección son descritos los

protocolos empleados en este estudio el MACAW y el T_Lohiy sus variantes.

MACAWEl protocolo MACAW (por sus siglas en ingles Múltiple

Access with Collision Avoidance for Wireless) fue propuestoen [15] y constituye una variación del MACA presentado porKarn [16]. La figura 1 muestra el principio básico defuncionamiento de este protocolo [17].

Cuando el nodo A debe enviar datos al B, comienzatransmitiendo un mensaje de corta duración RTS (request tosend) al recibir el mismo el nodo B responde con un CTS(clear to send) y al recibir esta respuesta el nodo A comienzala transmisión de los datos, una vez terminada la transmisiónel nodo A espera un mensaje de confirmación indicando si elpaquete se ha recibido correctamente (ACK).

Cualquier nodo de la red que escuche el RTS enviado porA debe permanecer en silencio el tiempo suficiente paragarantizar que la respuesta (CTS) llegue correctamente ycualquier nodo que escuche el CTS enviado por B debepermanecer en silencio el tiempo necesario para evitarcolisiones con los paquetes de datos. El empleo de estosmensajes para reservar el canal contribuyen a evitar losproblemas del nodo oculto y el nodo expuesto [17].

T_LohiEl protocolo T_Lohi presentado por Heidemann

et al [18, 19] constituye un mecanismo de acceso al medioque emplea tonos de corta duración para reservar el canalcon el principal objetivo de lograr su utilización eficiente, undesempeño estable y un bajo consumo de energía.

En este protocolo el tiempo es dividido en tramas que estáncompuestas por un período de reserva y un período deintercambio de datos, como se muestra en la figura 2, cadatrama termina cuando alguno de los nodos de la red consigueel acceso al canal y transmite sus datos.

En el período de reserva se garantiza que solo un nodo dela red obtenga el acceso al canal, esto se logra subdividiendoeste período en slots de competencia donde cada uno delos nodos de la red pude competir por el acceso al canal.

Si un nodo tiene datos por enviar, envía un tono de cortaduración y se mantiene escuchando el canal durante untiempo CR denominado período de competencia (contetionround), si durante este tiempo el canal permanece en silencioel nodo ha ganado y transmite sus datos.

Cuando múltiples nodos compiten por el acceso al canalcada uno de ellos emite un tono de corta duración que esdetectado por el resto de los nodos de la red y a partir deconocer la cantidad de competidores estima aleatoriamentela cantidad de slot que debe esperar antes de competirnuevamente, el número de slot que debe esperar estádistribuido uniformemente entre 0 y la cantidad decompetidores.

Fig. 1. Intercambio de mensajes RTS y CTS en MACAW.

a)

b)

Fig. 2. Estructura de trama T_Lohi.



Durante el período de espera los nodos son consideradoscompetidores y si durante este tiempo se detecta algúnotro competidor el nodo pierde la competición y debe esperara la próxima trama para volver a competir; la figura 3 muestrael diagrama de transiciones del T_Lohi.

La efectividad de este algoritmo radica en la posibilidad deque cada nodo pueda conocer la cantidad de competidoresaún cuando varios tonos sean recibidos simultáneamente ypara ello Jack et al [20] proponen el diseño de un modemque permite además de detectar, contar la cantidad de tonosaún cuando estos se solapen en el tiempo.

Existen tres variantes del T_Lohi, cada una de ellas conrequerimientos de implementación y resultados diferentes.

La primera, parte de la sincronización en el tiempo de todoslos nodos, con lo cual todos comienzan a competir en elmismo instante de tiempo y por tanto el tiempo del períodode competencia debe ser:

CRST = tmáx

+Ttone

(1)

Siendo tmáx

el tiempo máximo que demora el tono en llegaral destino más lejano y T

tone el tiempo de detección de un

tono.En estas condiciones se garantiza que los nodos

involucrados en la competencia detecten todos sus rivales ypor tanto se logra las comunicaciones libres de colisiones,la sincronización de los nodos también permite el empleode refinamientos en los mecanismos de espera; en esteestudio fue empleado el descrito en [19, 20] que utiliza lacantidad de competidores y la distancia a cada uno de ellospara determinar el tiempo de espera óptimo.

Mantener sincronizados todos los nodos de la red no essimple y añade complejidades adicionales a las planteadasen las secciones anteriores por lo que resulta poco prácticala implementación de esta variante.

En el T_Lohi asincrónico los nodos pueden comenzar acompetir en cualquier instante de tiempo y para lograr quetodos puedan detectar los competidores es necesario duplicarla duración del período de competencia, siendo esta laprincipal característica del T_Lohi asincrónico conservador(cUT_Lohi). El aumento de la duración del período decompetencia implica que el tiempo necesario para enviar unpaquete de datos aumenta y por tanto el desempeño delprotocolo se afecta considerablemente; la tercera variante,el T_Lohi asincrónico agresivo (aUT_Lohi) propone mantenerla duración del período de competencia invariante con respectoal caso sincrónico, lo cual implica que puedan ocurrircolisiones entre paquetes de datos y entre tonos y paquetesde datos.

RESULTADOS DE LAS SIMULACIONESCon el objetivo de comparar el funcionamiento de los

protocolos estudiados fueron desarrollados, con la ayuda deMatLab 7.0, dos simuladores de eventos discretos y en cadauno de ellos se empleó la estrategia para el manejo del tiempodescrita en [21, 22] mediante la cual la variable de tiempodel sistema es ubicada en los instantes de tiempo dondecambiará el estado de los nodos de la red.

En el escenario de simulación se dispusieron de maneraaleatoria 5 nodos con un rango de cobertura de 2 km en unárea de 4 km2, de manera tal, que todos los nodos de la redse puedan comunicar entre sí, el tiempo de simulación fuede 100 s para cada uno de los protocolos y la velocidad depropagación de 1500 m/s.

Fig. 3. Algoritmo T_Lohi.



Parámetros medidosEl estudio comparativo se centró en evaluar cada uno de

los protocolos y sus variantes a partir de tres parámetros: eldesempeño (throughput), el número de colisiones y laeficiencia para reservar el canal.

En este trabajo el desempeño se define como el númerode paquetes de datos enviados por unidad de tiempo, esteparámetro incluye los paquetes que fueron enviados peroque no llegaron a su destino satisfactoriamente debido aque este estudio se enfoca en la influencia que tienen losmecanismos de reservación de cada protocolo sobre latransmisión de paquetes de datos, los cuales constituyen lainformación realmente útil para la red; una visión diferentepuede ser consultada en [23].

El número de colisiones es una muestra de la cantidad detransmisiones que son desaprovechadas en la red y esteconstituye uno de los factores más importantes que se debenminimizar para lograr disminuir el consumo de energía.

En el caso del MACAW estas colisiones incluyen:colisiones entre paquetes RTS debido al problema delnodo oculto, mientras que el en caso de las variantes deT_Lohi estas se pueden producir por superposición detonos y paquetes de datos o entre dos o más paquetesde datos. [18]

El tercero de los parámetros medidos refleja la cantidadde bits de reservación enviados (RTS, CTS y ACK o tone)por cada bit de datos transmitido y para el caso del T_lohi ysus variantes se asumió que la duración de cada tono es elequivalente al tiempo de 5 bit.

Discusión de los resultadosLa figura 4 muestra el desempeño (throuhput) en función

del tráfico generado por nodo para los protocolos estudiadossiendo el MACAW el de peores resultados.

En cada uno de los protocolos MAC estudiados, eldesempeño se afecta notablemente debido al intercambiode mensajes para reservar el canal y en el caso del MACAWesta afectación es más notoria que en las variantes de T_Lohidebido a que emplea tres mensajes diferentes para garantizarla comunicación mientras que en T_Lohi solo son empleadostonos que se repiten cada cierto tiempo para lograr reservarel canal.

El cUT_Lohi tiene los resultados más discretos entre lasvariantes de T_Lohi y con solo reducir a la mitad el tiempode competencia para formar el aUT_Lohi se logra un resultadosimilar al ST_Lohi que constituye sin lugar a dudas la variantede mejor comportamiento, debido a la sincronización de losnodos.

Una diferencia significativa lo constituye el tráfico generadopor nodo para la cual se obtiene un óptimo desempeño, parael caso del MACAW este valor es de aproximadamente10 Kbps, como se muestra en la figura 5, disminuyendoconsiderablemente el desempeño cuando se aleja de estosvalores.

Para el caso de las variantes de T_Lohi se lograestabilizar el desempeño independientemente del tráficogenerado mientras que para MACAW se deterioraprogresivamente.

La diferencia entre el tiempo de competencia delcUT_Lohi y el aUT_Lohi provoca una mejora significativaen el desempeño pero produce un aumento considerableen el número de colisiones (figura 6).

En este aspecto los de mejores resultados son: elST_Lohi, como era de esperarse, y el MACAW, lográndosepara todos los protocolos MAC comparados estabilidadal aumentar el tráfico generado por nodo; esto se debe;en el caso del MACAW a la combinación de mensajesde petición de envío (RTS) y listo para recibir (CTS),mientras que para las variantes de T_Lohi la posibilidadde establecer el tiempo de espera para repetir latransmisión en función del número de competidoresconstituye una fortaleza innegable.

Fig. 4. Desempeño de la red.

Fig. 5. Desempeño MACAW.



La sincronización de los nodos en el ST_Lohi provoca quese alcancen los mejores resultados en cuanto a la eficienciaen la reservación del canal (figura 7), pero debido a lanecesidad de que la red sea lo más simple posible no resultapráctica su implementación; el MACAW logra resultados porencima de las otras variantes de T_Lohi lo cual demuestra,la efectividad de su mecanismo de reservación del canal.

fortalezas más significativas de este MAC, sin embargo, elempleo de mensajes RTS, CTS y ACK minimiza eldesempeño del mismo que se ve ampliamente superado porT_Lohi.

La posibilidad de detectar y contar la cantidad decompetidores aún cuando los tonos se reciban de manerasimultánea constituye una importante ventaja para el T_Lohi,lo cual se ve reflejado en la estabilidad del desempeño en lamedida que aumenta el tráfico generado por nodo y ladisminución del número de colisiones, lo cual demuestra larápida convergencia del período de competencia.

No obstante las ventajas de las variantes del T_Lohi, elhecho de detectar y contar tonos simultáneos añadecomplejidad adicional con respecto al MACAW, haciéndolomás costoso y limitando las posibilidades de su empleo, yaque necesita un hardware específico para su correctofuncionamiento.

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Fig. 6. Número de colisiones en la red.

Fig. 7. Eficiencia en la reservación del canal.

CONCLUSIONESEn este trabajo se realizó la evaluación y comparación del

comportamiento de dos protocolos MAC: el MACAW y elT_Lohi en redes de sensores subacuáticas teniendo encuenta el desempeño, el número de colisiones y la eficienciaen la reservación del canal de comunicación.

Los resultados demuestran la validez del mecanismo dereservación empleado por MACAW, siendo esto una de las



AbstractThe development of underwater networks presents great challenges, most of which are related to thecomplexity of the communication channel. The main difficulties to face in the underwater channel arethe restricted bandwidth and the low propagation speed. Due to these difficulties, it is necessary thedevelopment of new and more competent communication protocols in order to obtain higher perfor-mance and minimize the energy consumption. Therefore, this paper presents a comparative evaluationbetween two medium access controls (MAC): MACAW and T_Lohi. Both protocols are based onrandom access mechanism, the first uses request to send (RTS); clear to send (CTS) andacknowledgement (ACK) messages to regulate transmissions while the second uses short durationtones which can be detected instantaneously. Thus, this study focuses on the performance, collisionsand efficiency of these protocols in order to reserve the communication channel, whereby it highlightsthe advantages and deficiencies of each protocol in the underwater communication networks.

Key words: acoustic communication, performance, MACAW, medium access control, underwaternetworks, T_Lohi

Comparison Between MACAW and T_Lohi Protocols forUnderwater Networks

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AUTORESERIK ORTIZ GUERRAIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, Instructor,Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica,Universidad Central Marta Abreu de Las Villas (UCLV), VillaClara, Cuba

VITALIO ALFONSO REGUERAIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, Doctor enCiencias Técnicas, Profesor Títular, Departamento deTelecomunicaciones y Electrónica, UCLV, Villa Clara, Cuba

Vol 2, No 1 (2011)

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