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Victor Luna

Victor Luna

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Ing. Marcelo Fuentes Martinez – R.N.I. 41671

Ingeniero en Petróleo, Gas y Procesos de la Universidad Mayor de San Andrés con Especialidad en Administración de Obras Civiles en la UAGRM, Diplomado en Gerencia de Construcciones, Diplomado en Educación Superior, Diplomado en Transporte de Fluidos Comprensibles e Incomprensibles, Diplomado en Ingeniería y Tecnología de Sistemas de Distribución de Gas Natural y Diplomado en Tecnología del Gas Natural.

RESUMEN

Tras dos años de pandemia del COVID-19, Bolivia al igual que varios países han venido adaptando las medidas de control de acuerdo a la evolución de la situación. Inicialmente se adoptaron medidas de aislamiento preventivo, lo cual obligó a las instituciones educativas a suspender las clases presenciales y reemplazarlas por clases virtuales, sin que los actores involucrados estuvieran necesariamente preparados. Se cambió la naturaleza de la enseñanza - aprendizaje de los docentes y estudiantes a un modelo de educación a distancia. La repentina transición generó grandes oportunidades para la innovación en la movilidad y la colaboración virtuales. Sin embargo, también repercutió en la calidad de la enseñanza ya que, la gran mayoría de las personas carecían de experiencia previa en entornos virtuales educativos. Alrededor de un año después, ya iniciadas las campañas de vacunación y adoptando medidas de bioseguridad, se implementaron las clases semipresenciales. En este contexto se encontraban todas las instituciones de educación superior y particularmente la del presente estudio: Carrera de Ingeniería Petrolera, perteneciente a la Facultad de Ingeniería de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA). El objetivo de esta investigación es explorar los principales factores de satisfacción e insatisfacción de los estudiantes por la virtualización de la enseñanza durante la pandemia de COVID-19. Para ello se utilizó un método de investigación cuantitativo no experimental que consistió en un muestreo probabilístico aleatorio y transversal estratificado en julio de 2022 en el cual participaron 84 estudiantes. Los resultados indican que los estudiantes quedaron satisfechos con los recursos de aprendizaje virtual, competencias, acompañamiento, tutoría y evaluación virtual. Del mismo modo, existió una valoración positiva respecto a la calidad de la institución, las expectativas estudiantiles y la calidad de la docencia. Sin embargo, entre las dificultades identificadas para el acceso a las clases virtuales, predominó la congestión constante del internet. Por último, una gran mayoría de los encuestados coinciden en que las clases virtuales son bastante beneficiosas, empero presentan prácticamente las mismas ventajas que inconvenientes respecto a la educación presencial, mostrando en conclusión su preferencia por la educación semipresencial por encina de las modalidades presencial y virtual. Futuros estudios se dirigirán a contrastar la satisfacción de estudiantes en otras ramas del conocimiento.

PALABRAS CLAVE: Modalidad virtual; Enseñanza-aprendizaje; Pandemia; COVID-19; Estudiantes; Ingeniería Petrolera; IES; Satisfacción.

INTRODUCCIÓN

La Organización Mundial de la Salud (OMS) dio a conocer al mundo entero el brote de una nueva enfermedad conocida como COVID-19 causada por una nueva sepa de coronavirus denominada SARSCoV-2. La misma fue identificada por primera vez en la China, específicamente en la ciudad de Wuhan, el 31 de diciembre de 2019. Se produjeron un aumento desmedido de contagios de persona a persona, multiplicándose el número de países afectados en muy poco tiempo, lo cual obligó a la OMS a declarar la pandemia en fecha 11 de marzo de 2020.

A raíz de ello, el Gobierno del Estado Plurinacional de Bolivia establece una serie de medidas relacionadas al ámbito educativo. En fecha 12 de marzo de 2020 a través del Ministerio de Educación se anunció la suspensión de labores educativas presenciales en todos los niveles (Ministerio de Presidencia de Bolivia, 2020). En fecha 17 de marzo de 2020 se promulga el Decreto Supremo N° 4196, de Declaratoria de emergencia sanitaria nacional y cuarentena. En fecha 21 de marzo de 2020 se establece el Decreto Supremo N° 4199, de Declaratoria de cuarentena total. Del mismo modo, en fecha 22 de marzo de 2020 se comunica que las Universidades garantizarán la educación superior profesional equitativa, a través de la implementación de la formación a distancia y virtual, mediante el uso de plataformas como recursos digitales, sin condicionantes de ningún tipo. (Ministerio de Educación de Bolivia, 2020). Finalmente, en fecha 06 de junio de 2020  se emite el Decreto Supremo N° 4260, mismo que tiene por objeto normar la complementariedad de las modalidades de atención presencial, a distancia, virtual y semipresencial en los Subsistemas de Educación Regular, Educación Alternativa y Especial y Educación Superior de Formación Profesional del Sistema Educativo Plurinacional.

Es en ese entendido que la Carrera de Ingeniería Petrolera, perteneciente a la Facultad de Ingeniería de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA) decidió dar continuidad a sus actividades académicas mediante la implementación de una plataforma virtual para el desarrollo del proceso de enseñanza-aprendizaje, así como con una serie de capacitaciones de los docentes y estudiantes en el uso de este nuevo entorno virtual y las herramientas digitales. Al tratarse de una transición repentina y novedosa, se lograron evidenciar algunas dificultades propias de estas nuevas tecnologías, así como muchas ventajas significativas. 

Ducoing (2020) refiere que el COVID-19 ha obligado a la mayoría de los gobiernos a cerrar indefinidamente las instituciones de enseñanza para así evitar la propagación del virus. Y con la finalidad de dar continuidad a los procesos de formación y de enseñanza-aprendizaje, la UNESCO (2020) recomienda el uso de las tecnologías de la información y comunicación (TIC) como la herramienta principal para el desarrollo de las labores educativas en todos los niveles. Del mismo modo, Fujimoto (2020) considera que la educación virtual recurre a herramientas tecnológicas que facilitan el proceso educativo: banda ancha, audio y video compatibles con la red de conexiones que utiliza, personal con competencias tecnológicas y pedagógicas, contenidos virtuales, etc. 

Si bien la educación virtual no es nueva, el cambio repentino del paradigma educativo obliga a los principales actores del proceso de enseñanza-aprendizaje a enfrentar una serie de transformaciones respecto a la enseñanza presencial, a “cambiar las formas en las que enseñamos y aprendemos, no sólo sumar la tecnología a los procesos educativos, sino que realmente sea una disrupción que motive cambios profundos en las prácticas pedagógicas cotidianas” (Barrón, 2020, p. 70). Por lo que a diferencia de la educación presencial donde el docente adquiere la responsabilidad de desarrollar y explicar los contenidos a los estudiantes, en la modalidad virtual debe primar la comunicación y diálogo entre ambos actores, siendo el estudiante el llamado a asumir el papel de protagonista de manera indiscutible, no limitándose solo a responder, sino a hacer preguntas e interactuar con el docente que ahora tiene el rol de orientador, guía y facilitador del proceso de enseñanza-aprendizaje.

A lo largo de las últimas décadas, muchas instituciones de educación superior (IES) han realizado esfuerzos con la finalidad de implementar nuevas modalidades de estudio apoyados en el uso de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), complementando a la educación presencial con la utilización de plataformas o entornos virtuales de enseñanza-aprendizaje, lo cual implica que el proceso de formación toma en cuenta los diversos aspectos que infieren en la satisfacción de los estudiantes.

Niveles de satisfacción académica estudiantil en tiempos de COVID-19

(Budur et al., 2021; Chen et al., 2020) definen a la satisfacción del estudiante como un deseo creado por la comparación entre el efecto percibido de un producto o servicio con lo que el estudiante espera. Por tanto, las IES dentro de esta “nueva” modalidad de educación virtual tratan de satisfacer las expectativas y necesidades de los estudiantes buscando otorgándoles un servicio de calidad respecto a las metodologías, los contenidos y principalmente las interacciones con los docentes, personal administrativo y de soporte, con el entorno físico, como la que surge en las aulas; la interacción con los equipamientos, como los sistemas de servicio; y con los compañeros y compañeras de las clases. 

Existen diferentes niveles de satisfacción de los estudiantes respecto a cómo se sienten con la incorporación de aulas virtuales para el desarrollo de sus asignaturas. En consecuencia, las IES esperan llegar a los niveles más altos de satisfacción estudiantil, lo cual genere un efecto positivo en la motivación, retención y rendimiento académico por parte de los estudiantes. Ahora bien, además de analizar los niveles de satisfacción estudiantil con la modalidad de educación virtual, se debe contemplar el impacto del COVID-19, lo cual podría generar variaciones en dichos niveles bajo este contexto de la pandemia.

Con base en lo expuesto, surge el interés de indagar acerca de los niveles de satisfacción de los estudiantes en relación a esta nueva estrategia de educación virtual implementada por la Carrera de Ingeniería Petrolera de la UMSA, a raíz de la pandemia ocasionada por el COVID-19.

MÉTODOS Y MATERIALES

Previamente a la ejecución del presente estudio, se obtuvo el permiso institucional del Director de Carrera de Ingeniería Petrolera de la UMSA.

El estudio presenta lineamientos de tipo aplicado ya que se basa en el uso de teorías existentes para fundamentar y respaldar el mismo, además de que busca ayudar a mejorar las debilidades encontradas. Asimismo, esta investigación posee un enfoque cuantitativo, porque se sostiene en métodos estadísticos con la finalidad de responder al objetivo planteado. El diseño de investigación es no experimental – correlacional, porque no se presenta manipulación de las variables y solo se basa en la obtención de información en un solo momento. Además, el presente trabajo presenta un alcance temporal transversal porque la obtención de datos se realiza en un solo momento definido entre el investigador y los integrantes de la muestra.

La técnica aplicada fue la encuesta, empleando para ello un cuestionario virtual mediante el formulario de Google que fue respondido por los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Petrolera de la UMSA durante el mes de julio del presente año, con el fin de medir su satisfacción académica respecto a la educación virtual. El cuestionario está conformado por tres variables. La primera variable es Educación virtual, que contiene a  la dimensión 1: Recursos de aprendizaje virtual (tres preguntas), la dimensión 2: Competencias (cinco preguntas), la dimensión 3: Acompañamiento virtual (tres preguntas) y la dimensión 4: Tutoría y evaluación virtual  (cinco preguntas); todas con cinco opciones de respuesta categorizadas mediante la escala de Likert que son: Nunca (1), Casi nunca (2), Algunas veces (3), Casi siempre (4) y Siempre (5). La segunda variable: Niveles de satisfacción académica, que contiene a la dimensión 1: Calidad de la institución (cuatro preguntas), la dimensión 2: Expectativas del estudiante (tres preguntas) y la dimensión 3: Docencia (tres preguntas); todas con cinco opciones de respuesta categorizadas mediante la escala de Likert que son: Nunca (1), Casi nunca (2), Algunas veces (3), Casi siempre (4) y Siempre (5).  La tercera variable: Familiaridad, impacto y valoración, que contiene a la dimensión 1: Familiaridad (cuatro preguntas) y la dimensión 2: Impacto y valoración (tres preguntas); todas con cinco opciones de respuestas específicas. El cuestionario fue sometido a juicio por un experto para la validación con resultado de muy alta validez. En el análisis estadístico de fiabilidad, resultó con un alfa de Cronbach de 0,921.

La población de estudio estuvo constituida por 190 estudiantes matriculados en la gestión 2022, que cursan entre el primer y décimo semestre de la carrera. El tamaño muestral se determina asumiendo una precisión (error muestral) de 8% y un nivel de confianza de 95% para el cual el valor correspondiente en la distribución normal es 1,96. Por lo tanto, empleando la ecuación estadística:

 

Se obtuvo una muestra de 84 estudiantes, mismos que fueron voluntariamente seleccionados para ser parte del presente estudio. El muestreo es probabilístico.

Finalizada la recolección de los datos, se procedió a ordenarlos en las dimensiones de cada variable en concordancia con el objetivo del presente estudio; asimismo, se generó una base de datos y se procesó con el programa estadístico SPSS v.25. Se realizó el análisis estadístico descriptivo de las variables, y se expresaron en frecuencia, porcentaje, media y desviación estándar.

RESULTADOS

La muestra estuvo constituida por 84 estudiantes: la distribución de los estudiantes por género y rango de edad se detallan en la Tabla N°1 y Gráfico N°1; la distribución de los estudiantes por semestre académico, en la Tabla N°2 y Gráfico N°2; los resultados de Educación virtual, en la Tabla N°3 y Gráfico N°3; los Niveles de satisfacción académica, en la Tabla N°4 y Gráfico N°4; y la Familiaridad, impacto y valoración de la Educación Virtual, en la Tabla N°5 y Gráficos N°5, N°6, N°7, N°8, N°9, N°10 y N°11.

Fuente: Elaboración propia, 2022.

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

 

Fuente: Elaboración propia, 2022.

 

Fuente: Elaboración propia, 2022.

Fuente: Elaboración propia, 2022

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

 

Fuente: Elaboración propia, 2022

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

Fuente: Elaboración propia, 2022

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

 

Fuente: Elaboración propia, 2022.

 

Fuente: Elaboración propia, 2022. 

DISCUSIÓN

La virtualización de la enseñanza era ya un reto para las IES antes de producirse la pandemia por COVID-19; sin embargo, la crisis sanitaria ha acelerado este proceso, generándose una urgente necesidad de digitalización del entorno de enseñanza y de capacitación sus actores a nivel nacional e internacional. Es en ese sentido que tanto de docentes como estudiantes han tenido que adaptarse de forma inmediata a las nuevas formas de enseñar y de aprender, respectivamente; dejando de lado la educación presencial. Estos contextos se relacionan directamente con la inclusión en la metodología docente de recursos didácticos y tecnológicos innovadores, cuya efectividad e impacto en los resultados de aprendizaje y en la satisfacción estudiantil tiene que ser analizada.

Por consiguiente, en este estudio se han medido los niveles de satisfacción académica estudiantil respecto a la educación virtual en el contexto del COVID-19, contemplando para ello, tres variables cuyos resultados obtenidos se detallan a continuación.

La primera variable: Educación virtual, conformada por cuatro dimensiones: la primera fue Recursos de aprendizaje virtual, Competencias fue la segunda; Acompañamiento virtual la tercera, y la cuarta fue Tutoría y evaluación virtual. Todas obtuvieron valoraciones positivas por parte de los estudiantes, predominando la clasificación de “Alto”. En el entendido de que la pandemia ha generado un impacto en el trabajo académico estudiantil, llamándolos a ser los protagonistas de su propio aprendizaje, vemos a partir de los resultados que es muy importante el apoyo que deben recibir por parte de los administradores de las plataformas digitales, los docentes y administrativos de la Carrera de Ingeniería Petrolera de la UMSA. De igual modo, se puede apreciar que la disponibilidad de la plataforma virtual, los servicios que entrega y el aprendizaje a través de ella genera mayor influencia en la satisfacción de los estudiantes. 

La segunda variable: Niveles de satisfacción académica, compuesta por tres dimensiones que son: Calidad de la institución, Expectativas del estudiante y Docencia; obteniéndose de igual manera la aceptación de los estudiantes, evidenciándose una superioridad en la clasificación de “Alto”. Por todo ello, se reafirma el importante papel que desempeña el docente en el proceso de virtualización de la enseñanza. Su capacitación en la adquisición de mayores y mejores competencias en el empleo de herramientas virtuales es esencial. Del mismo modo se evidencia que la satisfacción de los estudiantes es un factor fundamental en el grado de motivación, compromiso, niveles de aprendizaje y el logro de competencias alcanzadas. Por ello, es de gran importancia disponer de estos dos elementos claves: adecuadas herramientas virtuales y docentes altamente capacitados para tener un desempeño idóneo en el ámbito virtual.

La tercera variable: Familiaridad, impacto y valoración, constituida por dos dimensiones: la primera es Familiaridad y la segunda es impacto y valoración. Dentro los hallazgos de estudio de la primera dimensión, se puede mencionar que, entre los lugares de acceso a las clases virtuales, las casa o domicilios de los estudiantes son los que tiene mayor puntuación. En relación a los equipos de acceso a las clases virtuales, son los celulares los que prevalecen. Entre las dificultades de acceso a las clases virtuales, predomina la congestión del internet. Y respecto a la frecuencia de acceso al aula virtual, existe una amplia superioridad de la opción: más de dos veces a la semana. En consecuencia, se puede concluir que los niveles de satisfacción estudiantil con la enseñanza virtual, están directamente relacionados con los niveles de conectividad, ya que el estudiante necesita ciertas condiciones para poder aprender virtualmente, por lo que las limitaciones del servicio de internet en nuestro país provocan insatisfacción en la mayoría de los estudiantes, lo cual podría afectar a su rendimiento académico y a la culminación de los programas. Complementariamente, loa resultados de la segunda dimensión nos indican que los estudiantes en su mayoría consideran a la educación virtual como bastante beneficiosa; sin embargo, refieren que la misma posee básicamente las mismas ventajas que inconvenientes en relación a la educación presencial, resolviendo que la modalidad de educación semipresencial sería la más adecuada para las distintas ramas de la ingeniería. Sobre este punto se puede resaltar que la buena aceptación por esta modalidad mixta de educación, se debe a que la misma aprovecha los recursos múltiples de aprendizaje, la autonomía, la flexibilidad de tiempos y horarios propios de la educación virtual y a su vez rescata el seguimiento, trato personal y las sesiones y talleres de índole práctico de la educación presencial, siendo éstas últimas muy necesarias en áreas técnicas de la educación superior como lo es la carrera de Ingeniería Petrolera.

Finalmente, es necesario investigar en qué medida, a largo plazo, el empleo cada vez mayor de herramientas y estrategias de carácter virtual impactará en el logro de competencias en los estudiantes de Ingeniería Petrolera del nivel de pregrado.

CONCLUSIONES

La presente investigación sobre educación virtual durante la pandemia y niveles de satisfacción académica estudiantil de la carrera de Ingeniería Petrolera de la UMSA, contribuye a la literatura de educación superior y proporciona información valiosa a la casa de estudios, ya que da a conocer aspectos que los estudiantes consideran importantes, sus necesidades y expectativas. En estos tiempos de COVID-19 parece ser un contexto oportuno para conocer las virtudes y deficiencias de la educación virtual con la finalidad de generar antecedentes para estar preparados para situaciones similares en el futuro.

Este estudio científico documenta información que destaca tres variables: la primera compuesta por cuatro dimensiones y 16 elementos o preguntas; la segunda conformada por tres dimensiones y 10 elementos o preguntas; y la tercera integrada por dos dimensiones y siete elementos o preguntas. Toda esa información está relacionada a la educación virtual a los niveles de satisfacción académica estudiantil en el contexto actual de la pandemia. 

Análogamente, esta investigación aporta a la casa de estudios analizada e incluso a otras similares, porque identifica aquellos aspectos satisfactorios e insatisfactorios para los estudiantes, los cuales son útiles para poder analizar el servicio entregado durante la enseñanza virtual de emergencia producto del COVID-19.

Asimismo, sabiendo que la satisfacción es un factor ligado al rendimiento académico estudiantil, los resultados encontrados en este estudio permitirán a la Carrera de Ingeniería Petrolera de la UMSA, establecer medidas específicas que mitiguen las deficiencias identificadas, a fin de buscar una mejora continua en los procesos de enseñanza-aprendizaje, y a su vez permitirá a sus autoridades y demás actores que puedan prepararse a eventos futuros de incertidumbre, como a futuras enfermedades, conflictos bélicos y/o desastres naturales. 

De igual manera, estos hallazgos son relevantes para otros investigadores que estudian estas temáticas, al conocer dichos factores de satisfacción e insatisfacción. Finalmente, el hecho de que los sujetos de estudio, ya sean administradores, docentes o estudiantes, conozcan sus factores de satisfacción e insatisfacción en relación a la educación virtual, permitirá que estén más preparados para no detener la educación en un futuro y continuar así con el proceso de enseñanza- aprendizaje cualquiera sea el escenario. 

BIBLIOGRAFÍA

Anton M. (2020). Enseñanza virtual y satisfacción académica en estudiantes de la Facultad de Ingeniería de Sistemas, Universidad Nacional del Callao. Lima, Perú: Universidad César Vallejo.

Barrón, M. (2020). La educación en línea. Transiciones y disrupciones. En H. Casanova Cardiel (Coord.), Educación y pandemia: una visión académica (pp. 66-74). Ciudad de México: Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Investigaciones sobre la Universidad y la Educación.

Budur, Taylan., Demir, Ahmet., and Cura, Fatih. (2021). University Readiness to Online Education during Covid-19 Pandemic. International Journal of Social Sciences and Educational Studies, 8(1), 180-200. Recuperado de: http://doi.org/10.23918/ijsses.v8i1p180

Chen, Tinggui., Peng, Lijuan., Yin, Xiaohua., Rong, Jingtao., Yang, Jianjun., and Cong, Guodong. (2020). Analysis of User Satisfaction with Online Education Platforms in China during the COVID-19 Pandemic. Healthcare, 8(3), 200. Recuperado de: https://doi.org/10.3390/healthcare8030200

Decreto Supremo N° 4196, de Declaratoria de emergencia sanitaria nacional y cuarentena. (2020). Recuperado de: https://www.lexivox.org/norms/BO-DS-N4196.html

Decreto Supremo N° 4199, de Declaratoria de cuarentena total. (2020). Recuperado de:  https://www.lexivox.org/norms/BO-DS-N4199.html

Decreto Supremo N° 4260, de Complementariedad de las modalidades de atención presencial, a distancia, virtual y semipresencial del Sistema Educativo Plurinacional. (2020) Recuperado de: https://www.lexivox.org/norms/BO-DS-N4260.xhtml

Ducoing, P. (2020). Una expresión de la desigualdad en educación básica durante la emergencia sanitaria: el caso de una alumna. En H. Casanova Cardiel (Coord.), Educación y pandemia: una visión académica (pp. 55-64). Ciudad de México: Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Investigaciones sobre la Universidad y la Educación.

Fujimoto, G. (2020). El proceso educativo de la primera infancia en época del coronavirus COVID-19. Informe para las Comisiones Académicas de la Red Hemisférica de Parlamentarios y Exparlamentarios por la Primera Infancia. (Documento No Publicado).

Ministerio de Presidencia de Bolivia. (2020). Bolivia suspende labores educativas, vuelos desde y hacia Europa e intensifica el control en fronteras. Recuperado de: https://www.presidencia.gob.bo/index.php/prensa/noticias/1235-coronavirus-bolivia-suspende-labores-educativas-vuelos-desde-y-hacia-europa-e-intensifica-el-control-en-fronteras#:~:text=La%20decisi%C3%B3n%20de%20la%20Jefa,hacia%20Europa%E2%80%9D%2C%20enfatiz%C3%B3%20%C3%81%C3%B1ez

Ministerio de Educación de Bolivia. (2020). Se garantiza la educación profesional a través de la formación a distancia y virtual. Recuperado de: https://www.comunicacion.gob.bo/?q=20200330/29046

UNESCO (2020). El coronavirus COVID-19 y la educación superior: impacto y recomendaciones. Recuperado de: http://www.iesalc.unesco.org/2020/04/02/elcoronavirus-covid-19-y-la-educacion-superior-impacto-y-recomendaciones/&gt

World Health Organisation. WHO (2020) Director-General’s opening remarks at the World Health Assembly. Recuperado de: https://www.who.int/dg/speeches/detail/who-director-general-s-opening- remarks-at-theworld-health-assembly.

Ing. Mario Carmelo Gamarra Mendoza - R.N.I. 14908

Es Ingeniero Civil de la Universidad Autónoma Juan Misael Saracho, con Maestrías en Sistemas de Drenaje y Riego.

RESUMEN

El método Hardy-Cross es empleado ampliamente en la enseñanza de ingeniería de redes cerradas en Bolivia y su aplicación en el diseño de sistemas de agua potable. La norma boliviana NB-689 Instalaciones de Agua Potable – Diseño para Sistemas de Agua Potable y su Reglamento Técnico de Diseño para Sistemas de Agua Potable, establece que el método Hardy-Cross es uno de los recomendados para realizar el análisis hidráulico de una red de distribución cerrada. Al ser un proceso iterativo, es importante evaluar su convergencia y sus propiedades para establecer las limitaciones metodológicas al momento de resolver un sistema de agua potable.

Palabras clave: Método Hardy-Cross, convergencia, agua potable, norma boliviana NB-689

 Keywords: Hardy-Cross method, convergence, drinking water, Bolivian standard NB-689

INTRODUCCIÓN

Hardy Cross simplificó el modelado matemático de problemas complejos en ingeniería estructural e hidráulica mucho antes de la era de las computadoras. Las distribuciones de momentos en estructuras de hormigón indeterminadas descritas con ecuaciones diferenciales eran demasiado complejas para la época anterior a las computadoras. Hardy Cross aplicó estos hallazgos del análisis estructural más tarde al equilibrio del flujo en las redes de tuberías. Revolucionó la forma en que la profesión abordaba problemas complicados. Hoy en día, en la práctica de la ingeniería, se utiliza el método de Hardy Cross modificado propuesto por Epp y Fowler en lugar de la versión original del método de Hardy. Los métodos propuestos por Hamam y Brameller, Wood y Charles y Wood y Rayes también se utilizan en la práctica común. Además, el método orientado a nodos propuesto por Shamir y Howard también se basa en el método de Hardy Cross. (Brkić & Praks, 2019)

Existen diversos textos que permiten obtener una comprensión del método de Hardy-Cross, con una descripción del método, referencia de su desarrollo histórico, la formulación matemática del método, e inclusive con la presentación del ábaco del Método de Hardy-Cross, y ejemplos de aplicación. (Slight, 1941) (Soaded & Khudair Al-Obaidi, 2019)

Las referencias más ilustrativas del método Hardy-Cross exponen también ventajas y desventajas del método Hardy Cross. Entre las ventajas se puede indicar fácil de aplicar, se puede completar a mano el cálculo, la autocorrección incluso si se producen pequeños errores de cálculo, y entre las desventajas se tiene que en redes grandes, el número de iteraciones requeridas para la convergencia aumenta con el tamaño, en algunos casos, es posible que el método no converja si las conjeturas iniciales están demasiado alejadas, y en su forma original, no funciona bien con condiciones límite, bombas, depósitos múltiples, etc. Puede funcionar con bombas, ciertas válvulas (válvulas de retención, válvulas de control de flujo, válvulas reductoras de presión) y depósitos múltiples (es decir, más de una fuente) con alteraciones y el uso de pseudo bucles creados con enlaces imaginarios. A la mayoría de los estudiantes universitarios de ingeniería se les enseña el método de análisis de Hardy Cross, pero no los métodos actuales que se utilizan en la mayoría de los programas de software. (McAtee, 2022) 

Aplicaciones ingeniosas del método en bucles espaciales son expuestos en un artículo que es aplicado en redes de instalación de gas natural, que si bien es de carácter hipotético es interesante su planteamiento de artificios matemáticos. (Brkić, An improvement of Hardy Cross method applied on looped spatial natural gas distribution networks, 2009)

También se han observado considerables aportes técnicos en el desarrollo de software para el estudio del método Hardy-Cross. (Gameiro Lopes, 2004) 

Se documentaron problemas significativos de convergencia para los métodos: a) método de ajuste de ruta única (P), b) método de ajuste de nodo único (N) y c) método de ajuste de nodo simultáneo (SN). Estos métodos se usan ampliamente y los resultados de este estudio indican que se debe tener mucho cuidado al emplear estos métodos. Cada uno de los tres métodos que experimentó problemas significativos de convergencia requiere un conjunto de caudales o grados para iniciar la solución y la falla se puede reducir si se emplean valores iniciales que están más cerca de los valores correctos. Sin embargo, no parece haber medios confiables para determinar consistentemente mejores valores iniciales. Tanto el método de ajuste de ruta simultáneo (SP) como el método lineal (L) brindan una excelente convergencia donde las tasas de flujo y los grados se calculan con gran precisión y el logro de una precisión de caudal relativo de 0,005 es adecuada para asegurar esto. Los métodos SP y L lograron soluciones muy precisas en relativamente pocas pruebas con solo una falla conocida por el método SP. (Wood, 1981)

El método Hardy-Cross desencadenó la evolución de numerosas técnicas de simulación de redes de tuberías, es adecuada solo para redes relativamente pequeñas. Con la llegada de la computadora y a medida que se analizaban redes más grandes y complejas, se descubrió que el método Hardy-Cross con frecuencia converge demasiado lentamente, si es que lo hace. El método clásico que se describe en la mayoría de los libros de texto de hidráulica o mecánica de fluidos es una adaptación del método de Newton-Raphson que resuelve una ecuación a la vez antes de pasar a la siguiente ecuación durante cada iteración en lugar de resolver todas las ecuaciones simultáneamente. Los métodos de ruta única y nodo único respectivamente, son básicamente los métodos clásicos de Hardy-Cross. Métodos tradicionales descritos anteriormente no dan una buena idea de la bondad de una solución aproximada, especialmente para problemas de gran escala. (Lee, 1983)

Una investigación realizada sobre veintidós nuevos métodos correctores de bucle, además propone un tercer orden de convergencia. a pesar de los originales métodos correctores de bucle, es decir, el método Hardy Cross, estos nuevos los métodos teóricamente tienen un orden superior de convergencia. Se analizó una red de agua de muestra utilizando cuatro escenarios (92 casos en total) para comparar el rendimiento de estas nuevas versiones de los métodos de corrección de bucle con el original Método Hardy Cross. Los resultados indican que la cercanía de conjeturas iniciales a las soluciones finales se encontró que era un factor importante en el número de iteraciones requeridas. Sin embargo, considerando diferentes escenarios revela que los esquemas de un paso, dos pasos y tres pasos mejorar la tasa de convergencia del método Hardy Cross por 41%, 69,64% y 62,5%, respectivamente. Adicionalmente, uno de los métodos de dos pasos, el tercer algoritmo de Chun, se encontró para resolver la red de muestra en más número de iteraciones que el método Hardy Cross para uno de cada cuatro escenarios. Además, en base a la comparación del número de iteraciones y tiempo de cálculo de los cuatro escenarios, el algoritmo de Chebyshev y el algoritmo de Halley fueron mejores que otros métodos de un solo paso, mientras que Chun y el cuarto algoritmo de Kim y el algoritmo de Zavalani superaron otros métodos de dos y tres pasos, respectivamente. (Niazkar & Türkkan, 2021) 

El método de bucle de nodo es un poderoso procedimiento numérico para el cálculo de caudales o diámetros como problemas inversos en redes de distribución de fluidos en bucle. La ventaja principal del novedoso método de bucle de nodo es que el flujo en cada tubería se puede calcular directamente, lo cual no es posible para el Hardy Cross original ni para los métodos mejorados de Hardy Cross. (Brkić & Praks, An Efficient Iterative Method for Looped Pipe Network Hydraulics, 2019)

Existen diversas investigaciones que comparan los resultados obtenidos aplicando el método Hardy-Cross y el software EPANET, destacando la similitud de los mismos, y también considerando la evolución de las variables en función del tiempo. (Da Silva TeixeiraI, Vilalta-AlonsoII, & Mendes N, 2021) (Rodríguez Molina & Loaísiga, 2017) (Rai & Sanap, 2017) (Selami, Kaan, & Neslihan, 2008)

 DESARROLLO

La evaluación de la convergencia se ha enfocado en la cantidad de iteraciones para alcanzar el menor error en la estimación del balance del caudal y de la energía en los nudos de la red, considerando diferentes rutas del agua en la red de tuberías del agua. Sin embargo, tal enfoque no considera necesariamente las hipótesis de diseño establecidas inicialmente para la distribución del agua que asegure el abastecimiento de la población, es decir, se prioriza la obtención matemática de los caudales en las tuberías para únicamente satisfacer las condiciones del método Hardy-Cross.

 TOPOLOGÍAS DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE

Se evaluaron las siguientes topologías de la red de distribución de agua potable:

Topología 1

Topología 2

Topología 3

Topología 4

Figura 1: Topologías de la red de distribución analizadas. Fuente: Elaboración propia

 

Cada una de ellas fue sometida a diversos escenarios de caudales que circulan en su interior, y también a variaciones aleatorias de las longitudes entre las tuberías que integran el sistema en un rango menor a 5 metros en las diferentes ubicaciones entre los nudos. También se ha considerado el ingreso de caudales en 2 diferentes nudos para cada topología. Para la primera topología se emplearon 4 escenarios de análisis, mientras que para las restantes topologías 25 escenarios de análisis, y en total se evaluaron 79 escenarios diferentes en cuanto a su disposición espacial y la capacidad de conducción de agua potable, mediante el método Hardy-Cross aplicando para su resolución iterativa el ajuste de ruta simultáneo (SP).

CONVERGENCIA DEL MÉTODO HARDY-CROSS APLICADO A LA RED DE AGUA POTABLE

La convergencia del método es garantizada mediante el cumplimiento de los siguientes criterios: 1) balance de masa en todos los nudos y cada anillo/malla de verificación, 2) balance de energía/carga de presión en los nudos de cada anillo/malla de verificación, 3) balance de energía/carga de presión en nudos de contorno específicos en los que las rutas de conducción del agua potable confluyen, y 4) el balance de los caudales que ingresan y salen de cada nudo de la red. Para la presente investigación se prescindieron de las pérdidas de carga local al desarrollar el análisis y se ha empleado únicamente la ecuación de Hazen-Willams para la estimación de las pérdidas por fricción en el sistema, considerando un mismo material de las tuberías. La adopción del diámetro comercial ha considerado su optimización, estableciendo un diámetro mínimo de 2½” y que a su vez la velocidad máxima sea menor o igual a 2 m/s. 

 

RESULTADOS

Los resultados del análisis realizado se presentan en los siguientes gráficos y tablas:

Tabla 1. Cantidad tramos de tubería Fuente: Elaboración propia

Cantidad de tramos de tubería

Topología 1

Topología 2

Topología 3

Topología 4

23

24

27

18

Las redes analizadas consideran una topología diferenciada por la cantidad de tramos de tubería.

1

Convergencia ΔQ anillos (10 iteraciones)

Convergencia ΔQ anillos (83 iteraciones)

Figura 2: Convergencia del ΔQ en cada anillo de la topología 1. Fuente: Elaboración propia

Convergencia Δh anillos (10 iteraciones)

Convergencia Δh anillos (83 iteraciones)

Figura 3: Convergencia del Δh en cada anillo de la topología 1. Fuente: Elaboración propia

Convergencia Δh contorno (10 iteraciones)

Convergencia Δh contorno (83 iteraciones)

Figura 4: Convergencia del Δh en contornos de la topología 1. Fuente: Elaboración propia

Balance Q nudo (10 iteraciones)

Balance Q nudo (83 iteraciones)

Figura 5: Convergencia del balance de caudal en nudos de la topología 1. Fuente: Elaboración propia

Los anteriores gráficos muestran un caso sintetizado en las anteriores representaciones, siendo las demás obtenidas para el cada uno de los 79 casos analizados, representaciones análogas que en todos los casos demuestran que se ha alcanzado la convergencia del método Hardy-Cross. En el caso de la convergencia de contorno se observa que para algunos nudos esta se alcanza con un número de iteraciones más alto que el que se alcanza para cada anillo.

También se ha observado que el método Hardy-Cross generalmente ha alcanzado la convergencia cuando al menos uno de los tramos de tuberías ha reducido el caudal que transporta respecto del inicialmente considerado para atender la demanda del tramo, como se puede apreciar en las siguientes tablas.

Tabla 2. Rangos de caudales analizados en cada topología Fuente: Elaboración propia

Rango Caudal (l/s)

Frecuencia

Topología 1

Topología 2

Topología 3

Topología 4

0

250

0

7

4

9

250

500

1

6

13

8

500

750

2

4

7

3

750

1000

1

4

1

2

1000

1250

0

2

0

3

Tabla 3. Déficit de caudal (%) en tuberías deficientes Fuente: Elaboración propia

Rango Máximo Déficit Caudal (%)

Frecuencia

Topología 1

Topología 2

Topología 3

Topología 4

0%

20%

1

6

10

1

20%

40%

2

10

10

1

40%

60%

1

6

3

6

60%

80%

0

3

2

6

80%

100%

0

0

0

11

Tabla 4. Cantidad escenarios que tienen tramos deficientes Fuente: Elaboración propia

Cantidad de tramos deficientes

Frecuencia

Topología 1

Topología 2

Topología 3

Topología 4

0

0

0

0

0

1

0

6

10

0

2

4

11

9

10

3

0

5

5

15

4

0

3

1

0

Se observa que el máximo déficit de caudal en un tramo de tubería determinado alcanza valores tan altos mayores al 80 % en varios tramos de tubería, independientemente del caudal que alimenta al sistema de agua potable.

CONCLUSIÓN

La convergencia del método Hardy-Cross aplicando para su resolución iterativa el ajuste de ruta simultáneo (SP), es alcanzada tanto para garantizar el balance de masa en cada uno de los nodos, como así también para la conservación de la energía en cada uno de los anillos o ramales analizados, este hecho concuerda también con las diversas referencias consultadas.

Las soluciones del método Hardy-Cross deben analizar la convergencia de la conservación de la energía en diversas rutas que coincidan en su trayecto con el contorno de la red de distribución analizada, debido a que valores adecuados para garantizar una aproximación aceptable, es generalmente posible con un número mayor de iteraciones.

Las soluciones alcanzadas mediante la aplicación del método Hardy-Cross generalmente considera que al menos una tubería del sistema tendrá un caudal menor al requerido para atender la demanda estimada, aspecto que permite concluir que las soluciones tendrán presiones de trabajo al final de las líneas de tuberías mayores a las que realmente podrían presentarse, debido a que la velocidad consecuentemente será menor en las tuberías, e inclusive podría convertir en más crítica la situación si se rebaja el diámetro de la tubería. Una consecuencia de lo anteriormente expuesto es que siempre habrá la posibilidad de un diseño en condición deficitaria de atención de la demanda.

El método de Hardy-Cross continúa siendo brindado en los diferentes centros de enseñanza de ingeniería en Bolivia, e inclusive la norma NB-689 establece que puede ser uno de los métodos del cual adoptamos la solución del diseño del sistema de distribución de agua potable, y en base al análisis realizado es menester actualizar los contenidos en los centros de educación superior, para adoptar métodos matriciales más modernos que contribuyan a sensibilizar con la lógica de funcionamiento del software que actualmente se emplear para resolver redes de distribución de agua potable. 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Rai, R. K., & Sanap, N. G. (2017). Analysis of Hydraulic Network Using Hardy-Cross Method and Epanet. 3rd International Conference on Recent Development in Engineering Science, Humanities and Management, 221-227.

Rodríguez Molina, Y. A., & Loaísiga, H. E. (2017). Comparación método Hardy Cross y Sofware Epanet en diseño de redes de agua potable. Revista Ciencia Y Tecnología El Higo, 2-10.

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Wood, D. J. (1981). Algorithms for Pipe Network Analysis and Their Reliability. Lexington, Kentucky: Algorithms for Pipe Network Analysis and their Reliability, Research Report No. 127.

Ing. Humberto Aguilar Lobo - R.N.I. 29057

Es Ingeniero Informático de la Universidad Técnica de Oruro con Maestrías en Seguridad Informática y Educación Superior basada en Competencias, Ph.D.(c) en Ciencia y Tecnología. 

RESUMEN

Este artículo tiene por objeto contribuir al estudio de la informática forense en función a herramientas de recuperación de archivos eliminados en unidades de almacenamiento en discos sólidos. Se trata de un estudio de enfoque cuantitativo, del tipo descriptivo, en el que se empleó un diseño no experimental de corte transeccional o transversal. La variable de estudio fue la recuperación de archivos en discos sólidos de 1 [Tb] de capacidad. La población estuvo constituida por herramientas de recuperación de archivos eliminados, de ella se tomó como muestra tres herramientas especializadas. El instrumento empleado fue sistemas de medición por aparatos en base a software especializado en la obtención de datos. Los resultados demostraron que de las herramientas vistas, dos cuentan con mayor rendimiento en tiempo y capacidad en la recuperación de archivos eliminados en unidades de almacenamiento de discos sólidos, siendo muy útiles para llevar a cabo el procedimiento de recuperación de información.

Palabras clave: Informática forense, unidades de almacenamiento, recuperación de archivos.

INTRODUCCIÓN.

La informática forense comprende diferentes procedimientos, uno de ellos es la “Recuperación de archivos eliminados” que ciertamente en los sistemas actuales, los archivos no son eliminados físicamente sino en su forma lógica, esto implica que la información permanece aún después de ser eliminada del sistema. Siendo así, que la informática forense puede intentar reconstruir la estructura de los archivos que la contenía a fin de buscar evidencias en la misma. Existe una gran variedad de métodos de recuperación de archivos eliminados (y herramientas que los implementan) que trae a consecuencia la presente investigación. En este propósito, la interrogante general que motiva la presente investigación es: ¿Cuáles serían los resultados de aplicar herramientas de recuperación de archivos eliminados en unidades de almacenamiento en discos sólidos?

Después de las consideraciones anteriores, es importante empezar por una definición pertinente de este tema. Al respecto los autores (Castañeda Vilchis, Rojas Barrera, & Villanueva Pallares, 2009) afirman: “…la recuperación de información eliminada a partir del sistema de archivos comprende la búsqueda de la información directamente en el espacio de datos omitiendo todo tipo de estructura de sistema de archivos” (p.6)

DESARROLLO

MÉTODOS Y MATERIALES.

Métodos. La metodología a utilizar tiene su fundamento en la siguiente tabla (1):

Tabla 1. Metodología aplicada en la investigación.

Metodología

Característica

Enfoque y diseño

Se sustentó en el enfoque cuantitativo, del tipo de diseño no experimental, transeccional descriptivo. El objetivo es describir los resultados de aplicar herramientas de recuperación de archivos eliminados en unidades de almacenamiento en discos sólidos.

Población y muestra

Se define como población a un conjunto finito de elementos con características comunes y que concuerdan con determinadas especificaciones (herramientas de recuperación de archivos eliminados).

La muestra es del tipo no probabilística —desde la visión cuantitativa— su utilidad requiere no tanto una “representatividad” de elementos de una población, sino una cuidadosa y controlada elección de casos con ciertas características especificadas. Está se integra por tres herramientas especializadas.

Instrumentos de recolección de datos

A los efectos de este, se aplicó sistemas de medición por aparatos, a través de instrumentos de software especializado en la obtención de datos, permitiendo la validación y verificación del objetivo de la investigación. Los resultados son tabulados, codificados, procesados y analizados, manejando procedimientos propios de la informática forense.

Fuente: Elaboración propia.

 

Materiales.

Tabla 2. Materiales que se utilizó en la investigación.

Descripción

  • Computador: HP Pavilion dm4-3050us, Sistema operativo Windows Educacional, Compilación 10.0, 17134, Procesador Intel Core i5-2450M CPU @ 2.50 GHz, Capacidad memoria RAM 8 “Gb”, Arquitectura 64 “bits”
  • Disco sólido: Del tipo M3 portable, marca Toshiba, Capacidad 1 “Tb” de almacenamiento.

Software especializado

  • Herramienta Forense [1]: FTK IMAGER, versión 4.2.1.4, licencia gratuita.
  • Herramienta Forense [2]: RECUVA, versión 1.53.1087, licencia gratuita.
  • Herramienta Forense [3]: AUTOPSY, versión 4.14.0, licencia gratuita.

Fuente: Elaboración propia.

RESULTADOS.

HERRAMIENTA FORENSE [FTK IMAGER].

Haciendo uso de esta herramienta se toma de la imagen del disco solido de capacidad de 1 [Tb] en formato “.dd”, (formato de aceptación). La herramienta proporciona archivos con información “MD5” y “SHA”, para verificar si la imagen ha sido cambiada o no. Teniendo la imagen del disco, se procedió a realizar el análisis, matizando que FTK crea diferentes detalles de la información que se encuentra en el disco, como posiciones de memoria o un mapa hexadecimal de los mismos.

 “Gb”, es el símbolo de una unidad de medida informática cuyo nombre es Gigabyte.

 “Bits”, es una unidad mínima de información, que puede tener solo dos valores (cero o uno).

 “Tb”, es el símbolo de una unidad de medida informática cuyo nombre es Terabyte

 “MD5”, es un algoritmo de reducción criptográfico de 128 bits ampliamente usado en seguridad informática.

 “SHA”, es un algoritmo de Hash seguro de una familia de funciones de cifrado.

  

Figura 1. Resultados con FTK IMAGER.

Fuente: Elaboración propia.

 

HERRAMIENTA FORENSE [RECUVA].

Está herramienta permitió recuperar archivos borrados del tipo: documentos, imágenes, videos, músicas, entre otros, pero teniendo debilidades como la recuperación de archivos cuando se ha dado un formato rápido, este tipo de procedimiento puede ser un factor muy importante de riesgo para la informática forense.

 

Figura 2. Resultados con Recuva.

Fuente: Elaboración propia.

 

HERRAMIENTA FORENSE [AUTOPSY].

Está herramienta, al igual que FTK IMAGER, trabaja sobre una imagen del disco, además que permitió organizar por casos de análisis la información que proporciona, es en valores hexadecimales y a través de banderas de un archivo (tanto de inicio como del final)

 

Figura 3. Resultados con Autopsy.

Fuente: Elaboración propia.

 

A continuación, se muestra los resultados obtenidos en base a las herramientas utilizadas:

 Tabla 3. Análisis comparativos de los archivos encontrados y el tiempo estimado.

Herramienta

Archivos encontrados

Tiempo estimado de recuperación en [minutos]

FTK

12789

10:55

Recuva

6929

5:15

Autopsy

12970

15:30

Fuente: Elaboración propia.

 

Se realizó un nuevo análisis de comparación en base al formateo del disco utilizado, teniendo los siguientes resultados:

 

Tabla 4. Análisis comparativo de archivos encontrados en diferentes formateos del disco.

Herramienta

Cantidad de archivos encontrados

1er Formateo

2do Formateo

3er Formateo

FTK

11567

11430

11221

Recuva

5129

4975

4890

Autopsy

11952

11628

11445

Fuente: Elaboración propia.

 

Tabla 5. Análisis comparativo - diferentes formateos en tiempos estimados de recuperación de archivos.

Herramienta

Tiempo estimado de recuperación en [minutos]

1er Formateo

2do Formateo

3er Formateo

FTK

9:33

8:18

7:43

Recuva

4:50

4:02

3:38

Autopsy

13:48

13:16

12:34

Fuente: Elaboración propia.

 

Se puede evidenciar que las herramientas utilizadas, cumplen con su objetivo principal, pudiendo recuperar una gran cantidad de archivos, teniendo a FTK IMAGER y AUTOPSY como las óptimas en cuanto a volumen de archivos recuperados, con un tiempo prudente. También cabe mencionar que la herramienta RECUVA utilizó una mayor disposición de tiempo y no logró recuperar la misma cantidad de archivos que las otras herramientas. De la misma manera se puede afirmar que entre más cantidad de veces haya sido formateado el disco de almacenamiento, la recuperación de archivos tiende a disminuir.

 

DISCUSIÓN.

A través de esta investigación se ha intentado describir los resultados en función a herramientas de recuperación de archivos eliminados en unidades de almacenamiento en discos sólidos. De las mismas se puede mencionar que FTK IMAGER y AUTOPSY son herramientas completas, mientras que RECUVA tiene sus deficiencias, pero siendo cada una de ellas, muy útiles para llevar a cabo el procedimiento de recuperación de información. Es evidente entonces, que la recuperación de archivos a través de la informática forense puede agregar aspectos de debate, como la recuperación de archivos tiende a disminuir entre más cantidad de veces que haya sido formateado. Por ello, desde este trabajo se proyecta a la utilización de estas herramientas que pueda brindar una inmersión paulatina para el estudiante, con el fin de que los objetivos didácticos y las clases materialicen situaciones en entornos controlados.

 

CONCLUSIONES.

Dadas las condiciones que anteceden, se concluye que la informática forense representa un punto muy importante en la actualidad, y particularmente la recuperación de información, el procedimiento llevado a cabo en este artículo, puede ser calificado como satisfactorio, y es que se logró evidenciar resultados de investigación, siguiendo la metodología adecuada para cada uno de los procedimientos realizados, desde la implementación de diferentes técnicas para la recuperación de información demostrando una comparación de las herramientas seleccionadas, cotejando su alcance de cada una de ellas, y observando el rendimiento obtenido de acuerdo a su implementación y características específicas.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

Castañeda Vilchis, F., Rojas Barrera, V., & Villanueva Pallares, N. (2009). Evaluación de herramientas para análisis forense orientado a discos duros. México.

 

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Moguel, E. A. R. (2005). Metodología de la Investigación. Univ. J. Autónoma de Tabasco.

Vélez, A. (2011). Metodología de la investigación. Medellín: EAFIT.

Ing. Carlos Ivan Escalier Romero - R.N.I. 39937

Es Ingeniero Civil de la Universidad Católica Bolivia “San Pablo”, MBA master en desarrollo y gestión de proyectos – Business School CumLaude – Universidad de Nebrija

RESUMEN

Con el concepto de realizar un enfoque de manejo integrado de cuencas hidrográficas, preservar la productividad, integrar una gestión adaptativa y desarrollar el modelo del balance hídrico. El proyecto de investigación buscara esclarecer, mediante comparaciones de cuatro modelos hidrológicos (SWAT, WEAP, TEMEZ y BALANCE HIDRICO), el que más se ajuste a la realidad; analizando la influencia de los datos de entrada sumado a la operatividad del modelo hidrológico así conociendo las ventajas y desventajas de cada uno de ellos seleccionar uno que permita entender el comportamiento hidrológico de las micro-cuencas en estudio utilizando modelos hidrológicos semi-distribuido en cuencas de alta montaña (Cuenca Kaluyo)

Palabras Clave: Ciclo hidrológico, Cuenca Fluvial, Escorrentía, Evapotranspiración 

INTRODUCCION

Un adecuado manejo de los recursos hídricos comprende un proceso de desarrollo coordinado que involucra el manejo de recursos del agua y de la tierra. Su propósito es de organizar y guiar el uso del agua utilizados en una cuenca hidrográfica para proporcionar los bienes y servicios apropiados mientras se mitiga el impacto sobre el suelo y los recursos de la cuenca hidrográfica

La modelación hidrológica es una herramienta de ayuda que permite entender y evaluar estos procesos para así identificar las ventajas y desventajas de las acciones antrópicas sobre ecosistemas de montaña y su afección los recursos hídricos. Los modelos hidrológicos tratan de reproducir el fenómeno lluvia-escurrimiento en una cuenca, por ello es muy importante la implementación de estos modelos para la toma de decisiones en la aplicación de modelos hidrológicos en micro cuencas de montaña.

Existen un gran número de modelos hidrológicos en nuestro medio, algunos más complejos que otros en cuanto a la recolección de datos iniciales, otros con menos requerimientos de inputs y menos iteraciones. Pero a pesar del avance exponencial que se dio en la tecnología y detalladamente en el ámbito de la hidrología, no se dio con un modelo hidrológico el cual pueda determinar con exactitud el comportamiento hidrológico; esto se debe a la incertidumbre que se origina por la suma de varios componentes (Datos, Cobertura, Suelo, Medio)

DESARROLLO

El proceso de un modelo hidrológico se realiza usualmente a través de modelos matemáticos, los cuáles pueden ser determinísticos o probabilísticos, agregados o distribuidos, de base física o empíricos, continuos o de eventos. La decisión acerca de qué tipo de modelo adoptar debe basarse tanto en las características de la cuenca que se pretende modelar, el tipo de producto de salida requerido, como de la disponibilidad de datos en relación a las demandas del modelo. (Chow, 1994)

Además, (Estrela, 1993) sostiene que los modelos matemáticos pueden dividirse en dos grandes grupos, los determinísticos y los estocásticos:

  • Determinísticos. - Las variables vienen determinadas por las leyes físicas consideradas como exactas y que explican toda su variabilidad 
  • Estocásticos. - Las variables son regidas en todo o en parte por las leyes del azar, y por tanto caracterizadas en términos de probabilidad

Donde se puede desglosar los modelos determinísticos en los siguientes ramales:

Modelo empírico. – Mayormente denominados como de “caja negra” o “misteriosos”, donde se obtiene una respuesta sin el conocimiento del funcionamiento interno

Modelo agregado. - Aquellos que consideran la cuenca en forma global (a nivel macro), y como un solo objeto de utilización.

Modelo distribuido. – A diferencia de su antecesor en este caso se toma a la cuenca en unidades hidrológicas (a nivel micro), discretizados por los parámetros de suelos, coberturas, topografía, etc. 

Modelo semi-distribuido. - Modelos intermedios a los dos interiores, que en esencia resultan de combinar un modelo agregado muchas veces, tantas como en subcuencas se divida la zona de estudio

La Fig. 1. muestra un esquema de la representación espacial de la cuenca con los tres tipos de modelos de interés

Figura. 1: Clasificación de modelos hidrológicos de acuerdo a su representación espacial.

C:\Users\hp 240\Desktop\planos kaluyo\kal modelo agregado.pngC:\Users\hp 240\Desktop\planos kaluyo\kal semi distribuido.png C:\Users\hp 240\Desktop\planos kaluyo\kal modelo distribuido.png

  • Modelo agregado. b) Modelo Semi-distribuido. c) Modelo Distribuido
    Fuente: Elaboración Propia.

Topográficamente el valle de la cuenca del río La paz presenta una orientación Norte-Sur, separada por cordones montañosos, alcanzando en su parte más elevada los 5000 m.s.n.m., cerca al nevado de Chacaltaya, y en su parte más baja los 3900 m.s.n.m. El río principal de la misma es el Choqueyapu, que nace en las faldas del nevado Chacaltaya con el nombre de río Kaluyo; este río tiene una longitud aproximada de 25 Km (Molina, Ahenke, & Rejas, 1998). hasta el punto de control, dando lugar a la forma de la cuenca la cual será tomada para el proyecto

En medida de lo necesario para un balance hídrico es pertinente tomar como referencia el lapso de 20 años abarcables de la estación más conveniente (Estación “El Alto”)- (Senamhi, 2017), para conseguir un análisis optimo; en este caso se empleará la fase de estudio desde el año 1975 al 2015 tomando como una amplitud de 40 años para abarcar una solvencia de resultados

Figura. 2: Cuenca Kaluyo  

C:\Users\hp 240\Desktop\TESIS CUENCA KALUYO\cuenca earth\cuenca.jpg    C:\Users\hp 240\Desktop\TESIS CUENCA KALUYO\PARAMETROS MORFOMETRICOS\MAPAS CUENCA\UNIDADES HIDROLOGICAS.jpg

  • Cuenca delimitada en Google Earth. b) Mapa Unidades Hidrológicas Clasificadas.
    Fuente: Elaboración Propia.en base mapas (GeoBolivia, 2017)

De esta manera se pudo llegar a clasificar la cuenca Kaluyo en 61 unidades hidrológicas, por lo tanto, se acoplará los modelos hidrológicos de forma semi-distribuida simulando de una manera mas acorde los efectos de la realidad en la cuenca.

RESULTADOS

Los caudales obtenidos se encuentran distribuidos de la siguiente manera: (medidos en m3/s)

Gráfico 1: Comparación medias anuales de los 4 modelos Balance Hídrico, Témez, SWAT y WEAP con la serie de medias anuales de los caudales observados (Achachicala).


                                                                      Fuente: Elaboración propia

Gráfico 2: Contraste de los promedios totales para cada modelo.

 

 


Fuente: Elaboración propia

El Grafico 1 es una comparación de las medias anuales. El Grafico 2 es la comparación de los promedios totales que muestran como valor próximo al observado el promedio total del modelo SWAT.

CONCLUSIÓN

Como se puede ver en el grafico 1 y 2 la disputa entre los cuatro modelos respecto a la comparación del caudal observado (caudal medido Achachicala), nos indica claramente dos modelos hidrológicos que presentan más concordancia si nos vamos a la media general (Grafico 2) el modelo SWAT es el que presenta mayor similitud con el real; seguido con el valor del modelo WEAP.

Ambos modelos, tanto WEAP como SWAT son los que reflejan un mayor sentido de representación “cuenca real – cuenca simulada”; esto se debe a una representación más acertada del aporte de aguas subterráneas (Recarga Acuífera). - A través de la percolación se infiltra y amacena agua subterránea. Este proceso hidrológico está estrechamente relacionado a la recarga de las aguas subterráneas en la cuenca, aspecto que el método del balance hídrico no considera, y el método de Temez lo adopta ligeramente

Se deduce que el modelo hidrológico SWAT recurre a una ponderación entre valores extremos generalizándolos y distribuyéndolos a lo largo del recorrido mensual, esa es la razón del porque en cuanto al promedio se acerca bastante al caudal medido.

El modelo SWAT a pesar de contar con un robusto sistema de procesamiento y un modelo firmemente estructurado presenta la desventaja de contar con una base de datos local de uso del suelo la cual para el operador norteamericano presenta una ventaja. Pero para el operador extranjero presenta la obligación de editar la base de datos, adaptándola al medio regional y haciendo caso omiso de algunos factores de ponderación propios del modelo. Aun así, para llegar al optimo procesamiento del modelo SWAT en nuestro medio nacional se requiere un análisis diferenciado y dedicado solo del modelo en estudio y una calibración que recoja información no solo de las variables sensibles, sino también del trasfondo de las ecuaciones que gobiernan al modelo.     

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

 

Campos Aranda, D. (1992). Procesos del Ciclo Hidrológico . Ciudad de Mexico: Universidad Autónoma de San Luis Potosi.

Chow, V. (1994). Hidrologia Aplicada. Illinois: McGraw-Hill.

Estrela, T. (1993). Estimacion de parametros de recarga y descarga en un modelo de flujo subterráneo en un manantial cárstico. Madrid, España: Ministerio de Fomento.

GeoBolivia. (15 de Agosto de 2017). GeoBolivia. Obtenido de Infraestructura de Datos Espaciales: http://geo.gob.bo/portal/

Molina, J., Ahenke, J., & Rejas, S. (1998). Estudio Hidraulico del tramo Superior del Rio de La Paz. La Paz, Bolivia: Instituto de Hidráulica e Hidrologia (UMSA).

Senamhi. (15 de Agosto de 2017). Servicio Nacional de Metereologia e Hidrologia. Obtenido de Servicio Nacional de Metereologia e Hidrologia: http://www.senamhi.gob.bo/sismet/index.php

Thornthwaite, C. W., & Mather, J. R. (1955). The Water Balance. New Jersey: Centerton: Drexel Institute of Technology, Laboratory of Technology.

Ing. Juan Miguel Tintaya Padilla – R.N.I. 38894

Es Ingeniero Electrónico de la Universidad Técnica de Oruro (UTO) con Especialidad en Automatización Industrial y Mecatrónica Universidad Autónoma Gabriel René Moreno.

RESUMEN

Este documento se realizó con la finalidad de realizar el control de un brazo manipulador, que pueda contribuir con el desarrollo de robots que puedan llegar a realizar tareas de precisión, ya sea con fines metalúrgicos, mecánicos, médicos, etc. Al tener un estudio cinemático del manipulador se le puede dar un sinfín de aplicaciones. 

El control sobre los ángulos de sus articulaciones y el punto final de movimiento, permite desarrollar tecnologías que van más allá de la robótica tradicional. 

INTRODUCCIÓN 

Uno de los propósitos de los sistemas inteligentes es resolver problemas con menor tiempo y con mayor precisión que los seres humanos. Para cumplir este propósito, existen ciertos análisis que necesitan un estudio mayor, como el caso de reconocimiento de patrones, orientación de un robot, entre otros.

En la actualidad la mayoría de grandes y medianas empresas destinadas a la producción utilizan en sus plantas, cada vez con mayor frecuencia y complejidad, robots que permiten aumentar su capacidad y calidad. Por ese motivo la robótica es uno de los campos con mayor velocidad de desarrollo.

DESARROLLO

Cinemática de un Robot

La cinemática estudia el movimiento del manipulador robótico con respecto a un sistema de referencia sin considerar las fuerzas que lo producen. Se distingue entre cinemática directa e inversa.

Cinemática Directa

A partir de un modelo básico de un robot de 4 grados de libertad se realizó la parametrización mediante el algoritmo Denavit Hatenberg, para hallar su cinemática directa.


FIGURA 1 Parametrización de un Robot de 4gdl con el algoritmo Denavit Hatenberg

A partir de la figura 1 se obtiene la matriz homogénea que nos muestra la matriz de traslación y rotación de las articulaciones con respecto a una coordenada inicial.

T=A50=A10A21A32A43A54

A50=h11 h21 h31 h41   h12 h13 h14 h22 h23 h24 h32 h42  h33 h43  h34 h44  

Con estos datos se puede obtener el vector de traslación del brazo robot, teniendo en cuenta que:

x y z =h41 h42 h43

Reemplazando con los valores obtenidos:

x y z =cos q1d3cos q2+q3+d2cos q2+d4cos q2+q3+q4     q1 d3cos q2+q3+d2cos q2+d4cos q2+q3+q4   d1+d3q2+q3+d2q2+d4q2+q3+q4   

Cinemática Inversa 

La cinemática inversa consiste en la obtención de las posiciones de todos los elementos del manipulador, cuando se conoce posición y orientación final.

Se obtendrán las coordenadas articulares q1,q2,q3 y q4 de acuerdo a la figura 2.

FIGURA 2 Ilustración Geométrica del Manipulador

q1=pypx   (1)

q2=d22-d32+L12+L222*d2*L12+L22-L1L2   2 

q3=d22+d32-L12-L222d2d3    (3)

q4=-d22-d32+L12+L222*d2*L12+L22+L1L2  -d22+d32-L12-L222*d2*d3  d22+d32-L12-L222*d2*d3  (4)

Las ecuaciones 1,2,3,4 reflejan como resultado de un análisis geométrico del manipulador.

CONCLUSIONES 

Se pudo realizar un análisis cinemático directo de un robot de 4 grados de libertad en el que a partir de ángulos de movimiento es posible determinar la posición x y z del efector final.

A partir de un análisis geométrico se pudo determinar la cinemática directa del manipulador en el que a partir de coordenadas x y z es posible determinar los ángulos del manipulador robótico.

El presente análisis da como siguiente paso el realizar el análisis dinámico del manipulador en el que se podrán obtener el análisis de fuerza a partir del análisis Euler-Lagrange, para el dimensionamiento a su vez del sistema de control.

El algoritmo Denavit-Hatenberg es muy útil al momento de resolver matrices homogéneas en robots.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  1. Barrientos, Fundamentos de la Robótica, Editorial: S.A. MCGRAW-HILL, 2007
  2. Copa. (2003, Mayo 13).Estructuras Básicas de un brazo robótico. [online]. Disponible en: http://coparoman.blogspot.com/2013/05/13-estructuras-basicas-de-un-brazo.html  
  3. Hernández. (2012. Agosto 26). Estructura de los robots. [online]. Disponible en: https://roboticajh.wordpress.com/2013/08/26/estructura-de-los-robots/ 

Robot Antropomórfico disponible en página web:  https://www.emaze.com/@ATTQFRFZ/presentation-name-copy1

 

Ing. José Tacachiri Chocamani - R.N.I. 38734

Es Ingeniero Químico de la Universidad Técnica de Oruro (UTO) con Diplomado en procesamiento de minerales en CAMIPER Perú, Curso especializado en procesos de producción de ácido sulfúrico metalúrgico en HOLTEC Chile. 

RESUMEN

En busca de insumo de carbonato de sodio para abastecer la demanda interna nacional, se ha realizado la caracterización fisicoquímica y estimación de la reserva de collpa existente en la laguna Hedionda Sud.

Las muestras sólidas del salar están compuestas por Thermonatrita (Na2CO3), Trona (Na3H(CO3)2·2H2O) y Natrita (Na2CO3). Las impurezas que acompañan son: material orgánico y cloruro de sodio; el resto son trazas en cantidades despreciable de sulfato, magnesio, calcio, potasio y litio. En las muestras sólidas ocupa 14.85% de Na2CO3, 15.74% de NaHCO2, 1.45% insolubles y 65.13% de humedad.

La reserva estimada es de 1539855 toneladas de carbonato y bicarbonato de sodio.

INTRODUCCIÓN

En la Reserva Nacional de Fauna Andina Eduardo Avaroa (REA) del Sur Oeste potosino, los sistemas salinos de este sector cubren aproximadamente un total de 8 000 km2 de cuencas evaporíticas. Estos sistemas se suelen denominar “salares”, nombre asignado en esta región a un conjunto de sedimentos de naturaleza evaporítico-detrítica cuya génesis ha tenido lugar en la zona más deprimida de una cuenca cerrada sometida a un clima árido o semiárido (Chong, 1988).

La búsqueda de carbonato de sodio natural (Collpa) en forma de trona y natrón, ha hecho que se planifique una exploración de los salares que están dentro de la REA, con el propósito de satisfacer la demanda nacional de este producto. Bajo esta premisa se ha ubicado e identificado la Laguna Hedionda Sud del municipio de San Pablo de Lipez de la Provincia Sud Lipez.

Antecedentes y objetivos

La COMIBOL ha realizado exploraciones muy temporales, con el propósito de utilizar el carbonato de sodio de Collpa Laguna en pequeñas cantidades que eran empleados como fundente en ENAF. 

En agosto de 1976 y en septiembre de 1977 se ha realizado campaña de campo con el propósito de reconocimiento y estudio más profundo de lagunas ubicadas en la provincia de Sud Lipez, como ser Collpa Laguna y Hedionda Sud, analizando las perspectivas que pueden ofrecer para una explotación de carbonato de sodio (Francois Risacher, 1977).

 

En 2015 el Ing. José Tacachiri Chocamani – Jefe de Investigación y Desarrollo de la Sociedad Industrial Tierra S.A. recorre los salares en busca de carbonato de sodio con el fin de producir boraxdeca en la Planta de Apacheta, en la cual se llega a la Laguna Hedionda Sud, que estaba intacto y no había indicios que fue explotado antes.

El objetivo del presente artículo es la caracterización química y cálculo de la reserva de carbonato de sodio natural (collpa) existente en Laguna Hedionda Sud.

Ubicación y Acceso

La Laguna Hedionda Sud, se encuentra ubicado en el cantón Quetena Grande del municipio de San Pablo de Lipez de la Provincia Sud Lipez del Departamento de Potosí, dentro de las coordenadas geográficas UTM, zona 19 K, X= 666115.44 y Y= 7515222.94, sobre una altura de 4550 msnm. Existen varias vías de acceso desde el municipio de Uyuni.

En la REA existen dos radios bases de ENTEL que están instaladas en cerro Pabellón y en canton Quetena Grande, y en Laguna Hedionda no llega la señal de ENTEL.

DESARROLLO

Inspección visual, fotografías y planos georreferenciados

Al llegar a la laguna Hedionda Sud, lo que se siente es el olor característico a pantano como dijera bien venido al salar; en la vista panorámica se observa un manto blanco por la parte del sur y por la parte norte salmuera que cubre unos 40% de la superficie del salar. 

 

Fuente: Elaboración propia. Altura: 4550 msnm, Perímetro: 7051 m, Área: 2900687 m2.

 

Cateo y muestreo

Herramientas y materiales: Picota manual, pala manual, botellas de 500 mL y bolsas de 30cmx50cm.

Fuente: Elaboración propia.

 

Se ha excavado diez pozas con una profundidad de 1 m, partiendo desde la entrada del terraplén; primera, en el punto 19 K X= 665614.15, Y= 7514426.36, las siguientes excavaciones fue en dirección Este separados cada 10 m uno de la otra. Durante el proceso de excavación se ha observado la filtración de salmuera (lodo) de color café oscuro junto con material orgánico (algas), al mismo tiempo se ha visto capas de cristales transparentes de tamaños variados menores a 1 cm y en otros sectores cristales uniformes de 1 mm de tamaño. Estos cristales están junto con material orgánico de color café oscuro, en algunos casos lodos de color negro.

Caracterización físico química

La muestra sólida y lodo tienen las siguientes características físicas.

Parámetros

Muestra sólida

Muestra líquida (lodo)

Densidad kg/m3

2140

1015

Viscosidad cPa (20 °C)

n.m.

26.70

pH

11.44

10.47

Color

Blanco en la parte superior y café oscuro al interior 

Café oscuro

Olor

Olor característico de la collpa

Olor característico de la collpa pantanoso o algún material orgánico en descomposición.

Fuente: Elaboración propia. - n.m. no medido.

Las características químicas son las siguientes.

Muestra

g/100g (%p/p)

B2O3

H2O

Cl-

SO4=

Alca. Total
CO3

Insolubles en HNO3

Mg++

Ca++

Na+

K+

Li+

Sólida

<0,01

-

0.1

< 0,3

20.78

< 0,1

0.01

0.01

15.65

0.06

0.0001

Lodo

<0,01

57.87

2.2

< 0,3

11.37

7.04

0.19

0.28

9.23

0.82

0.0001

Fuente: Elaboración propia. - n.m. no medido.

 

Analizando las muestras sólidas separados por escurrimiento del lodo muestran la siguiente composición: 14.85% (p/p) en Na2CO3, 15.74% (p/p) en NaHCO2, 1.45 %(p/p) en material insoluble en agua y 65.13 %(p/p) en agua. Por otro lado, se ha analizado el contenido de Na2O en el lodo, dando como resultado promedio 5.61 g/L.

Los resultados del análisis por Fluorescencia de Rayos X de la muestra sólida se presentan en la siguiente tabla.

 

Mineral 

Formula Química

Thermonatrita 

Na2CO3

Halita 

NaCl

Trona 

Na3H(CO3)2·2H2O

Natrita 

Na2CO3

Fuente: analizado en Carrera de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad Técnica de Oruro.

Estimación de la reserva

Toda la parte sur del salar que ocupa un manto blanco de cristales es aproximadamente el 60% del salar, el mismo tiene una capa de 1 m de espesor, ocupando un volumen total de 2 900 687 m3.

De los cuales se ha separado por escurrimiento, ocupando 25% de lodo y 75 %solidos en volumen.

Para el lodo se tiene la siguiente concentración 11.37% como CO3=, equivalente a 15.72% como NaCO3.

 

V, m3

Masa, t

NaCO3

NaHCO2

%

t

%

T

Sólidos

2 175 515

4 655 603

14.85

691 357

15.74

732 792

Lodo

725 172

736 049

15.72

115 707

0

0

Total

2 900 687

5 391 652

807 064

732 792

Fuente: Elaboración propia.

En total existe 1539855 toneladas de carbonato y bicarbonato de sodio.

CONCLUSIONES

Luego de un estudio, se concluye en los siguientes términos.

  • El salar está compuesto por Thermonatrita (Na2CO3), Trona (Na3H(CO3)2·2H2O) y Natrita (Na2CO3). Las impurezas que acompañan son: material orgánico, cloruro de sodio, y el resto son trazas en cantidades despreciable de sulfato, magnesio, calcio, potasio y litio.
  • La reserva estimada es de 1 539 855 toneladas de carbonato y bicarbonato de sodio.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Alonso. (1991). Evaporitas neógenas de los Andes Centrales: Modelos andinos e ibéricos. Univ. Barcelona, 267-329.

Chong. (1988). The cenozoic saline deposits of the chilean Andes between 18° 00' and 27° 00'south latitude. En: H. Bahlburg, C. Breitkreuz y P. Giese (eds.), The Southern Central Andes. Lecture Notes in Earth Sciences, 137-151.

Francois Risacher, A. E. (1977). Informe geológico de la laguna Collpa y de la laguna Hedioda Sud. UMSA-ORSTOM, 9.

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