Autoridades
Dr. Patricio Héctor Aurelio Espinosa del Pozo, Ph.D.
Rector de la Universidad Central del Ecuador
Consejo Editorial
Ph.D. Robert Enríquez Reyes, Editor en Jefe, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Ing. Abel Remache Coyago, MSc., Editor Académico, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Mgs. Tatiana Freire, Dipl., Editora de Sección, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Dr. Jhohannes Rittz, MA., MIB., Ph.D. (c ), Miembro, EU Business School Munich, ALEMANIA
Dra. Teresa Magal-Royo, Ph.D, Miembro, Universidad Politécnica de Valencia, ESPAÑA
Dr. Andrés Vivas Albán, Ph.D., Miembro, Universidad del Cauca, COLOMBIA
Dr. Boris Heredia Rojas, Ph.D., Miembro, Universidad del Norte, CHILE
Dr. Jaime Duque Domingo, Ph.D., Miembro, Universidad de Valladolid, ESPAÑA
Dr. Giovanni Herrera Enríquez, Ph.D., Miembro, Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, ECUADOR
Dr. José Luis Paz, Ph.D., Miembro, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Jesús López Villada, Ph.D., Miembro, Universidad Internacional SEK, ECUADOR
Dr. Michel Vargas, Ph.D., Miembro, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Andrés Robalino-López, Ph.D., Miembro, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Kiyanoosh Golchin Rad, Miembro, Pukyong National University, SOUTH KOREA
Dr. Ali Bagheri Fard, Miembro, George Brown College, CANADÁ
Ing. Hamid Aadal, M.Sc., Miembro, Science & Technology Innovation-ADF, IRÁN
Dra. Esther Campos Serrulla, Ph.D., Miembro, Universidad Europea de Madrid, ESPAÑA
Dr. Alberto Sánchez, Ph.D., Miembro, Escuela de Ingenierías Industriales-UVA, ESPAÑA
Dra. Diana Ayala, Ph.D., Miembro, Universidad de Santo Tomás, COLOMBIA
M.Eng. Jaime Gómez García-Bermejo, PhD., Miembro, University of Valladolid, SPAIN
Dra. Yolanda Vásquez Bernal, Miembro, Universidad Tecnológica de Panamá, PANAMÁ
Dr. Majid Khorami, Miembro, Universidad Tecnológica Equinoccial-UTE, ECUADOR
Dr. Diego Echeverría Jurado, Miembro, Operador Nacional de Electricidad – CENACE, ECUADOR
Consejo Asesor y Evaluador
Ing. Nelson Layedra, M.Sc., Escuela Politécnica del Litoral ESPOL, ECUADOR
Mayo. Juan Carlos Romero, Ph.D. (c), Centro de Investigación y Desarrollo de la Fuerza Aérea Ecuatoriana, ECUADOR
Ing. María Belén Correa, M.Sc., Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Ing. Johanna Cristina Jara, MSc., Universitario Rumiñahui ISTER, ECUADOR
Ing. Luis Xavier Orbea, M.Sc., Universidad Técnica Estatal de Quevedo UTEQ, ECUADOR
Ing. Fernando Jácome, M.Sc., Universitario Rumiñahui ISTER, ECUADOR
Ing. Mario Alexander Peralvo, M.Sc. Universidad Politécnica Salesiana UPS, ECUADOR
Dr. Masoud Khorami, Azad Universirty IAU, IRAN
Dr. Majid Khorami, Universidad Tecnológica Equinoccial UTE, ECUADOR
Dr. Pablo Jarrín Valladares, Instituto Nacional de Biodiversidad, ECUADOR
Dr. Oswaldo Viteri Salazar, Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Lic. Luis Ángel Reinoso, M.Sc., Universidad de las Américas UDLA, ECUADOR
Ing. Alberto Duchi, M.Sc. Universidad Politécnica Salesiana UPS, ECUADOR
Ing. César Ayabaca Sarria, Ph.D., Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Dr. Ángela Monje Pascal, Universidad Europea de Madrid, ESPAÑA
Este número estuvo bajo la coordinación editorial de: Tatiana Freire
Diseño de portada y maquetación:
Katherine Cervantes, Ingeniería en Diseño Industrial, Universidad Central del Ecuador
Jessica Yepez, Ingeniería en Diseño Industrial, Universidad Central del Ecuador
Jenny Yanqui, Ingeniería en Diseño Industrial, Universidad Central del Ecuador
Sitio web:
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Correo electrónico:
Revista Ingenio es una revista semestral de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Central del
Ecuador fundada en el año 2017 | Vol. 7, núm. 2 | julio-diciembre 2024 | p-ISSN 2588-0829 e-ISSN 2697-3243 |
ÍNDICE
Implementation of a Educational System Using IoT and RaspBerry PI.........................................................4
Santillán H., Romero K,. Huayamave M., Wong P.
Análisis de curvas PV y QV en ujos de potencia para estabilidad en SEP
mediante la integración de energía eólica............................................. ........................................................... 18
Freire A., Arias F.
Implementation of the Lighting Test for the Homologation of Motorcycles
and Tricycles According to the ISO 11460:2007 Standard............................ …………........ .......................33
Noroña M., Puente E., Lincango D., Angulo M.
Determination of the WQI Index to Evaluate the Water Quality of the Monjas
River Located in Quito.……………………………..………………..… ...................................................... 44
Rodríguez S., Bonilla O., Chicaiza M., Duque G., Lara J., Pilaguano S., Rodríguez M.., Caina D.
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en
Función de los Parámetros M y K, Obtenidos Experimentalmente Versus
Ecuaciones Existentes ........................................................ ................................................................................59
Maigua B.,Gómez C A., Jara D., Guaminga E.
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de
Radiación Tipo Dipolos....................................................................................... ...............................................74
Galárraga J., Albuja G.
A Novel Proposal for an Adapted Vehicle for Informal Waste Pickers in
Ambato – Ecuador............................................................................................... ................................................87
Moya R., Goyes A., Pardo I.
Normas para publicar en la revista Ingenio …………..… .............................................................................95
Revista INGENIO es el órgano de divulgación especializada de la Facultad de Ingeniería
y Ciencias Aplicadas de la Universidad Central del Ecuador; su objetivo es la difusión de
Computación e Ingeniería Mecánica.
Es de periodicidad semestral y está dirigida a personas que estén inmersas tanto en el ámbito
académico como industrial y a quienes les pueda interesar conocer de temas e investigaciones
que se realizan dentro del ámbito de la revista.
Revista INGENIO se encuentra indizada en el Sistema Regional de Información en línea para
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base de datos multipropósito cubren la literatura académica, cuenta con registros indexados
de revistas activas y autorizadas en repositorios, bibliotecas y catálogos especializados de
Iberoamérica.
Un proyecto de
Implementation of a Educational System Using IoT and RaspBerry PI
Implementación de un Sistema Meteorológico Educativo Usando IoT y Rasperry PI
Santillán Holger1,2 1 Universidad Politécnica Salesiana, Grupo GISTEL, Guayaquil - Ecuador, ,
2 Universidad de las Palmas de Gran Canaria, Palmas de Gran Canaria - España,
Romero Kevin1 1 Universidad Politécnica Salesiana, Grupo GISTEL, Guayaquil - Ecuador,
Huayamave María José 1 1 Universidad Politécnica Salesiana, Grupo GISTEL, Guayaquil - Ecuador,
Wong Peregrina2 2 Universidad de las Palmas de Gran Canaria, Palmas de Gran Canaria - España,
REVISTA INGENIO
https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i2.5265 pISSN 2588-0829
2024 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional vicedecanat.ng@uce.edu.ec
, (), -, . -
The subsequent document presents an examination and inquiry into a weather system utili-
zing IoT technology and Raspberry Pi. The primary aim is to illustrate one of the numerous
applications of emerging technologies. A compact WLAN network is established to link the
server of the weather station to a home automation controller through a Raspberry Pi device.
This enables the incorporation of the Internet of Things into the envisioned system and the
gathering of data from various sensors within the weather station. Furthermore, these data are
This creates a precedent for future research in the realms of home automation and telecom-
munications.
El documento subsiguiente presenta un examen e investigación sobre un sistema meteoro-
lógico utilizando tecnología IoT y Raspberry Pi. El objetivo principal es ilustrar una de las
numerosas aplicaciones de las tecnologías emergentes. Se establece una red WLAN compacta
para enlazar el servidor de la estación meteorológica con un controlador de automatización
del hogar a través de un dispositivo Raspberry Pi. Esto permite la incorporación del Internet
de las Cosas en el sistema previsto y la recopilación de datos de varios sensores dentro de la
estación meteorológica. Además, estos datos se comparan con los obtenidos por otros siste-
para futuras investigaciones en los ámbitos de la automatización del hogar y las telecomuni-
caciones.
Received: 12/09/2023
Received aer review: 15/10/2023
Accepted: 25/11/2023
Published: 15/06/2024
Sistema meteorológico, Asistente del ho-
gar, Raspberry Pi, IoT.
Meteorological system, Home assistant,
Raspberry Pi, IoT.
1. INTRODUCTION
Over time, the study of meteorology has gained
increased importance due to the various climate
changes being experienced today, which are largely
attributed to human negligence. Therefore, it is
crucial to examine each factor encompassing this
discipline, such as atmospheric pollution, wind
speed, precipitation, temperature, ultraviolet (UV)
radiation index, and humidity, among others, as
these elements impact various outdoor activities
[1], [2]. Consequently, the use of weather systems
or stations becomes essential for collecting and
recording data, aiming to assess areas where these
climate changes have the greatest impact and thus
prevent risks associated with natural disasters, both
in the analyzed regions and in people’s health [2]. The
purpose of this project is to analyze the functioning
5
Implementation of an Educational Meteorological System using IoT and Raspberry PI
of a weather station and describe its corresponding
implementation. The mentioned equipment will be
implemented in an autonomous manner and will
be connected to the Internet using technology that
is widely used in companies and households in
this era. Through the use of the Internet of Things
(IoT) and a Raspberry Pi device, a connection will
be established to monitor the records on a server,
allowing the operator or client to perform necessary
analyses in case studies. From this point onward,
this section should be included in the Materials
and Methods section. The Raspberry Pi is a type of
computer that is much smaller than conventional
ones and is used in various programming projects,
robotic prototypes, and weather stations. This
computer has a considerably lower cost compared
to other devices, making it the preferred option for
student projects [3]. It is important to note that this
hardware device is essentially a compact computer,
as shown in Figure 1.
This computer is of the ARM (Advanced RISC
Machine) type, where the architecture is RISC
(Reduced Instruction Set Computer), meaning that
the instructions are reduced and simple, allowing for
faster processing. It has a GPU (graphics processing
unit) and RAM (Random Access Memory) all
within a single chip, making it known as a System
on a Chip (SoC). Its information is stored on an
SD (Secure Digital) card; however, it needs to be
connected to an external power source of 5V as
it does not have integrated power. The board has
several ports that provide accessibility to various
devices and also provides both wired and wireless
internet access through its ports and components
[3], [4], [5], [6], [7].
Currently, ARM processors are considered one of the
best options due to their lower power consumption
[4]. The aforementioned ARM architecture is based
on a set of 32-bit instructions, which allows for
processing a reduced number of instructions but
with high performance [8]. It is important to note
that, although this device may appear to have lower
performance compared to traditional computers, it
is used in exploration robots and space probes [9].
Since the system is designed to operate on a local
network, where the operating system (OS) installed
on the Raspberry Pi retrieves information from the
access the assistant. The Raspberry Pi is connected
to the router via an Ethernet cable.
A router, also known as a gateway, is a device that
allows for the interconnection of networks with
[22]. Its function is to determine the best route
for each data packet to reach the network and the
destination device. It is commonly used to connect
network to our service provider’s network [23]. It is
important to mention that it operates at the network
layer of the OSI model and can be thought of as a
general-purpose personal computer [22].
An IP address (Internet Protocol) consists of a
series of binary values (1 and 0) resulting in 32 bits.
For ease of use, the values are separated by periods
and converted to decimal format. For example,
192.168.0.1 [24], [25], [26]. Internet protocols
originated in the early 1980s and were initially
adopted by ARPANET in 1983. While they were
initially used for military purposes, their usage
expanded across all domains over the years [24].
A LAN (Local Area Network) and WLAN are
utilized. A LAN is a network of interconnected
computers within a limited space such as a building
on the type of physical connection used. Within the
LAN, there are computers with resources capable
of organizing the connection between other devices
and providing network security. These computers
are known as servers [27], [28]. WLAN stands for
Wireless Local Area Network, which allows for
wireless connectivity without the need for cables.
Computers communicate with each other by sending
and receiving radio or infrared waves, eliminating
the need for a physical medium [32], [33].
Regarding the mention of a network cable, it is
important to note that a CAT 5e cable and RJ45
connectors are used to establish the physical
Figure 1.
Graphical representation of Raspberry Pi.
6
Santillán H., et al.
Wind has three main characteristics: direction, speed,
and type, whether it’s gusts or intermittent bursts.
Vein vanes and anemometers are used to measure the
surface changes caused by variations in wind speed
and direction. For measurements at greater heights,
pilot balloons and radiosondes are employed, as
wind speed increases with altitude [12], [13].
An anemometer is a sensor used to measure wind
speed. The average value of the data obtained over a
measurement precision. Therefore, the average value
within the mentioned interval is the most suitable
measure. If the anemometer is located on the ground,
the measurement corresponds to the wind speed in
the surrounding environment. However, if the station
is positioned on a moving object, the measured wind
speed is the relationship between the ambient wind
and the wind generated by the moving object [14].
This instrument consists of 3 or 4 cups mounted one
above the other, enabling the detection of wind speed
[15].
A wind vane is used to measure wind direction. It is
a rotating instrument equipped with an analog sensor
value for each wind direction indicated [16].
Temperature is a variable that has a linear relationship
with altitude. In other words, at higher altitudes, the
temperature decreases, with a variation of 6.5 °C per
1000 meters. The Kelvin unit is used for temperature,
although the Celsius or centigrade scale is widely
employed as well. In the Kelvin scale, the absolute
zero corresponds to the lowest temperature, while
the highest value is 273.16 K. In the Celsius scale,
the zero value represents the freezing point of water,
and the boiling point is 100 °C [12], [17], [18].
Equations (1) and (2) are used for temperature
conversion:
(1)
(2)
Where:
T: temperature
°C: degrees Celsius
°F: degrees Fahrenheit
°K: degrees Kelvin
The equations (3) and (4) for maximum and minimum
temperature, respectively, are:
connection between the Raspberry Pi, the router,
and the computer, creating a small LAN network.
To ensure proper connectivity between devices
following either the EIA/TIA 568A or EIA/TIA
568B standard on both ends of the cable [29] [30].
2.METHOD
A weather station is a device that features a
microcontroller responsible for monitoring the
system’s operation. It is equipped with sensors that
gather data on various phenomena such as wind
speed, solar radiation, temperature, rainfall, and levels
of ultraviolet radiation (UV). These measurements
information captured by the sensors is crucial for
understanding climate changes [1].
It is also possible to obtain data from the indoor
environment of a room, hall, or laboratory. In this
case, values of humidity, pressure, and temperature
can be obtained. Figure 2 shows a graphical
representation of a weather station with its respective
sensors [10]. Similar to any equipment that requires
hardware to acquire and perform actions, one of the
important components within weather stations is the
Datalogger. This section is responsible for collecting
information from the weather sensors [1]. Weather
stations collect all the data obtained from the sensors
and store it in a server for subsequent study and
analysis. The elements present in weather stations,
which were used in the station built for our project,
are as follows [11].
Figure 2.
Meteorological Station
7
Implementation of an Educational Meteorological System using IoT and Raspberry PI
(3)
(4)
Where:
t1: The average of the maximum temperature within
a range of days.
t2: The average of the minimum temperature within
a range of days.
1: Sum of all maximum temperatures during each
month in the nth season.
2: Sum of all minimum temperatures during each
month in the nth season.
n= Number of months with recorded information in
the nth station.
Atmospheric pressure is determined based on the
the Earth’s surface to the uppermost part of the
atmosphere. As a result, when we are in an elevated
area, the pressure is lower due to the reduced
amount of force exerted from that distance to the
atmospheric boundary. [19] This relationship is
(5)
Where:
P: Pressure. (N/m)
F: Force. (N)
A: Area (m2)
The barometer is an instrument used to measure
barometers, such as mercury barometers and those that
measure pressure in a closed environment. However, in
automatic weather stations, the barometer is presented as
a sensor directly connected to a microcontroller [16] [20].
Precipitation refers to the amount of rain that accumulates
gauge is a device used to measure the amount of rainfall
within a particular time interval. This measurement is
expressed in millimeters (mm), indicating the height of the
rain in millimeters that falls on a square meter of surface
area. This relationship is described by equation (6) [20].
(6)
Where:
L: unit of volume (L)
m: unit of measurement (m2)
The rain sensor used in automatic weather stations
employs a system that generates pulses each time
(UV) radiation spectrum spans wavelengths ranging
nm to 400 nm), B (280 nm to 315 nm), and C (100
nm to 280 nm). In meteorological stations, UV-B
radiation is commonly measured. The UV sensor is
responsible for measuring the relationship between
the analog signal generated by the sensor and the
amount of UV light detected [16], [17], [18], [19],
[20], [21].
2.1 Experiment
The Balena Etcher software was used to perform the
installation of the operating system on the SD card
that is inserted into the Raspberry device. Figure 3
displays the main interface of the program, which
project, the installation is carried out through the
URL: “https://www.home-assistant.io/installation/
raspberrypi/”.
After installing the operating system on the
hardware, the network connection method is
the device and the mode of operation.
Figure 3.
Formatting the memory card of the Raspberry Pi
device
8
Santillán H., et al.
In this project, a wired network connection is used
in the RJ45 port of the device, and it is programmed
whether to use a DHCP-assigned IP address or a
the Python programming language or directly from
a text editor, as shown in Figure 4, and it is saved
without any extension.
Figure 4.
Code for creating an address le.
device to the power source. Optionally, you can
connect a screen to verify the assigned address.
Otherwise, enter the following URL directly into
a computer’s web browser: “http://homeassistant.
local:8123”. Alternatively, replace “homeassistant”
with the IP address.
Monitoring devices, depending on the model, have
a default server where data is stored. This server
generates an “API KEY,” which is a key used
to retrieve data from a server in an application
service [34]. Access the following URL: “https://
“Online” in the “My Device” section, as shown in
Figure 5.
Connecting the equipment to the WunderGround
server
In the home assistant server, access data to the
system is recorded in order to perform the necessary
information from the server of the data-generating
device. It is crucial to integrate two essential
add-ons for programming data storage variables,
as shown in Figure 6 (Appendix Figure 6). It is
the Wunderground server and Home Assistant are
used, which can be obtained from the following
URL: “https://github.com/”, as shown in Figure
7(Appendix Figure 7).
commands in order to create variables for storing
yaml”, in which the “API KEY” obtained from the
WunderGround server should also be registered.
using the restart button in the home assistant
window. It is important to note that, similar to the
conFiguretion of IP addresses shown in Figure 4,
Python is also the programming language used.
shaft on the axis of the weather vane, ensuring that
down onto the axis. Tighten the securing screw using
can rotate freely [31]. It may be necessary to remove
the securing screw before sliding the paddle onto the
axis, as shown in Figure 8 (Appendix Figure 8).
The axis of the weather vane will not rotate as freely
as the wind cups due to its design. This damping
prevents the vane from turning with the slightest
breeze, resulting in inconsistent wind direction
measurements. The added resistance allows the
vane to change direction with wind speeds of 2 to 3
mph, providing more accurate tracking of the wind
direction [10].
using data, equation (7) is considered.
(7)
Where:
Vmax: It is the highest data value among the sensors in
comparison.
Vmin: It is the lowest data value among the sensors in
comparison.
9
Implementation of an Educational Meteorological System using IoT and Raspberry PI
3. RESULTS
visualizations, and function settings, the registered
values from each sensor of the meteorological
monitoring unit can be displayed graphically. These
data are presented in the main window of the home
(Appendix Figure 9).
In this window, the main sections such as ambient
temperature, humidity, pressure, among others, can
be viewed.
By analyzing the data stored in the variables used to
generate the graphs, it can be concluded, based on
the graphical representation of the data collected by
the internal temperature sensor, that the temperature
remained constant from January 24th until the last
sample taken on February 8th, 2023. These results
(Appendix
Figure 10,11, and 12).
Likewise, it is programmed to display and graph
the trend of pressure and humidity values, as can
Appendix
Figure 13 to 16).
This variation is attributed to the seasonal changes
during the testing period of the project, as these
dates correspond to the rainy season.
The windows of the home assistant also contain
widgets or sections that display the current value of
a data obtained from the equipment’s sensors, such
as temperature, humidity, ultraviolet (UV) radiation
18, 19, and 20, respectively (Appendix Figure
17,18,19, and 20).
Since the home assistant has variables that store
data from the Wunderground server, where all the
information is initially stored, it has the ability
to predict future scenarios related to the weather.
22 (Appendix Figure 21 and 22), which display
sunset and sunrise times, as well as moon phases as
Figure 23 (Appendix Figure 23) displays the
predictions of temperature and humidity changes
throughout the week.
In conclusion, the table in Figure 24 (Appendix
Figure 24) displays the real-time values of all
sensors present in the monitoring equipment, along
with their respective indicators.
Samples were taken from the various sensors of
temperature, humidity, pressure, UV index, and
heat index of the weather station shown in Table
1. These will be used for tests presented during this
work.
Table 1.
Measured values of the dierent sensors
Taking into account Google’s digital platform, a
comparison is made between the data generated by
the device in the home assistant and the data stored
on Google’s server. By using equation (7), the values
of Vmax and Vmin are replaced with the results
provided by each sensor, enabling the calculation of
(8), (9), (10), and (11).
(8)
-
-
ciency of the sensor compared to the data used, as
shown in Figures 25 and 26 (Appendix Figure 25
-
10
Santillán H., et al.
reliable. This sensor is generating measurements in
relation to the established reference values.
equation allows for a comparison between the
data generated by the sensor and the established
reference values. By substituting the measured
humidity and reference humidity values into
equation (9), a percentage is obtained that indicates
us to evaluate the quality and performance of the
sensor in relation to the established standards.
(9)
data used for comparison, considering the values
shown in Figure 27 and 28 (Appendix Figure 27 and
accurately capturing and measuring humidity data,
providing reliable and consistent results. This level
equation 10 is utilized as a basis. This equation
enables the comparison of the sensor’s generated data
with established reference values. By substituting
the measured UV intensity and the reference UV
intensity into equation 10, a percentage is obtained,
(10)
the data used for comparison, considering the values
marked by the system and Google. In this case, the
is technically not considered reliable. However,
due to the evaluation of data using integer values.
sensor’s performance is still valuable and provides
meaningful insights, albeit with a small margin for
improvement.
equation allows for the assessment of the sensor’s
with the reference values. By applying the values
of the measured temperature and the reference
temperature in equation 11, a percentage is derived,
(11)
used for comparison with the values shown in Figures
29 and 30 (Appendix Figure 29 and 30). This value
level means that the sensor accurately captures and
measures thermal values, providing dependable
reliability and precision. The data from Figures 29
that it can consistently and reliably provide accurate
measurements in diverse environments.
This equation allows for the comparison of the
sensor’s data with the reference values. By applying
the measured pressure and the reference pressure
values to equation 12, a percentage is obtained,
11
Implementation of an Educational Meteorological System using IoT and Raspberry PI
(12)
compared to the data used for comparison,
considering the values shown in Figures 31 and 32
(Appendix Figure 31 and 32). This indicates that
suggests that the sensor is accurately capturing and
measuring pressure data, providing trustworthy
its reliability and accuracy. The data presented in
of the sensor, indicating its ability to consistently
provide precise and dependable pressure
measurements in various scenarios.
3.2 Discussion
Based on the information previously discussed,
new measurements were taken using various
sensors, including temperature, humidity,
pressure, UV index, and thermal sensation.
These data were compared with those obtained
from online sources to calculate the equipment’s
efficiency. The general equation (7) was applied
to each sensor, and the results are presented
in Table 2. Additionally, the reference values
obtained from Table 1 were used to evaluate
the efficiency of each sensor compared to the
data from online sources.
The comparison of the collected data with the
web data provides a comprehensive assessment
of the sensors’ efficiency. It allows us to
determine how accurate and reliable the results
obtained by each sensor are in comparison to
the measurements taken from online sources.
The calculated efficiency values for each
sensor provide valuable information about
their performance and quality in relation
to established standards. This evaluation
is essential to ensure reliable and accurate
measurements in various contexts and to support
the optimal functionality of the equipment.
Table 2.
Data compared to display eciency per day.
Table 3.
Eciency values by sensors.
In the table 3, you can observe the comparative results
measurements. It is important to highlight that the
to the fact that the data is recorded in integer values
instead of decimals, which limits the precision of
the measurement.
On the other hand, the temperature, humidity,
and thermal sensation sensors achieved highly
accurate results. The temperature sensor reached
acceptable measurement within the measurement
process. Likewise, the humidity sensor showed an
value for this measurement. In addition, the thermal
also demonstrating a very precise measurement.
These results support the reliability and capability
of the sensors to accurately capture and measure
data related to temperature, humidity, and thermal
sensation.
a quantitative evaluation of the quality and
https://www.msn.com/es-xl/el-tiempo/pronosticomensual/in-Guayaquil, Guayas?loc=eyistjoiR3VheWFxdWisli
wicil6ikd1YXJhcyislmMiQUFY3VhZG9yliwia5/6lkVDliwiZyI6ImVzLXhsliwieCI6li030S44OTI2MDEWMT-
-
bar&cvid=07725421 Be844f23a2bcc3dd67c06aab
12
Santillán H., et al.
performance of the equipment used in the
meteorological system. These results demonstrate
the sensitivity of each sensor and its ability to
accurately capture and measure relevant climate
thermal sensation sensor, support the credibility of
the implemented meteorological system.
in using technologies such as IoT and Raspberry
Pi in the design of an educational meteorological
system. The successful implementation of this
system demonstrates its feasibility and capability
to provide precise and reliable measurements in
an educational setting. These results support the
and education in teaching meteorological concepts,
fostering enhanced learning and understanding
among students. Moreover, the utilization of this
system provides a unique opportunity to actively
engage students in hands-on collection and analysis
of meteorological data, fostering their interest and
active participation in the study of weather.
4. CONCLUSIONS
concluded that the weather station is in optimal
conditions to provide accurate data from the various
measurement sensors. Furthermore, by using Home
Assistant as a home automation controller, alerts
can be generated when the temperature is high or
the UV index is elevated, helping to prevent users
from going outside without adequate protection. The
combination of Home Assistant with weather stations
is not only applicable in residential settings but also
case. Thanks to the reliability of the data provided
by the installed station, this research can serve as a
and other branches of telecommunications.
Despite the changes occurring worldwide, the
advancements. Learning from past human
errors, meteorology has evolved with the aid of
technological progress, enabling remote monitoring
Technological advancements have played a
fundamental role in enhancing the precision and
In the past, human errors were a frequent cause of
inaccuracies in weather forecasts and measurements.
However, with the development of new technologies,
sophisticated systems have been implemented,
allowing for more precise and reliable monitoring.
These technological advancements have facilitated
real-time data collection and transmission of
meteorological information through communication
networks. It is now possible to remotely and
instantaneously monitor weather conditions in
experts with a more comprehensive and up-to-date
understanding of climate patterns.
sectors has enabled a greater comprehension of
meteorological phenomena and their impact on
the development of more accurate prediction models
and the design of early warning systems that help
The implemented project has demonstrated an
provided by Google servers. These data were crucial
for making comparisons and demonstrating the
sections, both the Raspberry Pi and the monitoring
device, it is crucial that access is performed within
the same network or subnet generated from the
router. This requirement ensures a stable and reliable
connection between the devices, ensuring optimal
project performance.
communication is optimized, and potential
and accuracy of the collected data are avoided. It
is essential to ensure that all devices involved are
guarantee the success and reliability of the project.
it is important to assign a static IP address to the
device. This will allow accessing the home assistant
interface using the same IP address from which the
device is operating.
By assigning a static IP address, it ensures that the
Raspberry Pi always has the same network address,
which facilitates consistent connectivity and access
to the home assistant. This is particularly useful
when accessing the system from external devices or
through a remote network.
Assigning a static IP address ensures that there are
of the Raspberry Pi within the network. Additionally,
13
Implementation of an Educational Meteorological System using IoT and Raspberry PI
it enables more convenient and reliable access to
the home assistant, as the interface can always be
It is essential to install the meteorological monitoring
equipment in an elevated location or in a position
without obstructions that could interfere with the
accurate reception of data by the sensors. The UV
index and humidity are clear examples of this, as the
of the monitoring unit.
Elevating the equipment ensures that the sensors
are exposed to optimal environmental conditions,
avoiding obstructions that could distort the data. For
instance, in the case of the UV index, the presence of
trees, buildings, or other nearby structures can create
the accuracy of the measurements. Similarly, the
areas can have variations in air humidity due to local
factors such as vegetation or nearby bodies of water.
Therefore, it is essential to carefully select the
installation site for the meteorological monitoring
equipment, considering factors such as height and the
and precision of the collected data. This ensures that
the obtained results are representative and reliable,
analysis.
Finally, it is important to emphasize that when using
the home assistant, we are not only automating the
weather station but also our entire home. The home
assistant provides us with the ability to control lights,
doors, power distribution, and other functions, which
can also make our home vulnerable. Therefore, it is
necessary to take appropriate security measures to
prevent possible intrusions into our network, such as
cyberattacks.
Having a network connection and an automated
system in our home requires extra caution to protect
our privacy and security. It is essential to implement
robust security measures, such as strong passwords,
Furthermore, it is recommended to use trusted
devices and stay informed about the latest threats and
taking these precautions, we can enjoy the comforts
compromising the security of our home and network.
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v13i39.654
15
Implementation of an Educational Meteorological System using IoT and Raspberry PI
Appendix
Figure 6.
Home Assistant add-ons
Figure 7.
GitHub page for downloading add-
ons and les for Raspberry Pi.
Figure 8.
weather station
Figure 9.
Home Assistant Sensor Values Window
Figure 10.
Temperature graph
Figure 11.
Temperature graph by hours throughout the day.
Figure 12.
Average temperature graph
Figure 13.
Pressure graph
Figure 14.
Pressure graph by hours throughout the day.
16
Santillán H., et al.
Figure 15.
Graph of humidity percentage changes by dates.
Figure 16.
Graph of humidity by hours throughout the day.
Figure 17.
Current real-time temperature value.
Figure 18.
Current real-time humidity value.
Figure 19.
Hourly UV index value throughout the day.
Figure 20.
Solar radiation per hour throughout the day.
Figure 21.
Sunset and sunrise prediction
Figure 22.
Moonrise and moonset prediction
Figure 23.
Temperature and humidity prediction.
17
Implementation of an Educational Meteorological System using IoT and Raspberry PI
Figure 24.
Real-time data obtained.
Figure 25.
Temperature displayed with monitoring unit.
Figure 26.
Temperature emitted by Google servers.
Figure 27.
Humidity displayed with monitoring unit.
Figure 28.
Humidity emitted by Google servers.
Figure 29.
Perceived temperature displayed with monitoring unit.
Figure 30.
Perceived temperature emitted by Google servers.
Figure 31.
Pressure displayed with monitoring unit.
Figure 32.
Humidity displayed with monitoring unit.
REVISTA INGENIO
https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i2.5805 pISSN 2588-0829
2024 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional vicedecanat.ng@uce.edu.ec
, (), -, . -
Power Integration Studies” which is replicated using PowerFactory Digsilent software, in or-
study, PV (Power-Voltage) and PQ (Active Power - Reactive Power) curve studies are per-
formed in order to analyze the stability of the SEP electrical system. The PV study evaluates
the relationship between active power and voltage of the electrical power system and the PQ
study evaluates the relationship between active and reactive power in the system. The studies
carried out allow to identify which are the strongest and weakest bars of the system in case
of n-1 contingencies, allowing to establish safe operating limits that can operate the electrical
voltage stability in the network, as a result, the worst case scenario of the system under study
is presented and the recommendations that can be implemented to counteract the problem.
de pruebas de 12 barras para estudios de integración de la energía eólica” del cual se procede
procede a realizar estudios de curvas PV (Potencia-Voltaje) y PQ (Potencia activa – Potencia
Reactiva) para analizar la estabilidad del sistema eléctrico del SEP. En el estudio PV se per-
mite evaluar la relación entre potencia activa y el voltaje del sistema eléctrico de potencia y en
el estudio PQ se evalúa la relación entre potencia activa y reactiva en el sistema. Los estudios
contingencias n-1, permitiendo establecer límites de operación seguros que puede operar el
sistema eléctrico de potencia cumpliendo los valores de potencia activa y reactiva sin afectar
la estabilidad de voltaje en la red, como resultado se presenta el peor de los escenarios del sis-
tema de estudio y que recomendaciones se puede implementar para contrarrestar el problema.
H
Recepción: 07/11/2023
Recibido tras revisión: 04/04/2024
Aprobación: 01/05/2024
Pubicación:15/06/2024
Power System, Power Factory digsilent12
bars, PV curves, QV curves.
Sistema de potencia, Power Factory digsi-
lent, 12 barras, curvas PV, curvas QV
consumo, cada vez apuntan a que el sistema de
potencia se caracterice por ser una red inteligente,
donde los atributos en el sistema eléctrico sean
la auto reparación de perturbaciones, opere con
resiliencia frente a ataques físicos entre otros, sobre
alta calidad de una manera sostenible y amigable al
medio ambiente; el diseño del sistema eléctrico debe
basarse en el control automático y no en una lenta
1. INTRODUCCIÓN
Existe una preocupación inmensa para la Ingeniería
eléctrica que exige cada vez más y más la entrega
de cantidades crecientes de energía de una manera
segura, limpia y económica; y el aprovechamiento
que se debe dar a la misma en cada proceso ya
sea de generación, transmisión, distribución o
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP mediante la
Integración de Energía Eólica
Freire Armando Universidad Técnica de Cotopaxi, Latacunga - Ecuador,
Arias Fernando Universidad Técnica de Cotopaxi, Latacunga - Ecuador,
19
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP Mediante la Integración de Energía Eólica
respuesta de operadores humanos para predecir el
rendimiento de sistemas complejos como en la
búsqueda de herramientas cada vez más poderosas
de análisis y síntesis [1].
Un gran sistema de potencia con sus numerosas
máquinas, líneas y cargas en consecuencias las
constantes de tiempo permiten concentrase en
elementos claves que afectan al transitorio, la
complejidad del modelo depende del tipo de
transitorio, las cargas y sus características, los
parámetros de las máquinas síncronas, los sistemas
de excitación, la turbina mecánica y el regulador de
velocidad son componentes del sistema eléctrico que
la red antes, durante y después de un transitorio [2].
Los mercados eléctricos y su liberación han
obligado a las redes eléctricas a operar más cerca
de sus límites de capacidad de carga , el principal
problema radica en la estabilidad de tensión que
“reside en mantener la tensión de la red en niveles
aceptables que garanticen su operación estable y su
buen funcionamiento para los usuarios conectados”
[3], debido a la importancia en la funcionalidad
en el sistema de potencia que opera bajo una
carga constante y en algún momento existen
perturbaciones provocando reajuste de los ángulos
de tensión en las máquinas síncronas [4].
La Agencia Internacional de Energía (AIE) en su
análisis estima que para el año 2040 el desarrollo
económico y el crecimiento poblacional en el
mundo tiene una estrecha relación con la demanda
la energía necesaria estos años [5], los recursos
energéticos se ven relacionados con el crecimiento
de la población, esto hace que cada vez exista un
aumento en las cargas conectadas al sistema eléctrico,
al mismo tiempo estas cargas se ven compensadas
con generación distribuida mediante instalaciones
más pequeñas de las señales convencionales pero
situadas próximas a las cargas [6].
Pero la penetración de energía eólica al sistema
eléctrico de potencia genera una problemática
debido al carácter aleatorio del viento; en este tema
nuevos retos se plantean como el control de energía
eólica y la operación estable del sistema, a través
de una buena ejecución de los sistemas de potencia
existentes tanto para el planeamiento y expansión
futura en concordancia con la penetración de
energía eólica, con funciones tales como la
amortiguación del sistema de potencia, control de
voltaje secundario o respuesta inercial [7].
Para estudiar el impacto que tiene la integración
de energía eólica al sistema de potencia fueron
propuestas algunas variantes encontradas en la
literatura. En [8] ilustra el impacto que tiene la
integración de un parque eólico al sistema eléctrico
y asegura que esto conduce al análisis de régimen
estacionario y análisis de régimen dinámico e
relacionados con el mantenimiento de la tensión y
la frecuencia.
En [9] abordan las inquietudes sobre el impacto
de la variabilidad y la incertidumbre de la energía
refuerzo de la red, concluyen que la alta integración
de energía eólica al sistema tiene repercusiones
que deben ser tratados mediante una interconexión
adecuada entre centrales eólicas, integración
operación del sistema y mercado.
En [10] analiza la estabilidad de tensión en estado
estacionario y en régimen transitorio mediante la
y velocidad variable, según resultados arrojados el
sistema se vuelve más inestable a medida que van
ingresando estos generadores a la red y se vuelve
más estable si los parques eólicos están distribuidos
en varios puntos de la red que si están concentrados
en un mismo punto.
de estabilidad de sistemas presentando condiciones
de respuesta ante una falla o perturbación y asegura
que las fuentes de energía no convencionales como
la energía eólica y fotovoltaica no poseen inercia
por lo que desarrolla un modelo de simulación
de estabilidad de frecuencia mediante el software
DIgSILENT Power Factory obteniendo como
resultado el comportamiento de frecuencia ante una
falla del sistema.
para el ingreso de generación eólica y fotovoltaica
desde el punto de vista de análisis de estabilidad
en pequeña señal, desarrollando un programa de
simulación entre el software DIgSILENT Power
seguridad en el sistema de potencia.
20
Freire A., Arias F.
El análisis en estabilidad de voltaje determina
medidas que evitan el colapso de tensión
incrementando la estabilidad del sistema de
potencia, es por ello la importancia de mantener la
estabilidad de tensión ante la ocurrencia de fallas a
medida que aumenta la penetración de energía eólica
al sistema ya que el disparo de aerogeneradores
provoca perturbaciones locales que contribuyen a la
de tensión al sistema.
integración de energía eólica al sistema eléctrico de
potencia mediante el sistema genérico de prueba de
12 barras, a través de una simulación en software
Power Factory Digsilent el objetivo principal es
ver el comportamiento del sistema de energía y la
estabilidad del sistema eléctrico del SEP mediante
el análisis de las curvas PV (Potencia-Voltaje) y PQ
(Potencia activa – Potencia Reactiva, el propósito
radica en analizar cuáles son las barras del sistema
más fuertes y débiles ante contingencias n-1.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1
Aspectos generales por la integración de
generación eólica a los sistemas eléctricos de
potencia
El punto de acoplamiento común (PCC) o conexión
entre los sistemas eléctricos de potencia y los
parques eólicos deben mantener los parámetros
del sistema dentro de los límites establecidos, bajo
normas y regulaciones de la calidad de energía.
Se deben estar consciente de las afectaciones del
sistema a medida que se integran la generación
eólica, afectaciones dependientes de la fortaleza del
sistema eléctrico de potencia y de la tecnología del
aerogenerador [13].
2.1.1 Debilidad del sistema eléctrico de potencia
La debilidad del sistema eléctrico en
aerogeneradores se puede analizar mediante dos
criterios fundamentales como son [14]; relación
entre la reactancia y resistencia equivalente (X/R);
relación de potencia de corto circuito o Short Circuit
Ratio (SCR).
2.1.2 Estabilidad de tensión al sistema
eléctrico por la integración de energía eólica
el sistema de potencia para conservar la tensión
constante en condiciones normales o de emergencia,
luego de una perturbación en los diferentes nodos de
una red, si ocurre una perturbación como un cambio
en las condiciones del sistema o el incremento en la
demanda disminuye la tensión de forma progresiva
e incontrolada como por ejemplo la incapacidad del
sistema para compensar las variaciones de potencia
reactiva, el sistema eléctrico de potencia se vuelve
crítico cuando la demanda es máxima y las tensiones
en los nodos alcanzan un valor mínimo y cuando la
demanda es mínima siendo las tensiones máximas [2].
La regulación de la tensión tiene una relación
directa con la compensación de potencia reactiva,
de velocidad variable los que consumen potencia
reactiva, volviéndose un aspecto importante al
instante que se integran los parques eólicos a la red,
también reduce transferencia de potencia por las
líneas de transmisión y distribución lo cual reduce
pérdidas de potencia activa si el nivel de penetración
de generación eólica a la red se incrementa pérdidas
tensión reduciendo la tensión en los nodos hasta
llegar a valores por debajo de límites establecidos
en la normativas[15].
Los efectos indeseados en el sistema eléctrico
provocan caídas bruscas de la tensión, ante esto
los aerogeneradores deben mantenerse conectados
luego de la perturbación y tener la capacidad de
sobrepasar la caída de tensión [16].
Para el estudio de la turbina eólica ante perturbaciones
tiene que ver el tipo de tecnología utilizada como
de tensión limita la capacidad del generador de
inducción a inyectar potencia a la red teniendo una
alta corriente debido al bajo valor de la tensión el
generador soporta estos niveles de corriente en un
periodo corto tiempo sin que la máquina sufra daños,
no obstante el desequilibrio de la potencia eléctrica
y mecánica permite la aceleración llegando al punto
del aerogenerador no pueda desacelerar y retornar
a la velocidad de trabajo antes del disturbio donde
actúen las protecciones desconectando a la turbina
eólica de la red, siendo dependiente de la duración
21
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP Mediante la Integración de Energía Eólica
de la falla, potencia nominal e inercia del generador.
Lo que no pasa con el generador eólico de velocidad
variable que es más tolerante ante falla ya que puede
variar la velocidad debido a que el rotor de la turbina
emplea como almacenador de energía cinética que es
directamente proporcional a la inercia y al cuadrado
de la velocidad del rotor [17].
2.2 Estabilidad de Voltaje en los Sistemas
Eléctricos de Potencia
La inestabilidad de voltaje proviene del intento
de cargas dinámicas para restaurar el consumo de
potencia más allá de la capacidad combinada del
sistema de generación y transmisión.
2.2.1 Análisis en estado estable
La intensidad del campo magnético y la corriente
de excitación resultante no son sinusoidales en
estado estacionario, debido a la curva no lineal, sin
embargo, una vez alcanzado el estado estacionario
aplicación de la tensión continua, las corrientes y
los enlaces de ambos devanados se convierten en
los mismos, el circuito secundario está abierto, y la
inductancia del punto de accionamiento, que es la
Una máquina de inducción trifásica con resistencia
de rotor constante el deslizamiento del motor con
una frecuencia angular nominal y una velocidad
los transitorios eléctricos han alcanzado el estado
estacionario. Sin embargo, hay que tener en
cuenta que el motor no está necesariamente en
estado estacionario mecánico, y por lo tanto el
deslizamiento del motor puede variar [19].
Cuando el generador está proporcionando potencia
activa a la red, el ángulo del rotor 𝛿 será mayor que
el ángulo de la tensión del bus terminal 𝜃 [20].
2.2.2 Estabilidad de tensión
estabilidad de voltaje como: “La capacidad de un
sistema de energía eléctrica, para una potencia inicial
dada condición de funcionamiento, para recuperar un
estado de equilibrio operativo después de ser someti-
do a una perturbación física, con la mayoría de las
variables del sistema acotadas de modo que prác-
ticamente todo el sistema permanece intacto” [1].
La inestabilidad de tensión produce por el intento
de la dinámica de carga para reintegrar la energía
sobrepasando el sistema combinado de generación
y transmisión [19].
La inestabilidad dinámica de tensión está
condicionada por la carga, esto ha contribuido a
grandes apagones, aunque no sea la única causa
suele manifestarse en cuestión de 5-10 segundos
[20], [19].
2.2.3 Curvas PV
Las curvas PV de la red y de la carga son las
características de equilibrio de la dinámica del
sistema, donde se determina las soluciones reales
de voltaje a medida que se incrementa la potencia
real de la carga a un factor de potencia constante
[19], como vemos en las Eqs. 1 y 2.
(1)
(2)
Donde:
Pmax: Es la potencia máxima del sistema.
Vcrit: Es el voltaje crítico.
Las curvas de factor de potencia unitario pueden
potencia, para calcular las curvas PV es más
conveniente rescribir como una ecuación cuadrática
para P [21], como muestra la Fig. 1.
(3)
La solución general viene dada por la Eq. 4.
(4)
Figura 1.
Curvas PV para varios factores de potencia
Fuente: [22].
22
Freire A., Arias F.
2.2.4 Curvas QV
Las curvas PV no son la única proyección de la
misma manera podemos proyectar los meridianos
sobre el plano QV obteniendo así las curvas QV,
considerado las curvas QV corresponden a una
potencia activa constante P.
Una curva VQ expresa la relación entre el reactivo
y una barra determinada y la tensión en esa misma
barra, el sistema no puede operar sin que inyecte
potencia reactiva, estas ayudan a determinar la
cantidad de compensación shunt para restaurar el
punto de operación o el voltaje deseado [19].
(5)
(6)
Dónde:
P: Es la potencia activa conocida como potencia
real su unidad es el vatio (W).
Q: Es la potencia reactiva su unidad es el (Var).
Las curvas QV es una característica de la red y de la
carga, la carga debe ser representada adecuadamente
a través de su característica de estado estable.
2.2.5 Estabilidad Angular
Estabilidad del ángulo del rotor: la capacidad de las
máquinas síncronas de un sistema eléctrico inter-
conectado de permanecer en sincronismo después de
ser sometidas a una perturbación [1].
La estabilidad del ángulo del rotor del generador, ya
sea en forma de oscilaciones electromecánicas no
amortiguadas o en forma de aceleración monótona
del rotor, en forma de aceleración monótona del rotor
que conduce a la pérdida de sincronismo, el primer
tipo de inestabilidad se debe a la falta de par de am-
ortiguación, y el segundo a la falta de par de sincron-
ización, suele durar unos cuantos segundos [19].
Consiste en resolver la ecuación de oscilación para
encontrar la posición angular del rotor de la máquina
como una función del tiempo. Donde T es el torque
neto o la suma algebraica de todos los torques.
2.2.6 Estabilidad de frecuencia
Estabilidad de la frecuencia: es la capacidad de
un sistema eléctrico para mantener la frecuencia
estable después de una perturbación severa del
sistema que provoca un desequilibrio importante
entre la generación y la carga [1].
2.2.7 Estabilidad Transitoria
El período de oscilación mecánica de una máquina
durante una perturbación es del orden de 1 segundo,
y el comportamiento de la máquina durante el
mostrar si el sistema es estable o inestable [18].
Cuando el sistema sufre un disturbio severo
involucrando rápidos cambios se denomina
estabilidad transitoria o de grandes perturbaciones,
hay que evaluar el comportamiento del sistema
reactancias transitorias del generador [19].
El modelo se basa en las siguientes suposiciones:
1. La máquina funciona en condiciones de secuencia
positiva trifásica equilibrada de secuencia positiva.
2. La excitación de la máquina es constante.
3.Las pérdidas de la máquina, la saturación y la
saliencia se desprecian.
En estabilidad transitoria, se pueden utilizar modelos
detallados para representar las excitaciones, las
pérdidas, la saturación y la saliencia. Sin embargo,
modelo [1].
Las trayectorias de fase de los ángulos y velocidades
del rotor de la máquina de los rotores de la máquina
para la importancia de los puntos de equilibrio
estables e inestables determinan la estabilidad
transitoria, la función de energía tendría que tener
en cuenta el impacto del equipo de control y los
modelos de carga en la función de energía potencial,
y los métodos directos calcularían el punto de
equilibrio inestable [21].
La capacidad para controlar la potencia reactiva
para regular las tensiones del bus, puede aplicarse
para mejorar la estabilidad transitoria, se utilizan
modelos clásicos para representar máquinas, que se
suponen idénticas, y la reactancia X está formada
por las reactancias de la línea de transmisión, las
reactancias del transformador y las reactancias
transitorias de eje directo de la máquina, entonces
tenemos voltajes de las máquinas, la curva P de
transferencia sin compensación en derivación.
23
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP Mediante la Integración de Energía Eólica
2.2.8 Estabilidad Oscilatoria
Para el caso de inestabilidad de tensión oscilatoria de
corta duración consideramos un sistema que consiste
en un generador síncrono que alimenta un motor
de inducción trifásico aislado, el par mecánico del
motor se considera constante, es bien sabido que un
punto de equilibrio estable puede volverse inestable
tras una variación de los parámetros, este tipo de
inestabilidad oscilatoria se asocia en los sistemas
no lineales con la bifurcación, el comportamiento
oscilatorio del sistema generador-motor se debe a
la interacción de dos procesos de restablecimiento
de la carga que actúan en la misma escala temporal.
Una inestabilidad oscilatoria a corto plazo, suele
deberse a ajustes incorrectos de los equipos de
control, como los AVR del generador [19].
Una vez que se inicia una oscilación en modo
electromecánico, puede observarse en muchas
señales incluyendo la frecuencia, la magnitud y el
activa en líneas de transmisión. La frecuencia
oscilatoria y la relación de amortiguamiento pueden
calcularse utilizando métodos de análisis modal.
a las líneas paralelas, haciendo de la frecuencia de
bus medida, ángulo de tensión y los valores de la
magnitud de la corriente cambien bruscamente al
inicio de la avería [20].
2.3 CASO DE ESTUDIO
El sistema de prueba genérico está basado en un
pequeño sistema de energía aislado con cuatro áreas
importantes, el área 1 es la mayor área de generación
de energía térmica y las cargas son industriales
residenciales, el área 2 abastece con generación
de energía hidráulica dominante y su carga ocupa
una pequeña cantidad de área rural, el área 3 está
alimentada mediante generación de energía térmica
y su consumo es una carga fuertemente industrial,
mientras en el área 4 su generación es mediante la
integración de recursos eólicos y está conectado
Tabla 1.
Datos del sistema genérico de12 barras
2.3.1 Sistema eléctrico de potencia “Generic
12-Bus Test System for Wind Power Integration
Studies”[7]
A continuación de acuerdo al artículo en [7],
“Sistema de pruebas de 12 barras para estudios
de integración de la energía eólica”, se procede a
realizar el analisis del sistema de potencia mediante
los parámetros presentados en el texto se ejecuta
la implementación en el software de simulación
Digsilent PowerFactory.
sistema eléctrico de potencia comprendida por 4
generadores, 12 barras, 4 transformadores cada
uno de diferente capacidad, 2 autotransformadores,
6 cargas, líneas de transmisión, componentes con
características establecidas sus valores y distancias
expuestas en la tabla 1, además el voltaje en las
variación de su voltaje nominal.
Luego de haber modelado el sistema e ingresado
todos los parámetros, se efectuó el cálculo de
iteración en 5 pasos, como vemos el sistema en 5
intentos de Newton Raphson ya logró converger
sin ninguna advertencia dando como resultado,
valores con mínimo de error en sus barras, además
del mensaje que muestra mediante elementos azules
indicando que la máquina de referencia es G1 y que
se encuentra conectado a la barra 9.
24
Freire A., Arias F.
Figura 2.
Flujo de potencia “Generic 12-Bus Test System for Wind Power Integration Studies”
Figura 3.
Reporte de control de ujo de potencia “Generic 12-Bus Test System for Wind Power Integration Studies”
Figura 4.
Curvas PV “Generic 12-Bus Test System for Wind Power Integration Studies”
25
Freire A., Arias F.
3. DISCUSIÓN Y RESULTADOS
3.1 Determinación de las curvas PV en todas las
barras del SEP y determinación de la barra más
débil
Se realiza la ejecución de las curvas PV para todas
las barras del sistema eléctrico de potencia con el
ébil
del sistema.
barras del sistema eléctrico de potencia en estudio,
como la barra más crítica del sistema, ya que tiene la
mayor tasa de declinación en el voltaje y a medida
que se incrementa la potencia se puede observar que
decae el voltaje al realizar el estudio de potencia
con respecto al voltaje seteado en 0,96 p.u.
-
cada como bus_5 es la más débil al llegar a un valor
de 0,77 p.u. en su voltaje en esta barra con respecto a
todas las barras, se procede a realizar el análisis solo
Fig. 6 (Anexo Figura.6) se observa el comportamien-
to de la curva PV de la barra 5.
En la Fig. 6, se observa la curva del comportamiento
de voltaje, curva PV que permite saber cuanta carga
puede llegar a tener hasta llegar a la potencia máxima,
esto muestra en 3 escenarios el primero dispuesto en
la carga con 100,20 MW al tener un voltaje de 1 p.u.,
el segundo como mínimo de 151,10 MW y mantener
un voltaje en barra de 0,96 p.u. y el último lo máximo
que puede alcanzar de potencia activa 222,60 MW
pero sin cumplir el código de red establecido, valores
que sirven para saber cuanta carga se puede poner en
la barra sin sobrecarga.
Figura 5.
Barra más debil del SEP “Generic 12-Bus Test System for Wind Power Integration Studies”
26
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP Mediante la Integración de Energía Eólica
3.2 Determinación del margen de potencia
reactiva mediante las curvas QV
Para la barra más débil conocida como la barra 5
del SEP conectamos un generador estático de 200
MVA que despache 200 MW debido a la potencia
activa consumida en la carga que va de 100 a 200
MW y aplicamos el script de curvas QV sobre
la barra 5 y su carga en las cuales se obtiene las
siguientes curvas QV en pasos de 20 MW (Anexo
Figura.7).
los márgenes de potencia reactiva y 6 curvas desde
100 MW en saltos de 20 hasta 200 MW, donde el
punto de inestabilidad y los voltajes corresponden
con las curvas PV, este valor indica que para llegar
con el voltaje a 1 pu, se necesita inyectar un banco
de aproximadamente 141 Mvar para pasar los 200
MW.
3.3 Respecto al modelo 12-bus Genérico, se
requiere que se desagregue cada máquina de
acuerdo a lo que señala en el paiper base
desagregado de SEP donde el circuito equivalente
pasa a desagregarse con la condición que la máxima
potencia sea igual a la suma de todas las máquinas.
3.4 Realizar una falla trifásica en la línea que
conecta a las barras B7 y B8 al 5 % de distancia
desde la subestación B8, para determinar el
tiempo crítico de despeje de falla
observa una estabilidad transitoria predominante
por el generador 3 que alcanza hasta un tiempo
crítico de 600 ms.
realizar la desconexión en el elemento de maniobra
para la salida de las línea 7-8 (Anexo Figura.10).
circulos señalados con color rojo que muestran la
desconexión de la línea que une las barras 7-8. La
el ángulo del rotor de los generadores del sistema,
destacando en generador 3 de un sistema estable
pasa a la inestabilidad transitoria pasado los 660
ms, ya que al ingresar el AVR al sistema se vuelve
inestable, la estabilidad transitoria necesita altas
ganancias de AVR para que sostenga durante el
corto circuito y no provoque inestabilidad al sistema.
activa, reactiva y velocidad de las máquinas
correspondientes al punto 2, voltajes de barra,
potencia activa y reactiva por las líneas y
frecuencias del sistema en Hz
ángulos, en (a), el generador 3 se observa que existe
una transferencia de potencia grande en un tiempo
de 7 ms donde no pierde sincronismo para regresar
a su nuevo ángulo, en (b) se observa como oscila la
potencia activa de cada una de las máquinas donde a
4,48 ms alcanza 207,27 MW, en (c) observamos que
durante el cortocircuito muestra potencia reactiva
a un tiempo de 2 ms alcanza un valor de 269, 28
ms sube la velocidad de las máquinas hasta 10 ms
alcanzando un valor de 1,15 pu, en (e) observamos
como cae la magnitud de voltaje en el momento del
corto circuito y luego de un tiempo se recupera, en
tanto de potencias activas como reactivas de las
líneas de todo el sistema de transmisión, en (h) se
observa que la frecuencia en las barras se disparan a
medida que se crea el evento de cortocircuito.
3.6 Realizar un evento que implique la salida de uno
de los generadores del grupo de dos generadores
se ejecuta la salida del generador G3_2 que
se encuentra anclado a la barra 11 del modelo
desagregado del sistema de potencia y se requiere
presentar como resultado principal la respuesta de
14 (Anexo Figura.14).
barras del sistema se mantiene hasta 2 ms, luego
decae en todo el sistema hasta llegar a un valor 49,39
Hz lo que tiende a restablecer y sube nuevamente
hasta llegar a un valor de 49,77 Hz dependiendo de
la forma del tamaño de la máquina, cada máquina
tiene su propia respuesta de frecuencia natural, la
frecuencia de una máquina va hacer diferente a
la frecuencia de oscilación de otra, hasta que las
fuerzas de amortiguamiento hagan que aquellas
oscilaciones decaigan.
27
Freire A., Arias F.
3.7 Mostrar las variables de salida: voltajes
en barra, potencias a través de las líneas de
transmisión, potencia de generadores, ángulos de
las máquinas, potencia mecánica de las máquinas
implementación del sistemas de control, reguladores
automáticos de voltaje reguladores de velocidad,
curvas de variable de salida, en (a) se observa que
el voltaje en barras comienza a oscilar hasta que
disminuye la oscilación y se amortigua; en (b) se
observa las curvas de la potencia reactiva en las
L/T donde empieza a oscilar y luego disminuye
regresando a su estado normal ; en (c) se observa la
potencia activa de secuencia positiva de todas las L/T;
en (d) se observa la potencia en los generadores; en
(e) se observa los ángulos del rotor de las máquinas;
en (f) las curvas de las potencias mecánicas en las
turbina de los generadores.
3.8 Análisis del caso de estudio
El caso de estudio “Sistema de pruebas de 12 bar-
ras para estudios de integración de la energía eólica”
presenta ser un caso robusto de un SEP al contar con
condiciones estables de generación y carga al man-
tener sus voltajes cercanos a su valor nominal en es-
tado estable, pero al ser sometido a contingencia n-1
se obtuvo que la línea de transmisión 7-8 es la más
débil del SEP debido a que fuera del sistema ya no
converge, como recomendación para los parámetros
de las líneas de transmisión a nivel de 230 kV utilizar
los valores de la línea 2-5 para todas las líneas a ese
nivel de voltaje y observaremos que tendremos un
mejor valor cercano a los valores del artículo.
Para determinar el margen de potencia reactiva
de la barra 5 se implementó un generador estático
de 200 MVA, el cual servirá en la simulación de
determinar la cantidad de potencia reactiva necesaria
para compensar en la barra y no disminuir el voltaje
al incremento de carga, este proceso presenta una
inyección de potencia activa de 100 a 200 MW en
pasos de 20 MW donde se evidencia que se necesita
una compensación 140 MVAr en la barra para tener
valores de voltaje en 1 p.u.
Hay que detallar que, al ser un sistema robusto, se
presenta una barra débil al correr curvas PV en la
barra 5 que tiene baja carga en el SEP, en esta barra se
evidencia que alcanza subir su carga hasta 222 MW
antes de aproximarse al colapso, pero en condiciones
de operación vemos que en este caso solo podemos
aumentar hasta los 150 MW manteniendo nuestro
la barra 4 le sigue como barra débil y las demás barras
se encuentran por encima de lo establecido, como
resultado estas barras son débiles al incremento de
carga para lo cual se recomienda el aumento de banco
de capacitores o la alimentación de otro circuito más
a la barra para la robustez del SEP .
Al implementar eventos de cortocircuito, despeje
y apertura de falla en la línea 7 y 8 que representa
mayores problemas por la salida de esta línea, dado
como resultado un tiempo crítico de 600 ms para que
sea estable el sistema sin entrar al colapso después
de este tiempo en el estado dinámico se observa el
aporte por parte de la planta de generación número 3
de potencia reactiva en el momento de falla y luego
un aporte de potencia activa al estabilizar el sistema
luego de la perturbación, debido a la pérdida de esta
línea del sistema los voltajes en las barras caen y son
frecuencia que aumenta y es diferente hasta hacer
alcanzar la estabilidad.
La implementación del uso de controladores
reguladores automáticos de voltaje y gobernadores
ayudaron a mejorar la estabilidad aportando
amortiguamiento necesario para posibles fallas
o contingencias del sistema, para el estudio se
realizó la salida del segundo generador de la planta
de generación número 3 dando como resultado
la estabilidad del sistema en toda la generación
,estabilizando una frecuencia mediante inercia de
los generadores y los AVR hasta una caída de los
50 Hz a 49,4 Hz y por medio de las entradas de los
gobernadores ayudaron al sistema a establecer en
49,7 Hz por medio del aporte de potencia mecánica
del gobernador restante de la planta del generador 3.
El sistema de prueba que respalda el estudio de energía
eólica que contribuye al sistema como es el caso de
la barra 5 se pudo observar que es relativamente
débil, sometiéndose a límites de estabilidad el
sistema presenta ser estable en condiciones de estado
estacionario manteniéndose dentro de los límites de
28
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP Mediante la Integración de Energía Eólica
4. CONCLUSIONES
En el sistema de pruebas de 12 barras con escenarios
de integración de energía eólica al sistema eléctrico
de potencia, se realiza la simulación en el software
Power Factory Digsilent donde se presenta los
datos con precisión para lograr características
reales, el mismo que demostró ser un caso robusto
en condiciones normales de generación y carga,
principalmente que la línea 7-8 es la más débil del
SEP.
Al correr curvas PV en la barra 5 que es la que
abarca la integración de energía eólica y tiene baja
carga, presenta ser una barra débil ya que alcanza a
subir su carga hasta 222 MW antes de aproximarse
al colapso, pero en condiciones de operación vemos
que en este caso solo podemos aumentar hasta los
0,96 p.u.
Al implementar el generador estático de 200
MVA ayudó a determinar la cantidad de potencia
reactiva necesario para compensar en la barra 5 y
no disminuir el voltaje al incremento de la carga,
además de permitir la simulación de curvas QV.
Para la integración de generación eólica se necesita
de la robustez de la red para permitir conocer
cuanta potencia se puede colocar de generación y
carga, analizar modelos dinámicos siendo necesario
saber la robustez con valores de cortocircuito en
los puntos de la red, se seleccionó contingencias y
ciertos eventos que logren mantener en oscilación
a las máquinas interconectadas sin perder el
sincronismo.
R
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tps://ieeexplore.ieee.org/book/8958793Anexos
30
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP Mediante la Integración de Energía Eólica
Figura 10.
Salida de la línea 7-8 “Generic 12-Bus Test System
for Wind Power Integration Studies.
Figura 11.
Angulo del rotor generación 3 inestable.
Figura 12.
Resultados: (a) Curvas de ángulos del rotor;
(b) Potencia activa del generador; (c) Potencia
reactiva del generador; (d) Velocidad; (e) Voltajes;
(f) Potencia activa del L/T; (g) Potencia reactiva
del L/T; (h) Frecuencia.
(a)
ANEXOS
Figura 6.
Curvas PV de la barra 5 del SEP
Figura 7.
Curvas QV barra 5 “Generic 12-Bus Test System
for Wind Power Integration Studies”
Figura 8.
Modelo desagregado “Generic 12-Bus Test
System for Wind Power Integration Studies”
Figura 9.
Tiempo crítico con respecto a la velocidad angular.
31
Freire A., Arias F.
(g)
(h)
Figura 13.
Salida del segundo generador de la planta número 3.
Figura 14.
Respuesta de frecuencia del SEP.
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
32
Análisis de Curvas PV y QV en Flujos de Potencia para Estabilidad en SEP Mediante la Integración de Energía Eólica
(d)
(e)
(f)
Figura 15.
Resultados: (a) Voltaje en barras; (b) Potencia
activa en L/T; (c) Potencia reactiva L/T; (d) Potencia
en los generadores; (e) Ángulos de las máquinas; (f)
Potencias mecánicas.
(a)
(b)
(c)
Prueba preliminar de Iluminación para la Homologación de Motocicletas y Triciclos según la Norma ISO
1460:2007
Marco Noroña Universidad Internacional del Ecuador UIDE, Quito-Ecuador,
Edwin Puente Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Salgolquí-Ecuador,
Diego Lincango Escuela Politécnica Nacional EPN,Quito-Ecuador,
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Salgolquí-Ecuador
REVISTA INGENIO
https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i2.5828 pISSN 2588-0829
2024 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional vicedecanat.ng@uce.edu.ec
, (), -, . -
The development of this article addresses the issue of the application of the regulations inter-
national ISO 11460:2007 and its compliance for the evaluation of motorcycles and tricycles
lighting devices of these vehicles. For this reason, the main objective of the study is related
to carrying out the test of illumination that is used for the homologation of motorcycles and
the market from the year 2019, assembled in the country and abroad, the same that will put
in evidence the shortcomings and level of compliance observed in the motorcycles that make
up the sample for the investigation, whose results will allow establishing the current reality
of this problematic.
An adequate procedure was carried out for the evaluation of motorcycles in the lighting test,
as well as the approach, methods and instruments that allowed analyze and collect infor-
mation according to the guidelines set forth. Subsequently, in the results obtained from the
lighting test and the data from the ISO 11460:2007 standard, showing that the 5 evaluated
El desarrollo de este artículo aborda la temática de la aplicación de la normativa internacional
ISO 11460:2007 y su cumplimiento para la evaluación de motocicletas y tricimotos de la
iluminación de los dispositivos de iluminación de estos vehículos. Por esa razón, el objetivo
principal del estudio se encuentra relacionado a realizar el ensayo de iluminación que se usa
para la homologación de motocicletas y tricimotos acorde a la norma ISO 11460:2007, para
lo cual se utilizó como muestra a varias motos aprobadas para circulación en nuestro medio
tomadas del mercado a partir del año 2019, ensambladas en el país y en el exterior, el mismo
que pondrá en evidencia las falencias y nivel de cumplimiento observados en las motos que
conforman la muestra para la investigación, cuyos resultados permitirán establecer la realidad
actual de esta problemática.
Se realizó un procedimiento adecuado para la evaluación de las motocicletas en el ensayo
de iluminación, así como el enfoque, los métodos e instrumentos que permitieron analizar
y recolectar información de acuerdo con los lineamientos planteados. Posteriormente en los
resultados obtenidos del ensayo de iluminación y los datos de la norma ISO 11460:2007,
demostrando que las motos evaluadas desobedecen a dicha norma en algunos de sus disposi-
tivos de iluminación.
Recepción:12/11/2023
Recibido tras revisión: 01/12/2023
Aprobación: 30/01/2024
Pubicación:15/06/2024
Norma ISO 11460:2007, dispositivos de
iluminación, luxómetro.
ISO 11460:2007 standard, lighting devi-
ces, lux meter.
34
Implementation of the lighting test for the homologation of motorcycles and tricycles according to the ISO 11460:2007 standard
1. INTRODUCTION
The purpose of this work is to know about the
international standard ISO 11460:2007 and its
assessment of motorcycles and tricycles in Quito
kind of illumination devices in these vehicles. The
both in four-wheeled vehicles and on motorcycles
and tricycles. It is recognized that low headlight
intensity can prevent a driver approaching an
intersection from detecting the presence of another
vehicle, which could lead to accidents, especially
the other hand, excessively high intensity can make
reports that, until April 2021, of all accidents
registered in Ecuador, 33 are linked to various
mechanical problems, of which 29 are related to
the lighting and design of the devices, representing
of this study was to conduct lighting tests for the
2019 and latest, both domestically assembled and
imported, were selected as a sample. The study
related to this international standard is detailed in an
evaluation test report, which will demonstrate the
motorcycles that make up the study sample.
The results will determine the current state of this
study’s issue [3], [4]. This study is divided into
three parts:
of motorcycle lighting systems. The second part
analyzes how these systems impact the performance
of motorcycles. Finally, it provides a detailed
examination of the application of lighting systems and
their advantages from previous studies [5].
In conclusion, the study presents the following
research objectives:
Interpret the parameters in accordance with the
required regulations for conducting lighting tests
on motorcycles and tricycles, following ISO
11460:2007.
Implement the devices used in the lighting tests.
Analyze various cases and research on lighting
This research will focus on analyzing the degree of
compliance with the aforementioned requirement
according to ISO 11460 of the International
Organization for Standardization. It is important to
for this standard nor established tools to measure its
application.
2. METHOD
2.1.
[6]
It is a critical component of any motorcycle. Each
its location, size, and color depend on its intended
purpose. According to the regulations [7], the basic
requirements that must be considered include:
Headlight: Position and orientation. It can be
separate from the front light and may be installed
above, below, or to the sides of the front light, with
reference centers being symmetric with respect to
the longitudinal plane of the vehicle [8]. The lights
should be oriented forward.
Dipped Beam Light: Position and orientation.
It can be separate or reciprocal to the front light,
with installation above, below, or on each side of
the front light. If there are two dipped beam lights,
they must be incorporated in such a way that they
are symmetrical with respect to the vehicle’s
longitudinal plane. Their height should not be less
than 500 mm or more than 1200 mm from the
ground. The lights must be oriented forward.
Front Position Light: Position and orientation. Like
the previous lights, it can be separate or combined
with another front light. The height of the light with
respect to the ground should not be less than 350
mm or more than 1200 mm. The headlight beams
are oriented forward.
height should not be less than 300 mm or more than
900 mm from the ground. The orientation should be
perpendicular to the vehicle’s median longitudinal
plane and outward.
orientation. Its reference center should be oriented
to the vehicle’s median longitudinal plane. The
reference center should be symmetrical concerning
35
Noroña M., et al.
the longitudinal plane [9]. The height should not be
less than 250 mm or more than 900 mm above the
ground. The orientation should be backward.
Direction Indicator Lamp: Position, orientation,
intensity. Regarding the front indicators, they
must have a minimum separation of 240 mm.
They should be situated outside the tangential
longitudinal vertical planes relative to the outer
edges of the illuminating surface. If the intensity is
90 cd, the separation is 75 mm. If the intensity is
175, the separation is 40 mm. If the intensity is 250,
the separation is 20 mm. If the intensity is 400 cd,
the separation is 0 mm. As for orientation, the front
indicators move with the steering angle.
Brake Light: Position and orientation. Its height
should not be less than 250 mm or more than 1500
mm. The brake light should be positioned at the rear
of the vehicle. Concerning orientation, the lamps
should be oriented backward.
Rear Position Light: Position and orientation.
Rear Registration Plate Light: Position and
orientation. They should illuminate the space
reserved for the vehicle’s registration plate.
Emergency Light: Position and orientation.
They should match the signals provided by the
simultaneous operation of all direction indicators.
Front Fog Light: Position and orientation.
The reference center should be on the median
longitudinal plane of the vehicle or at the edge of
the illuminating surface, not more than 250 mm
away. Its height should not be less than 250 mm
above the ground. The fog light should be oriented
forward.
Rear Fog Light: Position and orientation.
[7].
The steps to be followed for each test are as follows:
- Evaluation of Parallel Lighting Devices to
the Roadway Support Plane [6]
a) With the help of a laser level, the motorcycle was
positioned perpendicular to the road surface on the
track.
b) The vehicle was supported on a stand.
c) The handlebar was positioned straight ahead.
d) It was ensured that the lighting units mounted
symmetrically on the median longitudinal plane had
condition.
Devices to the Vehicle’s Median Plane [3], [7]
a) The motorcycle or tricycles were positioned
perpendicular to the road surface on the track.
b) The vehicle was held on a stand.
c) The handlebars were set in the relevant position,
straight ahead.
- Evaluation of Headlights
a) Assess whether they are independent or mutually
incorporated.
b) Evaluate the arrangement of independent lights,
whether horizontally symmetrical with respect to
another headlight or vertically symmetrical in the
longitudinal plane compared to another headlight.
c) In case of horizontal arrangement, the distance
between the two headlights should not exceed 200
mm.
d) The main headlight’s height should not be less
than 500 mm or more than 1300 mm above the
ground.
e) The maximum height above the ground is
measured from the highest point, and the minimum
height is measured from the lowest point of the
illuminating surface.
f) The front position lights must be oriented forward.
The lamps can move with the steering angle.
- Evaluation of Dipped Beam Lights
a) Assess whether they are independent or mutually
incorporated.
b) The height of the obliquely illuminated headlight
should not be less than 500 mm or more than 1200
mm.
c) The maximum height above the ground should be
measured from the highest point, and the minimum
height should be measured from the lowest point of
the illuminating surface.
d) The separation between the two headlights should
not exceed 200 mm.
e) The front position lights must be oriented forward.
The lamps can move with the steering angle.
f) Record the color and the number of lights on the
vehicle.
- Evaluation of Front Position Lights
a) Assess whether they are independent or mutually
incorporated.
b) A front position light can be independent or
combined with another front light.
c) The height of a front position light should not be
less than 350 mm or more than 1200 mm above the
ground.
36
Implementation of the lighting test for the homologation of motorcycles and tricycles according to the ISO 11460:2007 standard
d) The maximum height above the ground should be
measured from the highest point, and the minimum
height should be measured from the lowest point of
the illuminating surface.
e) Front position lights should be oriented forward.
The lamps can move with the steering angle.
f) Record the color and the number of lights on the
vehicle.
should not be less than 300 mm or more than 900
mm above the ground.
c) The maximum height above the ground should be
measured from the highest point, and the minimum
height should be measured from the lowest point of
the illuminating surface.
d) Regarding length, the position of the lateral
hidden by the rider, passenger, or their clothing
under normal circumstances.
device should be perpendicular to the vehicle’s
median longitudinal plane and directed outward. It
can move with the steering angle.
f) Record the color and the number of lights on the
vehicle.
[3], [7]
a) For motorcycles equipped with a rear
be on the longitudinal plane of the vehicle’s central
axis.
devices, they should be mounted so that their
reference centers are symmetrical with respect to
the vehicle’s median longitudinal plane.
not be less than 250 mm or more than 900 mm
above the ground.
backward.
e) Record the color and the number of lights on the
vehicle.
- Evaluation of Direction Indicator Lamps
a) Regarding width, the direction indicator
lamps should meet the following requirements as
applicable.
b) The separation between the two direction
indicators should be at least 240 mm.
c) The indicator should be located outside the
longitudinal vertical plane tangent to the outer edge
of the illuminating surface of the dipped beam light.
d) In the case of rear indicators, the space between
the inner edges of the two illuminating surfaces
should be at least 180 mm.
e) The height of the direction indicators should not
be less than 350 mm or more than 1200 mm above
the ground.
f) Regarding length, the distance forward from the
reference center of the rear indicator to the transverse
plane forming the rear limit of the vehicle’s total
length should not exceed 300 mm.
g) The front indicator can move with the steering
angle.
- Evaluation of Brake Lights
a) The height of the brake lights should not be less
than 250 mm or more than 1500 mm.
b) In length, the brake light should be located at the
rear of the vehicle.
c) Parking lights should be oriented backward.
d) Record the color and the number of lights on the
vehicle.
- Evaluation of Rear Position Lights [10]
a) The height of the parking lights should not be
less than 250 mm or more than 1500 mm.
b) In length, the brake light should be located at the
rear of the vehicle.
c) Parking lights should be oriented backward.
d) Record the color and the number of lights on the
vehicle.
- Evaluation of Registration Plate Light
The rear registration plate light should be positioned
and oriented to illuminate the space designated for
the registration plate.
Evaluation of Emergency Light
The location and direction of the emergency
light should be the same as that provided by the
simultaneous operation of all direction indicators.
- Evaluation of Front Fog Lights
a) Regarding width, the reference core of the fog
light should be on the vehicle’s longitudinal axis or
no more than 250 mm from the nearest illuminating
surface edge in that plane.
b) The height of the front fog lights should not be less
than 250 mm above the ground. The illuminating
surface point should not be higher than the highest
point of the dipped beam light illuminating surface.
c) The front fog lights should be oriented forward.
The lamps can move with the steering angle.
37
Noroña M., et al.
d) Record the color.
- Evaluation of Rear Fog Light
a) The length of the rear fog light should not be less
than 250 mm or more than 900 mm.
b) In extension, a rear fog light should be installed
at the rear of the vehicle.
c) The proximity between the illuminated part of
the rear fog light and the rear parking light should
not be less than 100 mm.
d) The rear fog lights should be oriented backward.
e) Record the color.
- Assessment of the Luminous Intensity of
Lighting Equipment [6]
a) Position the device in front of the lighting
equipment to be analyzed.
b) Try to maintain a maximum distance of 100 mm
from the headlight.
c) Raise or lower the device until the maximum
d) Record the estimated values in an appropriate
format.
3. RESULTS
After conducting each of the evaluations and
obtaining the results, we proceeded with the
assessment reports, with the following results:
Motorcycle 1, based on the parameters indicated
in the relevant standard, has independent road
lights, position lights, and dipped beam lights, with
lighting devices parallel to the roadway support
plane.
However, it does not meet the requirements for side
lights based on its model and characteristics.
It has incorporated lights, with its main headlights
being independent and its position, located in the
center.
The turn signals and emergency lights are
positioned at 400 mm, which is within the
applicable range, as the minimum requirement is
240 mm. Additionally, the height of these lights is
and fog lights do not meet the requirements based
on their type and characteristics.
the relevant standard, features road lights, position
lights, and dipped beam lights that are mutually
incorporated, each at a height of 980 mm. The
lighting devices are parallel to the roadway support
plane.
However, like the previous cases, it does not meet
fog lights, and emergency lights based on its
reference.
Finally, Motorcycle 5 features road lights and
dipped beam lights that are mutually incorporated at
a height of 970 mm. The position lights at a height
of 890 mm are independent and arranged one above
the other with symmetry concerning the median
longitudinal plane.
The turn signals and emergency lights are positioned
at 430 mm, which is within the applicable range,
with a height of 9300 mm.
lights do not meet the requirements based on their
reference.
3.1. Discussion
requirements for motorcycle lighting, addressing
the position, orientation, and height of both the
headlight and the low beam. These parameters seek
to ensure adequate visibility and symmetry in the
arrangement of the lights. In contrast, studies in the
United States reveal that many motorcycle accidents
involve drivers who do not perceive motorcycles,
especially at night, highlighting the importance of
Experiments showed that during the day, a large
headlamp or daytime running lights improve
visibility, while at night, a large headlamp, and
conclusion is that Ecuadorian regulations and
lighting recommendations derived from studies in
38
Implementation of the lighting test for the homologation of motorcycles and tricycles according to the ISO 11460:2007 standard
Figure 1.
Evaluation Test Report for Motorcycle
Figure 2.
Evaluation Test Report for Motorcycle 2
Ye ar 2019 India
Displaceme
155CC
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation Position
5, Specific requirements (ISO 11460:2007 standard)
Data collected from the trial
Absence of devices in the vehicle
1070mm
75
40
-
Measured value in (lux)
Calculated value in (cd)
Position and orientation
4.6 This national standard defines the position of the following lighting and signaling devices: - High beam (see 5.1); - Low beam (see 5.2); - Front position light (see 5.3); - Side retro-reflective
device (see 5.3); see 5.4);- Rear retro-reflective device (see 5.5);- Direction indicator light (see 5.6);- Brake light (see 5.7);- Rear position light (see 5.8);- Rear license plate light (see 5.9 );-
Emergency light (5.10);- Front fog light (see 5.11);- Rear fog light (see 5.12).
Rear direction indicator
lamp
Backward
750mm
Rear of the vehicle
Backward
Backward
310mm
Position
200mm
Retro-reflective
device
Position
It must illuminate the space reserved
for the license plate
Illuminates the space reserved for the license plate
Position and orientation same as
direction indicator lights
400
and rear
position lamp
Orientation
Height (between 350 mm to 1200
mm)
790mm
Forward
Forward
Position
Independent light arrangement
(Lights on top of each other)
(Lights sid e by side) - symmetrical
in relatio n to the median
longitudinal plane of the vehicle
Lights on top of each other
(below): in the median longitudinal
plane of the vehicle
Symmetry in independent lights
(Between high beam, low beam
and position light with the median
plane)
Position
Front direction indicator lamp
-
42,1
20
-
0
-
Distance from the center of light to the
transverse plane, from the rear limit of
the vehicle (max. 300 mm)
120mm
Forward
250 - 399
-
-
-
Minimum direction indicator intensity
(cd)
Minimum direction
indicator intensity (lux)
Minimum direction
indicator intensity (cd)
90 - 174
175 - 249
Measurement distance between the evaluated light and the device (m)
1,2
Distance between direction lights (min.
180 mm)
Forward
-
-
60,624
Symmetrical with the median
longitudinal plane of the vehicle
5.6.1.1.1 Table 1 - Minimum intensity of the direction indicator light and corresponding minimum separation distance with the nearest low beam
Backward
Backward
reflective device
In median
longitudinal plane
Height (between
250 mm to 900
In median longitudinal plane
530mm
Late ral re tro-
reflective
device
Position and Orientation
Height (between 250 mm to 1500 mm)
Location (rear of vehicle)
Backward
Height (between 350 mm to 1200 mm)
Orientation
Rear
catadioptric
device
Independent or reciprocally
incorporated
Independent
880mm
Forward
Reciprocally incorporated
Center of reference to the median plane
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference
to the median plane)
Height (between 500 mm to 1200
mm)
Position
Forward
880mm
Forward
Height (between 500 mm to 1300
mm)
Position
Data required by ISO 11460:2007 standard
Distance between direction lights (min.
COMPARISON OF DATA OBTAINED FROM THE MOTORCYCLE LIGHTING TEST ACCORDING TO THE ISO 11460:2007 STANDARD
Country of origin
Independent or reciprocally
incorporated
Forward
Independent or reciprocally
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference
to the median plane)
Reciprocally incorporated
Center of reference to the median plane
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle
testing
Data obtained from motorcycle testing
Motorcycle Data 1
190
Beam
330mm
Location (do not obstruct outer edges
of low beam headlights)
Does not obstruct the outer edges of the low
beam headlights
Height (between 350 mm to 1200 mm)
Minimum separation distance from
headlights (mm)
Minimum separation distance from headlights
(mm)
Ye a r 2018 China
Displace m
ent
248cc
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
5, Specific requirements (ISO 11460:2007 standard)
Data collected from the trial
Absence of devices in the vehicle
Measured value in (lux)
Calculated value in (cd)
It must illuminate the space reserved for the
license plate
Illuminates the space reserved for the license plate
Height (between 250 mm
to 900 mm)
800mm
Position and orientation same as direction
indicator lights
Has emergency light
Backward
Backward
Re ar
catadioptric
device
Position
In median lo ngitudinal
plane
In median lo ngitudinal plane
Position and orientation
4.6 This national standard defines the position of the following lighting and signaling devices: - High beam (see 5.1); - Low beam (see 5.2); - Front position light (see 5.3); - Side retro-reflective device (see 5.3); see
5.4);- Rear retro-reflective device (see 5.5);- Direction indicator light (see 5.6);- Brake light (see 5.7);- Rear position light (see 5.8);- Rear license plate light (see 5.9 );- Emergency light (5.10);- Front fog light (see
5.11);- Rear fog light (see 5.12).
5.6.1.1.1 Table 1 - Minimum intensity of the direction indicator light and corresponding minimum separation distance with the nearest low beam
Forward
Forward
Retro-reflective
device
Late ral re tro-
reflective
device
Position and Orientation
reflective device
Orientation
Height (between 350 mm to 1200 mm)
150mm
Height (between 350 mm to 1200
mm)
810mm
Backward
Backward
rear position
lamp
Position
Height (between 250 mm to 1500 mm)
940mm
Position
Location (rear of vehicle)
Rear of the vehicle
Orientation
Backward
Backward
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Does not apply
Rear direction indicator
lamp
Position
Distance between direction lights (min. 180
mm)
260mm
Distance from the center of light to the
transverse plane, from the rear limit of the
vehic le (max. 300 mm)
210mm
Symmetry in independent lights
(Between high beam, low beam and
positio n light with the med ia n plane)
Symmetrical with the median
longitudinal plane of the vehicle
96,768
175 - 249
-
-
Independent light arrangement (Lights
on top of each other) (Lights side by
side) - symme trical in relation to the
median longitudina l p la ne of the ve hicle
Lights s id e b y side: in the me d ian
longitudinal plane of the vehicle
250 - 399
-
-
400
Independent or reciprocally
incorporated
Independent
90 - 174
67,2
-
-
Forward
Forward
75
210mm
1,2
Forward
Forward
Minimum d irection indicator intensity (cd)
Minimum d irection
indicator intensity (lux)
Minimum d irection
indicator intensity (cd)
40
-
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Center of reference to the median plane
20
-
0
-
Measurement distance between the evaluated light and the device (m)
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Center of reference to the median plane
Location (do not obstruct outer edges of low
beam headlights)
Does not obstruct the outer edges of the low beam
headlights
Height (between 350 mm to 1200 mm)
760mm
Position
Independent or reciprocally
Reciprocally incorporated
Front direction indicator lamp
Position
Height (between 500 mm to 1300
mm)
850mm
Height (between 500 mm to 1200
mm)
850mm
Minimum separation d is tanc e fro m headlights
(mm)
Minimum separation d is tanc e fro m headlights (mm)
Forward
Forward
Beam
Position
Independent or reciprocally
incorporated
Reciprocally incorporated
COMPARISON OF DATA OBTAINED FROM THE MOTORCYCLE LIGHTING TEST ACCORDING TO THE ISO 11460:2007 STANDARD
Motorcycle Facts 2
Country of origin
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle
testing
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle testing
Distance between direction lights (min. 240
400mm
39
Noroña M., et al.
Figure 3.
Evaluation Test Report for Motorcycle 3
Figure 4.
Evaluation Test Report for Motorcycle 4
Ye a r 2018 Ecuador
Displacem
ent
198cc
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
5, Specific requirements (ISO 11460:2007 standard)
Data collected from the trial
Absence of devices in the vehicle
Measured value in (lux)
Calculated value in (cd)
Position and orientation
4.6 This national standard defines the position of the following lighting and signaling devices: - High beam (see 5.1); - Low beam (see 5.2); - Front position light (see 5.3); - Side retro-reflective device
(see 5.3); see 5.4);- Rear retro-reflective device (see 5.5);- Direction indicator light (see 5.6);- Brake light (see 5.7);- Rear position light (see 5.8);- Rear license plate light (see 5.9 );- Emergency light
(5.10);- Front fog light (see 5.11);- Rear fog light (see 5.12).
Rear direction
indicator lamp
Backward
Rear of the vehicle
Backward
Backward
Orientation
Re ar
catadioptric
device
260mm
Minimum directio n
indicator intensity (lux)
Minimum directio n
indicator intensity (cd)
90 - 174
175 - 249
250 - 399
-
375mm
Distance from the center of light to the
transverse plane, from the rear limit of
the vehicle (max. 30 0 mm)
Location (do not obstruct outer edges
of low beam headlights)
Does not obstruct the outer edges of the low beam
headlights
Height (between 350 mm to 1200 mm)
995mm
Retro-reflective
device
Position
It must illuminate the space reserved
for the license plate
Illuminates the space reserved for the license plate
Position and orientation same as
direction indicator lights
Orientation
Country of origin
Forward
Location (rear of vehicle)
Measurement distance between the evaluated light and the device (m)
Minimum separation distance from
headlights (mm)
Minimum separation distance from headlights (mm)
20
-
0
-
75
40
210
1,2
Backward
Height (between 350 mm to 1200 mm)
Distance between direction lights (min.
180 mm)
Forward
-
-
290mm
Position
200mm
Position
Data obtained from motorcycle testing
Height (between 500 mm to 1300
Position
Forward
Independent or reciprocally
incorporated
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Reciprocally incorporated
Center of reference to the median plane
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle
testing
Data required by ISO 11460:2007 standard
Distance between direction lights (min.
240 mm)
Front direction indicator lamp
-
35,6
51,264
-
-
-
400
Independent or reciprocally
incorporated
Reciprocally incorporated
Height (between 500 mm to 1200
Forward
980mm
980mm
Forward
Reciprocally incorporated
Center of reference to the median plane
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
5.6.1.1.1 Table 1 - Minimum intensity of the direction indicator light and corresponding minimum separation distance with the nearest low beam
Backward
Backward
reflective device
In med ian lo ngitudinal
plane
Height (between 250 mm
to 900 mm)
In med ian lo ngitudinal pla ne
630mm
Late ral retro-
reflective
device
Position and Orientation
Minimum directio n indicator intensity
(cd)
COMPARISON OF DATA OBTAINED FROM THE MOTORCYCLE LIGHTING TEST ACCORDING TO THE ISO 11460:2007 STANDARD
rear position
lamp
Position
Height (between 250 mm to 1500 mm)
900mm
Forward
Independent or reciprocally
incorporated
Independent light arrangement (Lights
on top of each other) (Lights side by
side) - symmetrical in relation to the
median longitud inal plane of the ve hicle
Does not apply
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Center of reference to the median plane
Beam
Position
Motorcycle Facts 3
Height (between 350 mm to 1200
mm)
980mm
Forward
Forward
Position
Symmetry in independent lights
(Between high beam, low beam and
positio n light with the media n plane)
Does not apply
Ye a r 2018 Co lombia
Displacem
248cc
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
5, Specific requirements (ISO 11460:2007 standard)
Data collected from the trial
Absence of devices in the vehicle
Measured value in (lux)
Calculated value in (cd)
It must illuminate the space reserved for
the license plate
Illuminates the space reserved for the license plate
Height (between 250 mm
to 900 mm)
785mm
Position and orientation same as
direction indic ator lights
Backward
Backward
Re ar
catadioptric
device
Position
In med ian longitud inal
plane
In med ian longitud inal plane
Position and orientation
4.6 This national standard defines the position of the following lighting and signaling devices: - High beam (see 5.1); - Low beam (see 5.2); - Front position light (see 5.3); - Side retro-reflective device (see 5.3);
see 5.4);- Rear retro-reflective device (see 5.5);- Direction indicator light (see 5.6);- Brake light (see 5.7);- Rear position light (see 5.8);- Rear license plate light (see 5.9 );- Emergency light (5.10);- Front fog light
(see 5.11);- Rear fog light (see 5.12).
5.6.1.1.1 Table 1 - Minimum intensity of the direction indicator light and corresponding minimum separation distance with the nearest low beam
Forward
Forward
Retro-reflective
device
Late ral re tro-
reflective
device
Position and Orientation
reflective device
Orientation
Height (between 350 mm to 1200 mm)
830mm
Height (between 350 mm to 1200
mm)
890mm
Backward
Backward
and rear
position
lamp
Position
Height (between 250 mm to 1500 mm)
870mm
Position
Location (rear of vehicle)
Rear of the vehicle
Orientation
Backward
Backward
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Does not apply
Rear direction
indicator lamp
Position
Distance between direction lights (min.
180 mm)
240mm
Distance from the center of light to the
transverse plane, from the rear limit of
the vehicle (max. 3 00 mm)
111mm
Symmetry in independent lights
(Between high beam, low beam and
position light with the median plane)
Symmetrical with the median
longitudinal plane of the vehicle
50,832
175 - 249
-
-
Independent light arrangement (Lights
on top of each other) (Lights side by
side) - symmetrical in relation to the
median longitudinal plane of the vehicle
Lights on top of each other (below): in
the median longitudinal plane of the
vehicle
250 - 399
-
-
400
Independent or reciprocally
incorporated
Independent
90 - 174
35,3
-
-
Forward
Forward
75
220mm
1,2
Forward
Forward
Minimum direc tion indicator intensity
(cd)
Minimum direc tion
indicator intensity (lux)
Minimum direc tion
indic ator intensity (cd)
40
-
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Center of reference to the median plane
20
-
0
-
Measurement distance between the evaluated light and the device (m)
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Center of reference to the median plane
Location (do not obstruct outer edges
of low b eam headlights)
Does not obstruct the outer edges of the low beam
headlights
Height (between 350 mm to 1200 mm)
840mm
Position
Independent or reciprocally
incorporated
Reciprocally incorporated
Front direction indicator lamp
Position
Height (between 500 mm to 1300
mm)
950mm
Height (between 500 mm to 1200
950mm
Minimum separatio n distance fro m
headlights (mm)
Minimum separatio n distance fro m headlights (mm)
Forward
Forward
Beam
Position
Independent or reciprocally
incorporated
Reciprocally incorporated
COMPARISON OF DATA OBTAINED FROM THE MOTORCYCLE LIGHTING TEST ACCORDING TO THE ISO 11460:2007 STANDARD
Motorcycle Facts 4
Country of origin
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle
testing
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle testing
Distance between direction lights (min.
240 mm)
430mm
40
Implementation of the lighting test for the homologation of motorcycles and tricycles according to the ISO 11460:2007 standard
the United States converge on the importance of
ensuring optimal visibility for motorcycles, both
In accordance with the sections required by
requirements, the number of motorcycles tested, the
lights. In addition, it was found that motorcycles
one and two were not equipped with emergency
lighting devices.
Analyzing several other research globally, we
motorcyclists in the U.S. highlighted the need to
assess road safety [12]. Despite accounting for only
about their safety in U.S. Road conditions. A study
using NCHRP data compared impact characteristics
between motorcycles, passenger vehicles, and
trucks, revealing similar angles of impact between
motorcycles and passenger vehicles. However, it
was evidenced that tractor-trailers have shallower
angles. In addition, motorcycles show troubling
trends, with a high propensity for rollover and
rider separation during events, signaling the need
to evaluate and improve motorcycle safety on U.S.
roads [12].
of the ISO 11460:2007 standard in motorcycle
Ye ar 2018 China
Displacem
198cc
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
Orientation
5, Specific requirements (ISO 11460:2007 standard)
Data collected from the trial
Absence of devices in the vehicle
Measured value in (lux)
Calculated value in (cd)
It must illuminate the space reserved
for the license plate
Illuminates the space reserved for the license plate
Height (between 250 mm
to 900 mm)
745mm
Position and orientation same as
direction indicator lights
Has emergency light
Backward
Backward
Rear
catadioptri
c device
Position
In median longitudinal
plane
In median longitudinal plane
Position and orientation
4.6 This national standard defines the position of the following lighting and signaling devices: - High beam (see 5.1); - Low beam (see 5.2); - Front position light (see 5.3); - Side retro-reflective device
(see 5.3); see 5.4);- Rear retro-reflective device (see 5.5);- Direction indicator light (see 5.6);- Brake light (see 5.7);- Rear position light (see 5.8);- Rear license plate light (see 5.9 );- Emergency light
(5.10);- Front fog light (see 5.11);- Rear fog light (see 5.12).
5.6.1.1.1 Table 1 - Minimum intensity of the direction indicator light and corresponding minimum separation distance with the nearest low beam
Forward
Forward
Retro-reflective
device
Lateral
retro-
reflective
device
Position and Orientation
reflective device
Orientation
Height (between 350 mm to 1200 mm)
190mm
Height (between 350 mm to 1200
mm)
890mm
Backward
Backward
rear position
lamp
Position
Height (between 250 mm to 1500 mm)
880mm
Position
Location (rear of vehicle)
Rear of the vehicle
Orientation
Backward
Backward
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Does not apply
Rear direction indicator
lamp
Position
Distance between direction lights (min.
180 mm)
335mm
Distance from the center of light to the
transverse plane, from the rear limit of
the vehicle (max. 300 mm)
280mm
Symmetry in independent lights
(Between high beam, low beam and
position light with the median plane)
Symmetrical with the median
longitudinal plane of the vehicle
101,52
175 - 249
-
-
Independent light arrangement (Lights
on top of each other) (Lights side by
side) - symmetrical in relation to the
median longitudinal plane of the vehicle
Lights on top of each other (below): in
the median longitudinal plane of the
vehicle
250 - 399
-
-
400
Independent or reciprocally
incorporated
Independent
90 - 174
70,5
-
-
Forward
Forward
75
200mm
1,2
Forward
Forward
Minimum direction indicator intensity
(cd)
Minimum direction
indicator intensity (lux)
Minimum direction
indicator intensity (cd)
40
-
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Center of reference to the median plane
20
-
0
-
Measurement distance between the evaluated light and the device (m)
Reciprocally incorporated light
arrangement (center of reference to the
median plane)
Center of reference to the median plane
Location (do not obstruct outer edges
of low beam headlights)
Does not obstruct the outer edges of the low beam
headlights
Height (between 350 mm to 1200 mm)
930mm
Position
Independent or reciprocally
Reciprocally incorporated
Front direction indicator lamp
Position
Height (between 500 mm to 1300
970mm
Height (between 500 mm to 1200
970mm
Minimum separation distance from
headlights (mm)
Minimum separation distance from headlights (mm)
Forward
Forward
Beam
Position
Independent or reciprocally
incorporated
Reciprocally incorporated
COMPARISON OF DATA OBTAINED FROM THE MOTORCYCLE LIGHTING TEST ACCORDING TO THE ISO 11460:2007 STANDARD
Motorcycle Facts 5
Country of origin
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle
testing
Data required by ISO 11460:2007 standard
Data obtained from motorcycle testing
Distance between direction lights (min.
370mm
Figure 5.
Evaluation Test Report for Motorcycle 5
41
Noroña M., et al.
compliance of the evaluated motorcycles with the
standard, highlighting the need to address these
issues to improve road safety in the country.
The study of the LONG (Longitudinal Oriented
Normative Time Gap compensation) concept
highlights an innovative lighting system for
motorcycles that seeks to improve visibility by
considering psychological and design factors [13].
Based on the hypothesis that motorcycles can be
perceived farther and slower than automobiles
due to their higher light placement and narrow
design, the LONG system distributes illumination
along a vertical axis. Evaluations in right-turn
scenarios showed that motorcycles equipped with
this system have visibility comparable to that of
cars [13]. Contrasting this innovative approach,
the ISO 11460:2007 standard for lighting tests
on motorcycles and tricycles stands out, which
The research proposes to analyze compliance with
this regulation in Ecuador, pointing out the lack of
application. This comparison underscores the need
to explore technologies such as the LONG system
and consider their implementation in the existing
regulatory framework to improve motorcycle riding
safety.
In Ecuador, the approval process for motorcycles
and tricycles, carried out by a conformity
assessment body and the National Transit Agency,
does not include mandatory lighting requirements,
as set out in the RTE INEN 136 1R “Motorcycles”
standard. This gap highlights the need for a physical
meet the noted standards. In contrast, in Malaysia,
motorcycles account for half of registered vehicles,
and despite their popularity, road accidents, mainly
involving motorcyclists, are a concern [14].
Safety technology in automobiles, such as the
anti-lock braking system (ABS), has proven to be
essential for occupant safety. In a study focused on
low-displacement motorcycles, braking distance and
stability were compared between motorcycles with
improving braking performance on low-displacement
motorcycles, highlighting the importance of
considering similar safety technologies in the context
regions [14].
4. CONCLUSIONS
In Ecuador, for motorcycles and tricycles to
be allowed in circulation, compliance with the
homologation process is needed. This process
is carried out through a conformity assessment
body and the National Transit Agency. It’s worth
mentioning that the lighting requirement is not
mandatory within the homologation process as
indicated in RTE INEN 136 1R “Motorcycles” -
Amendment 5.
It is evident that a physical evaluation of motorcycles
comply with the lighting device requirements
outlined in RTE INEN 136 1R “Motorcycles” since
standards.
their motorcycles. Regardless of the model, there are
original. Although many of these are marketed as
homologated, it’s not always the case, and in some
instances, this can lead to costly consequences
when they are not accepted during the respective
inspections. For these and other reasons, it’s
with the regulations to proceed with the respective
homologation [15], [16].
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Hazard Analysis and Risk Assessment of ISO
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42
Implementation of the lighting test for the homologation of motorcycles and tricycles according to the ISO 11460:2007 standard
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cles,» JSAE Trans, 2007.
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luminosidad mediante técnicas de adquisición
de datos y fotométricas para la determinación
diurna en los vehículos de la ciudad de Cuen-
ca,» Repositorio Institucional de la Universi-
dad Politécnica Salesiana, 2018.
[16] R. L. Burgos Castillo y A. Ramírez Mazzini,
«Factores de riesgo que inciden en los acci-
dentes de tránsito por el uso de motocicletas
en Guayaquil 2012-2013.,» 2015.
43
Noroña M., et al.
Appendix
Figure 6.
Analysis of Results from the Lighting Devices Test According to ISO 11460:2007 Standard
Year
Country-
Origin
Cylinder
capacity
Year
Country-
Origin
Cylinder
capacity
Year
Country-
Origin
Cylinder
capacit
y
Year
Country-
Origin
Cylinder
capacity
Year
Country-
Origin
Cylinder
capacity
2019
India 155 cc 2019 Ecuador 198 cc 2019 China 248 cc 2019 China 250 cc 2019 Colombia 645 cc
Headlight
Turn signal
Position Light
Lateral Catadioptric Device
Rear Catadioptric Device
Indicator Light for Direction
Indicator Light for Reverse
Brake Light and Position Light for Rear
License Plate Light
Emergency Light
Antifog Light
Specific Requirements of Normative 11460:2007
Quantity of Motorcycles Involved
Description of Motorcycles
Complies with the required standard
XDoes not comply with the required standard
Analysis of Results from the Lighting Devices Test According to ISO 11460:2007 Standard
Standard Requirement
Motorcycle 01
Motorcycle 02
Motorcycle 03
Motorcycle 04
Motorcycle 05
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
REVISTA INGENIO
Located in Quito
Determinación del Índice de Calidad del Agua para Evaluar la
Calidad del Agua del Río Monjas Ubicado en Quito
Suly Rodríguez1 1 Universidad Central del Ecuador UCE, Quito-Ecuador,
Oldrin Bonilla1 1 Universidad Central del Ecuador UCE, Quito-Ecuador,
1 1 Universidad Central del Ecuador UCE, Quito-Ecuador,
Gissella Duque1 1 Universidad Central del Ecuador UCE, Quito-Ecuador,
José Lara1 1 Universidad Central del Ecuador UCE, Quito-Ecuador,
Stalyn Pilaguano1 1 Universidad Central del Ecuador UCE, Quito-Ecuador,
Montserrat Rodríguez2 2 Universidad de Madrid UAM, Madrid-España,
Darwin Caina1 1 Universidad Central del Ecuador UCE, Quito-Ecuador,
https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i2.6737 pISSN 2588-0829
2024 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional vicedecanat.ng@uce.edu.ec
, (), -, . -
The study of water quality is important over time because it is an essential element for human beings, it
has been vital for their survival, territorial expansion, and socioeconomic development. The water of the
Monjas river present contamination issues, mainly due to human activities such as agriculture, animal
husbandry, and gray water discharges that alter their chemical, biological, and physical properties. The
purpose of this research is to evaluate whether the water conditions are suitable for agricultural use,
applying the Water Quality Index (WQI) methodology, which requires a study in the laboratory for fecal
coliforms, dissolved oxygen, pH, biological demand for oxygen, nitrates, phosphates, dissolved solids,
turbidity, and temperature. Samples were taken at six sampling points along the riverbed. Results were
de Ministerio de Ambiente), and FAO (The Food and Agriculture Organization of the United Nations)
environmental regulations. Higher values were obtained for fecal coliforms, and biochemical oxygen
demand that exceeded the maximum permissible limits with respect to the rest of the parameters exam-
ined. In this study, the WQI ranged from 26 to 50, classifying the water quality of the Monjas river as
unsuitable. It implies that it is not appropriate for agricultural use due to the contamination that it could
cause to the crops. The main reasons for this could rely on the presence of fecal matter of human, and
animal origin, fertilizers, pesticides, and household waste.
El estudio de la calidad del agua es importante a lo largo del tiempo debido a que es un elemento indis-
pensable para el ser humano, pues ha sido vital para su supervivencia, expansión territorial y desarrollo
socioeconómico. El agua del río Monjas presentan problemas de contaminación principalmente por
actividades humanas como la agricultura, la crianza de animales y las descargas de aguas grises que
alteran sus propiedades químicas, biológicas y físicas. El propósito de esta investigación es evaluar si
las condiciones del agua son óptimas para uso agrícola, aplicando la metodología del Índice de Calidad
de Agua (ICA) que requiere un estudio de laboratorio de coliformes fecales, oxígeno disuelto, pH, de-
manda biológica de oxígeno, nitratos, fosfatos, sólidos disueltos, turbidez y temperatura. Se tomaron
muestras en seis puntos de muestreo a lo largo del cauce cuyos resultados fueron comparados con los
resultados con la normativa ambiental TULSMA y la FAO. Se obtuvieron valores más altos para los
coliformes fecales y la demanda bioquímica de oxígeno, que superaron los límites máximos permisibles
uso agrícola por la contaminación que podría ocasionar en los cultivos. Los motivos principales de este
resultado podrían explicarse por la presencia de materia fecal de origen humano y animal, fertilizantes,
plaguicidas y residuos domiciliarios.
Received: 18/09/2023
Received aer review: 02/11/2023
Accepted: 10/04/2024
Published: 15/06/2024
M Water Quality Index, FAO, contami-
nation, Monjas river, water
Sistema meteorológico, Asistente del ho-
gar, Raspberry Pi, IoT.
45
Determination of the WQI Index to Evaluate the Water Quality of the Monjas River located in Quito
From what was mentioned above, there is not any
project in Quito city. It has an area of 4,235.2 km2,
national population. It is estimated that by 2022,
the population will grow to 2.8 million people, and
important basin in the city is the Guayllabamba
basin, formed by the Machángara, Monjas, and San
within the Distrito Metropolitano de Quito (DMQ).
contamination, being Monjas river one of the
water supply for the city. According to a study by
Campaña et al. [8], it has been determined that the
critical contamination the rivers in Quito has caused
that the water is not suitable for agricultural use,
In the last years, there has been a population
growth in the sectors of Pomasqui and San Antonio
de Pichincha. This has caused an increase in
waste generated that is thrown into streams and
state streams such as rivers. It turns them into an
infectious focus, generating major environmental
and health problems. Poor territorial planning has
the risk of landslides due to both the instability of
the soil and the growth of the Monjas river caused
by the rains. These problems have slowed down the
economic development in the neighborhoods in that
sector [8].
1.1 Locations of study
This study took place in the Monjas River located
in the city of Quito, during the month of December
2021. It covers an approximate area of 17.61
hectares, with an altitude of 2,342 meters [8]. It
empties from the Guayllabamba river and runs
throughout the city of Quito crossing sectors such
as San Antonio, Pomasqui, Cotocollao, Carcelén,
Cochabamba, La Pampa, and El Condado [15], as
depicted in Figura 1.
1. INTRODUCTION
The water is strongly related to the development
their settlements near areas with abundant water,
since it was the key to their survival, territorial
expansion, and socioeconomic development [1].
Moreover, since ancient times, it has been relevant
to acquire knowledge on monitoring, and control
of water quality for agricultural use, and human
consumption. To evaluate the status of water, there
the parameters that are analyzed and how they are
calculated [2].
Water resources both in Ecuador and around the
world satisfy several basic needs for all human
beings. This is the reason because water is exposed
to strict control measures. Moreover, according to
comes from hydraulic sources. Therefore, adequate,
and sustainable water management is of the utmost
importance.
The population growth together with the dizzying
pace of social, technological, and industrial
advances, have generated a critical need for
freshwater for various activities worldwide [1].
Therefore, the design of methods and mechanisms
to evaluate water quality is necessary nowadays.
The Water Quality Index (WQI) is one of these
tools to evaluate it. It is a tool for assessing the state
of water resources. R. K. Horton [4] was one of
into a single value some physical, chemical, and
biological factors.
The WQI is an elementary instrument in the
development of public policies, production activities,
and the evaluation of water resources. Fernández
and Solano [5] state that the WQI is represented by
values. In Ecuador, the use of the WQI method has
the Sangay National Park in 2013 [6], and other for
the determination and evaluation of the quality of
the water in the Chibunga river in 2014 [7].
46
Rodríguez S., et al.
2. METHODS
taking surface water samples. They are San José de
Morán (1), and Pomasquí (2), located in the parishes
of Calderón. Quishuar (3), and La Pampa(4), located
in the parishes of Pomasqui. Chaguar (5) and, La
Providencia (6), located in the parishes of San
Antonio. Table 1 shows the Universal Transverse
Mercator (UTM) coordinates for the selected places
or sampling points.
Table 1.
UTM coordinates of sampling locations
At point 1, the passage of a stream whose purpose
into the Monjas river, carrying with it residues from
agricultural activity. A large amount of organic
fertilizer was witnessed in the vicinity of the river,
belonging to the owners of crops, but also crops on
the banks of the hydrographic basin. In addition, the
inhabitants of the sector expressed concern since the
At point 2, there are many green areas contaminated
by plastic waste such as bags and bottles. In its
surroundings there are tourist sites, mainly the
“Granja del Tío Mario” whose crops have an
irrigation system that depends directly on the
Monjas river. In addition, at this point the breeding
of horses, goats, sheep, and cattle predominates, so
large tracts of land and the banks of the river are
heavily contaminated by excrement.
At point 3, the river is similarly contaminated by
plastic waste, tires, and glass. In addition, there
Figure 1.
Map of strategic points for water samples collection
47
Determination of the WQI Index to Evaluate the Water Quality of the Monjas River located in Quito
are agricultural and livestock activities in its
surroundings. The same ones that generate organic
waste such as animal excrements.
At point 4, there is a large amount of domestic waste,
mainly organic, such as fruit peels, vegetables, and
animal excrement, which generate a fetid odor that
causes discomfort among its residents.
At point 5, it was evidenced that part of its waters is
used for crops, Moreover, on the banks of the river
domestic, waste from anthropogenic activities was
found.
the generation of waste and contamination such as
Textile Vicuña, the Ruins of Catequilla, housing
complexes and several quarries of stone material
were found. At this point, the river separates a rural
area from an urban one, where land for agriculture,
nurseries and residences can be found. On the other
hand, on the riverbank, a large amount of construction
debris and plastic waste was visualized. In addition,
its smell resembles decomposing sludge. However,
even though it corresponds to a dry territory, some
native vegetation grows around it.
In this research, the water quality of the Monjas
river has been evaluated through the application
of the WQI index and the analysis of the following
parameters: fecal coliforms, dissolved oxygen (DO),
5),
nitrates, phosphates, dissolved solids, turbidity and
change of temperature. This evaluation will allow to
compare the results of each parameter with the FAO
Discharge of the Ministry of the Environment of
Ecuador in order to know the current state of the
river and to determine if its waters are suitable for
agriculture and irrigation of crops.
To calculate the WQI, the methodology proposed
by Brown (1970) is used, which is based on a
weights assigned to each evaluated parameter to
evaluate the water; This function is expressed
mathematically as follows:
Which:
Subi= variable subscript i,
Wi= subscript weighted weight i.
To determine the Subi values of each parameter, the
curves developed by NSF International Consumer
and by Fernández and Solano [5] were used. While
to classify the WQI, the ranges shown in Tables 2,
and Table 3 were used. The Wi values are standard
values and were taking from [32].
Table 2.
Relative weights for each WQI parameter
Table 3.
Qualitative classication “WQI
The methods used to analyze the water from the
Monjas river are detailed below:
2.1 Determination of nitrates by colorimetry
and cadmium reduction (APHA 4500 -E)
The APHA 4500 -E is an analytical chemical
method that uses cadmium granules processed
with copper sulfate and wrapped in a glass column
to reduce nitrate (NO3-) to nitrite (NO2-) (National
Environmental Methods Index, n.d.). The materials
used in this procedure were: a reduction column
with enough Cu-Cd granules to reach 18.5 cm in
length, and a colorimetric equipment (543 nm) or a
48
Rodríguez S., et al.
The main instruments required are a reduction column
and a colorimetric equipment, spectrophotometer or
The procedure begins with the treatment of the
sample, adjusting the pH to a value between 7 and
phosphoric acid and 10 g of sulfonamide) is added,
which colors a false red to the analyte, and 15
minutes after reduction, the absorbance is measured
at 543 nm using distilled water as blank [21].
Standard nitrate reagents are prepared, diluting
volumes of 0.5; 1.0; 2.0; 5.0, and 100 milliliters
100 ml. Finally, the calculation of the nitrate
concentration is obtained by means of a calibration
curve, by plotting the absorbance of the standards
as a function of the nitrate concentration (National
Environmental Methods Index, n.d.). Sample
standard curve. It is important to consider that there
are certain interferences in the result of the method,
of samples, oil and grease that coats the column,
among others [11].
In this method, ammonium molybdate together with
antimony and potassium tartrate react in an acid
medium with orthophosphate to form compounds
that are reduced to molybdenum blue, intensely
colored by ascorbic acid [27].
The materials used in this procedure were: acid-
washed glassware and colorimetric equipment
photometer (880 nm) [11].
The procedure begins with a treatment that consists
of pipetting 50 ml into a sterilized test tube with 0.05
ml of phenolphthalein indicator. If it turns red, a 5N
sulfuric acid solution is added dropwise to remove
the color [27]. After treatment, 8 ml of a combination
of reagents is added (50 ml of 5N sulfuric acid, 5
ml of 0.009M potassium antimony tartrate solution,
15 ml of 0.03M ammonium molybdate tetrahydrate
solution and 30 ml of 0.1M acid solution) and mix
thoroughly (American Public Health Association,
n.d.). It is necessary to correct the turbidity of
the sample in the case of highly colored water.
In the measurement and calculation process, the
individual calibration curves were prepared from a
series of standards. Next, the absorbance is plotted
as a function of the phosphorus concentration,
obtaining a linear graph (American Public Health
Association, n.d.). At least one phosphorus standard
is tested with each set of samples. Finally, the
amount of phosphates is acquired by stoichiometry
after calculating phosphorus, as shown in equation
(2).
2.3 Determination of total dissolved solids
2540 - C)
Wilder and Costa [29] indicated that to obtain real
data for the TDS parameter, the MEAGP - 37 APHA
2540 C method is used, which allows determining
values with a minimum error, thus avoiding human
errors when handling equipment and materials or
imprecision. of these. The materials to determine
In this methodology, it begins by heating the
residue-free evaporation dish at 180 °C ± 2 °C for 1
hour in an oven and then inserting it into a desiccator
until further use. With an analytical balance, the
weight of the evaporation plate or better known as a
crucible is recorded. Subsequently, the appropriate
sample volume was chosen with the purpose of
obtaining the amount of dry residue that is in the
range between 2.5 and 200 mg.
Using a magnetic stirrer, the sample was
2O
and continue suction for 3 minutes immediately
a respective evaporation plate that was previously
measured by its weight on the analytical balance
49
Determination of the WQI Index to Evaluate the Water Quality of the Monjas River located in Quito
and by means of the steam bath, evaporate all the
liquid. Dry in the oven at 180 ± 2< °C for one hour.
Finally, place in a desiccator until reaching room
temperature and weigh the dried sample for further
analysis [29]. Once the weight of the dry sample is
obtained, the TDS is calculated with the following
equation (3):
The MEAG -53 APHA 2130 – A method is carried
out by comparing the intensity of the light scattered
that scattered by a reference standard solution under
the same conditions [20]. This methodology is
based on the fact that if the sample presents a higher
intensity of scattered light, it has high turbidity
values.
Within the methodology, the authors Zhihui et al.
[31] indicate that turbidity be determined in situ
to avoid any type of interference and, if this is not
possible, samples should be stored for no more than
24 hours in a dark environment.
To start with the turbidity measurement, the
turbidimeter was calibrated following the
manufacturer’s or laboratory personnel’s
instructions. In this methodology there are two
types of measurements: To measure turbidity of
less than 40 NTU (Nephelometric Turbidity Unit),
so that the air bubbles disappear, once these bubbles
are no longer observed, the water is added to the
turbidimeter tube. Then immerse the tube in an
ultrasonic bath for approximately 1 to 2 seconds to
completely remove bubbles. Finally, the turbidity
value measured by the apparatus is observed. To
measure a turbidity of less than 40 NTU, the sample
is diluted with distilled water until it reaches a value
of 30 or 40 NTU and the turbidity of the original
sample is calculated based on the dilution factor,
added to a volume of sample and this manifested a
turbidity of 30 NTU, then the original sample was
180 NTU [20].
MEAG-15 (APHA 4500 B)
The MEAG-15 APHA 4500 method is based on
the process of determining the activity of hydrogen
ions in an aqueous solution by measuring with
a potentiometer that uses a reference electrode
together with a standard hydrogen electrode. The
pH of the sample is determined by extrapolation
[11].
In view of the problem of their use and the potential
for contamination of the hydrogen electrode,
electrodes made of glass are often used. The pH
presents a strong linear relationship with the
electromotive force (emf) originated in the electrode
system, this linear relationship can be described by
drawing the mean of the electromotive force against
values [31].
First, the potentiometric equipment is calibrated
following the manufacturer’s instructions, removing
the electrodes from the storage solution. Establish the
equilibrium between the two electrodes by stirring
the sample in order to ensure the homogeneity of
the solution; Stir slowly to decrease carbon dioxide
samples or those with high ionic strength, condition
the electrodes after the cleaning process, introducing
them into the sample for 1 min. Dry, immerse in a
fresh portion, and read the pH. When working with
to equilibrate the electrodes by immersing between
three or four sample portions [31].
08 (APHA 5210 - D)
The MEAG-08 APHA 5210 D method is based
on respirometric procedures, which directly
microorganisms existing in an environment rich in
air or oxygen found in a closed container at constant
temperature and agitation (American Public Health
Association, n.d.).
According to Guzman and Perea [17], respirometry
measures oxygen consumption continuously
50
Rodríguez S., et al.
over time. They are useful for evaluating the
amounts of toxic compounds on the oxygen uptake
reaction of a test wastewater or organic chemical.
To start the measurement, the equipment is calibrated
following the manufacturer’s instructions. Next, the
sample is prepared, which goes through a process
of homogenization, pH adjustment, dechlorination
(total elimination of chlorine). If the sample
contains toxic substances, a treatment will have to
be carried out to eliminate said substances and make
an adjustment. of temperature, it should be at 1°C.
Then, a solution of the sample is carried out with
distilled water, adding adequate quantity that brings
prepared sample goes through nutrient and mineral
addition processes for a subsequent inhibition of
20°C or another suitable temperature [13].
2.7 Determination of fecal coliforms 9215
enzyme substrate
The MEAG-60 APHA 9215 E method is based
on the use of bacteria and their respective color
fermentation of lactose, which produces and forms
in the degree of generation and maintenance of
metallic luminosity among coliform strains. On the
other hand, the dissimilarity in the choice of the
correct indicator is not considered critical to change
its importance for public health [30].
size: The sample selection criteria will be governed
by the number of bacteria needed, the sample size
will be limited only by the level of proliferation
of other contaminants of non-coliform origin and
turbidity in Water. For regulatory purposes, 100 ml
or undiluted, depending on the desired bacterial
density. “When less than 10 mL of sample (diluted
10 ml of sterile dilution water to the funnel prior to
dilution. This increase in the volume of water helps
the uniform dispersion of the bacterial suspension
sample on the previously sterilized high porosity
plate. Carefully place the necessary funnel over
in the corresponding place. Under partial vacuum
proceed to wash the inside of the funnel with
approximately 30 ml, thus avoiding losses and
alterations. Alternatively, rinse the funnel with
a stream of sterile dilution water from a squeeze
bottle. Contamination produced by entrainment
is eliminated thanks to rinsing. At the end of the
vacuum, and the funnel is unlocked and removed
with sterile tongs and placed in the middle, it is
done with rotating movements and circular so that
no trace of air remains inside [30].
or other optical device, preferably with a
optimum display of brightness. The typical set of
coliform bacteria is a deep pink color that has a
metallic-like surface sheen. Count both typical and
atypical coliform colonies. Occasionally, typical
bright colonies may be produced by non-coliform
organisms and atypical colonies (deep pink
check all typical and atypical coliform colony types.
Depending on the need and the type of sample,
laboratories can incorporate stricter measures that
allow the evaluation of water quality [30].
Finally, the following equation (4) is applied to
51
Determination of the WQI Index to Evaluate the Water Quality of the Monjas River located in Quito
to the WQI value. This same process is carried out
for the six sampling points.
The following example details the WQI
•
for example, fecal coliforms (FC), which has a
value of W
=
shown in Table 2.
•
For the calculation of the value of Sub
i
, there are
two possible resolution cases:
Case 1: In the biochemical oxygen demand
process (BOD5), the Sub3
from Figure 3. First, the value of the measure
-
ment of the parameter is located on the “x” axis
of the graph., BOD5=28ppm, it is interpolated
with the “y” axis obtaining the value of the sub-
script of the parameter, Sub3=5.46.
Case 2: The value of Subi
Figure 4. Regarding fecal coliforms (FC), there
-
terpolation is not carried out, since it meets the
conditions proposed by the author that are locat-
ed in the notes section at the bottom of the im-
age, which indicate that for a FC value greater
than 105, the Subi result corresponds to 3.
•
Then, the following multiplication is performed:
W1*Sub1(0.15*3), whose result was 0.45.
• The process is repeated for the remaining 8 wa-
ter quality parameters from point 1.
•
Once the products (W1*Sub1) for the nine pa-
-
ly obtaining the sum of all the values resulting
from said operation, as indicated below:
Finally, the value obtained from the WQI is
proposed in Table 3. In this case, point 1 located in
Calderón has unsuitable water quality.
2.8 Determination of dissolved oxygen by
using a membrane electrode (4500-O-G)
According to laboratory analysis, for the respective
continuous analysis of Dissolved Oxygen (DO),
membrane electrodes are very useful, which are
used in cultures of various bacteria, including the
BOD5 test and are excellent for evaluating and
determine water with polluting loads, as well as
are used, which must be sensitive to the type of
oxygen, either galvanic or polarographic, which are
made up of two solid metal electrodes. This type of
permeability of the membrane [11].
The procedure begins with the respective calibration
chloride, making sure that the marker indicates
zero in DO. For the measurement of DO, the
water samples are placed in beakers and, by using
the membrane electrodes, the level of Dissolved
Oxygen that the problem water has is determined,
providing the appropriate amount of sample on the
surface of the membrane, so as not to exceed the
margin of error [11].
For the calculation of the WQI index, Equation
1 is required, corresponding to the methodology
described by Sánchez (2018). The Wi components
that correspond to the weight units for each water
in Table 2.
The Subi parameter is obtained from the standard
graphs described in Figures 2. Interpolating the
abscissa axis that corresponds to the concentration
of the parameter, with the ordinate axis that indicates
the value.
Subsequently, the product Wi* Subi is obtained for
fecal coliforms, pH, BOD5, nitrates, phosphates,
temperature, turbidity, total dissolved solids, and
nine parameters analyzed, whose result corresponds
52
Rodríguez S., et al.
Figure 2.
Evaluation of water quality according
to the parameters of WQI
Figure 3.
Evaluation of for BOD5 parameter
according to WQI
53
Determination of the WQI Index to Evaluate the Water Quality of the Monjas River located in Quito
Figure 4.
Evaluation of for the parameter Fecal
Coliforms according to WQI
3. RESULTS
In this research project, an analysis of the quality
of the water samples from the Monjas river was
carried out. The laboratory parameters measured in
the water samples taken from the 6 sampling points
are presented in Table 4.
Within the fecal coliforms found in the collected
samples, the mean was 1.10E+06 ± DE 1.49E+06
NMP/100 ml. There is an extreme value at point 5
corresponding to Chaguar with a quantity of fecal
coliforms that reaches 4.14E+06 NMP/100 ml. On
the other hand, at point 2 the lowest levels were found
with 456 900 NMP/100 ml. In relation to dissolved
oxygen, the lowest saturation percentage was
detected at point 2 as well, and the highest at point 6
laboratory parameter presented a mean of 41.95 ±
SD 19.49. In relation to pH, the mean was 7.82 ±
SD 0.06. The value with the highest frequency was
a pH of 7.87, which corresponds to the sample from
point 2, followed by a pH of 7.86 from point 2, and
a pH of 7.85 from points 3 and 4. In general, the
values pH values were found in a range of 7.71 to
7.87, within accepted limits of normality (between
6.5 and 8.4) [9].
Regarding the biochemical oxygen demand, the
lowest value was found at point 6 (San Antonio).
between 20 mg/l and 35 mg/l with a mean of 28.67
± SD 5.28 g/dl. In relation to nitrates, the mean
of the measured values was less than 0.3 mg/l at
all sampling points; the mean level of phosphates
mg/l. With measured values of 5.57 mg/l and 7.27
mg/l, respectively, the lowest phosphate levels were
measured at point 6, and the highest at point 1. The
mean dissolved solids measured in the samples was
273.17 ± SD 16.19 mg/l. The lowest value was
determined at point 6, and the maximum value at
point 1 with 250 mg/l and 296 mg/l respectively.
Furthermore, turbidity varied between < 5 NTU and
6 NTU in the samples obtained. The sampling point
with the highest turbidity was point 2 with a value
of 6 NTU, while the one with the lowest turbidity
was found at points 1, 4, 5 and 6 with an NTU value
of less than 5. Finally, the mean temperature at the
sampling points was 18.31 ± SD 0.83 ºC. The range
of this parameter oscillated between 17.8ºC and 20
ºC; the lowest corresponded to point 4, while the
Next, the physical-chemical parameters measured
Ministry of the Environment of Ecuador (MAE)
and the Food and Agriculture Organization of the
United Nations (FAO) (Table 5) are compared
within of environmental quality standards and
water use for anthropological activities. The values
corresponding to fecal coliforms exceeded the
maximum recommended limit, in addition, the
dissolved oxygen saturation percentage was lower
than stipulated. The rest of the parameters were
adjusted to the limits considered for its consumption
as a water resource for irrigation.
Table 5.
Table 4.
Determination of laboratory parameters for WQI
54
Rodríguez S., et al.
- No data.
the Environment of Ecuador (2).
Table 6 (Exhibit Table 6) shows the WQI result
values for the study in the Monjas river. The mean
of the WQI is 42 with a range between 36.38 and
49.09. The lowest value of WQI corresponded to
point 4, while the highest was found at point 6.
According to the obtained values in this study, the
water quality is unsuitable.
The results obtained from each parameter were
compared with the Environmental Quality and
of the Environment of Ecuador and the FAO for
agricultural use, where it was determined that the
waters of the Monjas river are not suitable for
irrigating crops without a previous treatment. Since
the analyzes of the laboratory samples and the
values obtained from the WQI index were between
26 and 50, which corresponds to an unsuitable water
quality. It could cause contamination in the crops
due to water contaminated by fecal matter from
human and animal origin, fertilizers, pesticides, and
household waste.
According to the data obtained, the average pH is
7.82. This value is accepted in the water regulation
index for agricultural and irrigation purposes.
However, it is important to mention that point 2
turned out to be the maximum pH value with 7.87,
which tends to be closer to becoming a basic pH.
According to Caho and López [2], the progressive
increase of this parameter throughout the sampled
points is due to mine drainage, wastewater
discharges, and atmospheric sedimentation caused
by industries located near the Monjas river.
Point 6 had a value of 20 ºC, being the maximum of
the sampled points, this increase in temperature is
attributed to the residual water from the production
processes of the “Vicuña” textile company. In
addition, a strong smell of drainage was detected
which, according to Valencia et al. [28], generally
In addition, it enhances the development of
microorganisms.
The BOD5 varies between 20 mg/L and 31 mg/L,
Discharge. Park and Lee [14] states that BOD5 is
an indicator of the organic matter contained, this
includes solids from anthropogenic activity, the
plant and animal kingdom. The Monjas river has
point 3. This leads to the river presenting pollution
problems related to anthropogenic, livestock and
agricultural activity that takes place near the river.
In the case of dissolved oxygen (DO), Rubio et al.
[25] pointed out that the levels of this parameter
depend on the time it is exposed to in the sun, since
plants capture CO2 during the day, converting it into
oxygen. On the other hand, authors such as Hernández
et al. [18] report that the DO depends on the depth,
that is, that at a greater depth its concentration
decreases and in turn the environmental conditions
temperatures there will be lower concentrations.
In the results of the DO analysis (Table 5) it was
Table 5.
Comparison of the minimum and maximum water quality limits dened by the FAO and the MAE
55
Determination of the WQI Index to Evaluate the Water Quality of the Monjas River located in Quito
observed that the lowest percentage of saturation
In general, the DO values at the six points were
below the permissible limit, which is greater than
regulations. The low DO content in the cause is due
to anthropic activities (deforestation, agriculture,
sports, among others) practiced on the banks of the
Monjas river [2]. Therefore, when analyzing this
parameter, it is inferred that there is no natural life
along the river, and it is not suitable for agricultural
use.
Regarding the phosphate parameter, the results
show that its concentration has a negative trend as
the sampling points go north, which means that in
the most populated areas such as point 1, point 2, and
point 3 show a higher concentration of phosphates.
Although none of the six sampling points exceeded
the permissible limit (Table 5). According to Aldana
and Zacarias [24] the presence of chemicals such as
detergents and fertilizers. In addition to anthropic
activities such as agriculture and domestic and/
or industrial discharges, they contribute to the
existence of phosphates in the Monjas river. In
addition, as stated by Caho and López [2], the
growth of plant organisms is considerably lower
when dissolved oxygen has low concentrations,
consequently, phosphorus levels increase in the
water as evidenced in Table 4.
Total dissolved solids values range from 250 mg/L
to 296 mg/L, with the points with the highest
concentration of this parameter being points 1
and point 4. Based on Gutiérrez [6], the high
concentrations of dissolved solids are caused due
to the transport of anthropogenic pollutants caused
mainly by the existing erosion on the banks of the
Monjas river and the dumping of solid waste.
Turbidity, according to Clesceri, Greenberg and
Trussell (1992), refers to the low transparency
present in water due to the presence of suspended
particles. When referring to this factor in
agricultural activities and irrigation, it is compared
with the permissible limit of freshwater turbidity,
which, according to the Standard for Environmental
value corresponding to anthropogenic activities
with a maximum permissible limit of 100 NTU,
so when analyzing the values obtained from the
6 sampling points, an average of 5.25 NTU was
obtained, being within the permissible range.
The presence of Nitrates in the Monjas river is
constant (<0.3 mg/L) this value is within the
permissible limits of the Environmental Quality and
is that according to Litter et al. (2009). It is more
compared to surface waters, varying according to
For fecal coliforms (FC), ecuadorian legislation
shows that the permitted value of FC in agricultural
activities is between 0 and 600 NMP/1000ml of
water [9]. In this investigation, a general mean
of 1.10E+06 ± SD 1.49E+06 NMP/100 ml was
observed, a minimum value of 456 900 NMP/100
ml at point 2 and at point 5 had a maximum range
of 4.14E+06 MPN/100 ml. These values exceed the
limits established by the TULSMA environmental
regulations. This is due to the fact that in several
points of the Monjas river agricultural activities
and the raising of horses, goats, sheep, and cattle
predominate where there are large tracts of land and
on the banks of the river it is heavily contaminated
by their fecal matter [2]. In addition, there is
inhabitants of the populations settled on its banks,
which directly contribute these microbiological
contaminants, which means that their waters cannot
be used in agricultural activities [10].
For fecal coliforms (FC), ecuadorian legislation
shows that the permitted value of FC in agricultural
activities is between 0 and 600 NMP/1000ml of
water [9]. In this investigation, a general mean
of 1.10E+06 ± SD 1.49E+06 NMP/100 ml was
observed, a minimum value of 456 900 NMP/100
ml at point 2 and, at point 5 has a maximum range
of 4.14E+06 MPN/100 ml. These values exceed the
limits established by the TULSMA environmental
regulations. This is due to the fact that in several
points of the Monjas river agricultural activities
and the raising of horses, goats, sheep, and cattle
predominate where there are large tracts of land and
on the banks of the river it is heavily contaminated
by their fecal matter [2].
and latrines of the inhabitants of the populations
settled on its banks, which directly contribute these
microbiological contaminants, which means that
their waters cannot be used in agricultural activities
[10].
56
Rodríguez S., et al.
4. CONCLUSIONS
The study of water quality in rivers is of the utmost
importance because the necessary water resources
are taken from their tributaries to carry out various
productive activities. In addition, the WQI is more
instrument in decision-making in order to avoid
threats to aquatic life or its use.
The Monjas river presented an average WQI of 42,
which represents a deplorable quality of its waters.
It is important to indicate that from these data there
was a slight downward trend in the upper parts of
the tributary and according to what was observed,
its level of contamination is due to everything to
activities such as: agriculture, livestock, industry,
and domestic activities that generate solid waste on
the banks of the river.
The measured quantities of fecal coliforms and
BOD5 exceed the permissible limits established
by the “FAO” environmental legislation and the
Discharge: Water Resources of the Ministry
of the Environment of Ecuador”. Waters with
high BOD5 values present reduced levels of DO,
since the percentage of oxygen decreases when
it is assimilated by bacteria, endangering the
sustainability of aquatic life. On the other hand,
coliform bacteria cause diseases, with symptoms
such as gastrointestinal upset and among others
In general terms and according to the results of this
study, its waters are not optimal for agricultural use
and human consumption.
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58
Rodríguez S., et al.
Appendix
Table 6.
WQI index of each sampling
point of the Monjas River
de los Parámetros M y K, Obtenidos Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
and K Parameters Versus Existing Equations
Benjamín Maigua1 1 Centro de Investigación de la Vivienda de la Escuela Politécnica Nacional-EPN, Quito-Ecuador,
1 1 Centro de Investigación de la Vivienda de la Escuela Politécnica Nacional-EPN, Quito-Ecuador,
Diego Jara1 1 Centro de Investigación de la Vivienda de la Escuela Politécnica Nacional-EPN, Quito-Ecuador,
Edwin Guaminga1 1 Centro de Investigación de la Vivienda de la Escuela Politécnica Nacional-EPN, Quito-Ecuador,
REVISTA INGENIO
https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i2.5779 pISSN 2588-0829
2024 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional vicedecanat.ng@uce.edu.ec
, (), -, . -
Para el correcto desempeño de las losas compuestas, la interacción entre el hormigón y la
placa de acero es crucial. La resistencia de adherencia al corte permite comprender el com-
portamiento y la capacidad del sistema frente a un modo de falla por deslizamiento longitudi-
nal. No obstante, a nivel nacional, la evaluación del desempeño y la capacidad de adherencia
de estas losas frente a fuerzas cortantes es escasa. En este contexto, se presenta un estudio
experimental en losas compuestas con chapa metálica de 1 mm de espesor, cuyo objetivo es
evaluar su comportamiento físico-mecánico. Mediante un análisis de regresión lineal aplica-
do a los datos obtenidos en ensayos de laboratorio, se determinan los parámetros "m" y "k".
Para el desarrollo de los ensayos, se elaboraron ocho probetas, siguiendo estrictamente los
lineamientos establecidos en las normativas internacionales. Estas probetas se dividieron en
similar y utilizando el espesor de la capa de hormigón como variable experimental. Los re-
sultados obtenidos en los ensayos permiten determinar la capacidad de corte de las losas y
compararla con los valores proporcionados por los fabricantes. Estos resultados buscan ser
relevantes para ingenieros y fabricantes ante la escasez de información y estudios sobre el
tema.
For the proper performance of composite slabs, the interaction between concrete and the
steel plate is crucial. The shear adhesion strength allows us to understand the behavior and
capacity of the system against a longitudinal slip failure mode. However, at the national level,
the evaluation of the performance and adhesion capacity of these slabs against shear forces
is scarce. In this context, an experimental study is presented on composite slabs with a 1 mm
thick sheet metal, whose objective is to evaluate their physical-mechanical behavior. Using a
linear regression analysis applied to the data obtained in laboratory tests, the parameters "m"
and "k" are determined. For the development of the tests, eight specimens were prepared,
strictly following the guidelines established in international standards. These specimens were
and using the thickness of the concrete layer as an experimental variable. The results obtained
in the tests allow us to determine the shear capacity of the slabs and compare it with the values
provided by the manufacturers. These results seek to be relevant for engineers and manufac-
turers in the face of the scarcity of information and studies on the subject.
Recepción: 07/11/2023
Recibido tras revisión: 28/04/2024
Aprobación: 20/05/2024
Publicación: 15/06/2024
Método m y k, resistencia al corte,
placas metálicas, losas compuestas,
corte longitudinalion.
M-k method, shear strength, deck, com-
posite slabs, longitudinal shear.
60
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en Función de los Parámetros M y K, Obtenidos
Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
A nivel internacional existen varios estudios
alrededor de las losas compuestas utilizando este
tipo de chapas o placas metálicas:
El trabajo de [4] demuestra una reducción del
método m-k.
En el trabajo desarrollado por [5] menciona que
al aplicar el método m-k, se tienen resultados más
conservadores respecto a otros métodos de diseño,
Otro estudio relacionado al método m-k realizado
por [6], agrega líneas de corte aumentando su
capacidad hasta 120 kN y con una deformación de
3.5 mm, demostrando mayor ductilidad en losas
compuestas.
Por último, en las conclusiones del trabajo realizado
por [7], indica “aunque el método 𝑚-𝑘 es un método
muy práctico para la estimación de la resistencia
frente a esfuerzos rasantes de un forjado de placa
colaborante, es aconsejable no emplear únicamente
los parámetros 𝑚-𝑘 que suministra el fabricante de
la chapa, ya que el ensayo realizado por el fabricante
Las losas compuestas requieren mecanismos de
análisis por interacción, es decir, métodos por los
cuales se logra que todos los elementos trabajen en
conjunto frente a deslizamientos [8]; estos métodos
pueden ser: adherencia química, obstrucción
mecánica por embutición, obstrucción mecánica
por fricción.
La investigación de [9] resalta la necesidad de
estudiar el comportamiento estructural del sistema
compuesto para mitigar la pérdida de adherencia.
Complementando el estudio experimental, se realiza
de losas, entre las cuales el sistema sin refuerzo
convencional presenta similitudes con el de esta
gama de posibilidades de estudio y la variedad de
métodos disponibles para corroborar y validar los
resultados.
La mayoría de las investigaciones examinadas
para este estudio se han desarrollado siguiendo
1. INTRODUCCIÓN
Las losas compuestas representan una forma
gran medida a la facilidad y rapidez con la que se
Este sistema compuesto consiste en una lámina de
acero conformada en frío, que actúa como refuerzo
en tensión de la losa y como base para el colado
del hormigón de la losa. La acción combinada
entre la lámina y el hormigón se logra a través de
la adherencia que existe entre ambos materiales,
además, los relieves en la lámina (muescas)
contribuyen a aumentar la resistencia al cortante.
Por el efecto del trabajo conjunto (lámina de acero –
hormigón), se puede disminuir el espesor de la losa
de entrepiso, ya que disminuyen las cargas de peso
propio, además, se genera un ahorro en el costo
total de la estructura [1].
En investigaciones previas, se ha realizado un
“m” y “k” en la capacidad y desempeño de las losas
la capacidad resistente de las losas compuestas. Este
ensayo, desarrollado por la AISI en 1967 (AISC,
2007; ASTM-E8-00b, 2001), permite obtener los
parámetros “m” y “k” de manera experimental, los
cuales se utilizan en la expresión propuesta por [2]
para estimar la resistencia al corte en este tipo de
estructuras [1].
Estos parámetros se han establecido como
indicadores críticos para comprender la resistencia
al corte por adherencia y el comportamiento de
las losas compuestas, permitiendo una mayor
comprensión de la capacidad para resistir esfuerzos
cortantes y la capacidad estructural en general.
En consonancia con el trabajo de [3] , se analiza la
resistencia al corte longitudinal a partir de resultados
experimentales. El esfuerzo cortante longitudinal
se determina mediante métodos analíticos, lo
que contribuye a una mejor comprensión del
comportamiento de las losas compuestas y del
punto de desprendimiento.
61
Maigua B., et al.
las directrices y estándares establecidos por el
Eurocódigo como marco de referencia. Esta
investigación se centra en la evaluación de
la capacidad de resistencia al corte de losas
compuestas, empleando los parámetros “m” y
“k” obtenidos del estudio experimental. Dichos
de losa y representan características distintivas de
su comportamiento estructural.
resistir la separación vertical y el deslizamiento
acero y del hormigón. Esta capacidad se puede
dispositivos de cizallamiento similares, para lograr
una acción compuesta adicional. La característica
de adherencia al corte de la chapa o placa estampada
se evalúa a través de dos parámetros empíricos:
“m” y “k”. En este contexto, “m” representa el
grado de enclavamiento mecánico entre el acero y
el hormigón, mientras que “k” hace referencia a la
fricción entre ambos materiales [7].
“k” caracterizan a un mismo grupo de ensayo.
En su investigación, [9] evalúa un grupo de losas
compuestas con una lámina de acero de 0.76 mm
de espesor. La expresión obtenida en este estudio
es aplicable a condiciones constructivas similares.
compuestas deben someter sus productos a pruebas
permitan determinar las propiedades mecánicas
destacan los parámetros “m” y “k”, los cuales
hormigón en condiciones de servicio. La obtención
de estos parámetros es crucial para el correcto diseño
y análisis estructural de las losas compuestas.
En caso de que el fabricante no proporcione los
resulta complicado obtenerlos por otros medios. El
fabricante es quien debe presentar una tabla con los
así la interpretación y un uso adecuado por parte
de los ingenieros, asegurando un diseño y análisis
estructural precisos de las losas compuestas.
En este estudio se busca evaluar los parámetros
“m” y “k” para placas de acero de 1 mm de espesor,
obtenidos a partir de la experimentación y el análisis
de datos relevantes del ensayo. Adicionalmente,
se realiza una comparación entre los resultados
experimentales y la información proporcionada
por los fabricantes, con el objetivo de determinar
la variación existente entre las estimaciones de
los catálogos comerciales y los resultados teórico-
experimentales.
en los procedimientos establecidos en la normativa
ANSI-SDI-T-CD-2011. Dicha metodología implica
la elaboración y ensayo de probetas sometidas a dos
tipos de carga: monotónica y cíclica, hasta alcanzar
el punto de falla [11]. Los ensayos se llevaron a cabo
en las instalaciones del Centro de Investigación
de la Vivienda (CIV) de la Escuela Politécnica
Nacional (EPN). Los resultados principales de esta
investigación proporcionarán información valiosa
para diseñadores y profesionales del sector de la
construcción.
2. MÉTODO
Este ensayo desarrollado por el Steel Deck Institute,
nace para determinar la resistencia nominal y la
rigidez compuesta de las losas compuestas de acero
[11]. Esta norma está diseñada para la construcción
de tableros de acero compuesto conformado en frío
y está avalado por el American National Standards
Institute (ANSI).
El ensayo consiste en la aplicación de una fuerza
(Pe) sobre dos vigas de ala ancha colocadas sobre
empuja el tablero provocando un esfuerzo por
cortante () sobre el mismo.
Figura 1.
Marco de prueba para un tramo único
L
b
h
e
l
l
'
l'
d
hc
d
Yb
hhc
Detalle sección transversal
Fuente: Adaptado de [10].
62
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en Función de los Parámetros M y K, Obtenidos
Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
2.1 Preparación de probetas de ensayo
Se elaboraron 8 probetas, distribuidas en 4 grupos
de 2 muestras cada uno. Cada muestra consistió
en una placa de acero de 1 mm de espesor con
dimensiones de 1 m de ancho (b) por 2.4 m de largo
(L). Las probetas incorporaron malla electrosoldada
de 6 mm de diámetro con una separación de 15x15
cm. El espesor del hormigón varió según el grupo,
con valores de 5, 6, 8 y 10 cm, y no se emplearon
conectores de corte. Cada grupo de muestras se
sometió a dos tipos de carga: carga monotónica
(M) y carga cíclica (E) [11]. La Tabla 1 presenta las
Figura 2.
Lámina de acero
a) Geometría Novalosa 55
b) Embosado lámina de acero
Nota: Adaptado de CIV – EPN
63
Maigua B., et al.
Tabla 1.
Características constructivas probetas de ensayo
Grupo Losa Tipo
ensayo
Espesor
deck
(mm)
Malla
(mm)
Espesor
hormigón
(cm)
Grupo
1
1 M 1.0 6.0 10
2 E
Grupo
2
1 M 8
2 E
Grupo
3
1 M 6
2 E
Grupo
4
1 M 5
2 E
Para el ensayo se utilizó láminas metálicas de
fabricación nacional como se indica en la Figura
su método de fabricación. El acero de las placas
metálicas es de grado estructural y cumple con la
norma ASTM A653, con galvanizado G90 (Z275)
kg/cm2) [12].
El hormigón se curó de acuerdo con lo detallado en
la normativa nacional NEC-SE-HM en el capítulo
9.6 [13]. Además, se realizaron los ensayos de
resistencia a compresión del hormigón siguiendo la
normativa INEN y ASTM correspondientes [14]. El
hormigón vertido en las muestras, como se indica
en la Figura 3, alcanzó resistencias superiores a los
24 MPa.
Para el muestreo se siguió los lineamientos
establecidos en la normativa [14] y [15], que indican
la resistencia de 3 probetas de una misma mezcla
determinada a los 28 días”.
Figura 3.
Proceso constructivo probetas de ensayo
tabla 2. Las muestras tienen como medidas estándar
o nominales (2.4 x 1.0) m, sin embargo, debido a
distintas condiciones constructivas, el proceso de
encofrado, mano de obra, etc., se opta por realizar un
promedio de las dimensiones tomadas de longitud
(L), ancho (b), altura de hormigón (h), espesor de
hormigón (hc) para así poder realizar un tratamiento
de datos óptimo. La longitud libre (l) corresponde
a la distancia entre apoyos. Los puntos de apoyo
se miden desde una distancia de 10 cm, medido
desde el borde de la losa. En la tabla 2 se presenta el
resumen del registro de medidas tomadas.
Tabla 2.
Parámetros homogenizados de las probetas
Grupo Losa Espesor
hormigón
(cm)
L h l b
(cm) (cm) (cm) (cm)
Grupo
1
C1 10 241.20 14.86 221.20 99.80
C8 241.65 14.70 221.65 98.45
Grupo
2
C3 8 241.20 13.23 221.20 99.35
C7 241.05 12.99 221.05 99.50
Grupo
3
C6 6 241.50 10.70 221.50 99.55
C2 241.50 12.00 221.50 99.15
Grupo
4
C4 5 240.90 10.36 220.90 98.55
C5 240.90 10.56 220.90 99.50
La distancia a la cual se ubican los puntos de
aplicación de la carga lineal concentrada se muestra
en la Tabla 3. Dependiendo del grupo al que
corte (l’).
Tabla 3.
Longitud de aplicación de carga
Espesor deck (mm) Espesor
losa (cm)
l’(m)
1.0 5.0 90.0
6.0 80.0
8.0 60.0
10.0 40.0
2.2 Aplicación del ensayo T-CD-2011
El procedimiento de ensayo para las muestras se
resume en los siguientes pasos:
64
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en Función de los Parámetros M y K, Obtenidos
Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
Colocación de la probeta: Con el marco de carga
posicionado, se utiliza un puente grúa para situar la
probeta sobre los apoyos.
Alineación de las vigas: Se colocan y alinean las
vigas para la aplicación de carga sobre la probeta,
tabla 3. La tabla también indica el tipo de ensayo
aplicado a cada probeta.
sea igual al ancho útil del panel de cubierta de acero,
con un valor mínimo de 600 mm.
Instrumentación: Se instrumenta la probeta con
medidores de deformación (LVDT), como se
Aplicación de la carga: Se aplica la fuerza de carga
sobre la probeta de manera controlada.
Generación del esfuerzo cortante: La carga de
compresión aplicada sobre la viga genera la fuerza
de corte Vt sobre la probeta, conduciéndola a su
falla.
Figura 4.
Aplicación de la fuerza sobre la probeta
Ensayo monotónico (M): Consiste en la aplicación
de una carga incremental hasta llegar a la falla en
las probetas C1, C3, C4 y C6. Se registraron los
datos de carga y deformación, incluyendo la carga
Ensayo cíclico (E): En las muestras C2, C5, C7 y C8
obtenida en el ensayo monotónico, manteniéndola
durante cinco minutos. Posteriormente, se
carga de falla del ensayo monotónico, valor que
se mantuvo por cinco minutos adicionales antes de
llevar la probeta a la falla.
1.
Por último, se registran los datos para su poste-
rior análisis. Además, se registra una breve des-
cripción de los eventos signicativos durante la
prueba y una identicación de la forma y tipo
de falla.
2.3 Cálculo de la resistencia
De acuerdo con la norma [11], en el caso de ensayar
solo uno o dos espesores de tablero, se debe aplicar
la siguiente ecuación:
En la Ecuación 1: () representa el ancho de la sección
de losa compuesta; () es la profundidad efectiva
medida desde la cara superior hasta el centroide de
al corte obtenidos del análisis de regresión lineal
de los datos de prueba para cada espesor de tablero
ensayado;() es la distancia de cortante aplicado.
Si se aplican cargas lineales concentradas sobre
la probeta, la resistencia de adherencia al corte se
calculará con la Ecuación (2).
En la Ecuación (2): () es la carga última que provoca
la falla durante la prueba; () es el peso de la probeta
de losa compuesta ensayada considerando el ancho
de losa.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos de los cilindros ensayados
a los 7, 14 y 28 días se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4.
Resistencia a compresión del hormigón
Muestra Edad Resistencia
(f’c)
Promedio
(f’c)
(días) (MPa) (MPa)
7 28 35.00 33.87
8 28 32.10
9 28 34.50
65
Maigua B., et al.
Los cilindros presentan una falla tipo 4 según la
norma ASTM C39, que corresponde a una fractura
probeta (Figura 5).
Figura 5.
Cilindros después del ensayo de compresión
3.2 Carga aplicada
La Tabla 5 resume los resultados de carga máxima
aplicada, carga de falla y fuerza cortante (Vt) para
cada probeta de ensayo. La Figura 6 presenta las
losa compuesta (probeta) ensayada. Se observa que
las losas de mayor espesor (C1 y C8) exhiben una
mayor resistencia y menor deformación (ver Anexo
Figura 6).
Tabla 5.
Carga máxima y valor del cortante
Losa Espesor
hormigón
Carga
máxima
Carga
falla
Vt Vt
(cm) (KN) (KN/m) (KN) (KN/m)
C1 10 180.60 180.96 94.50 94.69
C8 10 210.12 213.43 109.19 110.91
C3 8 58.88 59.26 33.14 33.36
C7 8 73.07 73.44 40.22 40.42
C6 6 36.64 36.60 21.27 21.36
C2 6 27.29 27.50 16.95 17.09
C4 5 24.50 24.86 15.21 15.43
C5 5 28.70 28.84 17.33 17.42
3.3 Parámetros de cálculo
El cálculo del área de la sección transversal de la
losa compuesta se determina con las dimensiones
registradas de las probetas antes de los ensayos.
Para determinar la posición Yb (centroide de la
placa de acero medido desde la base), se utilizó
un software que genera una representación de la
sección transversal de la placa. Esta herramienta
nos proporciona información sobre la geometría de
la sección. La información obtenida se presenta en
la Tabla 6 (ver Anexo Tabla 6).
El volumen de hormigón se obtiene a partir del
producto de las longitudes promedio y las áreas
obtenidas (ver Anexo Tabla 7).
Para el cálculo del peso de hormigón se considera
γ=2400 kg/m3.
hormigón tal como se muestra en la ecuación.
El peso total de la probeta considera el peso de
hormigón y el peso de la placa colaborante. El peso
de la placa está determinado por el fabricante con
un valor de 9.82 kg/m2.
3.4 Cortante teórico en función de los
parámetros m y k
Los parámetros característicos k5 y k6, requeridos
para el cálculo del cortante teórico Vt, se determinan
mediante un análisis de regresión lineal simple
aplicado a los datos obtenidos en los ensayos. La
Tabla 8 exhibe los parámetros requeridos para
generar la curva visualizada en la Figura 7. Esta
curva muestra la dispersión observada en los datos
recopilados durante los ensayos realizados (ver
Anexo Tabla 8 y Anexo Figura7).
Se obtiene la ecuación de la línea de tendencia de
la Figura 7.
El análisis estadístico posibilita la generación
de la línea de tendencia y la regresión lineal para
los datos proporcionados, los cuales se detallan a
continuación (ver Anexo Tabla 9):
Por último, se presentan en la Tabla 10 los valores
de k5 y k6
a la variable X1, junto con el valor de intercepción
(ver Anexo Tabla 10).
Finalmente se utiliza la ecuación (1) dada por la
norma T-CD-2011 para el cálculo del cortante
66
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en Función de los Parámetros M y K, Obtenidos
Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
peso de la placa (ver Anexo Tabla 14).
Se realiza una comparación entre los datos de
cortante teórico (Vt) obtenidos a partir de la
expresión teórica, los valores experimentales y
los datos proporcionados por los catálogos. La
Figura 10 muestra la variación de los valores de Vt
obtenidos teórica y experimentalmente (ver Anexo
Tabla 15 y Anexo Figura 10).
La resistencia a cortante proporcionada por el
hormigón considera lo siguiente:
Donde Ac corresponde al área de hormigón que
contribuye a corte en cm2, f’c corresponde a la
resistencia de hormigón en kg/cm2 [16]. En la
Figura 11 el área sombreada corresponde a Ac (ver
Anexo Tabla 16 y Anexo Figura 11).
3.7 Optimización de los datos
Debido a la dispersión presentada en los resultados
subconjunto de datos, se optó por realizar un análisis
segmentado de los grupos ensayados.
Se formaron dos nuevos grupos:
• Grupo 1-2: Compuesto por los grupos 1 y
2, con espesores de hormigón de 10 y 8 cm,
respectivamente.
• Grupo 3-4: Compuesto por los grupos 3 y
4, con espesores de hormigón de 6 y 5 cm,
respectivamente.
El objetivo de la segmentación fue desarrollar
una expresión de cálculo de cortante para cada
uno de los nuevos grupos de muestras (probetas).
Esto permitió determinar parámetros “m” y “k”
metodología aplicada para el análisis segmentado
coincidió con la utilizada en el análisis del conjunto
de datos inicial. La segmentación de los grupos
buscó mejorar los resultados obtenidos al reducir la
dispersión de los datos.
teórico (ver Anexo Tabla 11).
En la Figura 8 se observa la variación de los valores
obtenidos de Vt aplicando la expresión teórica y los
valores experimentales (ver Anexo Figura 8).
Dado que los valores de la relación en la Tabla 11
5 y k6. Esto se ajusta a las
regulaciones de la norma, que permiten un error
En la Figura 9 se muestra la curva de regresión lineal
derivada del ensayo, junto con la curva ajustada
debido a la dispersión detectada entre los valores
experimentales y teóricos (ver Anexo Figura 9).
La ecuación de resistencia al esfuerzo cortante para la
placa de acero en estudio responde a la ecuación (6):
En donde:
• b: ancho unitario de la losa (mm)
• d: profundidad efectiva de la losa (mm)
• l’: longitud de corte (mm)
• m: pendiente de la recta
•
ensayo experimental corresponden a los valores:
m=455.362 y k=-0.346
3.5 Discusión
Se realiza una comparación entre los resultados
experimentales obtenidos en los ensayos y la
información proporcionada por los catálogos de los
proveedores de placas metálicas (ver Anexo Tabla
13). El objetivo de esta comparación es evaluar
la correlación entre los datos experimentales y la
información suministrada por los fabricantes.
En función a la información presentada en la Tabla
13 se determina el Vt, tomando en consideración la
carga soportada y la longitud de separación entre
apoyos. Tomando en consideración la ecuación
2 se calcula el valor de Vt, tomado como dato de
carga de falla al valor de carga máxima soportada
tomada de los catálogos comerciales, y el peso total
considerando el peso del volumen de hormigón y el
67
Maigua B., et al.
3.8 Análisis de grupo 1 y 2
En la Tabla 17 se resumen los datos derivados
del análisis, a partir de los cuales se obtienen los
parámetros para este nuevo grupo de estudio (ver
Anexo Tabla 17).
La curva característica para este segmento de datos
se muestra en la Figura 12 (ver Anexo Figura 12).
El análisis de la curva arrojó una pendiente de m
= 603.22 y una ordenada al origen de k = -0.645.
Estos parámetros se utilizaron para desarrollar la
siguiente expresión para el cálculo del cortante
teórico (Vt). Los valores calculados se presentan en
la Tabla 18 (ver Anexo Tabla 18).
En este grupo de análisis se observa una baja
dispersión de los datos, como se ilustra en la
Figura 13 (ver Anexo Figura 13). La comparación
entre los valores experimentales y los valores
calculados mediante la ecuación teórica muestra
una concordancia dentro del margen de tolerancia
establecido. En consecuencia, no se requiere realizar
3.9 Análisis de grupo 3 y 4
A partir de los datos mostrados en la Tabla 19 (ver
Anexo Tabla 19) se construye la regresión lineal que
se presenta en la Figura 14 (ver Anexo Figura 14).
La comparación entre los valores de cortante
obtenidos experimentalmente y los previstos por
la expresión teórica, se muestran en la tabla 20, y
De la curva obtenida en la Figura 14 extraemos la
información correspondiente a m=99.035 y k=0.106
(ver Anexo Tabla 20).
En la Figura 15, se presentan las curvas inicialmente
obtenidas y la curva reducida. Con base en los
parámetros “m” y “k” ajustados se procede a calcular
nuevamente el valor de cortante, el cual se detalla en
la Tabla 21 (ver Anexo Tabla 21 y Anexo Figura 15).
3.10 Comparación de valores obtenidos
El análisis de los datos experimentales permitió
derivar dos nuevas expresiones para el cálculo del
cortante teórico (Vt):
• Expresión 1: Válida para el subconjunto de
probetas con espesores de losa en el rango
de 8 a 10 cm.
• Expresión 2: Válida para el subconjunto de
probetas con espesores de losa en el rango
de 5 a 6 cm.
Con estas nuevas expresiones, se realizó una
comparación adicional entre los valores de Vt
calculados y los datos obtenidos de catálogos
comerciales. Los parámetros”m” y “k”, utilizados
en las expresiones, se resumen en la Tabla 22 (ver
Anexo Tabla 22).
En la Figura 16, se comparan los valores obtenidos
para cada uno de los segmentos analizados (ver
Anexo Figura 16).
4.CONCLUSIONES
La teoría de losas compuestas referente al método
de diseño m-k sirve para determinar: el esfuerzo
cortante en la zona de interacción (lámina de acero
– hormigón), las curvas de desempeño y la fuerza
de resistencia máxima o fuerza de falla de cada
probeta ensayada.
Se determinó la ecuación de la línea de tendencia
que relaciona los valores obtenidos de cortante
por adherencia para las ocho probetas ensayadas:
y=455.44x-0.346. De esta ecuación se destaca la
“m”
“k” (y=mx+k).
placa o chapa genera una adherencia que mejora la
interacción de la placa y hormigón.
fundamentales para caracterizar la resistencia
por adherencia al corte entre la placa de acero y
el hormigón en losas compuestas. Su adecuada
consideración en el análisis y diseño estructural es
crucial para asegurar el correcto funcionamiento del
sistema como un conjunto integrado. La omisión de
una nula adherencia entre la placa y el hormigón y
el sistema no funcionaría como un sistema conjunto,
generando desplazamiento y desprendimiento.
Estos parámetros son propios de este conjunto
de ensayos y son válidos para la expresión que
68
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en Función de los Parámetros M y K, Obtenidos
Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
Steel Deck Institute en la norma T-CD-2011 para
ensayos donde se trabaja con un solo espesor de
placas de 1 mm de espesor.
La Figura 6 ilustra el comportamiento individual
de las probetas durante el ensayo. Se observa una
clara correlación entre el espesor de la losa y las
propiedades mecánicas del conjunto. En general,
a mayor espesor de la losa se presentan menores
deformaciones y una mayor capacidad de carga. Por
el contrario, las probetas con un menor espesor de
losa exhiben una resistencia a la carga más baja y
mayores deformaciones.
Si bien este artículo se limita al análisis de un solo
podría mejorarse mediante la inclusión de un
compendio más extenso de placas. Esto permitiría
una mejor comprensión de los parámetros “m”
y “k”, ya que abarcaría un rango de evaluación
más amplio que incluye placas con diferentes
espesores. De esta manera, los parámetros “m” y
“k” se caracterizarían para este rango más amplio
completa de su comportamiento y aplicabilidad.
Los resultados de los ensayos indican una falla
dúctil en la losa compuesta, y se observó la aparición
primera caída en la curva representa la pérdida de
adherencia entre lámina de acero y el hormigón, un
en la franja central de la probeta ensayada.
Del análisis de los resultados obtenidos y comparados
con datos de catálogos comerciales, se observa
que la información presentada en dichos catálogos
losas compuestas para resistir fuerzas de corte por
adherencia con mayores espesores de hormigón.
Para espesores de losas de hasta 6 cm, las
estimaciones teóricas y experimentales se
asemejan a los valores del catálogo, mientras que,
para espesores de losas superiores a 6 cm, se ha
corte por adherencia experimental.
Al aplicar una segmentación en los grupos de
ensayo con el propósito de minimizar la dispersión
de los datos, se logra una aproximación más precisa,
especialmente para el conjunto de probetas con
espesores de hormigón que oscilan entre 8 y 10 cm.
Tras analizar el conjunto completo de muestras
ensayadas y los resultados asociados, se ha
lo cual plantea la posibilidad de errores en los
resultados. La dispersión observada en los datos
podría atribuirse a diversas fuentes de interferencia
durante la realización de los ensayos. La precisión
y calibración de los equipos de medición empleados
de los resultados. Errores en la medición de
variables como la carga aplicada, la deformación
o las dimensiones de las probetas pueden afectar
La mano de obra durante la fabricación de las
probetas de ensayo puede introducir variabilidad
en sus propiedades mecánicas. Irregularidades en
la mezcla de hormigón, porosidades o defectos
en el material, o imprecisiones en la geometría de
las probetas pueden afectar su comportamiento
bajo carga. Para validar de manera más sólida
los hallazgos, se recomienda llevar a cabo
investigaciones con probetas o muestras utilizando
REFERENCIAS
[1] M. López, R. Larrúa y C. Recarey, «Un nue-
vo sistema de diseño de embuticiones en láminas de
acero para maximizar resistencia de losas compues-
tas,» Revista de Ingeniería & Construcción, vol. 22,
nº 3, pp. 145-156, 2007.
[2] S. Seleim, Ultimate Shear Bond Capacity
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Tesis, Universidad de Waterloo, Waterloo, Ontario,
Canadá, 1979.
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de las losas con placa colaborante en términos de
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69
Maigua B., et al.
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co sobre el ensayo m-k de forjados de chapa co-
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[9] E. I. Celis Imbajoa, «Comportamiento no
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-
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digital.epn.edu.ec/handle/15000/24954.
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[13] MIDUVI, «Seguridad estrutural de las edi-
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la compresión de especímenes cilíndricos de hor-
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[16] V. P. Galán Burneo y D. W. Jaramillo Guti-
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corte de las losas tipo DECK,» 19 Septiembre 2012.
[En línea]. Available: https://bibdigital.epn.edu.ec/
handle/15000/4948.
70
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en Función de los Parámetros M y K, Obtenidos
Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
ANEXOS
Figura 6.
Curvas esfuerzo vs deexión
0
50
100
150
200
0 25 50 75 100 125 150
Carga (kN)
Desplazamiento (mm)
C1 C2 C3 C4
C5 C6 C7 C8
Figura 7.
Dispersión de datos del ensayo
y = 479.33x - 0.3646
R² = 0.9389
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030
Vt/bd (N/mm2)
1/l' (1/mm)
Figura 8.
Comparación Vt teórico y Vt experimental
0
20
40
60
80
100
120
C1 C8 C3 C7 C6 C2 C4 C5
Vt (kN/m)
Muestra
Vt (experimental) Vt (teórico)
Figura 9.
Curva m-k reducida
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030
Vt/bd (N/mm
2
)
1/l' (1/mm)
Lineal (Regresión lineal)
Lineal (Regresión lineal reducida 5%)
Figura 10.
Comparación Vt teórico, Vt
experimental, Vt catálogo
0
20
40
60
80
100
120
10 8 6 5
Vt (kN/m)
Espesor nominal de hormigón (cm)
Experimental Teórico Catálogo
Figura 11.
Área de hormigón contribuyente a cortante, Ac
Figura 12.
Curva m-k datos grupos 1 y 2
y = 603.22x - 0.6445
R² = 0.9477
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0015 0.0018 0.0021 0.0024 0.0027
Vt/bd (N/mm2)
1/l' (1/mm)
71
Maigua B., et al.
Figura 13.
Comparación Vt experimental y teórico
0
20
40
60
80
100
120
C6 C8 C3 C7
Vt (kN/m)
Probetas ensayadas
Vt (experimental) Vt (teórico)
Figura 14.
Curva m-k datos grupos 3 y 4
y = 99.035x + 0.1061
R² = 0.0467
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.00110 0.00115 0.00120 0.00125
Vt/bd (N/mm2)
1/l' (1/mm)
Figura 15.
Curva m-k reducida
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.00107 0.00112 0.00117 0.00122 0.00127
Vt/bd (N/mm
2
)
1/l' (1/mm)
Lineal (Regresión lineal)
Lineal (Regresión lineal reducida 5%)
Figura 16.
Comparación Vt experimental y teórico
0
20
40
60
80
100
120
10 8
Vt (kN/m)
Espesor nominal de hormigón (cm)
Experimental Teórico Catálogo
a) Espesores de hormigón de 8 a 10 cm
0
5
10
15
20
25
6 5
Vt (kN/m)
Espesor nominal de hormigón (cm)
Experimental Teórico Catálogo
b) Espesores de hormigón de 5 a 6 cm
72
Comparación de la Resistencia al Corte por Adherencia de Losas Compuestas en Función de los Parámetros M y K, Obtenidos
Experimentalmente Versus Ecuaciones Existentes
TABLAS
Tabla 6.
Geometría de la sección transversal
Parámetro Valor
Área 1245.53 mm2
Perímetro 2474.78 mm
Centroide Yb: 28.70 mm
Tabla 7.
Volumen de hormigón en las probetas
Losa Espesor
Área
Vol. de
W
probeta
W
probeta
(cm) (m2) (m3) (N) (N/m)
C1 10 0.14 0.35 8402.06 8418.90
C8 10 0.14 0.34 8250.79 8380.69
C3 8 0.13 0.30 7409.52 7458.00
C7 8 0.13 0.30 7374.07 7411.13
C6 6 0.10 0.25 6097.63 6125.19
C2 6 0.11 0.27 6629.97 6686.81
C4 5 0.10 0.24 5912.37 5999.36
C5 5 0.10 0.24 5959.27 5989.22
Tabla 8.
Valores necesarios para crear regresión lineal
Vt/(b*d) 1/l’
y x
0.790 0.0025
0.937 0.0025
0.322 0.0017
0.400 0.0017
0.273 0.0013
0.187 0.0013
0.206 0.0011
0.226 0.0011
Tabla 9.
Resumen de los parámetros estadísticos
Estadísticas de la regresión Valor
0.9689
20.9389
R2 ajustado 0.9287
Error típico 0.0764
Observaciones 8
Tabla 10.
Interpretación de los valores k5 y k6
Parámetro estadístico Valor
Variable X 1 k5479.42
Intercepción k6-0.36
Tabla 11.
Comparativa entre los datos
experimentales y teóricos
Losa Espesor
Hormigón
Vt
(experimental)
Vt
(teórico)
Relación
Vt / Vt
(cm) (kN/m) (kN/m)
C1 10 94.69 99.78 1.05
C8 10 110.91 97.10 0.88
C3 8 33.36 44.68 1.34
C7 8 40.42 43.72 1.08
C6 6 21.36 18.29 0.86
C2 6 17.09 21.23 1.24
C4 5 15.43 12.40 0.80
C5 5 17.42 12.86 0.74
Tabla 12.
Coecientes K5 y k6 reducidos
k5455.362
k6-0.346
Tabla 13.
Carga soportada; placa metálica comercial
Espesor
placa
Espesor
losa
Separación entre apoyos (m)
2.2
(mm) (cm)
Carga
máxima
(kg/m2)
(kg/m2)
Peso
placa (kg/
m2)
1
10.00 2172.0 299.3
9.82
8.00 1738.0 251.3
6.00 1324.0 203.3
5.00 1129.0 179.3
Fuente: [12]
Tabla 14.
Cortante obtenido de catálogo
Espesor
placa
Espesor
losa Carga W Vt Vt
(mm) (cm) (kg/m) (kg/m) (kg/m) (N/m)
1.00
10.00 5212.80 741.89 2977.3 29197.6
8.00 4171.20 626.69 2398.9 23525.5
6.00 3177.60 511.49 1844.5 18088.7
5.00 2709.60 453.89 1581.7 15511.5
73
Maigua B., et al.
Tabla 15.
Comparación de cortante
Espesor
losa
Vt
Exp/
cata
Teo
/cata
(kN/m)
(cm) Experimental Teórico Catálogo
Carga E Carga E
10 110.91 92.24 29.20 3.80 3.16
8 40.42 41.53 23.53 1.72 1.77
6 17.09 20.17 18.09 0.94 1.12
5 17.42 12.21 15.51 1.12 0.79
Tabla 16.
Cortante que aporta el hormigón
Losa Ac Vc Vc
(mm2) (N) (N/m)
C1 91361.58 88243.89 88420.73
C8 90500.04 87411.75 87586.92
C3 77167.53 74534.21 74683.57
C7 77167.53 74534.21 74683.57
C6 59493.66 57463.45 57578.61
C2 66199.98 63940.92 64069.06
C4 57318.09 55362.12 55473.07
C5 58039.95 56059.35 56171.69
Tabla 17.
Valores de regresión lineal
Losa Espesor nominal
(cm) Tipo de ensayo Vt/(b.d) 1/l’
y X
C1 10 M 0.7896 0.0025
C8 10 E 0.9375 0.0025
C3 8 M 0.3222 0.0017
C7 8 E 0.3995 0.0017
Tabla 18.
Cortante Vt grupo 1 y 2
Losa
Espesor
nominal
(cm)
Tipo de
ensayo
Vt
(experimental)
Vt
(teórico) teó/
exp
(kN/m) (kN/m)
C6 10 M 94.69 103.35 1.09
C8 10 E 110.91 100.57 0.91
C3 8 M 33.36 37.12 1.11
C7 8 E 40.42 36.33 0.90
Tabla 19.
Valores de regresión lineal
Muestra Espesor nominal
(cm) Tipo de ensayo Vt/(b.d) 1/l’
y X
C6 6 M 0.2727 0.0013
C2 6 E 0.1872 0.0013
C4 5 M 0.2060 0.0011
C5 5 E 0.2264 0.0011
Tabla 20.
Cortante Vt grupo 3 y 4
Losa
Espesor
nominal
(cm)
Tipo de
ensayo
Vt
(experimental)
Vt
(teórico) teór/exp
(N/m) (N/m)
C6 10.00 M 21361.57 17931.99 0.84
C8 10.00 E 17091.07 20815.22 1.22
C3 8.00 M 15431.38 15962.92 1.03
C7 8.00 E 17417.03 16547.01 0.95
Tabla 21.
Cortante Vt (ajustado) grupo 3 y 4
Muestra
Espesor
nominal
(cm)
Tipo de
ensayo
Vt
(experimental) Vt (teórico)
(N/m) (N/m)
C6 10.00 M 21361.57 17035.39
C8 10.00 E 17091.07 19774.46
C3 8.00 M 15431.38 15164.78
C7 8.00 E 17417.03 15719.66
Tabla 22.
Parámetros de análisis
Espesor losa Parámetros
(cm) “m” “k”
5 a 10 cm 455.362 -0.346
8 a 10 cm 603.22 -0.645
5 a 6 cm 94.083 0.101
REVISTA INGENIO
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de Radiación
Tipo Dipolos
Julio Galárraga Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE, Sangolquí-Ecuador,
Guillermo Albuja Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE, Sangolquí-Ecuador,
https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i2.6663 pISSN 2588-0829
2024 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional vicedecanat.ng@uce.edu.ec
, (), -, . -
En el presente trabajo se comparte la investigación realizada sobre la modelación y simu-
lación de arreglos lineales de dipolos. Se llega a una modelación generalizada, basándose en
los modelos desarrollados a partir de la integral de Pocklington aplicada a arreglos Yagi Uda.
Partiendo de los modelos encontrados, se los simula usando el Método de los Momentos,
generalizándose lo previamente desarrollado para arreglos Yagi Uda y se comparan sus re-
sultados con patrones obtenidos mediante el simulador libre MMANA GAL y con los dados
por los fabricantes de antenas. Se obtienen una excelente coincidencia tanto para los patrones
de dipolos simples como para los arreglos tipo Yagi Uda, pero poca coincidencia para los
patrones de radiación para arreglos tipo Log Periódico.
This work shares the research carried out on the modeling and simulation of linear dipole ar-
rays. A generalized modeling is achieved, based on the models developed from the Pockling-
ton integral applied to Yagi Uda arrays. Starting from the models found, they are simulated
using the Method of Moments, generalizing what was previously developed for Yagi Uda
arrays and their results are compared with patterns obtained through the free MMANA GAL
simulator and with those given by the antenna manufacturers. An excellent match is obtained
for both the simple dipole patterns and the Yagi Uda type arrays, but poor agreement is ob-
tained for the radiation patterns for the Log Periodic type arrays.
Recepción: 01/03/2024
Recibido tras revisión: 30/04/2024
Aprobación: 01/05/2024
Publicación: 15/06/2024
Simulación matemática, sistemas de ra-
diación tipo dipolos, patrones de radia-
ción, simulación con Matlab.
Mathematics simulation, dipole type ra-
diation systems, radiation patterns, Mat-
lab simulation.
Para la modelación se usó los desarrollos
ampliamente aceptados presentados por Balanis
en su texto [2], mientras que para su simulación se
optó por el Método de los Momentos, a partir de
programas libres que usan este mismo proceso para
obtener los diagramas de radiación y características
de todo tipo de antenas y sistemas radiantes,
resultados con los que se compararon los obtenidos
mediante los programas desarrollados durante la
investigación.
La importancia de contar con modelación y
simulación de sistemas radiantes para el desarrollo
de las competencias de profesionales relacionados
en trabajos como los realizados por [5] y [6], en
[5] hacen uso del software propietario CST Studio
y en [6] declaran las líneas de investigación que
1. INTRODUCCIÓN
radiantes para cubrir zonas de sombra es una tarea
a la que se enfrentan comúnmente los diseñadores
radiodifusión.
La modelación y simulación matemática es un
campo abierto para su optimización; por lo que
su utilización para los sistemas radiantes no es
una salvedad, en particular de aquellos que son de
uso más extendido en la radiodifusión: arreglos
de sistemas radiantes que usan como radiador
elemental: el dipolo, siendo los sistemas radiantes
más comunes: los arreglos Yagi – Uda y los log
periódicos.
75
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de Radiación Tipo Dipolos
2.1 Modelación de los patrones de sistemas de
radiación tipo dipolos
Se usan los modelos dados por Balanis para obtener
las expresiones de los patrones de sistemas de
radiación tipo dipolos. Se va de lo sencillo a lo
de la luz, velocidad a la que se mueven las ondas
electromagnéticas y de los posibles arreglos de
dipolos más usados: yagi uda y log periódico.
2.1.1 Modelación de los patrones de radiación
del dipolo elemental:
Son considerados dipolos elementales, los que
que determinan las magnitudes de los campos
radiados por este tipo de dipolo, vienen dadas por
[2]: ver pág. 159.
(2.1)
y
(2.2)
Siendo: r, distancia a la que es calculado el campo.
k, desface espacial.
I, corriente que circula en el dipolo
elemental.
h, longitud del dipolo elemental.
radiada.
e, Neper.
centro del dipolo.
2.1.2 Modelación de los patrones de radiación
Para este tipo de dipolo, las magnitudes de los
campos radiados vienen dadas por las expresiones
[2]: ver pág. 172.
(2.3)
van a llevar adelante, en las que se incluyen las
relacionadas con el presente trabajo.
Para la simulación del comportamiento de las
antenas se hace uso del método de los momentos,
documentado en [7] y las comparaciones de los
resultados obtenidos se realizan haciendo uso de
MMANA-GAL, que se encuentra documentado su
En el presente documento en la sección de materiales
y métodos se describe el proceso de modelación
y simulación de las antenas elementales y de los
sistemas radiantes que se construyen en base de
ellas, se presentan los algoritmos en base de los que
se desarrollaron los programas para su simulación;
los criterios para establecer las comparaciones, y
sus resultados muestran una excelente coincidencia
entre los principales parámetros de los patrones de
radiación, tanto para dipolos simples como para
los arreglos tipo Yagi Uda, y escasa coincidencia
para los patrones de radiación de arreglos tipo Log
Periódico, por lo que en la sección de conclusiones
se consideran varias hipótesis para dar continuidad
a la modelación de este tipo de arreglos, en espera
de obtener mejores resultados.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Los procesos de modelación y simulación de
sistemas radiantes siguen los mismos criterios de los
procesos de modelación y simulación en ingeniería:
se parte de un modelo teórico que debe encontrarse
ampliamente sustentado y aceptado, modelo que
nos permite contar con funciones que representan
el fenómeno que se quiere estudiar y representar,
cumplir con los objetivos de su estudio, lograda
su adecuada representación, se compara con otros
resultados previamente encontrados para validar los
resultados obtenidos.
Dado que MMANA-GAL calcula sus diagramas de
radiación a la distancia de r = 1 Km, se los calcula
comparar los resultados, se trabaja con un voltaje
pico de V = 1V para el cálculo de los campos y
potencias de radiación.
76
Galárraga J. y Albuja G.
y
(2.4)
Siendo: r, distancia a la que es calculado el campo.
k, desface espacial.
I, corriente que circula en el dipolo.
h, longitud del dipolo.
e, Neper.
centro del dipolo.
Ecuaciones y desarrollo que son válidos para dipolos
3
2.1.3 Modelación de los patrones de radiación de
los arreglos de dipolos
Los arreglos de dipolos más usados son los conocidos
WPara la modelación de su patrón de radiación
se estudió y corrigió el trabajo desarrollado por
[3], en base del artículo realizado por [10] y de
lo sistematizado por [2], en su texto; haciendo las
correcciones necesarias para llegar a plantear un
modelo generalizado del arreglo.
Para la modelación se hace uso de la siguiente
intervienen:
Figura 1.
Parámetros y disposición de elementos en
sistema radiante y sistema de coordenadas
Tomado de [2], pág. 404
Figura 2.
Consideraciones para Método de
los Momentos en Yagi-Uda
Nota: Adaptado de [2], pág. 584
Haciendo uso del Método de los Momentos, en el que
a cada uno de los N elementos del sistema radiante
se le divide en M modos, se llega a las expresiones
de las magnitudes de los campos radiados por los
arreglos tipo Yagi-Uda, en las que se consideran las
interrelaciones que se presentan entre cada una de
las partes de cada uno de los elementos con cada una
de las partes de los otros elementos, obteniéndose
matrices de éstas interrelaciones, así:
77
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de Radiación Tipo Dipolos
Siendo:
n, el subíndice del elemento en estudio del
arreglo.
m, el subíndice del número de modo que se
está considerando del elemento en estudio.
Inm, corriente del elemento n en el modo m.
ln, longitud del elemento n.
radiada.
o permitividad dieléctrica del vacío.
x,y,z son las coordenadas del elemento n en
el modo m.
x’,y’,z’ son las coordenadas del elemento
con respecto del que se quiera calcular su interacción
o coordenadas del punto del espacio al que se quiere
encontrar su radiación
Ezt campo eléctrico total en el punto z.
Como se tiene un solo elemento activo alimentado
centralmente, se usa:
(2.5)
Con lo que, se obtiene:
(2.6)
, donde:
En las que:
e partió de la modelación realizada para las
antenas
considerando:
Figura 3.
Para N elementos isotrópicos. Representación fasorial de campos lejanos
Tomado de [2], pág.293
(2.7)
78
Galárraga J. y Albuja G.
Con base en lo previamente realizado para la antena
antenas tipo Log – Periódicas, para n elementos
activos, voltajes de alimentación iguales o distintos,
tamaños de los elementos y longitudes de separación
entre los elementos, a elección.
y 2.7 que pueden ser calculadas mediante métodos
numéricos, al presentar sumatorios limitados de sus
términos.
Para realizar el cálculo del campo total que se
genera con el sistema radiante, se toma elemento
por elemento, considerando al elemento de análisis
como elemento activo que tiene elementos directores
los ubicados al frente de su dirección principal de
su dirección principal de radiación.
Se hace uso del teorema de superposición,
considerando tanto posible diversidad espacial
como posible diversidad fasorial de cada uno de
los elementos que componen el sistema radiante.
Tal como se muestra en la Figura 1, para elementos
isotrópicos y separados una misma distancia, por lo
que, de manera general, se obtiene:
(2.8)
Donde:
ET (r) = Campo eléctrico total generado por
todos los elementos activos del arreglo lineal de
dipolos.
Ei (r) = Campo eléctrico total generado por
el i-ésimo elemento activo del arreglo lineal de
dipolos.
campos eléctricos vendrá dada por 2.6, multiplicada
por un factor que abarcará la diferencia de fase que
se puede tener en la alimentación a cada elemento
activo y la diferencia de fase por la diversidad
espacial. Para facilitar la modelación, se considera
al primer elemento del arreglo en y = 0, con lo que
la magnitud de los campos eléctricos obtenidos
punto a punto sería:
(2.9)
Donde:
di = Distancia desde y = 0 al i-ésimo
elemento activo del que se obtiene su campo.
del i-ésimo elemento activo del arreglo lineal de
dipolos del que se obtiene su campo.
Obteniéndose los parámetros considerando el
voltaje de entrada al primer elemento activo = 1 V y
en base de la geometría del arreglo; la alimentación
al resto de elementos activos se verá idealmente
afectados por el desfase producido por la distancia
al primer elemento activo, por lo que se usará:
y
quedaría:
, quedando
2.2 Simulación de los patrones de sistemas de
radiación tipo dipolos
Con base en los modelos previamente presentados,
se procede a desarrollar algoritmos cuyos programas
fueron implementados con MATLAB R2018a en
una laptop ACER i5-5200U de 2,2 GHz y con 6
GB de RAM para la simulación de los patrones de
sistemas de radiación tipo dipolos más usados:
2.2.1. Simulación de los patrones de radiación
del dipolo elemental
El algoritmo en base del que se elaboró el programa
con el que se obtuvo este patrón es:
ALGORITMO 1: Diagramas de radiación del
dipolo elemental.
INGRESE: f (f r e c u e n c i a c e n t r a l d e t r a b a j
o , e n MHz : ) ; r (d i s t a n c i a a la q u e s e
q u i e r e c a l c u l a r e l c a m p o , e n Km: ) ; n (F a
c t o r m u l t i p l i c a d o r de l a m b d a , d e b e s e r
m e n o r a 1 / 5 0 : ) ;
79
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de Radiación Tipo Dipolos
Calcula: la longitud de onda: l
a m b d a = lam =
3
0
0
/ f ; La longitud del dipolo elemental: L=
n
l
a
m ; La
constante de la onda: B =
2
p
i /
l
a
m ;
haciendo el lazo:
p
i ;
E =
a
b
s ( f
n / r
s i n ( t ) ) . ^ 2 ;
Fin Para
f i g u r a ( )
p o l a r ( t ,
E
)
2.2.2. Simulación de los patrones de
Se presenta el algoritmo con el que se realizó el programa
3
ALGORITMO 2: Diagramas de radiación del
INGRESE:
f
(f r e c u e n c i a c e n t r a l
d
e t r a b a j
o ,
e
n
MHz
: ) ; ;
r
(d i s t a n c i a a l a
q
u
e
s
e q u i e r e c a l c u l a r e l campo ,
e
n Km: ) ;
n
(F
a c t o r m u l t i p l i c a d o r
d
e
l
a
m
b
d
a ,
d
e
b
e s e
r m
a
y
o
r a
1
/
1
0 y
m
e
n
o
r
q
u
e 3 ,
g
e
n
e
r
a
l
m
e
n
t
e n
= 0 . 5
: ) ;
Calcula: la longitud de onda: l
a m b d a= l a m=
3
0
0
/ f ; La longitud del dipolo: L=
n
l
a
m ; La constante de
la onda: B =
2
p
i /
l
a
m ;
haciendo el lazo:
p
i ;
E =
a
b
s ( 0 . 0 6 0 / r
(
c
o
s
(
B
L
/
2
c
o
s c
o
s
(
/ 2 ) ) . / s i n ( t ) ) . ^ 2 ;
Fin Para
f i g u r a ( )
p o l a r ( t ,
E
)
2.1.3 Simulación de los patrones de
radiación de los arreglos de dipolos
En los algoritmos que se basan para la realización
de los programas obtenidos para los arreglos de
dipolos más usados, se incluyen los datos que se
obtuvieron con el software libre MMANA-GAL,
con el objeto de realizar una comparación entre
los resultados obtenidos con esta herramienta y los
desarrollos realizados en la investigación.
Se presenta únicamente el algoritmo con el que se
modeló las antenas log periódicas, dado que es una
generalización del algoritmo con el que se modeló
ALGORITMO 3: Diagramas de radiación de
INGRESE: M (I n g r e s e e l
nú
m
e
r
o
d
e modos: )
; N ( I n g r e s e
n ú
m
e
r
o
d
e
e
l
e
m
e
n
t
o
s : ) ;
si
(
N>
1
)
Imprimir
(¿
T
o
d
o
s l o s
e
l
e
m
e
n
t
o
s
p
o
s
e
e
n l a
misma l
o n g i t u d ? \ n ) ;
INGRESE: RESP
(
Y o
N
) ;
entonces
RESP =
N
;
Fin si
si
(
RESP ==
Y
o y )
INGRESE:
L
e
l
e
m
(
L
o
n
g
i
t
u
d
u
n
i f o
r
m
e
d
e
e
l
e
m
e
n
t
o
s (
e
n cantidad propor c i o n a l
d
e l o n g i t u d e s
d
e
o
n
d
a
= ) ;
Se asigna un vector de almacenamiento de las longitudes
de los elementos:
Le
=
L
e
l
e
m
o
n
e
s
(
1
,
N
) ;
entonces
(
RESP ==
N
) ;
a =
1
;
mientras
a <= N
Imprimir
(
L
o
n
g
i
t
u
d
d
e
l
e
l
e
m
e
n
t
o #
2
d (
e
n c a n t i d a d p r o p o r c i o n a l
d
e l o n g i t u
d e s
d
e
o
n
d
a
= , a ) ;
INGRESE: b ;
Le ( a ) = b ;
a = a +
1
;
Fin mientras
Fin si
si
(
N>
2
)
Imprimir
(
¿Es l a s e
p
a r a
c
i ó n e n t r
e
e
l
e
m
e
n
t
o
s
u
n
i f o
r
m
e
?
);
INGRESE: RESP
(
Y O
N
) ;
entonces
RESP ==
N
;
Fin si
si
(
RESP ==
Y
o y )
INGRESE: DDIR ( La s e p a r a c i ó n
u
n
i form
e
e n t r e
e
l
e
m
e
n
t
o
s (
e
n c a n t i d a d p r o p o r c i
o n a l
d
e l o n g i t u d e s
d
e
o
n
d
a )
e
s: )
o
n
e
s
(
1
,
entonces RESP ==
N
;
a =
1
;
mientras
a <=
(
N
1)
Imprimir
(S
e
p
a
r
a
c
i
ó n e n t
r e
e
l
e
m
e
n
t
o #
2
d y #
2
d (
e
n
c
a n t i d a d p
r o p o r c i o n a l
d
e l o n g i t u d e s
d
e
o
n
d
a
)
= ,
a , a
+
1
) ;
INGRESE: b
D ( a ) = b ;
80
Galárraga J. y Albuja G.
a = a
+
1
;
Fin mientras
Fin si
INGRESE: b (
R
a
d
i
o
d
e
t
o
d
o
s l o s
e
l
e
m
e
n
t
o
s
usado
s (
e
n c a n t i
d
a d p r o p o r c i o n a l
d
e l o
n g i t u d e s
d
e
o
n
d
a
)
) ;
r a d i o = b ;
Se asigna un vector de almacenamiento de las
ubicaciones de los elementos:
YP= z
e
r
o
s
(
1
,
N
) ;
Imprimir
(
La
ubicació
n
de
l
prime
r
dipol
o
e
n el
eje y(
e
n cantidad proporcional
d
e longitudes
d
e
ond
a)
vien
e
dado po
r:) ;
INGRESE: b
YP
( 1 )
=
b ;
Para
m desde
1
h a s t a
N
1
YP
(m+
1
)
=D
(m) +YP
(m) ;
Fin Para
si
(
N>
1
)
Imprimir
(¿Todo
s los
elemento
s t i e n e n e l
mismo v o l t a j e d e a l i
m e
n t a
c
i
ó
n?) ;
INGRESE: RESP:
(
Y o
N
) ;
entonces
RESP = N ;
Fin si
INGRESE:
V
a
l
i
m
(Vo l t a j e
d
e a l i
m
e
n
t
a c
i
ó
n
e
n
element
o
u
b
i
c
a
d
o
e
n
y =
0
(
e
n v o l t i o s
)
= );
Se asigna un vector de almacenamiento de los voltajes
de alimentación:
Vf
=
z
e r
o
s
(
N
, 1 ) ;
momentos:
LM= z
e
r
o
s
(
N
,M) ;
f
r
a
c
L
f
r
a
c
L
M =
f
r
a
c
L
M ’ ;
Para
m desde
1
h a s t a M
LM
( :
,
m) =
f
r
a
c
L
M
(
Fin Para
Se realiza el cálculo de los elementos de las matrices
Anm= z
e
r
o
s
(M
N
,M
N
) ;
Para N1
desde
1
h a s t a N
Para M1
desde
1
h a s t a M
Para
N2
desde
1
h a s t a N
Para M2
desde
1
h a s t a M
si N1==N2
alph
a = radio ;
entonces
a
l
p
h
a
=
0
;
Fin si
R
red
=
a
l
p
h
a
^
2
+
(
YP
(
N1
(
N2
)
)
^
2
UL=
Le
(
N2
) / 2 ;
Parte
1=
quad
l(
@integralG
2, 0
,
UL
)
G2 =
s
u
m
a
t
o
r
i
a
G
2
(
UL
) ;
Anm
M+M1
M+M2
))
(N2
))
1
)
^(M2+1)
G2+((2
p
i)
^2
p
i
^
2
/ Le
(
N2
)
^
2
)
1 );
Fin Para
Fin Para
Fin Para
Fin Para
Se realiza el cálculo de la distribución de corriente sobre
cada elemento radiante en base de lo calculado con el
I
n
m
g
l
o
b = [
z
e r
o
s
(M
N
, 1 ) ] ;
E t h e t
a = [
z
e r
o
s
(
1
,
3
6
0
1
) ] ;
si
(
RESP ==
Y
o y )
Para i
desde
1
h a s t a
N
s = [
z
e r
o
s
(
1
,M
N
) ] ;
s
(
1,i
=Valim
(2
s
=
s ’ ;
Inm
=Anm
\ s ;
s i z e ( Inm ) ;
p
h
i
=
1
;
Para t h e t a
desde
1
h a s t a
3600
SumEN
=
0
;
Para n
desde
1
h a s t a
N
AAA=
ex
p
(
1i
2
p
i
YP
(n)
sin (
theta
p
i
/
1
8
0
0
)
s i n (
p
h
i
p
i / 2 ) ) ;
SumEM=
0
;
Para
m desde
1
h a s t a
M
SumEM=
Inm (
(M
(
n
1)
+m)
,
1
)
(
Zmas (
m
, ( t h e t a
p
i
/
1
8
0
0
) , n
) +
Zmenos
(
m
, ( t h e t a
p
i
/
1
8
0
0
) , n )
)
+ SumEM ;
Fin Para
SumEN=
SumEM
AAA
Le(n
)+SumEN
Fin Para
Ethet
a
(
1,theta
+1)
=1i
(3
10^8
)
(4
p
i
10^
7
)
/4
sin(theta
p
i
/1800
)
+YP
(n)
p
i / . 2 5 )
SumEN;
Inmglo
b =
I
n
m
g
l
o
b
+ Inm ;
Fin Para
81
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de Radiación Tipo Dipolos
t a b l a (
t h e t
a , 1 ) = t h e t a / 1 0 ;
t a b l a (
t h e t
a , 2 )
=E
( t h e t a ) ;
si (
AbsEthet
a(theta)/
MaxAbsThet
a) >
(10
6
)
E
t
h
e
t
a
D
B(theta) =
2
0
l
o
g
1
0 (
A
b
s
E
t
h
e
t
a ( t h e t a ) / M
a
x
A
b
s
T
h
e
t
a ) ;
entonces
Eth
e
t
a
D
B ( t h e t a )
=
120;
Fin si
Fin Para
l
e
n
g
= l e n g t h ( t a b l a );
C
á
lcul
o
de
l
anch
o
de
l
ha
z
d
e la
anten
a,
directividad
y
r
elación
delant
M
a
x
E
t
h
e
t
a
=max (
E
) ;
t o l
=
M
a
x
E
t
h
e
t
a / 1 0 0 ;
Para t h e t a
desde
1
h a s t a
3600
si
E
( t h e t a )
==
M
a
x
E
t
h
e
t
a
t h e t a d i r = t h e t a ;
si t h e t a d i r
1800
<0
RFB=10
log
1
0 (
a
b
s
(E
(thetadir) /
E
( t h e t a d i r
+
1
8
0
0
) ) ) ;
entonces
RFB=
1
0
l
o
g
1
0 (
a
b
s
(E
(thetadir) /
E
( t h e t a d i r
1
8
0
0
) ) ) ;
Fin si
Fin si
Fin Para
MaxEnmax=Enmax
(thetadir
/1800
p
i,
p
i/2)
P
i
s
o
= i n t e g r a l 2 (
@
E
n
e
r
g
i
a , 0,
p
i
,
0
,
2
p
i ,
M
e
t
h
o
d , i t e r a t e d , A
b
s
T
o
l
,
R
e
l
T
o
l
,
1
e
Di
r
p
i
/
a
b
s (
P
i
s
o ) ;
d i r e c t
=
1
0
l
o
g
1
0 (
D
i
r ) ;
Imprimir(La
gananci
a máxima
de
l arreglo lineal
d
e
antena
s
dipol
o
d
e d
elemento
s
e
s: f dB\n
,N
, direct ) ;
Para t h e t a desde thetadir hasta
360
0
si
E
( t h e t a )
>
=
1
/
2
M
a
x
E
thet
a &&
E
(theta)
<
=
1
/
2
M
a
x
E
t
h
e
t
a
+ t o l
t
h
e
t
a
m
e
d
= t h e t a ;
sale del lazo
Fin si
Fin Para
a
b
s
h
e
t
a
m
e
d ) / 1 0 ) ;
Imprimir(La relación delante atrás
de
l arreglo
lineal
d
e
antena
s
dipol
o
d
e d
e
l
e
m
e
n
t
o
s
e
s : f dB
\ n
,
N
,
RFB
) ;
Imprimir (
E
l
anch
o
de
l
ha
z
de
l arreglo lineal
d
e
antena
s
dipol
o
d
e d
elemento
s
e
s : f
g
r
a
d
o
s \ n
,
N
,
AnB
);
___INCLUSIÓN DE ARCHIVO CON DATOS GENERADOS
EN
MMANA
GAL
e = …
3
4
l
a
m
b
d
a
1
0
0
s .
c
s
v ;
d e l i m i t e r = , ;
s
t
a
r
t
R
o
w =
2
;
Para
m
a
t
S
p
e
c = _ f _ f _ f _ f _ f _ [ ^ \ n \ r ] ;
Fin Para
entonces
(
RESP ==
N
o n )
si
(
N>
1
)
Imprimir
(¿E
l vo l t a j e
d
e
a
l i
m
e
n t a
c
i
ó
n
de
pe
nd
e
s
o
l
o
d
e l a d i s t a n c i a
d
e
sep
a
ración
d
e los
elemento
s ?);
INGRESE: RESP ( Y o
N
);
entonces
RESP = N ;
Fin si
Para i
desde
1
h a s t a
N
s = [
z
e r
o
s
(
1
,M
N
) ] ;
si
(
RESP == Y o y )
b=
Valim
co
s
(YP
(i)
p
i /
. 2 5 ) ;
Vf ( i
) =
b ;
s
(
1,i
=
(2
Le(i)
entonces
(
RESP == N o n ) ;
Imprimir
(
Voltaje
d
e
a
lim
e
nta
c
ión
de
l
element
o #
2
d (
e
n voltios
)
= );
INGRESE: b ;
s
(
1,i
=
(2
Fin Para
s
=
s ’ ;
Inm
=Anm
\ s ;
p
h
i
=
1
;
Para t h e t a
desde
1
h a s t a
3600
SumEN
=
0
;
Para n
desde
1
h a s t a
N
AAA =
e
x
p
(
1i
2
p
i
YP
(n)
sin ( t
h e t a
p
i
/
1
8
0
0
)
s i n (
p
h
i
p
i / 2 ) );
SumEM=
0
;
Para
m desde
1
h a s t a
M
SumEM=
Inm(
(M
(
n
)
+m)
,1
)
(
Zmas(m
, ( t h e t a
p
i
/
1
8
0
0
) ,
n
) +
Zmenos
(
m
, ( t h e t a
p
i
/
1
8
0
0
) , n )
)
+ SumEM ;
Fin Para
SumEN=
SumEM
AAA
Le(n
)
+SumEN
;
Fin para
Etheta(1,theta+1)=
Etheta(1,theta+1)+li*(3*10^8)*(4
p
i
10^
7)/4
*
sin(thet a*pi/1800)*
ex
p
(
1i
2
p
i
YP
(n)
co
s (t
heta
p
i
/
1
80
0+YP
( n )
p
i / . 2 5 )
SumEN
;
Inmglo
b=
Inmglo
b+Inm;
Fin Para
Fin Para
Vf ;
Fin si
A
b
s
E
t
h
e
t
a
=
a
b
s (
E t h e t
a ) ;
M
a
x
A
b
s
T
h
e
t
a
=max
(
A
b
s
E
t
h
e
t
a ) ;
t a b l a
(
3
6
0
0
,
2
) =
z e
r
o
s ;
Para t h e t a
desde
1
h a s t a
3600
E
(theta)
=
(
AbsEthet
a(t h e t a ) ) . ^ 2 ;
82
Galárraga J. y Albuja G.
f i l e I D =
f
o
p
e
n (
f
i
l
e
n
a
m
e , r ) ;
dataArra
y=textscan(
D,
ParamatSpe
c,
D
eli
m
it
e
r, d
e l i m i t e r ,
T
e
x
t
T
y
p
e , s t r i n g ,
H
e
a
d
e
r
L
i
n
e
s ,
s
t
a
r
t
R
o
e
t
u
r
n
O
n
E
r
r
o
r , f a l s e ,
Fin
O
f
L
i
n
e , \ r \ n ) ;
f c l o s e ( f i l e I D ) ;
lambda3
_
4
1
0
0
s = t a b l e (
d
a
t
a
A
r
r
a
y
{
1
:
}
,
V
a
r
i
a
b
l
e
N
a
m
e
s , { ZENITHDEG ,
AZIMUTHDEG , VERTdBi , HORIdBi , TOTALdBi
}
) ;
clearvars
f
i
l
e
n
a
m
e d e l i m i t e r
s
t
a
r
t
R
o
w
Para
m
a
t
S
p
e
c f i l e I D
d
a
t
a
A
r
r
a
y
a
n
s ;
Comp=
l
a
m
b
d
a
3
_
4
1
0
0
s ( : , 4 ) ;
Comp=Comp
{ : , : } ;
C=Comp
’ ;
C
á
lcul
o
de
l
anch
o
de
l
ha
z
d
e la
anten
a,
directividad
y
r
elación
delant
e
a t r á s ,
c
o
n
d a
t
o
s
d
e
MMANA
GAL
M
a
x
E
t
h
e
t
a =
15;
Para t h e t a
desde
1
h a s t a
3600
si
C
( t h e t a ) >
M
a
x
E
t
h
e
t
a
M
a
x
E
t
h
e
t
a =
C
( t h e t a ) ;
Fin si
Fin Para
M
a
x
E
t
h
e
t
a ;
d i r e c t
=
M
a
x
E
t
h
e
t
a ;
Imprimir(La
gananci
a máxima
de
l arreglo lineal
d
e
antena
s
dipol
o,
usand
o
MMANA
GAL
,
d
e d
elemento
s
e
s : f dB \ n
,
N
, d i r e c t );
t o l
=
M
a
x
E
t
h
e
t
a / 1 0 0 ;
Para t h e t a
desde
1
h a s t a
3600
si
C
( t h e t a )
==
M
a
x
E
t
h
e
t
a
t h e t a d i r = t h e t a ;
si t h e t a d i r
1800
<0
RFBM=
ab
s
(C
h e t a d i r
+
1
8
0
0
) ) ;
entonces
RFBM=
ab
s
(C
h e t a d i r -
1
8
0
0
) ) ;
Fin si
Fin si
Fin Para
Para t h e t a desde thetadir hasta 3600
si
C
( t h e t a )
>=
M
a
x
E
t
h
e
t
C
(th
e t a )
<=
M
a
x
E
t
h
e
t
t h e t a m e d = t h e t a ;
sale del lazo
Fin si
Fin Para
ab
s
hetame
d) / 1 0 ) ;
Imprimir (La relación delante atrás
de
l arreglo lineal
d
e
antena
s
dipol
o,
usand
o
MMANA
GAL
,
d
e d
e
l
e
m
e
n
to
s
e
s : f dB\ n
,
N
,
RFBM) ;
Imprimir (
E
l
anch
o
de
l
ha
z
de
l arreglo lineal
d
e
antena
s
dipol
o,
usand
o
MMANA
GAL
,
d
e d
elemento
s
e
s: f
grado
s \ n , N
,
AnBM) ;
theta desde
0, cada p
i
/1800
h a s t a
2
p
i
p i
/ 1 8
0 0
;
f i g u r a ( 1 ) ;
polar(
thet
a,
Etheta
D
B ,
g
r
e
e
n ) ;
f i g u r a ( 2 ) ;
p o l a r (
t h e t
a , E ,
r
e
d ) ;
f i g u r a ( 3 ) ;
p o l a r (
t h e t
a
, C
,
b
l
u
e ) ;
Función para cálculo de la integral de la Función de
Green de la integral de Pocklington
función
y
= i n t
e
g r
a
l
G
2
(
Z
)
global Le LM N1 N2 M1 M2
R
r
e
d
Rplu
s=sqrt(
Rre
d +
(LM(
N1
,M1)+Z
) . ^ 2 ) ;
Rminu
s=sqrt(
Rre
d+
(LM(
N1
,M1
y=((
exp(
2
p
i
Rminu
s)./(
Rminu
s))
+
(
(
exp(
2
p
i
.
Rplu
s)./(
Rplu
s))))
.
co
s
((2
p
i
.
Z . / Le
(
N2
) );
Función para cálculo de la sumatoria de la Función de
Green de la integral de Pocklington
función
G2=
s
u
m
a
t
o
r
i
a
G
2
(
UL
)
g l o b a l
R
r
e
d N1 M1 LM
Rplu
s = sqrt(
R
r
e
d +
(LM(
N1
,
M1
) +UL
) . ^ 2 ) ;
Rminus =
sqrt
G2=
exp(
2
p
i
Rplu
s)/
Rplu
s+
exp(
2
p
i
Rminu
s)/
Rminu
s ;
Función para el cálculo de la componente angular
positiva del potencial vectorial.
función
y
=Zmas (
m,
t h e t
a , n )
g l o b a l Le
y1
=(((2
p
i)/Le(n)
p
i
.
co
s(theta))
Le(n)/2
si
y
1 == 0
y
=
1
;
entonces
y
= s i n (
y
1 ) . /
y
1 ;
Fin si
Función para el cálculo de la componente angular
negativa del potencial vectorial.
función
y
=
Zmenos
(
m,
t h e t
a , n )
g l o b a l Le
y1
=(((2
p
i)/Le(n
)
2
p
i
.
co
s(theta))
Le(n)/2
si
y
1 == 0
y
=
1
;
entonces
y
= s i n (
y
1 ) . /
y
1 ;
Fin si
elementos colindantes.
función
y
= E
n
e
r
g
i
a (
t h e t
a ,
p
h
i )
g l o b a l M N YP Le
I
n
m
g
l
o
b
SumEN
=
0
;
Para n
desde
1
h a s t a N
AAA=
e
x
p
(
1 i
2
p
i
YP
83
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de Radiación Tipo Dipolos
( n )
.
s i n ( t h e t a )
.
s i n (
p
h
i ) ) ;
SumEM=
0
;
Para
m desde
1
h a s t a M
SumEM=
Inmglo
b(
(M
(
n
1)
+m)
,1
).
(
Zmas(
m,
thet
a,n
)+
Zmenos
(
m,
thet
a,n)
) +SumEM
Fin Para
SumEN=
SumEM
Le(n)
/2+
SumEN
;
Fin Para
y
=3.
7
5
p
i .
(
a
b
s
(
SumEN
) . ^
2 ) .
( s i n ( t h e t a ) . ^ 3 ) ;
elementos colindantes.
función
y
=Enmax
(
t h e t
a ,
p
h
i )
g l o b a l M N YP Le
I
n
m
g
l
o
b
SumEN
=
0
;
Para n
desde
1
h a s t a N
AAA=
ex
p
(
1i
2
p
i
YP
(n)
.
sin(
theta )
.
s i n (
p
h
i ) ) ;
SumEM=
0
;
Para
m desde
1
has t a M
SumEM=
I
n
m
g
l
o
b (
(M
(
n
1)
+m)
,
1
)
(
Zmas (
m,
t h e t
a , n )
+
Zmenos
(
m,
t h e t
a , n )
) +SumEM
;
Fin Para
SumEN =
SumEM
AAA
Le ( n )
/
2
+
SumEN
;
Fin Para
y
=
3
.
7
5
p
i
(
a
b
s
(
SumEN
) . ^
2 )
(s i n ( t h e t a ) . ^ 2 );
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se realiza la comparación de los patrones de
radiación obtenidos en la investigación, con los
dados por los fabricantes, los presentados en los
textos y los obtenidos mediante el uso del simulador
Se trabajó con antenas o sistemas radiantes a las
frecuencias de operación: banda III, de 174 a 200
MHz y banda IV, de 470 a 488 MHz y de 512 a
608 MHz.
3.1 Criterios de comparación para los parámetros
de los diagramas de radiación
Dado que al encontrar los diagramas de radiación
de los elementos o sistemas radiantes se obtienen
los campos que se generan, las comparaciones
geométricas entre los diagramas de radiación van a
ser fundamentales, así:
Tabla 1.
Criterios de valoración para denir la relación de
aspecto de los diagramas de radiación obtenidos
Los diagramas que no presenten coincidencia en
su ubicación angular ni en su número de lóbulos
principales, se les considera inhabilitados para
análisis posteriores de sus patrones.
la Tabla 2:
Tabla 2.
Valoraciones de la Relación de Aspecto de los
diagramas de radiación obtenidos
Además de los criterios geométricos de comparación
de los patrones de radiación, también se plantean
otros criterios que permiten comparar de manera
más cuantitativa los patrones de radiación obtenidos:
84
Galárraga J. y Albuja G.
Tabla 3.
Criterios de valoración para comparar los
diagramas de radiación obtenidos
Al hacer uso del error relativo porcentual, se
consideran como valores reales los de referencias
externas a la investigación y como valores medidos
los obtenidos en la investigación.
la Tabla 4:
Tabla 4.
Valoraciones de los patrones de radiación obtenidos
3.2 De las antenas dipolo
Se realizó la comparación de las características de
GAL obteniéndose una Excelente coincidencia
entre sus características, así:
Tabla 5 .
Comparación de los diagramas de radiación del
dipolo elemental
Para la comparación de los patrones de radiación
y con respecto de los obtenidos haciendo uso del
Excelentes coincidencias entre sus características,
como se muestra en la siguiente tabla: (Anexo
Tabla 6)
3.3. De los arreglos de antenas dipolo
Se realizó la comparación de las características de
los patrones de radiación de un arreglo Yagi-Uda
de 3 elementos, con respecto del dado por [3] y con
respecto del obtenido haciendo uso del simulador
entre sus características, como se muestra en la
tabla: (Anexo Tabla 6)
La comparación de los patrones de radiación de un
arreglo Yagi-Uda de 6 elementos, con respecto de
los dados por [8] presentan mucha coincidencia;
y se encuentra que tienen poca coincidencia entre
sus características con las del patrón de radiación
como se muestra en la tabla: (Anexo Tabla 7)
Al comparar los patrones de radiación de un arreglo
Yagi-Uda de 5 elementos, se encuentra que tanto
con respecto de los dados por [9] como el resultante
de usar el simulador MMANA – GAL, presentan
una excelente coincidencia entre sus características;
como se muestra en la tabla: (Anexo Tabla 8)
Se realizó la comparación de las características
Periódico de 5 elementos, con respecto del dado
por [10] y con respecto del obtenido haciendo uso
coincidencia entre sus características, como se
muestra en la tabla: (Anexo Tabla 9)
La comparación de los patrones de radiación de
respecto de los dados por [10] presentan poca
coincidencia; y se encuentra que tienen escasa
coincidencia entre sus características con las del
85
Simulación y Descripción Matemática de Patrones Derivados de Sistemas de Radiación Tipo Dipolos
patrón de radiación resultante del uso del simulador
(Anexo Tabla 10)
4. CONCLUSIONES
4.1 Dados los resultados obtenidos de las
comparaciones de las características de los patrones
de radiación, se encuentra que el programa
desarrollado entrega excelentes resultados para
antenas simples, dipolos elementales y dipolos
cortos, y tiene validez pues entrega resultados
muy cercanos a los esperados para los arreglos
de dipolos lineales tipo
Y
U
da, pe ro no
entrega resultados adecuados para los arreglos
los que se lograron pocas coincidencias entre las
características esperadas, siendo la característica
más aceptable que se obtiene, la de la directividad
del arreglo.
4.2 El papel de la modelación y la simulación en los
procesos de enseñanza-aprendizaje en la ingeniería,
y en particular de los ingenieros en electrónica
y telecomunicaciones se destaca con la presente
investigación.
4.3 Al modelo trabajado en la presente investigación,
que se basa en la integral de Pocklington, le hace
elementos activos, dado que se asume para la
modelación que el elemento activo en análisis es
el único que se encuentra radiando, sin considerar
en efecto que los otros elementos se encuentran
radiando simultáneamente.
Se llega a la anterior conclusión puesto que cuando
se trabaja con distinta cantidad de modos en este tipo
de sistemas radiantes con varios elementos activos,
los lóbulos principales de radiación no mantienen la
misma disposición angular.
4.4 En el modelo desarrollado en la investigación
realizada no se considera la posibilidad de contar
con elementos con distinto radio, situación que
no permite obtener las mejores características
de los patrones de radiación que se esperan;
la diferenciación de los distintos radios de los
elementos lo tiene incorporado el MMANA-GAL,
lo que hace que este programa libre sea uno de los
arreglos de antenas.
REFERECENCIAS
[1] GALÁRRAGA, J., Simulación y Descripción
Matemática de Patrones Derivados de Siste-
mas de Radiación Tipo Dipolos para señales
de TDT ISDB-T Internacional, Master’s thesis,
Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE,
ag 2021.
[2] C. BALANIS, Antenna Theory, analysis and De-
sign, John Wiley & Sons, third ed., 2005.
[3] I. CASTILLO, JOSÉ Y QUIROZ, Desarrollo de
software para el diseño de antenas yagi-uda y
reector de esquina, Master’s thesis, Universi-
dad San Francisco de Quito, dec 2009.
[4] ZÚÑIGA, S. Jun 2014. MANUAL MMANA-GAL.
Recuperado el 30 de octubre de 2023 de: http://
www.ea1uro.com/pdf/Manual_XQ2CG_-_
MMANA_Gal_v1.pdf .
[5] ALCIVAR, R., Desarrollo de una plataforma
virtual como apoyo para el aprendizaje autó-
nomo de sistemas radiantes de Telecomunica-
ciones. (Tesis de Grado) Universidad Nacional
de Chimborazo. Riobamba, Ecuador, nov. 2023.
[6] ALVARADO, R. y DIETES, F., Plataforma Cor-
porativa Grupo de Investigación en Nuevas
Tecnologías-
nes Unidades Tecnológicas de Santander, Co-
lombia, feb. 2017.
[7] SARKAR, T. K., DJORDJEVIC, A. R., & KO-
LUNDZIJA, B. M.. Method of moments applied
to antennas. In Handbook of Antennas in Wi-
reless Communications (pp. 8-1). CRC Press.
2018.
[8] PÉREZ, J., et al. “Construcción y simulación de
una antena Yagi-Uda de 550 MHz con MMana-
Gal.” Visum Mundi 5.1 (2021).
[9] PRAMONO, EKO, y NUR WIDJIYATI. “Analisa
Front To Back Ratio Antena Yagi Pada Sistem
LoRa Di Frekuensi 915 Mhz Menggunakan Sof-
tware MMANA-Gal.” Smart Comp: Jurnalnya
Orang Pintar Komputer 12.2 (2023): 347-355.
[10] G. THIELE, Analysis of Yagi-Uda-Type Anten-
nas, vol. AP-17 of IEEE Transaction on Anten-
[11] A. LUNA, Desarrollo de una guía para la repre-
sentación 2d y 3d del diagrama de radiación de
antenas, jul 2017.
[12] A. Y PÉREZ, Antenas, Universidad de Catalu-
[13] P. L. Y. C. R. GÓMEZ J., Diseño de antenas
yagi uda usando algoritmos genéticos, Ciencia
Investigación Academia Desarrollo, 8 (2003),
pp. 19–24.
[14] KATHREIN, Selector de antena de transmisión
.
[15] ELEKTRONIK, Datasheet 9108, 2013
86
Galárraga J. y Albuja G.
Anexos
Tabla 6 .
Comparación de los diagramas de radiación del
dipolo de λ/2
Tabla 6.
Comparación de los diagramas de radiación
del arreglo tipo Yagi - Uda de 3 elementos
Tabla 7.
Comparación de los diagramas de radiación del
arreglo tipo Yagi - Uda de 6 elementos
Tabla 8.
Comparación de los diagramas de radiación del
arreglo tipo Yagi - Uda 600265 de 5 elementos
Tabla 9 .
Comparación de los diagramas de radiación
del arreglo tipo Log − Periódico 75010242 de 5
elementos
Tabla 1 0 .
Comparación de los diagramas de radiación
del arreglo tipo Log − Periódico D9108A de 13
elementos
REVISTA INGENIO
https://doi.org/10.29166/ingenio.v7i2.6738 pISSN 2588-0829
2024 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional vicedecanat.ng@uce.edu.ec
, (), -, . -
Solid waste management represents a challenge for contemporary cities because it involves
various levels of management and processing. At the base of the recycling pyramid, the cru-
cial role of informal recyclers stands out, whose work improves the environmental condi-
tions of cities. Despite its valuable contribution, informality has marked this profession, with
deplorable working conditions at a social and economic level and low occupational safety.
Recyclers roam the city in search of as much recyclable material as possible, so they can later
sell it and continue the chain. However, the operational process of the recyclers is striking due
to the inadequate conditions, in terms of personal protection and mobilization. Traditionally,
they move with a cart, a product intended for transporting heavy loads over short distances.
However, it is used by waste pickers to travel long distances during the daily working day.
Through the methodology of early and continuous validation for product design, a vehicle
adapted for the work of informal recyclers in the city of Ambato is proposed. It shows a valua-
working conditions at the operational level for waste pickers.
La gestión de residuos sólidos representa un reto para las ciudades contemporáneas porque
implica varios niveles de gestión y procesamiento. En la base de la pirámide del reciclaje, se
destaca el papel crucial de los recicladores informales, cuyo trabajo mejora las condiciones
ambientales de las ciudades. A pesar de su valioso aporte, la informalidad ha marcado esta
profesión, con condiciones laborales deplorables a nivel social y económico y baja seguridad
laboral. Los recicladores recorren la ciudad en busca de la mayor cantidad de material reci-
clable posible, para luego venderlo y continuar la cadena. Sin embargo, llama la atención el
proceso operativo de los recicladores debido a las inadecuadas condiciones, en términos de
protección personal y movilización. Tradicionalmente, se desplazan con un carro, un produc-
to destinado al transporte de cargas pesadas en distancias cortas. Sin embargo, es utilizado
por los recicladores para recorrer largas distancias durante la jornada laboral diaria. A través
de la metodología de validación temprana y continua para el diseño de productos, se propone
un vehículo adaptado para el trabajo de los recicladores informales en la ciudad de Ambato.
Muestra una valiosa visión de abordar la gestión de manera inclusiva, efectiva para la ciudad,
con condiciones laborales adecuadas a nivel operativo para los recicladores.
Informal waste pickers, urban mobility,
early validation, product design.
Received: 22/4/2024
Received aer review: 7/5/2024
Accepted: 16/5/2024
Published: 15/6/2024
Recicladores informales, movilidad urba-
na, validación temprana, diseño de pro-
duct, innovación.
Ecuador
Roberto Moya1 1 Universidad Técnica de Ambato, Ambato-Ecuador,
Andrea Goyes1 1 Universidad Técnica de Ambato, Ambato-Ecuador,
Ingrid Pardo 1 1 Corporación de Desarrollo de Ambato y Tungurahua, Ambato-Ecuador,
1. INTRODUCTION
Waste and solid waste, commonly known as gar-
bage, are a ubiquitous reality in contemporary so-
ciety. These products, generated by human activity,
are considered useless, undesirable, or disposable,
representing a global challenge of great concern.
Their value is practically nil for those who dispose
of them, however, it has become one of the biggest
concerns worldwide, due to its impacts on health,
the environment, and the economy [1].
Large amounts of waste are a reality in both devel-
oped and developing countries, as they are propor-
88
A Novel Proposal for an Adapted Vehicle for Informal Waste Pickers in Ambato – Ecuador
tional to population growth and industrial progress
[2]. Consumption rates increase solid waste produc-
tion [3], due to the linear model of extracting, pro-
ducing, using, and disposing [4].
Recycling represents an eminent option to reduce
the negative externalities associated with the ac-
cumulation of waste and its improper disposal [5].
Waste pickers or waste collectors make up the base
of the pyramid workforce in any informal recy-
cling sector and will be an integral part of the cir-
cular economy of the global south in any realistic
near-future scenario [6]. Waste management and
recycling in these economies are characterized by
a high degree of informality, so there is an urgent
inclusive [8].
The adjective "informal" refers to those workers
who do not have labor rights [9]. In most cases, in-
formal waste recycling is carried out by poor, dis-
advantaged, vulnerable, and/or marginalized social
groups who often turn to garbage collection as an
adaptive response to generate income [10].
In many developing and transition countries, the
collection of recyclable materials from waste fol-
lows a complex process involving interconnected
-
mal sector emerges as a fundamental element in the
such as the lack of government regulation, the eco-
nomic opportunities available, the interaction with
the industry, and the social characteristics of these
areas. Overall, this involvement of the informal sec-
tor in the recycling process has a positive impact
on the economic, social, and environmental aspects
of the urban environment [8]. Increasingly, waste
pickers are being recognized for their valuable con-
tributions to sustainability and urban development.
In cities without household collection or munici-
pal recycling systems, waste pickers are important
players in addressing the challenge of the growing
amount of solid waste [11].
Waste collection is a kind of self-employment, or
in turn it is part of a group of organized recyclers
who form associations. In the studio "What Does It
Mean to Have a Dirty and Informal Job? The Case
of Waste Pickers in the Rio Grande do Sul, Brazil"
highlights that autonomy is essential to distinguish
between waste pickers who work individually and
those who work in organized groups. Individual
workers have the freedom to manage their work
according to their criteria, prioritizing daily sub-
sistence and the sale of the materials collected. In
contrast, waste pickers employed by organizations
receive a regular salary and follow set schedules.
While the workload of individuals depends on the
amount of waste collected on the street, that of or-
ganized workers is largely determined by the vol-
umes of municipal waste allocated to organizations
through agreements with local authorities and waste
pickers' groups themselves [12].
proportion of waste collection activity is carried out
by informal workers, whose work is not subject to
state regulations or protected by law [13]. These
individuals typically collect unwanted materials di-
rectly from homes, assorted public spaces, industri-
al facilities, commercial areas, or municipal waste
disposal sites. Some waste pickers, especially those
who have established cooperatives, also perform
waste sorting functions in warehouses [14].
Within the national context, the study titled "Per-
spectives of Informal Street Waste Pickers in Loja,
matter. Findings reveal distinct patterns in waste
collection behaviors among genders, with men pre-
dominantly active during the night and women more
active during the daytime. Moreover, individuals af-
independent counterparts. The study highlights that
container collection points attract older individuals,
while younger ones tend to roam the streets. How-
ever, it's concerning that neither the youth nor the
elderly were observed to wear adequate protective
gear such as boots, gloves, or coveralls. The vast
majority of waste pickers sell their collected materi-
als to city recycling centers, with only a minor frac-
tion engaging with private recycling buyers [15].
In terms of working hours, waste pickers work be-
89
Moya R., et al.
tween 3 to 4 days a week, with 4 to 8 hours a day.
One of the main challenges they face is the need to
travel as many streets in the shortest time as possi-
ble to collect material, which involves considerable
distances carrying the materials. In addition, the
association [15]. Compared to the study "Charac-
teristics of Waste Pickers in Nakuru and Thika Mu-
nicipal Dumpsites in Kenya" which mentions that
waste pickers can work between 9 and 12 hours per
day [16], it is possible to establish that in the nation-
al context it is equal to the working day of a formal
job, while in Africa it exceeds 8 hours a day.
The main materials that are recycled are water or
soft drink bottles, white paper, newspapers, card-
board [17], copper [16], iron, glass, aluminum, and
e-waste [18]. The mobilization of recycled material
is carried out, mostly, using carts, which are usually
metal or wooden structures equipped with wheels
to transport and load the materials. These carts are
the amount and variety of materials they can col-
lect, as well as the distance they can travel to carry
out their work [19].
In the study "Design and Construction of a Proto-
type of a Cargo Vehicle for the Use of the Informal
Recycler - A Proposal for Medellín" it is mentioned
that the cart used by the informal recyclers of the
city is mostly built with wood, which has a bear-
ing system that causes vibrations on the body of the
operator when pushed or pulled on the pavement.
as it lacks cushioning to absorb the energy gener-
ated during displacements [20]. The handling con-
ditions and structure of the truck negatively impact
the health of the recycler [21]. In most cases, the
distances are long to travel and exhausting, as they
move with the load of materials they collect while
wandering [22]. Hidalgo-Crespo et al. (2023), in a
study carried out in the Ecuadorian city of Guaya-
is that associated with the movement of recyclable
waste and walking long distances. Therefore, the
productive development of the sector depends on
the skills, physical capacities and tools available to
collect the largest amount of material in the shortest
time [23].
In the study titled "Waste pickers and cities" [11]
highlights the importance of organization in im-
proving the livelihoods of waste pickers and their
integration into urban waste management systems.
Examples from cities such as Belo Horizonte, Bo-
gotá and Pune illustrate how waste pickers' orga-
waste as a resource for livelihoods. In addition, it
demonstrates how waste pickers generate value for
their urban communities. Municipalities across Lat-
in America have responded to waste pickers' activ-
ism by embracing promises of inclusion, both eco-
nomically and in healthy working conditions [22],
[24].
In this context, where the work of waste pickers is
crucial for urban sustainability in Latin American
cities and given the imperative need to improve
their working conditions, this document presents
waste pickers in the city of Ambato. Based on in-
dustrial design principles, the main objective is to
in the collection of recyclable materials, while re-
ducing the physical burden. This initiative seeks to
improve the quality of waste pickers' work, increase
their productivity, and contribute to the care of the
urban environment.
2. METHOD
In this study, a comprehensive approach was adopt-
ed to address the development of a solution propos-
al to improve the sustainable mobility of informal
waste pickers in Ambato. The process was struc-
tured in several stages, which are detailed below,
along with tables that provide an overview of each
phase and its results.
-
tives
-
ing of the mobility problem faced by informal waste
pickers in Ambato. Interviews with waste pickers,
conditions and mobility constraints were conduct-
ed. The main objectives were to identify the spe-
establish clear criteria for the development of the
mobility solution.
90
A Novel Proposal for an Adapted Vehicle for Informal Waste Pickers in Ambato – Ecuador
carried out and clear objectives were established for
the development of the mobility solution. Table 1
summarizes the measurable objectives set for the
study.
Table 1.
Problem Denition and Aims
A search was carried out using an existing typology
analysis tool to identify best practices in sustainable
mobility and product design aimed at social inclu-
sion. Data on emerging technologies, innovative
materials, and relevant case studies were collect-
ed. In addition, models adapted from Clientograma
templates were used to gain an in-depth understand-
ing of the needs and preferences of waste pickers, as
well as the socioeconomic and environmental con-
text in which they operate.
During this phase, data was collected on emerging
technologies, innovative materials, and locally and
internationally relevant case studies. Table 2 sum-
marizes the key results of this phase.
Table 2.
Research and Analysis
2.3. Ideation and Prototyping
phase of creative idea generation and prototyping
was initiated. Controlled brainstorming sessions
and participatory design workshops were conduct-
ed, using information collected from waste pick-
ers. During this process, various mobility solutions
were explored, from adapted vehicles to alternative
transport systems, to identify the most promising
concepts. Subsequently, conceptual, and function-
al prototypes were developed using 3D modeling
tools and digital fabrication technologies. These
prototypes were subjected to preliminary tests to
gather feedback from users, the results of which are
summarized in Table 3.
Table 3.
Ideation and Prototyping
Figure 1.
Prototyping of preliminary tests, own elaboration
2022
Progress was made in the development of function-
al prototypes for the selected mobility solutions, us-
ing 3D modeling tools and digital fabrication tech-
nologies to create full-scale and full-size models.
These prototypes underwent rigorous testing under
91
Moya R., et al.
real-world working conditions, with the participa-
tion of recyclers, to gather feedback and feedback
to improve both the design and functionality of the
models.
Subsequently, the prototypes were evaluated ac-
-
pects such as ease of use, durability, safety, and
Additional feedback was collected from users and
and functionality of the mobility solutions. During
this process, simplicity, accessibility, and sustain-
ability were prioritized as fundamental aspects of
this phase.
Table 4.
Evaluation of technical requirements
Figure 2.
Evaluation Criteria Design Proposal, own elabora-
tion 2022
The prototypes underwent a thorough evaluation
the collection of recyclable materials. Iterative
user feedback and results obtained during testing. In
accessibility, and sustainability were prioritized.
concluded, the mobility solution was implemented
in close collaboration with local authorities and rel-
evant community organizations. A continuous mon-
itoring system was established to assess the impact
of the solution and adjust as needed. Community
participation in the management and maintenance
of the mobility solution was actively encouraged.
The results of this phase are summarized in Table 5.
Table 5.
Evaluation of technical criteria
Figure 3.
Evaluation results, own elaboration 2022
2.6. Implementation and Monitoring
Once the development process was concluded, the
mobility solution proposal was implemented at the
simulation level. A continuous monitoring system
was established to assess the impact of the proposal
on the lives of waste pickers and adjust as needed
92
A Novel Proposal for an Adapted Vehicle for Informal Waste Pickers in Ambato – Ecuador
results of this phase are summarized in Table 6 (Ap-
pendix Table 6).
Figure 4.
Monitoring and adjustments, own elaboration 2022
3. DISCUSSION
The creation of a sustainable mobility solution for
informal waste pickers in Ambato, merging indus-
trial design with community needs, marks a signif-
icant step towards improving working conditions
-
als. The integration of these elements has generated
-
group.
The potential impact of this solution on the quali-
ty of life of waste pickers and the reduction of the
environmental impact derived from waste manage-
ment is seen as a key aspect in the discussion. It
highlights the active participation of the community
at all stages of the development process, ensuring
the relevance and acceptance of the proposal. How-
ever, to ensure economic viability and long-term
sustainability, a holistic approach involving various
stakeholders, including local authorities and com-
munity-based organizations, is required.
4. CONCLUSIONS
This study highlights the value of the industrial
design approach in solving mobility problems for
informal waste pickers. The integration of this ap-
has generated an innovative proposal that not only
addresses mobility limitations but also improves
working conditions and promotes environmental
sustainability in Ambato.
The active participation of the community through-
out the design process has been essential to ensure
the relevance and acceptance of the proposed solu-
tion. However, to ensure its long-term viability, it
is crucial to involve local authorities and other rel-
evant stakeholders in the ongoing implementation
and maintenance of the solution. This collaborative
respond to the real needs of the community. Ulti-
mately, this research highlights the potential of in-
dustrial design as a powerful tool to promote more
inclusive, equitable, and sustainable development
in our cities.
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-
pdf.
94
A Novel Proposal for an Adapted Vehicle for Informal Waste Pickers in Ambato – Ecuador
Appendix
Table 6.
Monitoring and Adjustments
95
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- Tabla 1, Tablas 1 y 2, Tablas 1 a 3
- Fig. 1, Figs. 1 y 2, las Figs. 1 a 3
- Eq. 1, Eqs. 1 y 2, Eqs. 1 a 3
1. Úsese el editor de ecuaciones de Microso.
2. Número de identicación de la ecuación alineación siempre a la derecha.
Ejemplo:
97
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(1)
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1. Las guras y tablas se agregarán al nal del archivo del manuscrito; no se agregarán al texto principal. La ubicación
de las guras y tablas se exhibirá insertando sus subtítulos en el texto principal. Una vez aceptado, los archivos de
guras de alta resolución (más de 300 dpi, un archivo por gura) se enviarán al editor.
Figura 1.
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98
2. Los datos dentro de la tabla siempre alineación derecha
3. Alineado a la izquierda, usar normas ma. para la elaboración de la tabla.
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Tabla 1.
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Nota: Lorem ipsum consectetur. Fuente. Lorem ipsum suspendisse quis dictum velit [1].
4. Si las imágenes o tablas tienen fuente se coloca el número de su referencia entre corchetes.
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Fuente. Lorem ipsum suspendisse quis dictum velit [1].
1. Las referencias se enumerarán por orden de citación en el texto ().
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99
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[3] Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Curabitur vitae varius magna. Maecenas euismod rutrum
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1. En el texto, cite cada referencia por número.
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libero ac scelerisque [1].
2. El estilo dependerá del tipo de referencia, pero no es necesario clasicarlo en los tipos, simplemente enumérese por
orden de citación en el texto.
Ejemplos:
[1] Couhert C, Salvador S, Commandré J-M. Impacto de la torrefacción en la producción de syngas a partir de made-
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3. Citar correctamente, pues la información de la fuente se vericará en los buscadores especializados de contenido.
REVISTA INGENIO
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