VOL.VI, N.° 1, 2023 | eISSN: 2697-3243 | pISSN: 2588-0829
Autoridades
Dr. Fernando Sempérteguí Ontaneda, Ph. D.
Rector de la Universidad Central del Ecuador
Ing. Diego Paredes Méndez, M.Sc.
Decano, Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Ing. Flavio Arroyo Morocho, Ph. D.
Subdecano, Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Revista Ingenio es una revista semestral de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Central del Ecua-
dor fundada en el año 2017 | Vol. 6, núm. 1 | enero-junio 2023 | p-ISSN 2588-0829 e-ISSN 2697-3243 |
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Si se hacen cambios de cualquier tipo, debe guardarse el espíritu de libre acceso al contenido.
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Dr. Jesús López Villada, Ph. D., Universidad Internacional SEK, ECUADOR
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Dr. Andrés Robalino-López, Ph. D., Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
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Este número estuvo bajo la coordinación editorial del Ing. Flavio Arroyo, Ph. D., Ing. Abel Remache, M. Sc., y Lic. Tatiana Freire, M. Sc.
Revista Ingenio
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Diseño y diagramación | Christian Echeverría
Corrección de textos | Marcelo Acuña
Portada | Jonathan Morales
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Quito, Ecuador
+593 (02) 2524 033
editorial@uce.edu.ec
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ÍNDICE
Andaluz M.
.....................................................................................38
Sisa V., Quinatoa C.
Vinocunga D., Romero A., Sánchez C.,
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes ………………...… ...................80
Guzmán A., Alvansazyazdi M.
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón
de alta resistencia (55MPA) frente al acero de refuerzo convencional grado 60
y hormigón f ’c 28MPA en un edicio de hormigón armado de 18 pisos ………………...… ..................94
Pineda S., Villafuerte S., Correa M., Machado L., Hernández L.
Normas para publicar en la revista INGENIO …………..… ...........................................................................107
Drones multirotor en levantamientos topográcos de zonas montañosas .................................................13
Erazo R.
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware
SuperPro Designer ........................................................ .....................................................................................60
Optimal georeferenced deployment of charging stations for electric vehicles in distribution networks
using a trajectory-based heuristic model ………………...… .........................................................................4
Análisis comparativo del ciclo de vida - huella de carbono de una edicación de
hormigón armado frente a una edicación de estructura metálica …………........ ....................................20
Erazo R., Pardo V.
Análisis de conabilidad usando el método de Monte Carlo en los alimentadores
principales de la subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica
Quito……………………………..………………..…
Auditoría energética en las instalaciones del centro de operaciones y mantenimiento
de transporte ()....................................................................................... .................................................. 70
Salazar D., Placencio J., Ortiz Y., Laverde C.
La Revista 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 investigaciones técnicas y
cientícas en los campos de Ingeniería Civil, Ingeniería Informática/Sistemas de Información, Ingeniería
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REVISTA INGENIO
Optimal georeferenced deployment of charging stations for electric vehicles in
distribution networks using a trajectory-based heuristic model
Despliegue óptimo georreferenciado de estaciones de carga para vehículos eléctricos en redes de
distribución usando un modelo heurístico basado en trayectoria
Miguel Andaluz | Universidad Politécnica Salesiana, Quito, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4303 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
e progressive increase in the consumption of fossil fuels and the constant eorts to reduce CO2 emis-
sions bring together the search for alternatives and the transport sector being one of the most dependent
on fossil fuels and the cause of approximately 80% of the air pollution, the electric vehicle emerges as an
alternative in mobility. at is why this article proposes a methodology for the optimal location of elec-
tric vehicle charging stations, given in a georeferenced distribution network scenario using a heuristic
for the insertion of electric vehicles, taking into account energy consumption, travel and autonomy. de-
veloped based on real data, reducing the minimum location of charging stations. Evaluated in the distri-
bution network of Santo Domingo-Ecuador, in a way that guarantees a technical and economic balance.
El progresivo aumento del consumo de combustibles fósiles y el constante esfuerzo por reducir las emi-
siones de CO2 se unen para la búsqueda de alternativas, y siendo el sector del transporte uno de los más
dependientes de los combustibles fósiles y causante de aproximadamente el 80% de la contaminación
atmosférica, el vehículo eléctrico surge como una alternativa en movilidad. Es por ello por lo que este ar-
tículo propone una metodología para la ubicación óptima de estaciones de carga de vehículos eléctricos,
en el escenario de una red de distribución georreferenciada, utilizando una heurística para la inserción
de vehículos eléctricos, teniendo en cuenta el consumo de energía, los viajes y la autonomía, desarrollada
con base en datos reales, reduciendo la ubicación mínima de las estaciones de carga; considerando la red
de distribución de Santo Domingo-Ecuador, de manera que garantice un equilibrio técnico y económico.
1. introduction
e need for means of transportation for the develop-
ment of our occupations has been present throughout
the history of the human race. According to the latest
Ecuadorian Energy Balance of 2017, the transport sector
represented 52.29% (45,098 kBEP; 73,427.76 GWh) of
the total national energy consumption [1].
Looking for mechanisms that provide exibility in the
consumption of sources that come from fossil energy, thus
facilitating the migration to other primary energy sour
-
ces. ese would allow the development of the same ac-
tivities but with a minimum environmental impact and
reduced polluting emissions to the planet [2].
e agencies in charge of energy planning must con-
sider scenarios from the point of view of supply and de-
mand where electric mobility systems are representative,
as well as mechanisms and technical inputs not only at
Received: 26/10/2023
Accepted: 19/12/2023
Optimal deployment, heuristic model,
energy consumption, charging stations.
Despliegue óptimo, modelo heurístico,
consumo de energía, estaciones de carga.
5
Optimal georeferenced deployment of charging stations for electric vehicles in distribution networks using
a trajectory-based heuristic model
the engineering level but also in the regulatory framework
that allow the technological transition without producing
disadvantages in the operation of the electric power su-
pply system’s [3].
As electric vehicles increase their market share, it’s
going to get some attention from power companies. Its
inclusion in power systems represents a large increase in
load demand, causing many problems of power quality
degradation, increased energy losses. However, a problem
may occur between the network operators and the owners
of the charging stations since it may be the case that the-
re are dierences because the owners of the charging sta-
tions look for the commercial place where they can charge
the electric vehicles, but at lower cost. On the other hand,
the electricity network operators estimate that the char-
ging stations are located in such a way that they allow a
predetermined number of vehicles to be fed, impacting
the electricity network as little as possible [4].
Various solution methods worldwide have been pro-
posed to locate charging stations. For example, genetic
algorithms and voronoi diagrams have been incorpora-
ted. ese algorithms do not consider very important fac-
tors such as: load prole, consumption, autonomy, and
geographical considerations. at is why we start, for the
optimization process, from candidate sites which can be
conventional service stations, bus stops, shopping cen-
ters, parking lots, parks, etc. Consequently, the proposed
model does not start from scenarios where candidate si-
tes are considered, as would happen with voronoi when
segmenting the area of analysis but starts from a study
area. at is, he knows the study area based on its carto-
graphic reality [5].
Regarding the prole of charge and consumption of
Electric Vehicles (), the historical information of the re-
cords of electric taxis that operate in the city of Loja was
considered, as well as a model developed by the authors
that takes into account the process of charging of EV ba-
tteries modied in a novel model that represents the elec-
tric vehicle battery charging system based on its state of
charge and its current variability and charging time.
e general problem lies in optimally locating and si-
zing the charging stations along a georeferenced distribu-
tion network of 34 nodes, so that the proposed heuristic
starts from candidate sites in the network, of which they
can be public places, that is, it is an iterative method that
knows the study area since this information is extracted
from Open Street Maps (), as well as the use of -
soware to implement graph theory that will allow
nding the nodes and topology that is part of the solution
set. To later evaluate the voltage proles and load losses
simulated in Cymdyst [6].
2. method
2.1. ENERGY CONSUMPTION OF ELECTRIC VEHICLES
e prerequisite for the planning of charging stations is
to create the conditions for an adequate consumption
of electrical energy. On the other hand, electric vehicles
have zero emission characteristics; Low engine noise and
higher propulsion eciency [7], [8], [9], [10], [11].
From the point of view of transport systems, whether
public or conventional, a huge proportion of energy con-
sumption is due to the inecient movement of trac. e
exible energy consumption estimation model is based on
the evaluation of consumption based on data from other
vehicles on the road network, which have the possibility
of being accurate thanks to the dierent vehicle models
and energy eciency [12], [13].
e cost for energy consumption per 100 km of an
electric transport is up to three times less than the cost
of a conventional vehicle that uses fossil fuel, this taking
into account that in Ecuador there are lower rates, both
for gasoline and electricity [14].
When analyzing the real cost of electricity in the
country and the international price of gasoline, the EV is
still lower than that of a thermal combustion vehicle, the-
refore, the electric vehicle is more protable and ecient
even with the fuel subsidy that exists in the country. is
advantage is also visible in Europe [14].
2.2. ELECTRIC DISTRIBUTION NETWORK IN ELEC
TRIC VEHICLES
Within the exponential growth of EVs in moderate
portions, it should not cause too many inconveniences,
however, its wide adoption will probably create an im-
pact on the operation and management of electrical dis-
tribution networks, such as congestion, voltage problems
and load imbalances between phases [15].
Depending on the autonomy of the Electric Vehicle,
the excessive charge of the batteries of said cars will have
an impact on the distribution system, which would in-
crease the load demand, introducing disturbances in the
Interconnected Electric System, which imposes an in-
crease in the generation and make probable reinforce-
ments with the penetration of renewable energy in order
to maintain the balance between what is generated and
consumed [16] (see Table 1).
Approximately, the battery charging speed depends on
the output of the charging station and the technical speci-
cations of the electric car. e peak daily load curve during
a day in the worst case would have a higher consumption
6
Andaluz M.
in the midday and aernoon hours, and a lower consump-
tion in the early morning [17] (see Figure 1).
To guarantee the continuity of the electricity supply and
stabilize the demand curve, which in fact changes accor-
ding to the time and type of daily charge of an electric
vehicle, strategies and procedures are considered where it
does not aect the electrical system and carry out a mas-
sive integration of electric vehicles in a planned way [18].
2.3. MOST REPRESENTATIVE CHARACTERISTICS OF
THE FLEET SYSTEM TO DETERMINE CONSUMPTION
To carry out the cost comparison, the most used com-
bustion vehicle in Ecuador was taken into account, the
model is the Chevy Aveo, and the Nissan Leaf model as
an electric vehicle, for which the initial cost of the elec-
tric vehicle vs. the combustion vehicle, the electric vehicle
has an increase in cost with 85% compared to the cost of
the conventional vehicle.
e costs for energy consumption were determined
based on the technical specications provided by the ma-
nufacturer of the electric vehicle. Several brands and mo-
dels of electric vehicles are expected to soon circulate on
the roads of Ecuador.
It is established that vehicle users generally log less
than 50 km per day, with a performance index for elec-
tric vehicles of 8 km/kWh (0.122 kWh/km) under ideal
conditions of trac and geography, it is concluded that
the energy demanded by the EV of the network would be
0.144 kWh for each kilometer traveled.
2.4. ALGORITHM
e algorithm will be responsible for determining the
optimal location of charging stations by extracting the
characteristics of electric vehicles, through the network
of 34 georeferenced nodes. is route may be useful for
the study of any real scenario of an electrical system de-
pending on the demand scenarios determined by Cymd-
yst (see Table 3).
Consequently, in [33] the heuristic model is explai-
ned in a standard way to solve the programming problem
Table 1
Charge mode data
Charging mode
Mode1 Mode2 Mode3 Mode4
Corrent (A) 16A 32A 64A Hasta 400A
Type of load slow slow Accelerated charging Fast charging
Power (kw) 3,8-11 7,7-22 14,8-43 40-120
Specic Connector No No Yes Yes
Figure 1
Model of charging stations. Electric vehicles in distribution networks
To determine the characteristics of the vehicle eet, a
comparison was made of both the conventional and elec-
tric vehicles, taking into account the route, autonomy
and consumption. For this, the costs of various models
of electric vehicles that are used in the United States wi-
thout taxes and without subsidies are shown, but these
low-end vehicles have already been inserted in Ecuador
(see Table 2).
7
Optimal georeferenced deployment of charging stations for electric vehicles in distribution networks using
a trajectory-based heuristic model
for which the kmeans algorithm will be used to generate
cluster, through the distribution network model of 34 no-
des generated in Cymdyst will be distributed in scenario
where you will get the power, voltage and consumption
at which the charging stations act taking into considera-
tion, public places [19].
3. Results and discussion
Once the model to be used is proposed, a result will be
obtained, which is developed in two scenarios that are
based on a base case study where it will be the starting
point to analyze the dierent behaviors of the network
when the charging stations come into operation. and the
impact on the elements to future case studies of load to
the distribution network.
3.1. ANALYSIS OF OPTIMAL LOCATION OF CHAR
GING STATIONS IN THE DISTRIBUTION NETWORK
One of the objectives of this article is to nd the opti-
mal location for charging stations, to evaluate in a geo-
referenced distribution network taking into account the
characteristics of electric vehicles, inserted in Ecuador
both in their consumption and autonomy compared to
conventional vehicles. based on satisfying user demand.
In the rst instance, it is necessary to extract the coordi-
nates of the area to be studied, through the Open Street
Maps that helps the georeferencing of the scenario, the-
refore the longitude and latitude given below were obtai-
ned as data (see Table 4).
Next, the results obtained from the optimization are
presented to nd the strategic points of charging stations
for the correct functioning of the network, since strate-
gic points of access to the public in the georeferenced ne-
twork were taken into account, such as parks, centres
Table 2
sales prices in Ecuador
Vehicle type Model Sales price in the usa without tax [usd]
Chevy Bolt 37.495
Ford Focus Electric 29.120
Nissan Leaf 30.680
EV Fiat 500e 31.800
BYD e5 34.990
Volkswagen e- Golf 28.995
Table 3
Pseudocode of the solution algorithm
Algorithm placement of charging stations
Step 1: Georeferencing and scenario generation
Step 2: Get the coordinates of the area.
Step 3: Declaration of variables
Xij, Zij, λ
Step 4: Read OSM le
Openstreetmap.
Step 5: Minimum enabling distance.
For k longitud (Xij)
[v]=BVE (λ, Xij)
end for
Step 6: Writing Purpose Function.
Step 7: Candidate sites for the study area
Step 8 End
8
Andaluz M.
commercial, gas stations, the partition of the scenario
arises from the distribution network, therefore the mini-
mum distance from the location of the electric vehicle is
taken depending on the characteristics towards the char-
ging station (see Figure 2).
Figure 2 shows the strategic points to place the char-
ging stations for electric vehicles, the algorithm suggests
a number of 8 candidate sites for the charging stations,
which represents a minimum connectivity route where it
will be analyzed in the network of distribution, the analy-
sis was carried out with fast charging feeders, taking into
consideration the characteristics of electric vehicles, as
well as the technical factors analyzed in chapter 3. In the
comparative study of [20], the number of 5 stations is su-
ggested for 11 buses, taking into account that the load is
1 hour. For a strong network like the one studied, each
station has 3 fast charging points of 25 minutes, which
means that 58 vehicles could be charged in approxima-
tely one hour.
3.2. FLOW SCENARIO WITHOUT LOADING STATIONS
Once the simulation has been carried out in the radial
distribution network, which has 147 bars, one of which
is oscillation, with an operating voltage of 13.60 kV, the
analysis was carried out in 34 main nodes where the
other bars are load bars and are located related to die-
rent types whether residential, industrial and commer-
cial are shown in gure 3 (see Figure 3).
Figure 4 shows the load ow with maximum demand,
without the insertion of charging stations, where the be-
havior of the bars given in (pu) can be seen, where it goes
from a voltage limit to 1 (pu) in the 34 main nodes, so it
is observed that none exceeds the operating limit, as well
as no node has a low voltage prole, for which the ow
runs the network is optimal (see Figure 4).
Next, in table 5, the result of the load ow is obser-
ved, as well as the losses in lines and cable (see Table 5).
For the case study, it can be seen that the ow is op-
timal and there is no overload or overvoltage in any bus
and distribution lines, therefore, the losses are evaluated
and these are minimal. is is essential and it can be men-
tioned that the vehicle management problem is stochas-
tic demand and peak hours [21], a situation that would
be resolved at this point.
3.3. FLOW SCENARIO WITH INSERTION OF CHAR
GING STATIONS IN THE DISTRIBUTION NETWORK
rough the load ow at maximum demand with fully
discharged electric vehicles, the voltage behavior in the
network is analyzed since each selected node of the dis-
tribution network will have 3 charging stations each with
a power of 150Kw since it has with a fast charge that be-
nets the use of electric vehicles.
Figure 5 shows the voltage in (pu) of each bar
analyzed once the charging stations have been inser-
ted, where the network behaves eciently, although the
Table 4
Limits of the real scenario to study
Length Latitude
-79,19 -0,254
-79,14 -0,242
Figure 2
Optimal location and load points located using the Heuristic model
Figure 3
Georeferenced network to study in Cymdyst
9
Optimal georeferenced deployment of charging stations for electric vehicles in distribution networks using
a trajectory-based heuristic model
voltage prole is still within the prescribed limits, and it
already operates with an overvoltage of 9.06% in the Ne-
twork feeder (see Figure 5 and Table 6).
Aer analyzing the chargeability represented in -
gure 6, the lines with the highest index in the distribu-
tion network with approximately 35% are those that are
close to the source, as they move away the percentage
remains stable except for the nodes where they are con-
nected. the charging stations, at node 17 where it increa-
ses by 24% and goes constantly until reaching the furthest
node where there is also a 13% chargeability in the lines
and conductors where there is not a considerable percen-
tage, therefore it is not necessary to increase lines in this
section of the network. One of the most widely used indi-
ces in the operation and planning of distribution systems
was proposed by Gallego. In which it is used to nd a set
of candidate nodes to locate capacitors on a distribution
network which allows dening certain indices based on
the impact on the technical losses that they generate on
the system. e philosophy of this indicator is to nd the
nodes that will have the least impact on technical losses
by installing EV charging stations there. is is achieved
by making use of the exchange ratio between the active
power losses of the system and the reactive power injec-
tions in the nodes. Depending on the lesser impact ge
-
nerated to the technical losses of the network, the set of
possible spaces for the Charging Stations is previously
available depending on the needs of each of the agents in-
volved; that is, the electrical network and the mass trans-
port network (see Figure 6).
When analysing the losses in the lines, it is observed
that the greatest number is at the source due to the exten-
sive distance to the charging stations, therefore, it is whe
-
re there is the greatest number of losses in the nodes of
the distribution network, where they are connected. the
charging stations, as well as in the conductors, the losses
are minimal, therefore the voltage drop at maximum load
demand is 0.254%, thus being acceptable and optimal for
the operation of charging stations in the electrical distri-
bution network (see Figure 7).
e transformer loads of the two simulated cases in
Figure 7 are shown in a rst base case in the absence of
EV charging stations. In the simulation it can be seen that
the maximum load of the feeder transformer is approxi-
mately 60% in the base case. However, it increased to 70%
when charging stations were integrated into the distribu-
tion network. e same happened with the transformer
at node 17, where its load percentage increased from 57%
in the base case to 69% in the case of inserting charging
stations. It is also clear that there is no overload on any
transformer. Furthermore, when comparing the results
of the base case with the insertion of charging stations, it
Table 5
Load ow results without insertion
Simulation Results
kW kVAr k VA
Total production 449,34 97,76 459,85
Total Charges 448,64 96,13 458,82
Losses Lines 0,43 1,26 1,34
Cable Losses 0 0 0
Total Losses 0,7 3,96 4,03
Figure 4
Voltage at each Node in (pu)
Figure 5
Voltage in (pu) with insertion of VE in the network
10
Andaluz M.
can be seen that the maximum load of the transformers
is almost identical in both cases. is is because the ad
-
ditional loads resulting from EV charging shied from
peak hours.
Finally, it is estimated that in the 5-year projection
distribution network, it would necessarily be necessary to
increase transformers and distribution lines to meet the
demand in existing loads, as well as in that of electric ve-
hicles (see Figure 8).
e worst case is examined in which, in 2030, 80% of
the entire car eet is electric in the distribution network
are shown in Figure 8. In this case, the chargeability of
the transformer exceeds the maximum capacity threshold
of 150% and, since it will work above 100% of its capa
-
city, even applying smart techniques applied, or placing
power with solar panels, it should be considered to repla-
ce it with one. of larger size, likewise with the conductors,
their caliber would have to be increased as new distribu-
tion lines, likewise in the worst case there is an overload
in the nodes where the charging stations are located with
200% abnormal conditions. e voltage prole is critical
as it almost reaches the lowest level.
4. Conclusions
In relation to the modelling and charging behavior of
electric vehicles, it should be taken into account that this
developed model can be applied to any locality in real
scenarios with the consideration of the characteristics
and distance traveled, only of the national automotive
mobility system.
rough an adequate study of the characteristics of
electric vehicles, it is concluded that the optimal positions
of each charging station can be displayed, depending on
the user’s requirement, where they could recharge in 25
minutes, reducing the range of anxiety. of drivers allowing
it to obtain considerable autonomy around the city throu
-
gh the distribution network.
rough the study at the capacity level of the distri-
bution network system, and knowing both the load of the
transformers, where the increase in energy is noted from
108.4% in the base case to 121.8% in the charging station
scenario, as well Like the total losses of the simulation in
the load station insertion scenario, the impact of VE is
still evident, but even during the peak period, in the base
case it is highly tolerable in fact, the increase with respect
to the base case is around 15%, compared to the scenario
with charging stations. e voltage prole is very simi-
lar in the rst two cases, so currently this level of electric
vehicle diusion is acceptable without any intervention,
therefore, although no changes were made to the compo-
nents of the electrical system, the income is acceptable for
electric vehicle charging stations.
As a result of each operation scenario in the georefe-
renced distribution network and the application of the op-
timization model as well as the analysis of the power ow,
they are favorable especially for the operation of electric
Figure 6
Chargeability in the lines of the distribution network
Figure 7
Transformer Chargeability
Table 6
Load ow results with insertion
Simulation results
kW k VA r k VA
Total production 3634 287,65 3645,37
Total Charges 3598,55 96,14 3599,83
Losses Lines 22,29 62,49 66,35
Cable Losses 0,03 0 0,03
Total Losses 35,45 3.96 4.03
11
Optimal georeferenced deployment of charging stations for electric vehicles in distribution networks using
a trajectory-based heuristic model
vehicles, especially in public transport in the study sec-
tor, specically in a cooperative of taxis that benet from
said charging stations.
In the simulated worst-case scenario to the year 2030,
the installation of charging stations on this network in
the future is likely to create problems, particularly with
respect to transformer overloading and expected volta-
ge limits, as transformers start to operate at 150% of its
capacity, for which it will necessarily have to be replaced
since the useful life operating above 100% decreases dras-
tically, for which investments are required to change said
components, and guarantee the full availability of the high
power charging stations.
referencias
[1] Ministerio de Energía y Recursos Naturales no Renova-
bles, «Balance Energético Nacional 2017», 2019.
[2] A. Corral, F. Izurieta, V. Guayanlema, J. P. Díaz, H. Acu-
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Figure 8
Transformer chargeability worst case
12
Andaluz M.
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rreferenciado de estaciones de carga vehicular pública
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habilitantes (Georeferenced optimal deployment for pu-
blic vehicle charge station considering restrictions of ca
-
pacity ow and maximal enablers distance)», vol. 15, .o
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REVISTA INGENIO
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4304 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
e use of drones in topography is a technology that is being developed and in the rst instance the use
of this technology was established only for at areas because the applications available to carry out the
ights carried out only horizontal ights and when changing the height of the ight changes the GSD of
the generated photograph. ese conditions generated doubts and uncertainty for the use of this tech-
nology in topographic surveys of mountainous areas, but with a broader knowledge of these procedures
and using the appropriate tools, the drone is a great ally in mountain topographic surveys. As Quito is
a city that is surrounded by mountains and crossed by streams, the use of devices in places of dicult
accessibility is very favorable, in this case the use of drones not only for inspection but also for eld data
collection. Next, the execution of topographic surveys in mountain areas will be detailed, highlighting
that the procedure is similar to that carried out on at terrain, diering only in ight planning, due to
the applications that will be used for a ight at dierent heights
.
1. introducción
El uso de drones en diferentes sectores industriales se ha
desarrollado por su versatilidad para involucrarse en di-
ferentes áreas de trabajo y cumplir objetivos del proyecto
en menor tiempo.
Se dene como dron a la aeronave no tripulada, im-
pulsada por motores y controlada remotamente con man-
do a distancia. Existen también drones no voladores que
son utilizados en tierra para sondeo de estructuras subte-
rráneas o equipos que se los utiliza en agua para inspec
-
cionar y mapear el fondo de ríos, mares, lagos, etc., por lo
tanto, una mejor denición sería, vehículo no tripulado,
impulsado por motores y controlado remotamente con
mando a distancia.
Una de las áreas que está desarrollando el uso de los
drones es la industria de la ingeniería, estos equipos se los
emplea entre otras actividades para topografía, análisis de
estructuras, control de proyectos.
Dentro de la industria de la ingeniería y la construc-
ción, la actividad más relevante que implica a los dro-
nes es la topografía, ayudando a que está actividad se la
realice en menor tiempo y abarcando áreas más exten-
sas de estudio.
Received: 23/10/2022
Accepted: 23/12/2022
Topografía, drones, topografía en zonas
de montaña.
Topography, drones, topography in
mountain areas.
Drones multirotor en levantamientos topográcos de zonas montañosas
Multirotor drones in topographic surveys of mountainous areas
Ramiro H. Erazo Hernández | Ponticia Universidad Católica del Ecuador, Quito, Ecuador
El uso de drones en la topografía es una tecnología que se está desarrollando y en una primera instancia
se estableció el uso de esta tecnología únicamente para zonas planas porque las aplicaciones disponibles
para realizar los vuelos realizaban solo planeos horizontales y al cambiar la altura de vuelo cambia el
GSD de la fotografía generada. Estas condiciones generaron dudas e incertidumbre para el uso de esta
tecnología en levantamientos topográcos de zonas montañosas, pero con un conocimiento más amplio
de estos procedimientos y utilizando las herramientas adecuadas el dron es un gran aliado en los levan-
tamientos topográcos en montaña. Al ser Quito una ciudad que se encuentra rodeada de montañas y
atravesada por quebradas, resulta muy favorable el uso de dispositivos a lugares de difícil accesibilidad,
en este caso el uso de drones no solo para inspección, sino también para toma de datos de campo. A
continuación, se detallará la ejecución de los levantamientos topográcos en zonas de montaña, resal-
tando que el procedimiento es similar al ejecutado en un terreno plano, diferenciándose únicamente en
la planicación del vuelo, por las aplicaciones que se utilizarán para un vuelo a diferentes alturas
14
Drones multirotor en levantamientos topográcos de zonas montañosas
De acuerdo a las características de la supercie existen equi-
pos y procedimientos que aseguran la calidad de los resul-
tados. En el caso de los drones, se tiene mejores resultados
cuando la supercie es plana y sin mucha vegetación.
Hay que aclarar que el uso de los drones puede ser
complementario al uso de equipos topográcos conven-
cionales, como estaciones totales, niveles y receptores .
Para el caso en estudio, que son los levantamientos
topográcos en zonas montañosas, lo más recomenda-
ble es usar los drones de ala ja, porque estos poseen la
facilidad de volar de acuerdo al relieve del terreno, pero
actualmente existen aplicaciones que brindan la posibili-
dad de vuelos de drones multirrotor, considerando el re-
lieve del terreno.
La investigación que se pretende realizar es de tipo
descriptivo, la cual busca dar a conocer cómo se utiliza el
equipo en zonas montañosas, ya que para muchos profe-
sionales que trabajan en el campo de la topografía y geo-
mensura, les resulta muy complejo o inútil el uso del dron
en este tipo de terrenos. En tal sentido, el objetivo es dar a
conocer la forma de realizar o utilizar el equipo dron con
una adecuada planicación de vuelo.
Como hipótesis de la investigación descriptiva se
plantea si el uso del dron en zonas montañosas podrá rea-
lizar levantamientos fotogramétricos de forma horizontal.
2. método
El tipo de investigación es descriptivo, se explicará
cómo desarrollar un levantamiento topográco en un
área de tipo montañoso ubicado en el sur de Quito, en
la comuna Chilibulo Marcopamba (La Raya). El pro-
yecto se lo cubrió con tres vuelos cada uno, abarcando
alrededor de 35 ha, como referencia principal se des-
taca la cancha de fútbol dentro del área a levantar, se
estableció puntos de control con equipo topográco
(estación total) para garantizar la precisión de los datos
nales y desestimar de esta manera que el uso de drones
para uso topográco es solo utilizado en zonas planas y
levemente onduladas.
2.1. ACTIVIDADES DE CAMPO PREVIAS
El dron es un complemento para la ejecución de levan-
tamientos topográcos, por lo tanto, la metodología
para la ejecución de los levantamientos debe ser la mis-
ma que se emplea con levantamientos topográcos con
equipos tradicionales.
El reconocimiento del terreno será esencial previo al
inicio del levantamiento topográco. Con este reconoci-
miento se determinará la altura de vuelo por relieve y obs-
táculos dentro del área a levantar (ver Figura 1).
A partir del reconocimiento del terreno, se establecerá la
cantidad y ubicación de los puntos georreferencia-
dos que se colocarán en el área del terreno (ver Figura 2).
Con los puntos georreferenciados (Figuras 1 y 2)
se realizará la poligonal de control que servirá como pun-
tos de control para el vuelo del dron (ver Tabla 1).
La poligonal de control servirá para colocar los pun-
tos en la fotografía y en el área a levantar; se colocarán
puntos de control en lugares abiertos y visibles para el
dron, así como en lugares donde la diferencia de niveles
sea considerable.
Figura 1
Colocación de puntos GNSS
Figura 2
Área a levantar con puntos GNSS
15
Erazo R.
2.2. ACTIVIDADES DE GABINETE PREVIAS
Plan de vuelo
Las recomendaciones y metodología que se describirán
son la utilizadas en un dron Phantom 4 Pro V2.0. El plan
de vuelo se lo puede establecer con la aplicación gratuita
del fabricante Pix4Dcapture (ver Figura 3)
Con esta aplicación, los vuelos se realizan en un área
horizontal a lo largo del levantamiento y el para el
área de estudio será diferente, porque las alturas desde
la aeronave a la supercie a levantar serán notablemen-
te distintas.
El ground sample distance () es la distancia medi-
da entre el centro de dos pixeles consecutivos en la super-
cie terrestre (Pixr4d, 2019), y para formar una imagen
se necesitará varios pixeles.
Cuando varía la elevación del terreno, varía la altura
de vuelo sobre el mismo e igualmente varía la escala de
la fotografía. Si aumenta la elevación del terreno, dismi-
nuye la altura de vuelo, y por tanto aumenta la escala. Si,
por el contrario, disminuye la elevación del terreno, dis-
minuye la escala de la fotografía (ver Figura 4).
1/E = f/(H-h)
Donde:
E = escala de la fotografía
F = distancia focal de la cámara
H = altura de vuelo
h = altura media entre los puntos a levantar
El depende de la distancia focal de la cámara, el an-
cho del sensor de la cámara [mm] y el ancho de la ima-
gen [píxeles], a mayor altura, mayor .
Para el caso de zonas montañosas se recomienda rea-
lizar vuelos de acuerdo al perl del terreno (ver Figura 5),
de esta manera se logrará un similar en toda el área
Tabla 1
Coordenadas de puntos de control
X Y Z
BM006 772694,947 9973000,202 3081,637
BM007 772729,44 9972899,722 3064,732
BM008 772773,586 9972884,285 3058,73
Figura 3
Pix4Dcapture
Figura 4
GSD
Nota. [1].
Nota. [2].
P132 772708,59 9973356,645 3057,53
BM001 772666,313 9973267,086 3086,024
BM002 772654,469 9973439,143 3095,511
BM003 772694,15 9973190,114 3085,17
BM004 772695,357 9973118,48 3085,977
BM005 772709,517 9973086,921 3085,588
16
Drones multirotor en levantamientos topográcos de zonas montañosas
en la que se ejecutará el vuelo (ver Figura 6).
El plan de vuelo se ejecutará con el soware de códi-
go libre Mission Planne.
En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.,
se tiene una diferencia de niveles de aproximadamente
100 m, y si el levantamiento se lo realiza con un vue-
lo horizontal como el congurado por Pix4Dcapture, el
entre la parte alta y la parte baja del levantamiento
tendrá diferencias muy notables, por ende, los resultados
no serán los apropiados (ver Figura 7).
El área a levantar dependerá del que se generará
y de acuerdo al modelo del dron y estado de la batería es
recomendable hacer un recorrido de hasta 8 km, la velo-
cidad del viento y el desnivel a vencer también serán in-
uyentes en el tiempo de vuelo.
En la gura 7 Soware Mission Planne, se puede apre-
ciar en la imagen superior, el área a levantar y en la ima-
gen posterior, la misma área, pero con la grilla de vuelo.
A partir de este instante se congurará el plan de vuelo,
de acuerdo al modelo de dron a utilizar y a las necesida-
des del proyecto (ver Figura 8).
Conguraciones generales:
· Cámara (editado desde conguración de cámara)
· Altura de vuelo
· Orientación
· Velocidad de la aeronave
· Tipo de vuelo
Conguración de grilla:
· Traslape frontal (recomendado (80%)
· Traslape lateral (recomendado (70%)
Conguración de cámara:
· Distancia focal
· Ancho de la imagen
· Alto de la imagen
· Ancho del sensor
· Altura del sensor
Figura 5
Vuelo a altura constante en zona montañosa
Figura 7
Soware Mission Planne
Figura 6
Perl del área a levantar
Figura 8
Parámetros de conguración de vuelo
17
Erazo R.
Con estos parámetros congurados el soware estable-
cerá la distancia entre líneas de vuelo, tiempo de vuelo,
número de fotos por generar, y el intervalo en el que se
tomarán las fotos.
Actualmente, los drones utilizados para topografía tie-
nen un tiempo de vuelo neto de entre 20 y 25 minutos
dependiendo de las condiciones climáticas, por lo tanto,
la distancia de recorrido se recomienda menor a 8 km, y
para ver las mejores condiciones de vuelo se puede utili-
zar la aplicación Forecast (ver Figura 9).
Otra de las condiciones que se debe tener en cuenta
es la iluminación del área, si es un día sin sol resulta de
gran ayuda para la toma de fotos, porque las fotografías
tomadas no tendrán sombras.
Con base en la inspección previa que se realiza en el
área de trabajo se establecerá la altura segura para volar,
considerando la altura de los árboles y de las torres de
energía eléctrica.
El helipuerto se lo establece considerando que la zona
de despegue no tenga obstáculos aéreos que puedan obs-
truir el despegue o aterrizaje del dron. Además, este pun-
to se lo establece de acuerdo a la orientación de las líneas
de vuelo y procurando que las distancias desde el primer
y último punto de vuelo hacia el helipuerto sean lo más
cercanas posible.
Para el vuelo del dron a diferentes alturas el mercado
presenta distintas aplicaciones, pero en este caso se de-
tallará la funcionalidad de la aplicación , la cual
puede leer líneas de vuelo en formato , que poste-
riormente serán conguradas con las condiciones que se
estableció en Mission Planne.
Para el enlace entre los datos generado en Mission
Planne y la aplicación de dispositivos móviles (ver
Figura 10), se utiliza el soware Google Earth Pro don-
de se generará un archivo en formato exclusivamen-
te de las líneas de vuelo.
La aplicación tiene tres posibilidades para establecer
la altura de vuelo (ver Figura 11), Home y Actual son con-
diciones de vuelo horizontal y la opción Tierra da la po-
sibilidad de vuelo a diferentes alturas, estableciendo la
altura inicial en el punto que se estableció de helipuerto.
Para la conguración del vuelo en la opción Tierra, es
necesario contar con conexión a internet para establecer
las alturas en los distintos puntos de vuelo.
Al iniciar la aplicación se presentarán condiciones de
vuelo preestablecidas, y se deberá colocar las condiciones
de vuelo que se programó en Mission Planne. En cada
punto de vuelo se visualizará la altura del dron; esta de-
berá ser controlada con la visita previa al proyecto y los
objetos de gran altura que pueden obstruir el vuelo.
3. resultados y discusión
3.1. DESARROLLO DEL VUELO
Con el plan de vuelo establecido, y con los puntos de
control colocados a lo largo del proyecto se podrá dar
inicio al vuelo. Los puntos de control deben tener coor-
denadas (x, y, z) que posteriormente se utilizaran para
Figura 10
Aplicación LITCHI
Figura 9
Aplicación UAV Forecast
18
Drones multirotor en levantamientos topográcos de zonas montañosas
georreferenciar la foto.
La visualización del punto de control (ver Figura 12)
es muy importante para la georreferenciación de la foto,
para un vuelo a 100 m de altura con una cámara de dis-
tancia focal de 8,8 mm. El punto de control debe tener un
diámetro mínimo de 0,80 m.
El punto de control debe visualizarse por lo menos
en tres fotografías diferentes, y para una georreferencia-
ción adecuada el proyecto deberá tener mínimo 3 pun-
tos de control, colocados estratégicamente en puntos de
cambio de nivel.
3.2. POSPROCESO DE DATOS OBTENIDOS
Para el procesamiento de las fotografías se puede utilizar el
soware Pix4D o Agiso metashape (ver Figuras 13 y 14).
Como se puede ver en la gura 13 Posproceso sowa-
re Pix4D, cada fotografía tiene diferente punto en el pla-
no horizontal, pero la misma altura respecto al perl del
terreno levantado (ver Figura 15).
En la gura 14, Posproceso soware Pix4D, y gura
15, proyecto con fotografías a una misma altura, se pue-
de ver el vuelo del dron a una misma altura y el vuelo a
diferentes alturas.
El procesamiento de las fotografías se lo realizará de
igual forma que si fuera en un terreno plano, los puntos
de paso podrán ser posteriormente puntos de apoyo 3D
para georreferenciar la fotografía. A mayores puntos de
paso y puntos de control, los resultados se ajustarán más
a los puntos topográcos levantados en campo.
El producto nal tiene un de 2,46 cm, es decir,
que la distancia medida desde el centro de pixel a pixel
es de 2,46 cm.
El punto más alto de área de trabajo tiene una cota
sobre los 3168 m y la cota en el punto más bajo está en
3059 m, generando un producto aceptable para el diseño
de infraestructura civil.
Con instrumentos tradicionales, este trabajo se lo rea-
lizaría en tres o cuatro semanas, pero con el uso adecuado
del dron y colocando los puntos de control estratégica-
mente, este trabajo se lo pudo realizar en tres días. Los
dos primeros días se estableció la poligonal de control y
Figura 11
Aplicación LITCHI, conguración de altura
Figura 13
Posproceso soware Pix4D
Figura 12
Punto de control
Figura 14
Posproceso soware Pix4D
19
Erazo R.
el último día se realizó el vuelo, cuando las condiciones
fueron las más favorables (ver Figura 16).
4. conclusiones
Generalmente, el inicio y la nalización de un proyecto
se realiza con base en la topografía, y de esta dependerá
la calidad del diseño que se entregará para la construc-
ción y la adecuada documentación del proyecto creado.
El uso de drones en la construcción resulta en ahorro
de tiempo y, por ende, dinero en la planicación y ejecu-
ción de los proyectos de construcción; el uso adecuado de
esta tecnología garantiza productos de calidad.
Los drones no deben ser utilizados como herramien-
tas únicas para topografía, el dron es un instrumento que
complementa los equipos para realizar un levantamien-
to topográco; por sí solo funciona únicamente como cá-
mara fotográca, a pesar de tener incorporado y
altímetro.
Los resultados que genera el dron están dados sobre
la base del trabajo de campo que se realiza en la zona de
estudio, si el proyecto exige datos exactos en zonas pun-
tuales, será necesario el uso de instrumentos tradiciona-
les de medición como estación total o nivel.
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re: National Research Foundation Singapore, 2020.
Figura 15
Proyecto con fotografías a una misma altura
Figura 16.
Ortofoto y MDS generadode Cumbayá
Nota. [3].
REVISTA INGENIO
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de
hormigón armado frente a una edicación de estructura metálica
Comparative analysis of the life cycle-carbon footprint of a reinforced concrete building
compared to a metal structure building
Ramiro Erazo | Ponticia Universidad Católica del Ecuador, Quito, Ecuador
Vicente Pardo | Ponticia Universidad Católica del Ecuador, Quito, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4306 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
El proyecto de investigación está orientado a realizar un análisis comparativo de la huella de carbono
generada en una edicación de hormigón armado frente a la huella de carbono de una edicación de
acero estructural, aplicado a una edicación de 4 pisos de altura, la que está conformada por elementos
estructurales aporticados. Para lo cual, se aplicó la metodología de análisis del ciclo de vida (ACV),
metodología que describe de forma sistemática el proceso para la cuanticación de la huella de carbono,
mediante la valoración del aporte de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en términos
de toneladas de dióxido de carbono equivalente (t CO2 eq) para cada etapa del ciclo de vida de las edi-
caciones sujetas de estudio y un período de vida útil de 50 años. El análisis del ciclo de vida aplicado
empleó un enfoque de producto con un alcance de estudio de la cuna a la cuna, logrando como resultado
una huella de carbono para el sistema estructural de hormigón armado de 724,71 t (CO2 eq) y para el sis-
tema estructural de acero 440,93 t (CO2 eq), denotando que las emisiones de gases de efecto invernadero
(GEI) para la estructura de hormigón armado es 64,36% mayor a la de acero estructural. Adicionalmen-
te, como dato complementario a la investigación se determinó el costo ambiental calculado en función
de la huella de carbono obtenida para cada sistema estructural, mediante la aplicación del costo al que se
cotiza en el mercado las emisiones de CO2 a la fecha actual, siendo esta de 65,22 €/t CO2 y teniendo en
consideración que este valor podría aumentar en el transcurso del tiempo debido a las altas emisiones de
CO2 que generan los países desarrollados.
e research project is aimed at carrying out a comparative analysis of the carbon footprint generated
in a reinforced concrete building against the carbon footprint of structural steel building, applied to a
building 4 stories high which is made up of porticoed structural elements. Towhich end, the life cycle
assessment (LCA) methodology was applied, a methodology that systematically describes the process
for quantifying the carbon footprint, by assessing the contribution of greenhouse gas (GHG) emissions
in terms of tons of carbon dioxide equivalent (t CO2 eq) for each stage of the life cycle of the buildings
subject to study and a useful life period of 50 years. e applied life cycle analysis employed a product
approach with a cradle-to-cradle scope of study, resulting in a carbon footprint for the reinforced con-
crete structural system of 724.71 t (CO2 eq) and for the steel structural system 440.93 t (CO2 eq), de-
noting that the greenhouse gas (GHG) emissions for the reinforced concrete structure is 64.36% higher
than that of structural steel. Additionally, as complementary data to the research, the environmental
cost calculated according to the carbon footprint obtained for each structural system was determined,
by applying the cost at which the emissions of (CO2) are quoted in the market to the current date, this
being 65.22 €/tCO2 and knowing that this value could increase over time due to the high CO2 emissions
generated by developed countries.
1. introducción
A escala mundial, la industria de la construcción es una
de las industrias más contaminantes en la actualidad,
con alrededor del 40 por ciento de la contaminación re-
lacionada directa o indirectamente con las actividades
que se desarrollan en este campo.
Por ello, el objetivo de esta investigación es realizar un
análisis comparativo mediante la aplicación de la me-
todología del ciclo de vida huella de carbono para los
sistemas constructivos de hormigón armado y acero es-
Received: 31/10/2022
Accepted: 23/12/2022
Análisis del ciclo de vida, huella de car-
bono de edicaciones, CO2 equivalente,
costo ambiental en edicaciones, siste-
mas estructurales y su huella de carbono.
Life cycle analysis, carbon footprint of
buildings, CO2 equivalent, environmen-
tal cost in buildings, structural systems
and their carbon footprint
21
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
tructural aplicado a una edicación de 4 pisos de altura,
conformada por elementos estructurales aporticados.
Dicha contaminación se calculará en términos de
emisiones de gases de efecto invernadero expresado en
t CO2 eq durante su ciclo de vida, conociendo que las
fases del ciclo de vida de una estructura se pueden dividir
en: fase de producción, fase de construcción, fase de op-
eración y mantenimiento, fase de disposición nal y fase
de recuperación de recursos [1].
Para el desarrollo de la investigación se aplicará el en-
foque del análisis del ciclo de vida-huella de carbono «de
la cuna a la cuna» (cradel to cradel); metodología que se
emplea mediante la normativa - 14067:2019;
[2] en la que se especica los principios, requisitos y di-
rectrices, para la cuanticación, total o parcial, de la huel-
la de carbono de los productos () tomando como
referencia las normas internacionales de análisis del ci-
clo de vida como 14040 e 14044.
Como complemento de la investigación se realizará un
análisis comparativo de costos entre los sistemas estruc-
turales planteados, en el que comprenda el cálculo parcial
y total del costo de la huella de carbono obtenida, es de-
cir, aplicar el precio al que se cotiza el CO
2
en el mercado a
la fecha actual, para obtener el valor total en dólares de las
emisiones de gases de efecto invernadero, cuanticando los
dos sistemas constructivos por separado.
1.1. FUNDAMENTACIÓN
A escala mundial se han realizado esfuerzos con el objeto
de llegar a acuerdos que garanticen benecios climáticos
con la intervención de varios países desarrollados quie-
nes buscan encontrar una solución a esta problemática,
bajo la dirección del Grupo Intergubernamental de Ex-
pertos sobre Cambio Climático ( por sus siglas en
inglés), el cual pretende analizar en forma exhaustiva,
objetiva, abierta y transparente la información cientí-
ca, técnica y socioeconómica relevante para entender
los elementos de riesgo que supone el cambio climático
provocado por las actividades humanas, sus posibles re-
percusiones y las posibilidades de adaptación al mismo,
sabiendo que todos estos esfuerzos colectivos realizados
aún no han sido suciente para mantener los en un
nivel seguro [3].
Entre los principales acuerdos internacionales concer-
nientes al cambio climático tenemos:
· El tratado de Kioto [4].
· La convención marco de las Naciones Unidas sobre el
cambio climático [5].
Además, otro organismo comprometido con la reduc-
ción de las emisiones de , proteger el planeta, así
como garantizar la paz y la prosperidad es la Naciones
Unidas, por medio de los 17 objetivos de desarrollo sos-
tenible (), objetivos de los cuales podemos destacar:
Objetivo .o 11. «Lograr que las ciudades sean más in
-
clusivas, seguras, resilientes y sostenibles» [6].
Objetivo .o 12. «Garantizar modalidades de consumo
y producción sostenibles» [6].
Por lo antes mencionado en la actualidad existe un
amplio marco normativo para abordar la cuanticación
de la huella de carbono que tiene como base la Norma
14044 de Análisis del ciclo de vida (), por lo que
se debe denir el enfoque, el alcance y el tipo de huella
de carbono que se desea calcular para así seleccionar la
normativa aplicar.
a.
Normativas aplicables al cálculo de huella de carbono
de productos/servicios:
·
pas 2050 (bsi/defra/carbón trust-uk): basada en las
normas iso 14040 e iso 14044.
· Protocol - product estándar (/)
·
14067:2019 Cálculo de la huella de carbono de
productos.
b.
Normativas aplicables al cálculo de huella de carbono
de organizaciones:
·
Protocol - corpore accounting and reporting
standards aplicación de 14064-1.
·
14069 Cálculo de la huella de carbono para or-
ganizaciones.
· 14064 Inventario del a nivel de organización.
Para la medición de la huella de carbono de las obras civi-
les, la normativa que mejor se adapta es la metodología que
se describe en la especicación técnica / 14067:2019.
(Cálculo de la huella de carbono de productos), debido a
que su desarrollo puede tomar en consideración todas las
etapas del ciclo de vida de la estructura [2].
1.2. DEFINICIONES
Gases de efecto invernadero ()
La [4] conceptualiza los gases de efecto inver-
nadero como «componentes gaseosos de la atmósfera,
tanto naturales como antropógenos, que absorben y re-
emiten radiación infrarroja» (p. 4).
Los gases de efecto invernadero dan lugar al efecto in-
vernadero que se reere a la absorción de un parte de la
radiación solar que es reejada por la supercie de la tie-
rra para luego ser devuelta a ella, este fenómeno permite
que la vida sea posible en la Tierra. Los principales gases
de efecto invernadero presentes en la atmósfera son: el
vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), el óxi-
do nitroso (N2O), el metano (CH4) y el ozono (O3) [3].
22
Erazo & Pardo
Emisiones
Es la liberación o descarga de gases de efecto inverna-
dero o sus derivados en la capa atmosférica durante un
período de tiempo especíco [7].
Huella de carbono
En [3] denen la huella de carbono como «el conjunto
de emisiones y absorciones de gases de efecto inverna-
dero que son producidas por el efecto directo e indirecto
como consecuencia de una actividad» (p. 142), concepto
con el cual se engloba actividades relacionadas a individ-
uos, organizaciones, productos y servicios durante todas
las fases de sus ciclos de vida.
La huella de carbono se la expresa como la cantidad
de masa equivalente de CO
2
, es decir, mediante el indi-
cador de CO
2
equivalente (CO
2
eq), la unidad de medi-
da generalmente utilizada es el kilogramo (kg CO
2
eq) o
bien la tonelada (t CO2 eq).
El análisis de la huella de carbono nos permite:
· Identicar fuentes de emisión de
· Medir los
·
Proponer medidas de mitigación, compensación y control
Potencial de calentamiento global ()
El potencial de calentamiento global mide el efecto rela-
tivo de calentamiento global que tienen diferentes gases
en la Tierra. Esto da un valor para la cantidad de calor
atrapada en una masa dada de gas en comparación con
la cantidad de calor atrapada en una masa similar de dió-
xido de carbono durante un período de tiempo dado (ver
Tabla 1). El (Panel intergubernamental sobre cam-
bio climático) eligió el dióxido de carbono como punto
de referencia porque se considera que su es 1 [8].
Enfoques metodológicos de la huella de carbono
En la gura 1 se indica los diferentes enfoques que se
puede aplicar para la obtención de la huella de carbo-
no dependiendo del caso de estudio y de los resultados
que se persigue, siendo en la actualidad los enfoques de
mayor ámbito de aplicación el enfoque de organización
y enfoque de producto; sabiendo también que la aplica-
ción de cada uno de los enfoques, estarán referidas a un
período de tiempo denido (ver Figura 1).
Figura 1
Enfoque de la huella de carbono
Tabla 1
Potencial de calentamiento global - (100) de los
i
Dióxido de carbono (CO2) 1,00
Metano (CH4)28,00
Óxido nitroso (N2O) 265,00
HFC-152a 138,00
Hexauoruro de azufre (SF6)23.500,00
Nota. [9].
Nota. [10].
23
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
Cálculo de la huella de carbono
El cálculo de la huella de carbono se reere a la cuanti-
cación de los producidos por diferentes actividades
humanas, para lo cual se reporta los resultados en térmi-
nos de CO2 eq. [3] Para lo cual a lo largo de los tiempos se
han ido desarrollando diversas metodologías para dicho
cálculo en los cuales se establecen criterios que delimitan
el tipo de emisiones (alcances) que se considerara en el
cálculo dependiendo del caso.
· Alcance 1 - Emisiones directas
· Alcance 2 - Emisiones indirectas
· Alcance 3 - Otras emisiones indirectas [11]
Análisis del ciclo de vida ()
Se trata de una herramienta metodológica de evaluación
de impactos ambientales y energéticos correspondiente a
un proceso, a una actividad o un producto a lo largo de
todo su ciclo de vida, es decir, el conjunto de las siguien-
tes etapas: adquisición de materias primas, fabricación,
distribución, uso y n de vida útil [10].
La normativa 14044 [2] dene el como la «re-
copilación y evaluación de las entradas, las salidas y los
impactos ambientales potenciales de un sistema del pro-
ducto a través de su ciclo de vida» (p. 2), sabiendo que
el ciclo de vida son todas la etapas interrelacionadas y
consecutivas por las que pasa un producto desde la ad-
quisición de su materia prima hasta su disposición nal
(ver Figura 2).
Etapas del ciclo de vida: enfoque de producto
SISTEMAS CONSTRUCTIVOS
Un sistema constructivo es el conjunto de elementos y
unidades de un edicio que forman una organización
funcional con una misión constructiva común, sea esta
de sostén (estructura), de denición y protección de es-
pacios habitables (cerramientos), de obtención de acon-
dicionamiento (confort), o de expresión de imagen y as-
pecto (decoración).
Un sistema requiere de un diseño, para lo cual se debe
atender en primer lugar a las exigencias funcionales de
cada uno (función) y a las acciones exteriores de la cons-
trucción en la que se aplicará (forma y espacios), además
de tener en cuenta las posibilidades de los materiales que
se van a utilizar, en función de su calidad y esfuerzos que
los mismos soportarán, teniendo como principales siste-
mas constructivos en nuestro país el de hormigón arma-
do y de acero estructural.
ECONOMÍA CIRCULAR EN UNA EDIFICACIÓN
La etapa de recuperación de recursos, una vez que se ha
procedido con el derrocamiento de la estructura, basa su
ejecución en la aplicación de la economía circular en el
sector de la construcción, la cual busca manejar de ma-
nera sustentable los recursos utilizados para el desarrollo
de un proyecto.
Figura 2
Etapas del análisis del ciclo de vida: enfoque de producto
Nota. [10].
24
Erazo & Pardo
Es decir, una vez que la estructura cumpla su vida útil
se busca la reutilización de los materiales producto de
su demolición, ya sea mediante la remanufacturación de
elementos estructurales, principalmente los de acero es-
tructural o, a su vez, empleándolos como materia prima
para la fabricación de nuevos productos, considerando
que el acero es el material más reciclado del mundo [12].
El acero es un material continua y completamente re-
ciclable, el cual no pierde su calidad en comparación con
otros materiales que normalmente se los recicla en pro-
ductos de menor calidad. En las acerías de Norteamérica
el acero estructural contiene el 90% o más de acero reci-
clado [13].
El American Iron and Steel Institute, [13] indica que
la producción de una tonelada de acero en la actualidad
requiere menos de la mitad de energía que hace 40 años,
lo que ha resultado en la disminución del 50% en las emi-
siones de debido al uso de acero reciclado y empleo
de nuevas tecnologías en su fabricación.
La Worldsteel Association, [12] indica que por cada
tonelada de acero reciclado se evita le emisión de 1,5 to-
nelada de CO2 y representa un ahorro de materia pri-
ma de mineral de hierro de 1,4 toneladas; en el sector de
la construcción el porcentaje de recuperación del acero
está estimado en un 80% del total empleado en estructu-
ras de hormigón armado; no obstante, si se destruye una
edicación hecha de acero estructural se podría recupe-
rar hasta el 100%, dependiendo de su concepción y de las
uniones empleadas.
ETAPAS Y ALCANCES DEL CICLO DE VIDA PARA
EDIFICACIONES
Las etapas que cubre el aplicado para una edica-
ción se describen en la gura 3, así también, en esta gu-
ra podemos encontrar los alcances aplicables para nues-
tras investigaciones (ver Figura 3), para lo cual se debe
denir los objetivos que se persigue y los resultados que
se desea conseguir, sabiendo que se podría realizar un
estudio parcial tomando en consideración una sola etapa
para el o, a su vez, un estudio global tomando en
consideración todas las etapas para el [14].
1.3. COSTO AMBIENTAL EN FUNCIÓN DE
EMISIONES DE CO2
Para el análisis de los costos en función de las emisiones
de CO2 eq se tomará en consideración el precio al que
se cotiza en el mercado 65,22 €/t CO2, [15] sabiendo
que su precio es muy variable y tiende a seguir aumen-
tando, considerando que hace un año el precio fue de
26,00 €/t CO2
()
Figura 3
Etapas y alcance para un ACV en edicaciones
Nota. [10].
25
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
2. Método
2.1. ETAPAS Y ALCANCES DEL PARA EL CASO
DE ESTUDIO.
En la gura 4 se observa las etapas que se abarcará en el
desarrollo de este trabajo tomadas en función del alcance
planteado en apartados anteriores (ver Figura 4).
Así también, las etapas descritas en la gura 4 se las
subdivide en procesos que intervienen en cada una de es-
tas etapas, los que deben ser relevantes, prácticos y apro-
piados al objetivo y alcance denidos con la nalidad de
una cuanticación más detallada de cada proceso que ge-
nere un impacto ambiental. Generalmente la elección de
los procesos que se van a inventariar depende de la natu-
raleza del producto y la calidad de datos que se puede ob-
tener. [16] Teniendo la siguiente subdivisión de procesos,
la que es utilizada generalmente por instituciones inter-
nacionales para realizar las declaraciones ambientales de
productos de construcción [17].
Para el desarrollo de la investigación se procederá de
la siguiente manera:
1.
Se recopilará los diseños estructurales denitivos del
proyecto para la edicación de 4 pisos (hormigón ar-
mado) y se planteará un diseño estructural alternati-
vo diferente al original (estructura metálica), para que
de esta forma se pueda realizar el análisis comparativo.
2.
Al basar nuestra investigación en el de una edica-
ción se procederá al desarrollo por las diferentes etapas
del ciclo de vida, y se actuará de la siguiente manera:
·
Para la etapa de producto y preproceso se realizará
una documentación netamente bibliográfica
con la nalidad de recopilar un inventario de las
declaraciones ambientales de los productos ()
de diferentes bases de datos existentes.
·
Para la etapa de construcción se dividirá los sistemas
constructivos en conjuntos de elementos que formen
una unidad de obra con un objetivo constructivo,
pudiendo ser estructural, mampostería, acabado,
etc. Lo que servirá para el cálculo de los volúmenes
de obra para cada caso y así obtener los valores de
CO2 equivalentes de manera más detallada; cabe
mencionar que para la cuanticación en esta etapa
se considerará: uso de energías, combustibles, mano
de obra y maquinaria.
·
Para la etapa operativa se tomará en consideración
dos elementos específicos: el mantenimiento, el
consumo promedio energético y de agua potable,
deniendo a lo largo de la investigación el tipo de
mantenimiento a realizarse para cada uno de los
sistemas estructurales y el período para el desarrollo
de estos.
·
En la etapa de n de vida se plantea un derrocamiento
total de la estructura al terminar su vida útil.
·
Para la disposición nal y etapa de recuperación, se
plantea la posibilidad de reutilización o reciclaje de
los elementos de acero, así como también el traslado
de los escombros a una escombrera.
3.
Con los valores obtenidos para cada uno de los siste-
mas estructurales, así como también para cada una de
sus etapas se realizará una comparación en parámetros
de huella de carbono CO
2
equivalente, porcentajes de
contaminación y costos ambientales.
4.
Se plantearán las respectivas conclusiones sobre los re-
sultados obtenidos.
Figura 4
Etapas del ciclo de vida aplicado a la investigación
Nota. [10].
26
Erazo & Pardo
5. 2.2. DESARROLLO
Para lograr una mayor comprensión se tomará la unidad
de obra (hormigón premezclado f’c= 240 kg/cm2) para
el desarrollo y la obtención de resultados en cada una de
las etapas.
1. Etapa de producto y preproceso
Para la etapa de producción se realizará una recopilación
de información documental, en la cual nos indique los
factores de emisión en kg (CO2 eq), para cada proceso
unitario de esta etapa, vericando que para el cálculo
de los kg de CO2 eq en cada proceso unitario se haya
considerado las entradas y salidas que mayor inciden-
cia tengan en el resultado nal del potencial de impac-
to ambiental. Cabe indicar que debido a la ausencia de
información sobre las emisiones de expresada en kg
(CO2 eq) de los materiales a nivel nacional se recurrió a
fuentes documentales extranjeras.
Los procesos unitarios considerados en el de
nuestra investigación en esta etapa son: suministro de
materia prima, transporte y fabricación, datos que serán
obtenidos de los inventarios de declaraciones ambienta-
les de los productos () de origen extranjero y de in-
vestigaciones relacionada al análisis de ciclo de vida de los
materiales de manera individual (ver Tabla 2).
Inventario de declaraciones ambientales de los produc-
tos ()
Para obtener el inventario de las declaraciones ambienta-
les () o (-environmental product declarations, por
sus siglas en inglés), se recopila de las bases de datos pro-
vistas por distintas organizaciones a nivel internacional.
El o es un documento registrado y vericado
con información veraz, transparente y comparable sobre
el impacto ambiental del ciclo de vida de los productos.
[19]. Parte del contenido de este documento es el poten-
cial de impacto ambiental por unidad declarada, en el que
se encuentran expuestas la medición de varios paráme-
tros para el ciclo de vida del producto.
Para expresar los resultados obtenidos en esta investi-
gación se tomará el parámetro -combustibles fósiles
con potencial de calentamiento global (kg CO2eq), in-
dicador que comprende el potencial de calentamiento
global de las emisiones de cada uno de los (ver Tablas
y .)
Mediante las tablas 3 y 4 se describe la huella de carbono
para cada uno de los materiales y su fuente de investigación.
2. Etapa de construcción
Para la determinación de la huella de carbono (kg CO2
eq) en esta etapa, una vez identicados las unidades de
obra y mediante la revisión de los de cada una de
estas, se detalla los componentes que la forman como:
maquinaria, mano de obra y transporte de material en
obra; para de esta manera realizar el cálculo de CO2 eq
por separado de cada uno de estos componentes. Este
proceso lo aplicamos para cada una de las unidades de
obra descritas y para cada sistema estructural motivo de
nuestra investigación.
Transporte de material en obra
En este componente se calcula los kg (CO2 eq) de los com-
bustibles y energía eléctrica (emisiones directas) reque-
rida para el transporte de cada uno de los materiales en
obra hasta su proceso de instalación nal, en caso de que
el transporte del material dentro de la obra se realice de
forma manual por el personal se asumirá un valor de cero.
Para la determinación de la huella de carbono (kg
CO2 eq) del transporte de materiales al sitio del proyecto
se debe tener en consideración varios parámetros como:
distancia a recorrer, tiempo de recorrido, tipo de vehículo
utilizado, personal interviniente en el transporte del ma-
terial, etc.; por esta razón se torna dicultosa esta cuanti-
cación sin haber realizado mediciones directas para un
proyecto. En [20] señala que «el transporte de los mate-
riales al lugar constituye un 6-8% de las emisiones totales
de gases de efecto invernadero para un proyecto», por-
centajes a tomar en consideración para cuanticar los kg
(CO2 eq) en el presente documento.
Tabla 2
Declaración ambiental del hormigón premezclado f’c 240 kg/cm2
Módulo declarado Unidad Subtotal Etapa 1
A1+A2+A3
Descripción
(kg CO2 eq) 256,08
Valor recuperado de Petroche & Ramírez 2022, en su in-
vestigación del de hormigón a nivel local
Nota. Cantidad declarada de kg (CO2 eq) para 1 m3 de producto.
A1 = Suministro de materia prima, A2 = Transporte, A3 = Fabricación. = Potencial de calentamiento global.
Recuperado de: Petroche & Ramírez 2022 [18].
27
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
Tabla 3
Huella de carbono para los materiales de construcción para la edicación de hormigón armado
No. Materiales estructura de hormigón armado Unidad
kg CO2 eq/
Unidad Fuente
1Madera en general m3110,070 (Puettman & Wilson, 2005)
2 Plancha de madera contrachapada m3299,500 (Puettman & Wilson, 2005)
3 Materiales de hierro en general (clavos, alambre, anclajes) kg 0,994 (e International EPD® System)
4 Agregado no (arena) y agregado grueso (ripio) t 3,500 (e International EPD® System)
5 Cemento Portland kg 0,637 (e International EPD® System)
6
Acero de refuerzo (barras corrugadas, malla electrosoldada)
kg 0,714 (Pontón, 2017)
7 Cemento blanco kg 1,150 (e International EPD® System)
8 Plástico (polietileno) kg 1,900 (Ecoinvent 3.8 data as system.)
9 Hormigón premezclado 24 MPa m3256,080 (Petroche & Ramírez, 2022)
10 Bloque 20x20x40 cm u 2,490 (Urgiles, 2017)
11 Bloque 15x20x40 cm u 2,090 (Urgiles, 2017)
12 Aditivo para mejorar adherencia de morteros kg 0,387 (e International EPD® System)
13 Pintura de interiores gl 25,776 (e International EPD® System)
14 Pintura de exteriores gl 5,530 (e International EPD® System)
15 Tubería -desagüe kg 2,816 (e International EPD® System)
16 Tubería PVC - agua potable Kg 2,320 (e International EPD® System)
17 Accesorios PVC - agua potable kg 7,580 (e International EPD® System)
18 Válvulas de Cobre kg 7,170 (e International EPD® System)
19 Manguera kg 3,190 (e International EPD® System)
20 Cable kg 7,480 (e International EPD® System)
21 Perl tipo Canal 100x50x3mm 6m 24,154 (e International EPD® System)
22 Correa “G” 100x50x15x3mm 6m 26,697 (e International EPD® System)
23 Pintura Anticorrosiva gl 27,630 (e International EPD® System)
24 Pintura Anticorrosiva gl 27,630 (e International EPD® System)
25 Cubierta estil panel 0.60 mm m2 17,300 (e International EPD® System)
Nota. Huella de carbono en términos de kg (CO2eq) obtenido de los e investigaciones a nivel nacional [10].
Maquinaria - instalación construcción
Mediante este componente se calcula los kg (CO2) de las
emisiones de la maquinaria interviniente para la ejecu-
ción de la unidad de obra, sabiendo que este elemento
se puede dividir en dos grupos: maquinaria que para
su funcionamiento utiliza consumo de energía eléctrica
(emisiones indirectas), o a su vez maquinaria que para su
funcionamiento utiliza combustión de productos deriva-
dos de petróleo (emisiones directas).
Maquinaria de consumo eléctrico
Para la maquinaria que utiliza el consumo eléctrico para
su funcionamiento se procede a identicar los kW con-
sumidos por cada hora para con ellos calcular los kg
(CO2) mediante el factor de conversión 0,3834 (t CO2/
MWh) determinado para el año 2020 por en su
informe «Factor de emisión de CO2 del Sistema Nacional
Interconectado de Ecuador-informe 2020» [21].
(2)
Maquinaria de consumo - derivados de petróleo
Consiste en la maquinaria o equipo que para su funcio-
namiento es necesario la combustión de derivados de
petróleo, maquinaria que se encuentra detallada en las
unidades de obra correspondiente, asignándole un tiem-
po necesario para realizar dicha unidad y su rendimiento
28
Erazo & Pardo
del cual haremos uso para el cálculo de kg (CO2 eq) [14].
En[14] mediante su tesis doctoral hace un análisis de
distintas marcas y modelos de maquinaria de obra en fun-
ción del número de cilindros del motor y el rango de po-
tencias máximas desarrolladas, para obtener el consumo
de combustibles promedio para motores de 3, 4 y 6 cilin-
dros y a su vez el factor de emisión para cada uno de es-
tos, teniendo los siguientes resultados en la tabla 5 (ver
Tabla 5).
Para la obtención de los valores de la tabla 5, Martínez
R. (2015) realizó el análisis del proceso químico de la
combustión de motores, deniendo que, «a partir de la
combustión de 1 litro de gasóleo, se emite 2,63 kg CO2».
Mano de obra
Con el análisis de las emisiones de la cuadrilla tipo in-
terviniente en este componente, se calcula el factor de
emisiones en kg (CO2 eq) producidas por las personas en
el proceso natural de la respiración (emisiones directas),
sabiendo que se contabilizará solamente en las horas en
las cuales el personal se encuentra en la obra, mediante
el uso del rendimiento de la cuadrilla para la ejecución
de la unidad de obra.
El cálculo de las emisiones en este apartado lo re-
alizaremos basándonos en la teoría de respiración y ven-
tilación humana (siología respiratoria), donde nos indica
que la función principal del sistema respiratorio es el
intercambio de gases, es decir, proveer al organismo ox-
ígeno (O2) en función de sus necesidades y eliminar el
CO2 producto del proceso respiratorio [22].
Mediante la revisión bibliográca de varias fuentes de
información nos indican que el aire total que respira
una persona adulta oscila entre 6 y 7 litros por minuto,
no obstante, la 2004 [23] nos indica que en una
persona con actividad moderada durante un período de
trabajo de 8 horas la cantidad de aire respirado está en
alrededor de 8,5 m3, dándonos un consumo de aire de
17,70 litros por minuto (1062,5 litro/hora).
Así también, sabiendo que el aire que respiramos está
compuesto de 21% de oxígeno, 0,04% de dióxido de car-
bono, 78% de nitrógeno y un 0,54% de vapor de agua y el
aire exhalado está compuesto de 15,6% de oxígeno, 4% de
dióxido de carbono, 78,6% de nitrógeno y 1,6% de vapor
de agua, podemos llegar a calcular la cantidad de emisio-
nes de CO2 indicado en la tabla 6 (ver Tabla 6).
Con los valores obtenidos en los factores de emisión de
maquinaria, transporte y mano de obra se procede a rea-
lizar el cálculo para cada una de las unidades de obra in-
tervinientes de forma expuesta en la tabla 7 (ver Tabla 7).
En la tabla 8 se presentan los resultados obtenidos
para cada una de las unidades de obra y su volumen co-
rrespondiente tanto para la etapa de producción como
para la etapa de construcción (Ver Tabla 8).
Considerando que para el caso de la edificación
con estructura de acero varía únicamente el rubro de
Tabla 4
Resumen de materiales estructura metálica
No. Materiales estructura metálica Unidad kg CO2 eq/Unidad Fuente
1Acero estructural A36 kg 0,898 (e International EPD® System)
2Steel Deck m2 32,300 (e International EPD® System)
3Conectores Stud kg 1,342 (e International EPD® System)
4Pintura de esmalte Ignifugo gl 27,630 (e International EPD® System)
Nota. Huella de carbono en términos de kg CO2 eq obtenido de los e investigaciones a nivel nacional [10].
Tabla 5
Consumo de combustibles y emisiones de CO2 por tipo de motor
Motores. Cantidad de combustible utilizada Factor de emisión de CO2
3 cilindros 39,6 L/h 104,15 kg CO2/h
4 cilindros 51,6 L/h 137,71 kg CO2/h
6 cilindros 66,6 L/h 175,16 kg CO2/h
Nota. [14].
29
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
estructura, en la tabla 9 se describe únicamente esta uni-
dad de obra sabiendo que para realizar el cálculo total de
la huella de carbono los valores obtenidos para las demás
unidades de obra se conservan los expuestos en la tabla
8 (ver Tabla 9).
3. Etapa de operación y mantenimiento
Para la determinación de la huella de carbono en esta
etapa (kg de CO2 eq) se ha considerado los consumos
eléctricos, consumos de agua potable y mantenimientos
que se puedan proporcionar a la estructura en toda su
vida útil.
Para el consumo promedio eléctrico y el de agua po-
table de esta edicación se tomó una base de datos de
consumos y pagos mensuales provista durante su fase de
operación por un lapso de 3 años.
Para el mantenimiento de la estructura se planteó
los mantenimientos rutinarios de las estructuras durante
todo su ciclo de vida (ver Tablas 10 y 11).
4. Etapa de n de Vida
Se plantea un derrocamiento total de la estructura hasta
nivel +0.00, con disposición nal de sus desechos en la
escombrera ubicada a 10,50 km de distancia de la ubi-
cación de la edicación. Se plantea el reciclaje de la cu-
bierta metálica con su estructura de soporte, la cual será
comercializada para que sea reutilizada como materia
prima, proceso para el caso de la edicación fabricada en
hormigón armado.
Para el caso de la estructura metálica se plantea el des-
montaje en su totalidad, para de esta manera poder reu-
tilizar o reciclar todos sus elementos de acero, los demás
materiales serán destinados a una escombrera (ver Ta-
blas 12 y 13).
Tabla 6
Emisión de CO2 por persona en proceso respiratorio
Detalle Valor Unid
Volumen aire respirado 1062,50 l/h
% de CO2 en proceso de exhalación 4 %
Volumen de CO242,50 l/h
Densidad de CO21,96 g/l
Masa de CO283,30 gr/h
0,0833 kg CO2/h
Nota. [22].
Tabla 7
Etapa de construcción-hormigón premezclado para vigas y columnas (f’c = 240 kg/cm2)
INPUT (kg CO2 eq)
Detalle Unid Cant.
Rendimiento
H/unidad
CO2/hora
Factor de
emisión
Transporte material a obra
Transporte de materia a ubicación del proyecto % 6 15,737
Transporte material en obra
Bomba estacionaria (45 m tubería). Potencia del motor diésel
49,6 HP / 37 kW.
hora 1 0,16 34,19 5,470
Instalación/Construcción - Maquinaria (combustibles - energía eléctrica)
Vibrador a gasolina. Potencia 5,5 Hp. Consumo de combusti-
ble 1,5 l/h.
hora 1 0,16 3,945 0,631
Mano de obra
Peón (estr.oc E2) hora 4 0,16 0,0833 0,053
Maestro de obra (estr.oc C1) hora 0,1 0,16 0,0833 0,001
Albañil (estr.oc D2) hora 2 0,16 0,0833 0,027
Operador de equipo liviano (estr.oc D2) hora 1 0,16 0,0833 0,013
Total de kg CO2 eq/m321,933
Nota. [10].
30
Erazo & Pardo
Tabla 8
Resumen de emisiones de (kg CO2 eq) en la etapa de producción y construcción - sistema estructural hormigón armado
COD. Proceso unitario () Unid. Cant. Etapa. Producto Etapa.
Construcción
kg CO2
eq
kg CO2 eq
(Total)
kg CO2
eq
kg CO2 eq
(Total)
A OBRAS PRELIMINARES
A.1
Cerramiento provisional h=2,40 m con tabla de mon-
te y pingos m 32,81 8,07 264,91 0,51 16,88
Subtotal obras preliminares 264,91 16,88
B MOVIMIENTO DE TIERRAS
B.1 Limpieza y desbroce de terreno m2456,00 0,00 4,78 2180,59
B.2 Replanteo y nivelación con estación total m2310,86 0,03 10,26 0,03 8,30
B.3
Excavación y movimiento de tierra a máquina para
plintos m340,25 0,00 4,78 192,48
B.4 Excavación a mano para cadenas m313,39 0,00 0,20 2,66
B.5 Mejoramiento de suelo para plintos m33,10 21,62 67,02 1,50 4,63
B.6
Relleno y compactación mecánico con vibro apisona-
dor con material de excavación m326,56 0,00 0,22 5,90
B.7
Desalojo de material en volqueta hasta 10 km d dis-
tancia m313,69 0,00 68,43 936,81
Subtotal movimiento de tierras 77,28 3331,37
C CIMENTACIÓN
C.1 Hormigón simple para replantillo (f’c = 140 kg/m2)m32,06 204,88 422,05 20,28 41,79
C.2 Hormigón simple para plintos (f’c = 210 kg/m2) m38,26 235,07 1941,66 23,66 195,42
C.3
Hormigón simple para cadena de amarre (f’c = 210
kg/m2) m36,69 235,07 1572,60 36,54 244,46
C.4
Acero de refuerzo en barras corrugadas de Fy=4200
kg/cm2. Figurado y colocado en obra kg 1605,0 0,77 1235,85 0,05 86,67
C.5
Contrapiso H. simple. (f’c = 180 kg/m2) e=10 cm,
piedra bola e=12 cm, polietileno Malla electrosolda-
da 6x10x10
m2229,24 18,90
4333,09 4,13 947,45
C.6 Encofrado/desencofrado de cadenas 20x30 m 223,1 2,11 471,63 0,38 84,33
C.7 Encofrado/desencofrado de plintos tabla de monte m229,92 13,18 394,20 1,08 32,16
Subtotal cimentación 10371,10 1632,27
DESTRUCTURA
D.1
Hormigón premezclado para vigas y columnas (f’c =
240 kg/m2) m381,54 256,08 20880,76 21,93 1788,42
D.2 Hormigón simple para gradas (f’c = 210 kg/m2) m3 17,68 235,03 4155,38 18,74 331,32
D.3
Acero de refuerzo en barras corrugadas de Fy=4200
kg/cm2. Figurado y colocado en obra kg 26128,83 0,77 20119,20 0,05 1421,41
D.4
Losa alivianada hormigón simple para losas (f’c = 240
kg/m2), bloque (20x20x40), e=0.25 m m2916,96 256,77 235448,74 24,82 22758,03
D.5 Encofrado con tablero contrachapado viga m 549,82 8,25 4538,21 0,65 357,93
D.6 Encofrado con tablero contrachapado columna m2249,48 7,21 1797,50 0,59 146,69
D.7
Encofrado metálico alquilado para columna circular
d=50cm m 43,65 0,00 0,00 0,03 1,19
D.8 Encofrado con tablero de madera alquilado para losa m21049,8 0,00 0,00 0,03 28,73
31
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
D.9
Encofrado de frisos para losa aligerada de 0,25 de es-
pesor m 107,1 1,02 109,56 0,08 9,06
Subtotal Estructura 287049,36 26842,80
EMAMPOSTERÍA
E.1 Mampostería de bloque 20 cm. m2559,54 36,46 20400,27 2,28 1272,95
E.2 Mampostería de bloque 15 cm. m2426,68 31,26 13337,59 1,96 837,57
Subtotal Mampostería 33737,86 2110,53
FRECUBRIMIENTOS
F.1 Enlucido vertical liso interior m21412,82 4,96 7001,94 0,46 652,72
F.2 Enlucido vertical liso exterior - fachada m2197,34 4,96 978,02 0,45 88,01
F.3 Enlucido de fajas m2205,35 1,45 298,37 0,13 27,52
F.4 Enlucido de los m 199,20 1,45 289,44 0,12 22,91
F.5 Enlucido de vigas - los m 468,44 0,92 428,62 0,14 63,71
F.6 Enlucido de vigas - supercie m2468,44 1,62 757,47 0,24 113,36
F.7 Enlucido de tumbado m21000,96 10,47 10479,05 0,77 771,74
F.8 Enlucido de piso de losa - Terminado liso m2 750,72 8,66 6504,24 0,85 641,11
F.9 Piso de mármol - PB m2 229,24 28,51 6536,09 3,70 849,10
F.10 Pintura de interiores m2 1412,82 1,30 1833,84 0,13 178,16
F.11 Pintura acrílica satinada exterior m2 237,34 1,30 308,07 0,12 28,15
Subtotal Recubrimientos 35415,14 3436,50
G CUBIERTA METÁLICA
G.1 Estructura metálica para cubierta kg 7769,45 10,50 81587,04 4,12 32010,15
G.2 Cubierta estil panel 0,30 mm m2 267,00 21,69 5792,03 1,49 398,63
Subtotal Cubierta 87379,07 32408,78
HINSTALACIONES SANITARIAS Y AGUA POTABLE
H.1
Toma para lavabo/fregadero, PVC roscable diám 1/2
plg pto 13,00 0,89 11,60 0,18 2,31
H.2
Toma para inodoro de tanque PVC roscable diám 1/2
plg pto 14,00 0,72 10,05 0,14 1,90
H.3 Toma para manguera PVC roscable diám 1/2 plg pto 4,00 2,44 9,76 0,21 0,85
H.4 Tubo PVC, diám 1/2 plg m 47,09 0,40 18,93 0,05 2,27
H.5 Tubo PVC, diám 3/4 plg m 25,00 0,59 14,63 0,06 1,57
H.6 Válvula de compuerta en bronce, diám 1/2 plg U 7,00 1,82 12,75 0,18 1,28
H.7 Válvula de compuerta en bronce, diám 3/4 plg U 1,00 2,48 2,48 0,22 0,22
H.8 Desagüe inodoro 110 mm pto 14,00 19,94 279,10 1,33 18,64
H.9 Desagüe lavabo/fregadero/urinario 50 mm pto 13,00 6,33 82,25 0,44 5,68
H.10 Desagüe de piso 50 mm pto 12,00 4,22 50,62 0,29 3,48
H.11 Desagüe piso 75 mm pto 4,00 5,48 21,92 0,37 1,46
H.12 Tubo PVC tipo B, diám 50 mm m 22,00 3,37 74,23 0,23 4,97
H.13 Tubo PVC tipo B, diám 75 mm m 28,00 4,66 130,56 0,30 8,51
H.14 Tubo PVC tipo B, diám 110 mm m 70,00 6,98 488,46 0,44 30,99
H.15
Caja de revisión 60x60 cm en hormigón simple con
tapa de hormigón U 2,00 162,58 325,16 14,93 29,87
Subtotal instalaciones Sanitarias y agua potable 1532,50 114,01
I INSTALACIONES ELÉCTRICAS
I.1 Punto de iluminación u 88,00 114,86 10107,68 7,10 625,20
I.2 Punto de tomacorriente u 70,00 111,44 7800,73 13,05 913,22
32
Erazo & Pardo
Subtotal Recubrimiento 17908,41 1538,42
kg CO2 eq TOTAL 473735,62 71431,55
Nota. [10].
Tabla 9
Resumen de emisiones de (kg CO2 eq) en la Etapa de producción y construcción - acero estructural
Etapa. Producto Etapa. Construcción
COD. Proceso unitario (RUBRO) Unid Cant kg CO2 eq kg CO2 eq (Total) kg CO2 eq kg CO2 eq (Total)
A OBRAS PRELIMINARES
Subtotal obras preliminares 264,91 16,88
B
MOVIMIENTO DE TIERRAS
Subtotal obras preliminares 77,28 3331,37
C CIMENTACIÓN
Subtotal cimentación 10371,10 1601,38
DESTRUCTURA
D.1
Hormigón simple para pedes-
tales (f’c = 240 kg/m2) m35,75 256,080 1472,46 21,933 126,11
D.2
Hormigón simple para gradas
y columnas (f’c = 210 kg/m2) m314,02 235,068 3295,65 18,740 262,73
D.3
Acero de refuerzo en barras co-
rrugadas de Fy=4200 kg/cm2.
Figurado y colocado en obra kg 1481,00 0,769 1138,89 0,054 80,57
D.4
Acero estructural A36, (Inclu-
yen placas base) kg 59787,72 0,898 53689,37 0,637 38084,78
D.5
Losa Deck H=12 cm
e=0,65mm m21049,80 59,970 62956,51 0,651 683,42
Subtotal estructura 122552,88 39237,61
EMAMPOSTERÍA
Subtotal mampostería 33737,86 2110,53
FRECUBRIMIENTOS
Subtotal recubrimientos 35415,14 3436,50
G CUBIERTA METÁLICA
Subtotal CUBIERTA 5792,03 32408,78
HINSTALACIONES SANITARIAS Y AGUA POTABLE
Subtotal instalaciones sanitarias y agua potable 1532,50 114,01
I INSTALACIONES ELÉCTRICAS
Subtotal instalaciones eléctricas 17908,41 1538,42
kg CO2 eq TOTAL 227652,102 83795,48
Nota. [10].
Tabla 10
Resumen de valores de huella de carbono (kg CO2 eq) etapa de operación y mantenimiento – hormigón Armado
Detalles kg CO2 eq/50 años
Factor de emisión kg CO2 eq para el consumo eléctrico 120671,987
Factor de emisión kg CO2 eq para el consumo de agua potable 36961,92
Mantenimientos del edicio en general 44461,81456
Mantenimiento elementos estructurales hormigón armado 106,20
kg CO2 eq/ 50 años (mantenimiento y operación) 202201,92
Nota. [10].
33
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
Tabla 11
Resumen de valores de huella de carbono (kg CO2 eq) etapa de operación y mantenimiento - estructura de acero
Detalles kg CO2 eq/50 años
Factor de emisión (kg CO2 eq) para el consumo eléctrico 120671,987
Factor de emisión (kg CO2 eq) para el consumo de agua potable 36961,92
Mantenimientos del edicio en general 44461,81456
Mantenimiento elementos estructurales acero 338,12
kg CO2 eq/ 50 años (Mantenimiento y operación) 202433,84
Nota. [10].
Tabla 12
Huella de carbono en (kg CO2 eq) para el derrocamiento de la estructura y desalojo de escombros – estructura de Hormigón armado
Descripción de proceso Unid Cant.
(kg CO2 Eq) /
unid
(kg CO2 Eq)
Total
Derrocamiento de estructura de hormigón armado
Hormigón Vigas y columnas m381,54 1,336 108,94
Hormigón Escaleras m317,68 1,336 23,62
Losas m3229,04 1,366 312,87
Contrapiso m322,92 1,336 30,63
demolición de mampostería
mampostería de bloque 15 cm m2559,54 0,4248 237,69
mampostería de bloque 20 cm m2526,58 0,4248 223,69
Desmontaje de cubierta incluye estructura
Cubierta metálica AR2000 + estructura de soporte m2267,00 0,959 256,21
Desalojo de material con volqueta (10 km)
Desalojo de escombros m3540,43 36,441 19693,85
TOTAL (kg CO2 Eq) 20887,50
Nota. Para el volumen de desalojo se consideró el volumen de hormigón + volumen de mampostería, asumiendo los bloques como
elementos solidos sin alivianamientos para de esta manera considerar el volumen por enlucidos [10].
Tabla 13
Cálculo de la huella de carbono (kg CO2 eq) para el desmontaje de la estructura y desalojo de escombros – estructura Metálica
Descripción de proceso Unidad Cantidad (kg CO2 Eq) (kg CO2 Eq) Total
Derrocamiento y desmontaje de estructura de acero.
Desmontaje de estructura metálica kg 59787,72 0,097 5817,35
Hormigón pedestales, gradas y columnas m319,77 1,336 26,41
Hormigón losas m383,98 1,336 112,20
Placa colaborante Steel Deck kg 7789,52 0,8513 6631,21
Demolición de mampostería
Mampostería de bloque 15 cm m2559,54 0,4248 237,69
Mampostería de bloque 20 cm m2526,58 0,4248 223,69
Desmontaje de cubierta incluye estructura
Cubierta metálica AR2000 + estructura de soporte m2267,00 0,9596 256,21
Desalojo de escombros m3293,00 36,441 10677,25
TOTAL (kg CO2 Eq) 18108,57
Nota. Para el volumen de desalojo se consideró el volumen de hormigón + volumen de mampostería, asumiendo los bloques
como elementos solidos sin alivianamientos para de esta manera considerar el volumen por enlucidos [10].
34
Erazo & Pardo
5. Etapa de recuperación de recursos
Con lo expuesto en apartados anteriores sobre el mate-
rial más reciclado en una edicación al cumplir su tiem-
po de vida útil, netamente se plantea reciclar los elemen-
tos de acero para que este se lo reutilice como materia
prima, sabiendo que en la actualidad en nuestro país los
productos derivados del hierro son los que más podrían
reciclarse de la estructura de un edicio.
Así también para el caso de la edicación de hormi-
gón armado se tomará como acero reciclado el 80% de lo
utilizado para su construcción y para la propuesta en ace-
ro estructural se tomará el 100% de acero utilizado para
su reciclaje, cumpliendo lo indicado por la AISI [13].
3. Resultados y discusión
Mediante el análisis del ciclo de vida de la edicación
con estructura de hormigón armado, se puede eviden-
ciar el porcentaje de aportación de huella de carbono en
las diferentes etapas del ciclo de vida, teniendo la sigui-
ente distribución: etapa de producto con 62% (473,74
t CO2 eq) representando el mayor porcentaje de aporte,
seguida de la etapa de uso y operación evaluada para el
período de vida de 50 años con 26% (202,20 t CO2 eq),
etapa de construcción con un 9% (71,43 t CO2 eq) y con
menor aporte la etapa de n de vida con 3% (20,89 t CO2
eq) (ver Tablas 14 y 15).
Se tiene como huella de carbono total 768,256 (t CO
2
eq), resultado en el cual no se toma en consideración la
etapa de recuperación de recursos (ver Figura 5).
Mediante el análisis del ciclo de vida de la edicación
de acero estructural A36, se puede evidenciar el
porcentaje de aportación de huella de carbono de las
diferentes etapas del ciclo de vida, teniendo la siguien-
te distribución: etapa de producto con 43% (227,652 t
CO2 eq) representando el mayor porcentaje de aporte,
seguida de la etapa de uso y operación evaluada para el
período de vida de 50 años con 38% (202,434 t CO2 eq),
etapa de construcción con un 16% (83,795 t CO2 eq) y
con menor aporte la etapa de n de vida con 3% (18,109
t CO2 eq).
Se tiene como huella de carbono total 531,99 t (CO2
eq), resultado en el cual no se toma en consideración la
etapa de recuperación de recursos (ver Figura 6).
Los resultados obtenidos reejan que a pesar de ser
la producción acero una de las más contaminantes a ni-
vel mundial, produciendo 858,56 kg (CO2 eq) por cada
tonelada de producto, valor que se indica en las (e
International EPD® System), en comparación con la pro-
ducción de concreto premezclado que produce 256,08 kg
(CO
2
eq) para cada metro cúbico para un hormigón de
resistencia de 240 kg/cm
2
, valor indicado por [18] en su
investigacion a nivel nacional, la huella de carbono total
de la edicación construida en hormigón armado pro-
duce mayor contaminación que una edicación de acero
Tabla 14
Resumen de Factores de emisión para el ACV-estructura de hormigón Armado
Etapas del ciclo de vida (kg CO2 eq) (t CO2 eq)
Etapa de producto 473735,62 473,736
Etapa de Construcción 71431,55 71,43
Etapa de operación - mantenimiento 202201,92 202,202
Etapa de n de vida 20887,34 20,887
SUBTOTAL 768172,44 768,172
Etapa de recuperación de recursos (80% de total de acero) -43,463
TOTAL 724,794
Nota. [10].
Tabla 15
Resumen de factores de huella de carbono para el - estructura de acero
Etapas del ciclo de vida (kg CO2 Eq) (t CO2 eq)
Etapa de producto 227652,10 227,652
Etapa de construcción 83795,48 83,795
Etapa de operación - mantenimiento 202433,84 202433,8
Etapa de n de vida 18108,57 18,109
SUBTOTAL 551241,63 551,242
Etapa de recuperación de recursos (100% de total de acero) -110,312
TOTAL 421,678
Nota. [10].
35
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
estructural con la mismas caracteristicas, debido al vo-
lumen de materiales que intervienen en su construcción
(ver Figura 7).
Para la etapa de producto el aporte de huella de carbono
(t CO2 eq) de los materiales usados para la construcción
de una estructura de hormigón armado es 91,9% mayor
a la de los materiales usados en la construcción del mis-
mo edicio con estructura de acero.
En etapa de construcción el mayor aporte de huella
de carbono (t CO2 eq) es el de la estructura de acero con
un 17,31%.
Los valores de huella de carbono en la etapa de op-
eración se mantienen similares con un ligero aumento
del 0,11% de la estructura de acero frente a la de hor-
migón armado.
El aporte de huella de carbono en la etapa de n de
vida el sistema estructural de hormigón armado esta
15,35% sobre el aporte del sistema estructural de acero.
El impacto positivo por la etapa de recuperación de re-
cursos para la estructura de acero es 153,80% mayor al
impacto positivo causado por la recuperación de recur-
sos de la estructura de hormigón armado (ver Figura 8).
La diferencia de la huella de carbono para todo el
de las estructuras incluido los impactos positivos por la re-
cuperación de recurso son de 303,116 t (CO
2
eq). En otra
palabra un sistema estructural de hormigón armado frente
a un sistema estructural de acero con la misma característi-
ca, conguración y funcionalidad presentará un 71,88%
más de impacto negativo al ambiente (ver Figura 9).
El costo ambiental en función de la huella de carbono
Figura 5
Aporte de huella de carbono (CO2 eq) por etapas del CV-hor-
migón Armado
Nota. [10].
Nota. [10].
Nota. [10].
Figura 6
Aporte de huella de carbono (CO2 eq) por etapas del CV-ace-
ro estructural
Figura 7
Gráca comparativa para la huella de carbono de los dos sistemas estructurales
36
Erazo & Pardo
Figura 8
Huella de carbono total para el ACV de las estructuras
Figura 9
Costo ambiental por (t CO2 eq)
Nota. [10]. Nota. [10].
de cada estructura es de 47.265,57 dólares y 28.757,43
dólares, respectivamente, obteniendo un 60,84% menor
costo la edicación construida en acero estructural.
El porcentaje de incidencia del costo por el impacto posi-
tivo causado en la etapa de recuperación de recurso en la
estructura de acero es 153,81% mayor al de la estructura
de hormigón armado.
Para realizar un análisis comparativo con resultados
obtenidos en investigaciones anteriores, se tendrá que
previamente vericar que las edicaciones sujetas de estu-
dio cumplan con características similares tanto en su con-
guración estructural, materiales usados y en su nivel de
operación; así como también realizar una revisión del al-
cance planteado por el investigador, puesto que modicar
uno de estos parámetros hará variar los resultados obteni-
dos e imposibilitará una análisis comparativo. No ob-
stante, se hace mención de la investigación realizada por
Bedoya C. (2021) [24] en la que aplica dos metodologías
para la obtención de la huella de carbono en términos de
t CO
2
eq para una edicación de dos niveles construida en
hormigón armado en la cual se obtuvo 517,30 t (CO
2
eq)
y 409,41 t (CO
2
eq), valores un tanto menores a los con-
seguidos, pero apegados a esta investigación.
4. Conclusiones
La construcción representa un gran impacto en el medio
ambiente y sus repercusiones negativas cada día son más
perceptibles, esto ha despertado el interés de investigado-
res, entidades públicas y privadas en lograr que la cons-
trucción de nuevos proyectos genere un menor impacto
negativo en el ambiente, para lo cual se busca identicar
las fuentes de mayor generación de huella de carbono a
lo largo de todo el ciclo de vida de las edicaciones. Di-
cha identicación se ha logrado mediante la aplicación del
método de de las estructuras con un enfoque de pro-
ducto y un alcance de la cuna a la cuna (cradle to cradle),
detallando el aporte de la huella de carbono en todas las
etapas del tiempo de vida útil de las estructuras.
Haciendo referencia al objetivo principal planteado en la
investigación, se puede armar que la huella de carbono
producida por una edicación de 4 pisos de altura, con-
formada por elementos estructurales aporticados, con
igual conguración estructural e igual funcionamiento
depende en gran parte del sistema constructivo adopta-
do para su construcción, ya que el sistema constructivo
de hormigón armado presentó mayor huella de carbono
frente al sistema constructivo de acero estructural a lo
largo de todo su ciclo de vida, teniendo como mayor eta-
pa de incidencia para este resultado la etapa de producto.
La etapa de recuperación de recursos contribuye para
la reducción de la huella de carbono nal de una estruc-
tura, la cuanticación del impacto positivo en esta etapa
depende del porcentaje de reutilización o reciclaje que se
le pueda dar a los elementos estructurales que conforman
las edicaciones sujetas de estudio; es decir, de los mate-
riales de construcción utilizados.
Tomando en consideración el costo por t (CO2) ac-
tual en el mercado se pudo determinar que el mayor cos-
to ambiental en función de la huella de carbono obtenida
es la del sistema constructivo de hormigón armado en
comparación a la del sistema constructivo de acero, no
obstante, el costo en la etapa de recuperación de recur-
so prevalece para la estructura de acero puesto que sus
elementos estructurales son 100% reciclables una vez se
cumpla su tiempo de vida útil.
La diferencia de la huella de carbono por metro
cuadrado para los dos sistemas estructurales fue de 0,2703
t (CO
2
eq/m
2
), puesto que se obtuvo valores de 0,6903 t
(CO
2
eq/m
2
) y 0,420 t (CO
2
eq/m
2
) para el sistema de hor-
migón armado y para el sistema estructura de acero re-
spectivamente, representando un ahorro del 64,36% en
emisiones para el sistema estructural de acero. Estos
37
Análisis comparativo del ciclo de vida-huella de carbono de una edicación de hormigón armado
frente a una edicación de estructura metálica
resultados nos dan un indicio para la elección del sistema
estructural que menor impacto ambiental genere previa a
la ejecución de un proyecto.
La elección del sistema estructural y de los materiales a
utilizar en el desarrollo de un proyecto inuye signica-
tivamente en el aumento o disminución de la huella de
carbono de la estructura.
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REVISTA INGENIO
Análisis de conabilidad usando el método de Monte Carlo en los alimentadores
principales de la subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
Reliability analysis using the Monte Carlo method in the main feeders of the Cristianía
substation belonging to Empresa Eléctrica Quito
Víctor Sisa | Universidad Técnica de Cotopaxi, Ecuador
Carlos Quinatoa | Universidad Técnica de Cotopaxi, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4307 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
La presencia de fallas en el Sistema de Distribución Eléctrico (SED) de los alimentadores primarios de
la Empresa Eléctrica Quito, generados por diversas causas, ocasionan interrupciones en el suministro
eléctrico hacia los usuarios, donde la eciencia del SED asociada a la conabilidad se ve disminuida,
por esta razón en el presente trabajo de investigación se realiza un estudio de conabilidad en el sistema
primario de distribución de la subestación Cristianía mediante el Método Monte Carlo para optimizar
la continuidad del servicio eléctrico, para lo cual se considera la información de los mencionados ali-
mentadores primarios en el periodo junio 2014 – junio 2020 y así se desarrolla la simulación del Método
de Monte Carlo, considerando los estados de operación, con base a la generación de números aleatorios
uniformemente distribuidos para el cálculo de disponibilidad (A) e indisponibilidad (U) forzadas y así
obtener los índices de conabilidad en el punto de carga para el periodo 2021-2023.
e presence of failures in the Electric Distribution System (SED) of the primary feeders of Empresa
Eléctrica Quito, generated by various causes, cause interruptions in the electric supply to users, where
the eciency of the SED associated with reliability is diminished For this reason, in the present research
work, a reliability study is carried out in the primary distribution system of the Cristianía substation
through the Monte Carlo Method to optimize the continuity of the electrical service, for which the infor-
mation of the primary feeders is considered. in the period June 2014 – June 2020 and thus the simulation
of the Monte Carlo Method is developed, considering the states of operation, based on the generation of
uniformly distributed random numbers for the calculation of forced availability (A) and unavailability
(U) and thus obtain the reliability indices at the load point for the period 2021-2023.
1. introducción
En el año 1968 el Instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos (IEEE) formó un equipo de trabajo para
precisar los indicadores vinculados con la conabilidad
que debían ser medidos por las empresas distribuidoras
y así homogeneizar el lenguaje entre las mismas facili-
tando el intercambio de ideas y criterios entre los cola-
boradores del equipo [1].
En el año 1969 Cash y Scott demostraron median-
te una encuesta realizada a 16 países que no existía un
consenso entre las empresas de distribución eléctrica en
cuanto a los índices que valoran la calidad de energía que
brindan, al igual que no existía una uniformidad en crite-
rios de acuerdo a la información obtenida para valorar la
conabilidad [2]. Mediante un reporte del Power Systems
Relaying Commitee, la IEEE en 1974 propuso establecer
cuatro índices sin considerar el tipo de cliente (residen-
cial, comercial o industrial), cuyos parámetros de la red,
como el número de interrupciones por año y su tiempo de
reparación estuvieron relacionados con otros que estaban
orientados al consumidor nal tales como, cantidad de
Received: 06/11/2022
Accepted: 23/12/2022
Conabilidad, Probabilidad, alimen-
ta-res primarios, simulación del Método
de Monte Carlo.
KEYWORDS
Primary feeders, Probability, Reliability,
Simulation of the Monte Carlo Method.
39
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
usuarios fallados y carga interrumpida expresada en kVA,
de acuerdo con el reporte mencionado, Hayden y Patton
ratican que los índices deben ser evaluados y estandari-
zados tales como: razón de falla y reparación, tiempo me-
dio de entre fallos, tiempo de recuperación y total de falla
de cada año [3], [4].
Por lo tanto, con el n de obtener una mayor evalua-
ción de las causas de fallas se realiza una clasicación,
dando como resultado valores de fallas pasivas y activas,
siendo las activas quienes representan el número total de
tiempos en un año y los componentes son reemplaza-
dos de acuerdo a mantenimientos o reparaciones y los
valores de fallas activas representa una fracción de los
valores de las fallas pasivas representados como compo-
nentes activos fallados durante un año. Pero en 1975 se
empiezan a realizar análisis de sistemas en serie y paralelo,
considerando las condiciones climáticas adversos, man-
tenimientos permanentes y salidas por sobrecarga en los
sistemas de una manera similar al documento elaborado
por Montmeat, Gaver y Patton en 1964 [5].
De acuerdo a ese hecho surge la necesidad de estable-
cer técnicas que faciliten la evaluación de la conabilidad
en un sistema eléctrico de potencia, una de las primeras
técnicas desarrolladas en 1996 es la denominada mode-
lado de Markov que abordan estos problemas. HMM es-
tablece un modelo primario, secundario y terciario, de
acuerdo a la topología del sistema, protección integrados
e individuales, una vez resuelto el modelo terciario se llega
a resolver el modelo secundario y primario para el cálculo
de la información de interrupciones que sufre el cliente.
El estudio de la conabilidad se encuentra en estre-
cha relación con la calidad de servicio, así como también
aspectos económicos, técnicos y legales, Chile fue el pri-
mer país en considerar el concepto de la desregulación [6]
para crear una metodología que permita estimar la cona-
bilidad en los sistemas eléctricos de distribución tomando
las modicaciones dadas para la solución de problemas
de optimización de energía.
En el 2006 [7] propone una metodología utilizando
la simulación de Monte Carlo secuencial para subesta-
ciones eléctricas, la misma que permite evadir las limita
-
ciones de la técnica de bloques de frecuencia y duración,
para de esa manera llegar a una elevada relación entre el
modelamiento y la realidad. Estos modelos son denidos
mediante funciones de probabilidad para cada tiempo de
cambio entre estados y estas funciones son resultado de
un registro de operación de cada componente, siendo el
modelo de dos estados el más aplicado por el décit de
información operativa, siendo una limitante para la cons
-
trucción de modelos más detallados.
Varios autores [8] consideran que para disminuir las
pérdidas eléctricas técnicas y mejorar la conabilidad del
sistema es recomendable realizar una reconguración de
los alimentadores primarios a través de tres métodos, en-
tre ellos se encuentra la disminución de la tasa de fallas,
reducción el tiempo en el que es afectado y disminución
del número de usuarios o clientes que son afectados, di-
cho esto, resulta más costoso realizar una recongura-
ción debido a que sin varios equipos que se encuentran
conectados a los alimentadores, y al ser una subestación
eléctrica es importante considerar el mejoramiento de
conabilidad del sistema.
Dentro del análisis de conablidad en una subes-
tación también se considera los arreglos complejos de
interruptores y debido a ello se utilizan modelos que con-
sideran el efecto de operación que tienen en una congu-
ración en especíco, en [9] menciona el proceso para el
cálculo de la tasa de falla de los interruptores de potencia
donde después se hace uso de un soware para la gene-
ración de índices de conabilidad.
Hoy en día las técnicas usadas para evaluar la con-
abilidad de los sistemas eléctricos se encuentran con
grandes avances funcionando de manera conjunta con
la probabilidad y métodos de optimización metaheuriti-
cos, es decir algoritmos genéticos o redes neuronales [10],
también se puede realizar ujos de potencia que son pro-
babilísticos. El empleo de algoritmos genéticos para estu-
dios de conabilidad busca también minimizar funciones
objetivo, siendo en el año 2015 en donde se propone el
uso de internal loops para optimizar la conabilidad en
sistemas de distribución, para ello se requiere de costos
extras, por ende, se debe considerar el estudio de costo
benecio [11]. En el mismo año se expone otro método
para el análisis de conabilidad en un subsistema de lí-
neas de transmisión de acuerdo al comportamiento de la
disponibilidad a partir del estudio de variables aleatorias
tiempo dado en horas de operación hasta llegar a fallar
junto al tiempo en ser reestablecido el servicio o en ser
reparada la línea [12].
En el país hay estudios enfocados a la conabilidad
de la subestación Pascuales en el año 2011 mediante el
análisis de árbol de fallas, donde primero se analiza los
eventos de fallas que no son deseadas para todos los ni-
veles de voltaje [13] y por ende de la subestación eléctri-
ca en estudio, este método toma de referencia el diagrama
unilar para visualizar de manera óptima los eventos de
40
Sisa & Quinatoa
falla en los niveles de voltaje para cada equipo primario.
En el mismo año la Empresa Eléctrica Centro Sur estu-
dia al alimentador representativo de la zona urbana y otro
de la zona rural centrándose en el análisis de riesgo, con-
abilidad, sensibilidad y análisis de causas y mediante la
incorporación se redes inteligentes [14] y la generación
distribuida cerca de los puntos de carga en los sistemas
de distribución las empresas eléctricas buscan mejorar el
desempeño de la red, reduciendo el número de interrup-
ciones y tiempo para ser restaurado el servicio, convir-
tiéndose en un sistema eciente, seguro y exible para la
toma de decisiones después de una contingencia, ante este
hecho, la temática ha ido tomando gran importancia debi-
do al ente regulador actual ARCONEL, cuyos seguimien-
tos emitidos por parte de las empresas distribuidoras del
país permiten la regulación de la calidad de servicio téc-
nico [15]. Dentro el estudio de la conabilidad en redes
de distribución eléctrica, se ha realizado investigaciones
y documentos de tesis en la Empresa Eléctrica Quito [16].
Uno de ellos en el 2015 se evalúa el estado actual de la red
y cómo la penetración de la generación distribuida inu-
ye en los índices de conabilidad, tomando en cuenta la
generación distribuida en base a la metodología para sis-
temas de distribución con alternativa de alimentación y
también sin alternativa de alimentación ante escenarios
de falla y después de la falla. De acuerdo a estos estudios
de distintas fuentes de información se observa que fue-
ron los correctos en su momento debido a limitaciones
de datos y uso de regulaciones, pero actualmente se pue-
de realizar un estudio más completo para benecio de la
EEQ y sus consumidores.
Regulación Vigente 002/20 contenida en la Calidad de
Servicio Técnico
ARCONEL emite la regulación 004/01 en el año 2000
con el objetivo de establecer niveles de calidad y proce-
sos de evaluación referente al servicio eléctrico en el área
de distribución, para luego ser reformada en el año 2020,
siento ésta la regulación 00002/20 “Calidad del servicio
de distribución y comercialización de energía eléctrica”.
CALIDAD DE SERVICIO TÉCNICO
De acuerdo con criterios sobre calidad de servicio técnico
mencionado en la regulación, las empresas de distribu-
ción deben brindar un suministro de energía conable,
seguro y de calidad mediante la integración de índices de
conablidad como el FMIK que es la frecuencia media
de interrupción por kVA nominal instalado y el TTIK
que es el tiempo total de interrupción por kVA nominal
instalado, cada uno con sus respectivos límites y normas
a cumplir, así como también sanciones hacia las distri-
buidoras del país que no efectúen con lo establecido.
INTERRUPCIONES CONSIDERADAS EN LOS SISTE
MAS DE DISTRIBUCIÓN.
De acuerdo con [17], la discontinuidad en el servicio
energético asociada a la expansión de los SED´s, ha sido
una temática de gran interés para los agentes del sec-
tor eléctrico debido al bajo grado de conabilidad que
ocasiona en las áreas de planicación, operación, man-
tenimiento y distribución, por consiguiente sanciones
económicas hacia las empresas por el corte de servicio
eléctrico a los abonados, este hecho suscita a realizar
estudios sobre costos por interrupción en el suministro
energético e inversión para la mejora de la calidad del
servicio.
IDENTIFICACIÓN DE INTERRUPCIONES
Se considera una interrupción al no abastecimiento de
suministro de energía eléctrica provocado por algún
evento inesperado que causa la salida de servicio de uno
o varios componentes del sistema, dependiendo de su
conguración [18], para medir la calidad de servicio téc-
nico las empresas distribuidoras recurren al uso de índi-
ces globales, los mismos que deben contener la siguiente
información:
·
Fecha, hora de inicio y nalización de la interrupción.
· Duración, causa y origen de la interrupción.
·
Potencia nominal en kVA desconectado por la inte-
rrupción.
·
Número de identicación de consumidores afectados
por la interrupción.
· Equipos operados a causa de la interrupción.
CLASIFICACIÓN DE INTERRUPCIONES.
De acuerdo a lo emitido en la Regulación Vigente 002/20, las
interrupciones son clasicadas en tres grupos (ver Tabla 1).
Tabla 1
Registro y clasicación de las interrupciones
DURACIÓN ORIGEN CAUSA
Breves: de dura-
ción ≤3 minutos.
Internas: originadas en el
sistema de distribución y la
responsabilidad es de la em-
presa distribuidora.
Programadas: amplia-
ciones mantenimien-
to, maniobras, mejoras.
Largas: de dura-
ción >3 minutos.
Externas: originadas por un
generador, transmisor, sus-
pensiones generales del ser-
vicio, por otra distribuidora
o consumidor.
No programadas: cli-
máticas, ambientales,
fallas en la red eléctri-
cas, terceros.
41
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
INTERRUPCIONES CONSIDERADAS
En el cálculo de índices de la calidad de servicio técnico
se emplea aquellas interrupciones que duren más de 3
minutos, incorporando las interrupciones de acuerdo a
su origen y causa, (internas, externas), (programadas y
no programadas). En el cálculo de los índices son exclui-
das las causadas por fallas en las instalaciones de los con-
sumidores que no afecten a otros, desconexiones por un
bajo nivel de frecuencia de acuerdo con lo emitido por el
CENACE, suspensiones de manera general que no sean
producto por la operación de la empresa distribuidora,
por fuerza mayor o caso fortuito, las mismas que deben
ser registradas y noticadas al ARCONEL [18].
(1)
Donde:
·
TA: Es el tipo de alimentador y es expresado en kVA/
km.
·
kVA inst Aj: Potencia nominal instalada total de los
transformadores de distribución del alimentar “Aj”, ex-
presado en kVA.
·
km Aj: Sumatoria de la longitud (monofásica, bifási-
ca y trifásica) del alimentador “Aj”, expresado en km.
INDICADORES GLOBALES
En primer lugar, se considera las interrupciones ocurri-
das en el alimentador de medio voltaje y bornes de los
transformadores de distribución, en caso de transforma-
dores trifásicos que no queden fuera de servicio en su
totalidad, ese valor de KVA se considera de la siguiente
manera:
·Producto de fallas monofásicas: El valor trifásico di-
vidido para 3.
·
Producto de fallas bifásicas: El valor trifásico multi-
plicado por 2/3.
Para el cálculo de los indicadores se considera:
· Frecuencia media de interrupción (FMIK)
· Tiempo total de interrupción (TTIK)
Frecuencia media de interrupción: Mediante el prome-
dio de interrupciones que ha sufrido cada kVA nominal
instalado durante un periodo mensual o anual y se calcu-
la mediante la siguiente expresión matemática:
(2)
Donde:
·FMIK Aj: expresado en fallas por kVA.
·
kVAfsi Aj: Cantidad de kVA nominales que están fuera
de servicio en cada interrupción “i” en el alimen-
tador “Aj”.
·
kVA inst Aj: Cantidad de kVA nominales instalados
en el alimentador “Aj”. Tiempo total de interrupción:
Representa la cantidad de tiempo promedio en horas,
en que cada kVA nominal instalado no estuvo en ope-
ración durante un tiempo de control ya sea mensual o
anual, se calcula de la siguiente manera:
(3)
Donde:
• TTIK Aj: expresado en horas por kVA.
• kVAf si Aj: Cantidad de kVA nominales que están fuera
de servicio en cada interrupción “i” en el alimentador
“Aj ”.
• T f si Aj: Tiempo fuera de servicio de acuerdo a la inte-
rrupción “i” en el alimentador “Aj”.
• kVA inst Aj: Cantidad de kVA nominales instalados en
el alimentador “Aj”.
LÍMITES PARA LA CALIDAD DE SERVICIO TÉCNICO
En un periodo de 12 meses continuos, iniciando en ene-
ro y nalizando en diciembre, los valores máximos esta-
blecidos para los índices mencionados en los indicado-
res globales (ver Tabla 2).
ÍNDICE RED ALIMENTADOR
Alta densidad Baja densidad
FMIK 6.0 7.0 9.5
TTIK 8.0 10.0 16.0
Para el control y cumplimiento de los indicadores
globales será por medio del ADMS (Advanced Distribu-
tion Management System), que es el Sistema Avanzado de
Gestión de Distribución. ARCONEL notica a las empre-
sas distribuidoras lo índices calculados en el último día
laborable del mes subsiguiente al año de evaluación como
máximo, caso contrario se aplican sanciones de acuerdo
a la normativa que se encuentre vigente.
ENERGÍA NO SUMINISTRADA ENS.
La energía no suministrada representa la cantidad de
energía en kWh que las distribuidoras pierden en un año
durante el proceso de comercialización debido a fallas
que se presentan en el sistema y es medido en kWh/año
[19]. En base a los límites establecidos en la Regulación
002/20 para la calidad de servicio técnico en los prima-
Tabla 2
Valores máximos admisibles para los índices globales
42
Sisa & Quinatoa
rios, se puede calcular la ENS bajo ciertas condiciones
por medio de las siguientes fórmulas:
Si:
Si:
Entonces:
(4)
Si:
Entonces:
(5)
Donde:
ENS: Energía no suministrada en kWh.
FMIK: Frecuencia media de interrupción en kVA.
Lim FMIK: Limite admisible de FMIK.
TTIK: Tiempo total de interrupción en kVA.
Lim TTIK: Limite admisible de TTIK.
ETF: Energía total facturada a los clientes de bajo voltaje
que están conectados al alimentador primario de análisis
en kWh, durante un periodo determinado.
THPA: Es el tiempo medido en horas durante el análisis.
ÍNDICES BÁSICOS DE LA CONFIABILIDAD
Por lo tanto, a partir con lo establecido en la sección 8.6.,
se denen los siguientes índices de conabilidad asocia-
dos al punto de carga.
ÍNDICES DEL PUNTO DE CARGA.
Los índices que forman parte de este grupo permiten es-
tudiar el rendimiento del sistema, pasado y futuro.
TASA DE FALLA λ
Se dene como el número de veces que un equipo está
sujeto a una falla, el cliente es privado del suministro de
electricidad en un periodo generalmente de un año y
presenta una elevada disponibilidad.
(6)
Donde:
· La (λ) se expresa en [fallas/año].
TIEMPO DE REPARACIÓN
Conocido también como el Tiempo medio de reparación
(MTTR), representa el tiempo que demora la empresa
distribuidora en reparar el servicio eléctrico y reestable-
cer la operación del sistema por completo y es expresado
en horas, comprende también la ubicación de la falla, su
eliminación y retorno a condiciones normales de funcio-
namiento [19].
(7)
Donde:
·λ i: Número de interrupciones del equipo.
·ri: Tiempo de reparación del equipo expresado en ho-
ras. Bajo este análisis se obtiene la tasa de reparación
(μ), siendo el inverso del tiempo de reparación.
(8)
Donde:
· La (μ) se expresa en [reparacion/hora].
Tiempo anual de desconexión esperado
o indisponibilidad forzada (U)
Es el promedio total de horas durante un año, donde el
equipo del sistema de distribución queda sin servicio de
energía eléctrica, matemáticamente el tiempo anual de
desconexión esperado o indisponibilidad forzada se ex-
presa de la siguiente manera:
(9)
Donde:
· λ: Tasa de fallas, expresado en [fallas/año].
·r: Tiempo medio de reparación, expresado en [horas/
reparación].
También puede ser denida como la fracción de tiem-
po que el componente permaneció en estado de falla.
(10)
Donde:
· λ: Tasa de fallas, expresado en [fallas/año].
· μ: Tiempo inverso de reparación, expresado en [repa-
racion/hora].
43
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
FRECUENCIA DE INTERRUPCIÓN
(11)
Donde:
· NI: Número de interrupciones.
· 8760: número de horas al año
· HPA: horas periodo análisis
DURACIÓN ANUAL DE INTERRUPCIONES
(12)
Donde:
· Tli: Tiempo, duración en horas.
Duración media por interrupción
(13)
Donde:
· Tli: Tiempo, duración en horas.
· NI: Número de interrupciones.
CARGA ANUAL INTERRUMPIDA
(14)
Donde:
· PIN: Potencia interrumpida (kW).
ENERGÍA ANUAL INTERRUMPIDA
(15)
Donde:
· Tli: Tiempo, duración en horas.
SEVERIDAD DE LA INTERRUPCIÓN.
(16)
Donde:
· EAI: Energía anual interrumpida.
2. MÉTODO
MÉTODOS PARA EVALUAR LA CONFIABILIDAD
Para evaluar la conabilidad de los Primarios de la sub-
estación, se ha considerado dos métodos, el modelo de-
terminístico de reducción de redes y otro estocástico, de-
nominado Método de Monte Carlo con el n de realizar
una comparación de resultados obtenidos con el método
determinístico y poder ser validados.
MÉTODO DETERMINÍSTICO
Conocido como un modelo matemático donde los valo-
res de entrada son conocidos y los valores de salida son
conocidos de manera implícita, sin considerar la existen-
cia del azar ni el principio de incertidumbre [20]. Para
realizar la evaluación de un sistema determinado se exa-
mina un número de situaciones con ciertas restricciones
como las condiciones de la carga y salidas de los equipos,
los mismos que son elegidos por el planicador y el tra-
bajo del operador, tomando en cuenta la incertidumbre
de las cargas y la disponibilidad que presenta cada com-
ponente del sistema.
MÉTODO DE REDUCCIÓN DE REDES
Al no contar con una información detallada sobre la
operación de cada primario que comprende la subesta-
ción Cristianía, se ha elegido el método de reducción de
redes ya que presenta la ventaja de evaluar únicamente
dos estados, es decir, el de operación y falla como se in-
dica en la gura 1.
En la secuencia positiva de cada componente bajo
análisis, existen tres tiempos, (MTTF “medium time to
failure”) que es el tiempo medio de falla, (MTTR “me-
dium time to repair”) denido como el tiempo medio
de reparación y el último tiempo es la sumatoria de los
dos tiempos, (MTTF y MTTR) denominado como tiem-
po medio entre fallas (MTBF “medium time between
Figura 1
Estados para elementos de los SED’s
44
Sisa & Quinatoa
failure”), matemáticamente se expresa de la siguiente ma-
nera:
(17)
(18)
(19)
Donde:
· MTTF: “medium time to failure” tiempo medio de fa-
lla (h).
· MTTR: “medium time to repair” tiempo medio de re-
paraciones (h).
· MTBF: “medium time between failure” tiempo medio
entre fallas (h).
En la gura 2, se muestra el comportamiento que po-
see un equipo en los estados señalados anteriormente, ge-
neralmente un equipo inicia un estado de operación, es
decir que se encuentra en funcionamiento, después de
eventos repentinos sucede una falla y el estado cambia a
(0), en función de dichos índices se puede calcular la dis-
ponibilidad (A) y la indisponibilidad (U) forzada del sis-
tema considerando las expresiones (20) y (21).
(20)
(21)
Método de Monte Carlo
El método de Monte Carlo es una técnica de simulación
iterativa que predice la evolución de una variable y per-
mite la evaluación de la conabilidad de un componente
o sistema durante un periodo de tiempo de interés me-
diante la generación de situaciones aleatorias bajo el en-
foque que se maneje, es decir, secuencial y no secuencial
[21].
Figura 2
Estados de operación de un equipo
Modelamiento de componentes.
Cada uno de los componentes presenta dos estados
como se muestra en la gura 3, dicho comportamiento
esta descrito por la función de densidad de probabilidad
para los tiempos de falla y reparación con sus respectivas
funciones de distribución de probabilidad. Para determi-
nar las funciones antes mencionadas, se procede a reali-
zar lo siguiente:
1.
Adquirir estadísticas de fallas y reparaciones de acuer-
do a su clasicación para cada Primario.
2. Mediante un histograma, representar el tiempo de fa-
lla y reparación.
3.
Realizar una comparación de la gráca obtenida en el
paso 2 con las curvas de las funciones matemáticas se-
ñaladas en la tabla 3 para determinar cuál se ajusta a
los requerimientos.
4.
Establecer los parámetros de la función matemática de
la que se haya elegido.
Tabla 3
Distribución de probabilidad aplicados en estudios estadísticos
DISTRIBUCIÓN DE
PROBABILIDAD
PARÁMETRO
FUNCIÓN
DE
DENSIDAD
f(X)
h
µ1
σ1
a
b
45
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
En estudios de conabilidad, la función exponencial
es la que mejor se adapta, asumiendo que la función de
probabilidad acumulada de un componente está com-
prendida por una tasa de falla constante, entonces, la fun-
ción densidad de distribución de probabilidad en función
de una variable aleatoria t (tiempo) se dene como:
(22)
La función de distribución de probabilidad acumu-
lada de fallas es:
(23)
Como se ha mencionado U es la indisponibilidad for-
zada del componente o elemento y en este caso puede ser
generada como una variable aleatoria, despejando la va-
riable tiempo para ser analizada mediante este método.
(24)
Al ser (U) una variable aleatoria distribuida unifor
-
memente en el intervalo [0, 1], se deduce que el argu-
mento del logaritmo natural puede ser simplicado ya
que será distribuido de la misma forma que U, donde se
determina que:
(25)
(26)
Siendo tf el tiempo de falla y to el tiempo de opera-
ción, es decir MTTF y MMTR están exponencialmente
distribuidos. Monte Carlo simula cada hora correspon-
diente del año para el periodo de análisis ya que el estado
α
β
µ
σ
actual depende de los anteriores, a manera de ejemplo la
gura 3, muestra los estados de operación de dos elemen-
tos basados en distribuciones de probabilidad.
Mediante un vector, denominado como vector de
operación, los tiempos son organizados de la siguiente
forma, inicia la simulación y el tiempo de falla es gene-
rado, por ejemplo 3 horas, luego el tiempo de operación
10 horas son ordenados de manera secuencial para cada
iteración, después son sumados, con el objetivo de esta-
blecer un valor limite a las iteraciones y sumar a dichos
valores hasta llegar al periodo de análisis.
CONVERGENCIA
El método de Monte Carlo al ser aplicado, genera va-
lores proporcionales al número de muestras utilizadas
para un determinado experimento, es decir, se requiere
de un análisis estadístico de los estados simulados y los
resultados obtenidos sean cercanos a la realidad para ser
usado por el investigador [22]. Con la media aritmética
para n valores se analiza en qué valores de resultados con-
verge el algoritmo.
(27)
Figura 3
Estados de operación mediante la simulación de Monte Carlo
Tabla 4
Creación del vector de operación
DENOMINACIÓN HORAS OPERACIÓN (h)
tf 3 3
to 10 13
tf 4 17
to 30 47
tf 1 48
to 24 72
tf 2 74
to 35 109
…… ……. …….
ti i 43800
46
Sisa & Quinatoa
Donde:
· E(X): Media aritmética de la iteración i
· n : muestra i
· Xi: Suma de los resultados hasta la iteración i
Una de las maneras de vericar la convergencia del
método de Monte Carlo es obtener resultados aproxima-
dos a los de una muestra de valores idénticos e indepen-
dientemente distribuidos, cabe destacar que, mientras
más muestras y simulaciones, el resultado tendrá más
precisión y su nivel de conanza será mayor.
Mediante la distribución normal, el número de itera-
ciones en función al nivel de conanza (γ) puede ser apro-
ximado una vez se haya determinado un valor de z que
esté relacionado con σ y emax dada por el valor absoluto
de la diferencia entre el promedio de los resultados de la
simulación p
^
i y una simulación especíca pi [23], expre-
sado en la ecuación.
(28)
Donde:
· γ: Nivel de conanza.
·
Pr: Probabilidad de un estado de operación (elemen-
tos analizados).
· F: Porcentaje de desviación.
· z: Variable denida para una distribución normal
La ecuación 28 puede ser expresada mediante la ecua-
ción 29, despejando N se obtiene la ecuación 30, que es la
variable que permite encontrar el número de muestras o
iteraciones para un determinado nivel de conanza.
(29)
(30)
Donde:
• N: Número de muestras.
• γ: Nivel de conanza.
• p: Probabilidad de un estado de operación (elementos
analizados).
• z: Variable denida para una distribución normal dado
por Pr(F < z σ) = γ.
GENERACIÓN DE NÚMEROS ALEATORIOS
En toda técnica de simulación la generación de números
aleatorios es de gran importancia. El número aleatorio es
una variable con valores que se encuentran distribuidos
de manera uniforme dentro del intervalo (0,1), es decir,
para cada número tiene la misma probabilidad de tomar
cualquier valor entre 0 y 1 [23].
Las creaciones de los números aleatorios bajo reglas
matemáticas son desarrolladas con la tecnología compu-
tacional, por lo tanto, al ser generados mediante métodos
matemáticos son denominados como números pseu-
doaleatorios [23].
Existen ciertas características que deben cumplir la
variable aleatoria para la aprobación de su aleatoriedad,
las mismas que son detalladas a continuación:
· Distribución uniforme (0,1).
· Reproducibilidad para repetir la secuencia.
· Entre números debe existir una semejanza mínima.
Métodos de generación de números
aleatorios
Existen varias técnicas y aplicaciones para la generación
de números aleatorios distribuidos de manera uniforme,
los principales procedimientos utilizados para ese n
son los siguientes:
· Composición.
· Aceptación-Rechazo.
· Transformación inversa.
El método de la transformación inversa es conside-
rado el más eciente debido a que es aplicado en la dis-
tribución exponencial y en técnicas de simulación [24].
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este apartado, en primer lugar, se identica el núme-
ro de elementos distribuidos en la red, características
principales de los Primarios de la subestación Cristianía,
causas de fallas, frecuencia y duración de las mismas du-
rante el periodo analizado, que comprende desde junio
del 2014 hasta junio del 2020. A partir de dicho levan-
tamiento de información se obtiene los índices globales
(FMIK y TTIK) considerando la Regulación 002/18 para
conocer el estado actual y grado de conabilidad de los
Primarios. Luego se simula mediante Monte Carlo para
obtener la disponibilidad e indisponibilidad forzada de
los primarios, seguidamente se determina los índices de
conabilidad orientados al punto de carga de la barra de
22,8 kV estableciendo así, cuál de ellos presenta mayor
probabilidad de falla.
47
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
Sistema de Distribución
Hoy en día la EEQ, está compuesta por 69 subestaciones
de distribución dentro de su área de servicio, las cuales
64 subestación están ubicadas en la Provincia de Pichin-
cha, bajo la división geográca indicada en la gura 4,
las subestaciones eléctricas se clasican de acuerdo a las
zonas de ubicación. De acuerdo con el Plan de Extensión
2016-2025 de la EEQ, señala que posee un sistema de
Subtransmisión de 138kV en el área urbana del Cantón
Quito, y un voltaje de 46kV en el área rural y periférica.
Para la red de medio voltaje con niveles de 22,8kV y en
áreas vecinas con voltajes de 6,3kV y 13,8kV.
SISTEMA PRIMARIO DE DISTRIBUCIÓN DE LA SUB
ESTACIÓN CRISTIANÍA
La subestación está compuesta principalmente por ocho
primarios, los mismos que por cada transformador salen
4 Primarios, 18A, 18E, 18C, 18H, 18B, 18D, 18F, 18G y
se pueden apreciar en la gura 4, proporcionada por la
Sección de Inventario y Avalúo Técnico de la EEQ.
A demás de poseer ocho Primarios, la subestación
tiene diversos elementos, los mismos que son detallados
mediante un diagrama unilar, como se observa en la -
gura 5, la subestación cuenta con dos transformadores de
potencia, cada uno con una potencia de 33MVA que re-
ducen el voltaje de 138kV a 22.8kV, dos bancos de con-
densadores con capacidad de 6.65 MVAR y 6.6 MVAR y
también disyuntores para servicios auxiliares (Ver gu-
ra 5).
Figura 4
Primarios que forman parte de la subestación Cristianía
Áreas de influencia.
Los primarios 18A, 18C y 18H que parten de la subesta-
ción de distribución abastecen de suministro energético
a los abonados industriales, mientras que los Primarios
18B, 18D, 18E, 18F y 18G brindan el servicio eléctrico a
los clientes residenciales.
Características de los primarios.
Como en todo sistema de distribución eléctrica, cada
uno de los primarios de la subestación Cristianía cuen-
tan con característica propias debido al crecimiento de
la demanda que presenta. A continuación, (ver Tabla 5
hasta Tabla 12), se muestra las principales características
de los primarios del mes de julio del 2020.
Figura 5
Diagrama unilar de potencia de la subestación Cristianía
48
Sisa & Quinatoa
Tabla 5
Características del alimentador 18A, junio 2020.
ALIMENTADOR 18A
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
10,18 1,33 13 405 148 28030 23 209 10 688
Tabla 6
Características del alimentador 18B, junio 2020.
ALIMENTADOR 18B
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
22,3 1,71 72 2375 207 25270 23 346 9 7088
Tabla 7
Características del alimentador 18C, junio 2020.
ALIMENTADOR 18C
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
15,23 2,04 44 1455 177 31972,5 24 281 11 2730
Tabla 8
Características del alimentador 18D, junio 2020.
ALIMENTADOR 18D
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
14,45 0,34 98 5575 49 4157,5 10 166 2 10739
Tabla 9
Características del alimentador 18E, junio 2020.
ALIMENTADOR 18E
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
11,42 1,22 46 1440 123 18752,5 8 213 4 1831
49
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
Tabla 10
Características del alimentador 18F, junio 2020.
ALIMENTADOR 18F
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
22,11 0,47 129 4462,5 69 6872,5 10 232 4 5094
Tabla 11
Características del alimentador 18G, junio 2020.
ALIMENTADOR 18G
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
27,31 0 43 1250 229 28092,5 18 341 8 11007
Tabla 12
Características del alimentador 18H, junio 2020.
ALIMENTADOR 18H
Tipo Longitud
(km)
Transformadores Seccionadores Equipos de
protección Abonados
Monofásicos Trifásicos
Alta
densidad
Red
Aéreo
Red
Subterráneo Cantidad KVA Cantidad KVA Barra Fusible
8,5 2,48 19 415 177 27950 6 235 13 666
HISTORIAL DE INTERRUPCIONES
El objetivo primordial de la Empresa Eléctrica Quito es
cumplir con los índices de calidad de servicio técnico
establecidos en la Regulación Vigente 002/20 del AR-
CONEL, emitida en el año 2020, la EEQ, ejecuta mante-
nimientos anuales para disminuir el número de interrup-
ciones y desconexiones en el Sistema de Distribución
Primario de la subestación Cristianía, cuyas actividades
han brindado mejoras en la incidencia de interrupcio-
nes en la subestación, sin embargo , registra una canti-
dad signicativa de desconexiones en junio del año 2014
comparada con las desconexiones comprendidas desde
el 2015 a junio del 2020 llegando a un total de 28 inte-
rrupciones, siento el Primario G con mayor número de
desconexiones registradas durante el periodo de análisis.
(Figura 6), muestra la evolución de las desconexiones
causadas en el Sistema Primario de la subestación Cris-
tianía, donde se considera que la desconexión automática
presenta mayores registros con un total de 129 descone-
xiones en los últimos 6 años ocasionados por fenómenos
aleatorios, mientras que la desconexión manual, presenta
un total de 12 desconexiones, correspondientes a mante-
nimientos planicados o maniobras en las redes.
CAUSAS DE DESCONEXIONES EN LOS PRIMARIOS
De acuerdo con el registro de desconexiones que van
desde junio del 2014 a junio del 2020 y considerando la
clasicación de las causas de acuerdo con la Comisión
de Integración Energética Regional (CIER), la (Tabla 13)
muestra la frecuencia de las interrupciones con relación
a la causa que lo provoca.
Figura 6
Historial de desconexiones automáticas y manuales desde 2014-
2019
50
Sisa & Quinatoa
Detalle de desconexiones según la cau-
sa por alimentador.
Según registros de desconexiones durante el periodo de
análisis, las causas de desconexiones en cada alimenta-
dor se detallan a continuación (ver gura 7).
DESCONEXIÓN TOTAL PRIMARIOS SUBESTACIÓN
CRISTIANÍA
Año A B C D E F G H
No. Total
de descon-
exiones
2014 3 4 4 5 2 3 4 3 28
2015 2 5 3 8 3 1 3 2 27
2016 3 1 0 7 1 4 3 3 22
2017 13151550 21
2018 11121692 23
2019 21210550 16
2020 1 0 0 0 0 1 1 1 4
Totales 13 15 11 28 8 25 30 11 141
Tabla 13
Desconexiones por tipo de causa en la subestación Cristianía
Figura 7
Registro de desconexiones de los Primarios durante el año 2014
al 2020, considerando la causa y desconexión automática
Como se observa en la (Figura 7), se hace una clasi-
cación según la causa de desconexión en cada Prima-
rio entre el 2014 y 2020, siendo en el alimentador 18G
con mayor cantidad de desconexiones a comparación con
los otros primarios de la subestación, con un total de 30
desconexiones, seguido del alimentador 18D con 28 des-
conexiones, 18F con 25 interrupciones, 18B presenta 15
desconexiones, le sigue el 18A con 13 desconexiones, lue-
go 18C con 11 desconexiones, 18H posee 11 interrupcio-
nes en el servicio eléctrico y el alimentador con menor
cantidad de desconexiones es el 18E, con 8 desconexiones
Frecuencia y duración de interrupciones
La Empresa Eléctrica Quito, en base al marco normativo
de ARCONEL, apreciado en la Regulación 002/20, para
el cálculo de los índices de calidad de servicio técnico en
distribución, considera aquellas interrupciones mayores
a 3 minutos, nombradas como interrupciones perma-
nentes en el Sistema de Distribución Eléctrica.
La (ver Tabla 14) muestra los Primarios que se poseen
una frecuencia y duración de interrupción superior a los
3 minutos, donde se observa que el Primario con mayor
número de interrupciones registradas es en Primario 18D
y el Primario 18G con 11 interrupciones mayores a 3 mi-
nutos cada una. Al considerar la duración total, se observa
que el Primario 18B tiene una duración mayor de 8:54:52
horas por desconexión manual, sin embargo, la subesta-
ción Cristianía presenta un mayor número de interrup-
ciones en los Primarios por desconexión automática.
Primario Fecha de
Falla
Hora
Inicial
Hora
Final
Duración
de la
Falla
(horas)
Tipo
conexión
18A 8/9/2014 19:32:58 19:38:04 0:05:06 A
18A 11/6/2019 9:44:26 10:50:17 1:05:51 A
18B 07/25/15 14:48:15 14:53:55 0:05:40 A
18B 1/6/2015 6:02:07 6:19:22 0:17:15 A
18B 09/15/14 7:56:35 9:55:10 1:58:35 A
18B 05/23/15 9:17:22 18:12:14 8:54:52 M
18C 4/6/2019 23:13:11 23:16:49 0:03:38 A
18C 8/6/2019 22:21:18 22:29:21 0:08:03 A
18C 4/5/2015 9:35:15 9:49:00 0:13:45 A
18C 12/22/15 16:58:58 17:36:46 0:37:48 A
18D 9/2/2015 13:02:14 13:05:22 0:03:08 A
18D 06/25/15 8:40:35 8:43:50 0:03:15 A
18D 06/16/15 12:21:05 12:25:41 0:04:36 A
18D 02/18/15 13:26:51 13:41:14 0:14:23 A
Tabla 14
Frecuencia y duración de interrupciones mayores a 3 minutos
51
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
18D 11/6/2015 7:39:39 7:55:01 0:15:22 A
18D 4/6/2017 13:56:11 14:15:34 0:19:23 A
18D 06/29/17 14:14:56 15:00:04 0:45:08 A
18D 4/9/2014 13:33:01 14:28:47 0:55:46 A
18D 9/12/2018 17:50:23 19:52:53 2:02:30 A
18D 01/24/15 2:28:24 4:38:26 2:10:02 A
18D 12/6/2018 16:23:37 18:36:42 2:13:05 A
18E 10/15/14 15:09:48 15:16:29 0:06:41 A
18E 4/6/2015 9:19:22 9:30:50 0:11:28 A
18E 4/6/2017 13:56:10 15:01:50 1:05:40 A
18E 11/30/15 16:28:36 17:47:25 1:18:49 A
18F 4/4/2019 17:56:14 18:03:19 0:07:05 A
18F 5/10/2014 15:45:38 15:53:20 0:07:42 A
18F 5/7/2014 9:31:30 10:09:31 0:38:01 A
18F 03/15/17 7:19:29 7:57:49 0:38:20 A
18F 03/28/17 8:44:23 9:34:41 0:50:18 A
18F 09/24/16 15:11:33 16:28:25 1:16:52 A
18G 3/1/2017 19:21:10 19:43:19 0:22:09 M
18G 10/2/2018 11:32:01 11:57:35 0:25:34 M
18G 12/1/2018 13:51:37 14:18:55 0:27:18 A
18G 01/19/19 10:06:56 10:35:47 0:28:51 A
18G 07/25/15 14:48:15 15:24:01 0:35:46 A
18G 07/24/17 10:06:24 10:51:14 0:44:50 M
18G 07/19/18 8:54:00 9:42:46 0:48:46 M
18G 03/18/19 12:51:29 13:55:27 1:03:58 M
18G 10/22/18 12:59:17 14:10:32 1:11:15 A
18G 3/1/2017 14:56:17 16:14:47 1:18:30 A
18G 05/19/19 2:18:15 3:51:07 1:32:52 A
18H 08/13/14 10:24:25 10:27:47 0:03:22 A
18H 01/23/15 9:31:11 9:53:42 0:22:31 A
18H 8/3/2018 11:45:12 12:34:29 0:49:17 A
Tiempo de encontrar la falla y dura-
ción de reparación
Considerando aquellos Primarios que presentan inte-
rrupciones mayores a 3 minutos, en la tabla 15 se mues-
tra el tiempo que demora en hallar la falla y la duración
de reparación en un componente con el n de obtener
el tiempo medio de falla (MTTF) y el tiempo medio de
reparación (MTTR). Considerando los tiempos totales,
el Primario 18G es el que mayor tiempo demora en en-
contrar la falla, mientras que el Primario 18E posee una
duración de reparación de 9:22:51, siendo superior a los
otros Primarios.
Primario
Tiempo en
encontrar la
falla
Duración de
reparación
Tipo
Desconexión
18A 3:00:00 3:00:00 A
18A 1:49:32 1:59:47 A
18B 1:05:49 2:20:40 A
18B 0:05:53 1:27:59 A
18B 0:30:16 4:45:14 A
18B 0:00:15 4:37:37 M
18C 1:16:09 4:32:49 A
18C 1:17:54 1:31:59 A
18C 0:08:07 3:33:48 A
18C 0:20:21 0:43:38 A
18D 0:00:32 1:17:03 A
18D 3:03:27 3:03:27 A
18D 0:00:40 6:38:30 A
18D 2:39:46 2:39:46 A
18D 0:00:25 6:58:59 A
18D 1:40:18 2:40:29 A
18D 0:58:54 1:28:21 A
18D 0:38:16 1:01:35 A
18D 2:14:36 2:38:49 A
18D 0:00:37 3:58:42 A
18D 1:24:31 1:41:48 A
18E 4:04:21 4:04:21 A
18E 0:00:16 3:06:29 A
18E 1:11:38 1:28:25 A
18E 0:32:12 0:52:57 A
18F 1:01:39 1:10:31 A
18F 2:07:42 2:07:42 A
18F 0:25:54 1:00:31 A
18F 2:40:02 3:01:20 A
18F 1:19:02 1:37:11 A
18F 1:00:56 1:25:10 A
18G 2:00:02 2:48:06 M
18G 2:03:00 3:25:23 M
18G 0:01:13 2:03:14 A
18G 0:43:52 1:31:45 A
18G 1:24:25 2:20:50 A
18G 1:00:48 1:09:49 M
Tabla 15
Tiempo en hallar la falla en un componente y duración de rep-
aración
52
Sisa & Quinatoa
18G 1:05:24 1:13:32 M
18G 1:33:06 2:18:17 M
18G 1:12:01 1:27:20 A
18G 1:35:19 2:51:37 A
18G 10:10:00 8:00:41 A
18H 1:14:53 1:25:35 A
18H 0:52:25 1:09:34 A
18H 1:15:09 1:46:33 A
Los índices globales en los primarios de la subesta-
ción se calculan de acuerdo con las ecuaciones, (2) y (3),
estos, de manera anual, debido a que el ARCONEL rea-
liza el control de dichos índices cada año. Las tablas si-
guientes muestran los resultados de los índices globales
de ciertos meses con sus respectivos parámetros previos
a su obtención para el año 2019.
CÁLCULO DE LOS ÍNDICES GLOBALES FMIK, TTIK
Y ENERGÍA NO SUMINISTRADA
Los índices globales en los primarios de la subestación se
calculan de acuerdo con las ecuaciones, Ec. (2) y Ec. (3),
estos, de manera anual, debido a que el ARCONEL reali-
za el control de dichos índices cada año. Desde la tabla 16
hasta la tabla 20, se muestran los resultados de los índices
globales de ciertos meses con sus respectivos parámetros
previos a su obtención para el año 2019.
ALIMENTADOR
TIPO ALTA
DENSIDAD
FALLAS
INTERNAS
TIPO
NO
PROGRAMADAS PROGRAMADAS
TOTAL A
NIVEL
DE
PRIMARIO
KVA
inst.
Mensual
28870 28870*1,097500 28870*1,097500
Nombre 18A 28870 28870
Índices
Calculados
TTIK 1,098 1,098
FMIK 1 1
Límites
según
la
Regulación
Límites TTIK 8 8
FMIK 6 6
Cumple TTIK SI SI
FMIK SI SI
Tabla 16
Índices globales, Alimentador 18A, mes de junio
53
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
ALIMENTADOR
TIPO ALTA
DENSIDAD
FALLAS
INTERNAS
TIPO
NO
PROGRAMADAS PROGRAMADAS
TOTAL A
NIVEL
DE
PRIMARIO
KVA
inst.
Mensual
34152,5 34152,5*0,134167 4582,1384
Nombre 18C 34152,5 28870
Índices
Calculados
TTIK 0,134167 0,134167
FMIK 1 1
Límites
según
la
Regulación
Límites TTIK 8 8
FMIK 6 6
Cumple TTIK SI SI
FMIK SI SI
Tabla 17
Índices globales, Alimentador 18C, mes de junio
ALIMENTADOR
TIPO ALTA
DENSIDAD
FALLAS
INTERNAS
TIPO
NO
PROGRAMADAS PROGRAMADAS
TOTAL A
NIVEL
DE
PRIMARIO
KVA
inst.
Mensual
11335 11335*0,118056 1338,16476
Nombre 18F 11335 11335
Índices
Calculados
TTIK 0,118056 0,118056
FMIK 1 1
Límites
según
la
Regulación
Límites TTIK 8 8
FMIK 6 6
Cumple TTIK SI SI
FMIK SI SI
Tabla 18
Índices globales, Alimentador 18F, mes de abril.
54
Sisa & Quinatoa
ALIMENTADOR
TIPO ALTA
DENSIDAD
FALLAS
INTERNAS
TIPO
NO
PROGRAMADAS PROGRAMADAS
TOTAL A
NIVEL
DE
PRIMARIO
KVA
inst.
Mensual
29247,5 29247,5*1,066111 31181,08147
Nombre 18G 29247,5 29247,5
Índices
Calculados
TTIK 1,066111 1,066111
FMIK 1 1
Límites
según
la
Regulación
Límites TTIK 8 8
FMIK 6 6
Cumple TTIK SI SI
FMIK SI SI
Tabla 19
Índices globales, Alimentador 18G, mes de marzo
ALIMENTADOR
TIPO ALTA
DENSIDAD
FALLAS
INTERNAS
TIPO
NO
PROGRAMADAS PROGRAMADAS
TOTAL A
NIVEL
DE
PRIMARIO
KVA
inst.
Mensual
2929,5 292925*1,474722 43198,29419
Nombre 18G 29292,5 29292,5
Índices
Calculados
TTIK 1,474722 1,474722
FMIK 1 1
Límites
según
la
Regulación
Límites TTIK 8 8
FMIK 6 6
Cumple TTIK SI SI
FMIK SI SI
Tabla 20
Índices globales, Alimentador 18G, mes de octubre
55
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
Se procedió al cálculo de los índices globales de los
alimentadores primarios 18A, 18C, 18F y 18G, debido a
que estos contaban con la información necesaria para di-
cho análisis, es decir cantidad de kVA instalados, los kVA
fuera de servicio y duración de las fallas respectivamen-
te, además, se deduce que debido a que los índices globa-
les no excedieron los valores límites establecidos según
la Regulación 002/20, no se procede al cálculo de ener-
gía no suministrada para los primarios de la subestación.
ÍNDICES DE CONFIABILIDAD EN EL PUNTO DE
CARGA BARRAS DE 22,8 KV
Una vez establecido las causas básicas en los alimenta-
dores primarios de estudio, se efectúa los cálculos de
disponibilidad y los cálculos de la indisponibilidad for-
zada respectivamente, para lo cual, primero se procede
a recopilar información con todas las fallas mayores a 3
minutos ocurridas en el periodo de análisis, una vez con-
tabilizadas se calcula la tasa de falla y tasa de reparación
mediante la ecuación (6) y (8).
Luego se procede a la obtención de los tiempos me-
dios de falla y operación para luego calcular la disponi-
bilidad (A) e indisponibilidad (U) forzada, de manera
analítica, dando como resultado los siguientes valores.
Prima-
rio
#
Equipos
que
salen
de
servicio
m
(MTTF)
r
(MTTR) A U
18A 194 485 0,520 0,999 0,001
18B 284 355 0,226 0,999 0,001
18C 258 322,5 0,198 0,999 0,001
18D 159 72,27 0,118 0,998 0,002
18E 181 226,25 0,489 0,998 0,002
18F 212 176,66 0,319 0,998 0,002
18G 298 135,45 0,115 0,999 0,001
18H 215 358,33 0,354 0,999 0,001
Tabla 21
Tasa de falla y Tasa de reparación
Primario T de falla T de
reparación
Número
de fallas
λ
(f/año )
Μ
(r/año)
18A 1:10:57 4:59:47 2 0,002 1,92
18B 11:16:22 4:20:27 4 0,003 4,42
18C 1:03:14 3:48:39 4 0,003 5,04
18D 9:06:38 6:13:13 11 0,014 8,49
18E 2:42:38 9:22:51 4 0,004 2,05
18F 3:38:18 9:10:26 6 0,006 3,14
18G 8:59:49 6:04:48 11 0,007 8,68
18H 1:15:10 5:05:47 3 0,003 2,83
Tabla 21
Tasa de falla y Tasa de reparación
La (Tabla 22) indica que el Primario 18 G muestra
una disponibilidad forzada de 0,99915061 y una indis-
ponibilidad forzada de 0,00084939, siendo el que mayor
disponibilidad presenta, por consecuencia una indispo-
nibilidad más baja que todos los alimentadores prima-
rios en estudio.
Simulación de Monte Carlo.
Para el caso de la simulación de monte Carlo se ha con-
siderado ingresar un límite de conanza del 96% para
obtener un error de 0,02648756 % y un periodo de aná-
lisis de 5 años con la nalidad de corroborar los resulta-
dos con la aplicación del método anterior; se sabe que el
comportamiento de variables generadas aleatoriamente
es caótico por ejemplo al realizar los cálculos de la dis-
ponibilidad forzada para un elemento vs el tamaño de la
muestra o número de simulaciones se tiene como resul-
tado una variación, los mismos que después de aplicar la
ecuación 26 se toma el resultado de la suma de la itera-
ción i considerando sus resultados anteriores y dividirlo
para la cantidad de simulaciones es decir para i. Luego de
considerar el criterio establecido anteriormente para de-
terminar la media aritmética se tiene como resultado las
grácas de la gura 8, en donde sí se podrá concluir un
resultado que no tienda comportarse de forma caótica.
En la (Figura 8), se puede observar los resultados de
la simulación de Monte Carlo para la disponibilidad for-
zada, para el caso de la barra 22,8 kV se tiene que exis-
te un comportamiento muy aleatorio en las primeras 300
simulaciones y apenas se empieza a estabilizar a partir
de la simulación número 1000, dando como resultado
0,99915061 en la iteración 6160.
Figura 8
Gráca de resultados para la Disponibilidad e Indisponibilidad
56
Sisa & Quinatoa
En la gura 9, se muestra las grácas de los principa
-
les índices de conabilidad para los puntos de carga, para
este caso se ha escogido la barra de 22,8 kV debido a que
presenta mayores ventajas cuando se realice el estudio de
conabilidad en los primarios de la subestación, para la
mayoría de índices se observa un comportamiento alea-
torio hasta la iteración 400 y es a partir de aquí cuando
se empieza a estabilizar, a diferencia del DAI que empieza
a estabilizarse en la iteración 6000 para cada simulación
puesto que el periodo de análisis son 5 años consideran-
do la ecuación 12, dicho esto cada DAI se comporta de
manera similar para todos los componentes.
A continuación, a manera de ejemplo se encuentran
detallados los resultados para la última iteración para el
primario 18H, donde se observa que para en el caso del
DMI empieza a estabilizarse en la iteración 6160.
--------------------------------------------------
Tiempo de simulación: 6.817117e-02 minutos
Periodo de simulación: 5 años
Nivel de Conanza: 96
Número de iteraciones (muestras): 6160
Porcentaje de error: 2.648756e-02
Resultados. -
--------------------------------------------------
ALIMENTADOR
U 2.084386e-03
A 9.979156e-01
Q 2.084385e-03
R 9.979156e-01
FI 1.811896e-03
DAI 2.000000e-01
DMI 1.103822e+02
CAI 7.352566e-03
EAI 3.222004e+02
Como se puede apreciar, los resultados obtenidos de
U, A, e índices en el punto de carga en la barra de 22,8 kV
de la última iteración, es decir en la 6160, son similares a
los calculados de manera analítica, variando una cantidad
mínima, en la siguiente tabla se realiza una comparación
Figura 9
Índices de conabilidad para puntos de carga (Primario 18G)
de cada resultado para todos los alimentadores prima-
rios en estudio.
De acuerdo con la tabla 23, el alimentador primario
18G presenta una mayor indisponibilidad forzada y una
baja disponibilidad forzada, por ende, se evidencia que
dicho alimentador tiene mayor probabilidad de fallar en
un periodo de tiempo determinado, esto se logró con un
margen de error de 0.02647%.
Tabla 23
Comparación de resultados (A) y (U)
PRIMA-
RIO
CÁLCULO DE MANERA
ANALÍTICA
SIMULACIÓN DE
MONTE CARLO
AUAU
18A 0,9989 0,00107 0,998952 0,001048046
18B 0,9993 0,0006 0,9992999 0,000700139
18C 0,9993 0,0006 0,9993383 0,000661727
18D 0,9983 0,00162 0,9984499 0,001550122
18E 0,9978 0,00215 0,9979536 0,002046397
18F 0,9982 0,00179 0,9981162 0,001883761
18G 0,9991 0,00084 0,9991011 0,000898919
18H 0,999 0,00098 0,9988189 0,001181077
Tabla 24
Índices de conabilidad en el punto de carga, (18A,18B,18C)
SIMULACIÓN DE MONTE CARLO
Indicadores 18A 18B 18C
FI (Interrup-
ción/año) 1.847753e-03 1.706884e-03 1.701190e-03
DAI (h) 2.000000e-01 2.000000e-01 2.000000e-01
DMI (h) 1.082403e+02 1.171733e+02 1.175655e+02
CAI (MW) 6.281519e-03 9.251208e-03 6.049182e-03
EAI (MWh) 2.753632e+02 4.064955e+02 2.652668e+02
SEIN 2.884230e-02 3.472184e-02 2.734032e-02
Tabla 25
Índices de conabilidad en el punto de carga, (18D,18E,18F).
SIMULACIÓN DE MONTE CARLO
Indicadores 18D 18E 18F
FI (Interrup-
ción/año) 1.831019e-03 1.839987e-03 1.784163e-03
DAI (h) 2.000000e-01 2.000000e-01 2.000000e-01
DMI (h) 1.092295e+02 1.086973e+02 1.120981e+02
CAI (MW) 6.142768e-03 6.160944e-03 6.012436e-03
EAI (MWh) 2.697289e+02 2.705437e+02 2.635255e+02
SEIN 2.454937e-02 3.443774e-02 2.972828e-02
57
Ubicación óptima de reconectadores en el alimentador primario «G» de la
subestación Cristianía perteneciente a la Empresa Eléctrica Quito
De acuerdo con las tablas 24, tabla 25 y tabla 26, las
variaciones que presentan no soy muy grandes y no están
alejadas del cálculo determinísticos ya que para la simula-
ción de Monte Carlo se toman valores de tiempos de falla
mayores a 3 minutos de acuerdo a la Regulación 002/20 y
tiempos reparación comprendidas desde junio del 2014 a
junio del 2020, pero al no presentarse fallas mayores a 3
minutos en el año 2020 se consideró hasta el 2019, es de-
cir el periodo de análisis es de 5 años. Los resultados ob-
tenidos mediante el método de Monte Carlo que toma
de manera aleatoria un valor de cualquier año pero que
se encuentre dentro del rango establecido anteriormente.
Los resultados nales de la simulación de Monte Car-
lo se acercan más a la realidad, tomando valores aleatorios
para tiempos de operación y falla en los alimentadores
primarios de la subestación Cristianía.
SIMULACIÓN DE MONTE CARLO PARA UNA PRO
YECCIÓN DE 3 AÑOS.
El método de Monte Carlo al ser una técnica de simu-
lación iterativa, se predice la evolución de índices de
conabilidad en la barra de 22,8 kV, en este caso se ha
efectuado también el análisis de conabilidad para el
periodo 2020-2023, donde sus valores obtenidos se re-
sumen en las tabla 27, tabla 28 y tabla 29, como prime-
ra instancia se puede apreciar que para el periodo 2023
existe reducción en interrupciones por año en compara-
ción al año 2020.
Tabla 26
Índices de conabilidad en el punto de carga, (18G, 18H)
SIMULACIÓN DE MONTE CARLO
Indicadores 18G 18H
FI (Interrup-
ción/año) 1.692749e-03 1.874446e-03
DAI (h) 2.000000e-01 2.000000e-01
DMI (h) 1.181518e+02 1.066989e+02
CAI (MW) 6.774661e-03 6.561862e-03
EAI (MWh) 2.969606e+02 2.877571e+02
SEIN 2.620364e-02 3.182027e-02
Tabla 27
Índices de conabilidad en el punto de carga (barra de 22,8 kV)
ALIMENTADORES PRIMARIOS
Indicadores 18A 18B 18C
FI (Interrup-
ción/año) 1.047587e-03 1.063902e-03 1.000079e-03
DAI (h) 1.111111e-01 1.111111e-01 1.111111e-01
DMI (h) 1.060640e+02 1.044375e+02 1.111026e+02
CAI (MW) 3.579126e-03 5.603403e-03 3.658069e-03
EAI (MWh) 2.820545e+02 4.418293e+02 2.889647e+02
SEIN 2.954317e-02 3.773997e-02 2.978281e-02
Tabla 28
Índices de conabilidad en el punto de carga (barra de 22,8 kV)
ALIMENTADORES PRIMARIOS
Indicadores 18D 18E 18F
FI (Interrup-
ción/año) 1.021393e-03 1.021982e-03 9.433665e-04
DAI (h) 1.111111e-01 1.111111e-01 1.111111e-01
DMI (h) 1.087842e+02 1.087214e+02 1.177817e+02
CAI (MW) 3.603587e-03 3.246755e-03 3.146434e-03
EAI (MWh) 2.842034e+02 2.573305e+02 2.479259e+02
SEIN 2.586677e-02 3.275581e-02 2.796848e-02
Tabla 29
Índices de conabilidad en el punto de carga, (18G, 18H)
SIMULACIÓN DE MONTE CARLO
Indicadores 18G 18H
FI (Interrup-
ción/año) 1.692749e-03 1.874446e-03
DAI (h) 2.000000e-01 2.000000e-01
DMI (h) 1.181518e+02 1.066989e+02
CAI (MW) 6.774661e-03 6.561862e-03
EAI (MWh) 2.969606e+02 2.877571e+02
SEIN 2.620364e-02 3.182027e-02
58
Sisa & Quinatoa
4. CONCLUSIÓN
En el estudio de la conabilidad de un sistema eléctrico
de distribución, los resultados obtenidos dependen en su
mayoría del método o técnica que se utilice, esto debi-
do a que existen sucesos de manera aleatoria; se emplea
la técnica determinística de reducción de redes como la
mejor opción ya que se adapta a la conguración de la
subestación Cristianía, puesto que permite aproximar la
tasa de falla y reparación a un equivalente ya sea en se-
rie o en paralelo, considerándose como un único bloque
permitiendo el analizar y obtener índices de conabi-
lidad de manera ecaz y en menor tiempo, debido que
para el caso de la simulación de monte Carlo se ha consi-
derado ingresar un límite de conanza del 96% para ob-
tener un error de 0,02648756 % y un periodo de análisis
de 5 años. .
Los datos seleccionados para el estudio de conabili-
dad fueron clasicados considerando su origen y causa,
dando prioridad a aquellas interrupciones no programa-
das con una duración mayor a 3 minutos, teniendo en
cuenta como parámetro de control lo establecido en la
Regulación de ARCONEL No. 002/20, “Calidad del servi-
cio de distribución y comercialización de energía eléctri-
ca”. Considerando los índices globales, es decir, por toda
la subestación, los alimentadores primarios de la Subes-
tación Cristianía, cumplen con los valores establecidos en
la regulación 002/20, con el valor de 6 para la Frecuencia
media de interrupción (FMIK) y de 8 para el Tiempo to-
tal de interrupción (TTIK). Por esta razón, el cálculo de la
energía no suministrada en el periodo 2014-2019, no fue
necesaria, ya que el índice mencionado, es calculado y ve-
ricado de manera anual por la ARCONEL. Es así como
se demuestra que la Empresa Eléctrica Quito cumple con
la normativa vigente para el periodo 2014-2020, en los ali-
mentadores primarios de la Subestación Cristianía.
La simulación de Monte Carlo ha facilitado la obten-
ción de los índices de conabilidad en el punto de carga
de los alimentadores de la subestación, existiendo varia-
ciones pequeñas con respecto a los valores de disponi-
bilidad e indisponibilidad forzada, esto debido a que se
utilizó un margen de error de 0,02648756 % de la proba-
bilidad en el que se encuentre operando los alimentado-
res primarios y también su probabilidad de falla, debido
a que el periodo de análisis es el mismo; las variaciones
más prominentes se observa en el caso del indicador EAI
del alimentador 18G.
El análisis de conabilidad de los Sistemas Eléctricos
de Distribución, debe enfocarse a determinar las accio-
nes que lleven a cumplir a cabalidad los índices de calidad
de servicio a los usuarios y a la vez evitar penalizacio-
nes y sanciones por el ente regulador ARCONEL. Para
las empresas eléctricas de distribución, es indispensable
planicar un estudio sistematizado y permanente del es-
tado de las redes de distribución.
El algoritmo que utiliza el Método de Monte Carlo
para realizar la simulación, puede ser aplicado a en sis-
tema de distribución sin inconveniente alguno. Lo esen-
cial para su aplicación es contar con una base de datos
actualizada que incluya la mayor cantidad de informa-
ción detallada.
Con los resultados obtenidos de la simulación de
Monte Carlo en el punto de carga, se abre nuevas brechas
para el análisis de sistemas de subtransmisión y subes-
taciones; es recomendable utilizar métodos estocásticos,
como el planteado en este estudio, pues mediante la ge-
neración de fallas de manera aleatoria en varios puntos
de carga, y la aplicación de ujos de potencia probabilís-
ticos con la ayuda de la herramienta Matpower de Mat-
lab, se obtiene información determinante para plantear
mejoras a las redes en estudio.
REFERENCIAS
[1] «Proposed Definitions of Terms for Reporting and
Analyzing Outages of Electrical Transmission and Dis-
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REVISTA INGENIO
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el
soware SuperPro Designer
Design of the process for obtaining fresh cheese in the province of Chimborazo using SuperPro
Designer soware
Danilo Reni Vinocunga-Pillajo | Universidad Estatal Amazónica, Puyo, Ecuador
Aida Salomé Romero Vistin | Universidad Estatal Amazónica, Puyo, Ecuador
Carlos Alfonso Sánchez Vallejo | Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4220 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
En Ecuador la producción de queso se realiza de manera artesanal, lo cual implica insucientes con-
diciones higiénico-sanitarias y calidad comercial. El presente estudio tuvo como objetivo simular el
proceso tecnológico de obtención de queso fresco en el soware SuperPro Designer versión 12.0. Se
establecieron dos casos de estudio, cada caso se constituyó con diferente porcentaje de grasa y proteína
en la leche. La tecnología seleccionada para la obtención de queso fresco comprende varios procesos y
operaciones unitarias: estandarización, calentamiento, pasteurización, mezclado, coagulación, corte de
la cuajada, desuerado, prensado, adición de sal y envasado del queso. La simulación permitió identicar
la mejor alternativa económica en la producción de 3500 L del caso 2 con un margen de ganancia de
19,53, ,, ,, ... Los dos casos de estudio, según su composición de
grasa, son catalogados como quesos grasos.
In Ecuador, cheese production is carried out in an artisanal way, which implies insucient hygienic-sa-
nitary conditions and commercial quality. e objective of this study was to simulate the technological
process of obtaining fresh cheese in the SuperPro Designer version 12.0 soware. Two case studies were
established, where each case was constituted with a dierent percentage of fat and protein in the milk.
e selected technology for obtaining fresh cheese included several unitary processes and operations:
standardization, heating, pasteurization, mixing, coagulation, cutting the curd, draining the whey, pres-
sing, adding salt and packaging the cheese. e simulation allowed to identify the best economic alterna-
tive in the production of 3500 L of case 2 with a prot margin of 19,53, PRD of 1,03, IRR of 57.82, VAN
7.471.000. e two case studies according to their fat composition they are classied as fatty cheeses.
1. introducción
La leche es una solución acuosa (suero de leche) de lacto-
sa, sales orgánicas e inorgánicas y numerosos compues-
tos a nivel de trazas, en la que se encuentran dispersas
partículas coloidales de tres rangos de tamaño: proteínas
de suero disueltas a nivel molecular, caseínas dispersas
(50-500 nm) agregados coloidales (micelas) y lípidos
emulsionados como glóbulos grandes (1-20 m) [1].
La leche de ganado vacuno es la principal materia pri-
ma para la elaboración del queso. El procesamiento de
la leche, particularmente la producción del queso, hab-
ría sido un desarrollo crítico porque no solo permitió la
conservación de los productos lácteos en una forma no
perecedera y transportable, sino que también hizo de la
leche un producto más digerible para los primeros pro-
ductores de queso prehistóricos [2].
La elaboración de los primeros quesos se remonta
6000 a.C. en el norte de Europa; actualmente existen más
de 2000 variedades de queso en el mundo y la fabricación
Received: 07/11/2022
Accepted: 23/12/2022
Bacteria láctica, factibilidad económica,
Quimiag, simulación.
Lactic bacteria, economic feasibility,
Quimiag, simulation.
61
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
de queso continúa avanzando. Existen varios tipos de que-
sos, incluyendo duros, semiduros, frescos y otros [3]. Los
principales microorganismos iniciadores del queso son las
bacterias del ácido láctico () han sido ampliamente
estudiados por sus actividades glucolíticas, proteinasas
y peptidasas, ya que conducen a la producción de ácidos
orgánicos, péptidos y aminoácidos () [4]. Según [5]
en el país se producen 6.648.786 L/día de leche. Chimbo-
razo es una de las principales provincias productoras de
leche con 431.325 L/día, [6] por lo tanto, se han ubica-
do estratégicamente centros de acopio de leche. Los dos
principales centros en la provincia son Nestlé en La An-
daluza y Parmalat en Mocha. El volumen requerido para
estos establecimientos lecheros está entre 7000 y 10.000
litros/día, respectivamente [7].
Según [8] el diseño de procesos () identica los
elementos que permiten el desarrollo de un producto de
calidad desde su origen hasta el nal de su vida útil. Por
otro lado, [9] menciona que es una prioridad en el
identicar operaciones y estrategias de procesamiento del
producto para garantizar calidad. Partiendo de las dos
premisas anteriores se establece a la calidad como un fac-
tor esencial en el . En el proceso tecnológico de pro-
ducción de queso diversos autores relacionan la calidad
con diferentes componentes del producto. Autores como
[10], demostraron que el % de grasa y % de humedad in-
uyen sobre las características físico-químicas del queso.
En cambio, para [11] el rendimiento en la planta quese-
ra está relacionado con la calidad, ya que identicaron
que el rendimiento quesero se favorece con incremen-
tos de grasa y proteínas en la leche. Mientras [12] consi-
deran la etapa de salado como un punto crítico para la
inocuidad y aseguramiento de la calidad. En la literatu-
ra analizada se evidencia la ausencia de trabajos que rela-
cionen el diseño metodológico (indicadores ambientales,
económicos y técnicos) de una planta quesera con la ca-
lidad del producto.
En Ecuador, gran parte de la producción de queso
fresco se realiza de manera artesanal. Lo cual implica in-
sucientes condiciones higiénico-sanitarias y un escaso
control para asegurar la obtención de productos de ca-
lidad comercial [13]. Una manera de estandarizar la ca-
lidad, sin necesidad de un gasto económico elevado, es
mediante la simulación de procesos. La principal venta-
ja de la simulación es la posibilidad de probar cambios
en el escenario virtual antes de que se implementen en el
mundo real, por lo tanto, se puede obtener información
sobre los riesgos potenciales de antemano y prepararse
para ellos [14]. En la actualidad existen potentes sowa-
res de simulación de procesos industriales. El programa
SuperPro Designer versión 12.0, facilita el modelado y la
evaluación de procesos integrados en una amplia gama
de industrias [15].
El presente estudio tuvo como objetivo simular el pro-
ceso tecnológico de obtención de queso fresco en el sof-
tware SuperPro Designer versión 12.0. Se tomaron como
criterios de calidad el porcentaje de grasa en el produc-
to nal.
2. Método
2.1. CRITERIOS METODOLÓGICOS PARA EL DISEÑO
Y SIMULACIÓN DE PROCESO
La metodología utilizada en el presente trabajo consiste
en etapas secuenciales empleadas para la implementa-
ción de una planta agroindustrial [16]. La metodología
empleada ha sido ampliamente utilizada y estudiada. Por
ejemplo, [9] implementaron el procedimiento metodo-
lógico en el diseño óptimo para la elaboración de miel
de caña de azúcar. En cambio [17] emplearon la meto-
dología para determinar los parámetros de operación y
de diseño en la calidad del azúcar no centrífugo granu-
lado. En la industria no alimentaria el procedimiento
ha sido aplicado en la obtención de ácido cítrico a partir
del bagazo de caña [18] y en la producción de bioetanol
carburante a partir de bagazo de caña de azúcar [19]. En
la gura 1 se muestran las etapas de la simulación del
proceso tecnológico de obtención de queso fresco (ver
Figura 1).
2.2. ETAPAS METODOLÓGICAS
El diseño de proceso lleva implícito la selección de alter-
nativas basadas en un criterio, según los objetivos plan-
teados. Constituye una actividad práctica compleja debi-
do a que se requiere de una metodología que contemple
todas las etapas y variables que intervienen en el diseño.
La descripción de los pasos secuenciales empleados en la
simulación, [16] [17] y [20] se muestra a continuación:
2.2.1. Producto demandado
En objetivo es determinar y denir el producto que se
demanda, sus criterios de calidad y las materias primas.
2.2.2. Selección de la tecnología y esquema tecnológico
denido
En esta etapa se selecciona la tecnología con parámetros
operativos que garanticen las especicaciones de calidad
del producto demandado. Además, denir el esquema
tecnológico a través del diagrama de ujo.
62
Vinocunga D., et al.
2.2.3. Estimación de la capacidad
El propósito del este paso es estimar la capacidad de la
planta en función de la demanda o la disponibilidad de
materias primas.
2.2.4. Macrolocalización
Consiste en decidir la región favorable donde se ubica-
rá la planta, considerando: la disponibilidad de materias
primas y los costos de transporte de materias primas o
productos terminados.
2.2.5. Balances de masa y energía
El objetivo es determinar el caudal y composición de to-
das las corrientes involucradas en el proceso con el n de
aprovechar la energía y los materiales involucrados.
2.2.6. Consumo de materia prima < disponibilidad de
materia prima
Durante esta etapa se debe comparar la disponibilidad
de las materias primas con el consumo de estas. Si la dis-
ponibilidad es menor al consumo de materia prima en la
planta industrial, se debe volver al literal 2.2.3 y jar una
capacidad idónea.
2.2.7. Compatibilidad ambiental
El objetivo es comparar las cantidades de residuos con
normas ambientales, además se deben plantear posibles
soluciones para disminuir el impacto ambiental.
2.2.8. Diseño y costo de adquisición de los equipos
Durante esta etapa se establecen los parámetros de dise-
ño y costo de adquisición de cada equipo involucrado en
el proceso tecnológico.
2.2.9. Análisis económico de inversión y producción
Durante esta etapa se determina el costo de inversión y
operación anual del producto. Este paso es de suma im-
portancia para la siguiente etapa.
2.2.10. Factibilidad económica
Determinar el valor actual neto (), tasa interna de
rentabilidad y (), el período de recuperación ()
para reconocer la factibilidad de la planta.
2.3. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE PROCESOS
Se establecieron dos casos para este estudio (ver Tabla 1),
la composición de la materia prima se estableció según
la bibliografía consultada. Se seleccionó el porcentaje de
grasa y proteína en la leche, porque estas variables están
relacionadas con la calidad y el rendimiento en el queso.
Cada caso de estudio se simuló con 3 capacidades; 500 L,
2000 L y 3500 L. Se denió el modo de operación contin-
uo (operación anual de 7920 horas, 24 horas en 330 días)
[21]. Los costos de las materias primas, servicios auxilia-
res y equipamiento se establecieron realizando búsquedas
en artículos y páginas web. Las materias primas que no se
encontraban (Renina, leche y ) en el simulador fueron
creadas, su estequiometría fue establecida según [1], [3] y
[22]. El tiempo de vida del proyecto se considera de 15
a 25 años [23]. Se jó una tasa de interés del 7% [24] para
determinar el Valor Actual Neto ().
Selección de la
tecnología y esquema
tecnológico definido
Producto
demandado
Estimación de la
capacidad Macrolocalización
Balances de masa y
energía
¿Consumo de materia
prima < disponibilidad de
materia prima?
Compatibilidad
ambiental
Costos de adquisición
de los equipos
Si
Análisis económico
de inversión y
producción
Factibilidad
económica
No
Figura 1
Metodología de diseño de procesos agroindustrial
63
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
3. Resultados y discusión
3.1. PRODUCTO DEMANDADO
Queso es la cuajada o sustancia formada por la coagu-
lación de la leche de ciertos mamíferos por cuajo o en-
zimas similares en presencia de ácido láctico producido
por microorganismos añadidos o adventicios, de la que
se ha eliminado parte de la humedad por corte, calenta-
miento y prensado, que ha sido moldeado y luego madu-
rado (también sin madurar) [25]. Es decir, la elaboración
del queso fresco implica la sinéresis controlada del coá-
gulo de la leche a través del cuajo. En la última década en
Ecuador la demanda de queso aumento en un 126% sig-
nicando una per cápita de 1,7 kilos. Según [26] se prevé
un crecimiento de 5,6% en la producción de fresco en los
próximos años. La calidad del queso está relacionada con
la composición química del producto.
3.2. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Y ESQUEMA
TECNOLÓGICO DEFINIDO
La tecnología seleccionada para la obtención de queso
fresco comprende varios procesos y operaciones uni-
tarias: estandarización, calentamiento, pasteurización,
mezclado, coagulación, corte de la cuajada, desuerado,
prensado, adición de sal y envasado del queso. En la -
gura 2 se muestra el diagrama de elaboración de queso
fresco implementado en Super Pro (ver Figura 2).
El proceso inicia con la estandarización de leche,
según [25], luego se realiza una termización, proceso bas-
tante extendido en la elaboración del queso fresco, nor-
malmente la termización o sub-pasteurización se realiza
entre 57-68 °C por 10-20 s [22]. Seguidamente se realiza
una pasterización a 72 °C por 15 s, esta etapa permite la
inactivación de las enzimas autóctonas de la leche, [27]
y la destrucción de los microorganismos como Listeria
monocytogenes, Campylobacter jejuni, Mycobacterium tu-
berculosis y Coxiella burnetii. Además, evita la desnatu-
ralización de las proteínas del suero y su interacción con
la β-caseína micelar [28].
La siguiente etapa consiste en una acidicación de
la leche. Este proceso consiste en inhibir el crecimiento
de organismos indeseables, inuye en la tasa de coagula-
ción [29]. La acidicación se realiza a través de la produc-
ción in situ de ácido láctico con microorganismos como
Lactobacillus y Bifidobacterium, [30] cuando se alcanza
la acidez deseada (0,01% de aumento), [31] se requiere la
adición de cuajo para obtener una cuajada de las carac-
terísticas deseadas. La renina es la enzima más empleada
durante la coagulación. El pH óptimo para la acción de la
renina en la leche es de 5,4. Sin embargo, puede funcionar
Tabla 1
Estudios de casos planteados
Estudio de caso Materia prima Grasa Proteína Lactosa Fuente
Primero Leche 3,2 % 3,5 % 5,3 % [45]
Segundo Leche 4,5 % 3,0 % 3,54 % [46]
Figura 2
Diagrama de elaboración de queso fresco
64
Vinocunga D., et al.
como un agente de coagulación a un pH casi neutro (6,2-
6,4). Durante esta etapa se agregó nisina con la nalidad
de frenar el crecimiento de microorganismos y aumentar
la vida útil de producto, [32] además se adicionó cloru-
ro de calcio (CaCl2) para acelerar la coagulación y como
reconstituyente del calcio perdido (Figura 2). Cuando la
coagulación se haya completado se debe retirar el suero
de manera temprana ya que el ácido continúa desarro-
llándose en la cuajada mientras haya cantidades aprecia-
bles de suero. Seguidamente se realizó la adicción de sal
en una proporción de 0,1%. Con el objetivo de moldear
la masa de queso se realizó un prensado a 10 psi [33]. El
envasado del producto nal se realizó en unidades de 18
kg con un valor de 45.
3.3. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD
La producción de queso fresco se encuentra en una eta-
pa de crecimiento, debido al acuerdo multipartes entre
Ecuador y la Unión Europea, es así, que el 35% de la pro-
ducción de leche es destinada a elaboración de queso [34].
La provincia de Chimborazo cuenta con 63.932 vacas de
ordeño que producen 431.325 L/día de leche [6]. Se estima
una capacidad tentativa de (500-3 500) kg leche.
3.4. MACROLOCALIZACIÓN
La parroquia Quimiag, presenta una población de 1082
hatos con una producción de 48.865 L leche/día con un
promedio de 5,61 L leche/vaca/día, [35] estos niveles
altos de producción convierten a la parroquia en una
de las principales productoras de leche en la provincia
de Chimborazo.
3.5. BALANCES DE MASA Y ENERGÍA
Los balances de masa de las tres capacidades simuladas
en los dos casos de estudio se muestran en la tabla 2. Du-
rante las iteraciones de cada caso de estudio las etapas de
estandarización, calentamiento y pasterización el ujo
volumétrico se mantiene constante con respecto a la pri-
mera etapa, mientras en la etapa de coagulación y corte
se observa un leve aumento en los ujos de las corrientes,
esto se debe a la adicción de ingredientes (, renina,
nisina y CaCl2). En el proceso tecnológico de desuerado
en el caso uno el 81% de leche acidicada se convierte
en suero y el porcentaje restante es la cuajada (ver Ta-
bla 2), el rendimiento de suero-cuajada concuerda con
lo expuesto por [36]. Mientras en el caso dos el 72,07 %
se convierte en suero, esta diferencia en el subproducto
está relacionada con el contenido de grasa en la materia
prima.
La composición química de grasa y proteína en el
queso en el caso uno concuerda con lo expuesto por [37].
En el caso dos la grasa, la proteína y el rendimiento en el
queso fresco es mayor que el caso uno (ver Tabla 3), esta
diferencia se debe a la composición química de la grasa
y proteína en la leche, ya que la caseína (proteína) forma
la matriz estructural del queso, facilitando el atrapamien-
to de la grasa, que a su vez proporciona un mayor rendi-
miento, además que contribuye a la textura y al sabor del
queso. Según la norma 1528, [38] el producto
obtenido en los dos casos de estudio es un queso graso.
El porcentaje en la relación leche-ingrediente usado
fue el mismo en los dos casos de estudio (ver Tabla 4). Se
estableció 0,01g/L de y 0,03g/L de nisina, según lo
mencionado por [31], mientras para la renina y CaCl2 se
determinó 0,12 g/L y 0,3 g/L, respectivamente [30].
Tabla 2
Flujo volumétrico en las diferentes capacidades simuladas
Caso 1 Caso 2
Etapa/Capacidad 500 L 2.000 L 3.500 L 500 L 2.000 L 3.500 L
Estandarización 500 2.000 3.500 500 2.000 3.500
Coagulación y corte 500,23 2.000,93 3.501,62 500,23 2.000,93 3.501,62
Desuerado 405,19 1.620,75 2.863,32 360,60 1441,73 2.522,78
Envasado 95,99 383,98 644,95 139,78 558,73 977,68
Tabla 3
Composición química de los atributos de calidad del queso
Caso 1 Caso 2
Grasa 24,08 29,32
Proteína 18,82 17,32
Humedad 56,2 52,76
65
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
3.6. DISPONIBILIDAD Y CONSUMO DE MATERIA PRIMA
La capacidad mínima estudiada fue de 500 L y la máxima
de 3500 L, por otra parte, la disponibilidad de leche en la
parroquia de Quimiag es de 48.865 L leche/día [35]. Por
lo tanto, existe la disponibilidad para la implantación de
la planta de queso fresco.
3.7. COMPATIBILIDAD AMBIENTAL
El suero lácteo es el residuo que más se genera en la ela-
boración de queso, según la composición de la leche pro-
cesada representa entre el 70% y 90% del volumen [39].
Además, el suero posee altos índices de demanda bio-
química de oxígeno () con 40 g/L y una demanda
química de oxígeno () de 60 g/L, [11] aspectos que
motivan la utilización de suero en lugar de desecharlo,
por consiguiente, se disminuiría la contaminación am-
biental. Además, el 55 % de los nutrientes de la leche es-
tán presenten en el suero [39].
En Ecuador se prohíbe la movilización del suero de
leche líquido sin el certicado vigente de Buenas Prácticas
de Manufactura (), [40] aunque no existe una norma
especíca para tratar el suero de leche. Diversas fuentes
literarias abordan la transformación del residuo lácteo en
productos, por ejemplo, [41] utilizan el coproducto para
producir bebidas de suero fermentado, mientras [42] pro-
duce ácido cítrico a partir del suero, en cambio [43] pro-
duce bioetanol del residuo del queso.
3.8. COSTOS DE ADQUISICIÓN DE LOS EQUIPOS
El costo de adquisición en los dos casos de estudio fue el
mismo. En la gura 3 se muestra el costo de adquisición
de los equipos con respecto a las diferentes cantidades
de 500, 200 y 3500 L/día de leche (ver Figura 3). Se evi-
dencia un crecimiento lineal en las tres capacidades, este
comportamiento se debe a la relación del costo de los
equipos con los caudales, temperaturas, presiones, po-
tencias, entre otros que caracterizan a cada equipo [21].
3.9. ANÁLISIS ECONÓMICO DE INVERSIÓN Y
PRODUCCIÓN
El análisis económico del esquema tecnológico para la
producción de queso fresco se realizó en función del
Tabla 4
Ingredientes utilizados durante la elaboración de queso fresco
Caso 1/ Caso 2
Etapa/Capacidad Ingrediente 500 L 2 000 L 3 500 L
Mezclado (g) 5 21 36
Nisina (g) 15 60 105
Coagulación/Corte de la
cuajada
Renina (g) 62 247 433
CaCl2 (g) 150 600 1.050
Figura 3
Costos totales de adquisicion de equipos
66
Vinocunga D., et al.
costo de inversión y de operación anual. El costo de in-
versión en los dos casos de estudio fue el mismo en las
tres capacidades simuladas (ver Figura 4). Los criterios
económicos considerados incluyeron el costo directo, in-
directo y las tarifas y contingencias del contratista.
El costo total de la planta es la suma de los costos di-
rectos, más indirectos y el costo directo de capital jo, es
el costo total de la planta más tarifa y contingencia del
contratista [21]. Por su parte, el costo de operación anual
fue analizado a partir de la capacidad de producción de
la planta, estas operaciones involucran los costos de ma-
terias primas y servicios. El caso uno presenta un costo
menor al caso dos. La diferencia en el costo de operación
anual durante el caso dos se debe a un mayor rendimien-
to en el producto nal (ver Figura 5).
3.10. FACTIBILIDAD ECONÓMICA
El margen de ganancias, período de recuperación des-
contada (), tasa interna de recuperación () y valor
actual neto (), [24] varía debido al rendimiento en
los casos de estudios y cantidad de materia prima sim-
Figura 4
Costo de inversión de la planta quesera
Figura 5
Costo operación anual de la planta quesera
67
Diseño del proceso de obtención de queso fresco en la provincia de Chimborazo en el soware SuperPro Designer
ulada. En la tabla 5 se aprecia en la producción de 500
L del caso uno el menor , desde el punto económi-
co esta producción no es rentable, se considera rentable
aquella planta con menor de tres años [44]. En las
producciones de 2000 L y 3500 L en ambos casos de es-
tudio se visualizan las mejores alternativas de factibili-
dad económica. Siendo la mejor elección la capacidad de
3500 L del caso dos (ver Tabla 5).
4. conclusiones
El caso dos de estudio mostró una cantidad mayor de
grasa en comparación con el caso uno. Además, el caso
dos presentó un mayor rendimiento; por lo tanto, un ma-
yor costo de operación anual. Los dos casos de estudio
según su composición grasa son catalogados como que-
sos grasos. La simulación permitió identicar la mejor
alternativa económica en la producción de 3500 L del
caso dos con un margen de ganancia de 19,53, de
1,03, de 57,82, 7.471.000.
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Tabla 5
Indicadores económicos de la planta quesera
Caso 1 Caso 2
500 L 2.000 L 3.500 L 500 L 2.000 L 3.500 L
Margen de ganancia (%) 4,64 11,88 14,91 6,32 13,37 19,53
(años) 7,41 2,18 1,61 5,5 2,03 1,03
(%) 7,45 39,31 54,2 10,32 42,64 57,82
($) 24.0003.318.000 6.566.000 50.000 3.760.000 7.471.000
68
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REVISTA INGENIO
Auditoría energética en las instalaciones del centro de operaciones y mantenimiento
de transporte (COMT)
Damaris Salazar | Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador
Jean Placencio | Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador
Yadyra Ortiz | Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador
Cristian Laverde | Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4222 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
e diagnosis of the electrical installations was carried out through eld visits, measurements of elec-
trical parameters and power quality tests. Consequently, it was crucial to describe the current state of
the company’s electrical system in comparison with current standards NTE INEN 2969 and ARCONEL,
related to lighting levels and power quality, respectively. Since the installed load is broken down by zones
and the group representing the highest energy consumption per month is identied, the selection of me-
asures to improve energy eciency is based on a review of the existing situation. e research demons-
trates and concludes that the request for a modication in the tari scheme would result in substantial
savings of USD 1547.94 annually.
El diagnóstico de las instalaciones eléctricas se realizó mediante visitas de campo, mediciones de pa-
rámetros eléctricos y pruebas de calidad de energía. Consecuentemente, fue crucial describir el estado
actual del sistema eléctrico de la empresa en comparación con las normas vigentes NTE INEN 2969 y
ARCONEL, relacionadas con los niveles de iluminación y calidad de la energía, respectivamente. Dado
que la carga instalada se desglosa por zonas y se identica el grupo que representa el mayor consumo de
energía al mes, la selección de medidas para mejorar la eciencia energética se basa en un examen de la
situación existente. La investigación demuestra y llega a la conclusión de que la solicitud de una modi-
cación en el esquema tarifario supondría un ahorro sustancial de USD 1547,94 anual.
1. introducción
Actualmente en el mundo, importantes avances tec-
nológicos aplicados al manejo eciente de energía para
contribuir al desarrollo sostenible conllevan a que em-
presas deban mejorar sus estándares de calidad de en-
ergía a causa de que la generación es muy costosa, por lo
tanto, la conservación de energía es muy importante. Las
cargas nales como ventiladores, bombas, computado-
ras, sistemas de iluminación, sopladores, compresores y
muchas otras máquinas de gran consumo están conect-
adas al sistema eléctrico lo que pervierte el rendimien-
to y la eciencia, debido a razones de servicio como el
envejecimiento del dispositivo, el deterioro de los cables
Received: 07/11/2022
Accepted: 23/12/2022
Demanda, potencia instalada, calidad de
energía, auditoría energética, ahorro de
energía.
Demand, installed power, power quality,
energy audit, energy savings.
Energy Audit in the facilities of the transport operations and maintenance center (COMT)
71
Auditoría energética en las instalaciones del centro de operaciones y mantenimiento de transporte (COMT)
utilizados, el polvo, humedad, condiciones de traba-
jo inapropiadas y varios otros factores. Los principales
estándares de un proceso de auditoría han sido recop-
ilados y denidos recientemente en la norma 50001.
La empresa posee un centro de operaciones
y mantenimiento de transporte (), en el cual exis-
ten diferentes áreas y bodegas en donde se encuentran
componentes de gran consumo eléctrico. Actualmente el
presenta problemas de caída de tensión derivados
del servicio público, además se presentan inconvenientes
debido a pérdidas de energía y aumento de corriente de
los dispositivos
En general, se considera que mejorar la eciencia
energética es una de las formas más rentables de optimi-
zar simultáneamente la seguridad del suministro, redu-
cir los gastos relacionados con la energía, asegurar precios
de energía asequibles y mejorar la competitividad econó-
mica. Por tal motivo en este trabajo se exponen los prin-
cipales resultados de la auditoría energética realizada en
las instalaciones del de la empresa ,
esta se realiza mediante el análisis de los componentes
eléctricos, para lo cual se usa un analizador de redes tipo
MYeBOX150 para la recolección de datos. Mediante la ta-
bulación y análisis de datos recolectados se presenta un
plan de mejoramiento y ahorro para el consumo y e-
ciencia de energía.
2. Método
En este proyecto de investigación interviene un enfoque
de tipo cuantitativo-cualitativo ya que se realiza la toma
de datos estadístico y la mejora de estándares, por lo tan-
to, se obtienen excelentes resultados para el respectivo
manejo de los recursos ya existentes. Los recursos nece-
sarios para llevar a cabo la auditoría son:
· planillas de luz
· facturación de combustibles
· costos unitarios
· parámetros de iluminación
· consumo de la carga en cada componente
El área aplicada a la recolección de datos comprende to-
das las instalaciones del , se caracteriza por tener
una ocina principal que es la fuente de donde se con-
trolan y se gestionan las órdenes de control operativo, las
secciones y zonas del y sus equipos por departa-
mento [1], [2], [3] (ver Figura 1).
La recolección y tratamientos de datos dentro de las
inmediaciones del se realizan mediante la recopi-
lación de las planillas de energía eléctrica otorgadas por
la empresa desde el año 2021 hasta marzo del
2022, se sabe que durante los meses de febrero y diciem-
bre del 2021 y marzo del 2022 se obtuvo una demanda
máxima aproximada de 11.200 kWh, cuyo valor mone-
tario es 1064 (ver Figura 2).
2.1. CARGA INSTALADA POR EQUIPOS
Se observa los voltajes y consumo de cada uno de los
equipos sacando un promedio general de su valor mo-
netario semanal y mensual, este depende del tiempo de
uso de cada artefacto multiplicado por su total de horas
de operación. Se calcula que la potencia total por equi-
pos en la ocina principal es de 15.857 kW con un costo
mensual de 1765,74 dólares, teniendo en cuenta que
factura dentro del grupo de media tensión
en el sector comercial de acuerdo con el pliego tarifario
que está vigente en la donde indica que el valor es
de 0,095 por cada kWh [4], [5], [6], [7] (ver Tabla 1).
2.2. CARGAS ESPECIALES
Las cargas especiales son dispositivos que registran un
mayor consumo de potencia y que generalmente se
Figura 1
Secciones del comt
Figura 2
D
72
Salazar D., et al.
conectan a un nivel de voltaje industrial (240V-60V)
dentro del se registran 6 cargas especiales. [8], [9],
[10], [11], [12].
El grupo de elementos que conforman las cargas es-
peciales instaladas dentro del son:
· frigorícos
· generadores 1 y 2
· bomba sumergible
· bomba estacionaria (1 y 2)
2.3. EVALUACIÓN ENERGÉTICA
Para el correcto uso de la energía y tener una ilumina-
ción eciente se realiza la estimación de los parámetros
luminosos regidos bajo la normativa 2969, para la
toma de datos uno de los métodos usados con más fre-
cuencia es el de la cuadrícula, consiste en dividir un inte-
rior de un local en áreas iguales, siendo estas idealmente
cuadradas. [13], [14], [15], [16].
Se hace la medición de la iluminancia en la mitad de
cada área de estudio con una altura de 0,8 metros respecto
al suelo, entonces se realiza el cálculo del valor promedio
de la iluminancia [17]. La precisión de este cálculo inuye
directamente en el número de puntos de medición utili-
zados para el estudio. Para ello es requerido usar la fór-
mula de índice del local. [18], [19], [20].
(1)
Para determinar la iluminancia promedio (Emed), se
aplica la siguiente relación.
(2)
Se aplica el método de la cuadrícula a todas las secciones,
con la nalidad de vericar si los niveles de iluminación
cumplen con la condición de la normativa ecuatoriana
de iluminación para interiores como lo indica la tabla 2
(ver Tabla 2), de los valores admitidos de la iluminación
interior de las secciones que componen el tanto las
secciones de la ocina principal, y el comedor no cum-
plen con las condiciones de iluminación como se obser-
va en la tabla 3. Por lo tanto, se realizará una nueva dis-
posición de luminarias en estas áreas [21] (ver Tabla 3).
Tabla 1
Pliego tarifario
Rango de consumo Demanda
[$ /Kw-mes]
Energía
[$ /Kwh]
Comercialización
[$/comsumidor]
Nivel de voltaje Medio voltaje con demanda
1.414
Comerciales
4,79 0,095
Industriales
4,79 0,083
E. Ociales, esc. Deportivos servicio comunitario
4,79 0,071
Bombeo de agua
4,79 0,61
Tabla 2
Requisitos de iluminación de interiores (Norma - 2969)
(Norma 2969)
Descripción de la actividad o departamento Em Uo UGRL Ra
Ascensores, montacargas 100 0,4 25 40
Almacenes y cuarto de almacén 100 0,4 25 60
Sala de material, salas de maquinas 200 0,4 25 60
Ocinas 300 0,4 19 80
Recepción 200 0,6 22 80
Comedor, restaurantes, salas de reuniones 500 0,6 22 80
Pasillos y exteriores 100 0,4 25 80
Alumbrado general 300 0,4 22 80
73
Auditoría energética en las instalaciones del centro de operaciones y mantenimiento de transporte (COMT)
3. resultados
La cuanticación de variables se realizó durante 7 días
conforme a lo indicado en 053/18, se empezó
el lunes 03/10/2022 entre las 11:00 a.m. y se retiró el
siguiente lunes 10/10/2022 entre las 8:30 a.m.
3.1. CORRIENTES
Se evaluaron las magnitudes de corriente a lo largo del
período de medición para determinar si el sistema está
equilibrado. Por consiguiente, los resultados consegui-
dos se exponen en la tabla 4 (ver Tabla 4).
L1 tiene un valor pico de aproximadamente 110[A]
entre los días 5 y 6 de octubre en la madrugada. Esto se
debe a que entre las 9 p.m y 4 a.m. existe un mayor con
-
sumo, debido a que llegan los contenedores y realizan el
análisis de carga de cada uno, por ende, existe un mayor
movimiento tanto en las ocinas y los galpones. Por otro
lado, las corrientes en cada caso son diferentes, lo que
muestra que el sistema no se encuentra balanceado.
En contraste, la distorsión armónica de voltaje de la
línea 3 no cumple, puesto que posee un de 12,19% y
el límite es del 12%. No obstante, las magnitudes de
de la L1 y L2 si cumplen con los límites descritos en la
norma 053/18. Por otro lado, la distorsión ar-
mónica de voltaje de las tres líneas cumple con el límite
del 5% descrito por la norma en mención.
3.2. VOLTAJES
Según la norma 053/18, la tolerancia que se
aplica a la empresa es la tolerancia de baja
tensión, la cual establece que la variación de tensión no
puede ser superior al 8% de la tensión nominal. En con-
secuencia, la tabla 5 ilustra los resultados del análisis (ver
Tabla 5).
En la tabla 5 se comprueba que los voltajes línea-neu-
tro de la L1 y L3 son semejantes, manteniendo una mag-
nitud constante. Por el contrario, la tensión de la L2
adopta una magnitud superior a las dos anteriores.
En cuanto a la distorsión armónica L3 presentó
un valor signicativo que fue transitorio. En este sentido,
Tabla 3
Datos lumínicos de todas las secciones del
Em [lux]
Generador # 1 103 si cumple
Generador # 2 105 si cumple
Garita 110 si cumple
Cuarto de guardias 301 si cumple
Ocina principal del comt 94 no cumple
Galpón del palet 210 si cumple
Galpón # 2 205 si cumple
Comedor 291 no cumple
Dormitorio 101 si cumple
Bodega de almacenamiento 108 si cumple
Parte extrerior 109 si cumple
Tabla 4
Resultados obtenidos de medición de corriente y armónicos
Variable examinada Medida máxima (%) Medida mínima (%) Promedio (%)
Corriente L1 110.428 16.826 60.960
THD L1 17,6 4,77 9,73
Corriente L2 28,58 0 11.618
THD L2 25,59 0 7,67
Corriente L3 82.629 11.985 46.152
THD L3 30,1 4,88 12,19
74
Salazar D., et al.
la distorsión se originó por el usó de dos bombas al mis-
mo tiempo, de manera que cuando estas se apagan se nota
un descenso de manera notoria.
3.3. POTENCIAS
Para conrmar todo el consumo del transformador a lo
largo del tiempo de medición, se revisaron las estadísti-
cas de potencia activa, reactiva y aparente de cada una
de las fases. Los resultados adquiridos se muestran en la
tabla 6 (ver Tabla 6).
Se aprecia que la línea uno se encuentra saturada
puesto que posee un registro medio de 6,72 kW. Por otro
lado, la línea dos es la que menos potencia registra con
un 1,90 kW, mientras que la línea tres describe un regis-
tro medio de 4,68 kW.
Para la potencia reactiva se observa que la línea uno
posee un registro medio de 1,34 k. Por otro lado, la
línea dos es la que menos potencia registra con un 1,32
k, mientras que la línea tres describe un registro me-
dio de 1,88 k.
Analizando la tabla 6 con respecto a la potencia apa-
rente se aprecia que la línea uno posee un registro medio
de 6,88 k. Por otro lado, la línea dos es la que menos
potencia registra con un 2,40 k, mientras que la línea
tres describe un registro medio de 5,18 k.
La norma 50160 establece que la frecuencia no debe
uctuar más de un +4% entre el límite superior y – 6%
en el inferior.
En contraste, el valor mínimo de frecuencia registra-
do fue de 59,96 Hz, mientras que la medición máxima
fue de 60 Hz. Asimismo, la magnitud promedio se ubica
en 59,98 Hz, por lo tanto, se evidencia que la frecuencia
cumple con los límites establecidos en la norma -
053/18.
Según la recopilación de las planillas mensuales de
energía (ver Figura 2) la empresa no ha sido multada, ya
que el valor medio del factor de potencia de los meses se
situó en torno a 0,95. Esto indica que se cumple con los
requisitos de calidad de la energía.
3.4. ILUMINACIÓN INTERIOR Y EXTERIOR
En Dialux se realizó el cambio de luminarias y la nueva
disposición en las áreas que no cumplían con los nive-
les de iluminación, de tal manera que los valores fueron
actualizados en la tabla 7 y 8 mostrando la mejora en la
parte de iluminación interior (ver Tablas 7 y 8).
Tabla 5
Resultados obtenidos en medición de voltaje y armónicos
Variable examinada Medida máxima (%) Medida mínima (%) Promedio (%)
Voltaje L1 117,71 109,59 113,53
L1 7,97 2,47 4,03
Voltaje L2 207,34 197,61 203,22
L2 12,08 4,28 6,35
Voltaje L3 117,85 109,55 113,58
L3 8,13 2,54 4,09
Tabla 6
Resultados en medición de potencias
Potencia Medida Mínima Medida Máxima Media
L1 P kW 2 12 6,72
Q kVAR 0 3 1,34
SkVA 2 12 6,88
L2 P kW 0 5 1,90
Q kVAR 0 4 1,32
SkVA 0 6 2,40
L3 P kW 1 8 4,68
Q kVAR 0 4 1,88
SkVA 1 9 5,18
75
Auditoría energética en las instalaciones del centro de operaciones y mantenimiento de transporte (COMT)
3.5. PROPUESTA DE AHORRO PARA EL
El plan para la reducción de costos consiste en solicitar el
cambio de tarifa de facturación mensual (Figura 3), debi-
do a que en la actualidad poseen una tarifa con demanda
horaria para clientes comerciales.
Para constatar el ahorro de consumo que implica la
actualización del pliego tarifario se procede a realizar el
cálculo de la cantidad a pagar en dólares (Figura 3), para
lo cual, se analiza el consumo histórico de la empresa -
(Figura 2) (ver Tabla 9).
En la gura 3, se constata que un cambio en el pliego
tarifario implica un ahorro mensual de aproximadamente
120,00, en la facturación. Es decir que, desde febrero
del 2021 hasta marzo del 2022 el ahorro estimado rodea
los 1547,94 (ver Figura 3).
Las secciones del almacén, el galpón palet y el galpón
.
o
2 son las áreas que más energía eléctrica consumen,
con un 89% del total de la energía utilizada. Esto se debe
al uso de bombillas Metal-Halide de 250 W para iluminar
estas zonas. Por lo tanto, se propone la sustitución de es-
tas luminarias por luminarias de 60 W, que son sen-
cillas de instalar y de bajo costo.
Por otro lado, con respecto a la iluminación exterior,
es importante conocer las horas de uso de las luminarias
para determinar el consumo de energía diario.
El 54% de la energía utilizada para el alumbrado ex-
terior corresponde a las luminarias de tipo reector, que
Tabla 7
Evaluación de las magnitudes de iluminación de la empresa
Lugar Índice de iluminación Comprobación
Valor medido (lx) Valor sugerido (lx)
Ocina principal 305 300 Cumple
Ocina del 310 300 Cumple
Ocina del jefe 340 300 Cumple
Ocina privada 320 300 Cumple
Comedor 502 500 Cumple
Baño 102 100 Cumple
Casa G 300,05 300 Cumple
Garita 108,7 100 Cumple
Gen # 2 103,2 100 Cumple
Gen # 1 101,8 100 Cumple
Galpón # 2 203,7 200 Cumple
Comedor # 2 510 500 Cumple
Galpón palet 208,7 200 Cumple
Bodega de almacenamiento 106,2 100 Cumple
Tabla 8
Evaluación de iluminación exterior de la empresa
Lugar Índice de iluminación Comprobación
Valor medido (lx) Valor sugerido (lx)
Exteriores 1 152 100 Cumple
Exteriores 2 101 100 Cumple
Exteriores 3 105,1 100 Cumple
Exteriores 4 108,3 100 Cumple
Exteriores 5 103 100 Cumple
Exteriores 6 104 100 Cumple
Exteriores 7 105,3 100 Cumple
Exteriores 8 100,2 100 Cumple
Exteriores 9 102,9 100 Cumple
Exteriores 10 112 100 Cumple
76
Salazar D., et al.
son las que más energía consumen. Por lo tanto, se acon-
seja utilizar luminarias tipo cobra de 500 W en lu-
gar de las luminarias tipo reector de 400 W y 1000 W.
3.6. PROPUESTA DE AHORRO CON SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA EL
Se propone el uso de paneles solares para optimizar gas-
tos derivados de la energía consumida de la red eléctrica,
además el uso de energía renovable contribuye a preser-
var el medio ambiente.
En consecuencia, para el diseño del sistema fotovol-
taico se utiliza el simulador online. En este, por medio de
las cargas, se realiza un análisis de la potencia de diseño
para dimensionar el sistema y conocer el precio de inver-
sión, incluida la mano de obra.
El kit solar dimensionado funciona de forma aislada a
la red, además posee la capacidad de producir 10.450 Wh/
día y 6,5kW de potencia pico con batería de litio. El costo
del sistema en mención es de 72,430,00.
Materiales del sistema fotovoltaico:
- 16 paneles solares monocristalinos de 400 W
- 1 inversor Axpert 6500 W/48V 120. 2 MPPT
- 7 baterías Litio 6000 ciclos al 80% N-48V/50A
- 1 estructura para 16 paneles solares con L-braket
- 4 fusible DC 15 A y porta fusible 1P 1000VDC
- 2 DPS protección sobre voltajes 3P 1000VDC 20-40kA
Tabla 9
Cálculo de costo de consumo según pliegos tarifarios
MesConsumo Pliego tarifario actual Pliego tarifario propuesto Ahorro
(kWh)
Costo
Precio de
energía
Costo
Costo
Precio de
noche
Precio de
día
($)
($/kWh) ($) ($/kWh) ($/kWh) ($) ($)
FEBRERO 11128 0,095 1057,16 0,077 0,095 514,11 422,86 120,18
MARZO 9978 0,095 947,91 0,077 0,095 460,98 379,16 107,76
ABRIL 9877 0,095 938,315 0,077 0,095 456,32 375,33 106,67
MAYO 9346 0,095 887,87 0,077 0,095 431,79 355,15 100,94
JUNIO 8942 0,095 849,49 0,077 0,095 413,12 339,80 96,57
JULIO 9312 0,095 884,64 0,077 0,095 430,21 353,86 100,57
AGOSTO 9770 0,095 928,15 0,077 0,095 451,37 371,26 105,52
SEPTIEMBRE 10684 0,095 1014,98 0,077 0,095 493,60 405,99 115,39
OCTUBRE 10014 0,095 951,33 0,077 0,095 462,65 380,53 108,15
NOVIEMBRE 10550 0,095 1002,25 0,077 0,095 487,41 400,90 113,94
DICIEMBRE 11077 0,095 1052,315 0,077 0,095 511,76 420,93 119,63
ENERO 10754 0,095 1021,63 0,077 0,095 496,83 408,65 116,14
FEBRERO 10611 0,095 1008,045 0,077 0,095 490,23 403,22 114,60
MARZO 11285 0,095 1072,075 0,077 0,095 521,37 428,83 121,88
Ahorro total 1.547,94
Figura 3
Cálculo de consumo según pliegos tarifarios
77
Auditoría energética en las instalaciones del centro de operaciones y mantenimiento de transporte (COMT)
- 1 fusible 200 A y porta fusible
- 30 cable solar 10AWG
- 6 cable soldador AWG 4
- 7 MC4 macho y hembra
- 7 MC4 Y
- 4 terminales de ojo aisladas sin acceso a la red.
El sistema solar fotovoltaico diseñado es O Grid, debido
a que el lugar donde se lo ubicará es cerca del río. Dado
que en este lugar se sitúan las cargas de mayor consumo.
Por otro lado, se debe considerar que el costo de este kit
incluye los paneles, estructura para paneles, cableado,
inversores, baterías y protecciones correspondientes. El
sistema en mención conlleva una inversión de 72430
(ver Tabla 10).
A continuación, se realiza el análisis del (ver
Tabla 11) con la nalidad de conocer si la inversión será
factible a mediano y corto plazo para la empresa. En
este sentido, considerando la inversión para el cambio
de luminarias y la instalación del sistema fotovoltaico se
requiere una inversión total de 73.918.
: 72.430,00 + 1487,78 =
73.918
El valor del es favorable, por lo tanto, según los
indicadores del Banco Central para la viabilidad de una
inversión, se concluye que la inversión es factible. Ade-
más, la recuperación de la inversión es de cinco años, lo
cual beneciaria a la empresa puesto que la vida útil mí-
nima del sistema fotovoltaico es de 25 años.
3.7. MANTENIMIENTO ELÉCTRICO GENERAL
En el , el mantenimiento no se lleva a cabo de for-
ma sistemática. Por ejemplo, cada tres meses se realiza
el mantenimiento en la zona de los generadores, que in-
cluye el mantenimiento del selector de fase (de forma vi-
sual) y la sustitución del aceite de los generadores.
La caja de distribución principal y el cableado están
en buen estado, pero están expuestos al polvo y a los resi
-
duos de insectos. El selector de fase (ver Figura 4) se re-
emplazó hace unos meses debido a problemas con la fase
por parte de la compañía eléctrica, y esta variación acti-
va el generador .
o
1. Por ello, se recomienda un mejor
mantenimiento con las debidas protecciones para evitar
daños en los equipos o en los componentes de la ocina.
Para que el mantenimiento sea factible se toma en
cuenta las siguientes opciones:
·
Para alargar la vida útil de las maquinarias y sistemas
eléctricos se recomienda hacer revisiones mensuales
que intervengan medidas de voltajes, amperajes y ana-
lizar el factor de potencia.
Tabla 10
Resumen de inversión para sistema fotovoltaico
Área Descripción Cantidad Precio
Iluminación Se colocarán los paneles en el lote cerca del río ya que
tiene suciente espacio
16 paneles $72430.00
Tabla 11
Análisis de
72430 73917,78
AÑO 1 10000
AÑO 2 10000
AÑO 3 10000
AÑO 4 10000
AÑO 5 10000
TOTAL 50000 7,24 8,73078 AÑOS
78
Salazar D., et al.
· Limpiar las cajas de distribución de insectos.
·
Vericar que las cargas se encuentren equilibradas y no
sean saturadas para evitar recalentamientos.
· Utilizar limpia contactos.
· Correcta manipulación de los generadores esto quiere
decir no usar implementos no aptos como cañas o pa-
los, maniobras que no sean correctas.
·
Mirar la capacidad de cada bomba de agua y su Hp
para no forzarla.
4. Conclusiones
Con la auditoría energética se pudo identicar que la for-
ma de optimizar los costos para el ahorro de energía es
solicitar el cambio de pliego tarifario a la empresa dis-
tribuidora. Esto se debe a que en la actualidad la empre-
sa factura como cliente comercial. Por consiguiente, el
cambio del pliego tarifario será de 0,095 a 0,077
lo implica un ahorro anual de 1547,94.
En el análisis de la calidad de energía se determinaron
factores importantes como las corrientes, el voltaje, la fre
-
cuencia, la potencia activa, reactiva y aparente, así como
el contenido armónico de voltaje y corriente. En este sen-
tido, se descubrió que los parámetros de calidad de en-
ergía cumplen con la norma 053/18.
La inversión necesaria para el cambio de luminarias y la
implementación del sistema fotovoltaico requiere una
inversión de 73.918. No obstante, para evaluar la
viabilidad de la inversión se analizó el , los cua-
les mostraron que la inversión se recupera a los 5 años.
Con el análisis de la iluminación se descubrió que las
luminarias metal-halide de 250 utilizan balastros elec-
trónicos los cuales incrementan los niveles de armónicos
, por lo tanto, la manera de mitigar estos armónic-
os es mediante ltros de estrangulamiento o un banco
de capacitores.
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REVISTA INGENIO
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes
Management proposal for the adoption of BIM in manufacturing companies
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4315 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
La adopción de BIM en el sector de la construcción ha generado en los diseñadores de proyectos la ne-
cesidad de información precisa, able y detallada sobre los componentes que utilizarán en sus modelos,
y los fabricantes de estos componentes pueden proporcionar esta información mediante catálogos de
objetos BIM. Al proporcionar esta información, es más probable que los diseñadores usen sus productos
en proyectos que aplican esta metodología, lo que genera más oportunidades comerciales. El presente
artículo propone un modelo de gestión para implementar BIM en empresas fabricantes, en el que se
consideran las recomendaciones realizadas por el Project Management Institute (PMI) en su Guía de los
fundamentos para la dirección de proyectos y, además, se propone un estándar para la creación de obje-
tos BIM que permita su interoperabilidad y garantice la calidad de la información de un catálogo BIM.
e adoption of BIM in the construction sector has generated in project designers the need for pre-
cise, reliable and detailed information about the components that they will use in their models, and
the manufacturers of these components can provide this information through object catalogs BIM. By
providing this information, designers are more likely to use your products in projects that apply this
methodology, leading to more business opportunities. is article proposes a management model to
implement BIM in manufacturing companies, which considers the recommendations made by the Pro-
ject Management Institute (PMI) in its Guide to the Fundamentals for Project Management, and also
proposes a standard for the creation of BIM objects that allow their interoperability and guarantee the
quality of the information in a BIM catalogue.
1. introducción
El modelado de información para la construcción ()
o building information modeling, es una metodología
que permite simular virtualmente cómo se verá el pro-
yecto a lo largo de su ciclo de vida, lo que permite una
planicación más precisa y una mejor ejecución [1].
trabaja bajo el concepto de interoperabilidad y permite
que el desarrollo de un proyecto se lleve a cabo de ma-
nera integrada y colaborativa entre los involucrados. Un
modelo contiene toda la información gráca y no
gráca de los componentes del proyecto, es decir, los
datos geométricos, espaciales, geográcos, así como las
especicaciones técnicas, normas de referencia, peso, li-
mitaciones, rendimientos, entre otras.
Un mejor entendimiento de la secuencia constructi-
va, manejo más eciente de la información, integración
interdisciplinar del proyecto, detección de interferen-
cias, mejor manejo de cantidades de obra y presupuesto
son, entre otros, los principales benecios de la adop-
ción y dan como resultado una mejor calidad nal
del proyecto [2]. Los proyectos , no solo se basan en
modelar un diseño, sino su verdadero concepto incluye
también análisis, fabricación, simulación, gestión, etc. [3].
Received: 20/07/2022
Accepted: 23/12/2022
BIM, fabricantes, proveedores, PMI,
gestión, objetos BIM.
BIM, manufacturers, suppliers, PMI,
management, BIM objects.
Alex Mauricio Guzmán Flores | Universidad Central del Ecuador
Mohammadfarid Alvansazyazdi | Universidad Central del Ecuador
81
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes
En consecuencia, los diseñadores requieren información
precisa, able y detallada sobre los componentes que uti-
lizarán en sus proyectos, y los fabricantes de estos compo-
nentes pueden proporcionar esta información mediante
catálogos de objetos . Al proporcionar esta informa-
ción, es más probable que los diseñadores usen sus pro-
ductos en proyectos que aplican esta metodología, lo que
genera más oportunidades comerciales.
La presente propuesta, considera los aspectos organi-
zacionales que implica la adopción de en empresas
fabricantes y proporciona una guía de cómo convertir sus
catálogos tradicionales en catálogos .
2. Método
Se propone un modelo de gestión para implementar
en empresas fabricantes, en el que se consideran las re-
comendaciones realizadas por el Project Management
Institute () en su Guía de los fundamentos para la
dirección de proyectos, . Además, se propone un
estándar para la creación de objetos , basado tanto
en el formato , tomando consideraciones del estándar
e, y la guía planteada por Bimética. La adopción de
estos estándares garantiza que la información contenida
en los objetos mantengan un nivel de calidad, sin
importar cuál sea su origen. El estándar propuesto de-
talla los fundamentos esenciales para la creación de ob-
jetos y simplica el entendimiento de los diferentes
aspectos que se deben considerar previo a entregar un
objeto [2].
La estandarización de los datos en un objeto faci-
lita la interoperabilidad del proyecto. El estándar con
mayor reconocimiento es el Industry Foundation Class
(), el cual es un estándar abierto para representar toda
la información en un modelo que se pueda intercambiar
y compartir entre soluciones de soware diferentes y vie-
ne denido por la Norma 16739, Industry Foundation
Classes for data sharing in the construction and facility
management industries [4]. Otro de los estándares más
reconocidos es el estándar de creación de objetos ,
e, el mismo que ha sido elaborado por el Instituto de
Tecnología de la Construcción de Catalunya (IteC) y se
presenta como una herramienta que facilita la interopera-
bilidad entre todos los agentes que participan en un pro-
yecto de construcción, ya sea de edicación o de obra civil
[5]. Otro estándar de amplio reconocimiento es el pro-
puesto por Bimética con su Guía de desarrollos de obje-
tos , la misma que presenta una estructura de datos y
parámetros globales combinados con diferentes concep-
tos, tales como las fases, dimensiones y niveles del
dentro de un proyecto [6].
2.1. PARA FABRICANTES
Una empresa fabricante que decida adoptar en el ca-
tálogo de productos debe considerar aspectos iniciales,
tal como se detalla en la tabla 1 (ver Tabla 1).
2.1.1. Fundamentos para la creación de contenido
El conocimiento de es imprescindible para cualquier
empresa fabricante que quiera implementar esta meto-
dología en su catálogo de productos. De acuerdo con las
normas 19650-1:2021 e 19650-2:2021, la infor-
mación debe ser generada con un propósito especí-
co, para que algún actor pueda hacer uso de ella [7]. En
consecuencia, los fabricantes que adopten deberán
digitalizar sus catálogos de productos basados en un es-
tándar que garantice que las características del producto
puedan ser correctamente interpretadas por la persona
que los utilice. Para ello, es importante denir las dimen-
siones y niveles de que se necesitan durante las dife-
rentes fases del proyecto.
Fases, dimensiones y niveles de
Fases del proyecto
Las fases de un proyecto corresponden a la línea de tiem-
po de un proyecto de construcción desde la planicación
inicial hasta su demolición. La tabla 2 describe breve-
mente cada fase del proyecto (ver Tabla 2).
Dimensiones
considera las dimensiones que se detallan en la tabla
3 (ver Tabla 3):
Niveles
Nivel de desarrollo () o Level of development, es el
criterio del cual se desprenden dos subconceptos: nivel
de geometría () y nivel de información () [8].
Niveles de desarrollo
En la tabla 4 se describen los niveles de desarrollo (ver
Tabla 4).
Niveles de geometría ()
Los niveles de geometría son descritos en la tabla 5 (ver
Tabla 5).
82
Guzmán & Alvansazyazdi
Tabla 1
Aspectos iniciales a considerar por una empresa fabricante
Productos a digitalizar
Si el fabricante tiene varias líneas de productos, se recomienda que en el desarrollo del catá-
logo , la inversión inicial sea cautelosa y avance paso a paso. Si realiza inversiones incre-
mentales, las mejoras pueden detectarse e incorporarse a la estrategia general del proyecto.
Inversión requerida y retorno
Depende de la cantidad de objetos y las variantes e idiomas de formato de soware reque-
ridos, así como el mercado al que pretende ingresar. El retorno dependerá de las metas que se
plantee la empresa, estas pueden ser: presencia en el mercado, número de descargas de los ca-
tálogos o participación directa en proyectos.
Calidad de la información
El fabricante tiene que vericar que la información contenida en el objeto sea correcta y
también tiene que vericar su usabilidad en el proyecto. Si un fabricante no realiza un control
de calidad de la información que incluye en su catálogo , no solo pierde la inversión que
ha realizado, sino que proporciona información errónea a sus potenciales clientes, lo que a la
larga conlleva un perjuicio para la empresa.
Estrategia de prescripción BIM
Una estrategia es brindar servicios de apoyo a los profesionales a través de un departamento
de soporte que ayude a los usuarios a utilizar su catálogo.
Requerimientos legales de una
biblioteca BIM
La información de los objetos puede ser legalmente vinculante para el fabricante. Por lo
tanto, es importante que los fabricantes validen la información contenida en sus bibliotecas
antes de ingresar al mercado.
Derechos de autor de una bi-
blioteca BIM
Es muy importante que los derechos de propiedad intelectual pertenezcan al fabricante, de lo
contrario el desarrollador del catálogo puede restringir el uso de la biblioteca . Los obje-
tos deben ser originales, es decir, no una copia desarrollada por un tercero o de la biblio-
teca de otro fabricante.
Responsable del desarrollo del
catálogo BIM
El responsable del desarrollo de catálogos debe ser personal capacitado. Si la empresa no
dispone de recursos internos, puede subcontratar el trabajo a empresas que se especializan en
el desarrollo de objetos .
Nota. [2].
Tabla 2
Fases de un proyecto
No.
F1 - Fase 1 Planicación y programa
F2 - Fase 2 Diseño
F3 - Fase 3 Coordinación y análisis
F4 - Fase 4 Documentos constructivos
F5 - Fase 5 Licitación
F6 - Fase 6 Construcción
F7 - Fase 7 Gestión y mantenimiento
F8 - Fase 8 Reforma/demolición y reciclaje
Nota. [6]
Tabla 3
Dimensiones
Nombre
D3 - Dimensión 3 Modelo
D4 - Dimensión 4 Construcción
D5 - Dimensión 5 Costes
D6 - Dimensión 6 Sostenibilidad
D7 - Dimensión 7 Gestión
D8 - Dimensión 8 Seguridad y salud
Nota. [6]
83
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes
Niveles de Información ()
Los niveles de información se describen en la tabla 6
(ver Tabla 6).
RELACIONES CON EL FORMATO
Todo elemento cumple una función especíca en un
proyecto y se organizan según su tipología. De acuerdo
al estándar , los datos se organizan en base a grupos
de propiedades o «Psets» (forma abreviada de property
sets) que son identicados en el esquema . La clasi-
cación de los Psets se muestra en la tabla 7 (ver Tabla 7).
OBJETOS
Los objetos se organizan por clases, tipos, elementos
y materiales y se describe en la tabla 8 (ver Tabla 8).
3. Resultados y discusión
GUÍA PARA LA CREACIÓN DE OBJETOS
Los objetos deben cumplir los siguientes requisitos
generales:
·
Los objetos deben tener como mínimo un nivel de
información 200 y lo recomendable es un 300.
·
Los objetos deben tener al menos un nivel de geo-
metría, al menos correspondiente a un medio.
·
Los objetos deben identicarse de acuerdo a la pla-
taforma de modelado para la que fueron creados.
·
El objeto se clasicará asignando la clase co-
rrespondiente.
·
Los objetos se identicarán utilizando un tipo ,
que describe un grupo de elementos que tienen carac-
terísticas comunes de sus clases . Todos los objetos
del proyecto deben pertenecer a un tipo [2].
Tabla 4
Niveles de desarrollo
Nombre Descripción
100 Geometría con información y símbolos aproximados.
200 Anteproyecto. Se identica las disciplinas de trabajo. Información aproximada.
300 Documentos constructivos. Se tiene información para comenzar tareas de presupuesto y licitaciones.
350 Coordinación. El nivel donde se conecta el mismo nivel de información en todas las disciplinas.
400 Construcción. Detalles sobre fabricación y ensamblaje de los sistemas.
500
Gestión del edicio. Contiene información sobre costos, tiempos de operación, mantenimiento, garantía y pro-
veedores de servicio.
600 Contiene información sobre desmontaje, demolición, reforma y reciclado de los materiales.
Nota. [6]
Tabla 5
Niveles de geometría
Nivel Descripción
Básico Se representa esquemáticamente el volumen que ocupa un objeto en el proyecto.
Medio Se detalla la geometría dimensional del elemento de manera simplicada.
Detallado Se representa de manera detallada todas las características geométricas del elemento.
Nota. [5].
Tabla 6
Niveles de información
Nombre Descripción
100 Información suciente para aproximar productos y sistemas constructivos. Nivel anteproyecto.
200
Información necesaria para desarrollar los documentos constructivos e iniciar procesos de licitación y pre-
supuestos.
300 Información que reúne todos los datos del proceso constructivo.
400 Información para la gestión y mantenimiento del edicio.
Nota. [6].
84
Guzmán & Alvansazyazdi
FORMATO O SOFTWARE DE DESARROLLO
Existen diferentes sowares que utilizan la metodología
. La empresa fabricante debe analizar cuál es el de
mayor adopción de acuerdo a la disciplina a la que per-
tenece su producto.
IDIOMA DE LOS OBJETOS
Esto dependerá de los países en los que pretenda distri-
buir la biblioteca y, en algunos casos, de la funcionalidad
del propio soware. Si es una estrategia global se reco-
mienda el desarrollo en el idioma inglés.
yecto [6]. El peso medio recomendado para un objeto
está entre 450 y 650 kb. [2].
CRITERIOS DE NOMENCLATURA
Los criterios de nomenclatura para un objeto se de-
tallan en la tabla 9 (ver Tabla 9).
VALORES DE LAS PROPIEDADES
· Los valores de las propiedades pueden ser:
· Ángulo (medido en grados)
· Booleano (sí /no)
· Número entero (2, 3, 4…)
· Etiqueta (texto precongurado)
· Fecha (dd/mm/aaaa)
· Número (decimales y coma separadora)
· Texto
· Los valores numéricos que se le asignen a las propie-
dades no deben contener su unidad de medida, ya
Tabla 7
Estructura property sets
No. Nombre Pset
1
2 Pset: Identidad legal
3 Pset: Ifc element
4
5 Pset: Prescripción
6Pset: Análisis
7
8 Pset: Logística
9 Pset: Gestión y mantenimiento
10 Pset: Seguridad y salud
11 Pset: Sostenibilidad y ciclo de vida
Nota. [6].
Tabla 8
Organización de los objetos
Tipos Cada uno de los grupos de elementos de un modelo estructurados de un mismo
modo y que tienen la misma forma general y propiedades principales. Cada uno de
los tipos tienen cabida dentro de una clase.
Elementos Son cada uno de los elementos que componen un proyecto y tienen información
única que los diferencian de otros elementos del mismo tipo.
Materiales Representan la materia que constituye un elemento . De acuerdo al formato ,
las propiedades mínimas que debe contener un material son: nombre, color, espesor
cada capa.
Nota. [2].
PESO DE LOS OBJETOS BIM
Un objeto es demasiado pesado, puede suponer una
carga innecesaria para todo el modelo del proyecto, lo
que reduce el rendimiento del soware y diculta el tra-
bajo de los profesionales. La importancia de un objeto
radica en la información de valor que aporta al pro-
85
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes
que esta debe estar especicada en el nombre de la
propiedad.
·
En caso de que el valor numérico no sea un número
entero, sino un número decimal, el separador de deci-
males debe estar separado con una coma.
·
El número de decimales debe limitarse al estrictamente
necesario para la adecuada interpretación de la propiedad.
·
Las propiedades deberán tener como unidad de medida
las pertenecientes al Sistema Internacional de Unida-
des, salvo las propiedades cuya unidad sea estrictamen-
te necesario expresar en otro sistema de medida.
·
Se deben utilizar las unidades del Sistema Internacional de
Unidades que estén especicadas en la normativa para cada
tipo , o en caso de que no estén normadas, se debe usar
la más apropiada para su correcto entendimiento.
·
Se declararán en milímetros las unidades de longitud
básicas que se utilicen para denir largos, anchos, es
-
pesores y profundidad.
·
Las propiedades cuyos valores sean especícos para
cada proyecto, deberán ser declarados , que quiere
decir, según proyecto.
·
Las propiedades que no sean aplicadas para un determina-
do tipo, deben ser declaradas n/a, que signica no aplica.
REQUISITOS DE INFORMACIÓN
Los requisitos de información de cada objeto están vin-
culados a la clase a la que pertenece. Una propiedad
solo puede tener una única aparición o instancia dentro de
los grupos de propiedades o Psets que denen el objeto. Si
una propiedad puede tener varias apariciones o instancias,
se incluirá en el primer Pset que sea posible contenerla se-
gún el orden establecido por el formato [5].
Para cada propiedad se da:
· El nombre en el idioma establecido
· El formato de los datos
· La unidad de medida
· Información sobre la propiedad y la obtención del va-
lor a consignar
REQUISITOS GRÁFICOS
Los objetos deben estar estructurados de tal manera
que representen su geometría dentro del modelo virtual
y deben cumplir los requisitos que se detallan en la tabla
10 (ver Tabla 10).
REQUISITOS DE USABILIDAD
Los objetos deben ser creados, de tal manera que sin
importar cuál sea el soware o la plataforma de modela-
do, cumplan parámetros que garanticen su óptima fun-
cionalidad e incorporación a proyectos elaborados bajo
la metodología [9].
·
Un objeto se crea para que funcione adecuada-
mente en la plataforma de modelado en la que se va
a aplicar.
·
La inclusión de un objeto sobre un objeto an-
trión no modicará la utilidad del objeto an-
trión, ni obstaculizará el adecuado funcionamiento del
modelo total.
·
Los objetos deben elaborarse de forma que conec
-
ten correctamente con otros objetos que forman parte
del modelo digital, de forma que la resolución cons-
tructiva sea coherente y no esté en contra de la prácti-
ca constructiva o de la normativa vigente [5].
NOMBRES DE LOS ARCHIVOS
Cada archivo tendrá un nombre único utilizando los cri-
terios de nomenclatura descritos previamente. La exten-
sión del archivo dependerá del soware para el que ha
sido creado [2].
IDENTIFICACIÓN GRÁFICA DEL OBJETO
Para identicar un objeto dentro de una librería, se
debe utilizar imágenes que representen grácamente al
elemento, para ello se puede usar imágenes ráster y en el
Tabla 9
Criterios de nomenclatura para objetos .
NOMBRE CRITERIO DE NOMENCLATURA
Forma de escritura Las descripciones de los elementos se generarán usando la forma de escritura denomina-
da «CamelCase»
Nombre del tipo [NombreTitular]_[DescripcionAbreviada]_[ProductoMaterial]_[Año/VersionPrograma]*
Nombre del material [Codigo]_[NombreMaterialBIM]_[FormaMaterial]_[(ProductoMaterial)]*
Nombre de las geometrías En los casos en que los tipos tienen diferentes geometrías es necesario dar un nombre es-
pecíco a cada variable de geometría. Por ejemplo, columnas: dimensión X x dimensión Y
Nombre de las propiedades Se debe especicar su unidad de medida sin superíndices o subíndices y se la colocará a con-
tinuación del nombre separada por un guion bajo. Por ejemplo: Peso_(kg)
Nota. [2].
86
Guzmán & Alvansazyazdi
caso de materiales , se puede utilizar una imagen que
represente su supercie o textura.
TRANSMISIÓN Y ENTREGA DE OBJETOS
Previo a la publicación en una biblioteca web de objetos
, se debe entregar los siguientes contenidos:
·
: el archivo de plataforma de modelado. El obje-
to .
·
: documento de instrucciones del objeto en forma-
to , en el que se debe precisar el alcance del objeto,
su funcionalidad y sus instrucciones para el modelado.
· : identicación gráca del objeto.
·
: cha técnica del objeto, que debe ser presentado
en formato xls.
PROPUESTA DE GESTIÓN PARA LA ADOPCIÓN DE
EN EMPRESAS FABRICANTES
La propuesta de gestión considera las recomendaciones
realizadas por el Project Management Institute () en
su Guía de los fundamentos para la dirección de proyectos,
. El uso de esta guía incrementa la posibilidad de
éxito del proyecto, además, ayuda a denir el modelo de
gestión a emplearse en cada una de las fases del proyecto,
así como a estructurar el plan de trabajo y dene proce-
sos de evaluación, control y monitoreo.
INICIO DEL PROYECTO
Los proyectos requieren un proceso de iniciación formal,
en esta etapa es importante identicar al patrocinador, al
director y a los interesados del proyecto.
IDENTIFICACIÓN DE LOS INTERESADOS
Los interesados de un proyecto son todos quienes se ven
afectados de manera directa o indirecta por su desarrollo
[10]. En la tabla 11 se han identicado a los interesados
en un proyecto de adopción en empresas fabrican-
tes, en la que se ha incorporado la importancia e interés
de los mismos y el estilo de dirección requerido con cada
uno de ellos para una adecuada gestión de las expectati-
vas (ver Tabla 11).
DEFINICIÓN DEL TRABAJO
Se determinan los objetivos, el alcance, el método de im-
plementación, el presupuesto y los plazos.
Tabla 10
Requisitos grácos de los objetos
Geometría general del
elemento constructivo que
representa
Los objetos deben ser representados en escala 1:1
Los objetos tendrán geometría paramétrica proporcionada por sus clases correspondientes.
Se debe representar las dimensiones y se debe denir los puntos adecuados para la correcta in-
serción del elemento en el modelo virtual.
Las dimensiones deben ser declaradas en milímetros.
Forma y dimensiones
El objeto debe ser modelado de tal manera que se pueda visualizar los detalles y el contor
-
no del mismo. Es decir, se deben aprecias aberturas, vacíos o demás particularidades que tenga
el elemento con el n que el elemento represente de manera adecuada las características de
forma del elemento.
Escalas de representación
previstas
Los objetos deberán ser creados de tal manera que permitan su representación gráca en
modelos 2D, 3D y que puedan ser visualizados en escalas 1:20, 1:50 y 1:100.
Símbolos
Se permite utilizar símbolos o íconos en los objetos cuando sea necesario detallar conceptos
adicionales a su forma y geometría, como, por ejemplo, echas para representar sentidos de ujo.
Límites espaciales
En los objetos que se precise detallar el espacio en los que inuye su desempeño, o el nece-
sario para su instalación y mantenimiento, se debe detallar un entorno 2D O 3D que lo delimite,
como, por ejemplo, el espacio que cubren los rociadores antiincendios o el espacio que ilumi
-
nan las lámparas.
Materiales y supercies
De acuerdo al formato , los materiales deben estar representados con colores pertenecientes
a la escala . Además, se debe denir las transparencias que se consideren adecuadas a las ca-
pas del objeto. En el soware de modelado también se pueden añadir texturas e imágenes rás-
ter que sean útiles para la mejor visualización de los objetos en el modelo virtual del proyecto.
Conexiones y relaciones con
otros elementos
Acorde al nivel de detalle que se requiera, los objetos pueden tener conexiones o estar rela-
cionados a otros. Por ejemplo, tuberías y accesorios.
Nota. [2].
87
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes
OBJETIVOS DEL PROYECTO
· Desarrollar un catálogo de objetos de calidad
·
Adaptar a la empresa a los procesos de la implemen-
tación de
·
Desarrollar un plan de marketing para posicionar los
productos en el entorno
· Denir procesos de evaluación, control y seguimiento
de todos los procesos de gestión de proyecto
ALCANCE DEL PROYECTO
El alcance según la etapa del proyecto se detalla en la ta-
bla 12 (ver Tabla 12).
ESTIMACIÓN DE LA DURACIÓN
En la tabla 13 se propone un ejemplo de estimación del
tiempo de duración del proyecto (ver Tabla 13).
ESTIMACIÓN DEL COSTO
En la gestión de costos, la empresa fabricante debe iden-
ticar todos los aspectos en los que se deberá invertir du-
rante el ciclo de vida de proyecto. Estos aspectos pueden
ser: talento humano capacitado, equipos de cómputo, li-
cencias de soware, estrategias de marketing, digitaliza-
ción del catálogo, entre otros. Un ejemplo de los costos
que deben estimarse para la adopción de se muestra
en la tabla 14 (ver Tabla 14).
El costo de digitalización de un catálogo depende de
factores como: el soware de desarrollo, idioma, cantidad de
líneas y variantes para cada producto, además, se debe ana-
lizar si se cuenta con recursos propios para realizar la digi-
talización o si existe la necesidad de exteriorizar el trabajo.
Tabla 11
Interesados del proyecto
CATEGORÍAINTERESADO INFLUENCIA INTERÉS ESTILO DE DIRECCIÓN
Patrocinador Gerente general Alta Alto
Son los interesados más importantes para el
proyecto. Estos individuos y grupos deben
manejarse muy de cerca y mantenerse plena-
mente involucrados en el proyecto. El equi-
po debe hacer los mayores esfuerzos para
satisfacer sus necesidades.
Director del pro-
yecto
Ingeniería de proyectos Alta Alto
Equipo del pro-
yecto
Gerencia técnica Alta Alto
Gerencia de calidad
Gerencia comercial
Jefe de diseño y proyectos Media Alto
Jefe de sistemas
Adquisiciones
Jefe de producción y manteni-
miento
Personal de ventas
Colaboradores internos
Proveedor Proveedores de servicios Alta Alto
Clientes Distribuidores y ferreterías Media Alto
Empresas constructoras
Ingenieros civiles
Arquitectos
Personas naturales
Gobiernos locales
Financiamiento Entidades bancarias Baja Bajo
Estos individuos y grupos deben ser mane-
jados de cerca para asegurarse de que se sa-
tisfacen sus necesidades, pero se debe evitar
hacerlo de manera excesiva.
Terceros Competencia local Baja Bajo
Competencia regional
Mercado local
Mercado regional
Cámaras y colegios
Sociedad
Nota. [2].
88
Guzmán & Alvansazyazdi
ROLES Y FUNCIONES DEL EQUIPO DE TRABAJO
Las responsabilidades de cada miembro del equipo de
trabajo se observan en la tabla 15 (ver Tabla 15).
PLAN DE DIRECCIÓN DEL PROYECTO
Las principales actividades que conlleva la gestión del
proyecto de adopción en una empresa fabricante se
detalla en la tabla 16 (ver Tabla 16).
INDICADORES DE GESTIÓN
Los indicadores de gestión ayudan al director a compren-
der el estado del proyecto, realizar un seguimiento del
progreso y realizar ajustes en el curso del proyecto [11].
Los indicadores de gestión se utilizan para garantizar que
se cumplan los objetivos del proyecto y que el proyecto
esté encaminado. En la tabla 17 se plantean indicadores
que pueden aplicarse en un proyecto de adopción
(ver Tabla ).
Las empresas fabricantes de insumos de la construc-
ción son un eslabón muy importante en la cadena de su-
ministro de cualquier proyecto civil, por ese motivo se
vuelve indispensable la digitalización de sus productos
para que puedan ser utilizados en los modelos virtuales
que desarrollan los diseñadores de proyectos. De esta ma-
nera los fabricantes generan mayores oportunidades de
negocio a la vez que mejoran la reputación de su marca
al estar en la vanguardia tecnológica que la industria de
la construcción requiere.
Tabla 12
Alcance del proyecto
Inicio Propuesta de proyecto
Presupuesto referencial
Validación del proyecto
Prefactibilidad nanciera
Plan de gestión
Planicación Análisis de productos a digitalizar
Formato o Soware de desarrollo
Conformación del equipo de trabajo
Idioma de los objetos
Estimación del presupuesto
Estimación del cronograma
Gerencia de proyecto
Ejecución Generación de información de los productos
Selección de proveedores
Digitalización del catálogo
Recepción de entregables
Control de calidad de información gráca
Control de calidad de información no gráca
Control de calidad de la información
Inclusión en librerías
Registro de derechos de autor de objetos
Implementación de las estrategias de marketing
Monitoreo y Control Control de calidad
Reporte de descargas
Reporte de ventas generadas
Nivel de satisfacción de los usuarios
Actualización de información
Cierre Lecciones aprendidas
Reporte de descargas del catálogo
Reporte de ventas generadas a partir de la prescripción del producto en proyectos
Nota. [2].
89
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes
Es importante que la implementación de la metodología
en empresas fabricantes de insumos de la construc-
ción se la realice considerando los principios que están
delineados en la Guía de fundamentos para la Dirección
de Proyectos del Project Management Institute, ya que
así se puede establecer un plan de gestión en el que se
consideren todas las áreas que están implicadas en el de-
sarrollo del proyecto.
4. Conclusiones
Se propone un modelo de gestión para implementar la
metodología en empresas fabricantes, considerando
los lineamientos que recomienda el Project Management
Institute en la guía del en sus sexta y séptima edi-
ciones y se detalla un plan de dirección del proyecto en
el que se determinan responsables, actividades, tiempos
de ejecución y se establecen estrategias que permiten al
director del proyecto, tener una comprensión clara del
alcance y del tiempo de trabajo y detectar posibles con-
ictos, incluso antes de que comiencen.
La Guía para la creación de contenido detalla los
requisitos generales de información que tienen los ob-
jetos para garantizar interoperabilidad y proporcio-
nar una estructura de datos able. La información gráca
comprende: geometría general del elemento constructivo
que representa, forma y dimensiones, escalas de represen
-
tación previstas, símbolos, límites espaciales, materiales y
supercies, conexiones y relaciones con otros elementos.
Figura 1
Estimación de la duración del proyecto.
12345678910 11 12
Plan de trabajo
Presupuesto referencial
Plan de gestión
Cotizaciones
Contratación de profesional BIM
Selección de proveedor de servicios BIM
Fichas técnicas de los productos
Fotografías de los productos
Archivo de plataforma de modelado (objeto BIM)
Documento de instrucciones del objeto en formato PDF
Identificación Gráfica del Objeto
Registro en librerías BIM
Invitaciones a eventos BIM
Reporte de control de calidad
Reporte de asistencia eventos BIM
Reporte de descargas
Reporte de ventas generadas
Monitoreo y
control
Durante todo
el proyecto e
indefinido
MES
ENTREGABLES
10
2
1
DURACIÓN
(MESES)
FASE
Inicio
Planificación
Ejecución
Nota. [2].
Tabla 14
Estimación de costos del proyecto
Actividad Descripción
Contratación de personal Salario de un ingeniero civil modelador
Licencias de soware Costo de la licencia del soware elegido
Hardware Ordenadores
Digitalización Depende del número de líneas de producto y variantes a digitalizar.
Capacitación Capacitación departamento técnico
Capacitación personal de ventas
Marketing Eventos
Publicación en librerías
Gastos administrativos
Publicidad en medios
Nota. [2].
90
Guzmán & Alvansazyazdi
Tabla 15
Responsabilidades del equipo del proyecto
CATEGORÍA INTERESADO RESPONSABILIDADES
Patrocinador Gerente general Financiamiento del proyecto
Autoridad y responsabilidad mayor en el proyecto
Dirección y visión de alto nivel
Aprobación de solicitudes de cambios
Director del Proyecto Ingeniería de proyectos
Gestionar el plan de trabajo a n de garantizar que las tareas nece-
sarias sean asignadas y completadas en el período de tiempo, en el
tiempo establecido y con el presupuesto disponibles.
Equipo del Proyecto Gerencia técnica
Coordinar la generación de información gráca y no gráca para la
elaboración de objetos
Gerencia de calidad
Controlar la calidad de información generada durante todo el proyecto
Gerencia comercial Poner en marcha la estrategia comercial
Jefe de diseño y proyectos
Trabajar en conjunto con el director del proyecto para la implemen-
tación de procesos
Jefe de sistemas
Publicación de librerías en el portal empresarial y portales de
servicios
Adquisiciones Mantener el control de compras de soware, hardware y servicios
Jefe de producción Colaborar en la implementación de procesos
Personal de ventas Utilizar el catálogo como herramienta de ventas
Colaboradores internos Colaborar en el proyecto.
Proveedor de servicios
Proveedores de Servicios
Digitalización de catálogos
Fuente: [2]
Tabla 16
Plan de gestión para la adopción de en empresas fabricantes
o
Vericar cumplimiento de las actividades en el tiempo establecido
Evaluar el progreso del proyecto y vericar que el proyecto avanza de acuerdo con el plan de
trabajo
Vericar continuamente que el presupuesto esté alineado con el cronograma del proyecto
Identicar imprevistos que intereren con la ejecución del proyecto
Si los cambios en el plan de trabajo son necesarios implementarlos en el tiempo, el costo y el
alcance
1.Biblioteca : desarrollo de un catálogo de calidad
2.Difusión: difusión de la biblioteca en plataformas y medios especializados
3.Promoción: promocionar de la marca en entornos especializados
4.Servicios: ofrecer servicios técnicos para participar en proyectos
5.Captación: captar datos de profesionales y proyectos para generar oportunidades de
ventas
6.Prescripción: prescripción directa de los productos en proyectos
7.Networking: alianzas con otros fabricantes de productos para presentar soluciones conjuntas
e Identicar solicitud de cambio de alcance
Determinar el impacto de la solicitud
Informar al Patrocinador
Agregar trabajo y costo incremental al cronograma
Documentar y comunicar
91
Propuesta de gestión para la adopción de BIM en empresas fabricantes
o Identicar todos los riesgos potenciales
Analizar los riesgos utilizando técnicas cualitativas por probabilidad e impacto
Analizar los riesgos utilizando técnicas cuantitativas por calendario, esfuerzo y costos
Establecer un plan de gestión del riesgo que los administre de manera exitosa
Monitoreo y control de riesgo
s Denir el proceso de adquisiciones
Denir requisitos para gestionar la contratación de los recursos necesarios
Roles y responsabilidades
Identicar las necesidades de contratación
Identicar los plazos y costos de los recursos solicitados
Establecer los procesos a manejar con los proveedores
d
Para asegurarse que los entregables del proyecto sean de calidad se consideran los siguien-
tes aspectos:
Revisión de productos nales
Inspecciones periódicas de todos los entregables del proyecto
Vericar la información que se ha colocado en el catálogo
Métricas para el producto
Se debe establecer indicadores que permitan medir el nivel de calidad de los objetos
Pruebas de calidad técnicas para vericación del cumplimiento de los estándares de calidad.
Tabla 17
Indicadores de gestión
TIPO INDICADOR FÓRMULA DESCRIPCIÓN
Tiempo
Predictibilidad de
tiempo
Precisión de la estimación de la programación
comparada a la duración real del proyecto
Tiempo por unidad Tiempo promedio por unidad producida
Tiempo por defecto
Tiempo promedio gastado para recticar/re-
hacer defectos y errores
Atrasos
Porcentaje de actividades completadas sin
atraso
Número de objetos
Número de objetos creados por semana
Input de datos Número de entradas de datos no geométricos
por semana
Tiempo de modelado
Cantidad de de modelado por línea de pro-
ducto
Costo
Predictibilidad de
costo
Precisión de la estimación de costos compara-
da a costos reales del proyecto
Sobrecosto
Costo de modicaciones de proyecto como %
de costos del proyecto
Costo por defecto Costo de mano de obra y materiales para rec-
ticar/rehacer defectos y errores.
Implementación
Presupuesto para implementación de en
relación al presupuesto total de inversión en
tecnología
92
Guzmán & Alvansazyazdi
Ganancias
Contribución de ne-
gocio
Porcentaje ventas totales de proyectos en
relación a ventas totales
Licitaciones ganadas Porcentaje de licitaciones ganadas
Calidad Deciencias
Número de warnings (advertencias) en rela-
ción con el número de objetos
Consistencia de do-
cumentos
Porcentaje de inconsistencias en documentos
en relación con el número de objetos
Modificaciones de
proyecto
Impacto porcentual de modicaciones de pro-
yecto en el costo total
Efectividad de mo-
delado
Número de operaciones de modelado en rela-
ción con el total de objetos
Nota. [2].
La información paramétrica de cada objeto está vincu-
lado a la clase a la que pertenece. En función de si
el objeto es genérico o industrial contendrá los Pset
que recomienda el estándar .
La estructura de la información de los objetos
deben mantener relación con los property sets estable-
cidos en el formato (Industry Foundation Classes),
un estándar común para el intercambio de datos en la in-
dustria de la construcción que permite compartir infor-
mación independientemente de la aplicación de soware
que se esté utilizando.
Las estrategias empresariales de una empresa fabri-
cante que quiere implementar a su catálogo de pro-
ductos no se basa únicamente en la digitalización, además
de aquello es importante plantear estrategias, tales como
la gestión de la calidad de la información que es compar-
tida en sus objetos , la difusión y promoción del ca-
tálogo en plataformas y medios especializados, ofrecer
servicios técnicos de asesoría a los usuarios, capacita-
ción constante al departamento técnico y al departamen-
to de ventas para que puedan utilizarlo como herramienta
para poder aumentar las oportunidades de negocio de la
empresa y cumplir los objetivos del proyecto.
Un director de proyecto tiene a su disposición una va-
riedad de indicadores de gestión que utiliza para tomar
decisiones informadas sobre el proyecto. Los indicadores
de gestión pueden ayudar al director a comprender el es-
tado del proyecto, realizar un seguimiento del progreso y
realizar ajustes en caso de ser necesario.
referencias
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modeling () for existing buildings, 2014, pp. 109-127.
[2] A. Guzmán, Modelo de gestión para la implementa-
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2015.
REVISTA INGENIO
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón de alta
resistencia (55 MPa) frente al acero de refuerzo convencional grado 60 y hormigón f ’c
28MPa en un edicio de hormigón armado de 18 pisos
Inuence on structural design of grade 80 reinforcing steel and high strength concrete (55 M Pa)
versus conventional grade 60 reinforcing steel and f’c 28M Pa concrete in an 18-story reinforced
concrete building
Sofía Pineda | Escuela Politécnica Nacional , Ecuador
Sebastián Villafuerte | Escuela Politécnica Nacional , Ecuador
María Belén Correa | Escuela Politécnica Nacional , Ecuador
Alejandro Machado | Escuela Politécnica Nacional , Ecuador
Luis Hernández | Escuela Politécnica Nacional , Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i1.4229 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
c 55 MPa) y refuerzo de alta resistencia (grado 80), frente al hormigón f’c 28
MPa y varillas grado 60, en edicios de mediana altura con sistema dual. Ambas propuestas de diseño se
localizan en el centro norte de Quito. Estas son comprendidas por 18 pisos de elevación y 4 subsuelos,
destinados a departamentos habitacionales y locales comerciales. La Norma Ecuatoriana de la Construc-
ción sustentada en el ACI, establece las bases fundamentales y parámetros para su diseño, partiendo de
su predimensionamiento, seguido de la modelación, análisis estructural y nalizando con su diseño hasta
la denición de planos estructurales. Haciendo uso de soware de modelación estructural, se aplican tres
importantes análisis a estas edicaciones: lineal estático, dinámico y pushover; vericando así su compor-
tamiento frente a las cargas verticales y laterales a las que se ven sometidas y la resistencia de sus diferentes
elementos. Una vez detallados los planos estructurales, se procede a la cuanticación del volumen del con-
creto y peso de las varillas de refuerzo con su debido análisis de precios unitarios para establecer los pre-
supuestos de cada propuesta. Finalmente, todos los resultados son recopilados y analizados, tanto a nivel
estructural como económico, con el n de evaluar la inuencia de los materiales de alta resistencia respecto
a los convencionales, deniendo los pros y contras de ambas propuestas de diseño.
e implementation of materials with higher resistance in the construction industry oers important
advantages, not only in the behavior of the infrastructure but in the economy of large civil works as
well. is project pretends to study the inuence of concrete (f’c 55 MPa) and reinforced steel (Grade
80) of high resistance in contrast with the commonly used, concrete (f’c 28 MPa) and reinforced steel
(Grade 60), in buildings of reinforced concrete and medium size, formed by a dual system. e develo-
ped edications under both proposals are in the north center of Quito city. ey have 18 elevated oors
and 4 underground-oors, that are destined for residential apartments and businesses. e Ecuadorian
regulations of Construction based on the ACI, establish the fundamental basis and parameters for the
design of the elements that conform to the infrastructure, starting from the pre-sizing, followed by the
modelling, structural analysis, and nalizing with the design with the dened structural plans. Using
structural modeling soware, there are applied three important analyses to these edications: linear
static, linear dynamic, and non-linear static (pushover); which allows verifying its behavior under the
gravitational and lateral loads to which they are subjected and the resistance of their dierent elements.
Once the structural plans are detailed, it is proceeded to quantify the concrete and the reinforced steel
with its respective analysis of unitary prices, allowing the establishment of budgets for each proposal.
Finally, all the results are retrieved and analyzed, both structurally and economically, with the purpose
of evaluating the inuence of the materials of high resistance in contrast with the conventional, dening
the pros and cons of both design proposals.
Received: 09/11/2022
Accepted: 06/01/2023
Hormigón armado, alta resistencia, siste-
ma dual, propiedades mecánicas.
Reinforced concrete, high resistance,
dual system, mechanical properties.
La implementación de materiales con mayores resistencias en el medio constructivo ofrece importantes
ventajas a nivel estructural y económico en obras civiles de gran magnitud. Este artículo pretende estudiar
la inuencia del concreto (f’
95
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón de alta resistencia (55 MPa) frente al acero de
refuerzo convencional grado 60 y hormigón f ’c 28MPa en un edicio de hormigón armado de 18 pisos
1. introducción
Alrededor del mundo se han implementado hormigones
de alta resistencia en la construcción de edicaciones de
mediana y gran altura, especialmente en zonas sísmicas.
Esto debido a que su rendimiento ante altas compre-
siones permite una reducción notable de los elementos
verticales, lo cual conlleva una supercie útil mayor en
el edicio, cuanticaciones menores, por ende, menores
pesos propios [1].
Por otro lado, la especicación A706 para ace-
ro de refuerzo cubría únicamente varillas de grado 60,
pero a partir de 2009, debido a la necesidad de elevar la
resistencia a uencia en áreas sísmicamente activas, se in-
cluyó requisitos para varillas designadas como grado 80,
ayudando a reducir el congestionamiento del refuerzo y
mejorar la capacidad de construcción, especialmente en
estructuras sismorresistentes [2].
La implementación de materiales como el acero de re-
fuerzo y el hormigón de alta resistencia, en la construc-
ción de edicios de concreto armado diseñados bajo un
sistema dual, podría representar un mejor desempeño es-
tructural ante estados de carga gravitacionales y laterales,
ofreciendo a la estructura mayor ductilidad y optimizan-
do sus secciones.
En virtud de lo mencionado, el trabajo a desarrollar
busca una alternativa en la implementación de materiales,
como el hormigón y el acero de refuerzo de alta resisten-
cia en un mismo edicio, en sustitución a los convencio-
nales, brindando benecios a la estructura, además de
cumplir con las necesidades y solicitaciones para su buen
desempeño, teniendo como antecedentes los análisis desa-
rrollados para ambos materiales, hormigón por [3] y [4].
1.1. DESARROLLO
1.1.1. Clasicación del hormigón y el acero de refuerzo
Una de las propiedades mecánicas del hormigón es la re-
sistencia a la compresión, a partir del cual se lo clasica
en hormigón de alta resistencia, con un valor f’c mayor
a 50 MPa y hormigón convencional, f`c de 10 a 50 MPa.
Existe también hormigones de ultra alta resistencia que
pueden llegar a compresiones superiores a los 100 MPa.
En la gura 1 podemos observar que a medida que
aumenta la resistencia a compresión del hormigón, su de-
formación al alcanzar el f’c va disminuyendo respecto a
0,003, para hormigones convencionales (ver Figura 1).
Asimismo, el acero de refuerzo se clasica de acuer-
do con su composición química, a mayor porcentaje de
carbono, mayor esfuerzo de uencia, con lo cual se de-
ne el acero grado 80 con fy de 550 MPa y el acero grado
60 con fy de 420 MPa.
En la gura 2 se puede apreciar que, a mayor grado,
aunque el acero aumenta su esfuerzo de uencia, tiende
a disminuir su comportamiento plástico (ver Figura 2).
1.1.2. Análisis estructural para un sistema dual
Para que un sistema estructural se considere dual, se re-
quiere que los muros absorban al menos el 75 % del corte
basal en cada dirección [6].
Dada la obligatoriedad del diseño basado en fuerzas
() de acuerdo con la se aplican los análisis:
estático lineal, dinámico lineal [6] y pushover.
El análisis estático lineal ignora fuerzas inerciales y de
amortiguamiento y considera que las cargas obedecen a
la ley de Hooke. Este análisis parte del espectro de dise-
ño en aceleraciones.
El análisis dinámico lineal o espectral, a diferencia del
estático, únicamente considera la linealidad. Este puede
ser desarrollado tanto por el espectro de respuesta elástico
de aceleraciones o construir el espectro a partir de las cur-
vas de peligro. En estructuras irregulares, el cortante basal
dinámico debe ser mayor al 85% del cortante basal está-
tico. Además, su masa modal acumulada debe compren-
der al menos el 90% de la masa total de la estructura [6].
El pushover tiene como n establecer el daño real del
edicio, el cual se determina por medio del punto de des-
empeño. Este representa la respuesta máxima del edicio
ante la acción sísmica a la que está sometida la estructura.
En la gura 3, se puede observar la obtención del punto
de desempeño, representado como la intersección del es-
pectro de capacidad y el espectro de demanda.
El espectro de capacidad se determina a partir de la
curva de capacidad por medio de su linealización equiva-
lente. Esta curva está en función de la fuerza y el despla-
zamiento, cuando esta pierde su linealidad entra al rango
plástico, es decir, que los elementos han uido, generan-
do rótulas plásticas, con lo cual se disminuye la rigidez
en la estructura. El espectro de demanda resulta de la re-
ducción del espectro de aceleración de respuesta (ver Fi-
gura 3).
Es así que, mediante las rótulas plásticas generadas
en el punto de desempeño, se evalúa la integridad física
de la estructura [7].
1.1.3. Inuencia de las propiedades del material en el pre-
dimensionamiento de elementos estructurales
Al mejorar las propiedades de los materiales, se espera-
ría que la estructura requiera menores secciones en el
proceso de prediseño, sin embargo, se ha observado que
no es así en todos los casos, por lo que se especica el
96
Pineda S., et al.
siguiente:
La altura mínima de una viga corresponde al mayor
valor entre las condiciones dadas en la tabla 9.3.1.1 de la
. Sin embargo, para un esfuerzo de uencia (fy) dife-
rente de 420 MPa, la altura obtenida debe ser multiplica-
da por la expresión especicada en el apartado 9.3.1.1.1
de la [8]. Mientras que, la expresión para determinar
la altura mínima de la losa está en función de fy, [8] a ma-
yor esfuerzo de uencia, mayor altura.
En el prediseño de las secciones de columnas la resis-
tencia axial se obtiene mediante la expresión denida en
el apartado 22.4.2.2 de la , [8] donde la resistencia a
compresión del hormigón (f’c) y fy son directamente pro-
porcionales, por lo que al mejorar estas propiedades se ge-
neran menores secciones.
Por otro lado, la tabla 11.3.1.1 de la establece el es-
pesor mínimo de muros de corte, [8] en donde no incide
ninguna propiedad del material.
1.1.4. Inuencia de las propiedades del material en el
diseño de elementos estructurales
El diseño de los diferentes elementos estructurales se
basa en la normativa vigente, 318 - 19 y .
La tabla 1 presenta una recopilación de las expresiones
en función de f´c y fy, denotando que fy es indirecta-
mente proporcional y f’c directamente proporcional al
requerimiento de acero, mientras que, respecto a la de-
terminación de la resistencia, ambas propiedades son di-
rectamente proporcionales (ver Tabla 1).
Figura 1
Curva esfuerzo-deformación para hormigones de diferentes re-
sistencias
Figura 2
Curva esfuerzo-deformación para aceros de diferentes grados
Nota. [5].
Figura 3
Representación del punto de desempeño
Nota. [5].
Nota. [5].
97
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón de alta resistencia (55 MPa) frente al acero de
refuerzo convencional grado 60 y hormigón f ’c 28MPa en un edicio de hormigón armado de 18 pisos
Tabla 1Tabla 1 Recopilación de expresiones de la Recopilación de expresiones de la 318 - 19 para el diseño de elementos en función de f’c y fy 318 - 19 para el diseño de elementos en función de f’c y fy
FLEXIÓN CORTE TORSIÓN AXIAL
LOSA Acero mínimo
fy<420 MPa
0.0020Ag
fy≥420 MPa Mayor valor de:
Resistencia nominal a corte
atribuida por el concreto
VIGA Acero mínimo
Cuantía máxima
ρmáx≤0.025 (Grado 60)
ρmáx≤0.020 (Grado 80)
Acero máximo
Asmáx=0.75ρb bw d
Cuantía balanceada
Valor para la distribución rec-
tangular
homóloga de esfuerzos en el
hormigón
Momento nominal
Momento probable
Resistencia nominal a corte
atribuida por el concreto
Resistencia nominal a corte
atribuida por el refuerzo a corte
Separación en la zona crítica de
connamiento
Grado 606 Varilla más pequeña
Grado 805 Varilla más pequeña
Umbral de torsión
Revisión Geométrica
Acero de refuerzo transversal
Acero de refuerzo longitudinal
Refuerzo transversal mínimo
Refuerzo longitudinal mínimo
COLUMNA Cuantía mínima
ρmin=(1% a 3%)f´c.Ag
Acero de refuerzo transversal mínimo,
con f’c < 70 MPa, mayor valor entre:
Resistencia nominal a corte atribuida
por el concreto
Resistencia
Axial Nominal
MURO
Cuantía mínima en toda la sec-
ción
del muro
Refuerzo distribuido en el
alma no puede
ser inferior a 0.0025, a menos
que:
Cortante nominal
Vn=(αc*λ*√(f’ c) +ρt*fy)*Acv
Un muro requiere de cabezales
sí satisface la condición
σ>0.2*f’c.
Resistencia nominal a corte atribuida
por el concreto
98
Pineda S., et al.
1.1.5. Inuencia de las propiedades del material en los de-
talles de refuerzo
Los detalles de refuerzo son necesarios para mantener
la losofía de sismorresistencia. En la tabla 2, se analiza
la longitud de desarrollo tanto a tracción como a com-
presión, representando la relación fy sobre la raíz de f’c,
donde f’c es inversamente proporcional a la longitud cal-
culada, mientras que fy es directamente proporcional.
Por otro lado, en la longitud de empalme por traslapo a
compresión incide fy, de tal manera que a mayor fy ma-
yor longitud de empalme (ver Tabla 2).
2. Método
Se procede a la modelación de dos edicaciones de hor-
migón armado bajo una misma conguración, implan-
tadas en el centro norte de la ciudad de Quito, en el cual
de acuerdo con Aguiar el suelo presenta una taxonomía
de perl tipo «D» [9].
El edicio está conformado por 18 pisos y 4 subsue-
los, destinados a locales comerciales y viviendas con una
altura de entrepiso de 3 metros (ver Figuras 4, 5 y 6). Este
está congurado por un sistema dual, vigas descolgadas
y losas nervadas.
La propuesta arquitectónica está conformada por una
planta simple y regular, destinada principalmente a vi-
vienda, donde cada piso cuenta con 4 departamentos y
la planta baja con 4 locales de uso comercial. El edicio
consta de 18 pisos y 4 subsuelos, con una supercie cons-
tructiva de 530.00 m2 y 975,28 m2, respectivamente. Se
destina tres metros para la altura de entrepiso, alcanzan-
do el nivel N+54,00 y una profundidad al nivel N-12,00.
La mayor distancia entre ejes corresponde a 6 metros, en
la dirección y – y, y 7 metros en la dirección x – x.
La carga muerta y viva empleadas se detallan en las
tablas 3 y 4, donde los valores de la carga muerta se de-
terminaron en función de la conguración arquitectóni-
ca y la carga viva se tomó de la [10] (ver Tablas
3 y 4).
2.1. ESTIMACIÓN DE CARGA SÍSMICA
Parte del procedimiento del diseño basado en fuerzas es
la estimación de carga sísmica, la cual está establecida en
la [6] y se especica en la gura 7, obteniendo
así, un cortante basal del 8,1% del peso reactivo de la es-
tructura para ambas direcciones (ver Figura 7).
2.2. MODELAMIENTO ESTRUCTURAL Y ANÁLISIS LINEAL
Con el n de obtener el comportamiento óptimo del edi-
cio al aplicar un análisis lineal y no lineal se adoptaron
las secciones presentes en la tabla 5. Para el análisis se
considera como modelo convencional aquel que tiene las
propiedades f’c 28MPa y acero grado 60, y modelo de
alta resistencia, aquel que tiene propiedades f’c 55MPa y
acero grado 80 (ver Tabla 5).
El modelamiento fue desarrollado en el software
siguiendo el diagrama de ujo mostrado en la gu-
ra 8. Para un correcto modelamiento y análisis es esencial
tomar consideraciones como: el módulo de elasticidad, el
CONEXIÓN
VIGA - CO-
LUMNA
Fuerza a tensión por el acero para
evaluación del cortante horizontal
T=As.α.fy
Fuerza cortante nominal
Tabla 2
Recopilación de expresiones de la 318 - 19 para detalles de refuerzo en función de f’c y fy.
LONGITUD DE DESARROLLO EMPALMES POR TRASLAPO
COMPRESIÓN
TRACCIÓN
99
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón de alta resistencia (55 MPa) frente al acero de
refuerzo convencional grado 60 y hormigón f ’c 28MPa en un edicio de hormigón armado de 18 pisos
Figura 4
Planta tipo para departamentos
Figura 5
Planta tipo para almacenes comerciales
Tabla 3
Estimación de carga muerta
ELEMENTOS PESO [T/m2]
Bloques de losa 0,08
Mampostería 0,13
Acabados e instalaciones 0,20
Carga muerta 0,41
Carga muerta subsuelos y cubierta 0,28
Tabla 4
Carga viva de acuerdo con la
OCUPACIÓN CARGA VIVA [T/m2]
Almacenes/ Restaurantes 0,48
Residencias multifamiliar 0,20
Garaje 0,20
Cubierta accesible 0,48
Cubierta inaccesible 0,07
Escaleras y rutas de escape 0,48
100
Pineda S., et al.
cual se determinó mediante la expresión propuesta por
Alejandro en 2014, desarrollada de acuerdo con la calidad
de materiales en la ciudad de Quito; [11] los factores de
agrietamiento sobre las inercias de los elementos estruc-
turales; las combinaciones de carga y los índices máximos
de deriva para hormigón armado (ver Figura 8).
Para la aplicación de los análisis lineales se debe de-
nir los respectivos casos de carga en cada dirección. En el
análisis estático lineal se dene el coeciente de corte en
función del peso reactivo, por otra parte, el análisis diná-
mico lineal parte de la denición del espectro de respuesta.
2.3. ANÁLISIS NO LINEAL PUSHOVER
Una vez analizado el comportamiento de la estructura y
anado el diseño, se da paso a la ejecución del pushover.
Para ello se dene cargas gravitacionales no lineales, que
resulta de la combinación de carga muerta y viva afecta-
da por un factor de escala 1.1 según la 41-17 [12].
A partir de este caso, se dene el caso de carga no lineal
«pushover» en la dirección dominante del primer modo
de vibración. Para denir el control de desplazamiento
se detalla la magnitud, 4% de la altura en elevación, y el
punto de monitoreo, siendo el centro de gravedad del úl-
timo piso en la dirección del primer modo de vibración.
Se asigna rótulas plásticas al 5% y 95% de la longitud
en los diferentes elementos de hormigón armado, de-
niendo su tipo y grado de libertad en el que se desempe-
ña. Estos porcentajes representan la altura efectiva de la
sección hasta dos veces su valor en la longitud del elemen
-
to, al denirse esta como la zona crítica de connamien-
to para elementos de hormigón armado.
Finalmente, se ejecuta el pushover en «x» y «y». Don-
de sus resultados grácos se obtienen a partir de la linea-
lización equivalente proporcionada por el 440 [13].
3. Resultados y discusión
A continuación, se presentan los resultados de los dife-
rentes análisis y diseños desarrollados, los cuales fueron
procesados a n de exponer en el presente apartado ta-
Figura 6
Vista en elevación de la edicación de Cumbayá
Figura 7
Estimación de carga sísmica
Tabla 5
Secciones adoptadas para elementos diseñados con materiales convencionales y de alta resistencia
MODELO/ELEMENTO CONVENCIONAL ALTA RESISTENCIA
Vigas 60x65 cm 55x60
Losa 25 cm
Columnas Interiores 95x95 75x75
Exteriores 95x95 70x70
Muro
Corte 40 cm 20 cm
Cabezales 95x95 70x70
Ascensor 18 cm 12 cm
Contención 20 cm
101
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón de alta resistencia (55 MPa) frente al acero de
refuerzo convencional grado 60 y hormigón f ’c 28MPa en un edicio de hormigón armado de 18 pisos
blas y guras comparativas, de manera que se permita
visualizar las diferencias entre la propuesta de diseño
convencional y de alta resistencia.
3.1. PESO Y CARGA SÍSMICA
En la gura 9 se puede observar que la diferencia de sec-
ciones entre ambas propuestas tiene como resultado la
variación de pesos propios. El modelo convencional pre-
senta un incremento del 20% en su peso respecto al de
alta resistencia, teniendo como consecuencia una carga
sísmica mayor, ya que esta es directamente proporcional
al peso de la estructura (ver Figura 9).
3.2. PERÍODO Y DERIVAS
De acuerdo con la gura 10, el modelo de alta resisten-
cia presenta un período menor al convencional a pesar
de sus secciones menores, evidenciando la inuencia de
las propiedades del material en la rigidez de la estructu-
ra. Lo cual también es notorio en la pronunciación de la
curva conformada por las derivas de cada propuesta (ver
Figura 10).
Para las derivas, de acuerdo con los análisis lineales,
se ha optado considerar únicamente las generadas por la
carga sísmica estática, al tratarse de los valores más re-
presentativos en desplazamientos por piso en la estruc-
tura (ver Figura 11).
3.3. MASA MODAL Y COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
Los tres primeros modos de vibración determinan el
comportamiento de la edicación, por lo que conforme
a las guras 12 y 13, se aprecia que la dirección «x» es la
Figura 8
Diagrama de ujo global del procedimiento a seguir para el aná-
lisis de un edicio en ETABS
Figura 10
Período fundamental de la estructura de la propuesta convencio-
nal y de alta resistencia
Figura 9
Peso de la estructura y cortante basal de la propuesta convencio-
nal y de alta resistencia
Figura 11
Derivas elásticas por piso en «x» y «y»
102
Pineda S., et al.
predominante en ambas propuestas, presentando alrede-
dor del 50% de la masa modal asociada al primer modo
de vibración, seguido de la dirección traslacional «y» y
rotacional en el tercer modo (ver Figuras 12 y 13).
Al revisar la cantidad de acero que requiere cada ele-
mento estructural en cada propuesta se estableció que,
en términos generales de cuantía de acero por elemen-
to (ver Figura 14) se tiene que el refuerzo en la propues-
ta de alta resistencia se reduce: 8% en losas, 32% en vigas,
46% en columnas y 22% en muros, respecto al modelo
convencional.
3.4. DETALLES DE REFUERZO
Tanto la longitud de desarrollo como de anclaje del mo-
delo convencional presentan un incremento del 7% res-
pecto al de alta resistencia (ver Figuras 15 y 16). Conse-
cuentemente, el incremento en el empalme a tensión es
del 7% al depender de la longitud de desarrollo, más no
en el empalme a compresión, donde se decrementa un
35% a excepción de la varilla de 8 mm (ver Figura 17).
Las variaciones presentadas en las guras 15 y 16 se de-
ben a que la longitud de desarrollo y de anclaje son cal-
culadas a partir de la relación entre el esfuerzo a uencia
del acero (fy) y la raíz de la resistencia a compresión del
concreto (f ’c).
.. PUSHOVER
La capacidad estructural se representa por medio de la
curva de capacidad obtenida mediante el pushover, don-
de, como se observa en la gura 18, ambas propuestas
sobrepasan el límite elástico al perder su linealidad (ver
Figura 18).
En la gura 19, se puede observar los detalles del pun-
to de desempeño: la propuesta convencional presenta su
respuesta máxima en 0,5127 m con un cortante basal de
3812T y la de alta resistencia en 0,4203 m con un cortante
basal de 2814 T, ambos en la dirección «x» (ver Figura 19).
La ductilidad considera el comportamiento gene-
ral de la estructura y se ve representada por el diagra-
ma fuerza-desplazamiento. Esta propiedad muestra la
Figura 12
Masa modal acumulada de la propuesta convencional
Figura 14
Cantidad de acero por elemento estructural de la propuesta con-
vencional y de alta resistencia
Figura 13
Masa modal acumulada de la propuesta de alta resistencia
Figura 15
Longitud de desarrollo conforme al diámetro de varilla de refuerzo
103
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón de alta resistencia (55 MPa) frente al acero de
refuerzo convencional grado 60 y hormigón f ’c 28MPa en un edicio de hormigón armado de 18 pisos
deformación de la estructura para una fuerza lateral dada,
además de que permite trabajar en el intervalo inelásti-
co, permitiendo tener mayores desplazamientos laterales
sin perder estabilidad y colapsar. El modelo convencional
presenta una ductilidad de 2,16 en su punto de desempe-
ño y de 1,75 el de alta resistencia (ver Figura 20).
Ambas propuestas de diseño se encuentran en el ran-
go de ocupación inmediata, ya que como puede observar-
se en la gura 21, las rótulas plásticas se formaron hasta
el nivel -, es decir, que son edicios seguros para la in-
tegridad de los asistentes (ver Figura 21).
3.6. EVALUACIÓN ECONÓMICA
El presupuesto se obtiene a partir de la cuanticación y el
análisis de precios unitarios. Respecto al concreto, según
la gura 22, el volumen del modelo convencional res-
pecto al de alta resistencia presentó los siguientes incre-
mentos: 18% en vigas, 76% en columnas y 95% en muros
(ver Figura 22). Sin embargo, la losa en el modelo de alta
resistencia presenta un incremento de 40% respecto al
convencional, por lo que considerar una losa de hormi-
gón armado representaría un ahorro de únicamente el
3%, mientras que al exceptuar la losa un 50%.
Por otro lado, a partir de la planilla de aceros, confor
-
me muestra la gura 23, se determina que el peso reque-
rido para el modelo convencional es 52% mayor respecto
al de alta resistencia. Dando lugar a una diferencia signi-
cativa de acero por metro cuadrado de construcción al
emplear refuerzo grado 80. Mientras que para el hormi-
gón no existe mayor disparidad al considerar una losa de
Figura 16
Longitud de anclaje conforme al diámetro de varilla de refuerzo
Figura 18
Curvas de capacidad en la dirección «x» y «y»
Figura 17
Longitud de empalme por traslapo conforme al diámetro de va-
rilla de refuerzo
Figura 19
Respuesta máxima de la propuesta convencional y de alta resistencia
104
Pineda S., et al.
Figura 20
Ductilidad de la propuesta convencional y de alta resistencia
Figura 22
Cubicación de hormigón por elemento de la propuesta conven-
cional y de alta resistencia
Figura 21
Rótulas plásticas generadas de la propuesta convencional y de
alta resistencia
Figura 23
Peso total de acero de refuerzo de la propuesta convencional y
de alta resistencia
hormigón armado, puesto que los volúmenes varían en
apenas 0,01 a diferencia de excluir la losa (ver Figura 23).
El análisis de precios unitarios se realizó únicamente
para concreto y acero de refuerzo, donde sus precios uni-
tarios fueron facilitados por unión de concreteras
y . El salario de mano de obra fue tomado de la
Contraloría General del Estado, mientras que equipos y
rendimientos se determinaron a través del Sistema Ocial
de Contratación Pública, al ser un referente en el medio.
Como se observa en la tabla 6, el valor unitario del
hormigón de alta resistencia es usd 31,25 más costoso que
el convencional, implicando un incremento al valor de su
del 29% (ver Tabla 6).
En cambio, el acero de refuerzo presenta una diferen-
cia de 10 centavos por kilogramo (ver Tabla 7), lo cual
conlleva un incremento del 6% en el valor del de gra-
do 80, respecto al convencional.
Finalmente, los presupuestos determinados son:
2.302.994 para la propuesta convencional y 1.911.699
para alta resistencia, mostrados en la gura 24, lo cual sig-
nica un ahorro de 391.294, es decir, que la propuesta
de alta resistencia es 17% más económica que la conven-
cional (ver Figura 24).
Esta variación también se presenta en un presupuesto
real, contemplando gastos indirectos. Llevar a cabo uno
de estos proyectos con materiales convencionales resulta
212 por metro cuadrado de construcción, mientras
que con alta resistencia se emplearía 177.
4. Conclusiones
El concreto de alta resistencia (f’c 55MPa) en el país, ge-
neralmente es empleado para la construcción de obras
especiales, más no de edicaciones, a pesar de no pre-
sentar una limitación en las normativas acerca de su uso.
Por otra parte, a raíz de la introducción del acero de re-
fuerzo grado 80 en el A706/A706M-16, se impulsó
105
Inuencia en el diseño estructural del acero de refuerzo grado 80 y hormigón de alta resistencia (55 MPa) frente al acero de
refuerzo convencional grado 60 y hormigón f ’c 28MPa en un edicio de hormigón armado de 18 pisos
Figura 24
Presupuesto con costo indirecto del 0% y 25% del modelo convencional y de alta resistencia
Tabla 6
Análisis de precios unitarios del hormigón convencional y de alta resistencia.
RUBRO P. U. APU (0% C.I.) APU (25% C.I.)
Hormigón premezclado f’c 280 kg/cm² $89,75 $107,66 $134,58
Hormigón premezclado f’c 550 kg/cm² $121,00 $138,91 $173,64
Tabla 7
Análisis de precios unitarios del acero de refuerzo convencional y de alta resistencia.
RUBRO P. U. APU (0% C.I.) APU (25% C.I.)
Acero de refuerzo en barras fy 4200 kg/cm² $1,08 $1,58 $1,97
Acero de refuerzo en barras fy 5500 kg/cm² $1,18 $1,68 $2,10
la aplicación de estas varillas corrugadas en las nuevas
reformas del 318-19, incluyendo especicaciones
para el diseño y edicación de sistemas duales. Por con-
siguiente, actualmente se ofrece la oportunidad del uso
conjunto de ambos materiales en edicaciones con mu-
ros estructurales.
La gran inuencia de las propiedades del material so-
bre el comportamiento del edicio es notoria en varios as-
pectos, uno de ellos es:
El cortante basal, el cual es inuenciado por el peso
del edicio; un peso signicativo de los elementos con-
lleva una fuerza lateral representativa, aumentando la
probabilidad de falla debido a los grandes esfuerzos que
puedan presentarse. La propuesta de diseño bajo mate-
riales de alta resistencia ofrece secciones transversales de
menor dimensión, involucrando una disminución en el
peso y fuerza lateral de un 17% respecto a la propues-
ta convencional.
El modelo diseñado con base en materiales de alta
resistencia, el cual emplea secciones de menor geometría
en comparación al modelo convencional, implicaría ma-
yor exibilidad, a pesar de ello, se presenta como un edi-
cio más rígido con tendencia a falla dúctil. Con lo cual,
se aprecia la gran inuencia de las propiedades del mate-
rial sobre el comportamiento del edicio.
Las curvas conformadas por las derivas elásticas muestran
una diferencia de rigidez en la estructura. La gura 11 ex-
pone que, en el modelo convencional se tiene una curva
de mayor pronunciamiento, al tener una deriva máxima
elástica de 0,002681 en la dirección «x» y 0,002650 en la
dirección «y», mientras que en la propuesta de alta resis-
tencia este valor corresponde a 0,002518 en la dirección
«x» y 0,002465 en la dirección «y», conformando una me-
nor curvatura y demostrando mayor rigidez.
Generalmente, mientras mayor sea la sección trans-
versal, menor es el desplazamiento provocado ante un
evento sísmico. En este caso, la inuencia de las propie-
dades de los materiales de alta resistencia, rigidizan a los
elementos de tal manera que los desplazamientos llegan
a ser menores, aun teniendo secciones reducidas respec-
to a la propuesta convencional.
El diseño parte de las acciones ejercidas sobre los ele-
mentos estructurales, las cuales presentan una proporcio-
nalidad con la geometría de la sección. En el modelo de
alta resistencia existen reducciones en el área transversal
de sus elementos respecto al convencional: 15% en vigas,
38% en columnas internas, 46% en columnas externas y
cabezales, y 50% en el alma del muro. Así pues, las accio-
nes ejercidas son inferiores y, por ende, el refuerzo es sig-
nicativamente menor. Sin embargo, las losas presentan
106
Pineda S., et al.
una misma sección transversal, pero debido a la inuen-
cia de las propiedades de los materiales de alta resisten-
cia, se requiere únicamente de acero mínimo. Asimismo,
en los detalles de refuerzo se evidencia una disminución
en la cuantía de refuerzo, lo que conlleva un importante
ahorro económico en obras de gran magnitud.
De acuerdo con la respuesta pico y el estado límite de
daño presentado en ambas propuestas, los daños produ-
cidos por la acción sísmica serán leves, al encontrarse en
el nivel de ocupación inmediata, con lo cual se asegura la
integridad de los ocupantes, operatividad después del sis-
mo y costos menores de reparación.
En una estructura de hormigón armado, el concre-
to es el material más costoso, sin embargo, el acero de re-
fuerzo representa mayor parte del presupuesto al requerir
mayor cantidad. En este caso, el modelo convencional si
bien presenta precios unitarios más económicos, las can
-
tidades requeridas tanto de acero como de concreto acre-
cientan su presupuesto, a diferencia del modelo de alta
resistencia, donde a pesar de que el precio unitario de los
materiales es mayor, sus cantidades hacen el presupuesto
mucho más asequible. Es así como se consigue un aho-
rro de 35,75 por metro cuadrado de construcción en
alta resistencia. Además, un menor período de ejecución
representa una ventaja económica.
Optar por una edicación diseñada en base a mate-
riales de alta resistencia no solo reeja un benecio eco-
nómico, sino también, se aprecia grandes ventajas, como
el descongestionamiento de refuerzo, reducción en los ta-
maños de varillas y secciones de los elementos, volúmenes
y tiempos de fundición menores en obra, mayor resis-
tencia y durabilidad, y a nivel arquitectónico, mayor es-
pacio útil.
referencias
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concretos celulares en la industria de la construcción ecua-
toriana, 2015.
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refuerzo, American Concrete Institute, , 5, 2010.
[3] H. &. G. D. Oña, Análisis costo-benecio del uso de hor-
migón de alta resistencia (f’c 45 MPa) versus hormigón
normal (f’c 28 MPa), Quito: Escuela Politécnica Nacio-
nal, 2020.
[4] R. &. G. D. Maldonado, Análisis comparativo económico
estructural de la utilización de acero de refuerzo de alta
resistencia grado 80 frente a acero grado 60 en un edicio
de 15 pisos, Quito: Escuela Politécnica Nacional, 2021.
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México: Alfaomega, 2018.
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mico diseño sismo resistente, , Quito: ,
2014.
[7] /, Seismic evaluation and retrot of existing buil-
dings, Reston: American Society of Civil Engineers,
2017, pp. 41-17.
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for structural concrete, Farmington Hills: American Con-
crete Institute, 2019.
[9] R. Aguiar, Microzonicación sísmica de Quito, Valle de
los Chillos: Centro de Investigaciones Cientícas ,
2013.
[10] Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, Cargas (no
sísmicas), , Quito: , 2014.
[11] H. Alejandro, Módulo de elasticidad de hormigones de
peso normal empleados en el Ecuador f´c: 21, 24, 28, 35
MPa, Quito: Escuela Politécnica Nacional, 2014.
[12] American Society of Civil Engineers, Seismic evaluation
and retrot of existing buildings, /, 41-17, Ame-
rican Society of Civil Engineers, 2017.
[13] 440, Improvement of nonlinear static, Washington:
, 2005.
106
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- Fig. 1, Figs. 1 y 2, las Figs. 1 a 3
- Eq. 1, Eqs. 1 y 2, Eqs. 1 a 3
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1. Lorem ipsum sit amet
2. Lorem ipsum maecenas euismod
2.1 Lorem ipsum rutrum libero
2.2 Lorem ipsum accumsan sagittis
2.2.1 Lorem ipsum egestas tristique
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3. Lorem ipsum vestibulum auctor
3.1 Lorem ipsum vulputate consectetur
3.2 Lorem ipsum scelerisque turpis
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los archivos de guras de alta resolución (más de 300 dpi, un archivo por gura) se enviarán al editor.
Figura 1.
Lorem ipsum dolor sit amet.
2. Los datos dentro de la tabla siempre alineación derecha
3. Alineado a la izquierda, usar normas ma. para la elaboración de la tabla.
Ejemplo:
Tabla 1.
Lorem ipsum dolor sit amet
Lorem ipsum Lorem ipsum 123 123
Lorem ipsum 123 123
Lorem ipsum 123 123
Lorem ipsum 123 123
Lorem ipsum Lorem ipsum 123 123
Lorem ipsum 123 123
Lorem ipsum 123 123
Lorem ipsum 123 123
Nota: Lorem ipsum consectetur. Fuente. Lorem ipsum suspendisse quis dictum velit [1].
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4. Si las imágenes o tablas tienen fuente se coloca el número de su referencia entre corchetes.
Ejemplo:
Fuente. Lorem ipsum suspendisse quis dictum velit [1].
referencias
1. Las referencias se enumerarán por orden de citación en el texto ().
Ejemplo:
[1] Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Curabitur vitae varius magna. Maecenas euismod rutrum
libero ac scelerisque. In eu tortor nibh. Nulla hendrerit augue accumsan sagittis scelerisque.
[2] Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Curabitur vitae varius magna. Maecenas euismod rutrum
libero ac scelerisque. In eu tortor nibh. Nulla hendrerit augue accumsan sagittis scelerisque.
[3] Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Curabitur vitae varius magna. Maecenas euismod rutrum
libero ac scelerisque. In eu tortor nibh. Nulla hendrerit augue accumsan sagittis scelerisque.
citas y referenciación
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Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Curabitur vitae varius magna. Maecenas euismod rutrum
libero ac scelerisque. Etiam mattis, ante ac pretium molestie, dolor mauris sagittis dolor, et pretium arcu dui at ipsum.
Morbi egestas tristique quam. Vestibulum sit amet nisl sit amet enim vestibulum auctor por Suzana et al. [1].
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Curabitur vitae varius magna. Maecenas euismod rutrum
libero ac scelerisque [1].
2. El estilo dependerá del tipo de referencia, pero no es necesario clasicarlo en los tipos, simplemente enu-
mérese 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 madera. Fuel 2009; 88: 2286-2290.
[1] Suzana Y, Mohamad T A, Uemura Y, Anita R, Lukman I, Shuit S H, Tan K T, Lee K T. Revisión sobre la
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[1] (Junta de Aceite de Palma de Malasia), 2008, «6.8 Productores principales mundiales de aceite
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[1] Corley R H V, Tinker P B. La palma aceitera. 4.a ed. Oxford: Blackwell Science; 2003, p. 328.
3. Citar correctamente, pues la información de la fuente se vericará en los buscadores especializados de
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