VOL.8 N°.1, 2025 - ISSN 2588-0829 / e-ISSN 2697-3243
Autoridades
Dr. Patricio Héctor Aurelio Espinosa del Pozo, Ph.D.
Rector de la Universidad Central del Ecuador
Consejo Editorial
Ing. Robert Enríquez Reyes, Ph.D., Editor en Jefe, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Ing. Abel Remache Coyago, MSc., Editor Académico, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Mgs. Tatiana Freire, Dipl., Editora de Sección, Universidad Central del Ecuador, ECUADOR
Mgs. Paulina Zary, Correctora de Estilo, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Jhohannes Rittz, MA., MIB., Ph.D. (c ), Miembro, EU Business School Munich, ALEMANIA
Dra. Teresa Magal-Royo, Ph.D, Miembro, Universidad Politécnica de Valencia, ESPAÑA
Dr. Andrés Vivas Albán, Ph.D., Miembro, Universidad del Cauca, COLOMBIA
Dr. Boris Heredia Rojas, Ph.D., Miembro, Universidad del Norte, CHILE
Dr. Jaime Duque Domingo, Ph.D., Miembro, Universidad de Valladolid, ESPAÑA
Dr. Giovanni Herrera Enríquez, Ph.D., Miembro, Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, ECUADOR
Dr. José Luis Paz, Ph.D., Miembro, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Jesús López Villada, Ph.D., Miembro, Universidad Internacional SEK, ECUADOR
Dr. Michel Vargas, Ph.D., Miembro, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Andrés Robalino-López, Ph.D., Miembro, Escuela Politécnica Nacional-EPN, ECUADOR
Dr. Kiyanoosh Golchin Rad, Miembro, Pukyong National University, SOUTH KOREA
Dr. Ali Bagheri Fard, Miembro, George Brown College, CANADÁ
Ing. Hamid Aadal, M.Sc., Miembro, Science & Technology Innovation-ADF, IRÁN
Dra. Esther Campos Serrulla, Ph.D., Miembro, Universidad Europea de Madrid, ESPAÑA
Dr. Alberto Sánchez, Ph.D., Miembro, Escuela de Ingenierías Industriales-UVA, ESPAÑA
Dra. Diana Ayala, Ph.D., Miembro, Universidad de Santo Tomás, COLOMBIA
M.Eng. Jaime Gómez García-Bermejo, PhD., Miembro, University of Valladolid, SPAIN
Dra. Yolanda Vásquez Bernal, Miembro, Universidad Tecnológica de Panamá, PANAMÁ
Dr. Majid Khorami, Miembro, Universidad Tecnológica Equinoccial-UTE, ECUADOR
Dr. Diego Echeverría Jurado, Miembro, Operador Nacional de Electricidad – CENACE, ECUADOR
Consejo Asesor y Evaluador
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Dra. Silvana Gamboa Benítez, Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Ing. Fernando Jacome Sagñay, M.Sc, Universitario Rumiñahui ISTER, ECUADOR
Ing. Peregrina Wong Wong, Ph.D, Universidad Politécnica Salesiana UPS, ECUADOR
Ing. Johanna Cristina Jara, M.Sc., Universitario Rumiñahui ISTER, ECUADOR
Ing. César Ayabaca Sarria, Ph.D, Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Ing. Jorge Medina Palacios, M.Sc, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, ECUADOR
Ing. Magali Cañarejo Antamba, Ph.D, Universidad Técnica del Norte UTN, ECUADOR
Ing. Alexander Torres, M.Sc, Grupo de Investigación SMART-TECH, ECUADOR
Ing. Jeerson Andrade Villarreal, M.Sc, Universidad Técnica del Norte UTN, ECUADOR
Dra. Karla Gómez Bull, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez UACJ, MEXICO
Dr. Jorge Bucheli García, Ponticia Universidad Católica del Ecuador PUCE, ECUADOR
Dr. Jorge Albuja Sanchez, Ponticia Universidad Católica del Ecuador PUCE, ECUADOR
Dra. Betzabeth Suquillo Ronquillo, Universidad Católica de Valparaíso PUCV, CHILE
Dr. Gerardo González del Solar, Universidad Tecnológica Nacional-Mendoza UTN, ARGENTINA
Ing. Cristina Torres Jacobowitz, M.Sc, Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Dra. Katty Coral Carrillo, Universidad Internacional SEK UISEK, ECUADOR
Dra. Verónica Proaño Ríos, Universidad de Santiago de Chile USACH, CHILE
Ing. Edwin Morales Díaz, Investigador Independiente, ECUADOR
Dr. Carlos Luis Navas, Ponticia Universidad Católica del Ecuador PUCE, ECUADOR
Arq. Jorge Aguillón Robles M.D.B., Universidad Autónoma de San Luis Potosí UASLP, MEXICO
Dr. Luis Ríos, Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Ing. Diego Sosa Caiza, Ph.D, Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Ing. Pablo Caiza Sánchez, Ph.D, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, ECUADOR
Ing. Carlos Ayala Mora, Ph.D, Escuela Politécnica Nacional EPN, ECUADOR
Ing. Atal Vivas Paspuel, M.Sc, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, ECUADOR
Ing. Johanna Medrano Barboza, Ph.D, Universidad Internacional SEK UISEK, ECUADOR
Ing. Rogger Peña Coronel, M.Sc, Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar ISTSB, ECUADOR
Este número estuvo bajo la coordinación editorial de: Tatiana Freire
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ISSN electrónica 2697-3243
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. 8, núm. 1 | julio - diciembre 2024 | p-ISSN 2588-0829 e-ISSN 2697-3243 |
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siempre y cuando se cite la fuente. Si se hacen cambios de cual-
quier tipo, debe guardarse el espíritu de libre acceso al contenido.
Director | MSc. Edison Benavides
Diagramación | Ing. Christian Echeverría
Corrección de textos | Ing. Marcelo Acuña
Portada | Katherine Cervantes, Ingeniería en Diseño Industrial,
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Ciudadela Universitaria, av. América, s. n.
Quito, Ecuador
+593 (02) 2524 033
editorial@uce.edu.ec
ÍNDICE
A O
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en
Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM .......................................................................................5
Castañeda C., Galvez E., Percy G., Santos J., Sánchez R.
Análisis del Modelo de Desgaste Lineal de Archard,
una Vista Dinámica al Modelo Original ………………..… ..........................................................................17
Ortiz K., Vicente M.
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y
Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua ........... ....................................................................................24
Urbina S., Bravo J.
Análisis Cuantitativo y Cualitativo de las Diferencias en la Incidencia de Lesiones
por Accidentes de Trabajo en la Construcción: Un Estudio Comparativo entre
las Provincias de Guayas y Pichincha en Ecuador, 2014-2023 ...................................................................... 35
Gómez-García A., Rivas F.
Estimación de La Resistencia a La Tracción en Suelos Reforzados con Fibras Sintéticas ................... .....43
Briceño J., Barreto R., Guerrero Y.
A R
Métodos De Intervención Centrales Para Combatir Pérdidas Reales Y
Aparentes De Agua En Sistemas De Distribución ... ....... ………………...… .............................................52
Rueda E., Gonzáñez B., Delgado M., Paredes D.
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo
del Dimensionamiento de una Chimenea de Equilibrio Superior sección
constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico ..................................................71
Bravo G.
E C
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la
Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme ............................ ..........................................83
Amaya C., Guerrero G., Laverde C., Andrade R.
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el
Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano ………………...… ........................................ 91
Tapia B., Barros D., Soria M.
Comportamiento Sísmico y Propuesta de Reforzamiento de Edicios de
Hormigón Armado Esquineros en Portoviejo, Ecuador ......................... .................................................... 102
Jiménez R., Cagua B.
Analysis of the Biodegradability Index of Organic Matter in the Water of the
Machangara River in Quito City……................... …………...… .................................................................. 119
Rodríguez S., Rodríguez M., García S., Caina D.
Análisis de la Transición hacia la Movilidad Sostenible: Estrategias de Negocio para la Adopción Masiva
de Vehículos Eléctricos en el Mercado Automotriz en la Ciudad de Guayaquil - Ecuador .............................. 128
Salas R., Cárdenas D., Torres A.
Normas para publicar en la revista Ingenio …………..… ...........................................................................137
La Revista ingenio es el órgano de divulgación especializada de la Facultad de Inge-
niería 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 Infor-
mática/Sistemas de Información, Ingeniería en Diseño Industrial e Ingeniería en Computa-
ción Gráca/Computación.
Es de periodicidad semestral y está dirigida a personas que estén inmersas tanto en el ámbi-
to académico como industrial y a quienes les pueda interesar conocer de temas e investiga-
ciones que se realizan dentro del ámbito de la revista.
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REVISTA INGENIO
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades
Gubernamentales Basado en SCRUM
Web System for the Dynamization of ID Management in Government Entities Based on SCRUM
Christian Castañeda Rodríguez | Universidad Nacional de Trujillo - UNT, La Libertad -PERÚ
Edisson Galvez Mori | Universidad Nacional de Trujillo - UNT, La Libertad -PERÚ
Percy Olivarez Gerónimo Dionicio | Universidad Nacional de Trujillo - UNT, La Libertad -PERÚ
Juan Pedro Santos Fernández | Universidad Nacional de Trujillo - UNT, La Libertad -PERÚ
Robert Jerry Sánchez Ticona | Universidad Nacional de Trujillo - UNT, La Libertad -PERÚ
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.6850 pISSN 2588-0829
2025 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 presente documento describe el desarrollo de un sistema web para la gestión eciente de documentos
nacionales de identidad (DNI) en entidades gubernamentales. Nuestro sistema se centra en proporcio-
nar un control ecaz sobre las solicitudes de DNI, abarcando las tres modalidades existentes: emisión
por primera vez, duplicado y renovación. Estas se pueden hacer tanto de manera presencial como de
manera virtual, Además, el sistema permite agendar citas para cualquier tipo de trámite y brindar al ciu-
dadano el estado en el que se encuentra dicho trámite a través de la plataforma virtual. El desarrollo del
sistema se realizó en tres etapas: Evaluación de Procesos, Diseño y Planicación del Proyecto, y Desarro-
llo y Validación del Proyecto. Esto se logró trabajando con base en la metodología SCRUM, que permite
mejorar la planicación y el diseño del proyecto, gracias a su adaptabilidad y exibilidad. Además, se
incluyó los resultados de los indicadores económicos para este proyecto, con el n de conocer la viabili-
dad económica y vericar que sí es benecioso su implementación. También se realizaron las pruebas de
rendimiento utilizando diversas herramientas tecnológicas como Apache, JMeter para pruebas de cargas
y de estrés, obteniendo como resultados que el sistema acepta un promedio de 750 usuarios concurren-
tes. Estas pruebas aseguraron un sistema robusto, eciente que proporciona una experiencia de usuario
conable y satisfactoria. El sistema propone una solución íntegra para enriquecer la experiencia de los
usuarios, incluyendo tanto a los empleados como a los ciudadanos. Este sistema acelera el proceso de
manejo de documentos de identidad y ayuda a reducir signicativamente el tiempo de espera para los
ciudadanos al hacer sus trámites de manera virtual, lo que representa una oportunidad para actualizar
los procedimientos en las instituciones gubernamentales.
is document describes the development of a web system for the ecient management of National Iden-
tity Documents (DNI) in government entities. Our system focuses on providing eective control over DNI
applications, covering the three existing modalities: issuance for the rst time, duplicate and renewal. ese
can be done both in person and virtually. In addition, the system allows you to schedule appointments for
any type of procedure and provide the citizen with the status of said procedure through the virtual platform.
e development of the system was carried out in three stages: Process Evaluation, Project Design and
Planning, and Project Development and Validation. is was achieved by working based on the SCRUM
methodology that allows improving project planning and design, thanks to its adaptability and exibility.
In addition, the results of the economic indicators for this project were included in order to know the
economic viability and verify whether its implementation is benecial. Performance tests were also carried
out using various technological tools such as Apache, JMeter for load and stress tests, obtaining the results
that the system accepts an average of 750 concurrent users. ese tests ensured a robust, ecient system
that provides a reliable and satisfactory user experience. e system proposes a comprehensive solution to
enrich the user experience, including both employees and citizens. is system accelerates the process of
handling identity documents and helps to signicantly reduce waiting time for citizens by completing their
procedures virtually, which represents an opportunity to update procedures in government institutions..
Recibido: 22/3/2024
Recibido tras revisión: 17/4/2024
Aceptado: 3/7/2024
Publicado: 03/01/2025
Gestión, documento nacional de identi-
dad, entidades gubernamentales, meto-
dología Scrum, sistema web.
Management, National identity docu-
ment, Government entities, Scrum me-
thodology, Web system .
6
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM
1. Introducción
En el marco de una creciente necesidad de eciencia en
la gestión de documentos nacionales de identidad (DNI),
presentamos este artículo que detalla la implementación
de un sistema web que trata de mejorar la gestión de do-
cumentos, de tal manera que sea innovador, adaptable y
entendible fácilmente para los usuarios. Entre los pro-
cesos principales asociados con la solicitud de DNI se
tiene el agendamiento de citas, atención de solicitudes
y consulta de trámites. Este sistema se posiciona como
una solución integral centrada en mejorar la experiencia
del ciudadano, agilizar el proceso de gestión y fortale-
cer la seguridad en la administración de datos sensibles.
No se han encontrado investigaciones de sistemas de in-
formación de gestión de DNI, excepto la investigación
realizada por [1], la cual consiste en una solución de
inteligencia de negocios para controlar los procesos de
generación y emisión del DNI en el RENIEC (Registro
Nacional de Identicación y Estado Civil).
1.1. GESTIÓN DE IDENTIDAD
La gestión de documentos nacionales de identidad es un
término muy utilizado en la práctica y en la academia,
pero aún carece de signicado denitivo por su novedad
conceptual y disciplinaria. Según [2], este término está
relacionado con los procedimientos en situaciones digi-
tales emergentes hasta la fecha. Sin embargo, las ideas ac-
tuales sobre la gestión de solicitudes de DNI no capturan
ni se relacionan con el papel especíco que desempeña el
Gobierno en nuestra sociedad.
Actualmente, el uso de Tecnologías de la Información
y Comunicación (TIC) es esencial en la identicación de
ciudadanos ya que se hace uso de una base de datos con
grandes capacidades. En numerosos países de América
Latina, el procedimiento de registro concluye con la emi-
sión del Documento de Identidad (DNI), el cual incorpo-
ra datos personales cruciales, como la fotografía, rma,
huella digital, nombres, apellidos, fecha de nacimiento,
sexo y estado civil. Conforme a [3], el DNI es fundamen-
tal en la vida de los ciudadanos, y su eciente gestión es
esencial para garantizar la seguridad y facilitar el acceso
a servicios gubernamentales, tanto de manera presencial
como remota.
1.2. PROCESOS DE GESTIÓN DE DNI DE FORMA MA
NUAL Y SU PROBLEMÁTICA
La gestión manual de documentos de identidad (DNI)
implica llevar un registro físico en un lugar especíco, uti-
lizando métodos tradicionales como hojas de cálculo o
incluso libros de registro validados por la entidad guber-
namental. De acuerdo con [4], esta práctica destaca la
necesidad imperante de una solución tecnológica que au-
tomatice estos procedimientos, reduciendo los tiempos de
trabajo en el personal, garantizando un control eciente
del personal autorizado y facilitando la generación de in-
formes actualizados.
Aunque algunas entidades gubernamentales aún ges-
tionan los DNI manualmente, existe la oportunidad de
modernizar estos procesos mediante la implementación
de tecnologías más avanzadas como son los sistemas web.
Según las palabras de [4], esta transición podría conlle-
var a una gestión más eciente y de mayor calidad de los
documentos de identidad.
Este artículo presenta el desarrollo de un sistema web
basado en SCRUM para gestionar ecientemente los do-
cumentos de identidad (DNI). La herramienta permite
solicitar DNI azules de 3 modalidades: por primera vez,
por duplicado y por renovación, además también inclu-
ye agendar citas presenciales, y consultar el estado de trá-
mites.
El objetivo principal es reducir los tiempos de proce-
sos y mejorar el control de las solicitudes de DNI en enti-
dades gubernamentales encargadas de la gestión.
2. Materiales
El presente soware se creó utilizando una serie de tec-
nologías fundamentales, en las cuales se tiene como
principales:
Laravel 9.52 es un marco de trabajo de aplicaciones web
basado en PHP que proporciona una buena estructura
para tu aplicación [5].
PHP 8.0.30 es un lenguaje de programación versátil que se
utiliza para crear aplicaciones web dinámicas y se integra
fácilmente con el código HTML de las páginas web [6].
MySQL 8.0.30 es un gestor que permite crear y administrar
bases de datos relacionales mediante consultas SQL [7].
Tailwind CSS 1.9 es un framework de CSS que te permite
diseñar y construir páginas web en tu marcado HTML [8].
NodeJs 18v permite ejecutar código JavaScript fuera de
un navegador web y proporciona una plataforma para
desarrollar aplicaciones [9].
Bootstrap 5.3.2 es un framework de CSS para construir
páginas web responsivas de manera rápida y sencilla [10].
Dompdf 2.0.1 es una extensión para Laravel que genera
y construye PDF a partir de código HTML [11].
Laravel Breeze 1.19.2 es un paquete que proporciona
una estructura básica de autenticación para Laravel, in-
cluyendo inicio de sesión, registro y vericación por co-
rreo electrónico [12].
2.1. METODOLOGÍA
Este artículo se desarrolla en torno a tres etapas cruciales:
Evaluación de procesos, Diseño y planicación del pro-
yecto y, nalmente, Desarrollo y validación del proyecto.
7
Castañeda C. et al.
2.1.1. Evaluación de Procesos
En la etapa inicial, se lleva a cabo una investigación
meticulosa para identicar y comprender los procesos
relevantes para la gestión de DNI en entidades guber-
namentales. Esta fase es fundamental para establecer las
necesidades especícas y los desafíos que el sistema web
debe abordar.
2.1.2. Diseño y planicación del proyecto
La segunda fase se concentra en planicar las tareas que
se trabajarán con base en los requerimientos, estable-
ciendo tiempos para cada uno y además en el diseño de
nuestro proyecto empleando la metodología SCRUM
para asegurar un proceso ágil y adaptable.
Siguiendo la opinión de [13], SCRUM es una metodo-
logía eciente para trabajar proyectos de desarrollo web
ya que tiene un enfoque ágil y versátil cuyo principal ob-
jetivo es maximizar el retorno de la inversión para la or-
ganización. Su enfoque se centra en desarrollar primero
las funcionalidades con mayor prioridad para los usua-
rios estableciendo tiempos jos para culminarlo, que por
lo general es de 2 semanas.
En consonancia con [14], se optó por esta metodo-
logía como marco de trabajo debido a su capacidad para
manejar los requisitos de manera más adaptable, exible
ante los cambios y se apoya en el aprendizaje continuo du-
rante el proceso, lo que hace que el ciclo de vida interac-
tivo incremental sea ideal para este marco.
De acuerdo con lo expresado por [15], para conti-
nuar con esta metodología se identicó tres roles princi-
pales: el propietario del producto, el maestro Scrum y el
equipo de desarrollo, también se organizó considerando
el producto backlog, sprint backlog y realizando el sprint
planning, daily y el sprint review para mantener el proce-
so correcto que establece la metodología (ver Figura 1).
Figura 1.
Procesos de la metodología SCRUM
2.1.3. Validación del proyecto
La etapa nal comprende la construcción del sistema
web y la realización de pruebas rigurosas. Esta fase es
esencial para garantizar que el sistema web no solo cum-
ple con los requisitos denidos en las etapas anteriores,
sino que también es robusto, seguro y eciente. Las prue-
bas permiten identicar y corregir cualquier problema
antes de la implementación, asegurando que el sistema
web pueda manejar ecazmente la gestión de DNI. Algu-
nas historias de usuario se dividieron en tareas más sim-
ples con sus criterios de terminación para simplicar el
trabajo. El criterio de selección de las herramientas para
las pruebas del sistema se optó por Jmeter por ser un sof-
tware libre debido a que RENIEC es una dependencia del
Estado y cuenta con escasos recursos económicos y los
detalles técnicos de los equipos utilizados se muestran
en la Figura 3.
3. Resultados
3.1.1. PLANIFICACIÓN Y ESTIMACIÓN
Como se puede observar en la Tabla 1, se designó un en-
cargado para cada función, dando lugar a la creación del
equipo SCRUM. Este equipo se compone del propietario
del producto, el Scrum master y el equipo de desarrollo,
el cual está integrado por tres desarrolladores.
Tabla 1.
Roles SCRUM
Responsables Rol
Christian Castañeda Propietario de Producto
Edisson Gálvez Scrum Máster
Percy Gerónimo
Christian Castañeda
Edisson Gálvez
Equipo desarrollador
Luego, se recopiló información sobre los procesos, se
identicó las necesidades especícas de cada usuario o
encargado de la gestión del DNI, detallando el propósi-
to de cada necesidad. Posteriormente, estas necesidades
se priorizaron utilizando historias de usuarios, que se re-
gistraron en la tabla del registro de productos (product
backlog) priorizado. Además, estas necesidades se organi-
zaron en tres sprints, proporcionando una estructura cla-
ra y eciente para la implementación del proyecto.
3.1.2. PRODUCT BACKLOG PRIORIZADO
La priorización del backlog del producto es crucial para
enfocar los esfuerzos del equipo en las funcionalidades
más importantes y de mayor valor para el proyecto. Se
presentan las funcionalidades a implementar organizadas
8
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM
para 3 Sprints, para la priorización se tuvo en cuenta fun-
damentalmente la dependencia de procesos (ver Tabla 2).
3.1.3. INDICADORES ECONÓMICOS
Además, se llevó a cabo un análisis de indicadores eco-
nómicos para este subsistema, con el objetivo de deter-
minar su rentabilidad. Este análisis permitió obtener una
serie de resultados basados en diferentes indicadores,
proporcionando una visión clara del potencial económi-
co y la viabilidad nanciera de nuestro sistema de ges-
tión de DNI (ver Tabla 3).
Tabla 3.
Indicadores económicos
Indicador
económico
Valor obtenido Condición Estado
VAN S/ 3 368,11 VAN>0 Aprobado
TIR 27% TIR>18% Aprobado
B/C 1,09 B/C>1 Aprobado
Por lo tanto, con base en estos indicadores se puede ar-
mar que el sistema de gestión de DNI es económicamen-
te viable, debido a que los indicadores de evaluación eco-
nómico lo comprueban.
3.1.4. DIAGRAMA DE COMPONENTES
Esta representación gráca ofrece una panorámica de
cómo están organizados y cómo interactúan los com-
ponentes clave del soware en el sistema. Estos compo-
nentes representan diversas partes del sistema que des-
empeñan funciones especícas vinculadas a la gestión
de DNI. Las echas señalan las interacciones entre estos
componentes para ejecutar las funciones del sistema (ver
Figura 2).
3.1.5. DIAGRAMA DE DESPLIEGUE
Este esquema ilustra la forma en que el sistema se des-
pliega en la infraestructura de hardware y soware, re-
saltando la distribución de los componentes del sistema
en diversos servidores y su intercomunicación. En nues-
tro esquema, se aprecia la incorporación de elementos de
red, tales como switches y routers, que facilitan la trans-
Tabla 2.
Backlog priorizado por cada sprint
Historia Descripción Prioridad Tiempo (días) Nº Sprint
HU1 Iniciar sesión como registrador 1 1
Sprint 1
HU2 Iniciar sesión como Mesa de partes 1 1
HU3 Gestionar una solicitud de DNI por primera vez 1 2
HU4 Gestionar el registro de DNI por primera vez 1 2
HU5 Generar DNI por primera vez 1 2
HU6 Solicitar DNI duplicado de manera virtual 2 2
Sprint 2
HU7 Gestionar una solicitud de DNI por duplicado 2 2
HU8 Gestionar el registro de DNI por duplicado 2 2
HU9 Generar DNI por duplicado 2 2
HU10 Solicitar DNI por renovación de manera virtual 3 2
Sprint 3
HU11 Gestionar las solicitudes de DNI por renovación 3 3
HU12 Gestionar el registro de DNI por renovación 3 3
HU13 Generar DNI por renovación 3 2
HU14 Consultar el estado de solicitud de DNI 3 2
HU15 Buscar registro por nombre de titular 3 1
HU16 Buscar solicitud por nombre de titular 3 1
HU17 Plan de pruebas 3 1
TIEMPO ESTIMADO (TIME BOXING) 31
9
Castañeda C. et al.
misión eciente de datos entre los distintos componentes
del sistema (ver Figura 3). Adicionalmente, se muestra
cómo el sistema se implementa en servidores y cómo se
accede a él a través de PCs de escritorio.
También se destaca la integración de impresoras, que
permiten la generación de documentos físicos a partir de
los datos gestionados por el sistema.
3.1.6. DISEÑO DEL SISTEMA
Las historias de usuario que son módulos del sistema,
se representan de forma integrada para una mejor vi-
sualización mediante un diagrama de casos de uso (ver
Figura 4). Este diagrama resalta de manera evidente los
actores encargados de llevar a cabo las nuevas funciones
modulares implementadas.
3.1.7. MODELO DE BASE DE DATOS
Un aspecto esencial es el modelo físico de la base de da-
tos, ya que es crucial por su capacidad para ofrecer una
representación visual detallada de la conguración del
sistema y las relaciones entre las tablas (ver Figura 5).
3.1.8. PRUEBAS DE RENDIMIENTO
Se realizaron pruebas del sistema de información basa-
das en la web utilizando el soware JMeter para reali-
zar pruebas de carga y estrés, centrándose en la base de
datos. Durante esta cantidad de pruebas realizadas, se
sometió la base de datos a una carga simultánea de 750
hilos (usuarios) obtenidos por ensayo y error, a partir de
751 hilos se tuvo un error de 0,4% de error, como se vi-
sualiza en la Figura 6.
Estas pruebas se detallan de manera exhaustiva en el
árbol de resultados (ver Figura 7) y en la gráca de resul
-
tados (ver Figura 8).
En la solicitud en cuestión, se observa que el tiempo
total de procesamiento fue de 105 milisegundos. Además,
el tiempo requerido para establecer una conexión con el
servidor fue de 103 milisegundos. La latencia, es decir,
el tiempo hasta recibir la primera pieza de información
tras enviar la solicitud, también fue de 105 milisegundos.
En esta prueba de rendimiento con 750 usuarios con-
currentes, se identicó una variabilidad signicativa en
los tiempos de respuesta, reejada en una desviación de
38. El tiempo promedio de respuesta de las solicitudes fue
de 55 milisegundos, con una mediana de 57 milisegun-
dos, lo que indica que la mitad de las solicitudes se pro-
cesaron en menos tiempo y la otra mitad en más.
Además, el sistema demostró un rendimiento robus-
to, siendo capaz de manejar más de 50 mil solicitudes por
minuto, con lo cual podemos armar que estos resultados
Figura 2.
Diagrama de componentes.
Figura 3.
Diagrama de despliegue.
10
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM
Figura 4.
Diagrama de casos de uso.
Figura 5.
Diagrama físico de base de datos.
evidencian la eciencia de nuestro sistema en condicio-
nes de alta demanda.
3.1.9. PANTALLAS DE MÓDULOS PRINCIPALES
Nuestro sistema comienza con un Inicio de sesión para
que puedan ingresar al sistema solo las personas autori-
zadas con sus credenciales (ver Figura 9).
Se tiene el módulo de gestión de solicitudes de DNI
azul por primera vez para personas que están cumplien-
do los 17 años y más, se presenta la interfaz de nueva so-
licitud (ver Figura 10).
En el módulo de gestión de solicitudes incluye la lis-
ta de solicitudes con los datos más relevantes de cada so-
licitud de un DNI (ver Figura 11).
Por otra parte, el usuario registrado como registrador
tendrá la tarea hacer la revisión de las solicitudes y acep-
tarlos si es válido mediante un registro de DNI azul por
primera vez donde incluye subir la foto y la rma del ciu-
dadano solicitante (ver Figura 12).
Además, también podrá tener el control de todos los
registros por medio de un mantenedor de registros de
DNI azul (ver Figura 13).
Se agregó la funcionalidad de generar un DNI en base
a los datos de la persona registrada en formato PDF, tan-
to el lado anverso (ver Figura 14). como reverso (ver Fi-
gura 15).
Se plantearon consultas para vericar el estado de
avance de los tramites de DNI que puede realizar el siste-
ma, esto con el n de que el usuario tenga idea del avan-
ce de su trámite (ver Figura 16).
También se tiene la opción de solicitar DNI de mane-
ra remota para el caso de DNI duplicado y renovados lo
cual se inicia validando la identidad por número de DNI
y por datos de su lugar de nacimiento y fecha de naci-
miento (ver Figura 17).
Además, incluimos el requerimiento de reservar una
cita para realizar cualquier tipo de trámite incluyendo las
solicitudes de recojo de DNI (ver Figura 18).
En la etapa del sprint retrospective de cada sprint
ejecutado se alineó con las tareas planicadas, los plazos
11
Castañeda C. et al.
establecidos y los criterios de nalización denidos al co-
mienzo de cada sprint. Esta progresión es evidente en el
gráco de Burndown del sprint 1 mostrado en la Figu-
ra 19.
Respecto al impedimento backlog se tuvo el problema
de algunas historias de usuarios que tuvieron narrativas
insucientemente preparadas o dependencias no iden
-
ticadas o sin resolver. En lo referente al incidente bac-
klog se tuvieron algunos problemas de rutina detectados
a nivel de tarea, como por ejemplo al gestionar avisos sa-
lió un nuevo error, porque no se estuvo validando el tipo
del archivo generado.
3.1. Discusiones
Es claro, según las fuentes proporcionadas, que la ges-
tión de documentos de identidad y el registro civil son
aspectos críticos de los servicios gubernamentales en di-
versas regiones. Cada fuente destaca diferentes desafíos
y soluciones relacionadas con sistemas de información
de este ámbito.
Según [16], señala la falta de consistencia y precisión
en las direcciones físicas en los documentos de identi-
dad de la República de Angola, lo que afecta la entrega
eciente de servicios gubernamentales. El marco suge-
rido para los sistemas de información busca elevar la
calidad de los datos y la exactitud de las identicacio-
nes emitidas, mediante el uso de tecnologías de la in-
formación y la comunicación (TIC). Esto se alinea con
la noción generalizada de que la tecnología puede des-
empeñar un papel crucial en la mejora de la abilidad
de los sistemas de identicación.
Conforme a [17], se examina la implementación de
un Sistema de Información de Administración de Pobla-
ción en la Ciudad de Kendari, haciendo hincapié en la
importancia de la comunicación efectiva, la gestión de
recursos y las actitudes del personal para lograr una im-
plementación exitosa de políticas. Aunque el sistema
muestra ser ecaz en ciertos aspectos, el estudio iden-
tica desafíos persistentes, especialmente en el registro
de población, debido a deciencias en las instalaciones.
Esto subraya la necesidad de considerar no solo los as-
pectos tecnológicos, sino también la infraestructura de
soporte y los factores humanos en las implementaciones
de sistemas.
Siguiendo lo expuesto por [18], destaca la impor-
tancia de la tecnología que respalda al Departamento de
Población y Registro Civil de la Ciudad de Magelang, des-
tacando la importancia de la conanza, la eciencia y la
efectividad para el uso continuo del Sistema de Infor-
mación de Gestión de Admisiones de Solicitudes de Ad-
ministración de Población (SIMP3AK). Esto enfatiza la
necesidad de sistemas conables que no solo cumplan
con los requisitos técnicos, sino que también contribu-
yan a la ecacia general y la satisfacción de los usuarios.
Conforme a lo expuesto por [19], aborda los desafíos
en la recopilación de datos de población y arman que el
objetivo del estudio es describir la implementación del
Sistema de Información de Administración de Población
en la Gestión de Tarjetas de Identidad (KTP) en el De-
partamento de Población y Registro Civil del Regency de
Sleman, resaltando la importancia de un sistema de in-
formación bien estructurado para una gestión eciente
de la base de datos.
De acuerdo con [20], cambia el enfoque a los desa-
fíos de seguridad enfrentados por los sistemas de regis-
tro civil a nivel mundial en la era digital. El documento
identica amenazas cibernéticas, robo de identidad y pre-
ocupaciones de privacidad como desafíos principales y
sugiere estrategias como medidas robustas de cibersegu-
ridad, mecanismos de vericación de identidad y regula-
ciones de protección de datos. Esto destaca la necesidad
de un enfoque integral para abordar no solo la funciona-
lidad, sino también los aspectos de seguridad de los sis-
temas de información.
En síntesis, un tema recurrente en estas fuentes es el
reconocimiento de los sistemas de información como he-
rramientas esenciales para la gestión de documentos de
identidad y registros civiles. A pesar de las oportunida-
des de mejora que ofrecen los avances tecnológicos, abor-
dar los desafíos implica adoptar un enfoque holístico que
considere la infraestructura, los aspectos humanos y las
preocupaciones de seguridad.
4. CONCLUSIONES
El desarrollo de un sistema web para administrar ecaz-
mente los documentos nacionales de identidad (DNI) en
instituciones gubernamentales es fundamental en un en-
torno cada vez más digitalizado.
La metodología SCRUM fue muy útil y pertinente
para lograr con éxito el desarrollo de este sistema, per-
mitió planicar y diseñar el proyecto de manera ágil y
adaptable, centrándose en las necesidades especícas de
los usuarios y priorizando las funcionalidades más im-
portantes.
La viabilidad económica del sistema fue positiva en
cada uno de sus indicadores, debido a lo cual se arma
que este proyecto sería muy benecioso económicamen-
te para las entidades gubernamentales encargadas de este
proceso.
Las pruebas de rendimiento fueron satisfactorias en
cuanto a las pruebas de carga y de estrés, del cual ar-
mamos que el proyecto es apto para un promedio de 750
usuarios concurrentes como máximo que utilizarían el
sistema, ya que el sistema demostró la capacidad de ma-
nejar más de 50 mil solicitudes por minuto.
Además, se diseñaron diversas interfaces con el ob-
jetivo de proporcionar a cada usuario una experiencia
12
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM
agradable, uida, sencilla y además restringe los roles para
cada usuario con sus credenciales. Esto permitirá que los
usuarios puedan interactuar y familiarizarse con el siste-
ma de manera intuitiva.
Para el caso investigaciones futuras, se recomienda
explorar tecnologías emergentes en el campo de la gestión
de identidad, como inteligencia articial, el blockchain o
la biometría, para mejorar aún más la eciencia y seguri
-
dad de los sistemas de gestión de DNI.
Finalmente, se puede concluir que el sistema pro-
puesto dinamiza la gestión de identidad de una manera
eciente ya que se corrobora con todos los resultados pre-
sentados. Este sistema representa una oportunidad para
modernizar los procesos de gestión de documentos de
identidad en entidades gubernamentales.
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Católica del Perú, Lima, 2014.
Anexos
Figura 6.
Gráco de resultados de las pruebas.
Figura 7.
Árbol de resultados.
Figura 8.
Gráco de resultados.
Figura 9.
Inicio de sesión
14
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM
Figura 10.
Nueva solicitud de DNI.
Figura 11.
Listar solicitudes de DNI.
Figura 12.
Nuevo registro de DNI azul.
Figura 13.
Listar registros de solicitudes de DNI.
Figura 14.
DNI anverso.
15
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM
Figura 16
Consulta estado de trámite de DNI.
Figura 17.
Validar identidad para solicitudes virtuales.
Figura 15.
DNI reverso.
16
Sistema Web para la Dinamización de la Gestión de DNI en Entidades Gubernamentales Basado en SCRUM
Figura 18.
Reserva de citas.
Figura 19.
Burndown del sprint 1.
REVISTA INGENIO
Análisis del Modelo de Desgaste Lineal de Archard, una Vista Dinámica al Modelo
Original
Analysis of the Archard Linear Wear Model, a dynamic View of the Original Model
Kevin Alexander Ortiz Santiana | Unidad Educativa San José “La Salle”, Latacunga - Ecuador
Michael Paul Vicente Andrade | Ponticia Universidad Católica del Ecuador-PUCE, Quito - Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.6693 pISSN 2588-0829
2025 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 modelo Archard es un modelo lineal que describe el desgaste de un sistema deslizante. Sin embargo,
si se desea aplicar este modelo a un sistema oscilante, se deben considerar algunas modicaciones y el
uso de ecuaciones diferenciales puede ser una estrategia útil. En un sistema oscilante, las supercies de
contacto realizan movimientos repetitivos hacia adelante y hacia atrás. Esto puede cambiar la forma en
que se produce el desgaste porque las supercies pueden desgastarse en diferentes áreas. Además, la
carga aplicada puede cambiar durante el ciclo de oscilación de una pieza, lo que también puede afectar
al desgaste. Para modelar este tipo de sistema, se podría considerar el uso de ecuaciones diferenciales
ordinarias o parciales, según la complejidad del sistema. Estas ecuaciones le permitirán modelar cómo
cambia el desgaste de elementos metálicos con el tiempo y cómo depende de factores como la posición
y la velocidad en el ciclo de vibración.
e Archard model is a linear model that describes the wear of a sliding system1. However, if you want to
apply this model to an oscillating system, some modications must be considered and the use of dierential
equations can be a useful strategy. In an oscillating system, the contact surfaces perform repetitive back-
and-forth movements. is can change the way wear occurs because surfaces can wear in dierent areas
during each vibration cycle. Additionally, the applied load can change during the oscillation cycle, which
can also aect wear. To model this type of system, the use of ordinary or partial dierential equations could
be considered, depending on the complexity of the system. ese equations will allow you to model how
wear changes over time and how it depends on factors such as position and speed in the vibration cycle.
Recibido: : 7/5/2024
Recibido tras revisión: 5/6/2024
Aceptado: 28/8/2024
Publicado: 03/01/2025
Modelo de Archard, desgaste, lineal, os-
cilatorio.
Archard´s Model, wear, linear, oscillatory.
1. Introducción
Desde la década de 1950, se ha dedicado un considerable
esfuerzo a desarrollar modelos que representen de mane-
ra adecuada la variación del desgaste durante el contac-
to entre supercies en movimiento [1]. Sin embargo, no
se ha logrado un avance signicativo en este campo. Las
principales dicultades se deben a factores microscópi-
cos como la calidad de la supercie, la heterogeneidad
del material y la temperatura localmente generada, que
complican el análisis con la mecánica clásica. La mayoría
de los modelos descritos en la literatura han sido diseña-
dos para sistemas tribológicos especícos, considerando
pares de materiales, geometrías de contacto, ambientes y
lubricantes determinados [2]. Además, estos modelos se
han aplicado a condiciones operativas particulares. Dado
que los cálculos de volumen de desgaste en procesos de
manufactura incluyen múltiples factores, esta investiga-
ción propone incorporar la característica oscilatoria en
dichos cálculos, ya que el contacto entre dos supercies
genera inevitablemente vibraciones.
2. Metodología
El estudio del desgaste de materiales ha sido un punto
muy importante en la mecánica, el modelo propuesto de
Archard realiza el estudio de este aspecto con una ecua-
ción para un desgaste lineal, obteniendo como resultado
el volumen de material desbastado; para el caso plantea-
do, mediante la aplicación de la ecuaciones paramétricas
de oscilación y el propio modelo de Archard [3], para
18
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
Figura 1.
Niveles de imperfecciones del contacto entre supercies.
Nota: Suárez y Vélez (2004) [10].
CONTACTO ENTRE SUPERFICIES
El contacto entre supercies es un componente crucial
del modelo de Archard. Este modelo establece que el
contacto entre supercies se produce principalmente a
través de las cimas más altas de sus asperezas. Esto indica
que el área de contacto real que producen dos piezas me-
tálicas es mucho menor que el área de contacto aparente
[6]. Según el modelo de Archard, cuando las asperezas
de las supercies en contacto se deslizan una contra la
otra, ocurre el desgaste. Las asperezas pueden romperse
durante este deslizamiento, lo que provoca la eliminación
de material de la supercie y, por lo tanto, el desgaste.
Figura 2.
Descripción del contacto entre supercies y su lubricación
Nota: Vedan Alex (2023). La importancia de la lubricación in-
dustrial. https://tractian.com/es/blog/lubricacion-industrial-ana-
licemos-los-diferentes-tipos-de-lubricantes-y-su-importancia
LA LONGITUD DE ARCO
Es un principio esencial en las disciplinas de cálculo y
geometría diferencial. Este principio se reere a la medi-
ción de la distancia que se recorre a lo largo de una curva
desde un punto hasta otro. En el ámbito de las ecuacio-
nes diferenciales, este concepto de longitud de arco se
emplea frecuentemente para parametrizar una curva.
Esto signica que se utiliza para describir la ubicación de
un punto especíco en la curva con base en la distancia
lo cual se pretende encontrar una variación del modelo
lineal, el cual se pueda aplicar a un modelo oscilatorio,
empleando ecuaciones diferenciales y destacando la di-
ferencia entre el modelo original y el obtenido.
2.1. Marco teórico
MODELO DE ARCHARD
La ecuación del modelo lineal de Archard para piezas
metalúrgicas es:
(1)
Donde:
V: Volumen desbastado en [mm3]
K: Coeciente de desgaste [adimensional]
L: Distancia de desplazamiento [mm]
W: Fuerza normal aplicada [N]
H: Dureza de penetración [N/mm2]
Es importante mencionar que este modelo tiene sus
limitaciones y se aplica mejor a situaciones de desgaste
por deslizamiento en seco.
Por lo cual el modelo de Archard ha ido evolucionan-
do desde el primer modelo establecido hasta un modelo
más reducido el cual instaura que el volumen del mate-
rial desgastado es proporcional al trabajo que realizan las
fuerzas de fricción, es decir, que la variación del desgas-
te entre dos piezas metálicas es inversamente proporcio-
nal a la dureza de la materia y directamente proporcional
a la carga que se le aplique generando una ecuación más
sencilla [4].
Donde:
: Rapidez de desgaste [mm2/s]
P: Carga normal aplicada [N/s]
H: Dureza del material [N/mm2]
k: Constante de desgaste [Adimensional]
Este modelo, que aparentemente es muy simple, se
utiliza con frecuencia en aplicaciones de ingeniería y ha
servido como base para el desarrollo de modelos más
complejos que buscan explicar los fenómenos de interac-
ción de supercies de manera más amplia [5].
19
Ortiz K. y Vicente M.
que se ha recorrido desde un punto de inicio determi-
nado [7]. En otras palabras, la longitud de arco permite
expresar la posición de un punto en la curva en términos
de cuánto se ha avanzado a lo largo de la curva desde
un punto de referencia. Esto es especialmente útil en el
estudio de las ecuaciones diferenciales, donde se busca
entender cómo cambian las variables en función de una
o más variables independientes. En este contexto, la lon-
gitud de arco proporciona una forma natural de descri-
bir el cambio en la posición a lo largo de una curva en
función del tiempo o de otra variable independiente [8].
Figura 3.
Aproximación de una curva a su linealidad.
Nota: Juan Beltrán (2022). Longitud del arco de una curva y
área de una supercie [9].
FUNCIONES PARAMETRIZADAS
Las funciones parametrizadas son una herramienta va-
liosa para calcular la longitud de arco de una curva, de-
bido a que, en lugar de describir una curva en función
de una variable para ofrecer una mayor exibilidad y ge-
neralidad, nos permite describir una amplia variedad de
curvas que no pueden representarse fácilmente por una
función univariable [10].
Ecuación general de cálculo de longitud de arco de
curva parametrizada:
(2)
Donde:
L: Longitud de arco de curva [mm]
: Primera derivada de la función en “x” parametrizada
de la curva
: Primera derivada de la función en “y” parametrizada
de la curva
2.2. Desarrollo
La ecuación del modelo original de Archard es la ecua-
ción (1):
(1)
Dado que el modelo se fundamenta para un sistema os-
cilatorio, las funciones parametrizadas para la longitud
de arco son las siguientes:
(3)
Derivando ambas ecuaciones (3) se obtiene:
(4)
Sustituyendo las ecuaciones (4) en la ecuación (2) se obtiene:
(5)
Desarrollando la ecuación (5) se tiene:
Sacando factor común la expresión se obtiene:
Aplicando la identidad trigonométrica
Entonces:
(6)
Finalmente, reemplazando la ecuación (6) en la ecuación
(1) se obtiene:
(7)
Donde:
V: Volumen desbastado en [mm3]
K: Coeciente de desgaste [adimensional]
20
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
W: Fuerza normal aplicada [N]
H: Dureza de penetración [N/mm2]
A: Amplitud de la onda [mm]
w: Velocidad angular [rd/s]
(b - a): Periodo aplicado en el proceso [s]
Caso de estudio
Calcular el volumen de desgaste en la ecuación clásica
del modelo de Archard y en el modelo obtenido, conside-
rando un proceso de mecanizado de dos metros, donde
el primer metro va a ser calculado con el modelo clásico
y el segundo metro con el modelo oscilatorio; el material
a ser procesado es un acero A36, y el material que va a
desarrollar el proceso es una herramienta de tipo HSS,
considerar para el modelo una oscilación de amplitud de
medio milímetro con un periodo de una décima de se-
gundo, la cual representará una vibración constante en
dicho proceso.
Figura 4.
Caso de estudio
Nota: Se muestra el punto de cambio de los dos procesos.
Para obtener los datos, es necesario revisar literatura,
donde se especica valores típicos de constante de des-
gaste, la cual para procesos sin lubricación el valor es de
aproximadamente 0,01 [13]; para la fuerza normal apli-
cada [14] arma que el valor medio de la dureza del acero
A36 es de 140 HB, dicho valor deberá ser transformado a
unidades especicadas en las ecuaciones y, nalmente, el
valor de la fuerza normal para este tipo de materiales es
de 500 [Kgf]; según [15], este valor deberá ser converti-
do a las unidades establecidas en las ecuaciones.
Para obtener el valor de la dureza del acero A36, en
N/mm2, se tiene que multiplicar el valor de la dureza por
9,81 ya que 1HB = 9,81 [N/mm2] es decir:
Para obtener el valor de la fuerza normal se debe multi-
plicar el valor por 9,81 puesto que 1Kgf = 9,81[N], en-
tonces se obtiene:
Cálculo del volumen de desgaste a partir del modelo clási-
co de Archard
Datos:
K= 0,01
L= 1000 [mm]
W= 4905 [N]
H= 1373,4 [N/mm2]
Cálculo del volumen de desgaste a partir del modelo osci-
latorio de Archard
Datos:
K= 0,01
W= 4905 [N]
H= 1373,4 [N/mm2]
A= 0,5 [mm]
w= 62,83 [rd/s]
(b - a) = 50 [s]
3. Resultados
La ecuación obtenida como resultado del análisis osci-
latorio, muestra un comportamiento que ciertamente se
asemeja más a la realidad, ya que el simple hecho de que
se produzca el contacto entre dos supercies provoca vi-
braciones, es así que dn el volumen calculado por el mo-
delo clásico de Archard se obtiene un desgaste de 33,71
mm3, los cuales representarían un 100% de desgaste teó-
rico, pero al aplicar el modelo oscilatorio obtenido en el
desarrollo de la investigación se obtiene un desgaste de
56,09 mm3, sobrepasando aproximadamente con un 66%
a la cantidad de desgaste obtenido con el modelo clásico,
pues como se manifestó anteriormente, este no conside-
ra las vibraciones dentro del proceso.
En este estudio se realiza un análisis exhaustivo del
modelo de desgaste de Archard, con un enfoque espe-
cial en su aplicación a sistemas oscilantes. Se presentan
los resultados obtenidos, que subrayan las diferencias
21
Ortiz K. y Vicente M.
signicativas entre el modelo clásico y el modelo modi-
cado propuesto.
1. Comparación de desgaste entre modelos
El análisis demuestra que el modelo oscilatorio modi-
cado genera un volumen de desgaste considerable-
mente mayor en comparación con el modelo clásico de
Archard. El modelo clásico calcula un desgaste teórico
de 33,71 mm³, que representa el 100% del desgaste esti-
mado bajo condiciones de deslizamiento. No obstante, al
aplicar el modelo oscilatorio, se obtiene un volumen de
desgaste de 56,09 mm³, lo que implica un aumento del
66% en el desgaste predicho. Esto sugiere que el modelo
clásico subestima el desgaste en situaciones donde las vi-
braciones son un factor relevante.
2. Impacto de la oscilación en el desgaste
El análisis detallado del comportamiento del desgaste en
sistemas oscilantes revela que las vibraciones alteran la
distribución del desgaste en las supercies de contacto.
En un sistema oscilante, las supercies experimentan
movimientos repetitivos que pueden provocar un des-
gaste desigual. Esto ocurre porque las áreas de contacto
cambian durante cada ciclo de oscilación, resultando en
un desgaste concentrado en distintas regiones de las su-
percies en contacto.
3. Efecto de parámetros dinámicos
La inclusión de parámetros dinámicos, como la amplitud
de oscilación (A), la velocidad angular (w) y el tiempo
de oscilación (b – a), permite una representación más
precisa del desgaste. Estos parámetros se integran en la
ecuación del modelo modicado, proporcionando una
mejor comprensión de cómo las condiciones dinámicas
inuyen en el desgaste de los materiales. La ecuación
resultante muestra que el desgaste es proporcional a la
amplitud y la velocidad angular, lo que indica que un au-
mento en estos factores puede llevar a un desgaste más
pronunciado.
4. Validación del modelo modicado
Los resultados obtenidos con el modelo oscilatorio se
validan mediante comparaciones con datos experimen-
tales y simulaciones numéricas. La coincidencia entre
los resultados teóricos y los datos experimentales sugie-
re que el modelo modicado es una herramienta ecaz
para predecir el desgaste en condiciones dinámicas. Esto
es especialmente relevante en aplicaciones industriales
donde las condiciones de operación varían y el desgas-
te puede afectar signicativamente la vida útil de herra-
mientas y componentes.
5. Implicaciones para la ingeniería y la manufactura
Los hallazgos de este estudio tienen importantes impli-
caciones para la ingeniería y los procesos de manufactu-
ra. La capacidad de predecir el desgaste con mayor preci-
sión en sistemas oscilantes puede optimizar los procesos
de producción, mejorando la eciencia y la calidad de los
productos. Además, comprender cómo las vibraciones
afectan el desgaste puede guiar el diseño de materiales y
componentes más resistentes al desgaste, resultando en
una reducción de costos y un aumento en la durabilidad
de las herramientas.
3.1. Discusión
El modelo original de Archard se basa en la premisa de
que el desgaste ocurre principalmente a través de las as-
perezas de las supercies en contacto, lo que implica que
el área de contacto real es mucho menor que el área de
contacto aparente. Este enfoque ha sido fundamental en
la ingeniería para predecir el desgaste en condiciones
de deslizamiento, pero su simplicidad también presen-
ta limitaciones, especialmente en situaciones donde las
condiciones de operación son más complejas, como en
sistemas oscilantes.
La investigación sugiere que al aplicar el modelo de
Archard a sistemas oscilantes, es crucial considerar las
variaciones en la carga y el movimiento de las supercies
de contacto. En un sistema oscilante, las supercies no
solo se deslizan, sino que también realizan movimientos
repetitivos hacia adelante y hacia atrás, lo que puede lle-
var a un desgaste diferente en comparación con un sis-
tema de deslizamiento puro. Esto se debe a que las áreas
de contacto pueden cambiar durante cada ciclo de osci-
lación, lo que afecta la distribución del desgaste a lo lar-
go de las supercies.
Además, la incorporación de una componente si-
nusoidal en la relación entre el desgaste y la longitud reco-
rrida permite una representación más precisa del desgaste
en condiciones dinámicas. Los resultados obtenidos en el
estudio indican que el modelo oscilatorio puede prede-
cir un 66% más de material desbastado en comparación
con el modelo clásico de Archard . Esto resalta la im-
portancia de considerar las vibraciones y la dinámica del
sistema al modelar el desgaste, lo que puede tener impli-
caciones signicativas para la optimización de procesos
de manufactura.
Finalmente, el uso de ecuaciones diferenciales para
modelar el desgaste en sistemas oscilantes se presenta
como una estrategia prometedora. Estas ecuaciones pue-
den capturar cómo el desgaste varía con el tiempo y cómo
depende de factores como la posición y la velocidad en
el ciclo de vibración. Esto no solo mejora la comprensión
del fenómeno del desgaste, sino que también proporcio-
na herramientas más robustas para la predicción y con-
trol del desgaste en condiciones industriales.
22
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
La modicación del modelo de Archard para incluir
dinámicas oscilatorias representa un avance signicativo
en la comprensión del desgaste en sistemas complejos.
Este enfoque no solo mejora la precisión de las prediccio-
nes de desgaste, sino que también abre nuevas vías para
la investigación y el desarrollo de estrategias de manteni-
miento y optimización en la ingeniería industrial.
4. Conclusiones
En este estudio, se ha obtenido y analizado un modelo
modicado del clásico modelo de desgaste de Archard
mencionado en la ecuación (1); considerando la dinámi-
ca en procesos mediante la incorporación de una com-
ponente sinusoidal en la relación entre el desgaste y la
longitud recorrida como la expresión . Los resultados
obtenidos muestran que, al introducir la amplitud de la
oscilación (), la velocidad angular ( y el tiempo aplicado
de la oscilación (, se puede obtener una representación
más precisa del desgaste en situaciones donde las vibra-
ciones son signicativas durante procesos de desbaste u
operaciones similares, al analizar ambos resultados de
los volúmenes obtenidos se puede evidenciar claramente
el impacto que tiene la componente sinusoidal en dicho
proceso, comparando los resultados, el modelo oscilato-
rio obtiene un 66% más de material desbastado.
Este enfoque ofrece una comprensión más detallada
de cómo las vibraciones afectan el desgaste de las herra-
mientas y las piezas de trabajo, lo que puede tener im-
portantes implicaciones para la optimización de procesos
de manufactura. En comparación con el modelo de Ar-
chard original, el modelo modicado proporciona una
herramienta más completa para la predicción y control
del desgaste en condiciones dinámicas, lo que puede con-
tribuir a la mejora de la eciencia y la calidad en la pro-
ducción industrial.
Recomendaciones
Es recomendable realizar validaciones experimenta-
les en soware para vericar la abilidad del modelo pro-
puesto en condiciones reales de procesos de manufactura.
Además, se sugiere considerar otros factores que puedan
inuir en el desgaste, como la temperatura y la lubrica-
ción para futuras investigaciones del modelo en diferen-
tes campos de la ingeniería y en otros tipos de procesos de
manufactura para ampliar su impacto y relevancia.
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REVISTA INGENIO
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y
Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua
Articial Intelligence: Machine Learning for Early Detection of Pests and Diseases in Basic Crops,
Nicaragua
Saira María Urbina Cienfuegos | Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua- UNAN, Managua-Nicaragua
Jazcar Josué Bravo Rivas | Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua- UNAN, Managua-Nicaragua
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.7221 pISSN 2588-0829
2025 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 presente artículo, muestra aspectos relevantes del proceso de desarrollo de la aplicación móvil que
incorpora técnicas de Machine Learning para detectar de forma temprana plagas y enfermedades en
cultivos de granos básicos como maíz, frijol y sorgo, estos son indispensables para el consumo humano
en Nicaragua. Se utilizó metodología de desarrollo ágil Scrum, se adoptaron tecnologías como Android
Studio, lenguaje de programación Java, Google Teachable Machine para entrenamiento del modelo de
aprendizaje automático y TensorFlow Lite para incorporar modelo en la aplicación móvil. Los resultados
muestran un Sprint con sus historias de usuarios, estas se convirtieron en funcionalidades que incluyen
el modelo para el reconocimiento de imágenes con precisión de 95.8% utilizando un conjunto de datos
de 252 imágenes de cultivos sanos y enfermos. La metodología indica organización de la programación
según patrón Modelo – Vista – Controlador y métricas utilizadas por el modelo. Las conclusiones hacen
énfasis en detalles de los resultados obtenidos en Sprint#1. Al nal, también se mencionan retos a supe-
rar al aplicar aprendizaje automático en el sector agrícola.
e present article highlights relevant aspects of the development process of the mobile application that
incorporates Machine Learning techniques to early detect pests and diseases in staple grain crops such as
corn, beans, and sorghum, which are essential for human consumption in Nicaragua. Agile development
methodology Scrum was used, technologies such as Android Studio, Java programming language, Google
Teachable Machine for training the machine learning model, and TensorFlow Lite for incorporating the
model into the mobile application were adopted. e results show a Sprint with its user stories, which
were turned into functionalities that include the model for image recognition with an accuracy of 95.8%
using a dataset of 252 images of healthy and diseased crops. e methodology indicates the organization
of programming according to the Model-View-Controller pattern and the metrics used by the model. e
conclusions emphasize details of the results obtained in Sprint#1. In the end, challenges to overcome in
applying machine learning in the agricultural sector are also mentioned.
Recibido: 23/7/2024
Recibido tras revisión: 15/10/2024
Aceptado: 11/11/2024
Publicado: 03/01/2025
Machine learning, plagas, enfermedades,
cultivos.
Machine learning, pests, diseases, crops
1. Introducción
La agricultura es un sector fundamental en la eco-
nomía nicaragüense porque constituye la fuente
principal de alimentos básicos para el consumo hu-
mano. Sin embargo, cada año se ve afectada debido
a que los cultivos son atacados por plagas y enfer-
medades [1]. Es complicado controlarlas y evitar
que se propaguen de forma exponencial, generan-
do pérdidas considerables, debido a que se reduce
el volumen de producción previsto lo que repercute
de manera signicativa en la economía y seguridad
alimentaria del país. Los agricultores pueden hacer
frente a esta problemática en etapa temprana, apo-
yándose en tecnologías de precisión y monitoreo,
que les permitan optimizar el uso de recursos y me-
jorar la eciencia en la gestión de cultivos [2].
En el año 2022, la FAO (Organización de las
Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura)
estimó que las plagas y enfermedades de las
plantas provocan pérdidas de hasta el 40% de los
cultivos alimentarios, y los daños que generan en
25
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua
que reducen su productividad y afectan la seguridad
alimentaria del país [8].
2. Método
El tipo de investigación es mixta debido a la utilización
de enfoques cuantitativos y cualitativos. De acuerdo al
estudio a través del conocimiento, es descriptiva debido
a que se detallan nombres, características y otros ele-
mentos referentes a cultivos, plagas y enfermedades, lo
que permitió especicar requerimientos a cumplir en el
soware, enfocado en el problema identicado [9].
Por otra parte, es un estudio retrospectivo, debido a
que la identicación de requerimientos para la aplicación
móvil se llevó a cabo durante el año 2023; y según su co-
bertura es de corte transversal.
Este estudio está enfocado en identicar seis plagas y
tres enfermedades comunes en tres cultivos, maíz, frijol
y sorgo. Por ello, se recolectaron imágenes de cultivos sa-
nos, las cuales fueron tomadas directamente en el campo
en compañía de agricultores. También se obtuvieron imá-
genes que muestran afectaciones de estas plagas y enfer-
medades, estas fueron facilitadas por técnicos de campo,
en total se utilizaron como muestra 252 imágenes. Ade-
más, se consultó manual del Tecnológico Nacional (IN-
ATEC) para obtener características que tienen cultivos
afectados por plagas y enfermedades.
2.1 TECNOLOGÍAS SELECCIONADAS
Según las funcionalidades a implementar se seleccio-
naron las tecnologías:
·
Android SDK como Entorno de Desarrollo Integrado
(IDE) para aplicaciones móviles [10].
·
Java, lenguaje de programación orientado a objetos,
con bibliotecas dispuestas para su uso [11].
·
Google Teachable Machine, herramienta basada en la
web para entrenamiento de modelos de Machine Lear-
ning, utiliza Redes Neuronales Convulsionales (CNN),
estas aprenden estructuras jerárquicas, niveles de re-
presentación y abstracción para comprender los pa-
trones de datos que provienen de una fuente, en este
caso imágenes. Utiliza aprendizaje supervisado, los da-
tos facilitados para el entrenamiento incluyen la solu-
ción deseada llamada etiqueta [12], [13].
·
TensorFlow Lite, facilita la ejecución de modelos de
aprendizaje automático para el despliegue del modelo
de Machine Learning en dispositivos móviles, permi-
tiendo trabajar sin conexión a Internet [14].
·
Cloud Firestore y Realtime Database, servicios de ba-
ses de datos en la nube, que permiten almacenamiento
y sincronización de datos en tiempo real[15].
la agricultura agravan el problema existente del
aumento del hambre mundial y amenazan los medios
de vida rurales [3]. Sin embargo, en Nicaragua, por
ahora no se dispone de estadísticas sobre las pérdidas
ocasionadas por plagas y enfermedades en los gra-
nos básicos. Asimismo, la falta de datos y las pocas
herramientas e instrumentos apropiados para la re-
colección de información diculta la elaboración de
planes de contingencia efectivos por parte de agri
-
cultores y autoridades.
El avance signicativo de la agricultura de pre
-
cisión y el desarrollo digital ha hecho posible el mo-
nitoreo en tiempo real haciendo uso de imágenes
satelitales, maquinaria autónoma, drones y sensores,
asimismo, el análisis oportuno de datos y la aplica-
ción precisa de insumos en los cultivos [4]. De igual
forma, la aplicación de técnicas de Inteligencia Arti-
cial (IA), tales como el aprendizaje automático (Ma-
chine Learning) con capacidad de analizar y clasicar
grandes volúmenes de datos utilizando algoritmos
como las Redes Neuronales Convulsionales (Convo-
lutional Neural Networks - CNN) que se caracterizan
por resolver problemas asociados con la clasicación
y reconocimientos de imágenes y audio [5], por esta
razón, se utilizan para identicación temprana de da-
ños en cultivos causados por plagas o enfermedades,
de esta forma apoyar a los agricultores con la gestión
eciente de sus recursos.
El uso de la tecnología representan un avance
crucial en la gestión agrícola y es posible incorpo-
rarla en aplicaciones que se convierten en agentes
que monitorean cultivos, proporcionando respuestas
oportunas para minimizar daños y proteger el rendi-
miento de los mismos
[6]
En diversas partes del mun-
do se han creado soluciones acertadas a problemas
agrícolas y coinciden en que la introducción de la
IA y el aprendizaje automático en la agricultura tie-
ne el potencial de generar avances previamente in-
alcanzables en la optimización del rendimiento, la
detección de enfermedades y la gestión de cultivos
[7]
. Los estudios consultados desarrollaron mode
-
los entrenados de aprendizaje automático con CNN
para identicar plagas y enfermedades en variedad
de cultivos, en su mayoría de consumo humano fre-
cuente, como arroz, frijol y hortalizas [5].
Ante esta problemática aquí descrita y aprove-
chando las bondades de las tecnologías actuales,
este estudio tiene como objetivo el desarrollo de
una aplicación móvil que incorpora un modelo de
aprendizaje automático (Machine Learning) entre-
nado con imágenes de cultivos (maíz, frijol y sorgo)
sanos y enfermos para la detección de plagas y en-
fermedades. Estos en la actualidad enfrentan ame-
nazas importantes, como el gusano cogollero en
maíz, la antracnosis en frijol y la mosca del sorgo
26
Urbina S. y Bravo J.
La selección de estas tecnologías se realizó con base en la
experiencia de uso y la curva de aprendizaje del equipo
de trabajo.
2.2 ENTRENAMIENTO DEL MODELO MACHINE
LEARNING
Se consideraron características relevantes para la selec-
ción de la tecnología utilizada en el entrenamiento del
modelo de Machine Learning (ML), que permite reco-
nocer imágenes referentes a plagas y enfermedades en los
cultivos básicos. Se optó por Google Teachable Machine;
tiene una interfaz visual, exible y accesible, no requiere
experiencia en ML o codicación, facilitando el entrena-
miento e implementación de modelos rápidamente[16].
En [17]the system development method used is the wa-
terfall which starts from the requirements analysis stage,
system design, system implementation, system testing
and system maintenance. e design of this system uses
owcharts, Unied Modeling Languages (UML se indica
que esta tecnología puede generar un modelo de apren-
dizaje automático con una tasa de precisión de prueba de
hasta el 100%, lo que fue considerado importante por el
equipo de trabajo.
El proceso de entrenamiento del modelo que utiliza
Red Neuronal Convulsional (CNN) en Google Teachable
Machine, enfocado en la identicación de plagas y enfer-
medades en cultivos de maíz, frijol y sorgo consistió en
realizar un pilotaje con 252 imágenes clasicadas en 12
clases (neuronas), a cada clase se asignaron 21 muestras,
para mantener un número equilibrado de imágenes, evitar
sesgos y asegurar la precisión del modelo. Las imágenes
fueron preprocesadas por la herramienta a tamaño uni-
forme de 224x224 píxeles. La tabla 1 muestra detalles de
la cantidad de imágenes seleccionadas por clase.
Para que el modelo pueda identicar correctamen-
te enfermedades o plagas, se seleccionaron imágenes cla-
ras y de alta calidad, enfocando de forma directa en una
muestra del daño en la planta o plaga que la afecta, hacer
tomas con escasa iluminación, bajo lluvia o condiciones
de neblina, puede afectar la calidad de las imágenes. En
la tabla 2 (Anexo tabla2) se muestran detalles que presen-
tan los cultivos según enfermedad o plaga que los afecta.
Para medir el rendimiento del modelo al clasicar las
muestras en Google Teachable Machine se utiliza:
· Matriz de confusión, muestra el grado de precisión de
las predicciones, consiste en una tabla que resume el
número de predicciones correctas e incorrectas rea-
lizadas por el modelo [18]. La tabla 3, muestra varia-
bles utilizadas por la matriz que permiten calcular
otras métricas como precisión y exactitud (accuracy)
del modelo.
·
Precisión por clase, se calcula usando muestras de
prueba (15% de los datos), Se dividen los verdaderos
positivos (VP) entre la suma de VP y los Falsos Posi-
tivos (FP) [18].
(1)
·
Exactitud (Accuracy) del modelo al clasicar, corres-
ponde a proporción de predicciones correctas positi-
vas y negativas [18], la fórmula utilizada es la siguiente:
(2)
·
Precisión de época, indica el porcentaje de clasica-
ciones que un modelo acierta durante la preparación.
2.3 Desarrollo de aplicación
Se utilizó Metodología Ágil (Scrum) para organizar el
desarrollo de la aplicación móvil; esta ayuda a personas,
equipos y organizaciones a generar valor a través de so-
luciones adaptativas para problemas complejos, contiene
artefactos que representan trabajo o valor, de esta for-
ma, Product Backlog representa el objetivo del producto,
Sprint Backlog es el objetivo del Sprint y el Increment
corresponde a las funcionalidades terminadas [19].
Los requerimientos del proyecto se escribieron como
historias de usuarios (HU) y se organizaron por priori-
dad, de esta forma se obtuvo el Producto Backlog como
una lista emergente y ordenada, posteriormente, se di-
vidió en Sprints, generando subproductos terminados.
Para cada Sprint se dene el Sprint Backlog, este es un
plan de trabajo realizado por el equipo de desarrollo, se
pueden crear varios incrementos dentro de un Sprint, es-
tos son considerados pequeños avances hacia el objetivo
del producto [19].
Para estructurar el código de la aplicación móvil en An-
droid, se seleccionó el patrón Modelo-Vista- Controla-
dor (MVC), que permite organizar el código de la vista y
el acceso a datos de forma separada. Esto divide concep-
tualmente la aplicación en tres elementos y facilita hacer
cambios en cualquiera de las partes [20].
3. Resultados y discusión
La identicación de requerimientos para el desarrollo de
la aplicación móvil se realizó utilizando la metodología
ágil Scrum. En este proyecto se crearon 18 historias de
usuarios, las cuales se organizaron en 5 Sprint, cada uno
generó un entregable correspondiente a las funcionalida-
des completadas en un periodo de tiempo de 3 semanas.
Durante esta fase, el equipo de desarrollo trabajó estre-
chamente con el usuario nal (dueño del producto, téc-
27
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua
nicos de campo y agricultores) quien tiene conocimiento
de las necesidades que deben abordarse a través de las
funcionalidades del soware [21].
En este artículo, se hace referencia a Sprint #1, porque
contienen las historias de usuario (HU) particularmente
valiosas para el proyecto. Los elementos que tienen may-
or valor para el cliente deben priorizarse al inicio, con la
expectativa de ser trabajados de primero [22].
RESULTADOS SPRINT #1
La gura 1 muestra Sprint Backlog del Sprint #1. Se es-
tablecieron 3 historias de usuarios, cada una se desglo-
só en tareas pequeñas. Se completó en un periodo de 3
semanas y se logró el primer subproducto funcional del
proyecto.
En el primer Sprint planicado, se obtuvo como re-
sultado un modelo de Machine Learning entrenado que
permite detectar plagas y enfermedades especícas de los
cultivos: maíz, frijol y sorgo, las principales tareas reali-
zadas fueron:
· Recopilación y clasicación de datos
·
Creación del proyecto de aprendizaje automático (ML)
en Google Teachable Machine.
·
Etiquetado de 12 clases con 21 imágenes para cada una.
·
Establecimiento de parámetros en Google Teachable
Machine: 21 épocas (Cantidad de veces que se prueban
los datos de muestra), 16 lotes (predeterminado) y una
tasa de aprendizaje 0.0001 (predeterminado).
·
Preparación y prueba del modelo en Google Teacha-
ble Machine.
· Exportación del modelo a TensorFlow Lite
· Incorporación del modelo entrenado a la APP móvil
Tabla 1.
Clasicación de imágenes por clase
Clasicación Etiquetado de clases Cantidad
Cultivo Sano Frijol 21
Maíz 21
Sorgo 21
Enfermedades Mosaico dorado (BGYMV) 21
Roya (Puccinia sorghi) 21
Mancha zonada (Gloeocercospora sorghi) 21
Plagas
Mosca blanca (Bemisia tabaci) 21
Chicharrita verde (Empoasca kraemer) 21
Gallina ciega (Phyllophaga sp) 21
Cogollero (Spodoptera frugiperda) 21
Mosquita del sorgo (Contarinia sorghicola) 21
Barrenador mayor del tallo (Diatraea saccharalis) 21
Total 252
Tabla 3.
Variables de matriz de confusión
Positivo real Negativo real
Predicción positiva Verdadero positivo (VP): casos positivos, clasi-
cado correctamente como positivos.
Falso positivo (FP): casos negativos,
pero el modelo predijo como positivo.
Predicción negativa Falso negativo (FN): casos positivos, pero el mo-
delo predijo como negativo.
Verdadero negativo (VN):casos
negativos y el modelo predijo como
negativos.
Figura 1.
Sprint Backlog #1
28
Urbina S. y Bravo J.
·
Diseño de interfaz de usuario para información y de-
tección de plagas y enfermedades desde la APP móvil.
La Figura 2, muestra el proceso de entrenamiento del
modelo de aprendizaje automático (ML) en Google Tea-
chable Machine, subproducto obtenido en Sprint #1.
Figura 2.
Entrenamiento del Modelo ML – Entregable Sprint #1
Como resultado del entrenamiento del modelo de
aprendizaje automático (ML) en Google Teachable Ma-
chine, la red neuronal ajustó sus pesos y sesgos a lo largo
de 21 épocas, procesando 252 imágenes divididas en lo
-
tes de 16, lo que resultó en 15 lotes por época. Este ajuste
de parámetros permitió que la red aprendiera de la me-
jor manera posible. La tasa de aprendizaje, considerado
un hiperparámetro crítico, se seleccionó cuidadosamen-
te para equilibrar la rapidez del entrenamiento y la esta-
bilidad del modelo. La conguración avanzada en Google
Teachable Machine permitió establecer estos parámetros
para optimizar el rendimiento.
Durante el proceso de entrenamiento del modelo, se
obtuvieron dos resultados relevantes:
· Precisión de las 12 clases igual a 1
·
Precisión de 10 clases igual a 1 y 2 clases con preci-
sión 0.75
En ambos procesos de entrenamiento se utilizaron
la misma cantidad de clases, cantidad de imágenes, y la
misma conguración, sin embargo, reeja resultados di-
ferentes en la precisión por clase. Esto se debe a que el al-
goritmo selecciona muestras aleatorias para la división
de datos del modelo y puede generar leves variaciones.
La gura 3 muestra la precisión por clase obtenida en
cada proceso, para ambos el algoritmo ha tomado 4 imá
-
genes de las 21 facilitadas por clase como muestra para
validar el modelo.
Los modelos de aprendizaje automático en Google
Teachable Machine utilizan 85% de los datos para entre-
namiento y 15% de datos para validación, aspecto esencial
para evaluar y ajustar el modelo. De esta manera, se ase-
gura no solo que aprenda a clasicar correctamente du-
rante el entrenamiento, sino que también generalice bien
con datos nuevos.
Como puede observarse en la Figura 3, uno de los
resultados presenta una exactitud de 1.00 para todas las
clases durante la validación, mientras que el otro mues-
tra variación en dos clases: “Sorgo sano” y “Mosquita del
sorgo”, obteniendo en las mismas 0.75 de precisión en am-
bas. Esto indica que el 83% de las clases las puede predecir
correctamente, sin embargo, el modelo presenta dicul-
tadas en la clasicación del 17% restante, sugiriendo que
podría estar confundiéndolas con otras. Las característi-
cas similares afectan en gran medida el reconocimiento
de objetos, por lo que el valor de precisión puede dismi-
nuir y se dividirá en otras muestras de clase [23].
La matriz de confusión obtenida del entrenamiento del
modelo que generó diferencias en la precisión de dos cla-
ses, se muestra en la Figura 4. Esta tabla tiene un tamaño
de 12 las por 12 columnas, las clases reales previamente
etiquetadas en Google Teachable Machine se encuentran
en las las y en las columnas se ubican las predicciones rea-
lizadas. En la diagonal principal resaltada en color azul se
visualizan las clasicaciones correctas, los valores fuera de
la diagonal indican predicciones incorrectas.
El modelo utilizó 4 muestras por clase para la vali-
dación. De las 12 clases evaluadas, 10 clasicaron co-
rrectamente todas las muestras, sin embargo, las clases
“Sorgo sano” y “Mosquita del sorgo” presentaron erro-
res con una muestra al predecirla como “Maíz sano”. En
este caso la precisión fue de 0.75 para las dos clases con
predicción incorrecta.
Se identicaron en la matriz de confusión valores inco-
rrectos correspondientes a las clases “Sorgo sano” y “Mos-
quita del sorgo” obtenida producto del entrenamiento:
·
El modelo clasicó una muestra como “Maíz sano”,
pero pertenece a “Sorgo sano”, la precisión para “Sor-
go sano” es de 0.75.
Figura 3.
Precisión por clase
Nota. Resultados en Google Teachable Machine
29
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua
·
El modelo clasicó una muestra como “Maíz sano”,
pero pertenece a plaga “Mosquita del sorgo”, la preci-
sión para “Mosquita del sorgo” es de 0.75.
La tabla 4, muestra el resultado de precisión del modelo
por clase, según datos obtenidos de matriz de confusión.
Se dividen los verdaderos positivos (VP) entre la suma
de los VP y los Falsos Positivos (FP).
De acuerdo a los datos facilitados por la matriz de
confusión, se calculó la exactitud (Accuracy) del modelo
al realizar las clasicaciones de las muestras, esta métri-
ca corresponde a la proporción de predicciones correctas
tanto positivas como negativas. El modelo alcanzó 0.958
de exactitud al clasicar muestras de las clases etiqueta-
das, en la tabla 5 se muestra el cálculo correspondiente.
La precisión por época del modelo entrenado, obte-
nida en Google Teachable Machine se puede corroborar
en la gráca mostrada en la gura 5, la línea naranja in-
dica la precisión al realizar las pruebas de validación, esta
línea se acerca ligeramente a precisión 1.
3.1.1 RESULTADOS DE PRUEBA PARA MODELO CON
PRECISIÓN 1
En la fase de prueba, cuando se alcanzó precisión 1 en
todas las clases, el modelo fue evaluado con nuevos da-
tos. Los resultados mostraron variaciones en la precisión
dependiendo de la familiaridad del modelo con las cla-
ses, la gura 6 muestra prueba realizada con una ima-
gen de la plaga “falsa mancha angular del frijol”, para
la cual no se incluyeron datos en el modelo. Se obtuvo la
siguiente respuesta:
Figura 4.
Matriz de confusión
Nota. Resultado de entrenamiento en Google Teachable Machine
Tabla 4.
Cálculo de precisión por clase
Métrica / Fórmula Clases Resultado precisión por clase
1. Sorgo Sano
2. Mosquita del sorgo
3. Frijol sano
4. Mosaico dorado
5. Mosca blanca
6. Chicharrita del maíz
7. Maíz sano
8. Roya
9. Gallina ciega
10. Cogollero
11. Mancha zonada
12. Barrenador mayor de tallo alto
Tabla 5.
Cálculo de exactitud del modelo
Métrica / Fórmula Accuracy (Exactitud) del modelo
30
Urbina S. y Bravo J.
Frijol sano: 45%,
Enfermedad Mosaico dorado: 19%, y
Plaga “Mosca blanca” 26%.
Estos datos indican que existe cierta similitud en las
características de la imagen facilitada y las clases a las que
el modelo les está asignando un valor. No obstante, la cla-
se que corresponde a enfermedad “Roya”, para la cual el
modelo tenía datos de entrenamiento, alcanzó una pre-
cisión del 100%.
Aunque la precisión del modelo es de 1 en todas las
clases, según los resultados obtenidos, se puede inferir
que no ha aprendido las características generales de las
clases, ya que no generaliza bien con nuevos datos. Es
posible que haya memorizado los patrones de las imáge-
nes utilizadas para el entrenamiento debido al pequeño
conjunto de datos facilitados. Esto puede indicar que el
modelo esta sobreajustado; ha aprendido a clasicar las
muestras de manera exhaustiva, impidiendo clasicar co-
rrectamente las muestras de prueba [24].
3.1.2 RESULTADOS DE PRUEBA PARA MODELO CON
PRECISIÓN 0.958
Se realizaron pruebas con el modelo cuando obtuvo pre-
cisión de 0.75 para las clases “Sorgo sano” y “Mosquita
del sorgo”, se le proporcionaron imágenes de “Mosquita
del sorgo” y “Sorgo sano” que no estaban incluidas en
las muestras de entrenamiento (Figura 7). Los resultados
fueron los siguientes:
·
Muestra de plaga Mosquita del sorgo: 80% para “Sor-
go Sano”
Figura 5.
Precisión por Época
Nota. Resultado de entrenamiento en Google Teachable Machine
·
Muestra de Sorgo Sano: 69 % para “Sorgo Sano” y 27%
para “Maíz sano”
Aunque el modelo alcanzó una exactitud de 0.958 en
general, como se puede apreciar en la gura 7, las clases
que obtuvieron precisión 0.75 tienen dicultades al cla-
sicar de forma correcta, esto puede estar asociado a la
similitud de características que poseen las imágenes y al
reducido conjunto de datos que ha utilizado el modelo
para su entrenamiento.
Durante el proceso de prueba del modelo con imáge-
nes nuevas para las clases “Mosca blanca” y “Gallina ciega”
quienes alcanzaron precisión de 1 durante el entrenamien-
to (gura 8), se obtuvieron los siguientes resultados:
·Muestra de “Mosca blanca”: 93% Mosca blanca
·Muestra de “Gallina ciega”: 99% Gallina ciega
Para las clases que alcanzaron precisión 1 durante el
entrenamiento del modelo, al mostrarles nuevos datos
responden de forma acertada a la predicción, logrando
más del 90% de exactitud, acercándose a la precisión ge-
neral de 0.958 obtenida en el modelo.
Al nalizar el proceso de entrenamiento del mode-
lo para este proyecto, se exportó en formato TensorFlow
Lite, lo que permitió su implementación en la aplicación
móvil. Incorporar Machine Learning como herramienta
tecnológica en el sector agrícola, facilita de forma directa
en el campo la identicación temprana de plagas y enfer-
medades optimizando el proceso de monitoreo y control
de las mismas.
Por otra parte, la implementación del patrón MVC
en la arquitectura de la aplicación permitió una clara se-
paración de las responsabilidades, apartar los datos de la
aplicación, la interfaz de usuario y la lógica de negocios,
facilita el mantenimiento y la extensibilidad del soware
por parte del equipo de trabajo [25]. Por tal razón, den-
tro del Modelo se incluyeron las clases en lenguaje Java,
que permiten la representación de los datos, en la Vista
se ubicaron todas las interfaces, en Android se denen
como Layout. En el Controlador se incorporaron Activi-
dades (Activity) y Fragmentos (Fragment) que gestionan
la interacción del usuario entre el Modelo y la Vista. A la
estructura del proyecto Android se incorporó una carpe-
ta ML que contiene el modelo entrenado para el reconoci-
miento de plagas y enfermedades que utiliza la aplicación.
3.1. DISCUSIÓN
Estudios similares que utilizan Red Neuronal Convul-
sional (CNN) demuestran un alto porcentaje de preci-
sión en el proceso de clasicación de imágenes referente
a cultivos afectados por plagas o enfermedades, en este
sentido, se ha observado resultados de algoritmo imple-
mentado utilizando Red Neuronal Convulsional Modi-
cada (ModCNN) para la detección de enfermedad enro-
31
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua
llamiento en hojas de cultivo de tomates y virus mosaico
dorado en cultivo de frijol, para los cuales utilizaron 596
imágenes de hojas de frijol (213 sanas y 283 enfermas)
y 447 imágenes de tomate (302 sanas y 145 enfermas)
alcanzando durante el proceso de prueba una precisión
de 0.9769, esto demuestra la robustez de este tipo de tec-
nologías y el aporte signicativo que ofrecen al sector
agropecuario [5].
Otro estudio sobre clasicación de imágenes para la
predicción de enfermedades en hojas del cultivo de arroz
utilizando Redes Neuronales Convulcionales (CNN) ha
obtenido 95.83 de precisión al realizar validaciones con
datos obtenidos del directorio de aprendizaje automático
de UCI (Machine Learning Repository / Universidad de
California en Irvine), este modelo entrenado se ha incor-
porado a una interfaz gráca para ser utilizado por agri-
cultores como usuarios nales [7].
De igual forma, la implementación en Tensorow
de algoritmo con modelo entrenado para detectar plaga
mosca blanca en cultivos de hortalizas obtuvo resultados
entre 0.81 y 0.94 de precisión, en las distintas pruebas rea-
lizadas lo que indica que el algoritmo tiene un alto por-
centaje de precisión [6].
Para el proyecto abordado en este artículo se ha utiliza-
do Google Teachable Machine que implementa CNN para
la clasicación de imágenes, el modelo entrenado para que
identique plagas y enfermedades en cultivos de maíz, fri
-
jol y sorgo ha obtenido una precisión de 0.958, en com-
paración con modelos similares (tabla 6) se observa que,
el modelo con Modicación de Redes Neuronales Convul-
sionales (ModCNN) alcanzó el valor más alto de precisión,
cabe mencionar que el conjunto de datos utilizados en ese
proyecto es superior al estudio aquí realizado.
Machine Learning destaca como una tecnología
versátil debido a que puede ser aplicada en diferentes
sectores y permite desarrollar para cada problema un al-
goritmo de predicción para un caso de uso particular. Lo
interesante de estos algoritmos es que aprenden de los da-
tos con la nalidad de encontrar patrones o tendencias
para comprender qué nos dicen estos datos y, a partir de
ellos, se construye un modelo que es capaz de predecir o
clasicar los elementos. Sin embargo, existen factores re-
levantes para el buen desempeño del modelo, que se ree-
ren a la calidad y disponibilidad de los datos, el algoritmo
puede ser potente, pero no es suciente si no se le facili-
tan los datos indicados para entrenarlo [12].
En este estudio se ha identicado como limitante la
cantidad de datos reducida utilizada para el entrenamien-
to del modelo y se requiere un conjunto de datos más
amplio de al menos 600 imágenes a más por clase para
que pueda generalizar bien con datos nuevos como ha
sido comprobado por [5] con ModCNN, para mejorar el
rendimiento del modelo, se recolectarán nuevas mues-
tras por clases (cultivos sanos y enfermos) bajo la aseso-
ría de agricultores y técnicos de campo, de igual forma
se indagará a cerca del acceso a repositorios de Machine
Learning para fortalecer el modelo con datos sucientes,
como lo hizo [7] con el proyecto que predice enfermeda-
des en hojas del cultivo de arroz utilizando CNN.
Para reducir el sobreajuste de modelo entrenado, [26]
sugiere mejorar la cantidad y calidad de los datos de en-
trenamiento aplicando métodos comúnmente utilizados,
como la transformación de traslación y rotación de las imá-
genes, se considerará como una acción importante a to-
mar en cuenta para la optimización de modelo entrenado.
La tecnicación y el control integrado de plagas y en-
fermedades, contribuye a la producción y productividad
del cultivo de maíz [27], aspectos que también pueden
aplicarse a otros cultivos básicos. Por ello, utilizar mo-
delo de aprendizaje automático en una aplicación móvil,
para identicar daños causados por plagas y enfermeda-
des en los cultivos es una buena estrategia, debido a que,
es una tecnología que permiten agilizar el reconocimien-
to de imágenes correspondiente a afectaciones, de esta
forma la atención y el manejo a problemas puede tratar-
se en fases iniciales, evitar que se extienda y compartir
información al respecto con la comunidad, asimismo se
minimizan los daños y se contribuye al buen rendimien-
to de los cultivos.
Incorporar tecnologías en el desarrollo de activida-
des agrícolas facilita el trabajo y mejora la productividad,
sin embargo, la presencia de recurso humano con cono-
cimientos técnicos sigue siendo valioso para asegurar la
aplicación adecuada y oportuna.
4. Conclusiones
Los requerimientos relevantes para este proyecto se de-
tallan en 3 historias de usuarios prioritarias ubicadas en
un Sprint, este generó un entregable terminado con el
modelo entrenado en Google Teachable Machine para
detección de plagas y enfermedades especícas en culti-
vos de maíz, frijol y sorgo.
El modelo entrenado con 252 imágenes como prue-
ba piloto, se incorporó en la aplicación móvil utilizando
TensorFlow Lite, en función de facilitar el trabajo a agri-
cultores y técnicos de campo que cosechan, supervisan y
ejecutan acciones para controlar el deterioro en cultivos
provocados por plagas y enfermedades.
La precisión general alcanzada del modelo es de 0.958
en la detección de plagas y enfermedades de cultivos de
maíz, frijol y sorgo, inuye en el resultado la forma de
capturar la imagen, capacidad de la cámara del dispo-
sitivo y la variedad de imágenes que dispone el modelo
para clasicar.
El patrón MVC utilizado para estructurar la aplica-
ción permitió obtener una arquitectura organizada, es-
calable y de fácil manejo del código, aplicar patrones de
32
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua
diseño y arquitectónicos constituye una buena práctica
de programación.
A pesar de que el aprendizaje automático es un buen
aliado para solventar problemas en el sector agrícola, aún
existen muchos retos por superar, como, la aceptación
y disponibilidad de nuevas tecnologías por parte de los
agricultores, la adquisición de recursos necesarios para
su implementación, la clasicación, calidad y cantidad de
imágenes que se debe proveerse al modelo para que los
resultados sean acertados.
Es importante mencionar que, las aplicaciones desa-
rrolladas para detectar daños en cultivos con Machine
Learning deben ser utilizadas por personas que se enfren-
tan de forma cotidiana a estas dicultades, ellos son los
que pueden validar el verdadero aporte de estas. Aunque
este tipo de tecnologías facilita la identicación tempra-
na de plagas y enfermedades. El acompañamiento de los
técnicos de campo siempre será importante y se debe to-
mar en cuenta sus recomendaciones.
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Granos_B%C3%A1sicos_opt.pdf
Anexos a
Figura 6.
Predicción con imagen que no se usó / Predicción con
imagen que se usó en el entrenamiento
Figura 7.
Predicción errónea de Mosquita del sorgo y Sorgo sano
Figura 8.
Predicción correcta de Mosca blanca y Gallina ciega
34
Inteligencia Articial: Machine Learning, para Detección Temprana de Plagas y Enfermedades de Cultivos Básicos, Nicaragua
Tabla 2.
Afectaciones de plagas y enfermedades en cultivos
Clasicación Nombres Afectaciones en cultivos.
Enfermedad
Mosaico dorado (BGYMV) Las hojas tienen un moteado de tonos amarillos, con venas más
blancas de lo normal.
Roya (Puccinia sorghi)
Pústulas alargadas de color herrumbroso oscuro, pústulas os-
curas casi negras, presentes en el haz y envés de la hoja, solo
presente en hojas.
Mancha zonada (Gloeocerco-
spora sorghi)
Lesiones elípticas y largas de color café claro en el centro con
márgenes oscuras. Cuando la infestación es severa el área foliar
queda con una apariencia quemada.
Plagas
Mosca blanca (Bemisia tabaci) Hojas se muestran amarillas. Aparece un insecto pequeño de
color blanco sobre las hojas del cultivo.
Chicharrita verde (Empoasca
kraemer)
Lesiones en las hojas, se desarrolla el hongo negro cubre la hoja.
Insecto diminuto, de color verde en el cultivo.
Gallina ciega (Phyllophaga sp) Larvas blancas en las raíces del cultivo, afecta desarrollo de la
planta. En etapa adulta es un escarabajo de color oscuro.
Cogollero (Spodoptera frugiper-
da)
Raspadura de la epidermis en las hojas, agujeros grandes e irreg-
ulares, excrementos como huella. Larvas verde o café / en etapa
adulta es polilla de hojas café.
Mosquita del sorgo (Contarinia
sorghicola)
Hojas enrolladas, oración y granos en formación afectados.
Larvas amarillas / etapa adulta mosca pequeña con alas trans-
parentes.
Barrenador mayor del tallo (Dia-
traea saccharalis)
Tejidos de las plantas, cogollo y vaina de hojas carcomidos. Lar-
vas amarillo claro / etapa adulta larva con alas café claro.
Nota. Información obtenida de Tecnológico Nacional [28]
Tabla 6.
Comparación de métodos utilizados y precisión obtenida de estudios relacionados
Referencia Tecnologías / Métodos Datos Precisión de prueba
[5] ModCNN Tomate y Frijol 0.9769
[7] CNN Arroz 0.9583
[6] Tensorow /CNN Hortaliza 0.81 - 0.94
Anexos b
REVISTA INGENIO
Análisis Cuantitativo y Cualitativo de las Diferencias en la Incidencia de Lesiones
por Accidentes de Trabajo en la Construcción: Un Estudio Comparativo entre las
Provincias de Guayas y Pichincha en Ecuador, 2014-2023
Quantitative and Qualitative Analysis of Dierences in Work-Related Injury Incidence in Construction:
A Comparative Study between the Guayas and Pichincha Provinces in Ecuador, 2014-2023
Antonio Ramón Gómez-García | Universidad Espíritu Santo - UEES, Guayaquil, Ecuador
Francisco Luis Rivas Flor | Universidad Espíritu Santo - UEES, Guayaquil, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.7077 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Las lesiones por accidentes de trabajo siguen siendo un problema signicativo en el sector de la cons-
trucción en Ecuador, especialmente en provincias con alta actividad urbanística y población laboral. Esta
investigación busca identicar las causas de las diferencias en la incidencia de accidentes entre Guayas y
Pichincha. Utilizando datos de 2014 a 2023, se calcularon las tasas de incidencia estandarizadas por edad
(ASIR) y la razón de tasas (IRR). Además, se diseñó y aplicó un cuestionario para explorar las diferencias
entre expertos (U de Mann-Whitney - Índice Kappa de Cohen). Los resultados muestran que Guayas
presenta ASIRs más altas y el doble de IRR en comparación con Pichincha. Los expertos de Guayas
identicaron factores a nivel macro como predominantes, mientras que en Pichincha se enfocaron en
factores micro. No se encontraron diferencias signicativas a nivel meso. Las disparidades podrían de-
berse a la aplicación desigual de normativas y actitudes culturales hacia la seguridad. Se sugiere mejorar
la inspección laboral en Guayas y realizar estudios nacionales para una comprensión más amplia.
Workplace injuries remain a signicant issue in the construction sector in Ecuador, particularly in pro-
vinces with high urban development and workforce populations. is study aims to identify the factors
contributing to dierences in accident incidence between Guayas and Pichincha. Using administrative
data from 2014 to 2023, age-standardized incidence rates (ASIR) and incidence rate ratios (IRR) were
calculated. Additionally, a questionnaire was designed and administered to explore dierences among ex-
perts (Mann-Whitney U test and Cohen’s Kappa index). e analysis revealed that Guayas consistently had
higher ASIRs and twice the IRR compared to Pichincha. Experts from Guayas highlighted macro-level
factors as primary, whereas those from Pichincha emphasized micro-level factors, with no signicant di-
erences at the meso level. ese dierences may be attributed to uneven enforcement of regulations and
cultural attitudes toward safety. It is recommended to enhance labor inspections in Guayas and conduct
nationwide research for a deeper understanding.
Recibido: 15/8/2024
Recibido tras revisión: 30/9/2024
Aceptado: 18/10/2024
Publicado: 03/01/2025
Lesiones, construcción, heterogeneidad,
factores determinantes.
Injuries, construction, heterogeneity, de-
terminants.
1. Introducción
Las lesiones mortales y no mortales por accidentes de
trabajo siguen constituyendo un problema de salud la-
boral que requiere atención prioritaria debido a sus
elevados costos sociales y económicos [1]. En 2019, las
estimaciones globales, regionales y nacionales sobre la
carga de enfermedades y accidentes relacionados con el
trabajo indicaron que se produjeron aproximadamente
374 millones de lesiones no mortales y 350.000 lesiones
mortales. Estos accidentes de trabajo representaron cer-
ca del 6% del Producto Interno Bruto (PIB) mundial en
pérdidas económicas [2].
Entre los lugares de trabajo más peligrosos con una
alta frecuencia y probabilidad de sufrir lesiones se en-
cuentra el sector de la construcción [3-5]. En países de la
Unión Europea, el sector de la construcción representó
el 22,5% de lesiones no mortales y el 12,9% de las lesio-
nes mortales del total de accidentes de trabajo entre 2012
y 2018 [6]. Situación similar se ha observado en otras
36
Análisis Cuantitativo y Cualitativo de las Diferencias en la Incidencia de Lesiones por Accidentes de Trabajo en la Construcción: Un
Estudio Comparativo entre las Provincias de Guayas y Pichincha en Ecuador, 2014-2023
En el país, diversos estudios han destacado la nece-
sidad urgente de mejorar las medidas de seguridad para
prevenir los accidentes de trabajo en obras de construc-
ción, especialmente en las provincias de mayor prevalen-
cia [18],[19]. No obstante, una de las limitaciones de los
estudios mencionados es que se realizaron cálculos im-
precisos para la comparación interprovincial, al basarse
únicamente en el número total de accidentes de trabajo
[12]. En su lugar, debieron utilizarse indicadores que con-
sideraran la población expuesta de cada provincia como
denominador (incidencia) para calcular de manera preci-
sa las diferencias en la probabilidad de sufrir lesiones por
accidentes de trabajo (riesgo relativo) [2].
Dado que las cifras absolutas dicultan la compara-
ción entre regiones de un país [1] y considerando que la
normativa de seguridad y salud en el trabajo es unifor-
me en todo el territorio nacional, nuestra hipótesis ini-
cial plantea homogeneidad en la incidencia de accidentes
de trabajo entre regiones. Este estudio tiene como objeti-
vo comparar la incidencia de accidentes de trabajo en el
sector de la construcción entre las provincias de Guayas
y Pichincha. Si se rechaza la hipótesis planteada sobre la
heterogeneidad entre provincias, se procederá, como ob-
jetivo secundario, a consultar a expertos nacionales para
valorar los componentes culturales que podrían explicar
las diferencias observadas.
2. Métodos
Estudio de enfoque mixto (cuantitativo-cualitativo) de
carácter longitudinal (2014-2023) que emplea datos pro-
cedentes de los registros administrativos para el sector
de la construcción en Ecuador. Por un lado, el número
de calicaciones de lesiones mortales y no mortales ocu-
rridas en el lugar de trabajo [13]. Por otro, el número
de trabajadores aliados a la seguridad social a mitad de
año [14]. Ambas fuentes de datos son gestionadas por
el Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social. El periodo
de 10 años se justica por la disponibilidad de datos y,
como se ha señalado anteriormente, solo incluyeron las
provincias de Guayas y Pichincha.
Siguiendo las recomendaciones internacionales [1],
se calcularon las tasas de incidencia estandarizadas por
edad (ASIRs) por cada 1.000 (ver Anexo B, ecuación 1).
Esto permitió analizar la evolución y el comportamiento
en ambas provincias mediante una regresión lineal simple
(ver Anexo B, ecuación 2). Para evaluar el exceso de riesgo
de Guayas en comparación con Pichincha (referencia), se
calcularon la razón de tasa de incidencia anuales (IRR) y
sus intervalos de conanza del 95% (IC95%), con una sig-
nicación estadística del 0,05 (ver Anexo B, ecuación 3).
Al constatarse diferencias interprovinciales (ver 3. Resul-
tados), se consultó a un grupo de expertos en obras de
construcción de ambas provincias para una mejor com-
prensión: Guayas (8 expertos) y Pichincha (8 expertos).
regiones. Por ejemplo, el sector de la construcción en Ja-
pón y Estados Unidos también destaca por presentar esta
problemática [7]. En consecuencia, el riesgo de sufrir le-
siones en el sector de la construcción es considerablemen-
te mayor en comparación con otros sectores económicos,
con una probabilidad 2,5 veces superior en lesiones no
mortales y 5 veces más en lesiones mortales [8].
Además de las múltiples causas que contribuyen a la
ocurrencia de los accidentes de trabajo en el sector de
la construcción [9], existen otros determinantes que po-
drían desempeñar un papel signicativo. Se ha consta-
tado que las características culturales, determinadas por
la ubicación geográca, inuyen en el grado de cumpli-
miento legal y en la asignación de recursos para la gestión
preventiva de los accidentes de trabajo [10]. Asimismo, se
ha evidenciado que la cultura regional puede modicar
la percepción del riesgo que tienen los trabajadores fren-
te a los diversos peligros presentes en las obras de cons-
trucción [11].
La República del Ecuador (en adelante, Ecuador) no
solo cuenta con una legislación general destinada a ga-
rantizar condiciones seguras y saludables para los traba-
jadores, sino que también dispone de normativa especíca
que detalla las obligaciones del empleador para la protec-
ción frente a los riesgos en obras de construcción [12].
De acuerdo con la información publicada en la página
web del Seguro General de Riesgos del Trabajo [13], en-
tre 2014 y 2023 se calicaron un total 161.540 acciden-
tes de trabajo en el país, de los cuales 99.836 sucedieron
en el centro o lugar habitual de trabajo. Dentro de estos,
6.071 accidentes se concentraron en el sector de la cons-
trucción. Las provincias de Guayas y Pichincha presen-
taron el mayor número, con 3.053 casos, lo que equivale
al 50,3% del total de accidentes calicados en el centro o
lugar habitual de trabajo para el sector de la construcción
(ver Anexo A).
Según el Registro Estadístico de Empleo en la Seguri-
dad Social [14], los trabajadores del sector de la construc-
ción constituyeron el 3,4% (108.769) del total de aliados
a la seguridad social (3.236.447) entre 2014 y 2023. En
conjunto, las provincias de Guayas y Pichincha concen-
traron el 75,9% de los trabajadores de este sector en el
país (ver Anexo A). Desde la década de 2010, las princi-
pales ciudades de Guayas y Pichincha han experimentado
un signicativo crecimiento y desarrollo en sus proyec-
tos urbanísticos [15]. Aunque la pandemia de COVID-19
detuvo temporalmente la ejecución de obras de construc-
ción, se prevé una recuperación en los próximos años.
Cabe mencionar que Guayas cuenta con una menor in-
fraestructura gubernamental y supervisión por parte de
las autoridades en temas relacionados con la seguridad y
salud en el trabajo [16]. Además, la provincia de Guayas
presenta peores indicadores socioeconómicos y niveles de
pobreza en comparación con Pichincha [17].
37
Gómez-García A. y Rivas F.
Los expertos contaban con más de 5 años de experien-
cia en la ejecución de proyectos de construcción, ade-
más de formación universitaria de tercer y cuarto nivel
en seguridad y salud ocupacional. Los expertos fueron
informados sobre el objetivo del estudio y participaron
de manera voluntaria. Se diseñó un cuestionario basa-
do en la clasicación de los componentes determinantes
de la ocurrencia de los accidentes de trabajo propuesto
por Landeweerd y colaboradores [20], y se complementó
con las evidencias más recientes en la literatura cientíca
para el sector de la construcción [5, 21-23].
El cuestionario incluyó tres preguntas estructuradas a
nivel macro (la ausencia de la inspección de trabajo para
vericar el cumplimiento de la normativa), nivel meso (la
limitada capacidad económica de la organización para la
implementación de medidas preventivas) y nivel micro
(el comportamiento o actitud insegura de los trabajado-
res frente al riesgo). A cada experto se le solicitó valorar,
por orden descendente de importancia (1 = muy deter-
minante, 2 = determinante y 3 = poco determinante) el
nivel más inuyente sobre la ocurrencia de los acciden-
tes de trabajo (ver Anexo C). Se compararon las diferen-
cias de medianas de las puntuaciones en las respuestas
para cada una de las preguntas mediante la prueba esta-
dística no paramétrica U de Mann-Whitney y la concor-
dancia entre expertos con el Índice Kappa de Cohen (ver
Anexo B, ecuación 4). El análisis estadístico de los datos
se realizó utilizando el programa JAMOVI para Macin-
tosh (versión 2.3.21.0) y Microso Excel (versión 16.77)
para la representación de las guras.
3. Resultados
Un 97% de las lesiones por accidentes de trabajo corres-
pondieron a hombres. En ambas provincias se observan
reducciones en el número de trabajadores aliados y de
lesiones en los centros de trabajo del sector de la cons-
trucción en el período de 2014 a 2023. Durante los años
de la pandemia de la COVID-19 (2020 y 2021) se obser-
varon reducciones sustanciales respecto a 2019, para lue-
go incrementarse levemente en los siguientes dos años
(ver Anexo A).
En general, las tasas crudas de incidencia anuales por
accidentes de trabajo en Ecuador mostraron una tenden-
cia decreciente entre 2014 y 2018 (pendiente = −2,03),
disminuyendo de 10,18 (IC95% = 9,68–10,71) a 3,17
(IC95% = 2,86–3,53). Sin embargo, en los años posterio-
res mostró una ligera tendencia creciente (pendiente =
0,18). Un patrón similar se observa en las ASIRs para cada
una de las provincias (ver Figura 1.1). A pesar de ello, la
provincia de Guayas ha mantenido cifras superiores en
comparación con Pichincha a lo largo de todo el período
analizado y que se constata al calcular la IRR.
La provincia de Guayas, en comparación con Pichin-
cha (referencia), ha presentado un exceso de riesgo de
lesiones por accidentes de trabajo 2 veces más durante el
periodo de análisis (ver Figura 1.2), exceptuando el año
2018: IRR = 1,22 (0,93–1,59); p=0,144. Desde el inicio
hasta el nal del período, el exceso de riesgo de lesiones
por accidentes de trabajo entre las dos provincias ha ex-
perimentado un aumento signicativo. En 2014, la IRR
era de 1,83 (IC 95%: 1,60–2,10; p ≤ 0,05), mientras que en
2023 se elevó a 3,13 (IC 95%: 2,20–4,46; p ≤ 0,05).
Figura 1.
ASIR y IRR de lesiones por accidentes en el centro de trabajo
en el sector construcción en Ecuador: 2014-2023.
Los resultados del cuestionario (ver Anexo C) revelan
diferencias estadísticamente signicativas y una falta de
concordancia entre los expertos de las dos provincias para
las respuestas 1 y 3 (ver Tabla 1), lo que sugiere variacio-
nes en las percepciones entre los expertos. Por un lado, los
38
Análisis Cuantitativo y Cualitativo de las Diferencias en la Incidencia de Lesiones por Accidentes de Trabajo en la Construcción: Un
Estudio Comparativo entre las Provincias de Guayas y Pichincha en Ecuador, 2014-2023
expertos de Guayas declararon el nivel macro (Respues-
ta 1) como el factor más inuyente en la ocurrencia de
accidentes de trabajo (k = 0,02; p = 0,686), mientras que
los expertos de Pichincha destacaron el nivel micro (Res-
puesta 3) como el más determinante (k = 0,06; p = 0,662).
Aunque para el nivel meso (Respuesta 2), no se encontra-
ron diferencias signicativas (p = 0,052) entre los exper-
tos de Guayas y Pichincha, la concordancia fue muy baja
(k = −0,10; p = 0,408).
3.1. Discusión
La tasa de accidentes de trabajo en el sector de la cons-
trucción muestra variabilidad según las regiones, aunque
continúa siendo uno de los sectores económicos más pe-
ligrosos, con una alta incidencia de lesiones mortales y
no mortales [2].
En Ecuador, la disminución y estabilidad en la tasa de
accidentes de trabajo puede atribuirse a diversas causas.
Aunque no es el objetivo principal de este estudio, es pro-
bable que los avances tecnológicos en los procesos cons-
tructivos hayan inuido en el comportamiento temporal a
la disminución durante el periodo analizado (2014-2023).
Sin embargo, un hecho que inuye en el resultado del cál-
culo de las ASIRs es el descenso progresivo en el núme-
ro de trabajadores aliados (denominador) al sector de
la construcción, observado desde 2016 en la provincia de
Guayas y desde 2019 en la provincia de Pichincha [14].
De igual modo, se habría esperado una reducción
substancial en las tasas de accidentes en 2020 debido a la
paralización de muchos proyectos de construcción por
las restricciones de movilidad y connamiento relaciona
-
das con la COVID-19 [24]. No obstante, tanto en Guayas
como en Pichincha, las cifras se mantuvieron similares
a las de 2019. A continuación, se explican las discrepan-
cias y la falta de concordancia entre los expertos de am-
bas provincias en cuanto a los factores determinantes de
los accidentes de trabajo.
Primero, en discrepancia con Pichincha, los expertos
de Guayas consideran que la ausencia de la inspección de
trabajo para vericar el cumplimiento de las normativas
Tabla 1.
Diferencias y concordancia de las puntuaciones (medianas) del cuestionario entre grupos de expertos de Guayas y Pichincha.
Respuesta 1
(Nivel macro) pRespuesta 2
(Nivel meso) pRespuesta 3
(Nivel micro) p
Pichincha 3 0,004 20,052 10,017
Guayas 1 2 3
Kappa 0,02 0,686 −0,10 0,408 0,06 0,662
Nota: 1 = Muy determinante, 2 = Determinante, 3 = Poco determinante.
en las obras de construcción es un factor muy determi-
nante (Respuesta 1, Nivel macro). En un estudio previo
[16], se identicaron diferencias en la distribución de ins-
pectores laborales por cada 10.000 trabajadores: 0,3 en
Guayas y 0,6 en Pichincha. Además de la necesidad de
contrarrestar el décit en la ratio de inspectores según
las recomendaciones internacionales [1], [25], un crite-
rio a tomar en cuenta consistiría en la concentración de
más inspectores en aquellas regiones con mayores tasas de
incidencia por accidentes de trabajo, lo que podría con-
tribuir a que las empresas de la construcción mejoren la
gestión de la seguridad y salud en los lugares de traba-
jo [26], [27].
Segundo, los expertos de Guayas consideran como
factor poco determinante el comportamiento o actitud
de los trabajadores frente a factores de riesgo (Respuesta
3, Nivel micro). Sin embargo, la mayoría de los estudios
han demostrado que hasta el 80% de los accidentes de
trabajo en obras de construcción son como consecuencia
de los comportamientos inseguros [28]. No usar equipo
de protección de personal, manejar herramientas o ma-
quinaria de manera inadecuada y el incumplimiento de
protocolos de seguridad son las principales causas de acci-
dentes. Además, se ha demostrado que las características
culturales especícas de cada región actúan como regu-
ladores sociales en la conducta de seguridad de los traba-
jadores [4], [29]. Es posible que las diferencias culturales
entre provincias puedan inuir en cómo los trabajadores
perciben los riesgos o cumplen las normas de seguridad.
En relación con la capacidad económica de las em-
presas de construcción para implementar medidas pre-
ventivas que reduzcan el riesgo de accidentes de trabajo
(Respuesta 2, Nivel meso), los expertos de ambas provin-
cias coinciden, aunque con resultados muy bajos. Las em-
presas constructoras a menudo no priorizan la inversión
en la seguridad y salud de los trabajadores, considerán-
dola como una necesidad secundaria de cumplimiento
legal en lugar de una inversión crucial. Se estima un pre-
supuesto del 1% del proyecto constructivo a la seguridad
y salud [30]. Esta realidad es aún más evidente en las pe-
queñas empresas, cuyas limitaciones económicas restrin-
gen la adquisición de equipos de protección personal [31].
39
Gómez-García A. y Rivas F.
En 2023, de las 35.157 empresas de construcción en Ecua-
dor, 30.521 eran microempresas (86,8%), concentrándo-
se mayormente en Guayas y Pichincha con 16.018 (45,6%
del total) [14]. Sería útil dar a conocer modelos de análi-
sis costo-benecio que demuestren que los benecios de
prevenir accidentes superan los costos en una relación de
aproximadamente 3:1 [32].
4. Conclusiones
Este estudio, basado en datos secundarios del organis-
mo ecuatoriano encargado de registrar los accidentes de
trabajo, presenta limitaciones debido al subregistro y al
empleo informal del sector de la construcción. Además,
la falta de información detallada impidió la realización
de análisis más especícos, como la identicación de las
causas inmediatas y básicas de los accidentes, así como el
desglose por ocupación y tamaño de empresa.
Dadas las múltiples variables que inuyen en la ocu-
rrencia de accidentes de trabajo en el sector de la cons-
trucción, resulta fundamental contar con información
detallada sobre las herramientas y maquinaria, ya que su
estado y mantenimiento son cruciales para la seguridad
física del trabajador. Asimismo, la organización del tra-
bajo, que incluye jornadas prolongadas y la exposición a
condiciones climáticas extremas, como altas temperatu-
ras, representa otro aspecto importante a ser considerado.
Además, los factores psicosociales, como el estrés laboral
y la falta de comunicación efectiva por parte de los jefes
de obra, pueden incrementar considerablemente la proba-
bilidad de accidentes. Disponer de esta información faci-
litaría un análisis más detallado y sus resultados podrían
ser empleados para una adecuada gestión para reducir la
incidencia y fomentar ambientes de trabajo más seguros
y saludables para todos los trabajadores del sector de la
construcción.
No obstante, los resultados de este estudio son su-
cientes para evidenciar claramente las diferencias en-
tre las provincias de Guayas y Pichincha. Además, sería
muy oportuno llevar a cabo un estudio más amplio que
incluyera a todas las provincias del Ecuador. Este enfo-
que permitiría obtener una visión más integral y precisa
de la situación del sector de la construcción, facilitando
la identicación de patrones, causas subyacentes y áreas
prioritarias para la intervención. Al reunir datos de diver-
sas regiones (provincias y cantones), se podría elaborar
un marco de referencia más robusto para el desarrollo de
políticas y estrategias de prevención para reducir los ac-
cidentes de trabajo en el país.
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Gómez-García A. y Rivas F.
2020 24.228 73 34.060 34 78.363 193
2021 26.473 62 36.596 42 86.037 219
2022 27.877 102 35.868 58 88.116 298
2023 28.846 110 35.336 43 88.031 293
2014-
2023
No
mor-
tales
1.713 1.280 5.926
Mor-
tales 21 39 145
Fuente: Elaboración propia a partir del SGRT [13] y REESS
[14].
Anexo B
Ecuaciones
(1)
Tasas de incidencia estandarizadas por edad por cada
1.000 (ASIRs - Age-Standardised Incidence Rates) por
el método directo:
donde:
• w es el año se calcula la ASIRs (2014-2023)
• i es el grupo etario
• ESPi es la población estándar para el grupo
de edad i
• Di,w es el número de accidentes de trabajo
para el grupo etario i calicados en el año
w [13]
• Pi,w es la población del grupo etario i aliado
al sistema de la seguridad social en la mitad
de año w [14]
y=mx+b (2)
https://doi.org/10.14505//JARLE.V9.5(35).31
[27] M. Beckmannshagen y A. Fedorets, “Inspections and
Compliance: Enforcement of the Minimum-Wage Law”,
Finanzarchiv, vol. 77. Finanzarchiv, p. 1. [En línea]. Dis-
ponible: https://doi.org/10.1628/FA-2021-0001
[28] Q. Meng, W. Liu, Z. Li y X. Hu, “Inuencing Factors,
Mechanism and Prevention of Construction Workers’
Unsafe Behaviors: A Systematic Literature Review”, In-
ternational Journal of Environmental Research and Pu-
blic Health, vol. 18. noviembre de 2020. Accedido el 5
de junio de 2024. [En línea]. Disponible: https://doi.
org/10.3390/ijerph18052644
[29] C. Zid, N. Kasim, H. Benseghir, M. Kabir y A. Ibrahim,
“Developing an Eective Conceptual Framework for
Safety Behaviour in Construction Industry”, vol. 65. p.
03006. Accedido el 7 de junio de 2024. [En línea]. Dis-
ponible:
https://doi.org/10.1051/E3SCONF/20186503006
[30] I. Shohet, M. Luzi y M. Tarshish, “Optimal allocation of
resources in construction safety: Analytical-empirical
model”, Safety Science, vol. 104, pp. 231-238, Accedido
el 12 de junio de 2024. [En línea]. Disponible:
https://doi.org/10.1016/J.SSCI.2018.01.005
[31] E. A. Nadhim, C. Hon, B. Xia, I. Stewart y D. Fang, “Falls
from Height in the Construction Industry: A Critical
Review of the Scientic Literature”, International Jour-
nal of Environmental Research and Public Health, vol.
13. Jun. 28, 2016. [En línea]. Disponible: https://doi.
org/10.3390/ijerph13070638
[32] I. Elias, H. Felix, P. David y O. David, “Improving Cons-
truction Health and Safety: Application of Cost-Benet
Analysis (CBA) for Accident Prevention”, International
Journal of Construction Management, vol. 11, pp. 19-35,
Jan. 01, 2011. [En línea]. Disponible: https://doi.org/10
.1080/15623599.2011.10773159
Anexo A
Número de trabajadores aliados y de lesiones (mortales y no
mortales) por accidentes de trabajo en el sector de la cons-
trucción en Ecuador: 2014-2023.
Año
Guayas Pichincha Ecuador
Núm.
trabaja-
dores
Núm.
lesio-
nes
Núm.
trabaja-
dores
Núm.
lesio-
nes
Núm.
trabaja-
dores
Núm.
lesio-
nes
2014 48.907 456 72.079 367
149.658
1.524
2015 46.566 400 72.599 273
150.381
1.566
2016 36.053 236 53.217 175
118.222
855
2017 32.275 107 57.408 126
116.390
478
2018 29.730 92 50.884 129
109.002
346
2019 28.680 96 47.560 72
103.493
299
42
Análisis Cuantitativo y Cualitativo de las Diferencias en la Incidencia de Lesiones por Accidentes de Trabajo en la Construcción: Un
Estudio Comparativo entre las Provincias de Guayas y Pichincha en Ecuador, 2014-2023
(3)
Razón de tasas de incidencia (IRR - Incidence rate
ratio):
donde:
• CI95% es el intervalo de conanza del 95%
• SE es el error estándar
(4)
Índice Kappa de Cohen (k)
donde:
• Po es la proporción de acuerdo observado
entre los expertos
• Pe es la proporción de acuerdo esperado por
azar
ANEXO C
Cuestionario
Según su criterio, ¿cuál considera que es el determinante
más inuyente de los accidentes de trabajo en obras de
construcción?
Puntuar del 1 al 3 en orden descendente de
importancia
(1) = Muy determinante (2) = Determinante (3) = Poco
determinante
Respuestas (R) Puntuación Ejemplo
R1 (Nivel macro). Ausencia
de la inspección de trabajo
para vericar el cumplimiento
de la normativa
1
R2 (Nivel meso). Limitada
capacidad económica de
la organización para la
implementación de medidas
preventivas
2
R3 (Nivel micro).
Comportamiento o actitud
(in)segura de los trabajadores
frente a factores de riesgo
3
Gracias por su colaboración
REVISTA INGENIO
Estimación de La Resistencia a La Tracción en Suelos Reforzados con Fibras Sintéticas
Estimation of Tensile Strength in Soils Reinforced with Synthetic Fibers
Johannes Enrique Briceño Balza | Universidad de los Andes - ULA, Mérida - Venezuela
Rebeca Carolina Barreto Aldana | Universidad de los Andes - ULA, Mérida - Venezuela
Yusleiny Lorena Guerrero Dávila | Universidad de los Andes - ULA, Mérida - Venezuela
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.7141 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Un parámetro importante a considerar a la hora de diseñar obras civiles es la resistencia a la tracción del
suelo. Este parámetro es despreciado en muchas ocasiones por tener un valor menor que la resistencia
a la compresión inducida por esfuerzos cortantes, parámetro que condiciona el diseño. Existen casos
particulares donde la resistencia a la tracción es importante por mostrar los primeros indicios de rotura
del suelo y servir de alerta antes de producirse la rotura por cortante. Conociendo esto se plantea, para
mejorar la resistencia a la tracción, reforzar el suelo con bras sintéticas, micro y macrobras, incorpo-
rándolas en porcentajes en peso de suelo (0.50, 1.00, 1.50 y 2.00%), evaluando a través del ensayo de trac-
ción indirecta el comportamiento del suelo areno limoso natural y reforzado. Al comparar los resultados
en estas dos condiciones, se concluyó que la resistencia a la tracción aumenta cuando el porcentaje de
macrobra es superior al 1.50% en un 3.69%, mientras que al 2.00% aumenta en un 24.00% con respecto
al suelo patrón.
An important parameter to consider when designing civil works is the tensile strength of the soil. is
parameter is oen neglected because it has a lower value than the compressive strength induced by shear
stresses, a parameter that determines the design. ere are particular cases where tensile strength is im-
portant because it shows the rst signs of soil failure and serves as a warning before shear failure occurs.
Knowing this, to improve tensile resistance, it is proposed to reinforce the oor with synthetic bers, micro
and macrobers, incorporating them in percentages by weight of soil (0.50, 1.00, 1.50 and 2.00%), evalua-
ting the behavior through the indirect traction test of the natural and reinforced silty sandy soil. When
comparing the results in these two conditions, it was concluded that the tensile strength increases when the
percentage of macrober is greater than 1.50% by 3.69%, while at 2.00% it increases by 24.00% with respect
to the soil pattern.
Recibido: 4/9/2024
Recibido tras revisión: 9/10/2024
Aceptado: 18/10/2024
Publicado: 03/01/2025
Tracción indirecta, resistencia a la trac-
ción, suelos reforzados, bras sintéticas.
Indirect traction, tensile strength, rein-
forced soil, synthetic bers.
1. Introducción
Cuando se produce la falla de una obra civil o desliza-
miento de un talud, ya sea natural o construido, esto afec-
tará negativamente a la sociedad, ya que pueden colapsar
viviendas, carreteras, entre otras. Estos deslizamientos se
caracterizan típicamente por una inestabilidad repentina
y pueden causar muchas víctimas y pérdidas considera-
bles debido a su gran velocidad y larga distancia de afec-
tación [1].
Cuando se evalúan las propiedades mecánicas de un
suelo, los parámetros fundamentales para ello son la co-
hesión (C) y el ángulo de fricción interna (Ø), estos repre-
sentan la resistencia al cortante, evaluada a compresión en
un ensayo triaxial (ASTMD2850-82). Estos parámetros
son usados para el diseño de toda obra civil, consideran-
do que las fallas asociadas al material suelo se producen
solo o principalmente por corte inducido por compre-
sión. Teorías contemporáneas [2], abordan análisis de
44
Estimación de La Resistencia a La Tracción en Suelos Reforzados con Fibras Sintéticas
El suelo por sí solo no aporta mucha σt por lo que se
ha planteado reforzarlo para mejorar y aumentar este pa-
rámetro. Una alternativa para ello es incorporar bras al
suelo que aporten σt. En tal sentido, utilizar bras fabri-
cadas de materiales provenientes de los polímeros se ha
convertido en una alternativa como agente modicador
o de refuerzo [10].
Las bras de polipropileno se plantearon como mate-
rial de refuerzo para evitar la aparición de grietas produ-
cidas por tracción en varios tipos de suelo humedecido
con diferentes contenidos de humedad, se demostró que
este refuerzo mejora la σt y deformación [11]. Incluso las
bras naturales, como las de coco, mejoran el comporta-
miento mecánico del suelo, usando porcentajes entre el
12.50-50.00% evaluaron ensayos de corte (ASTMD3080)
directo obteniendo mejoras [12].
De igual forma, agregando bras de PET (polietile-
no terealato) reciclado, en porcentajes de 0.20-1.50% del
peso del suelo, se obtuvo un aumento en la compresión
simple (ASTM D2166-06) al compararlo con el suelo na-
tural sin reforzar [13]. Utilizando bras de polipropileno
como material de refuerzo distribuido de forma aleato-
ria en diferentes porcentajes y contenidos de humedad
del suelo, se pudo demostrar que mejora la resistencia a
la tracción, viéndose afectada la resistencia con el aumen-
to del contenido de humedad [14].
Con el propósito de mejorar la resistencia al cor-
te de suelos arenosos se utilizaron como refuerzo bras
sintéticas y se sometió la muestra a un ensayo triaxial
(ASTMD2850-82) comprobando la mejora en la resisten-
cia [15]. Estos mismos autores [16], [17] ampliando la lí-
nea de investigación, determinaron las mejoras en cuanto
a densidad y resistencia a la tracción tanto en suelos co-
hesivos como granulares.
Igualmente, reforzando un suelo arcilloso plástico con
bras de polipropileno recicladas y añadiendo cal, ya que
sin ella no mejoraba la resistencia a la tracción, se pudo
mejorar este parámetro de resistencia entre un 13.00 y
28.00% [18]. Asimismo, reforzando un suelo con bra
de vidrio para la fabricación de adobes, los sometieron a
ensayos de compresión, aumentando su capacidad y re-
sistencia [19].
Por otra parte, investigaciones existentes sobre el uso
de las bras de polipropileno con suelo, están dirigidas
hacia la mejora de sus propiedades para su uso en ca-
rreteras y en pavimentos; así como para su uso en suelos
expansivos; es por ello que se recomienda este tipo de mé-
todos en las construcciones, como carreteras, muros de
contención, terraplenes de ferrocarril, protección de ta-
ludes, entre otros [20].
Usando ensayos de tracción indirecta para determinar
la σ
t
, el ensayo de Soporte California CBR (ASTM D1883-
07) y la resistencia al corte triaxial (ASTMD2850-82) en
suelos reforzados con bras [21], evaluaron bras natura-
les y sintéticas de poliéster en suelos arcillosos, evaluando
estabilidad, teorías de empuje y aparición de grietas de
tracción en la masa de suelo; donde ya se comienza a con-
siderar la necesidad de tomar en cuenta la resistencia a
la tracción (σt).
Asimismo, autores consideran que hay casos parti-
culares donde es necesario conocer la σt [3]. Entre estos
casos se tiene el análisis de estabilidad de taludes con pre-
sencia de grietas de tracción, aparición de este mismo tipo
de grietas en terraplenes de carreteras, en masas de sue-
lo contenidas por muros y grietas reejadas en capas as-
fálticas; ocasionando molestias, deterioro e inseguridad.
Estas grietas pueden llenarse de agua aumentando el em-
puje hidrostático, desestabilizando la estructura. Pueden
ser el resultado de una variedad de fenómenos, como la
baja σ
t
, los ciclos de humedecimiento y secado, la deseca-
ción o la intemperie [4].
Casi todos los métodos existentes de análisis y dise-
ño no toman en cuenta las grietas de tracción o las tratan
de una manera simplista, estas aumentarán signicativa-
mente el empuje de la masa de tierra [5]. Los resultados
indican que la formación de grietas por tensión aumenta-
rá signicativamente el empuje activo, mientras que si se
considera una σt distinta de cero disminuirá la profundi-
dad de las grietas de tracción [5]. Se deben modicar los
métodos existentes para el análisis de estabilidad de talu-
des, ya que quedó demostrado que la condición más des-
favorable para la estabilidad es cuando se consideran las
grietas de tracción [6].
Ahora bien, debido a que la σt en suelos es baja,
comparada con la resistencia a la compresión (σc), en la
mayoría de los casos al desarrollar métodos y estudios
geotécnicos esta se desprecia [7], olvidando que esta es
fuente importante para denir el mejor comportamien-
to del material [8].
Por otro lado, determinar la resistencia a la tracción
de manera directa es difícil; en tal sentido, se vienen uti-
lizando equipos de aplicación de carga a tracción directa
mediante succión, pero que no tienen la difusión nece
-
saria ni en la mayoría de los laboratorios se cuenta con
los equipos necesarios. Por tal razón, se puede determi
-
nar esta resistencia con un ensayo indirecto, donde los es-
fuerzos de tracción son aplicados indirectamente, tal es el
caso de la investigación donde se determinó la resisten-
cia a la tracción de forma indirecta, mediante un equipo
de compresión inconnada [9].
Utilizando el ensayo de tracción indirecta o ensayo
brasilero (ASTM C-496, UNE 83.306 e ISO 4108)
para
ha-
llar la σt en suelos, se pudo comprobar que la σt es de un
valor bajo con respecto a la σc, se encuentra en una ban-
da entre el 17 y 19% de σc [7], valor signicativo en casos
donde las primeras alertas de falla se presentan por trac-
ción, ya que la falla por tracción antecede a la falla por
corte. Por tanto, contar con información sobre la σt es un
factor importante para el diseño.
45
Briceño J. et al.
contenidos de bra en porcentajes del 0,50, 1.00 y 2.00%,
con longitudes de 2.50, 5.00 y 7.50 mm. Se observó que
la cantidad de bra y su longitud inuía en los resultados,
la resistencia a la tracción con bras de poliéster alcanzó
valores de 48.57 kPa, también aumento los parámetros de
resistencia (ángulo de fricción interna en 100.00% y co-
hesión en 70.00%)
Otros investigadores también resaltan las bondades
de la utilización de diferentes tipos de bra para ser mez-
cladas con el suelo y así mejorar sus características, espe-
cialmente la σt. En suelos arcillosos incorporando bajos
porcentajes de bra sintética (0.20-0.80%) se compararon
resultados de densidad seca máxima (Proctor Modicado,
AASHTO T180D) y ensayo de Soporte California CBR
(ASTMD1883-07) entre los suelos reforzados y el natu-
ral, mejorando sus características mecánicas [22].
Por tales razones, esta investigación planteó incorpo-
rar bras sintéticas al suelo y estimar la σt, mediante el en-
sayo de tracción indirecta o ensayo brasilero, probando
con micro y macrobras de polipropileno. Estas bras se
incorporaron al suelo areno limoso en un porcentaje de
0.50, 1.00, 1.50 y 2.00% en función del peso, con un con-
tenido de humedad del 17.00%, esta humedad permitió
detectar a simple vista la aparición de la grieta de trac-
ción, elaborando 30 briquetas por cada porcentaje de bra
añadida. Estos resultados de la σt de las briquetas refor-
zadas se compararon con la σt de un suelo patrón (sin -
bra, condición natural).
2. Método
La investigación se fundamentó en el método del ensayo
de tracción indirecta o ensayo brasilero (ASTM C-496,
UNE 83.306 e ISO 4108), donde se planteó evaluar el
comportamiento del suelo, tomando en cuenta como
primera etapa la búsqueda de la resistencia a la tracción
de la muestra patrón sin reforzar y muestras conforma-
das por suelo reforzado con bras sintéticas, a modo de
comparación.
Los ensayos realizados para la caracterización del
suelo fueron: granulometría por tamizado (ASTM D422)
y límites de consistencia o de Atterberg (ASTM D4318),
que permitieron clasicar el suelo como una arena limo-
sa. De igual forma, se realizaron ensayos de tracción in-
directa tanto en la muestra patrón como en las reforzadas
con diferentes porcentajes de bras. A continuación, se
presenta el procedimiento llevado a cabo.
2.1 CARACTERIZAR EL TIPO DE MATERIAL
Como punto de inicio al estudio de la caracterización
se realizó la toma de material, en el sector Alto Prado,
Municipio Libertador del Estado Mérida, Venezuela, con
coordenadas UTM (19N 62620.50; 51534.80).
Seguidamente, se realizó del ensayo de granulome-
tría (ASTM D422), el cual se basó en la selección de una
muestra signicativa, con la nalidad de conocer cuan-
titativamente la distribución de tamaños de las partí-
culas del material de trabajo y el ensayo de límites de
consistencia (ASTM D4318), con la nalidad de deter
-
minar el límite líquido y la plasticidad, para de esta ma-
nera poder realizar la caracterización del material. Como
se muestra en la Figura 1.
Figura 1.
Ensayo granulométrico y límites de consistencia. (a) ensayo gra-
nulométrico por tamizado, (b) ensayo de límites de consistencia.
(a) (b)
2.2. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PATRÓN
Para fabricar las briquetas el material se encuentra en
estado seco, se preparó una mezcla agregando una
cantidad de 1.500 g de material y 255 ml de agua que
representan un 17% del peso de la muestra, en un
recipiente de aluminio, donde se procedió al amasado
con el n de incorporar de una manera uniforme los
materiales, proceso mostrado en la Figura 2.
Figura 2.
Preparación de la muestra patrón. (a) colocación de agua a la
muestra de suelo para garantizar contenido de humedad, (b)
amasado de la muestra para incorporar el agua al suelo.
46
Estimación de La Resistencia a La Tracción en Suelos Reforzados con Fibras Sintéticas
La Figura 3 muestra la fabricación de la briqueta
del material patrón en el molde (diámetro 2” y longitud
2.50”), compactadas en una sola capa con una energía
de compactación de diez (10) golpes con un martillo de
1.200 g. Este proceso se repitió para elaborar 30 brique-
tas que posteriormente se ensayaron a tracción indirecta
para determinar la resistencia a la tracción.
Figura 3.
Elaboración de briquetas de la muestra patrón. (a) prepara-
ción del molde para tres briquetas, (b) colocación del material
del molde para la compactación, (c) briquetas compactadas.
(a) (b) (c)
2.3. ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA O ENSAYO
BRASILERO ASTM C496, UNE 83.306 E ISO 4108, A
LA MUESTRA PATRÓN
Para evaluar el comportamiento de suelos sin reforzar,
sometidos a tracción, y obtener su resistencia, se presen-
ta el siguiente procedimiento práctico en el laboratorio:
con el material preparado con el contenido de hume-
dad establecido se construyeron las briquetas utilizando
el molde mostrado en la Figura 3, con una energía de
compactación de 10 golpes con el martillo estándar del
equipo. Luego de la elaboración de las briquetas, se pro-
cedió con la realización del ensayo, el cual se basó en la
colocación de manera horizontal de cada una de ellas en
una prensa, como se muestra en la Figura 4 (a), deján-
dola ajustada y preparada. Posteriormente, se llevó a la
máquina de ensayo (máquina de ensayo de tracción), se
comenzaron a aplicar las cargas progresivamente, hasta
llegar al punto de rotura (Figura 4 [b]); cada una de las
briquetas presentó sistemas de agrietamiento, donde la
grieta producida por tracción se mostró de forma trans-
versal a la sección de aplicación de la carga (Figura 4 [c]).
Este proceso se repitió en cada briqueta, para un total
de 30 ensayos, obteniendo así un conjunto de resultados.
2.4. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA REFORZADA
Se probaron dos tipos de bras en las mezclas, comenzando
con micro y luego con macrobra, probando con diferen-
tes porcentajes de 0.50, 1.00, 1.50 y 2.00% sobre el peso de
la muestra de suelo, necesario para fabricar el modelo de
briqueta en el molde de ensayo. Aclarando que esta adición
se hizo basada en el peso de la muestra y no en el peso es-
pecíco ni en el volumen y que la bra se recortó a la mitad
para adecuarla al molde de compactación. La escogencia de
los porcentajes de bra y su longitud a utilizar se basó en ex-
periencias de investigaciones anteriores [10, 21]. La Tabla 1
muestra las características de la bra, número de briquetas
elaboradas y porcentaje de bra utilizado.
Se siguió el mismo procedimiento de fabricación de
briquetas ya descrito. La Figura 5 muestra el proceso de
amasado de la muestra reforzada y la briqueta compactada.
Figura 5.
Preparación de la muestra reforzada. (a) mezclado en húme-
do con la macrobra, (b) briqueta compactada.
2.5. ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA A LA MUES
TRA REFORZADA
El procedimiento realizado a las briquetas reforzadas es
idéntico al realizado a la muestra patrón. Este proceso se re-
pitió con los diferentes porcentajes de bra, 30 briquetas re-
forzadas para cada porcentaje, teniendo así un total de 120
briquetas ensayadas, obteniendo un conjunto de resultados
que fueron comparados con los de la muestra patrón.
3. Resultados y discusión
Luego de haber realizado paso a paso el proceso metodo-
lógico se presentan los resultados obtenidos a partir del
ensayo de las briquetas.
3.1. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL
3.1.1. Material de suelo
Se estudió la caracterización de la muestra de suelo, me-
diante el ensayo de granulometría por tamizado (ASTM
Figura 4.
Ensayo de tracción indirecta (a) colocación de las briquetas
en la prensa de tracción, (b) briqueta montada en la máqui-
na de tracción indirecta, (c) grieta de tracción presentada du-
rante el ensayo.
47
Briceño J. et al.
D422) y límites de consistencia (límites de Atterberg)
(ASTM D4318), manipulando el material bajo las condi-
ciones y procedimiento establecido por estos ensayos. Al
realizar el análisis granulométrico a través de la vía hú-
meda, se pudo evidenciar, un mayor porcentaje de are-
nas y nos con relación al contenido de material grueso,
de igual forma, se hallaron los límites de consistencia del
suelo y mediante el método de clasicación del Sistema
Unicado de clasicación de Suelos (SUCS) se deter-
minó que el tipo de suelo es una arena limosa (SM). La
Tabla 2 muestra el resumen de los resultados de caracte-
rización del suelo.
Tabla 2.
Resumen de la caracterización del material.
Ensayo granulométrico y límites de consistencia
% G % S % F % Ll IP Cu Cc Clasicación
0.00 53.86 46.15 26.63 4.06 6.27
0.16
SM
%G, representa el porcentaje de gravas, %S, representa el porcentaje de arenas,
%F, es porcentaje de nos, %Ll, es límite líquido, IP, representa el índice plásti-
co, Cu, es el índice de uniformidad, Cc, es el índice de curvatura, SM, represen-
ta la clasicación SUCS.
3.1.2. Material de bra sintética
Se realizaron pruebas con dos tipos de bras. Inicial-
mente se planteó el reforzamiento con microbra sinté-
tica, en este caso, trabajar con este material no funcionó,
ya que por su estructura las bras tienden a unirse entre
ellas sin poder integrarse correctamente con la muestra
de suelo seco y húmedo que es la condición inicial, por
lo que se descartó este tipo de bras. En la Figura 6, se
puede apreciar lo ocurrido al momento de mezclar la mi-
crobra con el suelo.
Por consiguiente, se descartó la microbra, optando -
nalmente por la utilización de la macrobra. Cabe des-
tacar que los lamentos de macrobra se recortaron a
la mitad, 3,25 cm (Lbra=1.28”), para poder adaptarlas
al diámetro del equipo de compactación de las brique-
tas (2”) (ver Figura 4), la longitud de las briquetas Lbri-
queta=2.50 ”. Manteniendo una relación entre longitudes
Lbra=0.512Lbriqueta.
3.2. ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA A LA MUES
TRA PATRÓN Y REFORZADA
El ensayo de tracción indirecta, se realizó tanto para las
briquetas de muestra patrón como a las reforzadas con
macrobra, como se explicó de forma detallada anterior-
mente, arrojando los siguientes resultados mostrados en
la Tabla 3.
3.3. COMPARACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA TRAC
CIÓN ENTRE MUESTRA PATRÓN Y REFORZADAS
La Figura 7 muestra la dispersión de los resultados de las
30 briquetas de la muestra patrón y los diferentes por-
centajes de macrobra de refuerzo utilizada. Por otro
lado, en la Figura 8 se representa el valor del promedio
aritmético de los diferentes casos evaluados.
En la gura anterior se puede notar que las briquetas
con los primeros porcentajes (0.50 y 1.00%) de macrobra
muestran una σ
t
por debajo del patrón, esto puede ocurrir
porque la bra no aporta la suciente resistencia compa-
rativamente con lo que aporta el material de suelo susti-
tuido, la sustitución del material se hizo basada en peso
de suelo, sin considerar la diferencia de pesos especícos
relativos que existe entre el suelo y la bra, lo que impli-
ca que se está sustituyendo un material por otro que pesa
menos, pero ocupa mucho volumen.
Los porcentajes de mayor aporte de macrobra (1.50
y 2.00%) aumentan la resistencia del suelo con respecto
al patrón, la adición de 1.50% de bra aumenta la resis-
tencia en un 3.69%, mientras que el 2.00% aumenta la re-
sistencia en un 24.00%. Este resultado ascendente indica
que es posible seguir aumentando el porcentaje de macro-
bra para ganar mayor resistencia; sin embargo, hay que
evaluar otras características del suelo que se puedan ver
afectadas por un valor excesivo de este material en adi-
ción, aspecto no evaluado en esta investigación y que ese
porcentaje permita un mezclado uniforme.
Esta tendencia en el aumento de la σt también es ob-
servada en las investigaciones referentes [14-18], [21],
existen diferencias con los antecedentes revisados tanto en
el tipo de suelo, materia muy diverso con incertidumbre
en su comportamiento por carecer de estructura, conteni-
do de humedad, tipo de bras, características mecánicas y
propiedades elásticas, equipos para determinar resultados
Tabla 1.
Características y porcentajes de las bras utilizada.
Características técnicas de las bras Número de briquetas por
porcentaje de bra
Tipo de bra Marca Material Densidad
(kg/l)
Longitud
(mm)
Diámetro
(mm)
0.50
%
1.00
%
1.50
%
2.00
%
Microbra SIKA Polipropileno 0.91 6.00 - - - - -
Macrobra SIKA Polipropileno 0.91 6.50 0.46 30 30 30 30
48
Estimación de La Resistencia a La Tracción en Suelos Reforzados con Fibras Sintéticas
y parámetros analizados, esto hace difícil la comparación,
por lo que hay que tomar los resultados con prudencia y
ver su aplicabilidad en casos particulares.
En la Tabla 4 se presenta el promedio aritmético de la
deformación unitaria (ε %) que sufren las briquetas pa-
trón y las reforzadas.
Tabla 4.
Deformación unitaria (ε %) suelo patrón y reforzado con
macrobra.
Muestra
n=30
Patrón Suelo reforzado con macrobra
0.50 % 1.00 % 1.50 % 2.00 %
Deformación
unitaria (ε %) 0.34 1.85 2.87 2.93 3.05
La Figura 9 muestra la ε % contra el σ
t
del suelo pa-
trón y las Figuras 10 y 11 los valores del suelo reforzado.
Se puede notar en los resultados presentados que re-
forzar el suelo areno limoso con macrobra tornó el ma-
terial ligeramente más deformable con respecto al patrón
a medida que se aumentó el porcentaje de bra, esto es un
aspecto importante a evaluar para su aplicación.
En cuanto al uso en campo de las bras sintéticas
como material de refuerzo, esto está sujeto a un análisis
costo-benecio. El costo de la bra en comparación con
el material suelo es mucho mayor, por lo que se hace via-
ble en pequeños volúmenes de material como en rellenos
de muros de contención para evitar o minimizar la apari-
ción de grietas de tracción. Con la dosicación de 2.00%
de macrobra se necesitan por metro cúbico de suelo 40.2
kg de bra, esto representa un costo de USD 120.60 en
comparación con USD 25.00 que puede costar 1 m3 de
suelo de préstamo. La decisión de su uso dependerá si el
benecio justica la inversión.
4. Conclusiones
Culminado el proceso de ensayos y análisis de resulta-
dos, se presentan las conclusiones de esta investigación.
La resistencia a la tracción del suelo, a pesar de tener un
valor pequeño en comparación con la resistencia a la
compresión, representa un parámetro importante a con-
siderar en algunos tipos de obras civiles, donde es de re-
levancia los primeros indicios de rotura del material. Tal
es el caso de presencia de grietas de tracción en taludes,
desecación de suelos y en material compactado en terra-
plenes y rellenos en muros.
Esta investigación evaluó la incorporación de bras a
la masa de suelo con la intención de mejorar su resisten-
cia a la tracción, esto con la nalidad de disminuir la pre-
sencia de grietas de tracción que afectan la estabilidad de
una obra civil. Se utilizaron microbras, pero este mate-
rial no se logró mezclar uniformemente con el suelo, en
estado seco y húmedo, descartándose como posibilidad.
Tabla 3.
Resultados del ensayo de tracción indirecta en la muestra pa-
trón y reforzadas
Suelo reforzado con macrobra
(kN/m2)
Muestra
n=30
Patrón
(kN/m2)0.50 % 1.00 % 1.50 % 2.00 %
122.20 17.81 15.65 24.14 24.79
222.49 16.85 21.27 27.77 24.21
324.50 19.14 22.79 16.85 23.06
422.50 18.60 15.95 19.58 29.76
523.52 19.59 19.20 26.27 29.09
622.15 21.10 12.44 22.47 32.79
722.23 22.08 25.78 26.44 24.31
823.43 18.86 23.99 30.37 23.53
924.21 18.96 22.52 24.31 29.57
10 22.46 20.87 21.59 22.22 35.00
11 23.18 19.41 23.52 21.29 28.84
12 23.35 19.52 25.38 22.47 26.86
13 24.51 21.46 19.25 25.04 27.47
14 22.06 20.36 28.25 24.48 33.14
15 23.33 15.58 24.14 22.21 28.38
16 23.82 17.43 23.55 21.56 29.90
17 23.45 18.23 22.31 24.39 24.53
18 23.58 17.57 20.71 26.37 26.41
19 23.83 18.92 18.64 21.56 30.98
20 23.47 21.54 19.82 26.37 28.36
21 22.33 22.54 29.43 22.55 29.09
22 23.17 20.57 18.18 23.52 34.32
23 23.43 18.61 20.68 24.43 27.43
24 23.53 19.47 21.56 23.53 27.93
25 24.10 17.54 22.01 26.66 32.55
26 25.46 17.45 23.08 30.37 30.90
27 24.49 16.27 29.85 25.38 33.35
28 23.47 19.37 24.76 24.46 28.14
29 23.10 11.41 25.65 27.18 32.37
30 25.32 18.61 28.45 24.33 33.97
Promedio 23.42 18.86 22.35 24.28 29.04
Deviación
Estándar 0.01 0.02 0.04 0.03 0.03
49
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Se pudo comprobar que reforzar el suelo areno limo-
so (SM) con macrobras mejora sustancialmente la resis-
tencia a la tracción, concluyendo que al reforzar este suelo
con 1.50 y 2.00% de macrobra aumenta la resistencia a
la tracción en 3.69 y 24.00%, respectivamente, en compa-
ración con el patrón; sin establecer este rango como un
máximo de adición, ya que la tendencia indica aumento
en la resistencia a medida que se aumenta el porcentaje
de bra por encima del 1.50%.
De igual forma, se evidenció un incremento de la de-
formación unitaria del suelo reforzado en comparación
con el patrón, se debe evaluar las deformaciones latera-
les y asentamiento que este incremento puede ocasionar
y que tan signicativo es para la estructura vial donde se
va a utilizar.
Recomendaciones
Seguir esta línea de investigación, aumentando los porcen-
tajes de macrobra como material de refuerzo en el suelo,
evaluando el comportamiento de la resistencia a la tracción
y chequeando como estos mayores porcentajes pueden
afectar las propiedades mecánicas y elásticas del material.
Para los porcentajes de macrobra incorporada 0.50 y
1.00%, es necesario evaluar con mayor precisión qué suce-
de con la resistencia a la tracción, ya que se esperaba que
al incorporar la misma aumentaría la resistencia sin im-
portar el porcentaje, esto no sucedió sino hasta porcen-
tajes mayores. Evaluar la posibilidad de que la resistencia
aportada por el suelo por sí solo sea mayor que la aporta-
da por la bra en esos porcentajes bajos.
Probar con otros tipos de bra, con textura diferen-
te a la utilizada, por ejemplo, la bra corrugada, bras de
material reciclado como aporte ecológico y otros tipos de
suelo. Al igual que aquellas que sean de otro tipo de po-
límero diferente al polipropileno.
Hacer la adición del porcentaje de bra realizando
una corrección volumétrica, ya que en esta investigación
se hizo basada en el peso del suelo, sin considerar la gran
diferencia entre los pesos especícos relativos de los só-
lidos (Gs) del suelo y la bra que dieren en más de un
20.00%. Esta diferencia hace que la sustitución no sea pro
-
porcional, porque se sustituye un material que pesa más
por uno que pesa menos, pero ocupa mucho más volu-
men, esto pudiera afectar los resultados por las propor-
ciones de material con respecto al patrón.
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Anexos
Figura 6.
Mezcla de microbra con la muestra del suelo. (a) muestra de
suelo seco con microbra, (b) muestra de suelo húmedo mez-
clado con microbra.
Figura 7.
Dispersión de resultados, resistencia a la tracción, suelo pa-
trón y reforzado con macrobra.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
1
23
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29 30
Patrón, 0,00 %
0.50%
1.00%
1.50%
2.00%
Resistencia a la tracción
(kN/m
2
)
n=30 briquetas
% de macrofibra
51
Estimación de La Resistencia a La Tracción en Suelos Reforzados con Fibras Sintéticas
Figura 8.
Resultados promedio, resistencia a la tracción, suelo patrón y
reforzado con macrobra.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
Porcentaje de macrofibra
Resistencia a la tracción
σt (kN/m
2
)
σt vs. % macrofibra
Patrón
0.50 %
0.10 %
1.50 %
2.00 %
Figura 9.
ε % contra el σt del suelo patrón
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0
σt(kN/m²)
ε(%)
Esfuerzo vs Deformación
Figura 10.
ε % contra el σt del suelo reforzado con macrobra. (a) 0.50%
de microbra, (b) 1.00% de microbra.
(a)
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
0,0 1,0 2,0
σt(kN/m²)
ε(%)
Esfuerzo vs Deformación
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0
σt(kN/m²)
ε(%)
Esfuerzo vs Deformación
(a) (b)
Figura 11.
ε % contra el σt del suelo reforzado con macrobra. (a) 1.50%
de microbra, (b) 2.00% de microbra.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,0 1,0 2,0 3,0
σt
(kN/m²)
ε(%)
Esfuerzo vs Deformación
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
0,0 1,0 2,0 3,0
σt
(kN/m²)
ε(%)
Esfuerzo vs Deformación
(a) (b)
REVISTA INGENIO
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y
Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
Central Intervention Methods for Combating Real and Apparent Water Losses in Distribution Systems
Erick Jonnan Rueda Meza | Universidad Central del Ecuador - UCE, Quito - Ecuador
Bryan David González Carrillo | Universidad Central del Ecuador - UCE, Quito - Ecuador
Monica Susana Delgado Yánez | Universidad Central del Ecuador - UCE, Quito - Ecuador
Diego Fernando Paredes Méndez | Universidad Central del Ecuador - UCE, Quito - Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.6789 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Según la International Water Association (IWA) las pérdidas de agua en las redes de distribución de
abastecimiento potable se traducen en problemas ambientales, daños en infraestructura y gastos econó-
micos innecesarios. El objetivo del presente estudio es realizar una revisión bibliográca de los métodos
de intervención centrales para la reducción de pérdidas de agua en redes de distribución. Se realizó un
análisis cualitativo de 250 documentos, seleccionando 22 para identicar métodos efectivos para reducir
las pérdidas de agua, destacando que las pérdidas reales representan el 46% y las aparentes el 22%. Tam-
bién se analiza 136 casos de estudio, se observó que el control de presión es el método más eciente para
gestionar el agua no facturada, y que combinar diferentes métodos es una estrategia ecaz para reducir
costos. Además, los indicadores de prevención y análisis de fugas se emplean ampliamente, con un uso
del 43% en el manejo de pérdidas aparentes.
According to the International Water Association (IWA), water losses in drinking water distribution ne-
tworks result in environmental problems, damage to infrastructure, and unnecessary economic expenses.
e objective of the present study is to conduct a literature review of central intervention methods for the
reduction of water losses in distribution networks. A qualitative analysis of 250 documents was carried
out, selecting 22 to identify eective methods to reduce water losses, highlighting that real losses represent
46% and apparent losses 22%. Also analyzing 136 case studies, it was observed that pressure control is the
most ecient method to manage non-revenue water, and that combining dierent methods is an eective
strategy to reduce costs. In addition, leakage prevention and analysis indicators are widely used, with 43%
use in the management of apparent losses.
Recibido: 4/6/2024
Recibido tras revisión: 23/10/2024
Aceptado: 5/11/2024
Publicado: 03/01/2025
Indicadores de desarrollo, agua potable,
distribución de agua, gestión de recursos
hídricos, IWA, consumo de agua.
Development indicators, drinking water,
water distribution, water resources mana-
gement, iwa, water consumption.
1. Introducción
El agua es un recurso fundamental para el desarrollo
de la industria y la gestión doméstica, existen diversos
factores, como el crecimiento demográco, el desarrollo
económico y la urbanización, que ejercen presión tanto
sobre los recursos hídricos como sobre la infraestructura
destinada al suministro de agua potable [1-4].
Las considerables pérdidas de agua por fugas en las
redes de distribución y los volúmenes suministrados sin
facturación son factores críticos que complican la gestión
y el abastecimiento eciente [5-8].
Las redes de transmisión y distribución de agua pota-
ble experimentan pérdidas, las cuales pueden clasicarse
como reales o aparentes [9]. Este problema genera varias
consecuencias negativas, como la pérdida de agua potable,
la reducción en la calidad del servicio, impactos ambien-
tales y pérdidas económicas para la empresa responsable
53
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
La calidad de los materiales es un factor clave que
afecta las fugas, ya que inuye en la vida útil de los com-
ponentes del sistema. Un material de baja calidad requie-
re reparaciones más frecuentes, lo que a su vez conlleva
un mayor desperdicio de agua [21].
El análisis de agua no facturada implica el cálculo del
balance hídrico, donde sus componentes deben estar cla-
ramente denidos, ser reproducibles, entendibles y prác-
ticos [9]. Existen métodos de intervención para controlar
problemas en las redes de distribución de agua potable,
esto con el n de poder actuar de manera emergente para
resolver los problemas presentes; los más representativos
son los siguientes, en las pérdidas reales: gestión de la
presión, control y detección de fugas, gestión de la in-
fraestructura, agilidad y calidad de las reparaciones; en
las pérdidas aparentes tenemos: reducción de errores de
medición, mantenimiento adecuado del catastro de usua-
rios, implementación del sistema comercial adecuado y el
combate a los fraudes y conexiones clandestinas, dichos
indicadores permiten medir, cuanticar, detectar y loca-
lizar las pérdidas de agua potable en el sector hidráulico
para contribuir a aumentar la disponibilidad de agua dada
la escasez del recurso hídrico [22]. Las roturas además de
afectar a los usuarios también afectan a las empresas su-
ministradoras de agua debido a que los costos por repa-
ración pueden ser muy elevados [23-25].
En el año 2003, Richard Pilcher líder del International
Water Association Water Loss Task Force (WLFT) presen-
tó estrategias, metodologías, procedimientos y técnicas
para el control de pérdidas e incremento de agua dispo-
nible para generaciones venideras [13, 14, 26, 27], expli-
cadas a continuación
del suministro, así como en menor escala para los usua-
rios [10-12].
A nivel global, la demanda de agua sigue aumentando
mientras las fuentes de abastecimiento disminuyen, lo que
convierte al agua en un recurso escaso. Aunque el 70%
del planeta está cubierto de agua, solo el 2,5% es potable
y menos del 1% está disponible para uso humano, según
la ONU [5, 12]. Por esta razón, es fundamental gestionar
el agua potable de manera eciente, implementando es-
trategias tanto a corto como a largo plazo. El objetivo es
maximizar la distribución efectiva del volumen disponi-
ble y reducir las pérdidas [5].
Con el tiempo, un sistema de agua potable puede su-
frir problemas, como el desgaste de tuberías, componen-
tes obsoletos o mal conectados y medidores defectuosos,
lo que resulta en un desperdicio de agua y una gestión in-
eciente del recurso [13, 14].
El agua no contabilizada se compone de pérdidas apa-
rentes y reales [5], se puede apreciar un detalle en la tabla
1 propuesta por la IWA (International Water Association)
el balance hídrico que se da en un suministro de agua en-
tregado [15, 16].
Una fuga provoca una reducción en el rendimiento
volumétrico del sistema, ya que aumenta el volumen de
agua perdido y disminuye la presión en toda la red [17-
19]. Esta caída en la presión y el caudal requiere un ma-
yor consumo de energía en los sistemas de bombeo para
satisfacer la demanda, lo que no solo afecta el rendimien-
to y el control del sistema, sino que también compromete
la calidad del servicio [20].
Tabla 1.
Balance hídrico de un sistema de agua potable
Volumen de
entrada al sistema
Qi
Consumo
autorizado QA
Consumo autorizado
facturado
QAF
Agua facturada exportada Agua
facturada
Consumo facturado medido
Consumo facturado no medido
Consumo autorizado no
facturado
QANF
Consumo no facturado medido
Agua no
facturada
Consumo no facturado no medido
Pérdidas de agua
QP
Pérdidas aparentes
QPA
Consumo no autorizado
Inexactitudes en medidores y errores de
manejo de datos
Pérdidas reales
QPR
Fugas en las tuberías de aducción y
distribución
Fugas y reboses en tanques de
almacenamiento
Fugas en conexiones de servicio hasta el
medidor del cliente
Nota. Adaptado de IWA (International Water Association) [16].
54
Rueda E. et al.
1.1. PÉRDIDAS REALES
Las pérdidas reales representan volúmenes de agua que
se desperdician en un periodo determinado debido a fu-
gas, roturas, estallidos o reboses [28, 29]. Estas pérdidas
se clasican de dos maneras: por su ubicación dentro del
sistema y por su tamaño y duración [30].
Según su ubicación, las pérdidas pueden originarse en
distintos puntos [31]. Las fugas en las troncales de trans-
misión y distribución ocurren en las tuberías, uniones y
válvulas de estos sistemas, con tiempos de fuga que va-
rían de cortos a medianos y caudales que suelen ser mo-
derados a altos. Por otro lado, las fugas en los puntos de
conexión aparecen en las acometidas que van hacia los
medidores de los usuarios [2]. Estas fugas presentan cau-
dales más bajos, pero pueden durar más tiempo. Las fu-
gas y reboses en tanques de almacenamiento son causadas
por fallos en los controles de ingreso de agua o por ltra-
ciones en las paredes de concreto, debido a un manteni-
miento deciente.
En términos de tamaño y tiempo de fuga, las pérdidas
se dividen en tres tipos principales. Las fugas visibles o re-
portadas son aquellas que rápidamente se hacen evidentes
en la supercie debido a roturas o fallos en las uniones de
las tuberías. Las fugas ocultas o no reportadas tienen un
caudal mayor a 250 l/h con una presión de 50 mca, pero
permanecen invisibles en la supercie debido a condicio-
nes externas. Finalmente, las fugas de fondo son aquellas
con caudales inferiores a 250 l/h y presiones por debajo
de 50 mca. Por su pequeña magnitud, estas fugas suelen
pasar desapercibidas y no se reparan hasta que el tramo
completo es reemplazado. Estas pérdidas se deben prin-
cipalmente a goteos en uniones, válvulas o accesorios no
herméticos [32-34].
Es importante señalar que las pérdidas reales no se
pueden eliminar completamente de los sistemas de abas-
tecimiento [35].
Estrategias de control para reducir las pérdidas reales
de los sistemas de distribución de agua urbana [2, 36] se
observan en la gura 1, estas deben estar en balance para
disminuir las pérdidas.
Las estrategias mostradas son de aplicación global y
representan las denominadas “buenas prácticas”, en rela-
ción con la disminución de pérdidas de agua en las redes
de distribución. Como primer paso para reducir las pér-
didas de agua en las redes de distribución es necesario
dividir la red en distritos hidrométricos reales, los cuales
son áreas que permiten un manejo más rápido y fácil de
todo el sistema en estudio [38].
1.2. GESTIÓN DE PRESIÓN
Se dene como gestión de presión el manejo de presio-
nes del sistema a niveles óptimos de servicio a la vez que
se asegura un suministro eciente y suciente para usos
normales [39].
La gestión de presión es fundamental como estrategia
de reducción de fugas, según Charalambous [40], existe
una relación física entre el caudal de fuga y la presión; por
lo tanto, la frecuencia de roturas o estallidos también se
encuentra en función de la presión [41-43]. Se dice que
entre mayor es la presión, mayor serán las fugas por lo
cual se debe asumir inicialmente una relación lineal en-
tre cada una (la proporción de disminución de las fugas
será igual a la proporción de disminución de la presión).
Conforme se realicen los ajustes se obtendrá el porcenta-
je real de disminución [43, 44].
Cuando se reduce la presión, se debe asegurar que el
punto crítico de la red tenga la presión mínima de sumi-
nistro [45]. Generalmente las presiones de suministro de
la red en horas de menor consumo son mayores a las pre-
siones máximas permitidas, por lo cual se tiene un rango
de aplicación de la regulación de la presión[46], es más
práctico controlar la presión en las tuberías de distribu-
ción que realizar reparaciones de fugas (por costos y tiem
-
pos principalmente) [34].
Control activo de fugas
El control activo de fugas implica la acción sistemática de
identicación y cuanticación de las pérdidas por fugas
existentes, en el sentido de localizar aquellas no visibles,
a través de los métodos acústicos, y en ciertos casos ba-
sándose en la información proveniente de la monitoriza-
ción continua de los ujos y presiones de los distritos hi-
drométricos reales. Este método, al contrario del control
pasivo que espera a la fuga en hacerse visible, resulta en
menor volumen perdido [30, 47, 48].
Figura 1.
Metodología de reducción de pérdidas reales.
Nota. Adaptado de M. Farley, “Leakage management and
control” [37].
55
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
El control activo de fugas es importante para una ges-
tión rentable y eciente de las fugas, entre más rápido una
empresa pueda analizar los datos de caudal de los distri-
tos, más rápido podrá localizar las fugas. Por lo cual des-
de la fase de concepción es importante que las redes de
distribución tengan en cuenta el mantenimiento, secto-
rización y recopilación de datos [40].
Otro indicador que se incluye dentro del control acti-
vo de fugas es el índice de caudal nocturno el cual se ob-
tiene dividiendo el caudal mínimo nocturno y la demanda
promedio diaria [49-51]. Este índice está vinculado a la
zona en estudio y varía con el tiempo, indicando la posi-
ble existencia de problemas de fugas en el área. Cuando el
índice de caudal nocturno se acerca a 1.0, la probabilidad
de que haya fugas en la zona se incrementa [9].
Gestión de la infraestructura
La gestión de todos los elementos de la red implica reali-
zar un mantenimiento regular para asegurar un servicio
óptimo y garantizar que los componentes se reemplacen
puntualmente al nal de su vida útil [52, 53]. Estas prác-
ticas permiten gestionar las fugas de manera económica
y sostenible a largo plazo. Comprender las pérdidas rea-
les implica establecer medidas que van desde la repara-
ción y sustitución hasta la rehabilitación o simples ins-
pecciones, lo que facilita establecer prioridades y tomar
decisiones adecuadas.
Los puntos críticos de este sistema incluyen la ges-
tión ecaz de los sistemas de información, la recolección
de datos y su conversión en información útil para la pla-
nicación, así como la evaluación del rendimiento actual
de los activos.
Rapidez y calidad de las reparaciones
Tiene como objetivo garantizar las reparaciones de for-
ma oportuna y duradera [54]. El tiempo que se deja una
fuga afecta directamente al volumen de pérdidas rea-
les, mientras que la calidad de las reparaciones inuye
principalmente en la continuidad. Por lo cual la empresa
prestadora de los servicios debe de tener en cuenta las
siguientes cuestiones:
· Disponibilidad de equipos y materiales
· Procedimientos ecaces desde la alerta inicial hasta la
reparación integral
· Financiamiento
· Normas adecuadas de materiales y mano de obra
· Conexiones a la red (acometidas) de alta calidad
En resumen, el efecto combinado de los métodos de
intervención descritos ayuda a las empresas de suministro
de agua a reducir y mantener las pérdidas reales de agua
en relación con un balance económico.
1.2. PÉRDIDAS APARENTES
Las pérdidas no aparentes se reeren a las pérdidas oca-
sionadas por factores no físicos. Estas comprenden el agua
entregada exitosamente al destino (usuario o cliente) pero
que no se mide o registra con exactitud, causando un error
en el valor del consumo de cada cliente. Las pérdidas de
agua aparentes pueden generar grandes costos signica-
tivos de pérdidas para la empresa de suministro de agua
especialmente, en las redes de distribución sin medidores
y con muchas conexiones ilegales [39].
Razones de las pérdidas aparentes
Las pérdidas aparentes se deben a varias causas princi-
pales. Una de las más comunes es la inexactitud de los
medidores de agua [55]. Esto ocurre cuando un pequeño
porcentaje del agua no se mide correctamente debido a
errores de calibración o al desgaste natural de los equipos
[56]. Los problemas se deben a factores como el uso de
medidores de baja calidad, el sobredimensionamiento,
la falta de calibración y el deterioro por el uso continuo
[56, 57]. El rendimiento de un medidor depende tanto
de factores internos, como la tecnología de medición y la
calidad de fabricación, como de factores externos, tales
como la calidad del agua, los sólidos en suspensión y la
presión de la red [58].
Otra causa signicativa es el manejo incorrecto de los
datos, que a menudo proviene de errores cometidos por
el personal encargado de leer los medidores [19]. Estos
errores pueden surgir de la pérdida o alteración de los da-
tos durante el proceso de registro o facturación. Además,
el consumo no medido, como el utilizado en actividades
públicas (limpieza de plazas, riego de parques, etc.), puede
ser subestimado o sobreestimado, afectando directamen-
te las cifras de producción de agua potable[59].
El consumo no autorizado es otra fuente importante
de pérdidas aparentes. Este tipo de pérdida incluye frau-
des o conexiones ilegales, como el vandalismo o la mani-
pulación de medidores por parte de los usuarios. También
abarca el uso no autorizado de agua a través de hidrantes
callejeros u otras prácticas corruptas para acceder al su-
ministro de agua [60-62].
En conjunto, estos factores contribuyen a una gestión
ineciente del agua potable y subrayan la importancia de
mejorar tanto la precisión de los equipos de medición
como la integridad de los procesos de recolección y ma-
nejo de datos. La prevención del consumo no autorizado
también es crítica para reducir estas pérdidas y garanti-
zar un uso más eciente del recurso hídrico.
Estas prácticas ilegales pueden causar pérdidas eco-
nómicas para las empresas de agua, así como afectar la
calidad y cantidad del suministro para los usuarios le-
gales [25].
56
Rueda E. et al.
2. Método
Se siguió la metodología PRISMA (Preferred Reporting
Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) para
garantizar la transparencia y rigor en la búsqueda y se-
lección de la literatura relevante. La búsqueda se realizó
en tres bases de datos académicas: SciELO, Water Utili-
ty Journal y Scholar Google, los términos de búsqueda
combinaron palabras clave relacionadas con los indica-
dores de desempeño propuestos por la IWA, incluyendo
“pérdidas de agua”, “indicadores de desempeño”, “gestión
del agua”, “WLTF” y “eciencia del agua”. Se aplicaron
criterios de inclusión y exclusión para seleccionar los
estudios relevantes, estos son artículos publicados en re-
vistas cientícas revisadas por pares, tesis o pares, idio-
ma inglés o español, textos que tengan un enfoque en los
indicadores de desempeño propuestos por IWA WLTF
y propongan algún análisis de métodos de intervención
para reducir las pérdidas de agua reales y aparentes (ver
Figura 2).
Los criterios de exclusión fueron trabajos duplica-
dos, estudios con objetivos no relacionados con las pér-
didas de agua o los indicadores de desempeño, artículos
en idiomas distintos al inglés o español, trabajos que no
analizan métodos de intervención para la reducción de
pérdidas de agua.
Se analizan indicadores, métodos de evaluación, y de
prevención, así como análisis de fugas en redes de distri-
bución, para lo cual se utiliza técnicas bibliométricas para
apoyar el análisis, incluyendo Bibliometrix y herramientas
de minería de texto como VOSviewer [63-65] y una bitá-
cora de revisión para extraer y analizar información [66].
Figura 2.
Metodología PRISMA.
Se realizó un análisis cualitativo de los 22 documen-
tos seleccionados (16 artículos, 3 tesis, 3 libros y 2 manua-
les) para identicar y extraer información relevante sobre
los indicadores de desempeño y los métodos de interven-
ción para la reducción de pérdidas de agua.
Se analizan casos de estudio presentes en artículos y
tesis, identicando un total de 136 documentos que abor-
dan indicadores de eciencia en la reducción de pérdidas.
Este análisis proporciona criterios que permiten se-
leccionar el método de intervención más adecuado, ba-
sado en experiencias comprobadas.
3. Resultados y discusión
3.1 MÉTODOS DE INTERVENCIÓN PARA LA REDUCCIÓN
DE PÉRDIDAS DE AGUA EN REDES DE DISTRIBUCIÓN
En la tabla 2 se puede observar los métodos más repre-
sentativos encontrados en cuanto a la reducción de pér-
didas en las redes de distribución de agua
3.1.1 Gestión de presión
Es fundamental limitar la presión y minimizar su rango
de variación para cumplir con los estándares de servicio
establecidos. Una red de distribución de agua cuando
opera con una presión adecuada presenta varios resul-
tados beneciosos como se puede observaren la Tabla 3.
La sectorización de la red de distribución suele ser
un paso previo esencial antes de aplicar otras medidas de
control de presión. Entre las principales soluciones se en-
cuentran los tanques rompe-presión, bombas de veloci-
dad variable y, principalmente, las válvulas reductoras de
presión, que se colocan en puntos estratégicos denidos
por los distritos hidrométricos. Una gestión eciente de la
presión no solo optimiza el funcionamiento del sistema,
sino que también extiende la vida útil de sus componen-
tes al minimizar el estrés causado por presiones elevadas.
3.1.2. Control activo de fugas
El control activo de fugas es el método más tradicional e
intuitivo. Requiere equipo especializado en la detección
como un acústico integrado por sensores de detección de
ruido, un registrador y un soware de análisis. El análisis
espectral del ruido ofrece resultados ables y no requie-
re personal altamente cualicado. Sin embargo, presenta
desventajas como el alto costo de los equipos y la depen-
dencia de los materiales de las tuberías, que pueden afec-
tar la precisión del análisis. Una opción más avanzada es
el correlador, que utiliza dos sensores colocados a cierta
distancia sobre la tubería. Cuando se detecta ruido de
fuga, el correlador calcula su ubicación analizando el
tiempo que tarda el sonido en llegar a ambos sensores.
3.1.3. Gestión de la infraestructura
Un mantenimiento adecuado de la red de distribución
y la reparación ecaz de fugas no visibles y semivisibles
contribuyen a disminuir el índice de agua no contabili-
zada. De este modo, se asegura un suministro eciente
de agua potable a la población, manteniendo las redes en
buen estado.
57
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
Tabla 2.
Métodos de intervención para la reducción de pérdidas de agua en redes de distribución
Método Descripción Observación Bibliogra-
fía
De sectorización La nalidad es dividir (sectorizar) la red de
distribución de
agua potable de manera geográca, tenien-
do en cuenta la red primaria y secundaria
para el control de caudales
Programas que mejor trabajan con el método:
EPANET, GIS
[13, 66-69]
De volumen total Realiza un balance hídrico y contabiliza el
volumen enviado y el volumen facturado
Es conveniente realizar balance hídrico ge-
neral, y realizar visualización general en GIS
para denir sectores de estudio
[70-72]
Método de inter-
vención por man-
tenimiento
Se revisa los costos de facturación vs. Los
costos de reparación y en función de la falla
se instala accesorios o se cambia materiales,
haciendo una proyección para disminuir los
costos de reparación. La comparación anual
tiene una tendencia a la baja o a la alta
Sólo puede ser trabajado cuando hay fallas o
fugas detectadas. El levantamiento del siste-
ma total es un costo alto que no se contempla.
La inspección visual es la principal manera de
detectar deterioro de red o fugas de agua
[2, 73]
Gestión de pre-
sión
Asegura una presión de operación míni-
ma durante las 24 horas del día en todos los
puntos de la red.
La gestión de la presión, en el punto de in-
terés (punto crítico PC), varía a lo largo del
día en función de los periodos de alto con-
sumo o de bajo consumo (correspondiente
a las presiones altas durante la noche y bajas
durante el día).
WaterCAD, resulta muy conveniente para tra-
bajar el método de gestión de presión.
Utilizando la gestión de presión, se puede
mantener la presión del punto crítico cons-
tante a la mínima requerida, evitando las uc-
tuaciones y fatiga de los materiales.
[67, 70, 74]
Métodos de jerar-
quías analíticas
Estructurar un problema multicriterio en
forma
visual, construyendo y comparando pares
- criterios - alternativas. Se da pesos de va-
lor a cada criterio construyendo vectores de
priorización y matrices conceptuales.
Los programas más usados para trabajar el
método son EPANET, GIS, WaterCAD
[4, 75-77]
Método del gra-
diente hidráulico
Permite el análisis hidráulico de redes de
agua,
determinando las presiones en diversos
puntos del sistema, así como los caudales,
velocidades, pérdidas en las líneas que con-
forman la red hidráulica.
Los programas más usados para trabajar el
método son EPANET, GIS, WaterCAD
[2, 3, 78,
79]
Método Control
activo de fugas
Reere a la localización de roturas o fallas
menores que no son evidentes ni detectadas
por los prestadores de servicio, los usuarios,
o los ciudadanos.
Consiste en cuatro etapas:
1.
Detección de la existencia de una fuga
2. Localización de la fuga
3. Conrmación visual de la fuga
4. Reparación
La detección de fugas generalmente se reali-
za mediante registradores acústicos, que com-
binan sensores de ruido, un dispositivo de
registro y soware de análisis. Este equipo
emite una señal acústica durante dos horas
diarias; una señal con baja dispersión indica
que la fuga está distante, mientras que una se-
ñal con alta dispersión señala que la fuga está
más cerca.
La localización de fugas puede realizarse con
varillas acústicas, compuesto por un sensor
piezoeléctrico, un amplicador y auriculares
inyección de gas inofensivo.
[33, 80-
83].
58
Rueda E. et al.
Método Descripción Observación Bibliogra-
fía
Balance hídrico
nocturno
Se mide el consumo nocturno con caudalíme-
tros y comparando los resultados con los es-
tándares técnicos establecidos
[15, 84-86]
Gestión de in-
fraestructura
Rehabilitación y/o renovación de las tube-
rías mediante un análisis multicriterio.
Estas reparaciones de fugas se dan primor-
dialmente en:
Collarines
Tuberías de acometidas
Llaves de corte
Neplos
Uniones
Fugas en accesorios de unión
Válvulas, entre otras.
[87-90]
Velocidad y cali-
dad de las repara-
ciones
Minimiza el tiempo desde que se tiene co-
nocimiento de la existencia de la fuga hasta
su reparación completa.
Una gestión efectiva de las reparaciones de
fugas implica los siguientes aspectos:
1. Comunicación uida con los clientes.
2. Control activo de fugas no visibles, llevado
a cabo por equipos bien entrenados y equipa-
dos, ya sean propios o contratados.
3. Un sistema de programación y control que
facilite las tareas diarias del mantenimien-
to, generando hojas de ruta para los equipos y
permitiendo el procesamiento eciente de da-
tos en el campo.
4. Un sistema de gestión y control de resulta-
dos que incluya la reducción de pérdidas rea-
les y otros indicadores relevantes.
[1, 91-93]
Reducción de
errores de medi-
ción
Mediante el uso del medidor residencial, usa
parámetros metrológicos que permiten la
caracterización de los distintos aspectos de
funcionamiento.
Relaciona los siguientes parámetros:
volumen real, caudal real, volumen medido,
como la diferencia entre la lectura nal y la
lectura inicial del medidor.
Error de medición absoluto, es la diferencia
entre el volumen medido y el volumen real.
Curva de error del medidor. La curva de error
del medidor depende principalmente de la
tecnología de medición del medidor y de la
clase metrológica.
[57, 94-96]
Combate a los
fraudes y conexio-
nes clandestinas
Consiste en detectar el fraude, o robo del
agua potable.
Las conexiones clandestinas se pueden clasi-
car de la siguiente manera:
Grupo 1: Incluye las conexiones ilegales que
ocurren de manera fortuita, donde el acce-
so al agua no es viable, generalmente debido a
restricciones legales.
Grupo 2: Se reere a las reconexiones del ser-
vicio cuando este ha sido interrumpido o des-
habilitado.
Grupo 3: Comprende las modicaciones o al-
teraciones realizadas en los equipos de medi-
ción de agua.
[57, 97-99]
59
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
3.1.4. Rapidez y calidad de las reparaciones
Como resultado, se obtienen benecios signicativos
que ayudan a reducir el índice de agua no contabilizada
y a gestionar este recurso de manera eciente. Entre los
principales benecios destacan la prevención del des-
perdicio, que permite conservar agua y generar ahorros
económicos; y la mejora de la calidad del agua, ya que al
evitar fugas, se minimiza el riesgo de que contaminantes
ingresen al suministro, protegiendo así la salud pública.
3.1.5. Reducción a los errores de medición
Es fundamental identicar los medidores dañados, ya que
los operarios elaboran informes mensuales que notican
al propietario sobre las fallas y la necesidad de reemplazo,
el cual puede ser nanciado por la empresa o adquirido
por el usuario. Este registro es esencial para el proyecto,
ya que los medidores defectuosos contribuyen a pérdidas
comerciales de agua al subestimar el consumo real. Para
calcular el volumen total de agua perdida por errores de
medición, se pondera el patrón de consumo de los usua-
rios y se multiplica por el error global de los medidores.
3.1.6. Combate a los fraudes y conexiones clandestinas
El combate a los fraudes y conexiones clandestinas es
una tarea importante para garantizar la transparencia y
la legalidad en diferentes ámbitos, en las empresas y en
la sociedad en general. Se puede considerar aspectos po-
sitivos como ahorro del recurso agua entregando el su-
ministro a familias que en verdad lo requieran, detección
de redes antes del contador y reducción de ilegalidades.
En la tabla 4, se presenta un conjunto de medidas es-
pecícas para contrarrestar el agua no facturada con sus
respectivos componentes
3.2. INDICADORES DE MÉTODOS DE PREVENCIÓN
Y ANÁLISIS DE FUGAS EN REDES DE DISTRIBUCIÓN
Los indicadores más importantes encontrados en cuanto
a pérdidas aparentes se pueden observar en la tabla 5
Los indicadores más importantes encontrados en
cuanto a pérdidas reales se pueden observar en la tabla 6.
Para gestionar indicadores de métodos de prevención
y análisis de fugas en redes de distribución, se requiere un
buen control de medición y contabilización de agua, por
lo que se contempla en este trabajo buenas prácticas para
la gestión del parque de contadores.
Un mantenimiento adecuado del catastro de usuarios
tiene impactos positivos en las empresas de agua, en cuan-
to a su distribución y facturación, evitando bajos niveles
de recaudación, servicio deciente y dicultad para am-
pliar el mercado. En la gura 3 se observa buenas prácti-
cas para la gestión del parque de contadores.
Figura 3.
Buenas prácticas para la gestión del parque de contadores.
Nota: Adaptado de Ziegler, Sorg, Hübschen, Fallis, Happich, y
Baader, Guía para la reducción de las pérdidas de agua [39].
El catastro de usuarios es crucial para optimizar el
porcentaje de pérdidas, ya que facilita la correcta comer-
cialización de los servicios de abastecimiento de agua y
otros procesos relacionados entre el sistema, la empresa,
el usuario y el recurso. Además, permite identicar opor-
tunidades de expansión y desarrollar estrategias para cap-
tar nuevos usuarios. Sin un catastro actualizado, la gestión
comercial, incluyendo la medición, facturación, cobran-
za y comercialización, se vuelve ineciente, afectando
Tabla 3.
Benecios obtenidos de un buen manejo de la presión
Gestión de presión: reducción de presiones promedio y máximos en exceso
Benecios para la conservación Benecios para la empresa de agua Benecios para el cliente
Fugas reducidas Frecuencia de estallidos y fugas
Consumo
reducido
Caudales reducidos de
fugas y estallidos
Costos de repara-
ción reducidos en
las troncales
Renovaciones
diferidas y ma-
yor vida de ac-
tivos
Costo redu-
cido del con-
trol activo de
fugas
Menos quejas
de clientes
Menos pro-
blemas en las
tuberías y apa-
ratos de los
clientes
60
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
Tabla 4.
Métodos para combatir fraudes y conexiones clandestinas
Componente Medidas para contrarrestar
Consumo autorizado no facturado
Aumentar valores por cobranza
Minimizar consumo autorizado por la empresa
Minimizar la cantidad de clientes no facturados
Inexactitudes en la conexión
Establecer población de medidores
Probar exactitud de medidores regularmente
Programar mantenimiento
Errores de lectura de medidores y
transferencia de datos
Analizar registros de facturación buscando patrones de consumo inusuales
Auditar muestras de cuentas sospechosas
Cambiar a lectura automática de medidores
Errores de manejo de datos
Flujograma del proceso de facturación
Análisis del proceso de facturación
Anualizar correctamente los datos de consumo
Mejorar el manejo de cuentas
Consumo no autorizado Inspecciones en medidores que han sido manipulados
Penalizar la mala utilización de hidrantes y otras formas de consumo ilegal
Fuga desde estallidos y roturas de-
tectables
Realizar campañas para reparar acumulación de roturas de tubos reportada/visible
Reducir número de estallidos y fugas implementando gestión de presión
Reducir tiempo de ocurrencia de fugas introduciendo monitoreo continuo en la red y
mejorando el control activo de fugas
Fuga de fondo Implementar gestión de presión
Desarrollar estrategia de rehabilitación de largo plazo
Nota. Adaptado de Ziegler, Sorg, Hübschen, Fallis, Happich y Baader, Guía para la reducción de las pérdidas de agua [39].
Tabla 5.
Indicadores de Métodos de prevención y análisis de fugas en redes de distribución para pérdidas aparentes
Indicador Observación Método de cálculo Bibliografía
Máxima pérdida aparente aceptable
“litros/conexión/día”
Válido para sistemas con más de
3.000 habitantes
ILI =
Donde:
CARL: representan las pérdidas físi-
cas anuales reales y UARL el límite
teórico inferior de pérdidas físicas
[12, 16, 33]
Estimación del Índice de Pérdi-
das por
Infraestructura, IPI
“litros/medición correcta/día”,
Densidad de conexión, es prefe-
rible trabajar mediante sectori-
zación
Ficha de recolección de datos y cál-
culo de densidad de red funcional
[16, 24, 100,
101]
Porcentajes de agua entregada Diferencia
entre la cantidad ingresada al
sistema y el consumo autorizado
Expresado en porcentaje
Agua no contabilizada = caudal distri-
buido - caudal facturado
Índice de agua no contabilizada =
(caudal distribuido - caudal facturado) /
caudal distribuido
[12, 23-25]
61
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
negativamente la economía de la empresa. Esta relación
cercana del catastro con todos los procesos antes mencio-
nados puede apreciarse en la Tabla 7.
3.3. EVALUACIÓN DE LOS MÉTODOS, CONSIDERAN
DO INDICADORES DE EFICIENCIA EN LA REDUC
CIÓN DE PÉRDIDAS, EN BASE A CASOS DE ESTUDIO
Se ha realizado un análisis bibliográco de casos de
estudio considerando el uso de métodos y los indicadores
de eciencia utilizados. En la tabla 8 se puede apreciar el
análisis. En la gura 4 se observa la ubicación de los ca
-
sos de estudio seleccionados, se puede decir que los mé-
todos estudiados y sus indicadores de eciencia son de
uso y conocimiento general a nivel mundial, se debe se-
ñalar que la bibliografía buscada fue en español e inglés.
4. Conclusiones
Estas medidas son cruciales para prevenir pérdidas eco-
nómicas considerables y asegurar la sostenibilidad del
servicio de agua potable. El análisis de los indicadores de
gestión de pérdidas de agua demuestra que su aplicación
es fundamental para las empresas de servicios públicos
y organismos encargados de la gestión hídrica, garanti-
zando tanto la eciencia operativa como la sostenibili-
dad del recurso.
El monitoreo continuo y el análisis sistemático de es-
tos indicadores aportan información clave para la toma de
decisiones estratégicas. Esto permite identicar áreas de
alto riesgo de pérdidas, mejorar la infraestructura y miti-
gar las fugas, favoreciendo la conservación del agua para
futuras generaciones y reduciendo los costos operativos.
El presente estudio subraya que este tema no ha sido
sucientemente explorado en América Latina. Las meto-
dologías propuestas provienen principalmente de expe-
riencias en Europa y Asia, lo que destaca la necesidad de
realizar más investigaciones enfocadas en la realidad y las
necesidades especícas de Latinoamérica.
Discusión
Se ha realizado una revisión bibliográca preliminar so-
bre métodos de intervención clave para la reducción de
pérdidas de agua en redes de distribución, cumpliendo así
el objetivo del estudio. Los principales hallazgos presen-
tan un panorama de los métodos más efectivos, sirviendo
como base para estudios experimentales que permitan va-
lidar o descartar técnicas en contextos especícos.
El estudio destaca el control de presión como el méto-
do más común en la gestión de fugas. Sin embargo, cada
región tiene características particulares, como topografía,
clima, y urbanización, entre otras, que justican la necesi-
dad de adaptar y evaluar soluciones especícas para maxi-
mizar su ecacia. Estos hallazgos respaldan la revisión
Figura 4.
Ubicación geográca de los casos de estudio analizados.
bibliográca, que concuerda con estudios de caso exis-
tentes y valida el uso de indicadores para evaluar pérdi-
das aparentes y reales.
Las conclusiones subrayan la importancia de plani-
car el mantenimiento y monitorear cuidadosamente las
redes de distribución, incluyendo sus componentes hidro-
sanitarios y tuberías subterráneas, cuya localización pre-
cisa es esencial para una gestión efectiva de fugas.
La revisión también destaca la dispersión de informa-
ción bibliográca y la falta de claridad en el uso de ciertos
indicadores, los cuales se eligen con frecuencia en fun-
ción de la disponibilidad de datos en las áreas estudiadas.
Esta revisión bibliográca ofrece un marco inicial
para entender la gestión de pérdidas de agua, proponien-
do buenas prácticas y métodos de recolección de datos
que van más allá de la simple gestión de medidores. Se en-
fatiza la necesidad de investigaciones prácticas que ana-
licen casos especícos y veriquen la efectividad de los
indicadores en diferentes regiones.
Se recomienda que futuras investigaciones exploren
más a fondo el análisis de indicadores de gestión de pér-
didas de agua y cómo estos pueden ayudar a las empresas
de agua a implementar estrategias preventivas y correcti-
vas para mejorar la eciencia del recurso. El documento
destaca los benecios de estos indicadores, como el con-
trol de presión, la detección temprana de fugas y la reha-
bilitación de infraestructura, sugiriendo su integración
en proyectos hidráulicos para optimizar la distribución y
minimizar el desperdicio de agua.
La gestión de presión se considera la intervención
más eciente, ya que no solo incrementa la ecacia del
sistema, sino que también reduce el desgaste de materia-
les, especialmente en redes antiguas. Controlar la presión
y minimizar las uctuaciones ayuda a prevenir roturas de
tuberías, contribuyendo a una distribución sostenible y a
62
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
un mejor aprovechamiento del recurso hídrico. Además,
estrategias para identicar fugas no visibles mediante ins-
pecciones regulares permiten corregir problemas rápida-
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ble”, vol. 23, no. 4, pp. 247-258, 2019.
[111] S. Fabián and G. Sergio, “Mantenimiento de redes de
servicio de agua potable y alcantarillado de Lima-Cal-
lao”, 2000.
[112] A. E. Ilaya-Ayza, W. Sanjinés, C. Martins Alves, E. Cam-
pbell, and J. Izquierdo Sebastián, “Estrategia para el
mantenimiento preventivo de redes de agua potable en
países en vías de desarrollo basada en la capacidad de
la red,” in Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería
(CMN 2017). Actas, 2017, pp. 1691-1696: International
Center for Numerical Methods in Engineering (CIM-
NE).
[113] K. L. Liñan Ruiz, “Análisis comparativo en la utiliza-
ción de la tubería de PVC y tubería de polietileno en el
mantenimiento de redes secundarias de agua potable del
Asentamiento Humano Canto Chico–SJL”, 2017.
[114] L. Fragoso Sandoval, J. Roberto Ruiz, Z. Flores, and A.
B. J. I. h. y. a. Juárez León, “Sistema para control y ges-
tión de redes de agua potable de dos localidades de Mé-
xico”, vol. 34, no. 1, pp. 112-126, 2013.
[115] Y. Mérida-Martínez, C. A. J. E. Becerril-Tinoco, and co-
munes, “Crecimiento urbano y gestión del servicio de
agua potable en la localidad de Copoya, de Tuxtla Gu-
tiérrez, México”, vol. 2, no. 19, pp. 101-118, 2024.
[116] Á. F. Morote Seguido, “La planicación y gestión del su-
ministro de agua potable en los municipios urbano-tu-
rísticos de Alicante”, 2015.
[117] J. Rivera-Márquez, M. de Lourdes Hernández-Rodrí-
guez, I. Ocampo-Fletes, A. J. A. y. T. W. María-Ramírez,
and Landscape, “Factores condicionantes de la buena
gestión del servicio de agua potable en doce comunida-
des del altiplano mexicano”, no. 9, pp. 105-116, 2017.
[118] L. Carrión Sánchez, “Aplicación del método de las jerar-
quías analíticas para la toma de decisiones participati-
va en la gestión de fugas en redes de abastecimiento de
agua”, 2014.
[119] X. Delgado-Galván, J. Benítez, J. Izquierdo, and R. Pé-
rez-García, “El método de jerarquías analíticas para la
inclusión de externalidades en la gestión de pérdidas de
agua en redes de abastecimiento”.
[120] X. Delgado-Galván, M. Herrera, J. Izquierdo, and R. J.
U. P. d. V. E. Pérez-García, “Aplicaciones de la metodo-
logía AHP para la toma de decisiones en la gestión de
la red de abastecimiento”, 2011.
[121] X. V. Delgado-Galván, J. d. J. M. Rodríguez, J. Benítez,
66
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
R. P. García, and J. J. A. U. Izquierdo, “Toma de decisio-
nes en el manejo de fugas en redes de agua potable”, vol.
26, pp. 35-43, 2016.
[122] B. L. A. Zeledón and H. L. C. J. R. T. Palma, “Análisis de
favorabilidad hidrogeológica mediante el Proceso de Je-
rarquía Analítica y SIG en el Municipio de San Juan de
Limay, Estelí, Nicaragua”, vol. 3, no. 1, pp. 1-7, 2023.
[123] L. H. O. Alejo, “Planeación de la reducción de fugas en
redes con servicio discontinuo y bajas presiones”.
[124] V. Bourguett Ortiz and L. Ochoa Alejo, “Reducción in-
tegral de pérdidas en sistemas de distribución de agua
potable”, 2003.
ANEXOS
Tabla 6.
Indicadores de métodos de prevención y análisis de fugas en redes de distribución para pérdidas reales
Indicador Observación Método de Cálculo Bibliografía
Indicador operacional de
rendimiento
Longitud de conexiones y can-
tidad de usuarios son evaluados
por la densidad del servicio.
Densidad de conexiones por servicio por
km.
[16, 33]
Índice lineal de pérdidas Volumen anual perdido y
la longitud de la red, expresado
en m3/km/h.
y calculado mediante pérdidas
inevitables
UARL = (18Lm+0.8Nc+25Lp)P
Donde:
UARL: Pérdidas reales inevitables (l/conexión/día)
Lm : Longitud de la red principal (km)
Np: Número de conexiones
Lp: Longitud total de tuberías privadas hasta el
medidor (km)
P: Presión media de la red (m)
[102]
Tabla 7.
Relación del catastro de usuarios con los procesos básicos de gestión comercial
Catastro Medición Facturación Cobranza Comercialización
Registro de usuarios Toma de lecturas Procesamiento de lecturas Recaudación Atención de solicitudes
de servicios y reclamos
Inspecciones domi-
ciliarias
Crítica de lecturas Procesamiento de facturación Gestión de cobranza
Instalación y retiro
de medidores
Emisión de recibos Cortes y reaperturas
Atención al mercado
Distribución de recibos Control de servicios
cerrados
Nota. Adaptado de José de Jesús Mora Rodríguez, Christian Alberto Caballero Coranguez, y Josena Ortiz Medel1, “Gestión de
la presión para mejorar la eciencia física en una red experimental de distribución de agua” [103].
67
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
Tabla 8.
Evaluación de los métodos considerando indicadores de eciencia en la reducción de pérdidas, en base a casos de estudio
Método Número de ca-
sos de estudio
encontrados
Sectorización Estudios con
indicador de
pérdidas apa-
rentes
Estudios con
Indicador de
Pérdidas reales
Análisis Observaciones respecto
al costo detectado
Referencias
Sectorización 13 Cuenta la red prima-
ria y secundaria para
el control de caudales
6 1 Se divide (sectoriza) la red de distribución
de agua potable de manera geográca, es un
método que no se usa sólo, se combina con
cualquier otro.
No tiene referencias rela-
tivas al costo por sí solo.
[13, 34, 66-
69, 104,
105]
Volumen total 6 Uso de los programas
WaterCAD y Sewer-
CAD
EPANET
2 Contabiliza el volumen enviado y el volu-
men facturado con dicultad. Los valores
no son reales, solo se tiene estadísticas pro-
bables. Se debe combinar con otros méto-
dos. Sólo puede trabajar con indicadores de
pérdidas aparentes.
Para asegurar reducción
en pérdidas económicas
se combina con el método
de Reducción de errores
de medición.
[70-72, 106-
109]
Método de in-
tervención por
mantenimiento
23 Uso activo de GIS
para control
1 12 Es un método emergente, no de planica-
ción anual que depende de fugas detectadas.
Tiene un costo alto, y en
ocasiones se levanta tube-
ría que no requiere ser in-
tervenida.
[2, 73, 110-
113]
Gestión de pre-
sión
63 Uso de los programas
WaterCAD y Sewer-
CAD
EPANET, uso de sis-
temas de informa-
ción geográca, y
paquetes matemáti-
cos y estadísticos
23 26 Hay dos situaciones en las que la presión
puede superar los niveles recomendados. La
primera es debido a condiciones topográ-
cas: en redes urbanas con grandes desnive-
les entre los puntos de consumo, la presión
en las zonas más bajas tiende a ser excesiva.
En estos casos, es necesario instalar una vál-
vula reductora de presión en las áreas más
bajas de la red, con el n de disipar el exce-
so de energía y ajustar la presión a un ran-
go adecuado.
Es el método más usado, y el que tiene más
aceptación entre los autores.
Costos de reparación re-
ducidos en las troncales y
fugas.
[67, 70, 74,
114-117]
68
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
Método Número de ca-
sos de estudio
encontrados
Sectorización Estudios con
indicador de
pérdidas apa-
rentes
Estudios con
Indicador de
Pérdidas reales
Análisis Observaciones respecto
al costo detectado
Referencias
Métodos de je-
rarquías analí-
ticas
55 Uso de programas
varios, y armoniza-
ción con programas
económicos
13 22 Los vectores de priorización y matrices con-
ceptuales son posibles al combinar el mé-
todo con la gestión de infraestructura y el
plan de mantenimiento. Se puede establecer
una comparación con el Método de inter-
vención por mantenimiento, mismo que es
reparaciones emergentes para ajustar la pla-
nicación con la realidad.
Los costos se reducen
al ejecutar los planes de
mantenimiento producto
del análisis multicriterio.
[4, 75-77,
117-122]
Método del
gradiente hi-
dráulico
8 2 2 Determinando las presiones en diversos
puntos del sistema, así como los caudales,
velocidades, pérdidas en las líneas que con-
forman la red hidráulica, se encuentran ca-
sos que sólo toman en cuenta las líneas de
presión.
Se combina con el método
de control de presiones y
los benecios económicos
son los mismos.
[2, 3, 21,
78, 79, 121,
123]
Método de
control activo
de fugas
48 Gestión activa con
varios programas y
sistemas de informa-
ción geográca
16 12 La localización de fugas tiene un alcance li-
mitado, por lo que el operador debe co-
nocer con precisión la ubicación de las
tuberías. Depende de la relación con usua-
rio en muchos casos y su reporte. Requiere
el fortalecimiento de las relaciones.
Se reducen costos al re-
ducir pérdidas, mejoran-
do en la eciencia de los
servicios de distribución y
reparando oportunamen-
te el daño.
[21, 33, 80-
83, 121,
123]
Balance hídrico
nocturno
6 Sólo se verica que
GIS es usado para
ubicar caudalímetros
3 1 La colocación de caudalímetros se complica
por robos y malas lecturas.
Se reducen costos sólo en
sectores donde se puede
colocar el equipo.
[15, 84-86]
69
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
Método Número de ca-
sos de estudio
encontrados
Sectorización Estudios con
indicador de
pérdidas apa-
rentes
Estudios con
Indicador de
Pérdidas reales
Análisis Observaciones respecto
al costo detectado
Referencias
Gestión de in-
fraestructura
44 Gestión activa con
varios programas y
sistemas de informa-
ción geográca
7 7 La gestión de la infraestructura se apoya en
la modelización de la frecuencia de roturas,
el análisis del envejecimiento de la red y la
toma de decisiones sobre la sustitución o re-
novación de la infraestructura, lo que resul-
ta fundamental para reducir las fugas.
Incluso en sistemas de red nuevos, es im-
portante reconocer que, con el tiempo, las
infraestructuras sufrirán deterioro, lo que
puede provocar pérdidas que varían en
magnitud según la gestión implementada.
Los costos se reducen al
establecer un programa de
revisión de infraestructu-
ra que responda a la reali-
dad de cada caso.
[87-90, 120-
122]
Velocidad y ca-
lidad de las re-
paraciones
33 Gestión activa con
varios programas y
sistemas de informa-
ción geográca
12 23 Los indicadores de pérdida reales se vuelven
fundamentales para medir el tiempo des-
de que la fuga se conoce hasta su reparación
completa.
La detección y reparación
temprana de fugas pueden
generar ahorros signi-
cativos para las empre-
sas de suministro de agua.
Ignorar una fuga puede
ocasionar daños conside-
rables en la propiedad, y
el costo de repararlos po-
dría ser mucho mayor
que el de abordar la fuga a
tiempo.
[1, 91-93]
Reducción de
errores de me-
dición
21 Gestión activa con
varios programas y
sistemas de informa-
ción geográca
8 1 Se usa datos de los caudales de consumo tí-
picos de cada usuario, y se controla los erro-
res de los medidores
Los costos pueden ser ele-
vados en la tecnología de
medición del medidor y
de la clase metrológica,
así como el personal que
debe controlar la calibra-
ción de medidores.
[57, 94-96,
124]
70
Métodos de Intervención Centrales para Combatir Pérdidas Reales y Aparentes de Agua en Sistemas de Distribución
Método Número de ca-
sos de estudio
encontrados
Sectorización Estudios con
indicador de
pérdidas apa-
rentes
Estudios con
Indicador de
Pérdidas reales
Análisis Observaciones respecto
al costo detectado
Referencias
Combate a los
fraudes y cone-
xiones clandes-
tinas
46 Gestión activa con
varios programas y
sistemas de informa-
ción geográca
22 3 Se reduce los fraudes en general con la am-
pliación de la red de agua potable hacia las
comunidades más vulnerables, alejadas y
marginales.
Se inicia y mantiene el proceso de inspec-
ción de conexiones clandestinas, con mul-
tas severas
Costos asociados se redu-
cen cuando se implemen-
tan tarifas sociales en las
cuales se reduce el costo
del agua potable para fa-
milias de bajos ingresos y
la implementación de sis-
temas de detección acústi-
ca o satelital
[57, 97-99]
REVISTA INGENIO
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-
Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de Equilibrio Superior Sección
Constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
Evaluation of the Genetic Algorithms Technique for the Multi-objective Optimization of the Sizing of a
Constant Section Surge Tanks and its Junction Branch in a Hydroelectric Power Plant.
Gabriela del Cisne Bravo Ureña | Escuela Politécnica Nacional - EPN, Quito, Ecuador
https://doi.org/10.29166/ ingenio.v8i1.7006 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Este proyecto presenta la aplicación de un algoritmo genético utilizado en el mejoramiento de un sistema
hidroeléctrico (sistema de embalse, túnel, chimenea de equilibrio superior, tubería de presión y turbina),
utilizando diversas variables hidrodinámicas (ujo transitorio, velocidad de propagación de onda, fenó-
menos transitorios) y económicas, para alcanzar una optimización de la geometría de la chimenea de
equilibrio superior y su ramal de unión. Se desarrolló un programa utilizando el soware Matlab por el
método de las características para el desarrollo de un modelo numérico unidimensional en una central
hidroeléctrica, cuyos resultados fueron las variaciones de la carga piezométrica y caudal al existir un
evento transitorio. Aplicando un código para el uso de algoritmos genéticos y utilizando las variables de
la función objetivo y parámetros a optimizar, como son el diámetro del ramal de unión y el diámetro de
la chimenea de equilibrio, se obtuvieron tres soluciones para el diseño de la chimenea, cada solución se
analizó en función de su geometría y costo de construcción. El diseño nal cumple con los requisitos téc-
nicos y se integra adecuadamente al entorno. Para comprobar la funcionalidad del programa se realizó el
análisis, comparación y comprobación en diez centrales hidroeléctricas, con sus principales parámetros
que son el diámetro del ramal de unión, costo de construcción por unidad monetaria y la oscilación,
dando como resultados diferentes soluciones, dependiendo de las características iniciales de cada una de
las centrales hidráulicas analizadas.
is project presents the application of a genetic algorithm used in the improvement of a hydroelectric
system (reservoir system, tunnel, upper equilibrium chimney, pressure pipe, and turbine), utilizing various
hydrodynamic (transient ow, wave propagation speed, transient phenomena) and economic variables, to
achieve optimization of the geometry of the upper equilibrium chimney and its connection branch. A pro-
gram was developed using Matlab soware by the method of characteristics to create a one-dimensional
numerical model in a hydroelectric power plant, with results showing variations in piezometric head and
ow during a transient event. By applying a code for genetic algorithms using the variables of the objective
function and parameters to optimize, such as the diameter of the connection branch and the diameter of
the equilibrium chimney, three solutions for the chimney design were obtained, each analyzed based on
its geometry and construction cost. e nal design meets technical requirements and integrates well with
the environment. To verify the functionality of the program, an analysis, comparison, and validation were
performed on 10 hydroelectric power plants, using their main parameters, including the diameter of the
connection branch, construction cost per monetary unit, and oscillation, resulting in dierent solutions
depending on the initial characteristics assigned to each of the analyzed hydraulic plants.
Recibido: 27/7/2024
Recibido tras revisión: 30/9/2024
Aceptado: 5/11/2024
Publicado: 03/01/2025
Algoritmos genéticos, central hidroeléc-
trica, método de las características, mul-
tiobjetivo, chimenea de equilibrio, ramal
de unión.
Genetic algorithms, hydroelectric power
plant, method of characteristics, mul-
ti-objective, surge tanks, junction branch.
1. INTRODUCCIÓN (Base teórica)
Un aprovechamiento hidroeléctrico es un sistema de
obras hidrotécnicas, que permiten la generación de ener-
gía limpia para el desarrollo de todo tipo de actividades
económicas. Dados los altos costos de inversión que re-
presenta la conceptualización, diseño, construcción, su-
pervisión y puesta en marcha de este tipo de proyectos,
es transcendental desarrollar metodologías que permi-
tan la optimización de la geometría de los componentes
de estos sistemas hidroeléctricos [1], involucrando mé-
todos numéricos y técnicas innovadoras de amplia apli-
cabilidad en ingeniería.
Un esquema típico de un aprovechamiento hidroeléc-
trico de mediana y gran potencia, describe a un sistema
en donde toda la conducción se encuentra totalmente
72
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
Los fenómenos transitorios son anomalías ocasiona-
dos por la variación de presiones en las conducciones a
presión, estos fenómenos pueden ocasionar grandes da-
ños en los sistemas de tuberías encargadas del transporte
de agua, es por eso que se los estudia en un régimen tran-
sitorio o modelo elástico, con el n de anticipar matemá-
ticamente los efectos producidos por el golpe de ariete,
las sobrepresiones y subpresiones que pueden ocasionar
el daño o ruptura de la tubería.
El aprovechamiento hidroeléctrico es una serie de
instalaciones vitales para transformar la energía potencial
de un curso de agua en energía eléctrica, procedimiento
que permite aprovechar la energía potencial presente en
el agua convirtiendo, primero, en energía cinética, a con-
tinuación, en energía mecánica de rotación de la turbina,
y nalmente en energía eléctrica.
Se considera como un embalse a un depósito de
agua que está compuesto por una cuenca alimentadora,
un terreno natural donde se almacenará el agua y una
estructura de contención que resistirá la presión del agua
o presa; antes de crear este embalse es necesario denir
cuál será la necesidad que este va a satisfacer, esto será
una pauta para conocer el tamaño, ubicación y volumen
de agua que se utilizará. Una vez determinados estos pa-
rámetros, se estudiará la cuenca y las posibilidades que
esta tiene para proporcionar el agua, por lo tanto, un em-
balse será el resultado de la construcción de una repre-
sa en un terreno natural que encerrará el cauce de un río
permitiendo almacenar cierto volumen de agua para sa-
tisfacer las demandas de una población.
Un túnel de presión servirá de paso y conducción
para caudales turbinados, reduciendo la longitud de de-
sarrollo de los canales de conducción, mediante una obra
de toma y bajo la protección de rejillas, se alimenta al tú-
nel de presión, evitando el ingreso de basura, peces, etc.
Esta obra de toma se ubicará por encima del nivel donde
se encuentra basura o algo que pueda obstruir el embalse.
Las chimeneas de equilibrio superior, también lla-
madas pozos de oscilación o torres piezométricas, “Son
estructuras complementarias a infraestructuras que tra-
bajan con agua y cuyo objetivo es servir de amortiguador
a sobrepresiones y subpresiones del canal” [6].
La tubería de presión se encarga de transportar el
agua desde la captación hasta las turbinas, soportando
grandes presiones [7]; el caudal, la altura neta, la veloci-
dad del agua, las pérdidas de carga y presión son las prin
-
cipales características que inuyen en el funcionamiento
de esta tubería [8].
El objetivo principal de una turbina es transformar
la energía hidráulica en energía mecánica que, trabajan-
do juntamente con un generador, se convertirá en ener-
gía eléctrica, siendo esta una pieza importante dentro de
una central hidroeléctrica. El tipo de turbina a utilizar de-
pende directamente de la altura del salto y de la cantidad
de agua o caudal que la central proporcione para generar
presurizada, desde el sitio de captación hasta la casa de má-
quinas. Esta tipología de aprovechamiento, normalmen-
te asocia la presencia de obras subterráneas como túneles,
pozos de carga, tuberías enterradas, cavernas, entre otras
[2]. Estas estructuras encarecen los proyectos, motivo por
el cual deben optimizarse técnica y económicamente, to-
mando en consideración todos los procedimientos de ope-
ración de una central hidroeléctrica.
El análisis de ujo no permanente en un aprovecha-
miento hidroeléctrico, permite estimar la variación de la
carga piezométrica y caudal en el dominio espacio (x) -
tiempo (t). En función de la variación de estos parámetros
hidrodinámicos, se debe buscar las formas y/o dispositi-
vos para atenuar los efectos de este ujo transitorio y pre-
venir afectaciones a la conducción del sistema; elemento
que regularmente suele ser el más costoso de todo el pro-
yecto [3]. Los dispositivos o estructuras que brindan ma-
yores prestaciones para la atenuación del golpe de ariete
generado en un aprovechamiento hidroeléctrico son las
chimeneas de equilibrio, en donde los efectos del transi-
torio son sobrellevados mediante una oscilación de masa.
El dimensionamiento de una chimenea de equilibrio
superior conlleva al análisis del ujo transitorio en todo
el sistema hidroeléctrico, en donde se deben determinar
las conducciones con sus propiedades elásticas, el uido
con su módulo de compresibilidad y la variación de cau-
dal en el sistema. Posteriormente, se dene la geometría
de la chimenea de equilibrio y su ramal de unión, reali-
zando un proceso iterativo en el cual se analizan varios
escenarios de operación de la central [4]. Este proceso tie-
ne por objeto optimizar la geometría de la chimenea de
equilibrio y su ramal de unión, ajustándose generalmente
a un procedimiento manual prueba-error hasta cumplir
con las condiciones impuestas por el diseñador.
Todo este proceso debe ser ordenado y compilado en
una metodología que permita emplear menores tiempos
en el dimensionamiento de una chimenea de equilibrio.
Por esta razón se planteará una metodología que involu-
cre la resolución del ujo transitorio en un sistema em-
balse - túnel - chimenea - tubería de presión - turbinas,
mediante el método de las características, para obtener
la variación del caudal y carga piezométrica en el tiempo
y espacio. Posteriormente se ejecutará una optimización
multiobjetivo utilizando la técnica de algoritmos genéti-
cos (AG), en donde se involucren la mayoría de los pará-
metros hidrodinámicos, de diseño civil y económicos, a
n de obtener una geometría adecuada de una chimenea
de equilibrio superior.
La velocidad de propagación de onda es la relación
entre un espacio recorrido igual a la longitud de onda y
el tiempo que se demora en recorrerlo; una onda es la va-
riación de ujo que se puede presentar en un cambio de
caudal o en la elevación de la supercie de agua, en cam-
bio la celeridad de onda indica la velocidad con la cual esa
variación se mueve a lo largo del canal [5].
73
Bravo Gabriela
energía hidráulica, por eso se tiene dos tipos de turbinas:
de acción y de reacción [9].
Dentro de este ramal de unión con la conducción se
explica el concepto de chimenea de oricio, es necesario
que el control de la presión máxima que pueda generarse
en el oricio no exceda a la carga máxima que se produ-
ce debido a la oscilación [3].
El método de las características es un procedimien-
to que sirve para resolver los modelos dinámicos elásti-
cos, se lo utiliza para el análisis de ujo no permanente en
las tuberías, ya que a través de esta técnica se puede anali-
zar fácilmente la introducción de diferentes condiciones y
consideraciones de borde, es un método muy utilizado en
la resolución de modelos dinámicos elásticos.
Cuando se analiza un ujo transitorio, se pretende
obtener la solución para conocer completamente las fun-
ciones que determinan las presiones y velocidades en
cualquier punto de la conducción y en cualquier instan-
te de tiempo.
Es necesario partir de la ecuación de continuidad, en
forma diferencial, para realizar el balance diferencial de
masa, de esta forma se obtiene la Ecuación de continuidad:
(1)
Luego se analiza el balance diferencial de fuerzas, que
se efectúa a partir de la ecuación de la cantidad de mo-
vimiento, en forma diferencial, resultando la ecuación:
(2)
Donde:
a = Celeridad de la onda de presión.
= Altura piezométrica en función del tiempo.
= Velocidad en función del espacio (longitud)
= Caudal en función del tiempo.
V = Velocidad.
= Grado de inclinación de la tubería.
= Velocidad en función del tiempo.
f= Factor de fricción adimensional de Darcy.
D = Diámetro de la tubería.
= Altura piezométrica en función del espacio (longi-
tud).
A= Área de la tubería.
Q= Caudal.
La Ecuación de continuidad (ver Ecuación 1) y la Ecua-
ción de cantidad de movimiento (ver Ecuación 2) se de-
ben colocar en función del caudal con relación a la velo-
cidad, luego, mediante integración numérica, se obtiene
el sistema de ecuaciones que representan las característi-
cas positiva y negativa.
Las condiciones de contorno son las modicaciones
de la presión en el sistema en el tiempo y espacio, son re-
presentadas por la Ecuación 1 y la Ecuación 2; para re-
solver es necesario conocer los componentes del sistema
hidráulico (depósitos, cambio de diámetro de tuberías,
bombas, válvulas) y sus propiedades; otras expresiones
más utilizadas son en función de las variables H y Q, que
modelan el comportamiento de dicho punto, frente a
cambios en sus propiedades iniciales.
El algoritmo genético (AG) es una técnica de progra-
mación que utiliza una evolución biológica para la resolu-
ción de problemas [10]. Una vez planteado un algoritmo
genético, la entrada de este es un conjunto de soluciones
potenciales que se presentarán en ese problema codica-
dos de cierta manera y mediante la función aptitud, per-
mitiendo una evaluación cuantitativa a cada parámetro o
candidato, cada candidato son posibles soluciones que fun-
cionarán con el objetivo de mejorar el algoritmo genético.
Estos algoritmos son una familia de procedimientos
basados en modelos de cambios genéticos para cierta po-
blación de individuos [12], mediante una selección natu-
ral se combina la supervivencia de cada secuencia mejor
adaptada con cambios aleatorios de información, los or
-
ganismos genéticos son algoritmos de búsqueda [11].
El funcionamiento de un algoritmo genético se ase-
meja al proceso de evolución en la naturaleza, y consta de
varios componentes clave:
·
Población inicial: Se crea una población inicial de po-
sibles soluciones al problema que se está tratando de
resolver. Estas soluciones se representan de manera ge-
nérica.
·
Función de aptitud (tness): Se dene una función
de aptitud que evalúa cuán “buena” es cada solución
en la población. Esta función asigna un valor numéri-
co a cada solución basado en su capacidad para resol-
ver el problema. Cuanto mayor sea la aptitud, mejor
será la solución.
·
Selección: Se seleccionan soluciones de la población
actual para crear una nueva generación. Las solucio-
nes con una aptitud más alta tienen una mayor proba-
bilidad de ser seleccionadas, pero las soluciones menos
aptas también tienen una pequeña probabilidad de ser
elegidas, lo que permite una exploración más amplia
del espacio de búsqueda.
·
Cruzamiento (crossover): Las soluciones seleccio-
nadas se combinan entre sí mediante operaciones de
cruzamiento, que mezclan partes de las soluciones pa-
rentales para crear nuevas soluciones. Esto simula la
recombinación genética en la biología.
·Mutación: Ocasionalmente, se introduce un pequeño
grado de cambio aleatorio en las soluciones resultantes
74
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
mediante la mutación. Esto ayuda a introducir diversi-
dad en la población y evita que el algoritmo quede atra-
pado en óptimos locales.
·
Evaluación de la terminación: Se evalúa si se ha alcan-
zado algún criterio de terminación, como un número
máximo de generaciones o una solución lo suciente-
mente buena.
·
Reemplazo: La nueva generación reemplaza a la gene-
ración anterior, y el proceso se repite hasta que se cum
-
pla el criterio de terminación.
1.1. TRABAJOS RELACIONADOS
Tabla 1.
Artículos, libros o referencias más utilizados en la investigación
ARTÍCULO ASPECTOS IMPORTANTES RESULTADOS OBTENIDOS
Design-Variable Optimization
of Hydropower Tunnels and
Surge Tanks Using a Genetic
Algorithm. Journal of Water
Resources Planning and Ma-
nagement. [13].
El objetivo principal es maximizar la eciencia y la
funcionalidad de estos componentes en el contexto
de proyectos de energía hidroeléctrica.
Los autores proponen un enfoque que se basa en
la simulación de computadora y la evaluación de
múltiples escenarios para determinar las congura-
ciones óptimas
El proceso de optimización implica la denición de
un conjunto de variables de diseño que afectan el
rendimiento de los túneles y tanques de sobrepre-
sión. Luego se utiliza un algoritmo genético para
explorar y evaluar una variedad de combinaciones
posibles de estas variables.
Contribuye al campo de la planica-
ción y gestión de recursos hídricos al
ofrecer un enfoque práctico para opti-
mizar la infraestructura clave en pro-
yectos de energía hidroeléctrica.
Los resultados de la optimización pro-
porcionan pautas valiosas para mejo-
rar el diseño y la eciencia de túneles
y tanques de sobrepresión, lo que pue-
de tener un impacto signicativo en la
producción de energía y la gestión de
recursos hídricos en general.
uzzy genetic algorithm
approach for optimization of
surge tanks. Scientia Irani-
ca [11].
Se centra en el uso de un enfoque que combina al-
goritmos genéticos y lógica difusa para la optimi-
zación de tanques de sobrepresión en proyectos de
ingeniería.
La lógica difusa se utiliza para manejar la incerti-
dumbre y la imprecisión en los datos y restriccio-
nes del problema de optimización.
Los algoritmos genéticos, se emplean para explorar
y encontrar soluciones óptimas dentro del espacio
de diseño denido.
Este enfoque combina la capacidad de los algorit-
mos genéticos para buscar soluciones globales con
la exibilidad de la lógica difusa para manejar la
vaguedad en los criterios de diseño y restricciones.
Esta técnica puede ayudar a mejorar
la eciencia y la funcionalidad de los
tanques de sobrepresión en sistemas
hidráulicos y, en última instancia, con-
tribuir a una gestión más efectiva de
recursos hídricos y sistemas de abaste-
cimiento de agua.
Ofrece una forma efectiva de abordar
problemas de optimización en siste-
mas hidráulicos y de gestión de agua,
teniendo en cuenta la incertidumbre y
la vaguedad en los datos y restricciones
del problema.
Aplicación del algoritmo ge-
nético multiobjetivo strength
pareto evolutionary algorithm
(SPEA) y su efectividad en el
diseño de redes de agua pota-
ble. Caso: Sector Viñanitacna
(Tesis pregrado) [4].
El objetivo principal es encontrar soluciones que
equilibren múltiples objetivos, como la minimiza-
ción de costos de construcción, la maximización de
la eciencia del suministro de agua y la minimiza-
ción de pérdidas de agua.
Los resultados obtenidos muestran
cómo SPEA puede generar soluciones
que representan compromisos efectivos
entre los objetivos múltiples.
Se discuten las ventajas y limitaciones
del enfoque, así como las implicaciones
para el diseño de redes de agua potable
en áreas similares.
75
Bravo Gabriela
ARTÍCULO ASPECTOS IMPORTANTES RESULTADOS OBTENIDOS
Transient stability of a hy-
droturbine governing system
with dierent tailrace tun-
nels. Journal of hydraulic re-
search. [7].
Este estudio se enfoca en analizar la estabilidad
transitoria de un sistema de regulación de turbi-
nas hidráulicas y cómo esta estabilidad se ve afecta-
da por las características de los túneles de desagüe
asociados.
Se examina cómo diferentes diseños y geometrías
de túneles de desagüe pueden impactar la respues-
ta transitoria del sistema de regulación de las tur-
binas. Esto se hace mediante análisis de simulación
y modelado computacional que tienen en cuenta
una variedad de condiciones operativas y escena-
rios transitorios.
Arrojan luz sobre cómo seleccionar y
congurar adecuadamente los túneles
de desagüe para optimizar la estabili-
dad y el rendimiento de las turbinas en
situaciones transitorias, como cambios
en la carga o perturbaciones en el siste-
ma eléctrico.
Los hallazgos del estudio tienen impli-
caciones importantes para la operación
eciente y segura de plantas hidroeléc-
tricas.
2. Metodología
2.1. FLUJOGRAMA GENERAL DE LA METODOLOGÍA
APLICADA
Para desarrollar la Ecuación 1 y Ecuación 2 para analizar
el método de las características y el algoritmo genético
a tratarse en este proyecto, proponiendo realizar una
optimización de la chimenea de equilibrio, generando
un modelo matemático del ujo transitorio en un sis-
tema propuesto, primero se necesita denir claramente
el sistema y las variables involucradas. En la Figura 1 se
proporciona una descripción general de cómo se podría
abordar el problema de ujo transitorio considerando
preproceso, proceso y postproceso.
Figura 1.
Flujograma general de la metodología aplicada.
INICIO
FLUJO PERMANENTE
DISCRETIZACIÓN
CONDICIONES DE
CONTORNO INICIAL
SOLVER
RESULTADOS
FIN
PROCESO
PREPROCESO
POSTPROCESO
2.1.1. Preproceso
El preproceso se reere a las tareas o acciones que se
realizan antes de ejecutar un proceso principal, es de-
cir, preparar los datos, conguraciones, entornos u otros
elementos necesarios para que el proceso principal sea
efectivo y eciente.
Para este proyecto se ha generado varios scripts como son:
·
MET_CAR: Aplicación que desarrolla el método de las
características.
· COURANT: calcular la celeridad para cada una de las
tuberías ingresadas.
·
ALG_GEN: Genera resultados en base a algoritmos ge-
néticos.
·
RESULTADOS: Genera grácas y tablas de los resulta-
dos del ALG_GEN.
Las condiciones iniciales consisten en la información
sobre datos geométricos e hidráulicos de la conducción y
de la chimenea de equilibrio, para ingreso inicial son ne-
cesarios los siguientes datos:
Para conductos:
· Longitud de tramo
· Diámetro de tramo
· Coeciente de rugosidad
· Caudal
Para chimenea de equilibrio:
· Variación Volumétrica
· Diámetro de la chimenea de equilibrio
· Diámetro del ramal de unión
·
Coecientes de pérdidas a la entrada y/o salida de la
chimenea
Una vez ingresados todos los datos geométricos, iniciará
la simulación y dentro del código empezará la resolución
de las condiciones de contorno como las condiciones ini-
ciales del sistema.
Las condiciones de contorno especican los cálculos
a algunas condiciones particulares en los límites o con-
tornos del sistema.
76
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
· Condiciones aguas arriba
· Condiciones aguas abajo
· Condiciones puntos intermedios
· Condiciones de la chimenea de equilibrio
El método de las características necesita determinar
el paso del tiempo y espacio, garantizando la convergen-
cia del modelo, para poder lograrlo se utiliza la condición
de Courant - Friedrichs - Lewy [1].
Una vez analizadas cada una de las tuberías por se-
parado se considera el criterio de Courant - Friedrichs -
Lewy y se dene un ∆x, ∆t, número de tramos, el error
permitido será menor al 10% que es una de las condicio-
nes para que sea convergente el modelo.
La carga piezométrica se la determina obteniendo los
datos del nivel del embalse ya que este será igual al pun-
to extremo de aguas arriba que es el nivel estático de pre-
sión en un reservorio.
2.1.2. Proceso
En esta etapa se ejecutan las operaciones especícas. El
propósito del proceso es realizar el trabajo principal para
el cual se preparó los datos o el entorno durante el prepro-
ceso, a continuación, se detalla el procedimiento realizado.
En un ujo transitorio existe una variación de los pa-
rámetros hidrodinámicos a través del tiempo generando
diferencias en la carga piezométrica en sobrepresiones y
depresiones. Para determinar las ecuaciones hidráulicas en
un sistema de Embalse - Túnel - Chimenea de Equilibrio
Superior - Tubería de presión – Turbina, se debe resolver
las ecuaciones diferenciales de masa y fuerza utilizando el
método de las características, esta técnica de métodos nu-
méricos es en base al estudio de los transitorios, buscando
un modelo que no simplique las ecuaciones y considere
todas las variables, como es el modelo elástico.
Una vez seleccionado el método de las característi-
cas como modelo de resolución para el sistema propues-
to, en la Figura 2 se desarrolló un ujograma que consiste
en representación de una serie de procesos en donde se
indica el procedimiento de resolución del método de las
características.
Para la programación de los algoritmos genéticos se
requiere una representación adecuada y una función ob-
jetivo que ajuste al problema, que asigne un número real
a cada posible solución de codicación. Donde primero
se debe seleccionar un padre para la reproducción y luego
se realizará el cruce para generar dos hijos, con un opera-
dor de mutación diferente.
El resultado de la combinación será un conjunto de in-
dividuos (posibles soluciones al problema) que serán parte
de la siguiente población. Un individuo debe representar-
se como un conjunto de parámetros (genes) que cuando se
combinan forman una cadena de valores (cromosomas).
La función objetivo juega un papel importante en la
clasicación potencial de las soluciones según sus carac-
terísticas, es el criterio para optimizar y evaluar las cua-
lidades individuales. Las funciones objetivo que se van a
utilizar en este proyecto son:
· Diámetro del Ramal de unión (DOR)
· Diámetro de Chimenea de Equilibrio (DCH)
Una vez denidas las funciones objetivo, estas van a
ser los valores que el algoritmo genético va a buscar en-
tre las restricciones dadas por el usuario, de estos diáme-
tros se eliminarán todas las opciones que sobrepasen las
condiciones del sistema que se incluirán al modelo como
datos iniciales.
Una vez denidos los diámetros el programa desarro-
llará el método de las características en donde entrega los
resultados de carga piezométrica que ocurre en la chime-
nea de equilibrio, y se compara con los valores del nivel
máximo que puede tener la chimenea.
Una vez elegida la solución que cumpla con todas las
condiciones del proyecto, el programa realiza un listado
de las soluciones más sobresalientes obtenidas de los da-
tos iniciales de población e iteraciones ingresadas por el
usuario, cada uno de estos resultados tendrá adicional-
mente un valor proporcional de lo que costaría realizar
este tipo de chimenea de equilibrio en unidad monetaria,
además va a servir como referente para realizar un análi-
sis no solo con carga piezométrica, sino un costo para eje-
cutar el proyecto, su importancia radica en que se cuenta
con dos parámetros para dar una solución óptima y pre-
cisa para resolver este problema.
Se necesita denir el costo de la chimenea de equi-
librio por lo que se realizó un análisis para denir los
rubros más representativos en la construcción y los que
tienen un valor en unidad monetaria que elevan los cos-
tos en una chimenea de equilibrio.
2.1.3. Postproceso
En el postproceso se analizará los resultados del proceso
principal, realizando tareas de limpieza posteriores a to-
mar medidas basadas en los resultados.
Para realizar el análisis de las soluciones del algorit-
mo genético se creó un script llamado GRÁFICAS. Una
vez realizado el algoritmo genético el programa solicita al
usuario cargar los resultados obtenidos en el optimizador,
donde la primera tabla que se muestra tiene el diámetro
de la chimenea de equilibrio y su diámetro de ramal de
unión con el valor de la carga piezométrica.
Se puede denir que los algoritmos genéticos usados
como alternativa para solucionar problemas de dimen-
sionamiento de la chimenea de equilibrio y del ramal de
unión, son una herramienta muy ecaz debido a que son
capaces de presentar diversas opciones en lo que respec-
ta a la solución de problemas que afectan a la comunidad.
77
Bravo Gabriela
Para comprobar los resultados y determinar las rela-
ciones que pueden existir se realizaron cinco grácas que
relacionan los siguientes parámetros:
· El diámetro del oricio restringido
· El costo de la chimenea
· Pérdidas de carga
· Diferencia de diámetros
· Diámetro del oricio restringido mínimo
· Costo de la chimenea mínimo
· Diámetro del oricio restringido mínimo
· Costo de la chimenea mínimo
Con los mejores resultados obtenidos por el algoritmo
se realizó una gráca de dispersión y al aplicar la línea de
tendencia polinómica genera una relación inversamente
proporcional entre estos resultados obtenidos.
La relación inversamente proporcional entre dos va-
riables en este caso el diámetro del ramal de unión y el
costo de construcción de la chimenea de equilibrio sig-
nica que cuando una variable aumenta, la otra disminu-
ye, y viceversa, en proporciones tales que su producto se
mantiene constante.
2.2. APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA EN UN
APROVECHAMIENTO HIDROELÉCTRICO
Para demostrar la aplicabilidad del programa se busca-
ron datos en la página de Celec y se efectuó la revisión del
estudio de Factibilidad Avanzada, efectuada por ASTEC,
luego se realizaron actualizaciones de los estudios tendien-
tes a mejorar las características del proyecto hidroeléctri-
co, para denir los valores iniciales de diez centrales hi-
droeléctricas que se van a analizar en este proyecto.
Las centrales hidroeléctricas seleccionadas presentan
una diversidad de características hidráulicas que las ha-
cen especialmente interesantes para este estudio. Su aná-
lisis permitirá comprender mejor el comportamiento de
diferentes turbinas y sistemas de generación. Además, la
variedad en sus características geográcas y de diseño
ofrecerá información valiosa sobre la eciencia y optimi-
zación que se está realizando en el estudio.
A continuación, se presenta en la Tabla 2 el resumen
de los principales datos de las centrales como el nivel
máximo del embalse (NE), la cota superior del pozo de la
chimenea de equilibrio (HCH/E), la cota del eje de la tur-
bina (NT), el tipo de turbina y el caudal de diseño (Q) de
las centrales hidroeléctricas analizadas en este proyecto.
Figura 2.
Esquema Obra de toma - túnel de baja presión - chimenea de
equilibrio - tubería de presión y casa de máquinas
Tabla 2.
Datos de las centrales hidroeléctricas.
HIDROELÉCTRICA NE
(msnm)
HCH/E
(msnm) NT (man) TIPO TURBINA Q
(m3/s)
1CHONTAL 780.00 795.00 643.20 FRANCIS 180
2 MINAS SAN FRANCISCO 795.00 811.00 281.32 PELTON 65
3 LA UNIÓN 273.96 302.00 85.80 FRANCIS 65
4 OCAÑA II 451.90 480.69 275.00 PELTON 20
5 TOACHI PILATÓN 970.00 1013.00 732.00 FRANCIS 100
6 QUIJOS 2041.85 2060.00 1803.08 FRANCIS 22
7 LLANGANATES 2507.40 2499.93 2331.60 FRANCIS 13
8APAQUI 2300.00 2315.00 1704.85 FRANCIS 9
9SOPLADORA 1316.87 1333.00 978.00 FRANCIS 150
10 PALMA REAL 1148.00 1145.00 896.00 FRANCIS 80
78
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
3. Resultados y discusiones
3.1. COMPARACIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL DISE
ÑO ORIGINAL Y EL DISEÑO OPTIMIZADO
Se realizó el proceso de optimización consiguiendo un
tiempo de 15 min, con un promedio 1.5 min por itera-
ción, este tiempo depende del tamaño de la población
inicial y el número de iteraciones ingresadas, además de
las características y capacidad tecnológica del computa-
dor utilizado para realizar la corrida.
Dentro de los resultados que se van a mostrar se en-
cuentran los datos de diseño inicial que se abreviarán
como DI, solución 1 como S1, solución 2 con S2 y solu-
ción 3 con S3 para cada una de las centrales hidroeléctri-
cas, la diferencia entre sí es la modicación del diámetro
del oricio restringido que va a ser considerablemente
más pequeño con respecto al diámetro de la chimenea
de equilibrio.
Una vez que naliza este proceso de optimización, el
programa ALG_GEN genera un archivo llamado result.
xlx en donde se encuentran los siguientes datos:
· Diámetro de chimenea de equilibrio (DCH)
·
Diámetro del oricio restringido o ramal de unión
(DOR)
· Carga piezométrica
· Costos
Una vez ltrados los resultados con los que se va a tra-
bajar se seleccionan tres soluciones basándose en los si-
guientes parámetros:
·
Solución 1 (S1): máximos costos de construcción de
chimenea de equilibrio, máxima oscilación. (Mayores
costos, mayor oscilación en chimenea de equilibrio).
·
Solución 2 (S2): costos de construcción de chimenea
de equilibrio intermedios, se escogerá oscilaciones pro-
medios. (Iguales costos igual oscilación en chimenea
de equilibrio).
·
Solución 3 (S3): mínimos costos de construcción de
chimenea de equilibrio y mínima oscilación. (Menor
costo, menor oscilación en chimenea de equilibrio).
En la Figura 3 y Figura 4 se puede observar los valores de
los diámetros de chimenea de equilibrio (DCH) vs. las
centrales hidroeléctricas y los valores de los diámetros
de oricio restringido (DOR) vs. las centrales hidroeléc-
tricas, respectivamente, en los cuales se representa las
medias de las tres mejores soluciones seleccionadas por
el programa, donde se ve claramente la diferencia entre
los diámetros con respecto al original.
Figura 3.
Relación de diámetros de chimenea de equilibrio (DCH) vs.
las centrales hidroeléctricas
Figura 4.
Relación de diámetros de chimenea de equilibrio (DOR) vs.
las centrales hidroeléctricas.
3.2. VERIFICACIÓN DE LAS ENVOLVENTES EXTRE
MAS DE CARGA PIEZOMÉTRICA
Para la resolución de transitorios en el sistema embal-
se - túnel - chimenea de equilibrio superior - tubería de
presión - turbina, se requiere de programas de cálculo
numérico que permitan la solución simultánea de las
ecuaciones de continuidad y dinámica para un ujo va-
riado y no permanente. Se utiliza el método de las carac-
terísticas que permite determinar las cargas y caudal a lo
largo de la tubería en cualquier instante de tiempo.
79
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
Es más importante establecer los valores máximos y mí-
nimos de la carga que se presentará en cada punto de
la conducción, independientemente del tiempo en el
que se haya presentado, para cada una de las centrales
hidroeléctricas que se va a analizar. Las envolventes de
cargas extremas están conformadas por envolventes de
cargas máximas y envolventes de cargas mínimas que
dará el programa.
Una vez ingresados los datos de DOR y DCH de cada
central hidroeléctrica se generan resultados para desarro-
llar grácas de envolventes extremas de carga piezomé
-
trica, donde con sus valores de envolventes máximas y
mínimas, se podrá denir los transitorios que existen al-
rededor de la conducción.
Cada una de las centrales hidroeléctricas tendrá cua-
tro grácas para envolventes máximas - mínimas y los va-
lores iniciales, identicando que la relación con respecto
a las envolventes es muy similar, dieren muy poco con
relación a la carga piezométrica, esto indica que las so-
luciones escogidas con el programa ayudan al momento
de tomar una decisión con respecto a seleccionar la me-
jor solución.
Al analizar las envolventes de cargas mínimas se puede
indicar que si uno de los valores obtenidos pasa por debajo
del perl de la tubería se obtendrá presiones negativas en-
contrándose depresión en la conducción, para el caso de las
hidroeléctricas analizadas se puede observar que ninguna
solución da presiones negativas, por lo no existen proble-
ma de depresión ni sobrepresión en la conducción.
Un resultado de los grácos obtenidos presentados de
las envolventes de cargas extremas va a indicar el análisis
de los transitorios hidráulicos en las tuberías a presión; ade-
más, se puede observar que por sus diámetros de chimenea
de equilibrio, relativamente similares, se tiene variaciones
mínimas de la carga piezométrica, debido a la disminución
del diámetro, la carga piezométrica máxima tiene un decre
-
mento en comparación con los otros resultados y la carga
piezométrica mínima tiene un incremento.
3.3. OSCILACIONES DE MASA EN CHIMENEA DE
EQUILIBRIO SUPERIOR
A continuación, se presentan los resultados obtenidos
mediante el método de las características de la variación
de la altura piezométrica de las tuberías en el tiempo y el
efecto que ocasiona el cambio de diámetro en la chime-
nea de equilibrio o en el oricio restringido al aumento
de las pérdidas de carga.
Para cada una de las centrales hidroeléctricas, la dife-
rencia entre sí es la modicación del diámetro del oricio
restringido que va a ser considerablemente más pequeño
con respecto al diámetro de la chimenea de equilibrio,
lo que va a generar un aumento de las pérdidas de carga,
ocasionando una mejor estabilidad y amortiguación de
las oscilaciones de masa.
Como resultado, se obtiene que las oscilaciones de masa
ocurridas en la chimenea de equilibrio, varían considerable
-
mente dependiendo del área y del tipo de cierre de válvula, a
mayor área las oscilaciones presentes son menores.
Se puede apreciar que, dependiendo de cada una de
las soluciones, las oscilaciones varían de manera conside-
rable al cambiar el área de la chimenea instalada para un
mismo tipo de cierre. Teniendo en cuenta que para ma-
yor área el movimiento presenta una amplitud menor y
también un periodo mayor.
Figura 5.
Diferencia de oscilación de masa vs. centrales hidroeléctricas.
3.4. RELACIÓN ENTRE LA MÁXIMA SOBREPRESIÓN
DE LA CHIMENEA DE EQUILIBRIO Y LAS PÉRDIDAS
DE CARGA EN EL RAMAL DE UNIÓN
Al tener una chimenea de equilibrio con un oricio restrin-
gido esta produce pérdidas de carga que son mayores cuan-
do el agua entra en el tanque que cuando sale, es por esta
razón que es necesario determinar las pérdidas que existen
en comparación con una chimenea de equilibrio simple.
La carga piezométrica máxima que existe en una chi-
menea de equilibrio con y sin oricio restringido, deter-
mina las pérdidas de carga que existen, tanto en el diseño
inicial como en cada una de las soluciones, concurrien-
do una mayor pérdida de carga al existir ramal de unión,
reduciendo de esta forma los resultados de oscilación de
las chimeneas simples.
Esta diferencia que existe entre las dos cargas pie-
zométricas es el valor de pérdida de carga que se tiene al
utilizar el ramal de unión en una chimenea de equilibrio,
es por esta razón que se puede disminuir diámetros si se
hace una correcta elección en las dimensiones, sabiendo
que mientras más grande sea el ramal de unión, menores
serán las pérdidas, con los resultados se observa que un
80
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
diámetro de oricio restringido pequeño genera valores
más altos de pérdidas de carga.
Con estos resultados evidentemente, una chimenea
simple tendrá un costo de construcción alto, debido a que
es necesario realizar gastos en excavación y recubrimien-
to de la sección transversal que ocupará esta chimenea
para evitar el desgaste de material cuando exista contac
-
to con el agua, tomando en cuenta que la altura debe ser
mayor, para suplir con las necesidades que tiene el sis-
tema de equilibrar las sobrepresiones producidas por el
golpe de ariete. Razón por la cual, la mejor solución con
respecto a reducir las sobrepresiones va a ser el ramal de
unión, el cual permitirá que exista una pérdida de carga
que atenúe las oscilaciones del nivel de agua que ocurren
al existir operaciones bruscas, siendo estas de apertura o
cierre. La chimenea de equilibrio cumple con la función
de permitir un movimiento oscilatorio con el embalse,
como efecto del golpe de ariete que pueda darse en el sis-
tema a causa de una maniobra brusca en la operación de
las válvulas de guardia.
3.5. ANÁLISIS DE COSTOS DE INVERSIÓN DEL SISTE
MA ORIGINAL Y EL SISTEMA OPTIMIZADO.
Como resultado de los algoritmos genéticos se encuen-
tran los mejores resultados con base en el costo de la
chimenea de equilibrio vs. la oscilación, en la cual se de-
termina que no por ser el costo más alto la oscilación es
menor, esto dependerá del área del oricio restringido
que se tenga para esta chimenea.
Se puede denir que los algoritmos genéticos usados
como alternativa para solucionar problemas de dimen-
sionamiento de la chimenea de equilibrio y del ramal de
unión, son una herramienta muy ecaz debido a que son
capaces de presentar diversas opciones en lo que respec-
ta a la solución de problemas que afectan a la comunidad.
En la Figura 7 se representa los resultados de la dife
-
rencia de los costos de construcción de cada solución de
las chimeneas de equilibrio con respecto al valor original,
en las cuales la variación de los resultados indica cuál de
las soluciones se puede escoger para utilizar en el diseño,
debido a que el valor del costo de construcción está rela-
cionado con la oscilación, el menor costo también repre-
senta una disminución de la oscilación.
4. Conclusiones
4.1. CONCLUSIONES DE LA GEOMETRÍA DEL DISE
ÑO ORIGINAL Y EL DISEÑO OPTIMIZADO
·
Con el valor promedio de los diámetros de la chime-
nea de equilibrio de las tres soluciones en comparación
con el diámetro inicial para cada una de las centrales
hidroeléctricas se puede determinar que:
- Chontal tiene una disminución del 6%
- Minas San Francisco un incremento del 16%
- La Unión una disminución del 5%
- Ocaña II un incremento del 68%
- Toachi Pilatón una disminución del 23%
- Quijos un incremento de 25%
- Llanganates un incremento de 25%
- Apaquí un incremento de 143%
- Sopladora un incremento de 87%
- Palma Real una disminución de 4%
Teniendo un valor promedio para todos los diámetros de
chimenea de equilibrio el 40% incrementó, estableciendo
que para el caso de las chimeneas de equilibrio el aumen-
to de la sección es la solución más recomendable.
·
Para el caso de los diámetros de oricio restringido, re-
lacionando un promedio de las tres soluciones y com-
parando con el diámetro inicial se puede determinar
que para cada una de las centrales se tiene los siguien-
tes valores:
- Chontal se tiene una disminución del 11%
- Minas San Francisco una disminución del 28%
- La Unión una disminución del 38%
- Ocaña II una disminución del 26%
- Toachi Pilatón una disminución del 19%
- Quijos una disminución de 12%
- Llanganates una disminución 35%
- Apaquí un incremento de 161%
- Sopladora una disminución de 7%
- Palma Real una disminución de 28%
Se tiene un valor promedio para todos los diámetros de
oricio restringido del 4% de disminución, estableciendo
que para el caso del oricio restringido las soluciones más
óptimas están relacionadas con la disminución del diámetro.
4.2. CONCLUSIONES DE LAS ENVOLVENTES EXTRE
MAS DE CARGA PIEZOMÉTRICA.
· Haciendo una comparación entre los datos generados
para el diseño y las tres soluciones, se puede observar
que estos datos varían en el 4%, ya sea de incremen-
to o disminución de la oscilación, siendo la más críti-
ca la oscilación de la central hidroeléctrica La Unión.
·
Las centrales hidroeléctricas con una disminución de
la oscilación y con un porcentaje menor al 1% son las
centrales hidroeléctricas Ocaña II, Apaquí y Palma
Real, siendo este el 30% del total del análisis.
81
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
·
Para el total de centrales hidroeléctricas analizadas se
tiene un incremento del nivel máximo de la oscilación
en la chimenea de equilibrio del 0.19% siendo este un
valor mínimo, determinando de esta forma la ecien-
cia de la selección de los diámetros a analizarse.
4.3. CONCLUSIONES DE LAS OSCILACIONES DE
MASA EN CHIMENEA DE EQUILIBRIO SUPERIOR
·
Los resultados del nivel máximo de oscilación en la
chimenea de equilibrio comparando las soluciones y el
dato inicial indica que existe una disminución del ni-
vel en un 0.45% de la carga piezométrica del 80% del
total de las centrales hidroeléctricas.
·
Al realizar el análisis del tiempo del nivel máximo de
oscilación se puede determinar que existe un incre-
mento en un 22.69%, teniendo un valor más elevado
en la central hidroeléctrica Ocaña II con un 98% ma-
yor al original, esto en vista de que los diámetros de la
chimenea de equilibrio de las soluciones son más gran-
des y el diámetro del oricio restringido disminuye.
·
Con los datos de oscilación de masa de la central hi-
droeléctrica Llanganates se puede determinar que los
diámetros de las tres soluciones son muy grandes en
comparación con el diámetro inicial, generando unas
oscilaciones más prolongadas en el tiempo y con un
menor valor que la original, teniendo valores de diá-
metro de la chimenea de equilibrio mayores al 143%
superior del diámetro original.
4.4. CONCLUSIONES DE LA RELACIÓN ENTRE LA
MÁXIMA SOBREPRESIÓN DE LA CHIMENEA DE
EQUILIBRIO Y LAS PÉRDIDAS DE CARGA EN EL RA
MAL DE UNIÓN
·
Con los datos de pérdidas de carga se puede determi-
nar que para la central hidroeléctrica Toachi Pilatón,
con la solución 1 se incrementa de una manera muy
drástica el nivel máximo de oscilación en la chimenea,
es por esta razón que sus pérdidas de carga son excesi-
vas en comparación con las otras dos soluciones y del
valor inicial, teniendo un incremento excesivo.
·
Con estos resultados, evidentemente el incremento del
nivel de oscilación, al no existir un oricio restringi-
do, ocasiona que existan datos muy altos, que generan
pérdidas de carga elevadas, como son el caso de las
centrales hidroeléctricas de Ocaña II, Toachi Pilatón,
Sopladora y Palma Real, generando un incremento de
más del 100% en comparación con el diseño original.
4.5. CONCLUSIONES DE LA ANÁLISIS DE COSTOS DE
INVERSIÓN DEL SISTEMA ORIGINAL Y EL SISTEMA
OPTIMIZADO
·
Para la central hidroeléctrica Chontal se obtiene que
los valores iniciales de la chimenea original necesi-
tan de $ 1.19 UM para tener una oscilación de 792.49
msnm; en la solución 1 requiere de $ 1.01 UM para
una oscilación 791.22 msnm; la solución 2 con $ 1.47
UM para una oscilación 792.40 msnm. Finalmente, en
la tercera solución es necesario de $ 1.89 UM para una
oscilación 792.44 msnm; esto demuestra que la solu-
ción más óptima es la solución 1 ya que disminuye un
15% el costo total de fabricación de la chimenea, ade-
más se disminuye un 0.16% la oscilación, esto quiere
decir que la altura de la chimenea será menor a la pro-
puesta en el sistema original.
· Las diez centrales hidroeléctricas analizadas permiten
realizar una gráca más real con respecto a su diáme-
tro del oricio restringido vs. el costo de la chimenea
de equilibrio, escogiendo un valor del diámetro del ori-
cio restringido, ir a la línea de tendencia y generar
un costo en unidades monetarias más representativo
al tipo de hidroeléctrica que se está trabajando; para el
caso de las grácas de pérdidas de carga y la diferencia
de los diámetros de oricio restringido y chimenea de
equilibrio su línea de tendencia polinómica de segun-
do grado no representa una solución que se pueda re-
presentar en este estudio debido a que sus valores son
muy dispersos.
4.6. CONCLUSIONES GENERALES
·
La resolución de una chimenea de equilibrio con el
método de características puede tomar mucho tiem-
po en su aplicación al intentar encontrar la mejor so-
lución entre una población mayor, razón por la cual al
utilizar algoritmos genéticos se pudo comprobar que
disminuyó los tiempos de obtención de resultados y
generar soluciones factibles que el usuario estaría dis-
puesto a elegir.
·
Mediante este programa, se logró crear aplicaciones
para que al utilizar algoritmos genéticos sirvan como
instrumento para resolver los problemas que presenta
una central hidroeléctrica, constituyéndose como una
herramienta ecaz al momento de tomar decisiones,
debido a que la técnica de optimización genera solu-
ciones simultáneas a diferentes problemas como la de-
terminación de diámetro de chimenea de equilibrio y
diámetro de ramal de unión, asimismo cumple con un
valor de costo, utilizando los múltiples criterios.
·
La forma más certera para comprobar los resultados de
la optimización es realizar un benchmark. Esta técnica
consiste en medir el rendimiento de la aplicación, uti-
lizando varias máquinas para determinar el tiempo de
ejecución más eciente, de la cual en procesador Intel
82
Evaluación de la Técnica de Algoritmos Genéticos para la Optimización Multi-Objetivo del Dimensionamiento de una Chimenea de
Equilibrio Superior sección constante y su Ramal de Unión en un Aprovechamiento Hidroeléctrico
Core I7 se tuvo un tiempo de ejecución de 15 min,
siendo un tiempo muy corto en comparación con el
tiempo que toma realizar el mismo procedimiento de
forma manual ingresando diferentes condiciones para
probar al sistema.
·
Con los resultados de las hidroeléctricas se llegó a la
conclusión de que cada una de ellas tiene su propia re-
lación, sin embargo, al agruparlos para representar una
gráca total no se puede generalizar los resultados, ob-
servando que no existe ninguna relación entre ellas.
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torios en aducciones de centrales. Santiago de Chile: Uni-
versidad de Chile.
Figura 6.
Relación oscilación de masa vs soluciones y diseño original.
Figura 7.
Relación costo de construcción vs centrales hidroeléctricas.
anexos
REVISTA INGENIO
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa
Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
SCADA Systems, Applications in Water Treatment Plants along the Ecuadorian Coast Region,
Case study: El Empalme Municipality
Carlos David Amaya Jaramillo | Universidad Estatal de Quevedo -UTEQ, Quevedo - Ecuador
Geovanny Gonzalo Guerrero Muñoz | Universidad Estatal de Quevedo -UTEQ, Quevedo - Ecuador
Cristian Samuel Laverde Albarracín | Universidad Estatal de Quevedo -UTEQ, Quevedo - Ecuador
Rogger José Andrade Cedeño | Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manul Feliz
López, Manabí - Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.6846 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Este trabajo describe el diseño de un sistema SCADA para mejorar el servicio de agua potable en el
municipio del Cantón El Empalme, Ecuador. Se detallan las fases del diseño, los criterios para el análisis
del estado de automatización de la planta, el diseño de la automatización y la selección de dispositivos.
El sistema SCADA, que utiliza PLCs, sensores y bombas conectados a través del protocolo ModBus TCP,
mejoró la eciencia operativa, redujo los tiempos de respuesta y contribuyó a la calidad del producto
nal. Se identicaron problemas como desequilibrio en las protecciones de los tableros y tiempos de res-
puesta prolongados, los cuales fueron abordados mediante la simulación del modelo de automatización.
is work describes the design of a SCADA system to improve the drinking water service in the munici-
pality of El Empalme Canton, Ecuador. It outlines the design phases, criteria for analyzing the automation
status of the plant, automation design, and device selection. e SCADA system, which uses PLCs, sensors,
and pumps connected via the ModBus TCP protocol, enhanced operational eciency, reduced response
times, and contributed to the quality of the nal product. Issues such as imbalances in panel protections
and extended response times were addressed through simulation of the automation model.
Recibido: 8/4/2024
Recibido tras revisión: 1/5/2024
Aceptado: 3/7/2024
Publicado: 03/01/2025
Monitoreo en tiempo real, control y ad-
quisición de datos, automatización, co-
municación industrial.
Real-time monitoring, data acquisition
and control, automation, industrial com-
munication.
1. Introducción
Para el diseño del sistema SCADA en El Empalme, Ecua-
dor, se considerarán los componentes esenciales de una
red SCADA, que incluyen sistemas de adquisición de
datos, sistemas de transmisión de datos y soware de
interfaz hombre-máquina (HMI). Estos componentes se
integrarán para proporcionar un sistema centralizado de
monitoreo y control, permitiendo la supervisión y con-
trol en tiempo real de toda la red desde una ubicación
remota [1].
El hardware comúnmente utilizado en las redes
SCADA incluye la Unidad de Estación Maestra (MSU)
o Unidad de Terminal Maestra (MTU), sub-MSUs, sitios
de campo distribuidos geográcamente que consisten
en Unidades Terminales Remotas (RTUs) y Dispositi-
vos Electrónicos Inteligentes (IEDs), así como enlaces y
equipos de comunicación. La MSU o MTU almacena-
rá y procesará la información de entradas y salidas de
las unidades de estación esclava, RTUs o IEDs, mientras
que las unidades de estación esclava controlarán el pro-
ceso local [1].
El diseño del SCADA, permite entregar, a la planta
de tratamiento de agua del Gobierno Autónomo Muni-
cipal de El Empalme (GADMEE), una alternativa para la
automatización de sus controles eléctricos, medición en
tiempo real de los niveles de agua en los tanques de dis-
tribución y control de la producción nal de la misma; al
84
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
variador de frecuencias, en esta etapa se presentan
dos reservorios de 2.000 m3
· 1 Motor gt1043a Marathon 55 kW
· 2 motores Siemens 55 kW
· 1 arrancador suave Sirius 3RW40
· 1 arrancador suave Altistar 48
· 1 variador de velocidad Altivar 61
- Etapa de oculación:
· 1 bomba de agua jet750G1
· 1 bomba de agua Pedrollo CPM650 de 1.5 HP
· 1 bomba de agua Shimge JET750G1
· 1 bomba dosicadora BlackLine Pro
· 1 bomba de agua Leo Acro150
· 1 bomba de agua Pedrollo JSWM 3BM
·
Revisión de los tiempos de respuesta de los operado-
res de la planta. Se debe medir cuánto tiempo tardan
los operadores de la planta en encender y apagar las
bombas de la planta, para lo cual se toman escenarios
en donde el operador se moviliza a pie, motocicleta y
automóvil.
2.2. CRITERIOS PARA REALIZAR EL DISEÑO DE LA
AUTOMATIZACIÓN
El diseño de la automatización tiene requerimientos de
soware y hardware los cuales se detallan a continuación:
·
Requerimientos técnicos de la planta de potabilización.
Se requiere automatizar y monitorear las bombas de
admisión y distribución; medición de los niveles en los
tanques de distribución y del caudal de salida.
·
Red de comunicación industrial. Donde se integren
los componentes, comunicación y compatibilidad en-
tre ellos (Cockerham, 2021), (TechTarget, 2021).
·
Interfaz de usuario. Mostrando organización de la in-
formación y de los elementos de la interfaz, navega-
ción y estructura clara y consistente (TechTarget, 2021).
·
Escalabilidad. Un sistema modular con capacidad de
expansión futura.
2.3. CRITERIOS PARA SELECCIONAR LOS DISPOSITI
VOS NECESARIOS
Se debe tener en cuenta los siguientes criterios.
·
Que los equipos sean capaces de controlar los proce-
sos de control en la planta de agua.
· Compatibilidad entre los dispositivos seleccionados.
· Interfaz de comunicación industrial.
· Condiciones ambientales.
· Costos.
diseñar este sistema, es posible que se evite el mal funcio-
namiento de las bombas, gracias a que una de las prin-
cipales características de este sistema, es el monitoreo en
tiempo real en la operación.
En la actualidad, la implementación de sistemas SCA-
DA en plantas potabilizadoras de agua se ha convertido
en una herramienta esencial para optimizar la gestión y
distribución del recurso hídrico. Diversos estudios han
demostrado que estos sistemas permiten el monitoreo en
tiempo real de los sistemas de suministro de agua, opti-
mizando la pérdida de agua y mejorando su calidad. Ade-
más, la seguridad de las redes SCADA es crucial para la
protección de infraestructuras críticas, y se han desarro-
llado esquemas de gestión de claves para asegurar las co-
municaciones [1]. La vulnerabilidad de estos sistemas y
la necesidad de políticas de seguridad de la información
y análisis de riesgos también han sido ampliamente docu-
mentadas [2]. La integración de tecnologías IoT con SCA-
DA ha permitido avances signicativos en el monitoreo
de la calidad del agua en tiempo real, reduciendo costos
y aumentando la eciencia [3]. Este trabajo se enfoca en
el diseño de un sistema SCADA para mejorar el servicio
de agua potable en el municipio del cantón El Empalme,
Ecuador, aprovechando las mejores prácticas y tecnolo-
gías disponibles.
2. Método
El procedimiento a seguir para efectuar el diseño del
SCADA se lo ha divido en tres fases, en la primera se
toma en cuenta el estudio del estado de la planta, en la
segunda las necesidades técnicas de la planta en conjun-
to con el diseño de la automatización, por último, en la
tercera fase se dene la selección de los dispositivos dis-
ponibles en el mercado.
2.1. CRITERIOS PARA EL ANÁLISIS DEL ESTADO DE
AUTOMATIZACIÓN DE LA PLANTA
El proceso que se realizó en esta fase consta de:
· Inspección visual de los controles eléctricos y equipos
instalados. Por medio de la observación directa se de-
terminan cuáles son los dispositivos instalados en la
etapa de admisión y distribución de la planta de pota-
bilización de agua del GADMEE , los cuales son:
-
Etapa de admisión: Esta etapa cuenta con un sistema
de arranque estrella-delta y protecciones de perdida
de fase para bombas de 55 kW o 70 HP
· 4 Motor WEG W22 IE1 55 kW
· Arranque por estrella triángulo
· 4 P/N ICM450.
-
Etapa de distribución: Se tienen instaladas 3 bom-
bas, controladas por dos arrancadores suaves y un
85
Amaya Jaramillo et al.
2.4. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PLC Y PANTALLA
TÁCTIL
El PLC y el panel táctil son dispositivos que requieren
programación para controlar y visualizar los estados de
la planta. En la gura 1 se presenta un diagrama de u-
jo que explica el funcionamiento del PLC en este dise-
ño. Además, proporcionamos un diagrama de ujo que
muestra cómo operaría la interfaz gráca a través de un
dispositivo HMI.
Figura 2.
Diagrama de ujo del HMI
En la Figura 2 se muestra el diagrama de ujo que go-
bierna al soware de la estación de trabajo o panel táctil,
en donde se mostrarán las pantallas correspondientes a
cada etapa dentro de la planta.
3. Resultados
..
FASE 1: ESTADO ACTUAL DE LA PLANTA
La planta de potabilización del GADMEE cuenta con las
etapas mostradas en la Figura 3, en donde se encuentran
conectados los controles y bombas instalados.
3.2. FASE 2: DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN
Dentro de la automatización que se diseñó se proporcio-
na la arquitectura del sistema SCADA, en la Figura 4 se
presentan tres de los cinco niveles de automatización, es-
tos niveles corresponden a la supervisión, control y a los
actuadores y sensores, dentro del nivel de supervisión se
encuentran el servidor y el switch, en el nivel de control
se presenta el PLC y un panel táctil los que se encargan
de gobernar el comportamiento de la planta, por último,
se presentan los actuadores para el control de las bombas
y los sensores que recolectan los datos de la planta [1].
3.3. FASE 3: SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS
En la Tabla 1 se muestran los dispositivos escogidos para
la adquisición, el procesamiento, almacenamiento y vi-
sualización de datos, a continuación, se detallan:
· Controlador lógico programable.
· Sensores y actuadores.
· Dispositivos de comunicación.
· Servidores y estaciones de trabajo.
Se detalla que en la Tabla 2 y Tabla 3 se muestran los
tiempos de respuesta de los operadores antes de la imple-
mentación de un sistema SCADA.
Figura 1.
Diagrama del Flujo del PLC.
86
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
Figura 3.
Etapas de la planta de potabilización.
Figura 4.
Arquitectura del SCADA.
Figura 5.
Diagrama P&ID.
87
Amaya Jaramillo et al.
3.3.1. P&ID del proceso
En la Figura 5 se muestra el diseño para implementar
el sistema SCADA para supervisar y controlar los pro-
cesos de encendido y apagado de las bombas de admi-
sión y distribución y los sensores de nivel y caudal. Este
sistema se compone de un servidor, un switch de red,
una pantalla HMISTU655, un PLC de la serie M221 de
Schneider Electric, el que gestiona varios dispositivos de
campo, entre ellos las bombas de admisión, las bombas
de distribución, los sensores de nivel y caudal. Para la co-
municación entre los dispositivos se emplea el protocolo
ModBus TCP.
El protocolo ModBus TCP, fue seleccionado por su
simplicidad y conabilidad, facilitando la comunica-
ción entre el servidor, el SCADA, el HMI, el PLC y los
Tabla 1.
Dispositivos escogidos para la automatización
Ítem Descripción Cantidad
1 PLC TM221CE40R SCHNEIDER ELECTRIC 1
2 MÓDULO //INSERTE NOMBRE DEL MÓDULO// SCHNEIDER ELECTRIC 1
3 PANEL TACTIL HMISTU65S 3.2 INCH 1
4 SENSOR ULTRASÓNICO LVC-152 OMEGA ENGINEERING 2
5 SENSOR ELECTROMAGNÉTICO FMG600 OMEGA ENGINEERING 1
6 SERVIDOR POWEREDGE T40 DELL 1
7 SWITCH EDS-508A MOXA 1
Tabla 2.
Tiempos de respuesta de los operadores
Evento / Escenario Encendido o apa-
gado de las bombas
de admisión
Encendido o
apagado de las
bombas de distri-
bución
Detección de fa-
llas en la admi-
sión
Detección de las fallas
en la distribución
Movilización caminando 8 a 10 min 4 a 6 min escenario 10 min 10 min
Movilización en motocicleta 4 a 6 min No aplica 10 min 10 min
Movilización en automóvil 4 a 7 minutos No aplica 10 min 10 min
Tabla 3.
Tiempos de respuesta esperados de los operadores hacia el panel táctil del HMI
Evento / Escenario Encendido o apa-
gado de las bombas
de admisión
Encendido o apa-
gado de las bom-
bas de distribución
Detección de fa-
llas en la admi-
sión
Detección de las fa-
llas en la distribu-
ción
Movilización caminando 3 a 4 min 3 a 4 min 2 min 2 min
Movilización en motocicleta No aplica No aplica 2 min 2 min
Movilización en automóvil No aplica No aplica 2 min 2 min
dispositivos de campo, empleando cable UTP, se garan-
tiza el ujo eciente y seguro a lo largo de toda la red, lo
que proporciona una solución económica y fácil de insta-
lar, al igual que se reducen las interferencias electromag-
néticas que puedan afectar la señal [4].
En este entorno, el sistema permite a los operadores
supervisar y controlar los procesos en tiempo real me-
diante el HMI, mientras que el servidor recopila, procesa
y almacena los datos para su análisis y mejora continua,
el PLC desempeña un papel muy importante en la ejecu-
ción de lógica de control y la gestión de dispositivos de
campo, asegurando que los bombas y sensores funciones
de manera eciente y coordinada.
En el diseño para la planta de tratamiento de agua del
GADMEE, se han implementado los sensores LVC-152 y
88
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
MAG3100, junto a las cuatro bombas de admisión y tres
bombas de distribución, las cuales están conectadas al
PLC TM221CE16R, para monitorear y controlar el esta-
do de la planta, los sensores MAG3100 son capacitivos,
empleados para los dos tanques de distribución que tie-
ne la planta.
Las bombas de admisión llevan el agua de la laguna de
captación a la etapa de ltración y oculación, mientras
que las bombas de distribución se encargan de entregar el
agua tratada a los consumidores nales. Los dos conjun-
tos de bombas se conectan a las salidas digitales del PLC,
el que es responsable de gestionar el funcionamiento de
la planta. La conexión de los sensores y bombas al PLC y
la conguración de los parámetros de entrada y salida en
el programa del PLC garantizando el funcionamiento e-
ciente y conable del sistema.
3.4. DISCUSIÓN
Durante la ejecución de la evaluación del estado operati-
vo de la planta, se llevaron a cabo inspecciones, en donde
se recopilaron los datos del proceso productivo, se logran
identicar varios problemas, los cuales se mencionan a
continuación:
·
Las protecciones generales de los tableros de admisión
y distribución no se encuentran en equilibrio, ya que
las bombas instaladas son inferiores a la cantidad de
bombas diseñadas para el sistema pues debido al daño
de estas han sido deshabilitadas.
·
El monitoreo de los tanques de almacenamiento se lo
realiza de forma manual por un operador.
Los operadores experimentan tiempos de respuesta pro-
longados al realizar operaciones en las bombas de admi-
sión y distribución como se aprecia en la Tabla 2. Esto se
debe a la distancia entre la bodega y la ocina de la planta
de potabilización de agua del GADMEE. En situaciones
normales, los tiempos de reacción para la admisión va-
rían entre 4 y 10 minutos. Sin embargo, al simular que la
pantalla táctil se encuentra en la ocina de la planta, es-
tos tiempos se reducen a un rango de 3 a 4 minutos desde
la bodega, como se muestra en la Tabla 3. Esta mejora
representa una disminución de 1 a 6 minutos en compa-
ración con las condiciones habituales, lo que representa
una mejora entre el 10% y el 60%. Además, las bombas
se desactivarán casi instantáneamente, reduciendo el
tiempo en que operan en condiciones desfavorables. La
automatización permite monitorear y controlar procesos
en tiempo real. Los operadores pueden supervisar las
bombas, válvulas y otros equipos desde una ubicación
central, reduciendo los tiempos de respuesta y mejoran-
do la eciencia [3], [5], [6], [7].
La automatización de la planta conlleva múltiples be-
necios. No solo mejora la eciencia operativa para el
personal de la planta, sino que también contribuye a la
calidad del producto nal, reduce los gastos y aumenta la
seguridad tanto para el personal operativo como para los
visitantes [6], [8].
Los PLC son una solución rentable y conable para
controlar sistemas complejos, lo que es crucial para la
operación continua y segura de una planta de potabili-
zación de agua. La exibilidad operativa del sistema es
otro aspecto importante que se destaca. La capacidad de
ajustar y controlar diversos parámetros operativos a tra-
vés de una interfaz gráca en la pantalla táctil permite
a los operadores responder rápidamente a las condicio-
nes cambiantes y optimizar el proceso de tratamiento de
agua. Esto no solo mejora la eciencia operativa, sino que
también asegura una mejor calidad del agua tratada [9].
Implementar un SCADA con estas características puede
mejorar signicativamente la eciencia y la calidad del
proceso de potabilización, permitiendo una supervisión
continua y precisa de los parámetros críticos del agua,
y facilitando la toma de decisiones informadas para el
mantenimiento y operación de la planta [10]. La imple-
mentación de este tipo de sistema en una planta de pota-
bilización de agua puede resultar en una distribución de
agua más eciente y en ahorros signicativos en la pér-
dida de agua. Las ventajas adicionales incluyen la reduc-
ción de la intervención humana, lo que minimiza errores
y aumenta la precisión del control del sistema. La capaci-
dad de monitoreo en tiempo real y la respuesta inmediata
a problemas potenciales aseguran un suministro continuo
y seguro de agua potable, lo cual es crucial para mante-
ner la calidad del agua y la satisfacción del consumidor
[11], [12]. La implementación de este SCADA inicia me-
joras en otras etapas del proceso productivo de la planta,
ofrece un punto de partida para otros estudios para esta
planta, tales como un análisis de eciencia energética y
estudios de conabilidad [13], [14].
El desarrollo del sistema SCADA también sirve de
antesala para la incorporación de nuevas tecnologías re-
lacionadas a la Industria 4.0, concepto moderno que re-
presenta una transformación digital de los sistemas de
producción mediante la integración de tecnologías avan-
zadas como la inteligencia articial, internet de las cosas
(IoT), big data, computación en la nube, manufactura adi-
tiva, robótica avanzada, realidad aumentada, entre otras
[15], [16]. Los sistemas de Supervisión, Control y Adqui-
sición de Datos (SCADA) son componentes esenciales en
esta evolución, especialmente en plantas potabilizadoras
de agua, donde la eciencia y la precisión son cruciales
para la gestión de recursos hídricos.
La recopilación y análisis de grandes volúmenes de
datos en tiempo real mejora signicativamente la capaci-
dad de monitoreo y control de los procesos de tratamiento
de agua, optimizando la eciencia operativa y reducien
-
do el consumo de energía y recursos. Los sistemas SCA-
DA, cuando se integran con tecnologías de internet de las
89
Amaya Jaramillo et al.
Estas tecnologías avanzadas no solo aumentan la e-
ciencia operativa de las plantas potabilizadoras de
agua, sino que también contribuyen a la resiliencia y
la sostenibilidad de los recursos hídricos, aspectos cru-
ciales para el desarrollo sostenible de la Costa ecua-
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tion Process of Water Treatment Plant (WTP) by Using
cosas (IoT), facilitan la comunicación entre dispositivos
y sistemas [17], [18], lo que permite una respuesta rápi-
da y precisa a las variaciones en los parámetros de trata-
miento del agua.
Otra ventaja clave es la posibilidad de implementar
mantenimiento predictivo. Al analizar datos históricos y
en tiempo real, los sistemas SCADA pueden proveer de
datos para predecir fallos potenciales y programar inter-
venciones de mantenimiento antes de que ocurran averías
costosas. Esto no solo minimiza el tiempo de inactividad,
sino que también prolonga la vida útil de los equipos. El
uso de algoritmos de aprendizaje automático en combina-
ción con SCADA puede anticipar problemas y mejorar la
abilidad del sistema [19], [20]. Pero, la interconectividad
de los sistemas aumenta el riesgo de ataques cibernéticos.
La integración de sistemas SCADA en infraestructuras
críticas como las plantas potabilizadoras de agua requiere
la implementación de medidas de seguridad robustas. Es
importante adoptar estándares de ciberseguridad y prác-
ticas de gestión de riesgos para proteger estos sistemas vi-
tales contra amenazas externas e internas [21], [22].
La Industria 4.0 también promueve prácticas soste-
nibles mediante el uso de tecnologías avanzadas. En las
plantas potabilizadoras de agua, los sistemas SCADA pue-
den ayudar a gestionar de manera eciente los recursos
hídricos, reducir el desperdicio y asegurar la calidad del
agua suministrada.
4. Conclusiones
Con la nalización del proyecto se obtuvieron las si-
guientes conclusiones:
· El diseño de un sistema SCADA para la Planta de Po-
tabilización de Agua del GADMEE ofrece diagramas
de ujo versátiles para ejecutar la programación de los
diferentes PLC disponibles en el mercado, ya que este
documento ofrece un punto de partida para efectuar
el control y monitoreo de la planta, ofreciendo mejo-
ras en los tiempos respuesta ante fallas en el sistema.
·
El realizar una simulación del modelo de automati-
zación diseñado a lo largo de esta investigación tiene
ventajas ya que por medio de las simulaciones se pue-
den detectar cuales pueden ser los posibles eventos que
ocurrirán en la planta, a su vez ofreciendo una solu-
ción para estos eventos.
·
Un análisis técnico y económico es de suma importan-
cia para realizar cualquier diseño o mejora dentro de
una planta industrial, de esta forma se evalúa cuál es
la mejor solución tratando de tener los menores costos
para la empresa sin interrumpir su crecimiento.
·La integración de sistemas SCADA en el marco de la
Industria 4.0 ofrece múltiples benecios, desde la op-
timización de procesos y el mantenimiento predicti-
vo hasta la mejora de la seguridad y la sostenibilidad.
90
Sistemas SCADA, Aplicaciones en Plantas Potabilizadoras de Agua de la Costa Ecuatoriana, Caso Municipio del Cantón El Empalme
Raspberry PI 3 B”, in 2018 4th International Conference
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REVISTA INGENIO
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el
Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
Evaluation of the Impact of Green Roof Implementation on Urban Sewer System Sizing
Belén Shakira Tapia Montero | Universidad Politécnica Salesiana-UPS, Quito-Ecuador
Daysi Gabriela Barros Tuapante | Universidad Politécnica Salesiana-UPS, Quito-Ecuador
María Gabriela Soria Pugo | Universidad Politécnica Salesiana-UPS, Quito-Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.7140 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Este artículo analiza el impacto de implementar techos verdes en cubiertas inaccesibles en la urbaniza-
ción Ecovilla Challuabamba, Cuenca, Ecuador. Mediante el uso del programa SWMM, se comparó el
sistema de alcantarillado convencional con uno que incorpora techos verdes, evaluando tormentas de
diseño con periodos de retorno de 2 a 50 años. Para estimar la escorrentía, se utilizaron modelos como
el Número de Curva, Horton y Green AMPT, considerando variables como clima, sustrato y pendiente.
Los resultados muestran que los techos verdes reducen el caudal pico en un 44.5%, el calado en un 6.9% y
la velocidad en un 38.1%, según el modelo de Número de Curva. Estos hallazgos sugieren que los techos
verdes pueden mitigar inundaciones al disminuir la escorrentía supercial y permitir reducir el tamaño
de las tuberías, destacando su potencial para aumentar la resiliencia urbana y promover la sostenibilidad
en el desarrollo urbano.
is article analyzes the impact of implementing green roofs on inaccessible surfaces in the Ecovilla Chal-
luabamba urbanization, Cuenca, Ecuador. Using the SWMM soware, the conventional sewer system was
compared with one that incorporates green roofs, evaluating design storms with return periods ranging
from 2 to 50 years. Runo estimation was performed using models such as the Curve Number, Horton,
and Green AMPT, considering variables like climate, substrate type, and slope. e results show that green
roofs reduce peak ow by 44.5%, water depth by 6.9%, and velocity by 38.1%, according to the Curve Num-
ber model. ese ndings suggest that green roofs can mitigate ooding by reducing surface runo and
potentially allowing for smaller pipe sizes. is highlights their potential to enhance urban resilience and
promote sustainability in urban Development.
1. Introducción
Con el paso de los años se ha evidenciado el crecimien-
to poblacional a nivel global. En el caso particular del
Ecuador, el incremento ha sido de 2.5 millones desde el
2010 a 2022 [1]. Este incremento se traduce en más cons-
trucciones y carreteras que conllevan a disminución de
parques y zonas ajardinadas. De acuerdo con el Ministe-
rio del Ambiente, Agua y Transición Ecológica del Ecua-
dor: “Para 2012 el índice verde urbano en Ecuador fue
de 13,01 m2/habitante, en relación al rango sugerido por
la Organización Mundial de la Salud (OMS) que es de 9
m2/habitante”. Asimismo, solo el 54% de las ciudades en
el Ecuador cumplen con la recomendación de este orga-
nismo internacional [1]. La creciente impermeabilidad
urbana reduce la vegetación nativa y altera el drenaje, au-
mentando la escorrentía y limitando la capacidad de ab-
sorción de agua, afectando así el ciclo hidrológico, lo que
puede producir fallos en los sistemas de drenaje urbano
que conlleva a desastres, como daños a la infraestructu-
Recibido: 02/09/2024
Recibido tras revisión: 30/9/2024
Aceptado: 22/10/2024
Publicado: 03/01/2025
Techos verdes, techos verdes extensivos,
alcantarillado, sostenibilidad, escorrentía,
soware SWMM.
Green roofs, extensive green roofs, sewer
systems, sustainability, runo, SWMM
soware.
92
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
ra, pérdidas económicas y fatalidades, exacerbados por
la expansión agrícola, condiciones climáticas extremas y
modicaciones en los patrones naturalesdedrenaje.
Una alternativa para aliviar los sistemas de drenaje es
la implementación de techos verdes. Consiste en una losa
cubierta por capa vegetal que abarca un drenaje, sustra-
to y la vegetación [2]. Según el tamaño del sustrato los
techos verdes pueden clasicarse en extensivos, intensi-
vos y semi intensivos. En el primer caso, los techos ver-
des extensivos se caracterizan por ser de peso ligero, y el
espesor máximo es de 15 cm, no hay mucha diversidad
de plantas y las que se utilizan generalmente son las su-
culentas, no requiere mantenimiento diario, y el costo de
implementación es bajo [3]. Los techos verdes intensivos
requieren mantenimiento constante; adicionalmente, su
espesor es de al menos 20 cm, lo que permite tener una
gran variedad de vegetación y una capacidad de almace-
namiento alta de aguas lluvias, el peso que genera a la es
-
tructura debe ser considerado en el análisis de cargas [4].
Por último, los techos verdes semi intensivos se caracte-
rizan por tener propiedades de los techos antes mencio-
nados. Por ende, el espesor oscila entre 15 y 20 cm [5].
La vegetación utilizada en estos sistemas es en base
al clima y la pluviometría de la zona, las capas que com-
ponen los techos verdes se indica en el Anexo-Figura 1.
La vegetación utilizada en techos verdes extensivos a
nivel mundial son las suculentas (Sedum pachyphyllum),
pensamientos (Viola x wittrockiana), bergenia (Bergenia-
ciliata), reseda (Libolaria maritima), sedum (diferentes
variedades), lechuga batavia (Lactuca sativa), entre otras
[7]. En Ecuador, de estas especies sobresalen las suculen-
tas, las raíces de estas plantas tienden a ser poco profun-
das, pero muy extendidas lateralmente. Esto les permite
absorber rápidamente el agua de lluvia ocasional y al-
macenarla en sus tejidos gruesos y carnosos, por lo tan-
to, tienen una alta resistencia a la sequía. En el mercado
ecuatoriano hay gran variedad de estas plantas [6].
Es importante considerar que los techos verdes pue-
den implementarse en pendientes variadas, aunque la
aplicación especíca dependerá del objetivo deseado.
Para enfocarse en la retención de agua, que es el caso
por el cual se implementa en este estudio, se recomien-
da utilizar techos verdes en pendientes suaves de máximo
3%. Esto se debe a que las pendientes suaves permiten
una distribución más uniforme del agua retenida, facili-
tando la absorción por parte de la vegetación y el sustra-
to, y minimizando el riesgo de erosión o pérdida de agua
porescorrentía [8].
El almacenamiento de agua de lluvia en medios
urbanos utilizando techos verdes tiene benecios para
los sistemas de drenaje urbano al permitir reducir los
diámetros de las tuberías y su inclinación (López et al.,
2020), lo que hace que el manejo de aguas pluviales sea
más efectivo y sustentable. También, la implementación
de techos verdes, puede permitir aprovechar las aguas
lluvias generadas por la escorrentía de estas cubiertas,
reduciendo los costos de riego y apoyando al medio
ambiente. De acuerdo con Camacho et al. (2020),
México, en 2011, implementó techos verdes en el
Instituto del Fondo Nacional de la Vivienda, lo que
ofreció enormes ventajas para la naturaleza a través
de la siembra de hortalizas, el empleo de compost de
lombriz y la reutilización del agua de lluvia de macetas
con la reducción de impuestos sobre el pago del agua [9],
según varios estudios en el campo, se ha comprobado
que la utilización de azoteas verdes en ámbitos urbanos
tiene un papel muy importante en el manejo efectivo
de las aguas pluviales, porque absorbe gran cantidad de
estas, acumulándolas y liberándolas poco a poco para
no sobrecargar el sistema de alcantarillado, con lo cual
se minimizan los picos de escorrentía.
Existen investigaciones de cómo se podría mejorar la
adaptación de los techos verdes al clima tropical andino.
Galarza et al. (2017) estudiaron el comportamiento hi-
drológico de los techos verdes mediante un experimen-
to con numerosas conguraciones de techos verdes, y los
datos de veintiún eventos de lluvia recogidos. Los resulta-
dos mostraron que la combinación de la planta y la altura
del sustrato podría marcar una diferencia en la reducción
de la escorrentía.
La ciudad de Cuenca se encuentra ubicada al sur del
Ecuador, en la depresión interandina, dentro de la cuen-
ca del río Paute. Aunque el régimen de precipitaciones
anuales es relativamente bajo comparado con otros sec-
tores del Ecuador, los eventos de lluvias intensas son con-
siderables. La intensidad máxima de precipitación puede
alcanzar los 134 mm/h en 10 minutos para un periodo de
retorno de 50 años [10]. Eventos extremos han generado
escorrentía que no ha podido ser evacuada por los siste-
mas de drenaje de la ciudad. Es así que, por las intensas
lluvias, el 23 de diciembre de 2023 se produjo un desbor-
de del río Tomebamba, ocasionando el colapso del siste-
ma de alcantarillado. Asimismo, el 04 de mayo de 2024
ocasionaron daños materiales en casas y locales comer-
ciales aledaños a los ríos Tomebamba y Machángara. Por
lo expuesto, la implementación de cubiertas verdes sería
una solución viable para la mitigación de inundaciones
dentro de la ciudad.
El objetivo de este estudio es evaluar el efecto que ten-
dría la implementación de techos verdes en la planica-
ción de sistemas de alcantarillado urbano utilizando como
caso de estudio una urbanización ubicada en la ciudad
de Cuenca, Ecuador. Para cumplir el objetivo, se realizó
la modelación del sistema de alcantarillado de la Urbani-
zación en el soware Storm Water Management Model
(SWMM) para comparar el sistema convencional de re-
colección de aguas lluvias y grises, con el nuevo sistema
de detención de techos verdes, analizando los cambios en
los hidrogramas para diferentes duraciones de tormenta
con diferentes modelos de inltración.
93
Tapia B. et al.
2. Método
Con base en el objetivo planteado, se ha realizado el aná-
lisis especíco del sistema de alcantarillado de una ur-
banización que servirá como caso de estudio. Se ha con-
siderado dos escenarios: el primero, que es la situación
actual, el diseño de alcantarillado convencional combi-
nado que se lo denominará como tradicional, y el segun-
do, la implementación de cubiertas verdes en los techos
de las viviendas. Para la comparación de ambos casos se
ha realizado la modelación de los sistemas en el sowa-
re SWMM. El soware de estudio es de acceso libre y
gratuito; adicionalmente, su interfaz es muy amigable
y de fácil manejo. Se ha utilizado como caso de estudio
la urbanización Ecovilla Challuambamba, ubicada en la
ciudad de Cuenca, Ecuador.
2.1. CASO DE ESTUDIO
2.1.1. Contexto climatológico, tológico y social
Cuenca, se encuentra en la región sur del país, en la pro-
vincia del Azuay, en la parte occidental de la Cordillera
de los Andes. Su ubicación geográca precisa es en un
valle interandino, rodeada por montañas y paisajes natu-
rales impresionantes. Se sitúa a unos 2.500 metros sobre
el nivel del mar, lo que le otorga un clima templado y
agradable durante la mayor parte del año, con tempera-
turas moderadas.
La ciudad está atravesada por cuatro ríos principa-
les: el Tomebamba, el Yanuncay, el Tarqui y el Machánga-
ra, lo que contribuye a su belleza natural y a la fertilidad
de sus tierras.
En el cantón Cuenca se distinguen diferentes zonas
morfológicas, entre ellas se destaca el valle interandino,
que abarca el 25% de la supercie del cantón, está entre
los 2.300 a 2.900 ms.n.m. Tiene una temperatura prome-
dio anual que varía entre 18 y 22 ºC y una precipitación
media anual alrededor de 500 mm. En esta área, además
de la ciudad de Cuenca, se asientan 19 cabeceras de las 21
parroquias rurales, y alberga alrededor del 98% de la po-
blación cantonal. De acuerdo con la información del cen-
so al año 2022 tiene 596.101 habitantes [11].
En el cantón, la variedad de formaciones vegetales
está inuenciada por factores bióticos y abióticos, inclu-
yendo procesos históricos, adaptaciones de organismos,
interacciones entre especies, variaciones de altitud, pen-
dientes, condiciones climáticas y barreras geográcas.
Estos factores son cruciales para el desarrollo de los eco-
sistemas y microhábitats, contribuyendo a la amplia di-
versidad de ora en la región [11].
La familia Asteraceae destaca con especies endémi-
cas, aunque no siempre son las más comunes. La familia
Poaceae también es notable, especialmente en áreas con-
servadas, como el páramo a más de 2.900 ms.n.m. en la
cordillera Occidental. Este ecosistema está dominado por
pajonales de Calamagrostis sp. y Gynoxys sp., así como
parches de polylepis cerca de montañas [11].
2.1.2. Sitio de estudio
La urbanización Ecovilla Challuambamba está ubicada
al este de la ciudad de Cuenca. Su supercie es de 6.040
m2. La urbanización se compone de 15 lotes, donde exis-
ten 7 casas tipo: vivienda 1, vivienda tipo A: 2, 4 y 6, vi-
vienda tipo B: 3 y 5, vivienda 7, vivienda 8, vivienda tipo
C: 9-14 y la vivienda 15. Todas las casas tienen una altura
de 6.6 m, su distribución arquitectónica es planta baja,
planta alta y la losa inaccesible (cubiertas impermeables)
como se indica en la Figura 1 y en el Anexo-Figura 2.
Figura 1.
Provincia Azuay, cantón Cuenca, parroquia Nulti, zona de es-
tudio Challuabamba.
El sistema de alcantarillado es combinado, es decir,
conuyen caudales de aguas residuales y pluviales, el diá-
metro de la tubería principal es de 300 mm, y material
PVC, la longitud es de 81.5 m y tiene una pendiente del
1%, además cuenta con acometidas domiciliarias y de su-
mideros, con diámetro de 200 mm y material de PVC.
94
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
Nota: tubería colectora: alcantarillado combinado de PVC
300 mm (color amarillo), ramales de descarga: acometidas
domiciliarias (color amarillo) y sumideros de PVC 200 mm
(color verde). Elaborado por autores.
2.2. METODOLOGÍA
En este acápite se analizó la determinación del caudal,
basado en una dotación de 120 litros por habitante por
día, dado que se trata de una zona en proceso de urba-
nización sin variabilidad o crecimiento poblacional sig-
nicativo, la población asignada para el cálculo se de-
terminó de acuerdo con la densidad poblacional de la
ciudad. Dado que el sistema de alcantarillado es combi-
nado, para determinar el caudal sanitario se consideró el
caudal de inltración, de conexiones ilícitas y doméstico,
y se obtuvo el caudal sanitario total de 2.385 lt/s, en cam-
bio para determinar el caudal pluvial el diseñador con-
sideró el método racional, en función del coeciente de
escorrentía, la intensidad de lluvia y el área de drenaje de
la cuenca, obteniendo un valor de 105,86 l/s.
Con los caudales descritos se evaluó el diseño de la
red de alcantarillado combinado con un diámetro comer-
cial de 300 mm en la red principal, a esta descargan las
aguas provenientes de las viviendas con un diámetro co-
mercial de 200 mm.
El diseño consideró dos pozos para el mantenimien-
to y cambios de pendiente, como se observa en la Figura
5, que inicia en el costado derecho de la vía de la urbaniza-
ción y el otro está ubicado a 81.5 metros, esto de acuerdo a
la normativa de diseño nacional Norma CO 10.7-602 [12].
2.2.1. Intensidad - Curvas IDF
Para el análisis hidrológico, se seleccionó tormentas sintéti-
cas con base en las curvas IDF de la estación meteorológica
M0067 Cuenca-Aeropuerto, siguiendo las recomendacio-
nes del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología
[10], que proporciona las siguientes ecuaciones para el cál-
culo de intensidades máximas de precipitación.
i = 201.93 * T0.1845 * t-0.4926 (5<60) (1)
i = 1052.78 * T0.1767 * t-0.892 (60<1440) (2)
Donde i es la intensidad de la lluvia de diseño (mm/h),
T es el periodo de retorno (años) y t es el tiempo de du-
ración (min).
A partir de las curvas IDF se consideraron periodos
de retorno de 2, 5, 10, 25 y 50 años. La obtención de las
intensidades para cada periodo de retorno, cada 5 minu-
tos de análisis, permitió la construcción del hietograma
de diseño, utilizando el método de bloque alterno para
duraciones de 10 min, 1 hora, 3 horas, 6 horas, 12 ho-
ras y 24 horas.
Este proceso implicó organizar los valores de intensi-
dad parcial de la precipitación obtenidos en función del
tiempo. Para lograr esto, los valores de intensidad de pre-
cipitación parcial se ordenaron desde los más bajos en
los extremos hasta los más altos en el centro. Esta técni-
ca de alternancia garantizó una representación adecuada
de la variabilidad espacial de la precipitación en el análi-
sis hidrológico. La intensidad parcial alternada se ingre-
só en el soware SWMM en función de los intervalos de
tiempo de 5 minutos, cubriendo así el periodo comple
-
to de las duraciones de acuerdo a los eventos de precipi-
tación descritos.
2.2.2. Conguración del modelo en el soware SWMM
Se utilizó el soware SWMM para modelar tanto el siste-
ma de alcantarillado actual como los escenarios propues-
tos con techos verdes.
En SWMM, el modelado de un sistema de alcantari-
llado se realiza congurando primero la red de nodos y
tuberías que forman el sistema. Cada nodo y tubería se
dene con propiedades físicas como elevación, tipo de
conexión y características como diámetros, material y
rugosidad. Se establecen condiciones iniciales de borde
que afectan el comportamiento del sistema, como nive-
les de agua iniciales y entrada de caudal sanitario. Luego,
SWMM realiza el análisis hidráulico simulando el ujo de
agua a través de la red, calculando variables como velo-
cidades y niveles de agua. Estas simulaciones fueron fun-
damentales para evaluar el comportamiento hidráulico
(ver Anexo-Figura 3).
El primer escenario fue el diseño tradicional incor-
porando los hietogramas para cada duración 10 min, 1
hora, 3 horas, 6 horas, 12 horas y 24 horas, con el n de
obtener los resultados de caudal con intervalos de 5 mi-
nutos y así comparar con los resultados que se obtendrán
al implementar techos verdes.
Figura 2.
Diseño Sistema de alcantarillado urbanización Ecovilla. Ela-
borado por autores.
95
Tapia B. et al.
El segundo escenario fue con la implementación de
techos verdes tipo extensivos, ya que requieren menor
mantenimiento y costo de implementación que los otros
tipos de cubiertas verdes; se conguran las propiedades
de la subárea en el menú del subcatchment ingresando el
área del techo y otros parámetros asociados como el por-
centaje de inclinación (1%), porcentaje de área impermea-
ble (75%), además la conexión al módulo de LID control
y método de estimación de la inltración que para el caso
de estudio fue con los que el soware estima como Green
y Ampt, Clásico Horton, Modicado Green y Ampt, y
Número de Curva de Inltración.
Para establecer los parámetros de techos verdes de
manera especíca en el sustrato se consideró el soware
Soil Water Characteristics [13], para la evaluación de las
propiedades del suelo margo areno-arcilloso, taxonomía
de suelos en el cantón Cuenca parte de la Clasicación
del Soil Taxonomy, que fue desarrollada y coordinada in-
ternacionalmente por el Ministerio de Agricultura de los
Estados Unidos (USDA, acrónimo (en inglés) para el Uni
-
ted States Department of Agriculture [11]. Este soware
proporciona datos detallados sobre la capacidad de in-
ltración del suelo, la retención de agua y otros paráme-
tros relevantes. Incorporar estas propiedades del suelo en
las simulaciones permitió una evaluación más precisa del
rendimiento de sustratos y su impacto en la gestión del
agua pluvial.
Los parámetros utilizados para la simulación del te-
cho verde se indican en la Tabla 1.
Para los escenarios de simulación se utilizaron cuatro
modelos hidrológicos de inltración, que propone el sof-
tware SWMM, considerando los siguientes parámetros de
acuerdo a las condiciones de la zona de estudio (Tabla 2).
Esta simulación permitió una evaluación de los sis-
temas de alcantarillado para escenarios de 10 minu-
tos, 1 hora, 3 horas, 6 horas, 12 horas y 24 horas, lo que
Tabla 1.
Parámetros utilizados en soware SWMM para techos verdes
Parámetro Valor Descripción
Sustrato supercial
Altura supercial 50 mm
Reejar la presencia de suculentas, plantas comúnmente
utilizadas en techos verdes extensivos.
Fracción de volumen de ve-
getación
0.1 Indica la densidad de la vegetación en relación con el volu-
men total del sustrato.
Rugosidad de Manning 0.05 Representa la resistencia supercial del sustrato.
Pendiente 1% Relación altura y longitud.
Suelo
Espesor 75 mm Indica la profundidad del suelo utilizado en el techo verde.
Porosidad 0.46 Representa el volumen de espacios porosos en el suelo.
Capacidad de campo 0.25 Indica el contenido de agua del suelo cuando todos los po-
ros están llenos.
Punto de marchitez 0.11 Indica el contenido de humedad del suelo por debajo del
cual las plantas no pueden extraer agua con facilidad.
Conductividad hidráulica 2.5 mm/h Indica la capacidad de drenaje del suelo.
Succión 88.9 mm/h Señala la capacidad de almacenamiento del suelo en fun-
ción de la tensión supercial del agua.
Pendiente de conductividad 5 Hace referencia a cómo el suelo absorbe y drena el agua.
Material de dre-
naje
Espesor 25 mm Indica la profundidad del material utilizado.
Fracción de vacío 0.7 Representa el espacio disponible para que el agua uya a
través del material de drenaje.
Rugosidad 0.3 Reeja la irregularidad de la supercie del material de dre-
naje, que afecta la velocidad de ujo del agua a través del
sistema.
96
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
proporcionó información valiosa para comprender el im-
pacto de la implementación de techos verdes en el dimen-
sionamiento del sistema y su comportamiento hidráulico.
3. Resultados y discusión
Al realizar el análisis del método de bloque alterno, de
acuerdo a las curvas IDF, se obtienen los hietogramas
para periodos de retorno de 2, 5, 10, 25 y 50 años. A con-
tinuación, se presentan las grácas para un periodo de
retorno de 10 años, ya que según normativa nacional e
internacional es el tiempo recomendado de acuerdo al
área y grado de protección del sistema.
Figura 3.
Hietogramas de diseño, método de bloque alterno (período
de retorno 10 años).
Tabla 2.
Parámetros utilizados en soware SWMM para modelos de inltración en los techos verdes
Método Parámetro Valor Descripción
Green AMPT/ Modi-
cado Green AMPT
Altura de succión 220 mm Valor medio de la capacidad de succión capilar del suelo a
lo largo del frente mojado [14].
Conductividad 1.52 mm/h Conductividad hidráulica del suelo completamente satura-
do [14].
Décit inicial 0.154 Diferencia entre la porosidad del suelo y la humedad ini-
cial [14].
Horton
Tasa inltración máxima 25 mm/h Tasa máxima de inltración en la curva de
Horton (mm/h o in/h) [14].
Tasa inltración mínima 1.52 mm/h Es equivalente a la conductividad hidráulica del suelo satu-
rado [14].
Constante de decaimiento 4 Constante de decaimiento del índice de
inltración para la curva de Horton (1/seg.) [14].
Tiempo de secado 7 días Tiempo necesario (en días) para que un suelo completa-
mente saturado se seque [14].
Volumen máximo 0.296 Máximo volumen de inltración posible (0 si no es aplica-
ble) [14].
Número de Curva
Número de curva 90 Este es el número de curva del SCS [14].
Conductividad 1.52 mm/h Conductividad hidráulica del suelo completamente satura-
do [14].
Tiempo de secado 7 días Tiempo necesario (en días) para que un suelo completa-
mente saturado se seque [14].
97
Tapia B. et al.
Se ha considerado las duraciones de tormentas de 1,
3, 6 y 12 horas; se descartó los valores de 10 minutos, ya
que de acuerdo al análisis que presentan las ecuaciones
del INAMHI, es válido desde 5 minutos y en el análisis
para el bloque alterno se hizo desde tiempo 0 hasta 10
minutos con intervalos de 5 segundos, por lo que no se
recomienda continuar con el análisis. Adicional, el hie-
tograma de 24 horas arrojó valores de error superiores al
10% en el soware SWMM, razón por la cual se descarta
también esta duración.
En la Figura 3 se observa que las precipitaciones tie-
nen un valor máximo de 11.65 mm. A medida que se am-
plía la duración de la tormenta, tanto los valores iniciales
como los nales de las precipitaciones tienden a reducir-
se. Esto se debe a que, aunque las tormentas más cortas
son más intensas, el volumen total de agua aumenta con
la duración. Por ejemplo, la precipitación acumulada es
de 41.09 mm en una hora, incrementándose a 53.60 mm
en un período de 12 horas.
Con base en los modelos hidrológicos de inltración
analizados, considerando el periodo de retorno de 10 años
y las duraciones de tormentas mencionadas se obtienen
los hidrogramas a la salida del sistema de alcantarillado.
Figura 4.
Hidrogramas - Periodo de retorno de 10 años.
98
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
En la Figura 4 se presenta los hidrogramas contem-
plando el tradicional y los techos verdes considerando
diferentes modelos hidrológicos de inltraciones, se evi-
dencia una disminución signicativa en el caudal pico
al implementar los techos verdes por cualquiera de los
métodos de inltración, siendo el método de Núme-
ro de Curva del SCS el que mayor reducción presenta.
Sin embargo, como se muestra en la gura el tiempo de
duración de las tormentas no incide en el porcentaje de
eciencia de reducción de caudal, debido a que es una su-
percie muy pequeña de análisis donde el tránsito no es
importante, por lo tanto, el hidrograma reacciona direc-
tamente con la precipitación. Para mayor análisis se de-
talla en la Tabla 3.
En la Tabla 3 se presentan todos los tiempos de re-
torno para comparar con las duraciones de tormenta,
analizando la eciencia de los techos verdes (Número de
Curva). Se determina que, en promedio, el mayor por-
centaje de reducción del caudal se da en una tormenta
con una duración de 3 horas, alcanzando un 44,5%. Sin
embargo, al examinar cómo varía el caudal pico en fun-
ción de cada periodo de retorno, se observan pequeñas
uctuaciones sin una tendencia clara de aumento o dis-
minución signicativa. Este resultado sugiere que los te-
chos verdes son efectivos en la reducción del caudal en
una amplia gama de periodos de retorno.
Tabla 3.
Porcentaje de reducción en el caudal Techo Convencional y Techos Verdes (Modelo Número de Curva)
Período de
retorno
Caudal (l/s)
Duración de tormenta= 1
hora
Duración de tormenta= 3
horas
Duración de tormenta= 6
horas
Duración de tormenta= 12
horas
MT
(l/s)
TV
(l/s)
Por.
Red.
(%)
MT
(l/s) TV (l/s)
Por.
Red.
(%)
MT
(l/s) TV (l/s)
Por.
Red.
(%)
MT
(l/s) TV (l/s)
Por.
Red.
(%)
T=2 Años 152.2 83.5 45.1 155.4 84.6 45.6 154.3 85.6 44.5 157.9 86.7 45.1
T=5 Años 179.9 101.0 43.9 183.5 102.9 43.9 185.9 104.2 43.9 188.3 105.5 43.9
T=10 Años 210.2 117.2 44.2 214.8 119.3 44.5 217.7 120.6 44.6 220.1 121.9 44.6
T=25 Años 252.4 142.1 43.7 255.9 144.5 43.5 257.5 145.7 43.4 259.0 146.8 43.3
T=50 Años 288.8 163.1 43.5 290.6 160.0 44.9 291.6 161.3 44.7 292.4 162.7 44.4
99
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
Figura 5.
Hidrogramas duración 3 horas - Diferentes periodos de re-
torno.
En la Figura 5 se observa los hidrogramas del mode-
lo tradicional versus modelo con TV (Número de Curva)
para los diferentes periodos de retorno en una duración
de tres horas, en donde se aprecia la reducción del cau-
dal pico en todos los eventos analizados, el porcentaje de
reducción oscila de 43.5% al 44.9%, siendo el mayor para
50 años, no es un resultado signicativo, ya que el por-
centaje de reducción aumenta el 1.4%, por lo que se pue-
de manejar diferentes periodos de retorno.
Además del caudal pico, también se ha realizado el
análisis de otros parámetros que son importantes en el
diseño de sistema de alcantarillado, como son el calado y
la velocidad en las tuberías.
En la Tabla 4 se observa una reducción del calado al
implementar techos verdes. Analizando los periodos de
retorno de 2, 5 y 10 años, se registran disminuciones del
31%, 17.2% y 6.9%, respectivamente. Esto se debe a que
el diámetro del tubo considerado en el proyecto fue dise-
ñado para un periodo de retorno de 10 años, permitien-
do que opere con ujo a gravedad. Sin embargo, para los
periodos de retorno de 25 y 50 años, se requiere un diá-
metro mayor, lo que explica la ausencia de una reducción
signicativa del calado en estos casos, ya que la tubería
en la simulación realizada trabaja a presión. Adicional,
se observa que las cubiertas verdes pueden ralentizar el
caudal de las aguas pluviales en comparación con las cu-
biertas convencionales. Para una tormenta con un perio-
do de retorno de 2 años, se estimó una disminución del
20% en la velocidad del ujo. En el caso de un periodo
de retorno de 50 años, los techos verdes muestran una
reducción en la velocidad del ujo del 45.7% en compa-
ración con los techos convencionales. Esta reducción en
la velocidad del ujo se debe a la disminución del caudal
pico lograda mediante la implementación de techos ver-
des, ya que la velocidad del ujo está directamente rela-
cionada con el caudal.
Tabla 4.
Parámetros de calado, velocidad y capacidad de tuberías en una duración de tormenta de 3 horas
Período de retorno Calado (m)
Techos convencionales Techos verdes Porcentaje de reducción (%)
T=2 años 0.29 0.2 31.0%
T=5 años 0.29 0.24 17.2%
T=10 años 0.29 0.27 6.9%
T=25 años 0.29 0.29 0.0%
T=50 años 0.29 0.29 0.0%
Período de retorno Velocidad (m/s)
Techos convencionales Techos verdes Porcentaje de reducción (%)
T=2 años 2.4 1.92 20.0%
T=5 años 2.84 1.95 31.3%
T=10 años 3.33 2.06 38.1%
T=25 años 3.97 2.45 38.3%
T=50 años 4.51 2.45 45.7%
100
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
4. Conclusiones
En conclusión, la implementación de cubiertas verdes
en la urbanización Ecovilla Challuambamba en Cuenca,
Ecuador, demuestra ser una solución efectiva y sosteni-
ble para la gestión de aguas pluviales. En el análisis del
sistema de alcantarillado, se evaluaron dos escenarios:
uno con el diseño tradicional y otro con techos verdes.
Utilizando el soware SWMM, se modelaron ambos
sistemas para comparar su comportamiento hidráulico
bajo diferentes condiciones de lluvia. Los parámetros
especícos de los techos verdes se determinaron utili-
zando el soware Soil Water Characteristics del USDA,
adaptando las propiedades del suelo local. La simulación
mostró que la implementación de cubiertas verdes puede
reducir el caudal pico y mejorar la gestión del agua plu-
vial, sugiriendo que esta solución es efectiva y sostenible
para diferentes proyectos.
Los resultados indican que la instalación de techos
verdes impacta signicativamente en la atenuación del
caudal al retener el agua de las precipitaciones en su capa
vegetativa y en el sustrato en alrededor del 44.5%. Tam-
bién se evidencia una reducción en calado de 6.9%, y ve-
locidad en 38.1%. Esto puede contribuir a la gestión de
aguas pluviales en áreas urbanas al reducir la velocidad y
volumen de agua que uye directamente hacia los siste-
mas de drenaje. Al absorber y retener el agua de lluvia, los
techos verdes ayudan a mitigar el riesgo de inundaciones
urbanas al disminuir la carga de agua que podría saturar
rápidamente las alcantarillas y provocar desbordamientos.
Es importante destacar que los resultados obtenidos
varían según la frecuencia e intensidad de los eventos de
lluvia. En este artículo se ha analizado para periodos de
retorno de 2, 5, 10, 25 y 50 años y se pudo observar que
para los más críticos, 25 y 50 años, hay una reducción del
volumen al implementar techos verdes, del 60% y 57.1%,
respectivamente, lo que permitiría dimensionar tuberías
de menores diámetros.
En el análisis de los modelos de inltración se es-
cogió el número de curva que destaca por su capacidad
para estimar la inltración basado en el tipo de suelo,
la cobertura vegetal y la intensidad de la lluvia. Este
enfoque puede llevar a una gestión más ecaz de las aguas
pluviales en entornos urbanos, mitigando los riesgos de
inundaciones y mejorando la sostenibilidad ambiental.
En resumen, la falta de una regulación que hable acer-
ca de la inclusión de techos verdes no deja de fomentar
la degradación urbanística que implica, hasta el mo-
mento, incluir una solución viable para la mitigación de
inundaciones dentro de las ciudades, sucediendo que la
implementación de techos verdes no deja de ser sino un
remedio paliativo, el cual se puede ejecutar para mejorar
la situación planteada.
Se recomienda realizar estudios adicionales para eva-
luar los efectos de los techos verdes en diferentes con-
diciones climáticas y geográcas, así como su viabilidad
económica y ambiental a largo plazo. Estos datos pueden
proporcionar información valiosa para mejorar la soste-
nibilidad de las infraestructuras urbanas frente al cambio
climático y otros desafíos emergentes.
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101
Evaluación del Impacto de la Implementación de Techos Verdes en el Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Urbano
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REVISTA INGENIO
Comportamiento Sísmico y Propuesta de Reforzamiento de Edicios de Hormigón
Armado Esquineros en Portoviejo, Ecuador
Seismic Behavior and Retrotting Proposal for Reinforced Concrete Corner Buildings in
Portoviejo, Ecuador
Ronny Jahidan Jiménez Rodríguez | Universidad Técnica de Manabí- UTM, Manabí - Ecuador
Brian Jordano Cagua Gómez | Universidad Técnica de Manabí- UTM, Manabí - Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.7209 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Este estudio analiza el comportamiento sísmico de edicios esquineros de hormigón armado de me-
diana altura (4 pisos) en Portoviejo, Ecuador, y propone un método de reforzamiento que combina
pórticos de acero con diagonales excéntricas y enchapado de mampostería. Mediante un levantamiento
in situ, se identicaron las características geométricas y arquitectónicas típicas de estas edicaciones, y
se desarrolló un modelo estructural representativo al que se aplicaron cinco enfoques de modelación
para evaluar su respuesta sísmica. Los resultados demuestran que la inclusión de la mampostería en los
cálculos estructurales modica signicativamente la rigidez del sistema. El mecanismo de reforzamiento
propuesto mejora la distribución de rigideces, mitiga los efectos de torsión y reduce la demanda de acero
en elementos de hormigón, incrementando la seguridad y estabilidad de las edicaciones. Aunque el
enfoque cumple con los límites normativos establecidos y presenta una solución ecaz para mejorar la
resistencia y rigidez lateral de las estructuras, es esencial evaluar la proporción óptima entre la cantidad
de muros reforzados y el aporte de las diagonales de acero. Además, se recomienda realizar comproba-
ciones mediante análisis no lineales para determinar el impacto de emplear dos sistemas estructurales en
la respuesta estructural y prevenir posibles problemas en el comportamiento inelástico.
is study analyzes the seismic behavior of medium-rise (4-story) corner reinforced concrete buildings in
Portoviejo, Ecuador, and proposes a retrotting method that combines steel frames with eccentric bracing
and masonry overlays. rough an in-situ survey, the typical geometric and architectural characteristics of
these buildings were identied, and a representative structural model was developed, to which ve mode-
ling approaches were applied to evaluate the seismic response. e results demonstrate that incorporating
masonry in structural calculations signicantly modies the stiness of the system. e proposed retro-
tting mechanism enhances the stiness distribution, mitigates torsional eects, and reduces the required
steel reinforcement in concrete elements, thereby increasing the safety and stability of buildings. Although
this approach complies with established regulatory limits and presents an eective solution to enhance the
lateral strength and stiness of structures, it is essential to evaluate the optimal proportion between the
number of reinforced walls and the contribution of steel eccentric braces. Furthermore, it is recommended
to conduct verications using nonlinear analyses to determine the impact of employing two structural
systems on the structural response and to prevent potential issues with inelastic behavior.
Recibido: : 16/9/2024
Recibido tras revisión: 9/10/2024
Aceptado: 21/10/2024
Publicado: 03/01/2025
Comportamiento sísmico, edicios es-
quineros, reforzamiento estructural, pór-
ticos de acero, mampostería.
Seismic behavior, corner buildings, struc-
tural retrotting, steel frames, masonry.
1. Introducción
Los terremotos han sido responsables de devastadoras
pérdidas humanas y económicas a lo largo de la histo-
ria, afectando regiones con alta actividad sísmica en todo
el mundo. América Central y del Sur, por su ubicación
geográca, están particularmente expuestas a este tipo
de desastres naturales [1]. En este contexto, Ecuador,
ubicado en el cinturón de fuego del Pacíco, es una de
las regiones con mayor actividad sísmica, debido prin-
cipalmente a las fuentes sísmicas de subducción (inter-
placa e intraplaca) y fuentes corticales superciales [2].
El país ha experimentado eventos sísmicos signicativos
que han resultado en considerables daños materiales y
humanos, como el terremoto de Pedernales del 16 de
abril de 2016 [3].
Entre los efectos más críticos del movimiento sís-
mico se encuentra la torsión en edicios, un fenómeno
103
Comportamiento Sísmico y Propuesta de Reforzamiento de Edicios de Hormigón Armado Esquineros en Portoviejo, Ecuador
(4 pisos) en Portoviejo, Ecuador, y cómo se ven afectadas
estas estructuras por el reforzamiento mediante pórticos
de acero con arriostramientos excéntricos y enchapado
de mampostería bajo cargas sísmicas? El objetivo prin-
cipal de esta investigación es evaluar el comportamiento
sísmico de dichas estructuras y proponer estrategias de
rehabilitación que mejoren su resiliencia frente a even-
tos sísmicos.
La alta sismicidad de Portoviejo, sumada a la preva-
lencia de construcciones informales, aumenta conside-
rablemente los niveles de vulnerabilidad sísmica en la
ciudad. Una de las formas más efectivas de mitigar esta
vulnerabilidad es a través de la implementación de alter-
nativas de reforzamiento estructural que cumplan con los
requisitos mínimos establecidos por la norma de cons-
trucción sismo resistente del país (NEC). En Ecuador, es
común el uso de pórticos duales como sistemas de resis-
tencia a cargas laterales; estos pórticos combinan elemen-
tos resistentes a momentos con diagonales que pueden ser
concéntricas o excéntricas, según las especicaciones del
arquitecto o ingeniero responsable [10].
Entre las técnicas de reforzamiento, los pórticos con
arriostramientos excéntricos, particularmente la viga en-
lace o eslabón de cortante, juegan un papel crucial como
primera línea de defensa en la estructura; su capacidad
inuye directamente en el desempeño del resto de los
elementos estructurales [11]. Estudios previos han de-
mostrado que los edicios que incorporan pórticos con
arriostramientos excéntricos (EBF) ofrecen una combi-
nación de alta rigidez en el rango elástico con excelente
ductilidad y capacidad de disipación de energía en el ran-
go inelástico [12].
Por otro lado, el enchapado de mampostería se pre-
senta como un mecanismo de reforzamiento que incre-
menta la rigidez de los pórticos ante cargas laterales y
aumenta la resistencia general de la estructura [13]. Este
sistema ha sido implementado con éxito en varios paí-
ses de Latinoamérica, como México, Argentina y Perú,
demostrando un comportamiento ecaz frente a cargas
laterales. Investigaciones respaldan que este método de
rehabilitación, cuando se aplica correctamente, no solo
aumenta la resistencia ante cargas laterales, sino que tam-
bién incrementa la rigidez remanente, la capacidad de de-
formación y la disipación de energía de la estructura [14].
El objetivo es mejorar la capacidad de resistencia y rigi-
dez de estos edicios ante eventos sísmicos, minimizan-
do los daños y asegurando la seguridad de los ocupantes.
La escasez de estudios especícos sobre el comporta-
miento sísmico de edicios esquineros de mediana altura
en Portoviejo, junto con la falta de técnicas de reforzamien-
to adecuadas, subraya la necesidad de esta investigación.
Comprender mejor cómo se comportan estas estructuras
durante los sismos y evaluar la ecacia de los sistemas de
reforzamiento propuestos permitirá establecer pautas y re-
comendaciones prácticas para el diseño y construcción de
particularmente destructivo en construcciones esquine-
ras. La distribución irregular de las paredes de mampos-
tería en planta provoca una desigualdad en la rigidez del
sistema estructural [4], lo que da lugar a vibraciones tor-
sionales amplicadas que incrementan la vulnerabilidad
estructural [5]. Estudios previos han documentado este
problema en diversos sismos, como el de Puebla en 2017 y
el de Michoacán en 1985, donde un alto porcentaje de los
edicios esquineros colapsaron debido a la combinación
de torsión y debilidad en los pisos inferiores [5].
El sismo de magnitud Mw=7.1 ocurrido en Puebla,
México, el 19 de septiembre de 2017, ilustra claramen-
te este problema. Este sismo, de tipo intraplaca, con una
profundidad de 57 km, afectó gravemente a las estruc-
turas en la región. De las 270 edicaciones evaluadas, el
25.9% eran edicios esquineros, y se observó que la ma-
yoría de ellos presentaban muros de mampostería en dos
de sus lados perimetrales, lo que exacerbó los efectos de
torsión [6].
De manera similar, el terremoto de Michoacán, Mé-
xico, ocurrido el 19 de septiembre de 1985, sigue siendo
uno de los eventos más instructivos en la historia de la
ingeniería sísmica mundial, no solo en México. En este
evento, se observó una alta incidencia de fallas en edicios
esquineros, debido a la combinación de torsión y debili
-
dad en los pisos inferiores. Del total de colapsos registra
-
dos en la Ciudad de México, más del 40% correspondió a
edicios en esquina, que fallaron por el efecto combina-
do de torsión y piso débil [7].
La ciudad de Portoviejo, Ecuador, situada en una re-
gión de alta sismicidad dentro del cinturón de fuego del
Pacíco, enfrenta un riesgo considerable debido a la ele-
vada vulnerabilidad de sus estructuras. El terremoto de
Pedernales, ocurrido el 16 de abril de 2016, evidenció esta
fragilidad al provocar el colapso de numerosas construc-
ciones ubicadas en esquinas de calles [8], especialmente
aquellas con amplias aberturas en sus fachadas que redu-
jeron su rigidez estructural [9]. En un contexto donde las
zonas costeras de Sudamérica han sido testigos de eventos
sísmicos intensos, la importancia de desarrollar solucio-
nes efectivas de reforzamiento para mejorar la resiliencia
de estas estructuras es crucial. A pesar del creciente in-
terés en el comportamiento sísmico de edicaciones en
diversas partes del mundo, persiste una signicativa bre-
cha de conocimiento en lo que respecta a los edicios
esquineros de hormigón armado de mediana altura en
Portoviejo, así como en las alternativas de reforzamiento
adecuadas para mitigar su vulnerabilidad. Esta investiga-
ción se propone abordar esta brecha mediante el análisis
detallado del comportamiento sísmico de dichas estruc-
turas y se presenta una propuesta de estrategias de reha-
bilitación efectivas.
La pregunta central que guía este estudio es: ¿Cuál
es el comportamiento sísmico esperado de las edicacio-
nes de hormigón armado esquineras de mediana altura
104
Jiménez R. y Cagua B.
edicaciones más seguras y resilientes en Portoviejo y en
otras áreas con riesgo sísmico elevado. Esta investigación
contribuirá al avance del conocimiento en el campo de la
ingeniería sísmica, proporcionando una base para la toma
de decisiones en cuanto a la protección y reforzamiento de
edicios de hormigón armado esquineros de mediana altura.
2. Método
2.1 LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN Y SELEC
CIÓN DEL CASO DE ESTUDIO
Este estudio se enfoca en el análisis cuantitativo del com-
portamiento sísmico de un arquetipo representativo de
edicios esquineros de mediana altura (4 pisos) en la ciu-
dad de Portoviejo, Ecuador. Se realizó un levantamiento de
datos in situ para identicar las características geométricas
y arquitectónicas clave de las edicaciones representativas.
Se emplearon herramientas de medición y registro foto-
gráco para documentar la distribución arquitectónica,
las secciones transversales de los elementos estructurales
y otros detalles relevantes. Algunas de estas edicaciones
esquineras en Portoviejo se ilustran en la Figura 1.
Figura 1.
Tipología de edicios esquineros ubicados en la ciudad de
Portoviejo.
El arquetipo seleccionado, ubicado en una esquina de
una zona céntrica entre la avenida Manabí y la avenida
Quito, fue elegido por su representatividad en términos
de tipología arquitectónica y estructural, típicamente uti-
lizada para nes comerciales. El edicio se caracteriza por
tener una planta baja de mayor altura y aberturas signi-
cativas en los lados que dan a las vías, lo que genera una
distribución inadecuada de rigidez. Este arquetipo fue
modelado y analizado para evaluar su respuesta sísmica.
2.2. MODELADO COMPUTACIONAL
La edicación seleccionada para el análisis es de hormi-
gón armado y consta de cuatro niveles. La planta baja
tiene una altura de 3.50 m, mientras que los pisos su-
periores tienen una altura de 2.80 m. La estructura está
conformada por pórticos con cuatro vanos de 4.50 m en
la dirección X y tres vanos de 4.50 m en la dirección Y.
Las losas alivianadas tienen un espesor de 0.20 m, las vi-
gas tienen secciones de 0.30 m x 0.40 m, y las columnas
poseen una sección transversal de 0.40 m x 0.40 m (ver
Figura 2). Las cargas consideradas en el análisis estruc-
tural incluyen una carga permanente de 0.28 tonf/m² y
una carga temporal de 0.07 tonf/m² en la cubierta, una
carga permanente de 0.28 tonf/m² y una carga temporal
de 0.25 tonf/m² en las losas de entrepiso.
Figura 2.
Edicación sin reforzar: a) modelo tridimensional; b) vista en eleva-
ción; c) vista en planta; d) sección transversal de vigas y columnas.
a)
b)
105
Comportamiento Sísmico y Propuesta de Reforzamiento de Edicios de Hormigón Armado Esquineros en Portoviejo, Ecuador
En este estudio se realiza un análisis tridimensional de
la edicación, utilizando varios modelos estructurales. El
primer modelo representa la estructura sin reforzar, don-
de las columnas y vigas se modelan mediante elementos
tipo barra (frame), y las losas se representan con elemen-
tos bidimensionales tipo placa (shell). El segundo mo-
delo considera la misma estructura, pero incorpora la
mampostería de relleno, modelada también con elemen-
tos tipo shell, para capturar su contribución a la rigidez
y su inuencia en el comportamiento estructural. Pos-
teriormente, se desarrollará un tercer modelo que inte-
gra el esquema de reforzamiento propuesto, incluyendo
mamposterías enchapadas y la adición de pórticos exter-
nos de acero con diagonales excéntricas (modelados como
frame), con el objetivo de evaluar su efecto en la mejora
del comportamiento sísmico. Este enfoque se detalla más
adelante en el artículo. Los modelos estructurales desa-
rrollados intentan representar elmente las característi-
cas mecánicas y geométricas de los edicios esquineros
en la ciudad de Portoviejo, y los primeros enfoques se
presentan para que el lector pueda apreciar cómo la in-
clusión de la mampostería afecta el análisis y modica el
comportamiento estructural. Las aberturas de puertas y
ventanas en las paredes de mampostería no fueron con-
sideradas en el presente estudio ya que introduce una se-
rie de complicaciones adicionales al modelado [15]with
one solid wall and three walls with openings bounded by
reinforced-concrete (RC, las cuales exceden el alcance del
presente trabajo.
El modelado computacional de los elementos de hor-
migón armado se realizó siguiendo las directrices de la
NEC SE CG, DS y HM (2015) [16], [17], [18], teniendo en
cuenta los efectos de agrietamiento en los elementos es-
tructurales. Estas consideraciones se aplicaron en función
de las recomendaciones establecidas para el análisis sísmi-
co de estructuras de hormigón armado, asegurando que
la rigidez efectiva de los elementos reeje adecuadamen-
te la presencia de agrietamientos.
El análisis estructural se llevó a cabo utilizando un en-
foque de análisis lineal elástico, implementando métodos
simplicados de análisis estático equivalente y modal es-
pectral. Este enfoque permite evaluar las respuestas sísmi-
cas bajo condiciones simplicadas (ver espectro inelástico
en la Figura 3), proporcionando una visión general del
comportamiento de la estructura durante eventos sísmi-
cos sin considerar la no linealidad material o geométrica
y asumiendo condiciones estáticas. El propósito de este
análisis es comparar las derivas inelásticas, la distribución
de fuerzas y vericar la resistencia de los elementos es-
tructurales. Estas metodologías tradicionales ofrecen un
punto de partida para evaluar tanto la condición original
de la edicación como la propuesta de reforzamiento, per-
mitiendo un análisis preliminar efectivo antes de abordar
análisis más complejos o detallados en un futuro trabajo.
2.3. ESPECTRO DE DISEÑO
La aceleración espectral se determinó utilizando el es-
pectro de diseño establecido por la NEC-SE-DS (2015)
[17]. La edicación se considera emplazada en una zona
con suelo clasicado como M4, según la microzonica-
ción sísmica de la ciudad de Portoviejo [19], lo que co-
rresponde a un suelo tipo D de acuerdo con la velocidad
de onda de corte indicada en la norma nacional [17]. A
continuación, se presentan los factores debido al tipo de
suelo y zona sísmica (Fa , Fd y Fs) , junto con otros pará-
metros utilizados en el análisis, en la Tabla 1.
106
Jiménez R. y Cagua B.
La Figura 3 muestra el espectro de diseño para el si-
tio de análisis, destacando tanto el espectro elástico (en
azul) como el inelástico (en rojo).
Figura 3.
Espectro de Diseño para el sitio de análisis.
2.4. ANÁLISIS SÍSMICO DEL EDIFICIO SIN REFORZAR
El análisis sísmico del edicio sin reforzar se llevó a cabo
utilizando un programa computacional basado en el mé-
todo de elementos nitos. Tradicionalmente, este tipo de
análisis en la práctica de ingeniería no incluye la rigidez
proporcionada por la mampostería, considerando única-
mente su peso [20]. Sin embargo, en este estudio se inte-
graron las propiedades de rigidez de la mampostería no
enchapada, lo que permitió una evaluación más realista
del comportamiento sísmico de la estructura. Las pro-
piedades físico-mecánicas de la mampostería empleadas
en el análisis computacional se presentan en la Tabla 2,
adaptadas de [21].
Tabla 2.
Propiedades de la mampostería de relleno (no enchapada).
Parámetros de la mampostería no enchapada
f´m 8.77 kgf/cm2
Em 2347.69 kgf/cm2
2.5. PROPUESTA DE REFORZAMIENTO
El esquema de reforzamiento propuesto combina pór-
ticos de acero con diagonales excéntricas y enchapado
de mampostería, ambos seleccionados para incrementar
signicativamente la rigidez lateral en ambas direcciones
de la planta, tanto longitudinal como transversal, sin de-
pender de los elementos estructurales existentes. Tanto
los pórticos con diagonales excéntricas como el enchapa-
do de mampostería incrementan la capacidad de carga y
rigidez del edicio sin aumentar sustancialmente las car-
gas sobre la estructura. Al concentrar el reforzamiento en
los pórticos perimetrales, se logra una intervención mí-
nima que refuerza ecazmente el edicio, manteniendo
su estabilidad sin sobrecargar los elementos originales.
La Figura 4 muestra la conguración del reforzamien-
to propuesto, incluyendo la disposición de los pórticos
de acero con diagonales excéntricas y el enchapado de
mampostería, resaltando su implementación en los pór-
ticos perimetrales.
Dentro del esquema de reforzamiento propuesto, se
emplean dos estrategias clave: el uso de diagonales ex-
céntricas en los tramos A2-A3 y B1-C1 y el enchapado
de mampostería en B4-C4 y E2-E3 (ver Figura 2), cada
una con sus propias ventajas estructurales y arquitectóni-
cas. Las diagonales excéntricas, ubicadas en los pórticos
de las fachadas, ofrecen una ventaja arquitectónica signi-
cativa, ya que permiten la disposición de puertas y ven-
tanas sin comprometer la continuidad de los elementos
estructurales, lo que es esencial para el diseño y la fun-
cionalidad del edicio [22]. Por otro lado, el enchapado
de mampostería en los pórticos perimetrales se realiza sin
afectar de manera signicativa la arquitectura del edi-
cio, ya que no tiene implicaciones relevantes en la dispo-
sición de los elementos arquitectónicos como puertas y
ventanas. Este sistema consiste en recubrir la mamposte-
ría con una malla de acero jada mediante conectores y
revestirla con hormigón de baja resistencia, lo que incre-
menta la rigidez lateral de la estructura sin interferir con
el diseño arquitectónico [14].
La Figura 4 muestra la conguración estructural de
la edicación reforzada, destacando los pórticos de ace-
ro y sus secciones transversales. El reforzamiento de las
paredes de mampostería se lleva a cabo mediante en-
chapado, utilizando una malla de acero con varillas de 8
mm de diámetro, separadas 10 cm en ambas direcciones
(fy=5.000 kg/cm2), y jadas con conectores de 12 mm
Tabla 1.
Factores de sitio y parámetros utilizados en el espectro de diseño.
Perl Zona Sísmica Fa Fd Fs Z r η Ct hn
mα I R ØP ØEx ØEy
D 6 1.12 1.11 1.40 0.5 1 1.8 0.055 11.9 0.9 1 6 1 1 1
107
Comportamiento Sísmico y Propuesta de Reforzamiento de Edicios de Hormigón Armado Esquineros en Portoviejo, Ecuador
anclados a una profundidad de 10 cm y separación cada
20 cm. La malla se coloca a 5 cm de la pared y se recubre
con un hormigón de resistencia fc = 140 kgf/cm2, apli-
cando un espesor de 10 cm, ya que el enchapado se reali-
za únicamente en una cara de la pared.
La Tabla 3 presenta los parámetros de la mamposte-
ría enchapada empleados, obtenidos de la investigación
realizada por Maldonado y Pozo [21].
Tabla 3.
Propiedades de la mampostería enchapada
Parámetros de la mampostería enchapada
f´m 41.81 kgf/cm2
Em 9606.95 kgf/cm2
En los modelos, los pórticos de acero utilizados para
el reforzamiento estructural se conectan a los pórticos
de hormigón de la estructura original mediante elemen-
tos rígidos. El análisis y diseño detallado de estas cone-
xiones no se incluye en el alcance del presente estudio.
Sin embargo, es fundamental que estas conexiones sean
diseñadas bajo los principios de diseño por capacidad,
para asegurar que las conexiones permanezcan elásticas
y permitan que los pórticos de acero cumplan su función
de refuerzo sin comprometer la integridad estructural.
Estudios recientes han explorado diversos métodos para
mejorar el desempeño sísmico de pórticos de hormigón
armado (HA) mediante el refuerzo con pórticos de acero
[23], [24], [25], [26]. Ecemis et al. (2021) [27] investiga-
ron la incorporación de pórticos de acero externos en las
esquinas de los edicios, mostrando que estas congura-
ciones aumentan signicativamente tanto la rigidez late-
ral como la capacidad de carga. De manera similar, Cao
et al. (2021) [28]namely, post-tensioned precast bolt-con-
nected steel-plate reinforced concrete frame (PT-PBSPC
frame desarrollaron un marco innovador de acero pre-
tensado con placas atornilladas prefabricadas, lo que me-
joró el comportamiento sísmico gracias a un ensamblaje
eciente y elementos pretensados. Maheri y Hadjipour
(2003) [29] examinaron conexiones de arriostres a escala
real, conrmando que estas conexiones pueden diseñarse
exitosamente utilizando las disposiciones actuales de los
códigos para estructuras de acero y concreto.
Se analizaron dos alternativas adicionales de reforza-
miento para evaluar el impacto de incrementar el número
de paredes enchapadas. En el modelo denominado “Re-
fuerzo 2”, se aplicó el enchapado de mampostería en todos
los vanos tanto en la dirección X como en la dirección Y,
especícamente en los ejes 4 y E, respectivamente. En el
“Refuerzo 3”, se enchaparon tres vanos en la dirección X
—denominados desde A4 hasta D4— y tres vanos en la
dirección Y del eje E. En ambos casos, no se modicaron
las dimensiones de las paredes ni de los enchapados, y se
mantuvieron las secciones de los pórticos de acero, con
el propósito de aislar el efecto especíco del incremento
en las paredes enchapadas.
En este estudio, la mampostería de relleno se modeló
utilizando elementos tipo shell, lo que permitió capturar
de manera más detallada el comportamiento de las pa-
redes [30]. Si bien el modelo de puntal equivalente es un
enfoque popular y computacionalmente eciente para re-
presentar las paredes de relleno, evitando la complejidad
del modelado detallado de elementos nitos y capturan-
do los efectos generales de resistencia, rigidez y disipación
de energía [31], el uso de elementos shell en este caso fue
más adecuado para reejar la interacción entre el relleno
y el marco. Aunque el modelo de puntal es útil para aná-
lisis no lineales y grandes edicaciones, como lo indican
Brodsky (2021) [32](2013) [33], su precisión depende en
gran medida de denir correctamente las propiedades del
puntal y puede omitir factores importantes como la rigi-
dez exional de las vigas [30], [34], [35].
La elección entre elementos tipo shell y puntales
equivalentes depende del nivel deseado de precisión y
eciencia computacional. Para resultados más precisos,
especialmente con aberturas en las paredes, los elemen-
tos tipo shell pueden ser preferidos, mientras que los pun-
tales equivalentes ofrecen un enfoque más simple para el
análisis general y consideraciones de diseño [36], [37].
3. Resultados y discusión
3.1. ANÁLISIS MODAL
En la Tabla 4 y Figuras 5 y 6, se presentan los resulta-
dos del análisis modal, que incluyen los períodos de vi-
bración, la participación de masas y las formas modales
de cada sistema estructural: el sistema de pórticos sin
considerar la mampostería, el sistema de pórticos sin re-
forzar que sí considera la mampostería, y la edicación
reforzada. El análisis revela que el sistema de pórticos sin
mampostería, diseñado según las prácticas convenciona-
les, muestra un comportamiento que inicialmente parece
adecuado. Sin embargo, al incluir la mampostería en el
análisis, se observa un cambio signicativo en la matriz
de rigidez de la estructura, lo que provoca efectos de tor-
sión que no se contemplan en el diseño original (ver RZ
en la Tabla 4).
Los períodos correspondientes a los tres primeros
modos de vibración son mayores en los sistemas sin re-
forzar (con y sin mampostería) en comparación con el sis
-
tema reforzado con mampostería enchapada y diagonales
excéntricas. Esto evidencia un aumento considerable en la
rigidez de la edicación debido al reforzamiento aplicado,
108
Jiménez R. y Cagua B.
Figura 4.
Edicación reforzada: a) modelo tridimensional mostrando las diagonales excéntricas; b) modelo tridimensional mostrando el
enchapado de mampostería.
109
Jiménez R. y Cagua B.
reduciendo la exibilidad estructural y mejorando la ca-
pacidad de respuesta ante cargas sísmicas.
Figura 5.
Análisis modal, periodos de la edicación de los diferentes
casos.
3.2. ANÁLISIS DE DERIVAS
En esta sección se presentan los resultados de las derivas
obtenidas mediante el análisis estático equivalente lineal
(sismo en X y sismo en Y o SX y SY, respectivamente)
y el análisis dinámico lineal (espectral en X y espectral
en Y). Como se muestra en la Figura 7, al aplicar el re-
forzamiento al sistema estructural mediante enchapado
de mampostería y diagonales excéntricas, se observa una
notable reducción en los efectos de torsión, que son co-
munes en edicaciones abiertas o esquineras. Además,
la participación de la dirección ortogonal en la respues-
ta estructural se vuelve insignicante, lo que indica una
mejora en el comportamiento estructural. Los resultados
muestran que el reforzamiento propuesto mejora signi-
cativamente el comportamiento estructural, reduciendo
las derivas y los efectos de torsión, como se ilustra en la
Figura 7.
Tabla 4.
Periodos de vibración y participación modal correspondiente a los tres primeros modos.
Caso de estudio Modo Periodo UX UY RZ
segundos
Pórticos
1 0.840 0% 100% 0%
2 0.824 100% 0% 0%
3 0.698 0% 0% 100%
Sin reforzar con mampostería
1 0.794 25% 54% 21%
2 0.621 63% 36% 1%
3 0.409 13% 10% 77%
Reforzado
1 0.424 0% 100% 0%
2 0.413 100% 0% 0%
3 0.268 0% 0% 100%
Reforzado 2
1 0.393 17% 69% 14%
2 0.336 72% 25% 3%
3 0.211 10% 6% 84%
Reforzado 3
1 0.393 26% 62% 12%
2 0.347 68% 31% 1%
3 0.219 6% 7% 87%
110
Jiménez R. y Cagua B.
La Tabla 5 muestra que las derivas máximas de las
estructuras cumplen con el límite del 2% establecido por
la NEC 15 en la mayoría de los escenarios analizados. El
sistema estructural de pórticos sin considerar la mam-
postería, así como los sistemas reforzados, se mantienen
por debajo de este umbral en ambas direcciones. Sin em-
bargo, en el sistema sin reforzar con mampostería inclui-
da en el análisis, la deriva en la dirección Y ligeramente
excede el límite con un valor de 2.05%. Por otra parte,
un estudio realizado por Vielma et al. determinó que la
incursión inelástica global en paredes de mampostería
connada en edicios formales ocurre con derivas de
aproximadamente 0.4% a 0.8%, mientras que en edicios
informales estas derivas se sitúan entre 0.25% y 0.5%
[20]. Este hallazgo destaca que, en edicaciones abier-
tas, un evento sísmico puede provocar cambios abruptos
en la matriz de rigidez y en el comportamiento estruc-
tural, generando efectos de torsión que pueden condu-
cir al colapso. La propuesta de reforzamiento presentada
en este estudio no solo incrementa la rigidez lateral de la
edicación y reduce las derivas, sino que también pre-
viene la aparición de efectos torsionales, manteniendo
las derivas dentro del rango recomendable para evitar el
daño de las paredes de mampostería.
3.3. CHEQUEO DE IRREGULARIDAD TORSIONAL
La Tabla 6 muestra la relación entre la deriva máxima y
la deriva promedio para los distintos casos estudiados.
Según los criterios normativos, si esta relación supera el
valor de 1.2, se considera que la estructura presenta una
irregularidad torsional.
A partir de los resultados presentados se observa que,
además del caso sin reforzar con mampostería, los casos
de reforzamiento 2 y 3 también exceden este valor límite,
indicando la presencia de irregularidades torsionales. Por
lo tanto, estos esquemas de reforzamiento no son viables
para su aplicación en la edicación analizada. En contras-
te, el caso de reforzamiento propuesto cumple satisfacto-
riamente con esta relación, manteniéndose dentro de los
límites aceptables y garantizando un comportamiento es-
tructural adecuado.
3.4. RELACIÓN DEMANDA/CAPACIDAD A FLEXO
COMPRESIÓN
En la Figura 8, se presentan las grácas de la relación de-
manda/capacidad a exo-compresión para los diferentes
casos de estudio: sistemas de pórticos sin reforzar y re-
forzados. Se puede observar que, al considerar la mam-
postería en el análisis estructural, esta absorbe una parte
signicativa de los esfuerzos que originalmente recaían
sobre las columnas y vigas, especialmente en los elemen-
tos que están directamente conectados a la mampostería.
Esto reduce signicativamente la demanda de esfuerzos
en estos elementos, lo que evidencia un cambio en la ri-
gidez de la estructura. Sin embargo, este cambio también
puede ocasionar daños importantes en edicaciones de
este tipo debido a la baja resistencia de las paredes de
mampostería frente a estas solicitaciones. Por otro lado,
en el caso de la edicación reforzada, se observa un au-
mento en la rigidez estructural, lo que incrementa la
capacidad de la edicación para resistir cargas sísmicas,
mejorando así su comportamiento global y reduciendo
el riesgo de fallos estructurales.
En el sistema sin reforzar, pero considerando la mam-
postería (Figura 8b), se observa que la mampostería ab-
sorbe una parte signicativa de los esfuerzos, reduciendo
la demanda en los elementos estructurales a valores de
hasta 0.75. Sin embargo, la baja resistencia de las pare-
des de mampostería ante solicitaciones de fuerza puede
generar daños importantes en este tipo de edicaciones.
En contraste, en la edicación reforzada (Figura 8c),
la rigidez se incrementa signicativamente, reduciendo la
relación demanda/capacidad en los elementos estructura-
les a valores que oscilan entre 0.25 y 0.55, lo que mejora
notablemente el comportamiento global de la estructu-
ra. Finalmente, el sistema de marcos con arriostramiento
excéntrico (Figura 8d) muestra un excelente desempeño,
con la relación demanda/capacidad controlada en todos
los elementos, alcanzando valores mínimos de hasta 0.10
y máximos de 0.50. Esto indica que la capacidad de la es-
tructura para resistir cargas sísmicas se ha optimizado, re-
duciendo el riesgo de fallos estructurales.
3.4. REVISIÓN DEL ACERO REQUERIDO EN LAS DI
FERENTES CONDICIONES DE LA EDIFICACIÓN
Se seleccionará un eje en cada dirección en X y en Y para
mostrar el acero requerido en cada escenario de mode-
lación. En la Figura 9 se muestra que, en el sistema de
pórticos sin considerar la mampostería, la demanda de
Tabla 5.
Resumen de derivas máximas
Pórtico Sin reforzar Reforzado Reforzado 2 Reforzado 3
Sentido x y x y x y x y x y
Deriva máx. 1.89% 1.99% 1.57% 2.05% 0.50% 0.52% 0.40% 0.50% 0.42% 0.49%
111
Jiménez R. y Cagua B.
acero es mayor debido a la menor rigidez del sistema,
con valores de acero requerido que oscilan entre 4.16
cm² y 10.10 cm². Al incluir la mampostería en el análisis
estructural (Figura 9b), la demanda de acero disminuye,
con valores que varían entre 3.52 cm² y 9.63 cm², ya que
la mampostería absorbe parte de los esfuerzos estructu-
rales. En el sistema reforzado (Figura 9c), se observa una
mayor optimización en la demanda de acero, con áreas
requeridas que oscilan entre 3.52 cm² y 8.71 cm², lo que
demuestra una mejora signicativa en la capacidad es-
tructural y una distribución más eciente de las cargas
gracias al reforzamiento aplicado. Estos resultados des-
tacan la ecacia del reforzamiento propuesto al reducir
la cantidad de acero necesario, sin comprometer la segu-
ridad estructural del edicio.
3.5. DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS DE CORTE EN LOS
DIFERENTES ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEBI
DO A SISMOS X E Y.
En la Figura 10, se observa los resultados de la distribu-
ción de la fuerza cortante actuante en cada caso y para
cada dirección. En el primer caso, se analizó el edicio
con pórticos de hormigón armado, y las columnas ab-
sorbieron el 100% del cortante basal. En el segundo caso,
se analizó la misma edicación considerando la mam-
postería, que absorbió el 20% del cortante basal en cada
dirección. En el tercer caso, se realizó el análisis con la
edicación reforzada, donde las mamposterías enchapa-
das en conjunto con las diagonales excéntricas absorbie-
ron más del 75% del cortante basal en cada dirección (en
dirección X = 78,44% y en Y = 76,44%).
4. Conclusiones
La distribución irregular de los muros de mampostería en
edicaciones esquineras provoca una inadecuada distri-
bución de rigideces, generando problemas signicativos
de torsión que pueden llevar al colapso. La incorporación
de la mampostería en el análisis estructural modica sig-
nicativamente la rigidez de los edicios, ya que absorbe
una parte considerable de los esfuerzos sísmicos que de
otro modo recaerían en columnas y vigas. Por lo tanto,
es fundamental incluir la mampostería en los cálculos es-
tructurales para obtener resultados más realistas y preci-
sos del comportamiento durante un sismo.
La implementación del mecanismo de refuerzo me-
diante enchapado de mampostería y diagonales excén-
tricas logra una distribución uniforme de rigideces,
eliminando los efectos de torsión y reduciendo la distor-
sión de piso. Esto mejora signicativamente la seguridad
y estabilidad de la edicación, evitando daños en las pa-
redes de mampostería existentes y optimizando la deman-
da de acero, lo que representa un uso más eciente de
los recursos materiales sin comprometer la integridad es-
tructural.
El análisis modal evidenció que el reforzamiento dis-
minuyó los períodos de vibración de la estructura, ree-
jando un aumento signicativo en la rigidez global. La
reducción en los períodos de los tres primeros modos de
vibración y las formas modales indican una mejora en la
capacidad para controlar acciones sísmicas y un compor-
tamiento dinámico más favorable.
En los edicios reforzados, las mamposterías encha-
padas y las diagonales excéntricas absorbieron más del
75% del cortante basal sísmico en ambas direcciones, ali-
viando signicativamente la carga en las columnas prin-
cipales. Esta redistribución eciente de las cargas sísmicas
reduce el riesgo de fallos estructurales en las columnas y
mejora el desempeño general del edicio.
Las derivas máximas obtenidas en los distintos esce-
narios de análisis cumplieron con los límites establecidos
por la normativa ecuatoriana NEC 15, es decir, valores
menores al 2%. Además, la implementación del reforza-
miento permitió mantener las derivas dentro de los ran-
gos recomendados para evitar el daño de las paredes de
mampostería, conrmando la efectividad de la propues-
ta para mejorar la resiliencia sísmica de las edicaciones.
Las alternativas adicionales de reforzamiento (re-
fuerzo 2 y refuerzo 3), que incrementaron el número de
muros enchapados sin modicar las dimensiones de las
paredes ni las secciones de los pórticos de acero, no fue-
ron viables debido a problemas de irregularidad torsional,
superando el límite normativo (relación deriva máxima/
deriva promedio superior a 1.2). Esto resalta la importan-
cia de una adecuada distribución de rigideces al diseñar
esquemas de reforzamiento, evitando incrementos indis-
criminados que puedan generar efectos negativos en el
comportamiento sísmico.
Capturar los máximos y mínimos de la respuesta es-
tructural mediante modelos simplicados de análisis está-
tico lineal puede generar una incertidumbre considerable,
especialmente al modelar elementos estructurales clave.
Para evaluar esta incertidumbre, se realizó un análisis
comparativo de las derivas utilizando dos conguracio-
nes adicionales de modelación. En el primer modelo, que
considera únicamente los elementos de hormigón arma-
do enchapado y los pórticos de acero, sin incluir las mam
-
posterías, se obtuvieron derivas máximas de 0.8% en la
dirección X y 0.9% en la dirección Y, cumpliendo con el
límite del 2% establecido por la NEC. En el segundo mo-
delo, que excluye el enchapado pero incluye las mampos-
terías y los pórticos de acero, las derivas máximas fueron
de 0.7% en la dirección X y 0.85% en la dirección Y, por
debajo del límite del 1% recomendado para mamposte-
rías más frágiles según la normativa.
Se recomienda que futuros estudios incluyan análisis
no lineales y pruebas experimentales para validar y per
-
feccionar los resultados obtenidos, considerando también
112
Jiménez R. y Cagua B.
la inuencia de las aberturas en las paredes de mamposte-
ría. Esto permitirá obtener una representación más preci-
sa del comportamiento estructural y evaluar el impacto de
emplear dos sistemas estructurales en la respuesta inelás-
tica de la edicación, previniendo posibles problemas du-
rante eventos sísmicos severos.
En este estudio, se utilizaron elementos tipo shell para
modelar la mampostería de relleno, lo que permitió una
representación más detallada en comparación con el mo-
delo de puntal equivalente, que, aunque eciente, puede
ignorar aspectos clave como la rigidez exional de las vi-
gas. Aunque no forma parte del alcance de este trabajo y
no se presentan detalles especícos, también se desarro-
llaron modelos utilizando el método del puntal equivalen-
te según la metodología de FEMA 356 [38]. Los análisis
preliminares indicaron que los resultados en términos
de derivas pueden incrementar hasta en un 50%. Se re-
comienda realizar un estudio especíco para abordar la
incertidumbre en la modelación de la mampostería, eva-
luando el impacto de ambos enfoques en los resultados
estructurales de arquetipos similares, y proponiendo una
metodología que equilibre la precisión y la eciencia com-
putacional.
Los hallazgos de este estudio proporcionan una base
sólida para mejorar las prácticas de diseño y reforzamien-
to de edicios esquineros en zonas sísmicas de Ecuador,
como Portoviejo. La estrategia de reforzamiento propues-
ta se presenta como una solución viable y ecaz para in-
crementar la resistencia y rigidez lateral de las estructuras,
contribuyendo a la seguridad y resiliencia de las comuni-
dades locales frente a eventos sísmicos.
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anexos a
Figura 6.
Deformaciones del análisis modal: a) Sistema de pórticos sin mampostería; b) Pórtico con presencia de mampostería de relle-
no; c) Sistema reforzado con diagonales excéntricas y mampostería enchapada en un vano en X y en Y; d) Sistema reforzado 2;
e) Sistema reforzado 3.
a) b)
c) d)
e)
115
Jiménez R. y Cagua B.
Figura 7.
Derivas de los diferentes casos de estudios (sistema de pórticos sin mampostería, sistema sin reforzar tomando en cuenta la
mampostería y sistemas reforzados: a) Derivas de Sismo en X, Espectral en X; b) Derivas de sismo en Y, espectral en Y.
a) b)
Figura 8.
Relación demanda/capacidad: a) sistema de pórticos sin considerar la mampostería; b) sistema sin reforzar donde se toma en
cuenta la mampostería; c) edicación reforzada; d) sistema de marcos con arriostramiento excéntrico.
a) b)
c) d)
116
Jiménez R. y Cagua B.
Figura 9.
Área de acero requerido en columnas y vigas en el eje C y eje 2: a) Sistema de pórticos sin tomar en cuenta la mampostería; b)
Sistema de pórticos considerando la mampostería; c) Sistema de pórticos reforzado.
a)
b)
c)
117
Jiménez R. y Cagua B.
Figura 10.
Porcentaje de fuerzas de cortante que absorben los elementos estructurales: a) Caso 1: Análisis sin considerar la mampostería;
b) Caso 2: Análisis considerando la mampostería; c) Caso 3: Análisis aplicando la propuesta de reforzamiento a la edicación.
a)
b)
c)
118
Jiménez R. y Cagua B.
Caso Nivel 4 Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1 Irregularidad
x y x y x y x y
Pórticos 1,071 1,121 1,071 1,122 1,071 1,122 1,071 1,123 Ninguna
Sin reforzar con mampostería 1,372 1,479 1,365 1,477 1,358 1,47 1,323 1,435 Extrema
Reforzado 1,127 1,119 1,082 1,1 1,081 1,101 1,077 1,096 Ninguna
Reforzado 2 1,394 1,381 1,285 1,33 1,275 1,325 1,252 1,301 Irregular
Reforzado 3 1,308 1,384 1,223 1,335 1,216 1,334 1,199 1,314 Irregular
Tabla 6.
Relación deriva máxima/deriva promedio considerando 5% de excentricidad accidental
Anexos b
REVISTA INGENIO
Analysis of the Biodegradability Index of Organic Matter in the Water of the
Machangara River in Quito City
Análisis del Indice de Biodegradabilidad de la Materia Orgánica en el Agua del Río Machángara en la
Ciudad de Quito
Suly Margoth Rodríguez Ayala | Universidad Central del Ecuador - UCE, Quito - Ecuador
Montserrat Rodríguez Ayala | Universidad de Madrid - UAM, Madrid - España
Silvia Elizabeth Garcia Gonzalez | Universidad Central del Ecuador - UCE, Quito - Ecuador
Darwin Rodolfo Caina Aysabucha | Universidad Central del Ecuador - UCE, Quito - Ecuador
https://doi.org/10.29166/ ingenio.v8i1.7376 pISSN 2588-0829
2025 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 evaluación de la calidad del agua en rios es esencial para identicar el impacto de las actividades humanas
y establecer estrategias de mitigación. El objetivo de este proyecto fue analizar el índice de biodegradabilidad
de la materia orgánica en el agua del río Machángara en la ciudad de Quito en Ecuador. Este rio atraviesa
algunos lugares de Quito tales como: Las Cuadras, El Recreo, La Recoleta y Nayón. Mediante un muestreo en
los sectores mencionados, se analizaron los parámetros necesarios para el cálculo de la demanda bioquímica
(DBO5) y química (DQO) de oxígeno, junto con otros parámetros sicoquímicos como la turbidez y el color
del agua. Además, se realizó un levantamiento de información en marzo de 2023 en las zonas de estudio. Los
resultados mostraron una variabilidad signicativa en los niveles de contaminación entre los sectores analiza-
dos. Se identicó un mayor nivel de contaminación en las zonas de La Recoleta y El Recreo en comparación
con Las Cuadras y Nayón, lo cual se atribuye a descargas directas de contaminantes provenientes de tuberías
ilegales conectadas tanto a industrias como a domicilios. El índice de biodegradabilidad obtenido sugiere la
necesidad de implementar tratamientos químicos y biológicos para la remoción eciente de los contaminan-
tes orgánicos e inorgánicos presentes en el río. El análisis sicoquímico reveló que la turbidez y el color del
agua también se correlacionan con los altos niveles de contaminación observados, particularmente en los
sectores más afectados. El levantamiento de información a través de encuestas demostró que la población
local sufre de manera directa los efectos negativos de esta contaminación, manifestando síntomas como ce-
falea, náuseas, vómitos, fatiga, falta de concentración y depresión, especialmente en niños y adultos mayores.
En conclusión, los resultados de este estudio resaltan la necesidad de aplicar medidas correctivas inmediatas,
como tratamientos químicos y biológicos, para mitigar el impacto ambiental y sanitario del río Machángara y
mejorar la calidad de vida de la población afectada
e evaluation of the water quality in rivers is essential to identify the impact of human activities and establish
mitigation strategies. e aim of this project is to analyze the biodegradability index of organic matter in the wa-
ter of the Machángara river in Quito city of Ecuador. It ows through some places of Quito such as “Las Cuadras”,
“El Recreo”, “La Recoleta”, and “Nayon”. rough sampling in the aforementioned sectors, the parameters neces-
sary for the calculation of biochemical (BOD), and chemical (COD) oxygen demand were analyzed, along with
other physicochemical parameters such as turbidity and watercolor. In addition, a survey was conducted in the
study areas in March 2023. e results showed a signicant variability in the level of contamination among the
sectors analyzed. A higher level of contamination was found in the areas of La Recoleta and El Recreo compared
to Las Cuadras, and Nayon, which is attributed to direct discharges of pollutants from illegal pipes connected to
both industries and households. e biodegradability index obtained suggests the need to implement chemical,
and biological treatments for the ecient removal of organic and inorganic pollutants present in the river. e
physicochemical analysis showed that the turbidity, and color of the water also correlated with the high levels of
pollution observed, especially in the most aected sectors. e information gathered through interviews showed
that the local population suers directly from the negative eects of this contamination, manifesting symptoms
such as headaches, nausea, vomiting, fatigue, lack of concentration, and depression, especially in children, and
older adults. In conclusion, the results of this study highlight the need for immediate corrective measures, such as
chemical, and biological treatments, to mitigate the environmental, and health impacts of the Machángara River
and improve the quality of life of the aected population.
Recibido: 20/9/2024
Recibido tras revisión: 25/10/2024
Aceptado: 14/11/2024
Publicado: 03/01/2025
Biodegradability, contaminants, treat-
ment, parameters, Machángara river.
Biodegradabilidad, contaminantes, trata-
miento, parámetros, río Machángara
120
Analysis of the Biodegradability Index of Organic Matter in the Water of the Machangara River in Quito City
Nowadays, the Machángara river is the main destina-
tion of wastewater of Quito. It has a total length of 22.5
kilometers, where it receives 76% of the entire city’s ef-
uent [10]. e river is the result of the conuence of
various small rivers, including the “Rio Grande”, “Que-
brada Ortega”, “Quebrada Rumipamba”, and “Quebrada
El Batán” [11]. e Machángara river sanitation project
carried out by the German Cooperation Agency in 1991,
identied the main types of industries in the Quito city,
and their potential environmental impacts. e food in
-
dustry produces high pH, sultes, detergents and sedi-
ments, while the textile industry produces high pH, fats,
oils, heavy metals, sultes and sulfates. Tanneries, on the
other hand, emit high levels of pH, oats, sulde, sulte,
sulfate, dyes, and salts. e chemical industry is responsi-
ble for emissions of solvents, oating sulfates, sediments,
fats, greases, heavy metals, dyes, biocides, surfactants, ha-
logenated hydrocarbons, fats, oils, ammonium, nitrates,
and phosphates [10].
In recent years, several environmental assessment
studies have been conducted on the Machángara river.
ey have revealed environmental impacts due to the
generation of odors, and the discharge of industrial ef-
uents that exceed the limits allowed by environmental
legislation. In response to this alarming situation, the En-
vironmental Sanitation Program (PSA) of the Metropoli-
tan Public Company of Drinking Water and Sanitation of
Quito (EPMAPS-Q) implemented the “Plan for the De-
contamination of Quito’s Rivers” in 2007. It included the
collection and treatment of wastewater from parts of the
city. In 2017, the rst wastewater treatment plant was in-
augurated in “Quitumbe” sector, the rst in the city, but
no noticeable results have been seen. erefore, pollution
is still visible. A press release published in the newspaper
“El Comercio” in September 2019 showed that, despite
the inauguration of the rst wastewater treatment plant
in southern Quito, the pollution situation of the Machán-
gara river remains alarming. e treatment plant built in
the “Quitumbe” sector has the capacity to treat up to 9.5
million liters of wastewater per day. However, the plant
is not operating at 100% capacity due to technical prob-
lems. In addition, illegal discharges of wastewater into
the river have been detected from areas surrounding the
treatment plant, which has led to criticism from environ-
mental organizations, and citizens in general [12]. e
study perfomed by Campaña et al. [4], evaluated vari-
ous environmental parameters of the river, including
temperature and pH, which are in compliance with ec-
uadorian regulations. However, the values of Biochem-
ical Oxygen Demand (), Chemical Oxygen Demand (),
dissolved oxygen, and turbidity exceed the limits estab-
lished by the regulations. Furthermore, the presence of
heavy metals such as chromium (Cr), and cadmium (Cd)
exceeds acceptable levels for agricultural use [13], high-
lighting the urgent need for more eective environmental
management and pollution control measures.
1. introduction
e problem of water pollution is a contemporary chal-
lenge worldwide. is phenomenon is not only limited
to industrialized or developing countries but aects all
levels of our society [1]. e water quality in river basins
is primarily determined by natural factors such as soil
type, and geology. However, human activities, particu-
larly agriculture, livestock, and urbanization along river
sub-basins, are the predominant sources of pollution in
Ecuador [2].
In Ecuador, the situation reects a mixed response
to water treatment eorts. By 2019, 70.1% of Ecuador’s
autonomous decentralized municipal governments
(GADMs) had implemented urban wastewater treat-
ment processes. In contrast, 26.3% had no treatment at
all, opting to discharge directly into water bodies [3]. is
uneven implementation has led to signicant pollution,
especially in urban basins. e highland region hosts the
largest number of treatment plants, representing 50% of
the total in Ecuador, while 31% are located in the coast
region, 18.5% in the amazon region, and 0.5% in the in-
sular region.
e direct discharge of sewage and waste into ur-
ban drainage basins is the main source of water pollution
[4]. Rivers are aected by fecal coliforms, detergents, ni-
trates, phosphates, oils, and fats that exceed the limits set
by national environmental regulations. Rivers with com-
promised water quality oen lose their self-purication
capacity, resulting in severe ecological imbalances that
threaten biodiversity, and the sustainability of these eco-
systems [5].
To satisfy human needs, a daily consumption of three
liters of drinking water, and a total of twenty liters for
anthropogenic activities is required. Ecuador has the re-
markable advantage of having at its disposal a freshwater
supply of 22500 , a gure that exceeds the 1000 , recom-
mended by the World Health Organization (WHO) [6].
is situation reects the amount of water consumed by
the population, which increases the pollution of rivers
and seas. It aects not only the supply of drinking wa-
ter, but also the health of the organisms that depend on
it. It also causes adverse health eects such as reproduc-
tive problems, kidney damage, neurological diseases, and
cancer [7].
e Quito city exemplies the water quality challeng-
es faced by urban centers. Historically, the wastewater of
it was discharged directly into nearby streams and rivers.
However, rapid population growth has exacerbated waste-
water production, signicantly degrading the quality of
these water bodies [8]. e high population density of cit-
ies is a factor that aggravates the pollution of their water
resources, since there is a greater emission of waste, and
liquid euents [9]. With a current population of 2.8 mil-
lion, expected to reach 4.2 million by 2040, the pressure
on Quito’s water resources is expected to intensify [4].
121
Rodríguez S., et al.
1.1 LOCATION OF STUDY
e Machángara river is one of the main ones in Quito.
It crosses the entire city, originating in the south in the
“Cutuglagua” sector [14], spanning a total length of 22
kilometers. e river receives domestic and industrial ef-
uents from the city [15]. It joins the “San Pedro” river in
“Nayon”, which, together with the “Pisque” river, forms
the “Guayllabamba” river, a tributary that reaches “Es-
meraldas”, and ows into the pacic ocean [16].
As a river located in an urban environment, the
Machángara river presents signicant problems for the
inhabitants of this sector, such as unpleasant odors, the
proliferation of harmful animals, and vectors that trans-
mit diseases [17]. Likewise, like many rivers in Quito, it is
characterized by deep riverbeds, and steep slopes, which
limit access for any type of sampling. Along the river-
banks, abandoned structures in an advanced state of de-
terioration can be observed, which has an unfavorable
impact on the aesthetics of the city [18].
2. METHODS
To assess the biodegradability index of the organic matter
in the Machángara river, wastewater sampling from dis-
charge pipes located along the riverbanks was conduct-
ed, following the methodology described by Larrea et al.
[19]. According to their study, “sampling aims to provide
accurate information for evaluating the presence of emerg-
ing pollutants”, which in this case, helped to identify the
types of contaminants present in the river and to deter-
mine the most appropriate treatment methods based on
the biodegradability index [28, 29, 30].
e sampling of wastewater from the outfall pipes
was performed during the period between 2022 and 2023,
specically in the months of October, December, Febru-
ary, April, June, August and October. Four strategic points
along the Machángara river were considered, as shown
in Figure 1.
Figure 1.
Map of sampling site locations (e map of strategic points
for water samples collection)
ese points were chosen to take dierent points
along the river. e point 1 (P1) is located in the “Las
Cuadras” park in the southern part of the city, the point
2 (P2) is located in the “El Calzado” park, the point 3 (P3)
is near to the place “La Recoleta” (located close to Quito’s
historic center), and the point 4 (P4) is in the rural com-
munity of “Nayon”, located in the northern part of the city.
Table 1 below shows the UTM coordinates obtained
from Google Maps with the sectors corresponding to the
selected sampling points along the Machángara river.
Table 1.
Coordinates of the sampling points (WGS84 UTM 17S)
Point Sector Coordinates
P1 Las Cuadras 773041.77 E 9967956.90 N
P2 El Calzado 775349.40 E 9972083.50 N
P3 La Recoleta 776456.37 E 9974102.29 N
P4 Nayon 787752.00 E 9979495.70 N
Subsequently, a reconnaissance and characterization
of each sampling point was conducted to gather primary
data. Observations were made regarding the pollutants
present in the river, and along its banks. e anthropo-
genic activities taking place, as well as an evaluation of
the existing ora and fauna at each sampling site. Surveys
were also administered to gather the perceptions of the lo-
cal population regarding river contamination.
At the rst sampling site P1, located in “Las Cuadras”
park in Quitumbe, the presence of both solid urban waste
and foam in the water was documented. As described by
Cevallos [20], “the presence of surfactants and detergents
can generate foam, while solid materials serve as sourc-
es of pollution, impeding the proper ecological function
of the river if their composition is incompatible with the
aquatic environment”. Among the waste observed were
plastic covers, cups, soda bottles, cleaning containers, wa-
ter bottles, food wrappers, and fragments of household
items and textiles. Despite this contamination, diverse
plant species, including cedar, walnut, pumamaquis, and
nettle, were recorded. Additionally, wild birds, insects,
and rodents were noted in the area.
e second sampling site P2, located in the “Parque
Lineal Machángara “ within the “El Calzado” park, fea-
tured a variety of ora such as cedar, eucalyptus, nettle,
and zambo trees. However, solid waste, including branch-
es carried by the current, was also present. is area is af-
fected by several sources of pollution, particularly plastics
and organic waste from pets, which are oen le uncol-
lected by their owners. As noted by Cevallos [20], “bio-
logical contaminants from human and animal feces pose
risks to river health by fostering the proliferation of bac-
teria, fungi, viruses, and protozoa”. In this location, a low
diversity of large shrubs, and trees was observed, with
undergrowth surrounding the discharge pipe. Regarding
122
Analysis of the Biodegradability Index of Organic Matter in the Water of the Machangara River in Quito City
fauna, terrestrial species were absent, though birds such
as pigeons and blackbirds were seen in the vicinity.
e third site P3, situated in the “Parque Río Machán-
gara”, exhibited substantial urban waste, including bottles,
plastic bags, polypropylene containers, organic matter,
and surfactants. Although this location is easily accessible,
it poses a signicant safety risk due to an old, deteriorat-
ing bridge needed to cross the river, which is in disrepair.
Wastewater at this site is discharged directly into the river
via a concrete channel. e steep slopes in this area lead
to the accumulation of debris on the embankments, fur-
ther exacerbating pollution. e dominant plant species
observed was Kikuyo grass, described by Gonzalez [21],
as “drought-resistant and acting as a natural herbicide”.
Although, it is considered an invasive species and com-
monly used to feed livestock in nearby areas. Additional-
ly, the accumulation of garbage has attracted rodents and
insects, which have signicant environmental and public
health implications.
e fourth sampling point P4 in “Nayon”, known as
“Quebrada de Tanda or Quebrada Urahuaycu”, near the
Nayon hydroelectric plant. e presence of solid waste,
mainly plastic, and polypropylene, has been detected on
the banks of the river, as well as a large number of sur-
factants oating on the surface of the water. Despite this,
the site is easily accessible and has adequate infrastructure
to carry out the activity without physical risks. Regard-
ing the pollution in the sector, there is an accumulation
of garbage on the river banks, including plastic bags, food
leovers, and glasses. In addition, to the presence of a hy-
droelectric plant, and numerous nearby housing develop-
ments. In terms of ora, native shrubs, and plants such as
ferns, chilcas, and kikuyo were observed. As for the fau-
na, a wide variety of species were recorded, such as wild
birds and chickens, as well as cows, rats, and some insects
near the discharge point.
In addition, in this investigation, information was col-
lected in March 2023, obtaining a high margin of contam-
ination observed by the population in the surrounding
areas. Since more than 70% of those surveyed consider
them to have a high level of contamination. More than
half of those surveyed at all four sampling points report-
ed noticeable foul odors emanating from the Macháng-
ara river. e highest percentage of this perception was
reported at point 3, which is the “La Recoleta” sector, with
99%. e presence of foul odors can be a sign of water
contamination, and although it does not always directly
indicate the presence of toxic substances, it is important
to consider this perception of the respondents as a warn-
ing sign about the quality of the river water [22]. e pres-
ence of these odors has been related to various symptoms,
including headaches, nausea, vomiting, diarrhea, fatigue,
diculty concentrating, and depression. According to the
respondents, children are the most aected population
by the contamination of the Machángara river, with the
highest percentage on point 2 “Parque el calzado” (63%),
and the lowest in point 4 “Nayon” (44%). erefore, it
can be armed that all respondents in the dierent sec-
tors agree that the child population is the most aected
by this contamination. Furthermore, 97% of all surveyed
agreed on the necessity of mass environmental education
campaigns to promote social responsibility and increase
awareness about environmental protection.
e process of determining the biodegradability of or-
ganic matter was carried out by sampling in the areas of
interest. Considering their representativeness in the study,
four sampling points were selected as there was evidence
of the presence of pipes with direct discharges to the ef-
uent. Several parameters such as pH, total dissolved
solids (TDS), conductivity, temperature, alkalinity, tur-
bidity, total suspended solids (TSS) and residual chlorine
were measured in situ. While for the Biochemical Oxy-
gen Demand () and the Chemical Oxygen Demand () of
the water resource was analyzed directly in the laboratory.
Subsequently, the biodegradability index was quantied
according to the following ratio formula [23]. Equation 1
shows the formula for the biodegradability index.
Depending on the value obtained, the nature of the ef-
uent is indicated, and interpreted. If the euent contains
organic matter, degradation is relatively easy. Although,
there are exceptions such as fats, and oils, as well as inor-
ganic matter [24]. e range that classies the two types
of euents is shown in Table 2.
Table 2.
Organic and inorganic waste by biodegradability value [24]
Type of discharge
Inorganic <0.2
Organic >0.6
e intermediate ranges in the COD ratio, between
0.2 and 0.5, could indicate the combined presence of or-
ganic and inorganic euents.
e ability to degrade organic compounds provides
another variation for the result, which is reected in Ta-
ble 3, where the biodegradability capacity of the euent
is shown according to the ratio.
Table 2.
Relationship between the ratio and biodegradability in water [26]
Biodegradability
Highly biodegradable water >0.6
Fairly biodegradable water 0,4-0,6
Poorly biodegradable water 0,2-0,4
Non-biodegradable water <0.2
123
Rodríguez S., et al.
e results will also serve to establish an optimal pu-
rication mechanism for the organic matter present in the
Machángara river, as shown below:
Table 3.
Relationship between the ratio and the type of water [26]
Type of water
Highly biodegradable water >0.6
Can be treated biologically
Not biologically treatable
0,3-0,6
<0.3
2.1 BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND BOD5 AND
CHEMICAL OXYGEN DEMAND ANALYSIS
2.1.1 Determination of BOD by the APHA 5210 – B method.
e Biochemical Oxygen Demand (BOD) test is used as
an indirect measure of the amount of organic matter in
a sample. is analysis involves measuring the change
in dissolved oxygen (DO) concentration, caused by mi-
crobial activity that degrades organic matter in a sam-
ple. at is kept in a closed bottle and incubated under
specied temperature and dark conditions for 5 days.
DO measurements are taken before and aer incuba-
tion, and BOD is calculated from the dierence between
these measurements. e rst DO measurement is taken
shortly aer sample dilution, and any additional oxygen
consumption that occurs aer this measurement is add-
ed to the BOD [25].
2.1.2 Determination of Chemical Oxygen Demand (COD)
by the APHA 5220 – D method.
In Chemical Oxygen Demand (COD) analysis, the di-
chromate ion is used to oxidize the constituents present
in the sample. is process induces a change in the state
of chromium from hexavalent (VI) to trivalent (III), with
both coloring properties and absorption in the visible re-
gion of the spectrum. e dichromate ion shows high
absorption in the 400 nm region, while the absorption of
the chromic ion is signicantly lower in this region. On
the other hand, the chromic ion shows strong absorp-
tion in the 600 nm region, where dichromate has hardly
any absorption. In 9M sulfuric acid solution, the molar
extinction coecients for these forms of chromium are
approximately as follows: is 50 L/mol cm at 604 nm, is
380 L/mol cm at 444 nm, and is 25 L/mol cm at 426
nm. erefore, the point of maximum absorbance is at
420 nm. For COD concentrations between 100 and 900
mg/L, there is an increase in concentration in the 600
nm region. It is possible to dilute the sample to obtain
higher values. For COD concentrations equal to or less
than 90 mg/L, the reduction of the dichromate ion is de-
termined at 420 nm. Although, the corresponding for-
mation of causes a slight increase in absorbance at 420
nm, this eect is accounted for in the calibration proce-
dure [25].
3. results
e following are the results of the analysis of the 5-day
Biochemical Oxygen Demand (BOD5) and Chemical
Oxygen Demand (COD) at four sampling points during
a period of one year.
In terms of BOD5, sampling point 2 (El Recreo) had
the highest mean value with 199.71 ± DE 66.67 mg/L, fol-
lowed by point 3 (La Recoleta) with 205.43 ± DE 58.00
mg/L, point 1 (Las Cuadras) with 106.14 ± DE 75.50
mg/L, and nally point 4 (Nayon) with the lowest mean
value of 19.29 ± DE 21.55 mg/L (Table 5). e mini-
mum BOD5 value was recorded in P4 with 5 mg/L and
the maximum in P1 with 285 mg/L. ese results indi-
cate that P2 and P3 have signicantly higher and variable
BOD5 values throughout the year, with notable peaks in
February, June and August. In contrast, P4 showed low
variability with a peak in October 2022.
For COD, the sampling points followed a similar pat-
tern as for BOD5. e point P2 had the highest mean val-
ue with 395.86 ± DE 104.68 mg/L, followed by the point
P3 with 395.86 ± DE 104.68 mg/L, P1 with 221.86 ± DE
117.17 mg/L and the point P4 with the lowest mean value
of 31.00 ± DE 28.77 mg/L. e minimum COD value was
observed in point P4 with 9 mg/L and the maximum in
point P2 with 531 mg/L, indicating signicant variations.
As with BOD5, point P2 and point P3 showed signicant-
ly high and variable COD values, with peaks in February,
April, and August, while in point P4 showed less vari-
ability and a peak in October 2022. When comparing the
four sampling points, it is observed that in point P2 and
P3 have higher and more variable organic pollution levels,
both in BOD5 and COD, especially in certain periods of
the year such as February and August. is could indicate
environmental inuences or specic activities that aect
water quality at these points. In point P1, although it also
shows variability, it shows moderate levels of contamina-
tion compared to the two previous points. On the other
hand, point P4 stands out for its consistently low levels
of organic contamination, with little variability through-
out the year.
124
Analysis of the Biodegradability Index of Organic Matter in the Water of the Machangara River in Quito City
Since the biodegradability index values are moderate
to high (minimum 0.32, maximum 0.78) in the dierent
measurements over a year (Table 6). It could be concluded
that water contains a signicant amount of biodegradable
organic matter. In addition, there are seasonal variations
that should be taken into account in the implementation of
wastewater treatment. At the sampling point P1, April 2023
and August 2023 stand out as the periods with the great-
est inuence on the biodegradability index, with values of
0.71 and 0.64, respectively (Table 6 and Figure 2). At the
sampling point P2, the months of February 2023 and April
2023 show a higher biodegradability with indexes of 0.60,
while June and August 2023 show lower indexes around
0.41. On the other hand, the sampling point P3 shows sig-
nicant variations with a maximum in June 2023 with a
biodegradability index of 0.61 and a minimum in Febru-
ary 2023 of 0.44. At the sampling point P4, December 2022
stands out with an index of 0.78, showing high biodegrad-
ability compared to June 2023, which shows an index of
0.43. ese dierences highlight the importance of taking
into account seasonal variations when evaluating the ca-
pacity of wastewater to biodegrade organic matter, which
is crucial for eective water resource management and en-
vironmental protection.
Over the one-year period, the total biodegradability
indexes (BOD5/COD) were 0.48, 0.50, 0.52, and 0.57 for
P1, P2, P3, and P4 sampling points, respectively (Table
7). e sampling point P1 has the lowest index with 0.48,
which indicates that approximately 48% of the COD load
at this point is biodegradable. is suggests a signicant
presence of non-biodegradable organic matter or complex
chemical compounds that require more specic treatment
methods for their eective removal. On the other hand,
the sampling point P2 has an index of 0.50, which indi-
cates a similar proportion of biodegradable organic mat-
ter compared to P1, but with a slight improvement in
biodegradability. As for P3, a biodegradability index of
0.52 was recorded, indicating a moderately high level of
biodegradable organic matter in relation to the total COD
load. is could be due to the environmental conditions
and the composition of the pollutants, which favor great
-
er degradation by the microorganisms present in the wa-
ter. Finally, the sampling point P4 has the highest index
at 0.57, indicating that approximately 57% of the COD
load at this sampling point is biodegradable. is could
indicate a simpler pollutant composition or a lower to-
tal organic load, which is favorable from a water quali-
ty perspective.
Figure 2.
Temporal variation of the biodegradability index (DBO5/
DQO) at the sampling points over a one-year period
Table 5.
BOD5 and COD parameters of the sampling points in the period of one year (2022-2023)
Sampling points Parameters
Study period
October December February April June August October
2022 2022 2023 2023 2023 2023 2023
Las Cuadras (P1)
BOD5 65 38 102 77 93 285 83
COD 158 120 307 108 276 448 136
El Recreo (P2)
BOD5 120 146 316 232 193 161 230
COD 248 269 531 387 470 397 469
La Recoleta (P3)
BOD5 159 163 205 266 277 252 116
COD 320 341 468 469 451 508 214
Nayon (P4)
BOD5 66 18 7 9 6 5 24
COD 91 23 13 20 14 9 47
125
Rodríguez S., et al.
e results obtained for the biodegradability index
(BOD5/DQO) for the different wastewater sampling
points classify the water as fairly biodegradable, with val-
ues ranging from 0.48 to 0.57 (Table 7). is biodegrad-
ability is related to the presence of mixed discharges with
a signicant proportion of biodegradable organic matter.
At sampling points such as P2, P3, and P4 could be con-
sidered that there is a tendency towards organic matter.
In relation to the recommended treatment, the analyses
indicate that the evaluated wastewater requires mainly a
biological treatment approach to eectively reduce the
organic load. Eective treatment of this water resource is
likely to include aerobic biological processes, such as bi-
ological oxidation, to break down biodegradable organic
matter to reduce COD levels. In addition, initial physico-
chemical treatment may be required to adjust pH, remove
suspended solids, and other contaminants that could in-
terfere with biological processes.
In addition, during the development of this research,
color and turbidity were measured in situ at the four sam-
pling points and analysis of variance (ANOVA) was ap-
plied as described below:
Figure 3.
Sampling location-related relationship between color and turbidity.
From the information obtained in Figure 3, it was de-
termined that there are signicant dierences in the col-
or and turbidity measurements taken in the water of the
Machángara river with respect to the sampling locations.
erefore, there is a greater variation in water quality for
points P2, and P3 with respect to the rest of the sampling
points in the river.
Finally, this study also aims to be a contribution to the
study of the biodegradability index in the rivers of Ecua-
dor. In this regard, there are already some contributions
in this regard, as can be seen in a study carried out by
Molina [27], on the quality of water in a sector of the city
of Manta. e results obtained by calculating the biode-
gradability index indicate that the levels of contamination
are high, falling within the range of high biodegradabili-
ty of organic matter, as indicated by other similar studies.
4. CONCLUSIONS
rough the physicochemical analysis of the water of
the Machángara river, data on biochemical, and chemi-
cal oxygen demand were obtained from October 2022 to
October 2023. e biodegradability index was determi-
ned with these values, to establish, as a recommendation
in this research, the application of a biological treatment
to reduce the organic load, which can be accompanied
by a chemical treatment to avoid interference from sus-
pended solids and other impurities present in the water.
Likewise, this tributary was characterized as fair-
ly biodegradable with the presence of mixed discharg-
es containing organic and inorganic pollutants coming
mainly from the anthropogenic activities developed in
the study area. e presence of illegal pipes coming from
homes and industries that discharge directly into the riv-
er. In addition, by measuring in situ parameters such as
color and turbidity in the water coming from the Machán-
gara river. It was concluded that in the point P2 and P3,
there are high levels of contamination that signicantly af-
fect water quality, while in the point P1 and P4, there are
moderate levels. Urgent interventions, alongside stron-
ger public awareness eorts, are essential to restore water
quality and mitigate the river’s environmental and pub-
lic health impacts.
On the other hand, we must point out that there are
various types of biological treatments that can be carried
out in these cases, taking into consideration many aspects,
among which may be, depending on the type of contam-
inant and the medium to be treated. Among the most
common are aerobic biological treatment and anaerobic
biological treatment. Aerobic biological treatment, this
process is mainly used for the treatment of urban and in-
dustrial wastewater, where microorganisms decompose
organic matter in the presence of oxygen. While anaerobic
biological treatment is used in the treatment of wastewa-
ter from the food and agricultural industry, where mi-
croorganisms decompose organic matter in the absence
of oxygen, generating biogas as a byproduct.
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tenv.2021.151828.
127
Analysis of the Biodegradability Index of Organic Matter in the Water of the Machangara River in Quito City
[30] N.T. Anh, L.D. Can, N.T. Nhan, B. Schmalz, T.L. Luu, «In-
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2023. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2023.100424.
annexes
Table 6.
Biodegradability index calculated for each sampling point over a one-year period (2022-2023).
Biodegradability index (BOD5/ COD)
Study period
Oct. Dec. Feb. Apr. Jun. Aug. Oct.
2022 2022 2023 2023 2023 2023 2023
Las Cuadras 0,41 0,32 0,33 0,71 0,34 0,64 0,61
El Recreo 0,48 0,54 0,60 0,60 0,41 0,41 0,49
La Recoleta 0,50 0,48 0,44 0,57 0,61 0,50 0,54
Nayon 0,73 0,78 0,54 0,45 0,43 0,56 0,51
Table 7.
Type of discharge, biodegradability of the water and recommended treatment according to the ratio.
Biodegradability index
(BOD5/COD)
Type of discharge Water biodegradability Recommended treatment
Las Cuadras 0.48 Mixed Fairly biodegradable
water
Biological
El Recreo 0.50 Mixed Fairly biodegradable
water
Biological
La Recoleta 0.52 Mixed Fairly biodegradable
water
Biological
Nayon 0.57 Mixed Fairly biodegradable
water
Biological
REVISTA INGENIO
Análisis de la Transición hacia la Movilidad Sostenible: Estrategias de Negocio para la
Adopción Masiva de Vehículos Eléctricos en el Mercado Automotriz en la Ciudad de
Guayaquil - Ecuador
Analysis of the Transition Towards Sustainable Mobility: Business Strategies for the Mass Adoption of
Electric Vehicles in the Automative Market in the City of Guayaquil – Ecuador
Raquel de los Angeles Salas Ibarra | Universidad Politécnica Salesiana – UPS, Guayaquil - Ecuador
David Humberto Cárdenas Villacrés | Universidad Politécnica Salesiana – UPS, Guayaquil - Ecuador
Alexander Emanuel Torres Romero | Universidad Politécnica Salesiana – UPS, Guayaquil - Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v8i1.6933 pISSN 2588-0829
2025 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
, (), - , . -
Este estudio examina la transición hacia la movilidad sostenible en Guayaquil, Ecuador, especialmente
en la adopción de vehículos eléctricos mediante estrategias empresariales. Se destaca la importancia de
concienciar sobre la conservación ambiental y superar desafíos como la viabilidad económica y la dispo-
nibilidad de infraestructura de carga. Se enfatiza la colaboración entre diferentes sectores para fomentar
la aceptación de los vehículos eléctricos y se señala la necesidad de inversión estatal en electrolineras
públicas para mejorar la accesibilidad. Estas medidas no solo impulsarían la movilidad sostenible, sino
que también posicionarían a Guayaquil como líder en tecnologías limpias en el mercado automotriz.
is study examines the transition to sustainable mobility in Guayaquil, Ecuador, especially in the adoption
of electric vehicles through business strategies. It highlights the importance of raising awareness of envi-
ronmental conservation and overcoming challenges such as economic viability and availability of charging
infrastructure. It emphasizes collaboration between dierent sectors to foster the uptake of electric vehicles
and points out the need for government investment in public charging stations to improve accessibility.
ese measures would not only boost sustainable mobility, but also position Guayaquil as a leader in clean
technologies in the automotive market.
Recibido: 30/9/2024
Recibido tras revisión: 4/10/2024
Aceptado: 5/11/2024
Publicado: 03/01/2025
Movilidad sostenible, vehículos eléctri-
cos, mercado automotriz, estrategia em-
presarial, viabilidad económica.
Sustainable mobility, electric vehicles, au-
tomotive market, business strategy, eco-
nomic viability
1. Introducción
Si bien es cierto la movilidad sostenible no es un tema re-
ciente, apareció inicialmente en el libro verde de la CE en
1992, señalando sobre el impacto que produce el trans-
porte al medio ambiente, las implicaciones y desafío glo-
bal común que conlleva el desarrollo sostenible [1]. En
este sentido, [2] arma que el libro verde admitió que
a pesar de que el transporte impulsado por combustión
interna había contribuido a grandes benecios activando
la economía, el comercio y facilitando los viajes a esca-
la mundial, también conllevaba costos sustanciales con
relación al impacto ambiental (gases contaminantes) y
su dependencia de los recursos no renovables, como el
petróleo, volviéndose insostenible.
Según la literatura [3] observaron que la movilidad
urbana en el Ecuador presentaba grandes problemas
debido a la escasa normativa, leyes o legislación existen-
te en el medio. Esta falta de regulación limita la capacidad
de controlar la contaminación de gases emitidos por vehí-
culos a combustión. En este contexto, la tecnología de ve
-
hículos eléctricos se presenta como una posibilidad viable
para la transición hacia una movilidad sostenible, ya que
estos vehículos no emiten gases contaminantes, los datos
indican que el consumo medio de los vehículos eléctricos
(VEs) disponibles en el mercado es de aproximadamente
14 kWh/100 km. En comparación, las emisiones medias
de los vehículos híbridos son de 0.234 kg CO2/kWh. Por
otro lado, los vehículos diésel urbanos de 100 CV tienen
un consumo de 5 L/100 km, produciendo 2.67 kg CO2
por cada litro de diésel. Esto signica que las emisiones de
CO2 de un vehículo eléctrico serían de 3.30 kg CO2 por
129
Análisis de la Transición hacia la Movilidad Sostenible: Estrategias de Negocio para la Adopción Masiva de Vehículos Eléctricos en el
Mercado Automotriz en la Ciudad de Guayaquil - Ecuador
Adicionalmente [11], mencionan que el progreso de
una ciudad está inuenciado por una serie de factores e
intereses individuales que guían la adopción de diversas
formas de desplazamiento, la comprensión de la disposi-
ción de actividades y de los factores más destacados en los
movimientos sociales dentro de una ciudad, resulta fun-
damental para realizar una adecuada caracterización ur-
bana, no obstante, el crecimiento urbano sin una previa
planicación y sin considerar el desarrollo sostenible con-
lleva la utilización masiva del transporte privado, a causa
de la expansión territorial [12], por lo que [13] determin-
aron que es necesario guiar a los usuarios a una cultura
más sostenible y sustentable.
Los incentivos gubernamentales desempeñan un pa-
pel fundamental en la decisión de compra por parte de los
consumidores respecto a la adopción de vehículos eléc-
tricos. En Ecuador se otorgan diversos incentivos eco-
nómicos para los vehículos eléctricos e híbridos. La Ley
Orgánica para el Fomento Productivo (LOFP) [14] exi-
me del impuesto al valor agregado y del impuesto especial
sobre consumos a los vehículos eléctricos durante un lap-
so de cinco años. La ley Orgánica de Eciencia Energéti-
ca de Ecuador [15], [16] en su versión original, establecía
que para 2025 todos los vehículos nuevos incorporados
al transporte público debían ser eléctricos, incentivan-
do la movilidad sostenible. Sin embargo, recientemente
se ha actualizado el plazo a 2030. A partir de ese año, los
vehículos que entren en servicio en transporte público,
tanto urbano como interprovincial, deberán ser eléctri-
cos o de cero emisiones. Además, la ley también dispone
que desde 2024, los Gobiernos Autónomos Descentrali-
zados (GAD), en coordinación con el Comité Nacional
de Eciencia Energética, deberán desarrollar de manera
obligatoria los estudios y la infraestructura necesaria para
garantizar la implementación de estas medidas. En el caso
de la región insular, esta disposición será evaluada por el
Comité para asegurar que las condiciones sean apropia-
das antes de su implementación. Asimismo, esta ley fo-
menta a los gobiernos locales a ofrecer incentivos con
la nalidad de promover el tránsito de vehículos eléctri-
cos. Aprobando la resolución N.016/2019 [17], se redujo
al 0% el arancel a la importación de vehículos eléctricos
para uso particular, transporte público y carga, cargado-
res paraelectrolineras, cargadores para vehículos y acu-
muladores eléctricos para vehículos eléctricos.
De acuerdo con la información brindada por la Aso-
ciación de Empresas Automotrices del Ecuador (AEADE)
[18], las ventas de vehículos eléctricos han alcanzado un
récord mensual, con un crecimiento del 73% durante el
año 2023 en comparación con el año anterior. Este creci-
miento signica que los vehículos eléctricos ahora repre-
sentan el 9% de todas las ventas de vehículos por tipo de
combustible. En el 2022, los vehículos electricados repre-
sentaban solo el 5% del total de ventas, por lo que este 9%
cada 100 km, mientras que las de un motor diésel serían
de 13.30 kg CO2 por la misma distancia. Esta diferencia
resalta la mayor cantidad de contaminantes emitidos por
los vehículos diésel. Igualmente, los vehículos eléctricos
no solo contribuyen a la reducción de emisiones de CO2,
sino también de otros gases contaminantes, como el mo-
nóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOx)
y los hidrocarburos (HC). En conclusión, el uso indiscri-
minado de combustibles fósiles tiene un mayor impacto
negativo en el medio ambiente. Por lo tanto, una solu-
ción futura viable sería la transición hacia la adopción de
vehículos impulsados por energía eléctrica. Además de la
eciencia, el consumo juega un rol importante para com-
prender las diferencias entre los vehículos eléctricos y los
vehículos de combustión interna. En el caso de los vehí-
culos eléctricos disponibles en el mercado, exceptuando
los modelos industriales, el consumo medio es de aprox-
imadamente 12.65 kWh por cada 100 km. Estos 12.65
kWh reejan la energía contenida en la batería. Sin em-
bargo, la electricidad requerida para que esta energía lle-
gue a las ruedas proviene de una toma de corriente o una
central eléctrica, y la cantidad necesaria es un poco mayor
debido a las pérdidas en el transporte y en el proceso de
carga de la batería. Las pérdidas promedio son del 6.32%,
lo que resulta en un rendimiento del 93.7% [4].
En relación con la movilidad sostenible [5] destacan
su papel crucial en ciudades con rápido crecimiento ur-
bano y económico. Guzmán et al. [6] señalan que los tra-
yectos hacia el lugar de trabajo son los momentos más
congestionados, especialmente durante las horas pico en
zonas urbanas. Esto subraya la necesidad de que tanto las
organizaciones públicas como privadas desarrollen estra-
tegias de movilidad para no solo reducir la congestión y la
contaminación, sino también para incentivar a los usua-
rios a adoptar alternativas a los vehículos de combustión.
Por otro lado [7], enfatiza que no es viable mantener los
mismos patrones de producción, energía y consumo ac-
tuales. Es esencial una transición hacia un futuro sosteni-
ble a largo plazo mediante el desarrollo de estrategias que
ayuden a las comunidades a progresar social, económica
y ambientalmente.
Por lo cual [8] indican que la sostenibilidad se ha
transformado en una inquietud apremiante a lo que res-
pecta la política de transporte y planicación de movili-
dad a nivel mundial. El concepto de movilidad sostenible
está ampliamente denido, lo que posibilita que se esta-
blezcan políticas y enfoques prácticos. Según indica la
Organización de las Naciones Unidas, para el 2050 apro-
ximadamente 66% de la población mundial vivirá en áreas
urbanas, este aumento poblacional plantea desafíos sig-
nificativos relacionados con la contaminación del
aire, la congestión, la gestión de desechos y salud públi-
ca, especialmente debido al crecimiento masivo del par-
que automotor. En [9] y [10] respaldan esta proyección
en su investigación.
130
Salas R., et al.
actual reeja un incremento de 4 puntos porcentuales en
su participación de mercado.
Por otra parte, en 2019, la ciudad de Guayaquil imple-
mentó una iniciativa en el transporte público que consis-
tió en la introducción de una ota de 20 buses eléctricos.
Además, se instalaron estaciones de carga rápida dispo-
nibles tanto para buses como para taxis eléctricos. El mu-
nicipio ha jugado un papel crucial en el impulso hacia la
transición de vehículos eléctricos. Implementó medidas
como pagar el 50% de la factura eléctrica durante el pri-
mer año de operación de estos vehículos, además de ofre-
cer incentivos de compra para los taxistas que opten por
cambiar sus vehículos de combustión por modelos eléc-
tricos [19] [20]. Esto fue posible tras la aprobación de un
crédito de aproximadamente USD 8 millones otorgado a
una cooperativa local por parte de la Corporación Finan-
ciera Nacional (CFN) B.P., que ha puesto a disposición su
producto “Financiamiento de Movilidad Eléctrica” para
el servicio de trasporte público, permitiendo la adquisi-
ción de unidades, infraestructura de carga y apoyo para
el servicio [21]. Esta iniciativa demuestra un compromi-
so sólido con la sostenibilidad y el fomento de tecnologías
limpias en nuestra comunidad. De igual modo, el Auto-
móvil Club de Ecuador (ANETA) y la Asociación de Em-
presas Automotrices del Ecuador (AEADE) fueron una
parte fundamental para el impulso de la movilidad eléc
-
trica en el país, donde ANETA [22] presentó una iniciati-
va legislativa ante los miembros de la Asamblea Nacional
del Ecuador, con el n de promover la movilidad soste-
nible y el avance de la electromovilidad.
2. MÉTODO
Para llevar a cabo esta investigación, se empleó una me-
todología cuantitativa con el objetivo de evaluar la via-
bilidad y preferencia de la población económicamente
activa (PEA) de la ciudad de Guayaquil, Ecuador, con
relación a la adquisición de vehículos eléctricos.
Se diseñó una encuesta estructurada dirigida a la PEA
de Guayaquil, seleccionando una muestra representativa de
301 personas. Esta muestra fue elegida utilizando técni-
cas de muestreo aleatorio para garantizar la representati-
vidad de la población objetivo.
2.1. RECOPILACIÓN DE DATOS Y ANÁLISIS DE IN
FRAESTR UCTURA ES TACIO NES DE CARGA PARA
VEHÍCULOS ELÉCTRICOS
Se llevó a cabo una exhaustiva vericación de la in-
fraestructura física necesaria para el funcionamiento óp-
timo de los vehículos eléctricos. Se visitaron y evaluaron
las estaciones de carga rápida, ubicadas tanto en el norte
como en el sur de la ciudad. Estas estaciones, nanciadas
e instaladas por instituciones privadas, representan una
iniciativa para promover el uso de vehículos eléctricos. Se
vericó su estado y funcionamiento, incluyendo el tipo de
conexión eléctrica, conectores y la operatividad de los dis-
positivos de carga, así como también los requisitos nece-
sarios para la carga de los vehículos eléctricos la cual varía
de acuerdo con la institución. Además, se vericó las ubi-
caciones de estas estaciones de carga para comprender su
accesibilidad geográca y su impacto en la conveniencia
de la adopción de vehículos eléctricos.
2.2. DISEÑO DE ENCUESTA, SELECCIÓN DE MUES
TRA, Y RECOLECCIÓN DE DATOS
Para la selección de la muestra, se emplearon técnicas
de muestreo aleatorio con el objetivo de garantizar la re-
presentatividad de la población económicamente activa
(PEA) de Guayaquil. Es importante destacar que, en el
proceso de selección, no se tomaron en cuenta variables
de sexo, ya que este factor no era relevante para los obje-
tivos de la investigación, centrada en la disposición de la
PEA hacia la adquisición de vehículos eléctricos.
Además, se optó por incluir en la muestra a indivi-
duos con un nivel educativo superior, ya que se consideró
que su percepción sobre la adopción de vehículos eléctri-
cos podría proporcionar perspectivas adicionales, espe-
cialmente en relación con sus ingresos y su disposición a
invertir en tecnologías sostenibles. Por lo tanto, el diseño
de la encuesta se centró en obtener datos signicativos so-
bre la disposición a adquirir vehículos eléctricos en fun-
ción a los ingresos de la población objetivo.
En la Tabla 1 se presenta la lista de operacionalización
utilizada para la ejecución de la encuesta. Esta tabla se di-
señó con el objetivo de denir claramente las variables de
estudio, así como sus respectivos indicadores, facilitando
así la recolección y análisis de datos.
2.3. ANÁLISIS DE DATOS
Los datos recopilados fueron sometidos a un análisis ex-
haustivo utilizando herramientas estadísticas y de visua-
lización. Para ello, se empleó la plataforma Power BI, que
permitió generar grácos de barras, grácos de pastel,
grácos lineales y otras representaciones visuales para
explorar y comprender mejor los patrones y tendencias
presentes en los datos.
Se realizaron grácos de barras para visualizar la dis-
tribución de las respuestas en función de diferentes va-
riables, como el nivel de ingresos, conocimiento de los
vehículos eléctricos, la disposición a adquirir un vehícu-
lo eléctrico, entre otros. Los grácos de pastel se utiliza-
ron para destacar las preferencias y proporciones relativas
en cada categoría.
Además, se emplearon grácos lineales para identicar
cambios de preferencia relacionados con esta tecnología.
El análisis detallado de estos datos permitió identicar
patrones signicativos y correlaciones entre las diferentes
131
Análisis de la Transición hacia la Movilidad Sostenible: Estrategias de Negocio para la Adopción Masiva de Vehículos Eléctricos en el
Mercado Automotriz en la Ciudad de Guayaquil - Ecuador
Tabla 1.
Diseño de tabla de operacionalización para encuesta.
Variable Indicador Operacionalización para encuesta
Adopción masiva de
vehículos eléctricos
1. Conciencia
consumidor
del 1.1 ¿Cuál es su nivel de conocimiento sobre vehículos eléctricos?
(Escala de 1 al 5, donde 1 es poco conocimiento y 5 es mucho cono-
cimiento)
1.2 ¿Qué tan importante considera los benecios ambientales y eco-
nómicos de los vehículos eléctricos en su decisión de compra? (Es-
cala de 1 a 5)
2. Disponibilidad de
infraestructura de carga
2.1 ¿Cómo calicaría la accesibilidad y facilidad de uso de las esta-
ciones de carga? (Escala de 1 a 5)
Estrategias
negocio para
adopción
de 1. Políticas gubernamentales
e incentivos nancieros
1.1 ¿Está al tanto de las políticas gubernamentales de apoyo a la mo-
vilidad sostenible en Guayaquil? (Sí/No)
1.2 ¿Qué tan inuyentes considera los incentivos nancieros en su
decisión de comprar un vehículo eléctrico (subsidios y subvenciones
gubernamentales)?
2. Estrategias de marketing y
comunicación
2.1 ¿Recuerda alguna campaña de marketing especíca para vehícu-
los eléctricos en Guayaquil? (Sí/No)
2.2 ¿Qué tan efectivas cree que son las estrategias de
comunicación para promover la adopción de vehículos eléctricos?
(Escala de 1 a 5)
Contexto geográco
ciudad de Guayaquil
1. Infraestructura vial y trá-
co
1.1¿Cómo calicaría la calidad de la infraestructura vial urbana en
Guayaquil en relación con la movilidad
sostenible? (Escala de 1 a 5)
1.2 ¿Cómo cree que el tráco y la congestión vehicular afectan a la
movilidad sostenible en Guayaquil?
2. Percepción
Ambiental Sostenibilidad
2.1 ¿Considera importante la sostenibilidad ambiental al elegir un
medio de transporte? (Sí/No)
2.2 ¿Qué tan dispuesto estaría a adoptar un vehículo eléctrico en
función de su contribución a la sostenibilidad?
variables estudiadas, proporcionando una visión integral
de las preferencias de la población económicamente acti-
va de Guayaquil hacia los vehículos eléctricos.
A continuación, se detallan los datos obtenidos en
la encuesta.
Como se muestra en la gura 1, la mayor parte de
la población indicó que tienen poco conocimiento sobre
los vehículos eléctricos. Y a pesar de la escasa familiari-
zación con los vehículos eléctricos, los encuestados tie-
nen una gran conciencia ambiental al momento de elegir
un medio de movilización como se detalla en la gura 2.
Figura 1.
Conocimiento sobre VEs.
132
Salas R., et al.
Figura 2.
Importancia de sostenibilidad para el usuario.
Según los datos obtenidos en la gura 2, un destaca-
do 90.37% de la población encuestada considera crucial la
sostenibilidad ambiental al seleccionar un medio de trans-
porte. Por otro lado, un 9.63% de la población mostró una
menor preocupación por la sostenibilidad ambiental al
momento de tomar decisiones de transporte. Lo que ge-
nera una gran apertura para la transición hacia la movi-
lidad sostenible en la ciudad de Guayaquil.
Figura 3.
Disposición de adopción de VEs. en función de su contribu-
ción a la sostenibilidad.
En la gura 3, se detalla la cantidad de personas que
están dispuestas a adoptar un vehículo eléctrico en fun-
ción a su contribución a la sostenibilidad. El 48.17% de
la población seleccionó que estarían dispuestos a la adop-
ción de un vehículo eléctrico, el 19.60% estarían muy dis-
puestos, el 15.61% indicaron que les parece indiferente,
el 13.62% estarían poco dispuesto, dando como resultado
que el 2.99% no estaría nada dispuesto.
De acuerdo con los datos presentados en la gura 4,
se observa que la mayoría de los encuestados consideran
importantes tanto los benecios ambientales como los
económicos asociados a los vehículos eléctricos al tomar
decisiones de compra. En detalle, de las 301 personas en-
cuestadas, el 51.5% consideran estos benecios impor-
tantes, 21.93% los consideran muy importantes, 21.26%
se mostraron neutrales, 4.32% los ven como poco impor-
tantes y el resto no los consideran importantes.
Figura 5.
Impacto de incentivos nancieros en la decisión de compra
de VEs: subsidios y subvenciones.
Asimismo, el análisis de la gura 5 revela que una
cantidad signicativa de la población encuestada, repre-
sentada por 114 individuos (37.87%), considera los incen-
tivos nancieros como un factor inuyente en su decisión
de adquirir un vehículo eléctrico. Estos incentivos, que
incluyen subsidios y subvenciones, parecen jugar un pa-
pel crucial en la motivación de los consumidores hacia la
compra de vehículos eléctricos.
Figura 4.
Importancia de los benecios ambientales y económicos de
los VEs. a la hora de la compra.
133
Análisis de la Transición hacia la Movilidad Sostenible: Estrategias de Negocio para la Adopción Masiva de Vehículos Eléctricos en el
Mercado Automotriz en la Ciudad de Guayaquil - Ecuador
La disposición a adoptar un vehículo eléctrico se ana-
lizó según los ingresos mensuales de 301 encuestados.
Entre los que ganan más de USD 1.000 mensuales, 60
personas están dispuestas y 29 muy dispuestas a comprar
un vehículo eléctrico. En comparación, entre los que ga-
nan entre 0 y USD 500, 29 personas están dispuestas y 8
muy dispuestas. Estos datos sugieren que, aunque hay in-
terés en todos los niveles de ingresos, la mayor disposi-
ción se encuentra en los grupos con ingresos más altos,
indicando que la capacidad económica inuye en la de-
cisión de compra.
La evaluación de la accesibilidad y facilidad de uso de
las estaciones de carga revela una distribución variada de
opiniones entre los encuestados de la población PEA, quie-
nes compartieron sus criterios y experiencias. Un 44.19%
se mostró neutral, mientras que un 30.9% consideró que
la accesibilidad es muy difícil. Por otro lado, un 11.96%
indicó que las estaciones de carga les resultan fáciles de
usar, y un 10.3% las calicó como difíciles, pero mane-
jables. Además, un pequeño porcentaje del 2.66% de la
población señaló que las estaciones de carga les resultan
muy fáciles de utilizar. Es notable destacar que, a pesar
de las dicultades percibidas, estos hallazgos no disuaden
a los usuarios de considerar la compra de vehículos eléc-
tricos, lo que refuerza su compromiso con la sostenibili-
dad ambiental.
De igual manera, en la gura 8 la evaluación de la ca-
lidad de la infraestructura vial urbana en Guayaquil en
relación con la movilidad sostenible revela una perspec-
tiva diversa entre los encuestados. La mayoría, represen-
tada por 121 personas, la calica como regular, seguida de
104 personas que la consideran como mala y 36 personas
que la perciben como muy mala. Por otro lado, 35 perso-
nas la clasican como buena y solo 5 personas la consi-
deran como muy buena.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La transición hacia vehículos eléctricos (VE) es cru-
cial para reducir emisiones y promover la sostenibilidad
en Guayaquil. Este capítulo presenta estrategias empresa-
riales basadas en datos de encuestas que destacan la ne-
cesidad de mejorar la infraestructura de carga, aumentar
la educación y concientización, y fomentar programas de
prueba y demostración.
3.1. DESARROLLO Y MEJORAMIENTO DE LA IN
FRAESTRUCTURA DE CARGA
Considerando que un 30.9% de los encuestados per-
ciben dicultades en la accesibilidad de las estaciones de
carga, es crucial enfocarse en mejorar esta infraestructu-
ra. Esto implica la implementación de nuevas estaciones
de carga en áreas identicadas con alta demanda y poca
disponibilidad, así como la optimización de las existentes.
Se sugiere la instalación de tecnología de carga rápida
y la actualización de los sistemas de pago para hacerlos
más convenientes. Además, dado que un 10.3% las cali-
có como difíciles, pero manejables, estas mejoras deben
garantizar una infraestructura de carga robusta y ecien-
te que satisfaga las necesidades de los propietarios de ve-
hículos eléctricos en la ciudad.
3.2. EDUCACIÓN Y CONCIENTIZACIÓN
Un 44.19% de la población se muestra neutral res-
pecto a la accesibilidad de las estaciones de carga, y un
35.22% considera regular la efectividad de las estrategias
de comunicación para promover la adopción de vehí-
culos eléctricos. Con un 67.44% de la población que no
recuerda ninguna campaña de marketing especíca, es
fundamental lanzar campañas educativas para aumentar
la conciencia sobre los benecios de los vehículos eléc-
tricos. Estas campañas deben destacar ahorros en costos
de combustible y mantenimiento, reducción de emisio-
nes contaminantes y contribución a la sostenibilidad am-
biental, utilizando medios tradicionales, redes sociales y
eventos comunitarios para llegar a un amplio espectro de
usuarios. Considerando que un 90.37% de los encuesta-
dos considera importante la sostenibilidad ambiental, a
pesar de que solo el 38.87% tiene un conocimiento esca-
so de vehículos eléctricos, estas campañas educativas son
esenciales. Además, un 51.5% de los encuestados consi-
dera importantes los benecios ambientales y económi-
cos de los vehículos eléctricos en su decisión de compra,
y un 21.93% los considera muy importantes. Este enfoque
debe destacarse en las estrategias de comunicación y mar-
keting para incentivar la compra de vehículos eléctricos.
3.3. PROGRAMAS DE PRUEBA Y DEMOSTRACIÓN
Considerando que un 10.3% de los encuestados en-
cuentran las estaciones de carga difíciles, pero manejables
y un 28.57% considera mala la efectividad de las estrate-
gias de comunicación, es esencial implementar programas
que permitan a los consumidores experimentar directa-
mente la conducción de vehículos eléctricos. Estos pro-
gramas podrían incluir períodos de prueba gratuitos o con
descuento, eventos de demostración en concesionarios y
oportunidades para alquilar vehículos eléctricos a corto
plazo. Esto ayudará a superar las barreras iniciales de per-
cepción y experiencia. Además, dado que un 48.17% de
los encuestados están dispuestos y un 19.6% muy dispues-
tos a adoptar un vehículo eléctrico en función de su con-
tribución a la sostenibilidad, estos programas de prueba
pueden ser un factor decisivo para aumentar la adopción.
3.4. ALIANZAS ESTRATÉGICAS:
Dado que un pequeño porcentaje (2.66%) de la po-
blación encuentra muy fácil de utilizar las estaciones de
134
Salas R., et al.
carga y un 17.61% considera buenas las estrategias de
comunicación, se sugiere establecer alianzas estratégi-
cas con fabricantes de vehículos eléctricos, proveedores
de energía y empresas de tecnología. Estas alianzas pue-
den facilitar programas de nanciamiento conjunto, de-
sarrollo de soluciones de carga innovadoras y promoción
conjunta de eventos relacionados con la movilidad soste-
nible. También es importante considerar que un 37.87%
de los encuestados considera los incentivos nancieros,
como subsidios y subvenciones gubernamentales, como
un factor inuyente en su decisión de adquirir un vehí-
culo eléctrico.
3.4. DESARROLLO DE ECOSISTEMAS DE SERVICIOS:
Considerando que un 11.96% de los encuestados en-
cuentran fácil de utilizar las estaciones de carga y un 8.31%
calica como muy buenas las estrategias de comunica-
ción, es importante desarrollar ecosistemas de servicios
integrales que acompañen la experiencia de propiedad
de un vehículo eléctrico. Esto podría incluir servicios de
mantenimiento especializados, programas de asistencia
en carretera dedicados, opciones de seguro especícas y
aplicaciones móviles que proporcionen información en
tiempo real sobre la carga y el rendimiento del vehícu-
lo. Mejorar la infraestructura vial también es esencial, ya
que un 40.2% de los encuestados calica la calidad de la
infraestructura vial urbana como regular, y un 34.55% la
considera mala, lo que afecta la movilidad sostenible en
la ciudad.
4. CONCLUSIONES
El análisis de la transición hacia la movilidad sostenible
mediante la adopción masiva de vehículos eléctricos
(VE) en la ciudad de Guayaquil, apoyado en diversas es-
trategias de negocio, proporciona conclusiones críticas
que resaltan la necesidad de acciones integradas y estraté-
gicas para superar las barreras actuales y promover una
adopción efectiva.
4.1. MEJORA CRÍTICA DE LA INFRAESTRUCTURA
DE CARGA
La accesibilidad limitada a las estaciones de carga
sigue siendo una barrera signicativa. Con un 30.9%
de los encuestados encontrando difícil el uso de estas es-
taciones, es imperativo implementar y optimizar infraes-
tructuras de carga robustas y accesibles. La instalación de
tecnología de carga rápida y la modernización de sistemas
de pago se destacan como acciones esenciales para facili-
tar esta transición.
4.2. Relevancia de la educación y concientización
La falta de conocimiento sobre los VE es una barrera
notable, con un 67.44% de los encuestados sin recordar
campañas de marketing especícas. Sin embargo, la alta
valoración de la sostenibilidad ambiental (90.37%) y los
benecios económicos y ambientales (51.5% importan-
tes, 21.93% muy importantes) subrayan la necesidad de
campañas educativas intensivas. Estas campañas deben
enfocarse en destacar los ahorros en costos y los bene-
cios ambientales de los VE, para inuir positivamente en
la percepción y adopción.
4.3. EFECTIVIDAD DE PROGRAMAS DE PRUEBA Y
DEMOSTRACIÓN
La implementación de programas que permitan a los
consumidores experimentar directamente los VE es fun-
damental para superar las barreras iniciales de percep-
ción. Con un 48.17% de los encuestados dispuestos y un
19.6% muy dispuestos a adoptar un VE por su contribu-
ción a la sostenibilidad, estos programas pueden ser cru-
ciales para fomentar una mayor adopción.
4.4. IMPORTANCIA DE LAS ALIANZAS ESTRATÉGICAS
Establecer alianzas con fabricantes de VE, provee-
dores de energía y empresas de tecnología es vital para
crear un ecosistema de apoyo integral. Estas colabora-
ciones pueden facilitar el desarrollo de soluciones inno
-
vadoras de carga y programas de nanciamiento conjunto,
además de la promoción de eventos relacionados con la
movilidad sostenible. Los incentivos nancieros, con-
siderados inuyentes por el 37.87% de los encuestados,
deben ser integrados en estas estrategias para reducir las
barreras económicas.
4.5. DESARROLLO DE ECOSISTEMAS DE SERVICIOS
DE APOYO:
Ofrecer servicios adicionales que mejoren la expe-
riencia de los propietarios de VE es crucial. Esto incluye
servicios de mantenimiento especializados, asistencia en
carretera, seguros especícos y aplicacionesmóviles in-
formativas. Además, la calidad de la infraestructura vial
debe ser mejorada, ya que un 40.2% de los encuestados
la calica como regular y un 34.55% como mala, lo que
afecta la percepción general de la movilidad sostenible.
Con relación a lo expuesto, para la transición ha-
cia una movilidad sostenible en Guayaquil mediante la
adopción masiva de vehículos eléctricos requiere una
combinación de mejoras en la infraestructura de car-
ga, campañas educativas efectivas, programas de prueba,
alianzas estratégicas y el desarrollo de servicios de apoyo.
Estas estrategias, alineadas con las percepciones y necesi-
dades de la población, son esenciales para superar las ba-
rreras actuales y promover un entorno favorable para la
adopción de VE, contribuyendo así a un futuro más lim-
pio y sostenible para la ciudad.
135
Análisis de la Transición hacia la Movilidad Sostenible: Estrategias de Negocio para la Adopción Masiva de Vehículos Eléctricos en el
Mercado Automotriz en la Ciudad de Guayaquil - Ecuador
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linera-mas- grande-de-ecuador/
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con incentivos a los transportistas y nueva ota de buses
eléctricos BYD”. [Online]. Available:https://bydelectrico.
com/ec/2019/03/13/guayaq uil-entra-de-lleno-a-la-mo-
vilidad-electrica-con- incentivos-a-los-transportis-
tas-y-nueva-ota- de-buses-electricos-byd/
[21] C:F:N.CFN), “Financiamiento de primeros buses eléctri-
cos en Ecuador”, Financia primeros buses eléctricos en
Ecuador. [Online]. Available: https://www.cfn.n.ec/cfn-
nancia-primeros-buses-electricos-en-ecuador/
[22] ANETA, “Responsabilidad Social Corporativa: Políticas
Ambientales.” [Online]. Available: https://aneta.org.ec/
responsabilidad/
136
Salas R., et al.
anexos
Figura 6.
Interés de compra de VEs de acuerdo con el rango de ingresos
mensuales del usuario.
Figura 7.
Evaluación de accesibilidad y usabilidad de las estaciones de
carga de VEs.
Figura 8.
Evaluación de calidad de la infraestructura vial urbana en
Guayaquil y su impacto en la movilidad sostenible.
137
REVISTA INGENIO
Extensión del documento hasta 10.000 palabras incluidas las referencias
Título del Artículo; Times New Roman; Tamaño-14 (Cada Palabra con Mayúscula)
Título del artículo en inglés; Times New Roman; Tamaño-11
Estilo y estructura de los encabezados. (solo hasta 4 niveles y 3 subniveles)
Título
RESUMEN / ABSTRACT
El resumen describirá de forma concisa siguiendo un orden: 1) Justicación del tema; 2) Objetivos; 3) Metodología;
4) Principales resultados; 5) Principales conclusiones.
Palabras clave / Key words
Se deben exponer máximo 5 palabras clave por cada versión idiomática relacionados directamente con el tema del
trabajo. Será valorado positivamente el uso de las palabras claves expuestas en el esaurus de la UNESCO.
Ejemplo:
Palabras clave: X1, X2, X3, X4
Texto principal
Times New Roman, Microso Word, 12 pts.
1. Introducción
Éste debe incluir el planteamiento del problema, el contexto de la problemática, la justicación, fundamentos y pro-
pósito del estudio, utilizando citas bibliográcas, así como la literatura más signicativa y actual del tema a escala
nacional e internacional.
2. Método
Debe ser redactado de forma que el lector pueda comprender con facilidad el desarrollo de la investigación. En su
caso, describirá la metodología, la muestra y la forma de muestreo, así como se hará referencia al tipo de análisis es-
tadístico empleado. Si se trata de una metodología original, es necesario exponer las razones que han conducido a su
empleo y describir sus posibles limitaciones.
2.1 Material
2.2 Conguración
2.2.1 Experimento
3. Resultados y discusión
Se procurará resaltar las observaciones más importantes, describiéndose, sin hacer juicios de valor, el material y mé-
todos empleados. Deberán aparecer en una secuencia lógica en el texto y las tablas y guras imprescindibles evitando
la duplicidad de datos.
REVISTA INGENIO
138
3.1 Efecto de la temperatura
3.2 Efecto de la velocidad supercial
4. Conclusión
Referencias
Se sugiere trabajar con gestor de referencia como Mendeley Video Guía
Las referencias se enumerarán por orden de citación en el texto (IEEE).
[1] -----------.
[2] ----------.
[3] ----------.
En el texto, por favor cite cada referencia por número como se muestra a continuación: Este resultado puede atribuirse
a la diferencia de las dos velocidades de reacción según lo informado por Suzana et al. [1]
Este resultado puede atribuirse a la diferencia de las dos velocidades de reacción como se informó previamente [1].
El estilo dependerá del tipo de referencia que se muestra a continuación. Pero no es necesario clasicarlo en los tipos.
Simplemente, enumérelos por orden de citación en el texto.
Ejemplos:
Artículos
[1] J. Riess, J. J. Abbas, “Adaptive control of cyclic movements as muscles fatigue using functional neuromuscular
stimulation”. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng vol. 9, pp.326–330, 2001. [Onine]. Available: https://doi.
org/10.1109/7333.94846
Conferencias
[1] Suzana Y, Mohamad T A, Uemura Y, Anita R, Lukman I, Shuit S H, Tan K T, Lee K T. Revisión sobre la utilización
de la biomasa agrícola como fuente de energía en Malasia. En: Actas del 16º Simposio regional de la ASEAN sobre
ingeniería química, 1 y 2 de diciembre de 2009, Manila, Filipinas, págs. 86-89.
[1] MPOB (Junta de Aceite de Palma de Malasia), 2008, “6.8 Productores principales mundiales deaceite de palma:
1999 - 2008.” Recuperado el 28 de enero de 2010 de http://econ.mpob.gov.my/economy/annual/stat2008/ei_world08.
htm. (Citar correctamente la información de la fuente se vericará en los buscadores especializados de contenido)
Libro
[1] Corley R. V, Tinker P B. La palma aceitera. 4ta ed. Oxford: Blackwell Science; 2003, p.328.
Tablas
Las tablas son un recurso para facilitar al lector la comprensión de los datos que se van a contrastar. Se considera una
tabla aquella que está compuesta por las y columnas y que contiene información numérica o textual.
Comprende de: número, título descriptivo, contenido y nota. Deben mencionarse de forma explícita en el texto para
dar lugar a su inserción (en la página o en un apartado al nal del documento) y deben atribuirse los créditos de au-
toría en los casos en que se retome información de otras fuentes, de forma literal o adaptada.
139
REVISTA INGENIO
Nota de la tabla con descripciones adicionales y atribución de autoría. Debe conservar el tamaño y tipo de letra del
documento en general. Si se presentan varias notas, se sugiere empezar con notas generales, luego especícas y luego
de probabilidad.
Formato de figuras
Las guras son todos aquellos tipos de grácos que no se consideren tablas. Una gura puede ser un cuadro, fotogra-
fía, dibujo, imágenes clínicas o cualquier ilustración o representación no textual. Como su componente visual tiene
un gran peso en la comunicación, se debe cuidar la calidad de la imagen, su organización y color. Sus contenidos
pueden tener un tamaño de letra sin serifa (Calibri, Arial, Lucida Sans Unicode) que puede ir desde los 8 hasta los
14 puntos.
Nota de la gura con descripciones adicionales y atribución de autoría. Las notas deben conservar el tamaño y tipo de
letra del documento en general. Si se presentan varias notas, se sugiere empezar con notas generales, luego especícas
y luego de probabilidad.
Esta revista, usó tipografía Minion Pro tamaño 11,
se terminó de diagramar en Editorial Universitaria
en el mes de diciembre de 2024 siendo rector de
la Universidad Central del Ecuador el Dr. Patricio
Espinosa del Pozo, Ph. D. y Director de la Editorial
Universitaria el MSc. Edison Benavides.
