Investigación aplicada e innovación

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Investigación
aplicada e
innovación
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Instituto de Educación Superior Tecnológico Privado TECSUP N° 1
RM: N° 153-84-ED (17/02/1984)
RD: N° 054-2005-ED (24/02/2005)
Volumen 6, N.o 1
Primer semestre, 2012
Lima, Perú
ISSN 1996-7551
Editorial ................................................................................................................................................................................................
3
Medición de Temperatura en Semiconductores de Potencia usando Herramientas de
Visión por Computadora ....................................................................................................................... José Lazarte
5
Comparación entre Metodologías de Estimación de Parámetros del Generador
Síncrono a través de respuesta en Frecuencia y Rechazo de Carga ............ María Teresa
Mendoza
13
Actualización de los Criterios Técnicos de Conexión de Instalaciones Eólicas al SEIN ....
Alberto Ríos
21
Mitigación del Ataque “Hombre en el Medio” en las Redes Locales ....................................................
...................................................................................................................................................................................... Mario Surco
33
Influencia del Insumo de Calor para la Evaluación de Trincas en Juntas Soldadas de
Acero API X80 a través del Ensayo Tekken......................................................................Rodrigo Perea
41
Análisis de Fallas y Defectos en Piezas de Acero ........................................ .Juan Carlos Heredia
51
Diseño e Implementación de un Sistema Electrónico de Control Modulante de Nivel en
Calderos ...................................................................................................................................................................César Vera
61
Proceso Fenton para Tratamiento de Efluentes Coloreados ..................................................................
.......................................................................................................................................Adriana Barja / Hernán Zapata
67
Efecto de Cuatro Dosis Nitrogenadas sobre el Rendimiento de Soca en Alcachofa sin
Espinas (Cynara scolymus L.) var. Lorca en Moche, La Libertad ..................... Victoria Larco
73
Editor en Jefe:
Alberto Bejarano, Tecsup
Comité editorial:
Aurelio Arbildo, Inducontrol
Guillermo Barcelli, 2E Ingenieros
Jorge Bastante, Tecsup
Elena Flores, Cementos Pacasmayo
Hernán Montes, Utec
Ricardo Ruiz, Tecsup
Jack Vainstein, Vainstein Ingenieros
InstruccIones para los autores
La revista Investigación aplicada e innovación, I+i, es publicada semestralmente. El objetivo de la revista es contribuir
al desarrollo y difusión de investigación y tecnología, apoyando al sector productivo en la mejora de sus procesos,
eficiencia de sus procedimientos e incorporando nuevas técnicas para fortalecer su competitividad. Las áreas principales de su cobertura temática son: Automatización industrial, Electrotecnia, Electrónica, Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC), Ensayo de materiales, Química y Metalurgia, Educación, Mantenimiento, Tecnología
Agrícola, Tecnología de la Producción, Tecnología Mecánica Eléctrica, Gestión y Seguridad e Higiene Ocupacional.
Va dirigida a los profesionales de los sectores productivos y académicos en las áreas de la cobertura temática.
Coordinadora:
Mayra Pinedo
Requisitos para la publicación de artículos:
Colaboradores:
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José Lazarte
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EDITORIAL
Iniciamos el sexto año de publicación de la revista I+i, motivados en la difusión de la investigación aplicada e innovaciones que contribuyan al desarrollo de la ingeniería y tecnología.
Comprometidos con el desarrollo de la producción intelectual, seguimos compartiendo con
los profesionales y empresas, los resultados de estudios y proyectos que ayuden en la mejora
de sus procesos.
En esta edición, correspondiente al primer semestre de 2012, contamos con trabajos realizados en las áreas de Automatización, Procesos Químicos y Metalúrgicos, Mecánica, Electrotecnia y Producción, los cuales representan un gran aporte al desarrollo tecnológico.
3
Comité Editorial
Medición de Temperatura en Semiconductores
de Potencia Usando Herramientas de Visión por
Computadora
Temperature Measurement in Power
Semiconductors Using Computer Vision Tools
José Lazarte, Tecsup
Resumen
From this information and using logging tools, segmentation
and feature extraction is performed to measure the values and
Este artículo trata del estudio realizado para poder realizar el
defining a pattern of temperatures to identify as it is making
trazado de un patrón de temperaturas en la superficie de un
the process of heat exchange between him and power device
semiconductor de potencia. Teniendo como dispositivo de
environment. Such information is important in a maintenance
adquisición de información una cámara termo gráfica que
process, to assess the integrity of the device in the shortest
entrega imágenes de una región del espacio donde se en-
time and without having to disconnect the system where it
cuentra el dispositivo bajo estudio.
operates.
A partir de dicha información y usando herramientas de re-
The results obtained with this procedure demonstrate the
gistro, segmentación y extracción de características, se realiza
effectiveness of this to characterize the temperature values
la medición de los valores y se define un patrón de tempera-
that the device develops. Results have been validated with
turas que permiten identificar como se está realizando el pro-
three different images of the device and the three results are
ceso de intercambio de calor entre él dispositivo de potencia
concordant.
y el medio ambiente. Dicha información resulta importante
en un proceso de mantenimiento, para poder evaluar la in-
Palabras clave
tegridad del dispositivo en el menor tiempo y sin tener que
desconectarlo del sistema donde opera.
Termografía, visión por computadora, Semiconductores, Temperatura.
Los resultados obtenidos con este procedimiento demuestran la efectividad de este para caracterizar los valores de
Key words
temperatura que el dispositivo desarrolla. Se han validado los
resultados con tres imágenes distintas del dispositivo y en los
Thermal imaging, computer vision, Semiconductors, Tempera-
tres los resultados son concordantes.
ture.
Abstract
INTRODUCCIÓN
This article deals with the study in order to make the layout
El uso de termo grafía como herramienta en los procesos de
of a pattern of surface temperatures of a power semiconduc-
mantenimiento se ha extendido en los últimos 20 años con la
tor. Having as information acquisition device thermo graphic
aparición de equipos con mejores prestaciones en la detección
camera that delivers images of a region of space where the
de la gama del espectro infra-rojo. Tal es el caso de los equipos
device under study.
de la marca FLIR en especial del modelo i5, en base a la información grafica en una imagen termo gráfica se hacen evidentes
Invest. Apl. Innov. 6(1), 2012
5
LAZARTE, José. “Medición de Temperatura en Semiconductores de Potencia Usando Herramientas de Visión por Computadora ”
comportamientos que de otra manera pueden pasar sin ser
Dicho dispositivo contiene el siguiente modelo circuital de se-
detectados. Estos procedimientos son usados bastante en la
miconductores.
industria para la detección de fallas o mal funcionamiento de
equipos.
En particular cuando los dispositivos bajo estudio están
funcionando en sistemas críticos no es posible poder desconectarlos y verificar su integridad mediante pruebas de
laboratorio, por lo cual es importante y necesario realizar un
procedimiento de evaluación en el campo, donde el dispositivo está funcionando. Esto es de considerable importancia
cuando se trata de un dispositivo semiconductor que puede
manejar niveles de energía muy grandes y cuyo trabajo es
clave en un sistema determinado.
En el caso de semiconductores su comportamiento térmico
Figura 2: Imagen del circuito representativo del dispositivo.
FUNDAMENTOS
es fundamental para asegurar su tiempo de vida y evitar fallas intempestivas que no solo deterioren el dispositivo, si no
En la realización de aplicaciones de visión por computadora se
el sistema en el que este se encuentra trabajando.
requiere del desarrollo de varias partes en las que se realizan
procedimientos que buscan poder tomar información de un
Por tanto el comportamiento térmico de la superficie de un
fenómeno del mundo real y traducirlo a modelos matemáticos
semiconductor puede servir como herramienta de detección
de imágenes para que estos puedan ser analizados y aplicando
de posibles problemas de mal funcionamiento si son primero
conceptos de control se pueda tomar una decisión y realizar un
detectadas con los instrumentos adecuados y, luego puedan
acción que afecte al fenómeno bajo estudio.
entregar la información necesaria para poder evaluar el comportamiento del mismo.
6
Los sistemas de visión artificial se encuentran conformados por
dos partes; la que corresponde a la adquisición de la informa-
En particular tomaremos como caso de estudio la temperatu-
ción del fenómeno bajo estudio, así como la que corresponde
ra de la etapa de potencia de un variador de velocidad para
al actuador que modificará o interactuará con el fenómeno; y la
motores AC.
segunda que corresponde al tratamiento de la información en
base a herramientas de software.[1]
En este caso el dispositivo bajo estudio esta ensamblado en
el equipo y opera de forma satisfactoria en un entorno indus-
Es en este ámbito que se desarrolla este estudio, especifica
trial. Es ahí donde se requiere poder mediante una imagen
mente en los bloques que corresponden a procesamiento de
tomada con una cámara temo gráfica identificar su tempera-
la imagen, segmentación y Detección y extracción de caracte-
tura de trabajo y generar un patrón de temperaturas de su
rísticas
superficie visible.
.
Figura 3: Partes de un sistema de Visión Artificial
En la parte de procesamiento de la imagen, se producen deFigura 1: Imagen de Dispositivo de potencia bajo estudio.
gradaciones de las mismas, debido a causas aleatorias en los
procesos de captación, transmisión y digitalización. Dentro
Finalmente en la parte de extracción de características se busca
de esto se realiza por ejemplo el proceso de conversión de
detalles típicos que caractericen al objeto estudiado para poder
imagen de color a escala de grises para poder analizar la lu-
reconocerlo, buscando una manera óptima de representar la in-
minancia de la imagen. Esto se realiza mediante la ecuación
formación que describe cada uno de los detalles caracterizados.
de luminancia. Aplicada a una imagen de color en base a sus
componentes, en el caso de una imagen con un patrón RGB
En el procedimiento se busca identificar una zona o región para
de color como el que se muestra en la figura 4.
poder leer un valor de color que permita identificar en base a
un mapa de color un valor de temperatura. [2]
METODOLOGÍA
Para la realización del estudio se uso imágenes tomadas con
una cámara Flirt modelo i5 que entrega una imagen en formato
JPG con una resolución de 240x240 pixeles.
Dicha información es tomada directamente del equipo que posee el semiconductor instalado como parte de él y operando,
en este caso particular es un variador Modelo iG5 de la marca
LG. El equipo se encontraba operando un motor de 3HP, con
carga mínima por un periodo previo de dos horas antes de la
toma de la imagen.
Figura 4: Imagen a color con un patrón R-G-B de color.
a
b
A continuación se muestra una imagen del equipo en mención.
7
c
d
Figura 5: (a) Componente R, (b) Componente G,
(c) Componente B, (d) Escala de grises.
La ecuación de luminancia es la mostrada a continuación:
Y = R*0.3+G*0.5 + B*0.11
(1)
En donde R, G y B son los valores de cada pixel en cada una de
las componentes. El valor de Y es el valor que tendrá el pixel
Figura 6: Imagen del variador de velocidad iG5
en la imagen en escala de grises.
En la parte inferior del equipoV se encuentra el dispositivo que
En la parte de segmentación se busca realizar una separación
será motivo del presente estudio, la imagen tomada con la cá-
identificando el objeto de interés del fondo de la imagen,
mara termo gráfica registra el lado expuesto o visible de dicho
para ello se hacen uso de diferentes algoritmos como los de
dispositivo, la cual se muestra en la imagen siguiente, que en-
histograma, umbralización, ecualización, erosión, dilatación,
foca aproximadamente el mismo punto de visión que el de la
etiquetado, etc.
cámara termo gráfica.
Figura 9. Disposición física entre la cámara y el variador de velocidad
Se realizaron varias tomas de las que se escogieron tres, con las
que se realizas las pruebas de validación de los resultados. Las
imágenes son las siguientes.
Figura 7: Detalle de la ubicación del dispositivo semiconductor
Dicha imagen nos servirá de referencia de la ubicación del
área que se estudiará.
ADQUISICIÓN DE LA INFORMACIÓN
Se realizaran las mediciones usando una cámara termo gráfi-
8
ca modelo FLIR i5 la cual presenta entre sus característica un
rango espectral de detección de 7,5 a 13 µm. y una resolución
de infra rojos de 80x80 píxeles. [1] A continuación se muestra
una imagen del equipo.
Figura 10. Imágenes usadas para la validación de los resultados
De las imágenes mostradas se deben de tomar en cuenta que
el valor de temperatura que la cámara registra según su propia
forma de registro y medición se muestra en la zona marcada
con 1, la cámara posee un punto de referencia de medición
que se encuentra marcado con un visor circular y se ubica en
el centro de la imagen, zona marcada con 2, en la parte interior
posee un patrón de color en la zona marcada con 3 y presenta
Figura 8. Flir i5 (a) vista de frontal, (b) vista posterior.
el rango de temperaturas en la que está contenida la escala de
color en las zonas marcadas con 4.
La toma de la imagen se realizo de la forma mostrada en la
figura considerando mantener una posición frontal respecto
al objeto sobre el cual se realiza la toma de la imagen termo
gráfica.
que encierra la escala gráfica de temperaturas. Tomando
como referencia las coordenadas del centro de la imagen.
1
[3]
Luego se muestran los tres canales de color (RGB) de la imagen.
2
Figura 12. Canales RGB de la imagen termo gráfica
4
3
4
C) Determinación de coordenadas de la escala de medición.
Figura 11. Disposición de la información contenida en la imagen
RESULTADOS
En esta parte se recorta las regiones de la imagen, en las
que se realizará el análisis, para nuestro caso tendremos
dos regiones, la que corresponde al semiconductor y a la
imagen patrón de temperaturas. En base a la información
Procedimento desarrollado de medición
de coordenadas definidas en la parte anterior.
Con la imagen termo gráfica (la imagen esta en formato JPG)
Para ello se hace uso del comando “imcrop”[2], con este co-
como punto de partida se realizo un procedimiento usando
mando definimos las matrices “Area_Med” que contiene la
el software Matlab [3] y las herramientas que este presenta
información indexada de la imagen y “Pat_med” que con-
en el procesamiento de imágenes para poder extraer de la
tiene la información de la imagen patrón de colores.
imagen información de la temperatura de la superficie visible
del dispositivo semiconductor.
Con el comando “size” definimos las dimensiones de filas y
columnas de cada una de ellas. En el caso de las columnas
El procedimiento que describiremos esta desarrollado en un
es necesario resaltar que en el valor entregado están consi-
scrip de Matlab.
derados los tres patrones de color (RGB); por lo que será necesario dividirlo entre tres para poder tener la dimensión
A) Lectura de la imagen.
en columnas correcto.
Se usa el comando imread para realizar la lectura del archivo gráfico, luego lo pasamos a escala de grises para
luego mediante el comando size, las filas y columnas fueron guardadas en las variables m1 y n1 con dichos valores calculo las coordenadas del centro de la imagen para
desde ese punto como referencia ubicar las coordenadas
de las regiones de interés.
La imagen en formato JPG se convierte a una imagen
Figura 13. Imágenes recortadas
indexada, y a una imagen en escala de grises para poder de ella leer las dimensiones de esta, la cual resulta de
240x240.
B) Determinación de coordenadas de la escala de medición.
D) Determinación de los valores de temperatura en base al patrón de color.
En esta parte se definen los límites de temperatura mínima y máxima entre los que varía el patrón de color, además
Se determinan las coordenadas de los vértices del área
se desarrolla un algoritmo que permita primero tomar un
9
punto de la imagen y compararlo con cada punto del me-
las temperaturas contenidas en la imagen. Se generan his-
dición de colores, para poder definir a que valor se ase-
togramas de estos valores para poder tener una idea de su
meja más, pare ello la comparación la realizamos en base
distribución en el área contenida de la imagen. Y se grafica
a diferencias, usando la siguiente ecuación:
tridimensionalmente la distribución de valores obtenidos.
En función al mapa de colores ( “cool”) de la función “surf”
VectorError_T = (diferencia de intensidades del canal R)
de Matlab.
+ (diferencia de intensidades del canal G)
+ (diferencia de intensidades del canal B)
(2)
De todos los errores calculados y contenidos en el
vectorError_T, se elige el que presenta menor valor y se le
asigna el índice correspondiente de la posición de dicho valor
en el patrón de colores.
Con dicho índice se tabula mediante una regla de tres el valor de temperatura correspondiente en función a los valores
máximos y mínimos determinados antes. En base a la ecuación:
Figura 15. Histograma del vector Vector_T.
Tindice = (Tmax-((125- k)*(Tmax- Tmin)/125))
(3)
Mostramos a continuación en una gráfica la fila 10 de las 21
que contiene la imagen analizada de los valores de tempera-
10
tura calculada.
Figura 16. Histograma del vector Temperatura_Maxima
Figura 14. Valores de temperatura alcanzados en la fila 10 de la imagen
analizada.
Notamos que a lo largo de la imagen los valores de temperatura están por encima de 24°C y por debajo de 32°C
E) Determinación de los valores de temperatura en base al
patrón de color.
Se extraen los valores máximos, mínimos y promedios de
Figura 17. Histograma del vector Temperatura_Minima
Imagen
(b)
Imagen
(c)
29.10
23.01
26.00
26.30
29.49
25.41
27.08
27.00
Figura 18. Histograma del vector Temperatura1(promedio)
Figura 20. Gráfico 3D de distribución de temperaturas imagen (a)
11
Comparando los valores alcanzados y su distribución a lo largo de la imagen, podemos tener una clara idea de cómo se
distribuye la temperatura y por ende el calor en el dispositivo
cuando este está en funcionamiento.
CONCLUSIONES
Los valores de temperatura encontrados, así como los máxi-
Se observa de los resultados que los valores concuerdan con
mos y mínimos los organizamos para la primera imagen con-
los que la cámara entrega, pero hay que considerar que el valor
signando el valor dado por la cámara, y realizando el mismo
de temperatura de la cámara es en relación a un área pequeña
procedimiento para las imágenes (b) y (c). Permiten tener el
y definida, para nuestro caso el área de estudio es mucho más
siguiente cuadro de valores.
grande por lo que considero que es más representativo y de
mucha mayor utilidad la información que puede mostrarnos las
figuras 19, 20 y 21.
TABLA I
VALORES DE TEMPERATURAS PARA LAS TRES IMÁGENES.
Finalmente considerando este tipo de análisis como un primer
Imagen
(a)
Tmáxima
Tmínima
Tpromedio
Tcamara
paso de un procedimiento que permita tomar la imagen termo
29.98
25.19
27.48
29.30
forma que cuando los valores salgan de los consignados como
gráfica en tiempo real y realizar un proceso de monitoreo de tal
valores de operación normales se pueda tomar un acción co-
rrectiva o de prevención de forma directa en el sistema que
se está monitoreando.
REFERENCIAS
[1]
FLIR Systems, Inc (2010), Manual de Usuario i5 i7, Documento T559389, March 11, 2010, Boston, Massachusetts.
[2]
Dana H. Ballard, Christopher M. Brown (1982), Computer
Vision, Department of Computer Science, University of
Rochester, PRENTICE-HALL. INC., New York.
[3]
The MathWorks, Image Processing Toolbox™ 7
User’s Guide (2011).
ACERCA DEL AUTOR
José J. Lazarte Rivera recibió el grado de Bachiller en Ciencias
y el título profesional en Ingeniería Electrónica, por la Universidad Nacional de Ingeniería, ha participado en programas de
entrenamiento en Aplicaciones Industriales de Electrónica
en el Instituto Politécnico de Inchon en Corea del Sur. Tiene
experiencia en mantenimiento electrónico y desarrollo de soluciones en el campo de la Electrónica Industrial, Electrónica
Digital aplicada, Integración de sistemas de Electrónicos de
12
Potencia en Industria, Control de Velocidad y Posición de Motores, habiendo realizado diversas actividades de consultoría
para empresas locales. Es profesor a tiempo completo en TECSUP-Lima y dicta cursos relacionados a electrónica analógica
y digital, Tiene a su Cargo el Laboratorio de Electrónica de Potencia del Departamento de Electrónica. Participa también en
el dictado de cursos de Especialización para profesionales de
la industria, especialmente en temas de Control Electrónico
de Potencia y Control Automático de Motores Eléctricos.
Original recibido: 15 de marzo de 2012
Aceptado para publicación: 25 de abril de 2012
Comparación entre Metodologías de Estimación
de Parámetros del Generador Síncrono a través
del Ensayo de Respuesta en Frecuencia
y Rechazo de Carga
Comparison of Methods of Parameter Estimation
of Synchronous Generator Through the Frequency
Response Test and Load Rejection
María Teresa Mendoza, Tecsup
Resumen
Key words
En este trabajo se discute la metodología de estimación de
Synchronous generator, parameter estimation, frequency res-
parámetros eléctricos de un generador síncrono de polos
ponse test, Levy’s method, Levenberg-Marquardt’s method,
salientes, a través del ensayo de respuesta en frecuencia con
load rejection test.
rotor en reposo (ERFRR).Los métodos numéricos utilizados
para la identificación de parámetros son el método de Levy
INTRODUCCIÓN
y el método de Levenberg-Marquardt. Para validar los datos
obtenidos, se compararon los resultados de los parámetros
Los parámetros del generador síncrono se utilizan en la cons-
estimados con los valores de los parámetros obtenidos en
trucción de modelos matemáticos para el estudio de la dinámi-
ensayos de corto-circuito brusco y de rechazo de carga. Los
ca de sistemas de energía eléctrica. Estos estudios tales como
resultados fueron obtenidos usando un generador síncrono
la determinación de los límites de operación, la configuración
de 2 kVA, 230 V, 1800 RPM, 60 Hz. Los parámetros estimados
de los esquemas de protección, el despacho de carga, la esta-
fueron las reactancias síncronas y todas las constantes de
bilidad transitoria y dinámica entre otros, son críticos para la
tiempo.
operación del sistema de energía eléctrica. El conocimiento de
Abstract
los parámetros de los generadores síncronos es de vital importancia en la obtención de resultados confiables obtenidos a
través de simulaciones dinámicas.
This paper discusses the methodology for estimating the
electrical parameters of a salient pole synchronous generator,
Los parámetros eléctricos fundamentales de un generador sín-
using data obtained from the standstill frequency response
crono son las resistencias eléctricas de los devanados del esta-
(SSFR) test. We analyzed the spectra of amplitude and phase
tor y rotor, las reactancias de dispersión de estos devanados y
of the operational inductances of direct and quadrature axis
las reactancias de magnetización del eje directo d y del eje en
of the stator windings and compared the results with the pa-
cuadratura q, las reactancias síncronas de ejes d y q, las reactan-
rameter values obtained in tests of short-circuit and sudden
cias transitorias y sub-transitorias de circuito abierto y de corto
load rejection.
circuito de los ejes d y q.
Palabras clave
Una de las instituciones internacionales que se preocupa con
los métodos a utilizar para la determinación de parámetros es
Generador síncrono, estimación de parámetros, ensayo de
el Electrical Power Research Institute (EPRI) [3]. La EPRI incenti-
respuesta en frecuencia, método de Levy, método de Leven-
va a los propietarios de centrales a mejorar los parámetros de
berg-Marquardt, ensayo de rechazo de carga.
sus componentes para que las simulaciones puedan describir
13
MENDOZA, María. “Comparación entre Metodologías de Estimación de Parámetros del Generador Síncrono a través del Ensayo de Respuesta en Frecuencia y Rechazo de Carga”
perfectamente el comportamiento dinámico de las mismas,
to en el eje q. Las inductancias operacionales del eje d y eje q
ya que actualmente existen software muy buenos en el mer-
pueden entonces ser obtenidos a partir de los circuitos equiva-
cado para realizar simulaciones.
lentes vistos en la figura (1).
El ensayo de respuesta en frecuencia es una técnica de esti-
En esta figura vd y vq son las tensiones del eje d y q, en los termi-
mación de parámetros eléctricos de generadores síncronos
nales del devanado del estator, id y iq son las corrientes de ejes
que presenta un bajo nivel de riesgo impuesto a la máqui-
d y q del estator, vfd es la tensión de campo, Ld(s) y Lq(s) son las
na, comparado con ensayos de cortocircuito. Este método se
inductancias operacionales de ejes d y q, Ra es la resistencia del
basa en la determinación de parámetros estándares del ge-
devanado de armadura.
nerador, tanto para el eje directo como para el eje en cuadratura, utilizando curvas de respuesta en frecuencia obtenidas
Las expresiones de las inductancias operacionales Ld(s) y Lq(s)
experimentalmente con el generador en reposo.
son mostradas en (1) y (2) [2], [10]-[20].
En este trabajo, se presenta un procedimiento para estima-
(1)
ción de algunos parámetros eléctricos de un generador síncrono de polos salientes utilizando los datos obtenidos del
ensayo de respuesta en frecuencia. A partir de estos datos,
se determinaron los siguientes parámetros: reactancias síncronas de eje directo y de eje en cuadratura y las constan-
(2)
tes de tiempo transitorias y sub-transitorias de eje directo y
de eje en cuadratura, de cortocircuito y de circuito abierto
utilizando métodos iterativos de ajuste de curvas. El método
iterativo de Levy [7], [12] y de Levenberg-Marquardt [7], [8] y
[12] que permiten una estimación eficiente y numéricamente convergente fueron utilizados en este programa.
(a)
14
Uno de los aportes de este trabajo, es el uso del método de
Levy como punto de partida para el método de LevenbergMarquardt (L-M). El uso del método de Levy, que es sólo utilizado en sistemas lineales, se mostro como una herramienta
muy importante para la búsqueda de este punto de partida.
Para validad la consistencia de los resultados del ensayo de
(b)
respuesta en frecuencia con rotor en reposo y la eficiencia
de los algoritmos de estimación de parámetros utilizados en
este trabajo se comparo los valores obtenidos en el ensayo
de respuesta en frecuencia con los resultados de ensayos de
cortocircuito y de rechazo de carga del eje directo y de eje
arbitrario.
MODELAMIENTO MATEMÁTICO DE
LA DINÁMICA DEL GENERADOR
SÍNCRONO
Figura 1 – Circuito equivalente a) eje d y b) eje q del generador síncrono de
polos salientes
En estas ecuaciones Ld e Lq son las inductancias síncronas de
ejes d y q, T´d e Td son las constantes de tiempo transitorio y subtransitorio de cortocircuito y del eje directo, respectivamente,
El generador síncrono es normalmente modelado en dos
ejes d y q usando la transformada Park [6], [9]. Varios investigadores, entre ellos Kundur [6], consideran el generador
síncrono de polos salientes como teniendo un devanado de
amortecimiento en el eje d y un devanado de amortecimien-
Tq es la constante de tiempo sub-transitorio de cortocircuito
y de eje en cuadratura, T´d0 e Td0 son las constantes de tiempo
transitorio y sub-transitorio de circuito abierto y de eje directo,
respectivamente, Tq0 es la constante de tiempo sub-transitorio
de circuito abierto y de eje en cuadratura.
ENSAYO DE RESPUESTA EN FRECUENCIA
Las funciones de transferencia Zd(s) y Zq(s) son obtenidas por
medio de sus diagramas de Bode que muestran las amplitudes
y ángulos de fase en función de la frecuencia. La ecuación (3)
Los ensayos de respuesta en frecuencia son descritos en la
permite determinar las inductancias operacionales de eje di-
IEEE Std. 115 [1]. Esta norma existe desde los años 80, fue re-
recto y de eje en cuadratura que serán utilizados en la estima-
visada en 1995 y se volvió a revisar en 2009 siendo publicada
ción de los parámetros, como se ve en las ecuaciones (1) y (2).
en 2010. Esta es muy importante en el área de ensayos de
máquinas síncronas.
(3)
Esta norma muestra como determinar las impedancias operacionales del eje directo y del eje en cuadratura Zd(s) y Zq(s)
a partir de los ensayos de respuesta en frecuencia, colocando
el rotor en reposo, primero de manera que el eje de campo
magnético debido a la corriente del estator este a lo largo
Para obtener Ra, se debe trazar la parte real de la impedancia
operacional de armadura Zd(s), en función de la frecuencia y
extrapolarse para una frecuencia cero [1].
del eje directo y la impedancia operacional de eje d, Zd(s) sea
(4)
obtenido. La norma IEEE Std. 115 explica como esto es realizado, figura (2).
De forma análoga, con el rotor posicionado en el eje q se ob-
Se debe tener mucho cuidado para obtener el valor de la resis-
tiene la impedancia operacional de eje q, Zq(s).
tencia eléctrica de armadura, que será utilizado en los cálculos
de los parámetros, con la mayor precisión y resolución posible,
caso contrario, podría resultar en grandes errores para valores
de baja frecuencia de la inductancia operacional. En este ensayo es muy importante para obtener medidas aceptables, una
buena calibración de los instrumentos de medida de tensión y
de corriente eléctrica.
DESCRIPCIÓN DEL ALGORITMO DE ESTIMACIÓN
El algoritmo de estimación de parámetros para el ensayo de
(a)
respuesta en frecuencia determina los parámetros de las inductancias operacionales de los ejes d y q (3), que aproximen las
funciones de amplitudes y los ángulos de fase de las funciones
de transferencia Ld(s) y Lq(s) para cada frecuencia w, obtenidas
por medio de tensiones y corrientes del estator en un dado rango de frecuencias.
Los métodos numéricos utilizados para la estimación de los
parámetros en el dominio de la frecuencia son el método de
Levy y el método de Levenberg-Marquardt. El método de Levy,
es utilizado para determinar una primera estimación de valores
de parámetros que serán el punto de partida del método de
Levenberg-Marquardt.
(b)
El método de Levy fue propuesto en 1959 [7], [12]. El objetivo
Figura 2 – Configuraciones del ensayo para obtener la impedancia
operacional (a) del eje d, Zd(s), (b) del eje q, Zq(s)
de este método es determinar los coeficientes de un modelo
lineal descrito por una función de transferencia lineal.
(5)
15
La respuesta en frecuencia del modelo se aproxima de una
La segunda derivada parcial de la función objetivo F(p) es la
respuesta en frecuencia obtenida a partir de procedimientos
matriz Hessiana dada por:
experimentales H(s). El error del modelo en el dominio de la
frecuencia es dado por:
(11)
El método de L-M varía entre el método de Gradiente Descen(6)
diente y el método de Gauss-Newton. Cuando λ≈0 el método es
equivalente a Gauss-Newton y si λ tiende a infinito, el método
de L-M tiende al método de gradiente. Las ventajas de este mé-
Una solución para determinar los coeficientes de la función
todo es la posibilidad de ajustar λ para cada iteración.
de transferencia , con la finalidad de minimizar la función de
(12)
error (6), es conseguida multiplicando D(jw), lo que resulta en
la ecuación:
La complejidad del algoritmo de L-M aumenta con el número
de parámetros que serán determinados.
(7)
Donde A y B son funciones dependientes del vector de fre-
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
DEL ENSAYO DE RESPUESTA EN
FRECUENCIA
cuencia w y de los coeficientes de la función de transferencia.
De la expresión (7) se define la función objetivo a minimizar.
El primer paso en la identificación de parámetros es la elección
de las estructuras del generador para el eje directo y para el eje
en cuadratura. En el caso de generadores síncronos de polos
(8)
salientes se utilizarán las ecuaciones (1) y (2).
Se realizaron 105 mediciones de amplitud y de fase de las im-
16
Los coeficientes de la función de transferencia serán determi-
pedancias operacionales Zd(s) y Zq(s) en el rango de frecuencia
nados, minimizando F [7], [12].
de (0.01 Hz a 1000 Hz), usando los esquemas mostrados en la
figura (2). Con los pares de puntos obtenidos de amplitud y
Por otro lado, el método de Levenberg-Marquardt se basa en
de fase Zd(s) y Zq(s) y usando la expresión (3) se obtuvieron los
el ajuste de una función no lineal de mínimos cuadrados. Los
puntos Ld(s) y Lq(s).
parámetros de un modelo son determinados de manera que
minimicen la suma de cuadrados de la función objetivo [4],
Utilizando el método de Levy se obtuvo las curvas de respuesta
[7] y [18].
en frecuencia que se aproximaban, estas fueron usadas como
punto de partida para la aplicación del método de L-M, que
minimiza el error entre la función de transferencia medida y la
(9)
función de transferencia obtenida por el método de Levy.
Tabla 1 – Parámetros estimados en el eje d utilizando diferentes ensayos
Donde f(p) es la diferencia entre los datos medidos del ensayo
de respuesta en frecuencia y los datos de la función de transferencia obtenidos por el método de Levy. Las condiciones
Parámetros
Métodos
Eje “d”
Cortocircuito
Rechazo de
carga
ERFRR L-M
El valor de F(p) puede ser encontrado aplicando la primera
Ra (Ω)
1,38
-
1,3827
condición de optimización.
Ld (H)
0,0924
0,0749
0,0776
T’d (s)
0,0565
0,0706
0,0774
de optimización sólo pueden ser verificadas numéricamente.
(10)
Td (s)
0,0149
0,0206
0,0050
T’d0 (s)
0,2917
0,2854
0,3461
Td0 (s)
0,0225
0,0330
0,0086
En la tabla (1), se compara los valores del ensayo de respuesta
en frecuencia con rotor en reposo (ERFRR) con parámetros
determinados por medio de otros ensayos. Se observa que
las mayores diferencias entre los ensayos realizados esta en
las constantes de tiempo sub-transitorias T’’d y T’’d0.
La amplitud y fase de la inductancia operacional Ld(s) son
mostradas en las figura (3). La línea sólida muestra las cantidades medidas por medio del ERFRR, la línea punteada representa la función de transferencia estimada utilizando los
métodos descritos.
Figura 4 – Tensión terminal del generador durante el rechazo de carga de
eje directo
Al ser un método gráfico, la determinación de parámetros se
obtiene a través de las tendencias A, B1, B2, y C (figura 5).
En la tabla (2), se muestran los parámetros estimados a través
del ERFRR, y los parámetros determinados del ensayo de rechazo de carga eje directo, considerando dos tendencias B1 y B2.
El ensayo de rechazo de carga, por lo que se observa, permite la determinación de cualquier valor para las constantes de
tiempo transitoria y sub-transitoria, en cuanto que el método
de respuesta en frecuencia, por su naturaleza imparcial y estrictamente matemática determina constantes de tiempo de
manera bien clara.
Tabla 2 – Parámetros estimados en el eje d, considerando diferentes
ensayos y tendencias en la tensión terminal del ensayo de rechazo de
carga de eje d
Parámetro
Métodos
Rechazo de
Eje “d”
carga-eje d
(Tendencia
B1)
Figura 3 – Amplitud y fase de la inductancia operacional Ld(s), datos
medidos y datos estimados
Como se observa, en la tabla (1), se comparan los resultados
(Tendencia
B2) (Ten-
ERFRR
dencia B2)
Ld (H)
0,0749
0,0749
0,0776
T’d (s)
0,0706
0,0706
0,0774
Td (s)
0,0056
0,0205
0,0050
T’d0 (s)
0,2854
0,2854
0,3461
T’d0 (s)
0,0066
0,0353
0,0086
de estimación de parámetros obtenidos del ensayo de rechazo de carga del eje directo con los datos del ERFRR. Para
En la tabla (3) se presenta los parámetros estimados para el eje
determinar los parámetros a partir del ensayo de rechazo de
en cuadratura del ensayo de respuesta en frecuencia, utilizan-
carga se utilizo una metodología gráfica [11], [12], figura (4).
do el método de Levy y el método de Levenberg-Marquardt. Se
17
compara estos valores con parámetros obtenidos del ensayo
Se observa de la tabla (3) que la diferencia entre los parámetros
de rechazo de carga eje arbitrario.
obtenidos en los ensayos de respuesta en frecuencia y de rechazo de carga son considerables.
Tabla 3 - Parámetros estimados en el eje q utilizando diferentes ensayos
Igual que el caso anterior, se muestra en la figura (6) la tensión
Parámetros
eje “q”
Métodos
Rechazo de car- ERFRR
ga eje arbitrario L-M
Lq (H)
0,0547
0,0589
T’’q (s)
0,0083
0,0030
T’’qo (s)
0,0492
0,0191
terminal del generador durante el rechazo de carga de eje arbitrario, y considerando dos tendencias.
En la figura (5) se muestra la amplitud y la fase de la inductancia operacional de Lq(s), valores medidos y estimados.
Figura 6 – Tensión terminal durante el rechazo de carga de eje arbitrario
En la tabla (4), se muestran los parámetros estimados de eje q, a
través del ensayo de respuesta en frecuencia usando el método
de Levy y el método de L-M, y los parámetros determinados del
18
ensayo de rechazo de carga de eje arbitrario, considerando dos
tendencias.
Tabla 4 – Parámetros estimados en el eje q, considerando diferentes ensayos y tendencias en la tensión terminal del ensayo de rechazo de carga de
eje arbitrario
Métodos
Parámetros
Eje “q”
Rechazo de
carga-eje q
(Tendencia
B1)
Rechazo de
carga-eje d
(Tendencia
B2)
ERFRR
(0,01 a
200Hz)
Lq(H)
0,0549
0,0549
0,0572
T’q(s)
0,0083
0,000298
0,0030
T’q0(s)
0,0492
0,0180
0,0180
Se observa de las tablas (2) y (4), que las constantes de tiemFigura 5 - Inductancia operacional Lq(s), amplitud e fase, datos medidos y datos estimados, método de L-M
De esta figura se concluye que los errores debido al método
numérico son aceptables. Por lo tanto, se verifica que el proceso de convergencia del método numérico es eficiente.
po sub-transitoria varían según la tendencia que se considere,
usando una metodología gráfica.
CONCLUSIONES
En este trabajo se desarrollo un algoritmo de estimación de parámetros del generador síncrono a partir de los datos del ensayo de respuesta en frecuencia, aplicando el método de Levy y
el método de Levenberg-Marquardt. El método de Levy iden-
[10] Bortoni, E. (1998). Modelagem de máquinas síncronas de
tifica la estructura del modelo que más se ajusta a los datos
polos salientes empregando técnicas de resposta em fre-
medidos del ensayo obteniendo los parámetros iníciales de
quência, Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo,
la función de transferencia, para después utilizar el método
Brasil.
iterativo de Levenberg-Marquardt de ajuste de curva, que
aproxime la función de transferencia lineal a la función de
transferencia medida.
[11] Fajoni, F. (2010). Estudos sobre determinação de parâmetros elétricos de geradores síncronos de polos salientes,
Tese de Mestrado, Universidade de Campinas, Brasil.
Además fueron comparados los resultados del ensayo de respuesta en frecuencia con ensayos de cortocircuito y recha-
[12] Mendoza, M. (2011). Identificacao de parametros de ge-
zo de carga de eje directo y de eje arbitrario. Los resultados
radores síncronos usando métodos de ajuste de curvas
fueron de razonables a buenos para parámetros de régimen
y ensaio de resposta en frequencia, Tese de Doutorado,
permanente y de régimen transitorio sin embargo, las cons-
Universidade de Campinas, Brasil.
tantes de tiempo sub-transitoria presentan valores diferentes
comparados con los resultados de ensayo de corto circuito
brusco y de rechazo de carga.
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frequency response test data analysis, IEEE Transaction
on Energy Conversion, Vol. 6, pp. 564-571.
19
ACERCA DE LA AUTORA
María Teresa Mendoza Llerena recibió el grado de Ingeniero
Electricista en la Escuela de Ingeniería Eléctrica por la Universidad Nacional de San Agustín (UNSA), Perú, en 2003, el
grado de Msc. en el departamento de máquinas eléctricas,
accionamientos y energía por la Universidad Federal de Rio
Grande do Sul (UFRGS), Brasil, en 2006.
El grado de doctor en el departamento de sistemas de control
y energía en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación
(FEEC) por la Universidad Estadual de Campinas (UNICAMP),
Brasil, en 2011. Se desempeña actualmente como docente en
el área de medidas eléctricas, instrumentación y máquinas
eléctricas en Tecsup Arequipa. ([email protected]).
20
Actualización de los Criterios Técnicos de Conexión
de Instalaciones Eólicas al SEIN
Update of Technical Requirements for Connection
of Wind Installations to SEIN
Alberto Ríos, Universidad Europea de Madrid
Resumen
Key words
Este artículo presenta una propuesta de actualización de los
Wind farms, wind turbines, technical requirements.
“Requerimientos Técnicos de Conexión de las Instalaciones
Eólicas” incluido como Anexo A del Procedimiento Técnico
INTRODUCCIÓN
Nº21 del Comité de Operación Económica del Sistema (COES):
“Ingreso de Unidades de Generación, Líneas y Subestaciones
El 1 de Mayo del 2008 se aprobó y promulgó por la Presidencia
de Transmisión en el COES-SINAC”. En el Perú, a finales del año
de la República del Perú el Decreto Ley 1002 “Decreto Legisla-
2012 se conectaran tres parques eólicos al Sistema Eléctrico
tivo de Promoción de la Inversión para la Generación de Elec-
Interconectado Nacional (SEIN) lo que exige la revisión y ac-
tricidad con el Uso de Energías Renovables” que establece las
tualización de los criterios técnicos de conexión de instalacio-
bases de la promoción de sistemas renovables de generación
nes eólicas al SEIN, publicados el 15 de enero del 2010 en el
eléctrica basados en el aprovechamiento de Recursos Energé-
diario oficial “El Peruano”.
ticos Renovables (RER) para mejorar la calidad de vida de la po-
Abstract
blación y proteger el medio ambiente [1].
Por otro lado, mediante Decreto Supremo Nº 050-2008-EM,
This article presents a proposal to update the “Technical
se aprobó el “Reglamento de Generación de Electricidad con
Requirements for Connection of Wind Farms” included as
Energías Renovables”. Este Reglamento establece que los Siste-
Appendix A in the Technical Procedure No. 21 of the Com-
mas Renovables de Generación Eléctrica deberán cumplir los
mittee of Economic Operation System (COES) called “Income
requerimientos técnicos de operación exigidos en los Procedi-
of Generating Units, Lines and Substations transmission into
mientos del COES, [2, 3, 4, 5]. Además, el Reglamento indica que
COES-SINAC “. In Peru in late of 2012 three wind farms will be
el OSINERGMIN aprobará los procedimientos técnicos adicio-
connected to the National Electrical Interconnected System
nales para la conexión de instalaciones eólicas.
(SEIN) which requires the review and update the technical criteria for connecting wind farms to SEIN published on January
En consecuencia, el 15 de enero del 2010 se publicó en el diario
15, 2010 in the official “El Peruano”.
oficial “El Peruano” la resolución 02-2010-OS/CD en el que se
Palabras clave
establece la inclusión de los “Requerimientos Técnicos de Conexión de las Instalaciones Eólicas a SEIN” como Anexo A en el
Procedimiento Técnico Nº21 del COES: “Ingreso de Unidades de
Parques eólicos, turbinas eólicas, criterios técnicos.
Generación, Líneas y Subestaciones de Transmisión en el COESSINAC”, [6]
21
RÍOS, Alberto. “Actualización de los Criterios Técnicos de Conexión de Instalaciones Eólicas al SEIN”
El sistema eléctrico nacional que presenta una configuración
instalaciones eólicas deberán disponer de sistemas de control
fundamentalmente radial y aislada, y por tanto, exige de un
que realicen un arranque y desconexión progresiva de las tur-
conjunto de rigurosos criterios técnicos de conexión para la
binas eólicas.
correcta integración de instalaciones eólicas al SEIN. El objetivo de los criterios de conexión es garantizar la participación
Adicionalmente, las instalaciones eólicas deberán disponer
del parque eólico en la operación y control del sistema eléc-
de sistemas de medición y registro con capacidad de enviar al
trico.
COES las medidas correspondientes a las diferencias entre la
potencia activa total producible, de acuerdo a la velocidad del
Entre los criterios técnicos de conexión de las instalaciones
viento disponible, y la potencia activa total producida, así como
eólicas destacan: el control de potencia activa y reactiva, el
las diferencias entre la potencia activa total producida y el valor
control de potencia activa/frecuencia y de potencia reactiva/
de referencia exigido de la potencia activa total establecido por
tensión, la calidad de la energía eléctrica, los sistemas de pro-
el COES.
tección de las instalaciones eólicas, los sistemas de comunicación y control externo así como la respuesta transitoria de
El COES por motivos de seguridad y fiabilidad del sistema, se re-
las instalaciones eólicas ante la aparición de contingencias
serva el derecho de modificar los valores de control de potencia
severas (cortocircuitos bifásicos y trifásicos).
activa especificados en el numeral 5 del Anexo A. Las instalaciones eólicas deberán ser informadas de las modificaciones de
FUNDAMENTOS
los valores de referencia de control de potencia activa total producida y de las rampas de subida/bajada con suficiente antela-
En los siguientes apartados se describen las propuestas de
ción, al menos de 24 horas, para que puedan implementarlas en
actualización de los criterios técnicos de conexión de las
sus correspondientes sistemas de control. Las modificaciones
instalaciones eólicas, establecidos en el Anexo A del Proce-
de control de potencia solicitadas por el COES deberán ajustar-
dimiento Técnico Nº 21 y que serán de cumplimiento obli-
se a las características técnicas de las turbinas eólicas.
gatorio para todas las instalaciones eólicas que se conecten
al SEIN.
Las exigencias de control de la potencia activa total producida
dentro de los rangos especificados son aplicables a valores de
22
CONTROL DE POTENCIA ACTIVA
frecuencia que oscilen entre 59,4 y 60,6 Hz. Para valores de frecuencia diferentes a los anteriormente mencionados se deberá
Las instalaciones eólicas deberán tener capacidad de contro-
cumplir lo establecido en el artículo 7 del Anexo A.
lar la potencia activa total producida en el punto de conexión
al SEIN. En función de la operación del sistema, y a solicitud
Los requisitos de control de potencia activa tanto en régimen
del COES, las instalaciones eólicas deberán ajustar la potencia
permanente como en condiciones de funcionamiento en emer-
activa total producida a un valor de referencia exigido. Dicho
gencia se especifican en los siguientes sub-apartados.
valor de referencia es el resultante del Despacho Económico
(programa diario o su reprogramación), que consigna las esti-
Ajuste de la Potencia Activa
maciones de producción de parte de las instalaciones eólicas,
conforme a los Procedimientos Técnicos del COES.
Las instalaciones eólicas deberán tener la capacidad de ajustar la potencia activa total producida al valor de referencia de
El COES podrá establecer un valor distinto al resultante del
potencia activa total exigido, establecido por el COES, en un
Despacho Económico, exclusivamente por razones de seguri-
tiempo máximo de 1 minuto, no obstante y siempre que esta
dad debidamente justificadas. Por tanto, las instalaciones eó-
velocidad de respuesta afecte a la estabilidad del sistema, se
licas deberán disponer de los dispositivos de control necesa-
permitirá un retraso en tiempo con respecto al valor propuesto
rios para responder a las solicitudes de ajuste de la potencia
que será definido por el COES.
activa total producida en todo el rango de potencias posibles
en función de la disponibilidad de la velocidad del viento.
El desvío máximo del valor de referencia de la potencia activa exigido, establecido por el COES no deberá superar un ±5%
Las instalaciones eólicas deberán tener la capacidad de limi-
de la potencia total nominal registrada de la instalación eólica.
tar el valor de las rampas de subida o bajada (no relaciona-
La instalación eólica deberá garantizar la exigencia de ajuste a
da con la disminución de la fuente de energía primaria) de
un valor de referencia determinado de la potencia activa total
la potencia activa total producida. Dichas limitaciones a las
producida para valores de potencia activa que oscilen entre el
rampas deberán ser establecidas por el COES. Además, las
20-100% de la potencia activa total nominal registrada de la
instalación eólica, siempre en función de la disponibilidad de
Las instalaciones eólicas deberán tener capacidad de contro-
la velocidad del viento.
lar la potencia reactiva inyectada o consumida en el punto de
conexión al SEIN, de acuerdo a los requerimientos técnicos es-
Si el control individual de las turbinas eólicas no es suficien-
tablecidos en el Anexo A. El COES deberá establecer las necesi-
te para ajustar la potencia activa total producida al valor de
dades de absorción/inyección de potencia reactiva en función
referencia exigido entonces se procederá a la desconexión
del Programa Diario de Operación o su reprogramación.
controlada de las turbinas.
La generación y consumo de potencia reactiva de la instalación
Control de Rampas de Potencia Activa
eólica estará sujeta a las consignas del COES. En función de la
operación del sistema, y a solicitud del COES, las instalaciones
La instalación eólica deberá garantizar una capacidad de re-
eólicas deberán ajustar la potencia reactiva generada o consu-
ducción de la potencia activa total producida hasta un valor
mida a los valores exigidos dentro de los rangos especificados.
inferior igual al 20% de la potencia activa total nominal registrada, limitada a una rampa de reducción ajustable en un
En relación a lo anteriormente indicado, la instalación eólica
rango entre el 10-100% de la potencia activa total nominal
deberá disponer de los dispositivos de control necesarios para
registrada por minuto.
responder a las solicitudes de ajuste de la potencia reactiva en
un tiempo máximo de 30 segundos, en cualquier nivel de ge-
Asimismo, la instalación eólica deberá garantizar una capa-
neración de potencia activa, no obstante y siempre que esta
cidad de aumento de la potencia activa total producida limi-
velocidad de respuesta afecte a la estabilidad del sistema, se
tada a una rampa de aumento menor o igual al 10% de la
permitirá un retraso en tiempo con respecto al valor propuesto
potencia activa total nominal registrada por minuto.
a definir por el COES. El desvío máximo sobre la potencia reactiva de referencia establecida no deberá superar un ± 1% de la
Control de Arranque y Desconexión
potencia activa total nominal registrada de la instalación eólica.
Las instalaciones eólicas deberán garantizar que las turbinas
El cumplimiento de las exigencias de potencia reactiva es res-
no arranquen más de una vez en un periodo de tiempo máxi-
ponsabilidad exclusiva del titular de la instalación tanto cuando
mo de 10 minutos. Además, deberán garantizar una rampa
la instalación eólica inyecta potencia activa como cuando no
máxima de arranque inferior al 10% de la potencia activa to-
genera potencia activa.
tal nominal registrada por minuto.
Si para cumplir con las exigencias de generación/absorción de
Las instalaciones eólicas deberán garantizar que en régimen
potencia reactiva, establecidas por el COES, es necesaria la ins-
de funcionamiento estable a velocidades superiores a 25 m/
talación de sistemas de regulación de potencia reactiva adicio-
seg, no se desconecten simultáneamente todas las turbinas.
nales, estos sistemas pueden ser estáticos o dinámicos. Asimis-
La desconexión total de la instalación eólica se deberá co-
mo, no se permiten escalones de potencia reactiva superiores
ordinar escalonadamente, de tal forma que se realice en un
al 2,5% de la de la potencia activa total nominal registrada de
periodo de tiempo no inferior a un minuto.
la instalación eólica.
Control de Potencia Activa en Condiciones de Emergen-
Los requisitos de generación o absorción de potencia reactiva
cia
tanto en régimen normal de funcionamiento como en condiciones anormales se especifican en los siguientes sub-aparta-
En condiciones de emergencia, el COES puede exigir una re-
dos.
ducción rápida de la potencia activa total producida. La instalación eólica deberá garantizar la capacidad de control indi-
Potencia Reactiva en Régimen Permanente
vidual de las turbinas que permita reducir la potencia activa
total producida desde un valor del 100% hasta un intervalo
En régimen permanente, las instalaciones eólicas deberán equi-
de potencia entre el 10% y el 0% en un tiempo máximo de 3
parse con sistemas de control de potencia reactiva que permi-
segundos después de recibida la orden de reducción desde
tan ajustar el factor de potencia en el punto de conexión al SEIN.
el COES.
Las instalaciones eólicas deben tener capacidad para garanti-
CONTROL DE POTENCIA REACTIVA
zar los valores máximos de factor de potencia mostrados en la
figura 1 a diferentes niveles de generación de potencia activa. El
23
factor de potencia de 0,95 capacitivo (en adelanto) y de 0,95
admisible de subtensión de 0,9 p.u.
inductivo (en retraso) deberá mantenerse para los niveles
de generación de potencia activa que varían entre el 20% y
Para valores de tensión superiores a 1,1 p.u. e inferiores a 0,9
100% de la potencia total nominal registrada de la instalación
p.u. las instalaciones eólicas deberán desconectarse por medio
eólica. Para valores de potencia activa total producida inferio-
de un sistema de protección, bajo responsabilidad del titular
res al 10% de la potencia activa total nominal, la instalación
de la instalación eólica, cuyos valores de retardo deberán ser
eólica podría operar dentro del área sombreada de la figura 1.
establecidos por el COES.
Se entiende que cuando la potencia activa total producida
En estado de emergencia, la instalación eólica deberá ser capaz
está por debajo del 10%, la instalación eólica puede traba-
de maximizar el factor de potencia capacitivo (en adelanto) e
jar con factor de potencia unidad. No obstante el COES po-
inductivo (en retraso) en el punto de conexión al SEIN.
dría solicitar operar a la instalación eólica dentro del rango
de valores del factor de potencia, especificado por el área
En la figura 2, el área sombreada en rojo y azul, muestra el rango
sombreada, siempre que no se superen los límites de tensión
de operación del factor de potencia en estado de emergencia
admisibles en el lado de baja tensión de las turbinas eólicas
y en régimen permanente, respectivamente, que deberá garan-
o que el titular de la instalación eólica justifique la imposibi-
tizar la instalación eólica en el punto de conexión al SEIN para
lidad técnica de cumplir con las exigencias especificadas. Por
una potencia activa superior al 20% de la potencia activa total
otro lado, la generación/consumo de potencia reactiva con
nominal registrada. Estas condiciones son aplicables para valo-
potencia activa nula, sólo se podrá realizar a nivel de subesta-
res de frecuencia que oscilen entre 50,4 y 60,6 Hz.
ción transformadora.
La solicitud de control de la potencia reactiva, en régimen
permanente, en el punto de conexión al SEIN, establecida por
el COES, puede transmitirse en el Programa Diario de Operación o su reprogramación en el que se indique las consignas
de referencia de la potencia reactiva en diferentes periodos
24
del día así como la duración de los mismos o como lo prevea
el Procedimiento Técnico COES de Programación de la Operación de Corto Plazo.
Figura 1: Rango de operación del factor de potencia de la instalación
Figura 2: Rango de operación del factor de potencia de la instalación
eólica en régimen permanente.
eólica en estado de emergencia.
La exigencia de mantener la potencia reactiva de la instalación eólica dentro de los rangos establecidos, es aplicable a
CONTROL DE POTENCIA ACTIVA/
FRECUENCIA
valores de tensión en el punto de conexión al SEIN que oscilen entre 0,95 y 1,05 p.u.
Las instalaciones eólicas operan a una frecuencia nominal igual
a 60 Hz. No obstante, se les permitirá operar en un rango entre
Potencia Reactiva en Condiciones Anormales
los 57,0 Hz y 62,0 Hz, con los siguientes tiempos máximos de
operación:
En estado de emergencia, la tensión en el punto de conexión
al SEIN puede superar el rango inferior de 0,95 o superior de
1,05 p.u.
• Entre59,4Hzy60,6Hz,deberáoperardeformacontinua,
sin que se vea afectada la potencia activa total producida.
En condiciones de estado de emergencia, las instalaciones
• Entre59,4Hzy58,4Hz,yentre60,6Hzy61,6Hz,deberá
eólicas deberán mantenerse conectadas para un valor máxi-
mantenerse conectada un tiempo no superior a 60 minu-
mo admisible de sobretensión de 1,1 p.u. y un valor máximo
tos ni inferior a 30 minutos.
• Entre58,4Hzy57,8Hz,yentre61,6Hzy62,0Hz,deberá
Asimismo, la instalación eólica deberá disponer de los sistemas
mantenerse conectada un tiempo no superior a 30 se-
de control necesarios para producir aumentos (siempre que la
gundos.
velocidad del viento lo permita, por ejemplo, incremento de la
velocidad del viento que coincide con reducción de la frecuen-
• Entre 57,8 y 57,0 Hz, deberá mantenerse conectada un
tiempo no superior a 10 segundos.
cia) o reducciones de la potencia activa total producida proporcionales al desvío de la frecuencia.
• Si la frecuencia es inferior a 57,0 Hz o superior a 62,0 Hz,
En la figura 4, se muestra que para una frecuencia superior a
deberá desconectarse en un tiempo no superior a 300 ms.
60,6 Hz, deberá ser capaz de reducir linealmente la potencia
activa total producida hasta alcanzar un valor igual al 80% y al
En la figura 3, se muestra el tiempo máximo de operación
40% de la potencia activa total nominal registrada a una fre-
de las instalaciones eólicas en función de las variaciones de
cuencia de 61,6 Hz y 62,0 Hz, respectivamente.
la frecuencia del sistema y de la tensión en el punto de conexión, según lo establecido anteriormente. Se observa que
para el intervalo de frecuencia entre 58,4 y 59,4 Hz y una
tensión en el punto de conexión inferior a 95% o superior a
105% a la tensión nominal, la desconexión de la instalación
se iniciará en un tiempo no inferior a 3 minutos.
El proceso de desconexión de la instalación eólica consistirá
en la reducción de la potencia activa total producida en escalones de 25%Pnom. Así en 1,5 segundos se deberá reducir la
potencia activa total producida hasta un 75%Pnom; hasta un
50%Pnom en 2 segundos; hasta un 25%Pnom en 2,5 segun-
Figura 4: Control de la potencia activa total producida por la instalación
dos, La desconexión de la instalación eólica se deberá realizar
eólica ante variaciones de frecuencia.
en 3 segundos.
Si durante el proceso de reducción de la potencia activa total
producida, ocurre una reducción de la frecuencia, la instalación
eólica deberá ser capaz de incrementar la potencia activa total
producida con una rampa de aumento menor o igual al 10% de
la potencia activa total nominal registrada por minuto, siempre
en función de la disponibilidad de la velocidad del viento y de
la variación de la reducción de la frecuencia.
En la figura 4, se muestra que para una reducción de frecuencia
entre 59,4 Hz y 57,0 Hz, la instalación eólica deberá ser capaz
incrementar linealmente la potencia activa total producida enFigura 3: Tiempo máxima de operación de la instalación eólica ante
tre un valor del 95% al 100% de la potencia activa total nominal
variaciones de frecuencia y tensión.
registrada, siempre en función de la disponibilidad de la velocidad del viento y de la variación del incremento de la frecuencia.
La instalación eólica deberá permanecer conectada ante variaciones de frecuencia de hasta ±2 Hz por segundo, referida
En situaciones excepcionales, y a solicitud del COES, las insta-
a la frecuencia nominal. No se permitirá la conexión de insta-
laciones eólicas deberán ser capaces de operar de forma in-
laciones eólicas mientras la frecuencia sea superior a 60,6 Hz.
tencionada por debajo de su potencia activa total producible
y disponer de reserva secundaria en caso de reducción de la
El titular de la instalación eólica deberá adoptar las medidas
frecuencia.
de diseño y/o control necesarias para que ante aumentos y
reducciones de la frecuencia en los rangos anteriormente de-
La instalación eólica deberá de ser capaz de recibir en tiempo
finidos. La instalación eólica deberá operar con los tiempos
real del COES consignas de referencia de potencia activa en re-
máximos especificados e iniciar el proceso de desconexión
serva a subir ó a bajar y reenviar al COES las medidas de reser-
sin sufrir daños.
vas reales disponibles en cada solicitud.
25
El COES puede modificar las rampas de aumento/reducción
nal al error (desvío por unidad de la tensión respecto de
de la potencia activa total producida, en función de la evo-
la referencia de tensión) de acuerdo al siguiente esquema
lución de las necesidades de operación y control del sistema
de bloques simplificado de control de tensión en régimen
eléctrico ante una alta penetración de energía eólica o en si-
permanente:
tuaciones de condiciones de emergencia.
Las consignas de referencia deben ser implementadas por la
instalación eólica en un periodo máximo de 1 minuto después de recibir la señal apropiada del COES.
CONTROL DE POTENCIA REACTIVA/
TENSIÓN
El sistema de control de tensión de la instalación eólica deberá permitir el ajuste de la tensión en el punto de conexión
al SEIN en correspondencia al valor de referencia establecido
Figura 5: Diagrama de bloques orientativo del sistema de control de
por el COES. El sistema de control de tensión se apoya en el
tensión de una instalación eólica.
sistema de control de potencia reactiva, es decir, en la capacidad del parque de modificar su inyección o consumo de
Donde Vc es el valor de referencia de la tensión eficaz, V es la
potencia reactiva, según lo especificado en el Artículo 6° del
tensión eficaz en el punto de conexión. La constante K repre-
Anexo A.
senta la ganancia proporcional y T representa a la constante de
tiempo. La corriente reactiva en p.u., que se entrega al SEIN en
26
Las instalaciones eólicas deberán mantenerse conectadas
base a la corriente aparente nominal es Ir, estando esta inten-
ante variaciones de la tensión en un rango de ± 10% de la
sidad, limitada tanto superior como inferiormente, en función
tensión nominal.
de la tensión V.
Asimismo, deberán disponer de un sistema de control de ten-
• Lacapacidaddeabsorción/inyeccióndepotenciareactiva
sión con una respuesta similar a un regulador automático de
de la instalación eólica será proporcional a un intervalo si-
tensión. El sistema de control de la instalación eólica deberá
métrico de tensión alrededor de la tensión nominal (± ΔV=
permitir el ajuste de la tensión a un valor de referencia esta-
±5%).
blecido por del COES. El sistema de control de tensión deberá
actuar continuamente para regular la tensión ajustando el
• Lacapacidadmínimadeabsorción/inyeccióndepotencia
valor de la potencia reactiva dentro de los rangos especifica-
reactiva deberá mantenerse mientras la instalación eólica
dos en el Artículo 6° del Anexo A.
esté acoplada y entregando un valor de potencia activa
superior al 20% de la potencia nominal registrada de la
Si para cumplir con las exigencias de control de tensión, esta-
instalación. Para un valor inferior a esa potencia activa, la
blecidas por el COES, es necesaria la instalación de sistemas
capacidad mínima de absorción e inyección de potencia
de regulación de potencia reactiva adicionales, estos siste-
reactiva podrá decrecer linealmente hasta el punto de po-
mas pueden ser estáticos o dinámicos y formarán parte del
tencia reactiva nula con potencia activa nula.
sistema de control de tensión de la instalación eólica.
• Fueradelrangodetensiones1-ΔV≤ V ≤ 1+ΔV el sistema de
Control de Tensión en el Punto de Conexión al SEIN
control de la instalación eólica mantendrá la acción de
control dentro de los márgenes de inyección/absorción de
La instalación eólica deberá disponer de los equipos nece-
potencia reactiva que la producción de potencia activa lo
sarios para realizar un control de la tensión en punto de co-
permita.
nexión al SEIN a un valor de referencia de tensión establecido por el COES. El sistema de control de la instalación eólica
debe cumplir con los siguientes requisitos:
• La velocidad de respuesta en potencia reactiva del regulador de tensión de régimen permanente será tal que la
actuación del mismo deberá haberse completado antes
• Laimplementacióntécnicadelsistemadecontroldebe
de 30 segundos. No obstante, se permite que la velocidad
comportarse en su conjunto como un control proporcio-
de respuesta del sistema de control de tensión en potencia
reactiva se realice en función de un porcentaje de la po-
En el presente apartado se establecen los requisitos mínimos
tencia activa, Q=(20%Pnom)/min, siempre que exista pe-
que han de cumplir las protecciones de las instalaciones eóli-
ligro de disparo de protecciones por picos de intensidad
cas a efectos de garantizar la continuidad de suministro frente
o variaciones rápidas de tensión.
a huecos de tensión.
• El error en régimen permanente de la tensión será tal
que la tensión en el punto de conexión a red se mantenga dentro de la banda de variación admisible que el
COES establece para la referencia de tensión, mientras el
sistema de control no esté saturado en los límites de inyección/absorción de potencia reactiva.
Adicionalmente, la instalación eólica deberá ser capaz de
Las instalaciones eólicas deberán garantizar que ante a huecos
de tensión se cumpla que:
• Lossistemasdeprotecciónnoladesconectancomoconsecuencia de la aparición de huecos de tensión en el punto
de conexión asociados a cortocircuitos despejados según
la curva tensión-tiempo indicada en el numeral 9.1 del
Anexo A.
realizar la función de control a un valor de referencia de la
• Losconsumosdepotenciayenergía(activayreactiva)en
potencia reactiva o del factor de potencia con la misma ve-
el punto de conexión, durante la duración del hueco de
locidad de respuesta que en la función de control a un valor
tensión y el período de recuperación posterior al despeje
de referencia de tensión. La función de control concreta será
de una falta equilibrada o desequilibrada, se deberán en-
indicada por el COES en función de las condiciones de ope-
contrar dentro de los límites establecidos en la tabla 1 y 2,
ración del SEIN.
respectivamente, del numeral 9.3 del Anexo A.
La instalación eólica deberá ajustar la potencia activa total
Perfil de Huecos de Tensión
producida a la potencia activa total programada mientras el
recurso primario lo permita y esté en funcionamiento el siste-
La instalación eólica y todos sus componentes adicionales
ma de control de régimen permanente, independientemente
deberán ser capaces de soportar, sin desconectarse, cualquier
de que la función de control sea a un valor de referencia de
perturbación severa transitoria en la tensión (en módulo y/o en
tensión, de potencia reactiva o de factor de potencia.
ángulo) en el punto de conexión, causados por cortocircuitos o
por cualquier causa de otra naturaleza sin presencia de faltas,
La función de control del valor de referencia de tensión, de
con los perfiles de magnitud y duración del hueco de tensión
la potencia reactiva o del factor de potencia en el régimen
de la figura 6.
permanente cederá sus funciones durante los regímenes
transitorios ante severas perturbaciones al equipo regulador
Por tanto, no se deberá producir la desconexión de la instala-
de tensión del régimen transitorio.
ción eólica ni en la parte superior a la envolvente dibujada por
la línea roja (continua y discontinua) ni en la parte inferior di-
Transformadores de Regulación en Carga
bujada por la línea verde continua de la figura 6. La línea roja
(continua y discontinua) representa los valores de la tensión de
La instalación eólica debe disponer de un transformador con
fase a tierra en p.u. de las fases afectadas por una falla, en caso
regulación bajo carga que permita adecuar la tensión de la
de cortocircuitos trifásicos, bifásicos a tierra y monofásicos, para
red de media tensión a la tensión del punto de conexión al
los cuales la instalación eólica conectada.
SEIN. El mencionado transformador deberá permitir ajustar
la tensión en el lado de media tensión a un valor de 1,0 p.u.
ante las variaciones de la tensión en el punto de conexión
al SEIN. Sin embargo, el transformador con regulación bajo
carga no puede ajustar las variaciones de tensión que aparecen durante una perturbación severa, por lo que después
de la perturbación, la tensión en el lado de media tensión del
transformador puede causar la desconexión generalizada de
las turbinas eólicas.
CONTINUIDAD DE SUMINISTRO ANTE
CONTINGENCIAS SEVERAS
Figura 6: Curva de tensión-tiempo admisible por fase en el punto de
conexión al SEIN.
27
Los perfiles y duración del hueco de tensión, establecidos en
ducible con un gradiente mínimo del 30% de la potencia activa
la figura 6, están relacionados con la instalación de una po-
total nominal registrada por segundo.
tencia eólica inferior al 5% de la potencia de cortocircuito en
el punto de conexión. De la figura 6, se deduce que la instala-
Las instalaciones eólicas deberán equiparse con dispositivos
ción eólica deberá soportar en el punto de conexión:
de protección de tensión por fase cuyas magnitudes de ajuste
se adapten a las exigencias descritas en este numeral.
• Cortocircuitos trifásicos con una profundidad de hueco
de tensión de 0% y una duración de 150 milisegundos,
tEl cumplimiento de las exigencias de continuidad de suminis-
línea roja continua de la figura 6.
tro ante huecos de tensión es responsabilidad exclusiva del titular de la instalación. El titular de la instalación deberá adoptar
• Cortocircuitostrifásicosconunaprofundidaddelhueco
las medidas de diseño y/o control necesarias para que la misma
de tensión de 20% y una duración de 650 milisegundos,
cumpla con los criterios técnicos establecidos ante huecos de
línea roja discontinua de la figura 6.
tensión.
• Cortocircuitosbifásicosdeconunaprofundidaddehue-
El cumplimiento del comportamiento exigido durante corto-
co de 50% y una duración de 650 milisegundos, línea azul
circuitos deberá ser evaluado y verificado
continua de la figura 6.
acreditados o entidades acreditadas. El COES se reserva el de-
por laboratorios
recho de proponer modificaciones en la respuesta transitoria
Una vez despejada la falta, la tensión en el punto de conexión
de la instalación eólica para mantener la continuidad de sumi-
se deberá recuperar al 85% de su valor nominal en un tiempo
nistro ante huecos de tensión y las instalaciones eólicas debe-
máximo de 3 segundos desde el inicio de la falta. Si la tensión
rán adaptarse a esas exigencias.
se recupera al valor de 85% en el tiempo indicado, pero se
mantiene por debajo del 90% durante un tiempo superior a 3
Durante la duración del hueco de tensión, la instalación eóli-
minutos se iniciará la desconexión de la instalación.
ca debe garantizar que no se consuma potencia reactiva. Las
excepciones puntuales de consumo de potencia reactiva son
El proceso de desconexión de la instalación eólica consistirá
28
especificadas en el numeral 9.3 del Anexo A.
en la reducción de la potencia activa total producida en escalones de 25%Pnom, de tal forma que se alcance un 75%Pnom
Inyección de Corriente durante el Hueco de Tensión
en 1,5 segundos; 50%Pnom en 2 segundos, 25%Pnom en 2,5
segundos, la desconexión de la instalación eólica se deberá
La aportación de intensidad reactiva por parte de la instalación
realizar en 3 segundos.
en el punto de conexión, durante el hueco de tensión, se deberá efectuar de tal forma que el punto de funcionamiento sea
La reconexión de la instalación eólica se realizará cuando la
ajustado por un sistema de control automático de tensión con
tensión en el punto de conexión supere el valor de 95% y con
un principio de funcionamiento similar al sistema de control
una rampa del 10% de la potencia total nominal registrada
de tensión de los generadores síncronos convencionales cum-
por minuto.
pliendo los siguientes requisitos:
Además, la instalación eólica y todos sus componentes adi-
• Elsistemadecontroldebeiniciarinmediatamentesufun-
cionales deberán permanecer conectados ante sobretensio-
cionamiento en el momento en que la tensión eficaz en el
nes en una o en todas sus fases cuya tensión eficaz a tierra en
punto de conexión se reduce por debajo del valor de 0,85
el punto de conexión alcance un 1,15 p.u. durante 250 ms ó
p.u., como se especifica en la figura 7, donde se presenta
una sobretensión permanente de 1,1 p.u.
la curva de intensidad reactiva admisible frente al perfil del
hueco de tensión en valores por unidad, en el punto de co-
La instalación eólica deberá garantizar una recuperación
nexión.
escalonada de la potencia activa para evitar oscilaciones de
tensión y sobretensiones una vez despejada la falla.
• En el rango de tensión entre 0,85 p.u y 0,5 p.u., la inyección de intensidad reactiva se deberá realizar de tal forma
La rampa de recuperación de potencia activa deberá entrar
que se localice de la zona gris de la figura 7. La inyección
en acción cuando la tensión en el punto de conexión alcance
de intensidad reactiva en el rango de tensión indicado se
el 85% de su valor anterior a la falta y alcanzar en menos de
efectuará de tal forma que la intensidad reactiva aportada
tres segundos al menos el 90% de la potencia activa total pro-
por la instalación alcance al menos el 90% de la intensidad
nominal entre los 50 y 150 milisegundos desde la detec-
inmediatamente posterior al despeje de la falta, se definen tres
ción de la falla o desde el despeje de la falta.
zonas claramente diferenciadas.
La zona A correspondería a los primeros 150 ms después del
inicio del hueco de tensión, la zona B se define como el periodo desde los 150 ms hasta los 650 ms de duración del hueco
mientras que la zona C corresponde a los 150 ms inmediatamente posteriores al despeje de la falla. En la figura 8, se muestra de forma esquemática las zonas diferenciadas de un hueco
de tensión y los límites establecidos de consumos de energía
y potencia (activa y reactiva) e intensidad reactiva de una instalación eólica ante un hueco bifásico y trifásico. En el caso del
cortocircuito trifásico con una duración del hueco de tensión
de 150 ms, no existe zona B.
La instalación eólica no podrá consumir potencia activa ni potencia reactiva durante el periodo de duración del hueco de
Figura 7: Curva de intensidad reactiva Ir – tensión en el punto de
conexión al SEIN.
tensión y el periodo de recuperación de tensión hasta un valor
de 0,85 p.u.
• Enelrangodetensiónentre0,85p.uy0,5p.u.,lainyec-
No obstante lo indicado en el párrafo anterior se admiten con-
ción de intensidad reactiva se deberá aproximar a una
sumos puntuales de potencia activa y reactiva durante los 150
pendiente de inyección de intensidad reactiva/tensión
ms inmediatamente posteriores al inicio del hueco de tensión
predeterminada, línea verde de la figura 7. Para el hueco
y los 150 ms inmediatamente posteriores al despeje de la falla.
de tensión definido se establece una pendiente de in-
Los consumos puntuales de potencia activa y reactiva son di-
yección de intensidad igual a 2%Ireactiva por 1%Vnom.
ferentes en el caso de cortocircuitos trifásicos o bifásicos. Los
consumos puntuales de potencia/energía (activa y reactiva)
• Parauncortocircuitotrifásicocontensióninferioral20%,
en el periodo correspondiente a esa profundidad de
tanto para cortocircuitos trifásicos y bifásicos se definen en los
numerales 9.3.1 y 9.3.2, respectivamente del Anexo A.
hueco, se permite que la inyección de intensidad aparente sea igual a cero, línea roja punteada de la figura 7.
• Durantelosprimeros150milisegundosinmediatamente posteriores al despeje de la falta, el consumo neto de
intensidad reactiva de la instalación, en cada ciclo, no
deberá ser superior a 1,5 veces la intensidad correspondiente a su potencia nominal registrada.
• La maximización de intensidad reactiva deberá continuar al menos hasta que la recuperación de la tensión
alcance niveles de operación en régimen normal.
Figura 8: Zonas diferenciadas del hueco de tensión para los límites de
• Paralosvaloresdetensionesenelrango0,9≤ V ≤ 1,0 p.u.
consumo de energía/potencia activa y reactiva.
la corriente reactiva inyectada/absorbida Ir responderá a
lo establecido en el control de potencia reactiva, relacio-
El estudio de la respuesta transitoria de un parque eólico de
nado con la operación en régimen permanente.
velocidad variable consiste en realizar los siguientes estudios:
Consumos de Potencia/Energía Activa y Reactiva
• FaltasEquilibradas
En relación a los consumos puntuales de energía y potencia
Se admiten consumos puntuales de potencia reactiva du-
(activa y reactiva) durante el hueco de tensión y el período
rante los 150 ms inmediatamente posteriores al inicio de la
29
falla y los 150 ms inmediatamente posteriores al despeje
Sistema de Registro de Contingencias
de la misma.
La instalación eólica deberá contar con sistemas de registro de
Los consumos de energía y potencia (activa y reactiva) ad-
contingencias. Estos dispositivos deben tener la capacidad de
misibles para una instalación eólica durante un corto-
almacenar en memoria la información más relevante de una
circuito equilibrado se presentan de forma esquemática
falta con suficiente velocidad de respuesta, por lo que debe
en la tabla 1.
contar con la función de medición sincronizada de fasores. Los
lugares idóneos para la instalación de estos dispositivos de
• FaltasDesequilibradas
medición son el transformador de potencia de la subestación
transformadora y la línea de transmisión de evacuación de la
Al igual que en el caso de las faltas equilibradas, se admi-
instalación eólica.
ten consumos puntuales de potencia reactiva durante los
150 ms inmediatamente posteriores al inicio de la falta y
CONCLUSIONES
los 150 ms inmediatamente posteriores al despeje de la
En el presente artículo, se presenta de manera resumida los
misma.
criterios técnicos de conexión de las instalaciones eólicas al sistema eléctrico peruano. Los criterios técnicos propuestos priorizan la seguridad del sistema eléctrico dada la configuración
altamente radial y poco mallada del SEIN.
Los criterios técnicos de conexión establecidos para las instalaciones eólicas que se construirán en el Perú son obligatorios
y están orientados fundamentalmente a que las turbinas eólicas a ser instaladas tengan la capacidad de regular potencia
activa y reactiva y la capacidad de mantener la continuidad de
suministro ante huecos de tensión y a preservar la seguridad
30
de suministro en el SEIN.
Tabla 1: Consumo de energía y potencia (activa y reactiva) ante una
falta equilibrada.
Los parámetros y factores establecidos como requerimientos
técnicos corresponden a valores que recogen la experiencia
Los consumos de energía y potencia (activa y reactiva) admi
internacional comparada y actualizada; asimismo, dichos pará-
sibles para una instalación eólica durante un cortocircuito
metros y factores podrían ser revisados una vez que se tenga
desequilibrado se presentan de forma esquemática en la ta-
experiencia en la operación de las instalaciones eólicas en el
bla 2.
País.
REFERENCIAS
[1] Decreto Legislativo Nº 1002: Promoción de la Inversión
para la Generación de Electricidad con el Uso de Energías
Renovables, mayo 2008.
[2] DecretoSupremoNº050-2008-EM:ReglamentodelaGeneración de Electricidad con Energías Renovables, octubre 2008.
[3] DecretoSupremoNº027-2008-EM:ReglamentodelCoTabla 2: Consumo de energía y potencia (activa y reactiva) ante una
mité de Operación Económica del Sistema, mayo 2008.
falta desequilibrada.
[4] LeyNº28832,LeyparaAsegurarelDesarrolloEficientede
la Generación Eléctrica, julio 2006.
[5]
Resolución de Consejo Directivo Nº 049-99-EM/DGE:
Norma Técnica para la Coordinación de la Operación
en Tiempo Real de los Sistemas Interconectados.
[6]
Resolución Directoral Nº 002-2010-OS/CD del 15 de
Enero de 2010. “Modificación del Procedimiento Técnico del COES Nº 21 ‘Ingreso de Unidades de Generación, Líneas y Subestaciones de Transmisión en el
COES-SINAC’ y Anexo A: ‘Requerimientos Técnicos de
Conexión de las Instalaciones Eólicas al SEIN’”.
ACERCA DEL AUTOR
Alberto Ríos Villacorta. Ingeniero Eléctrico en la especialidad
de Sistemas y Redes Eléctricas por el Instituto Politécnico de
Bielorrusia en el año 1993. Máster en Energías Renovables
por la Universidad Europea de Madrid en el año 2004. Doctor
Ingeniero Industrial por la Universidad Carlos III de Madrid en
el año 2007. Director Técnico de Energy to Quality, Laboratorio de Ensayos de Turbinas Eólicas y Simulaciones de Parques
Eólicos, entre 2005 y 2006. Director del Máster Oficial en Energías Renovables de la Universidad Europea de Madrid entre
2007 y 2011. Sus áreas de interés son el modelado dinámico
de sistemas de generación eléctrica y los estudios de integración de sistemas renovables.
31
Mitigación del Ataque “Hombre en el Medio”
en las Redes Locales
Attack Mitigation “Man in the Middle”
in Local Networks
Mario Surco, Tecsup
Resumen
Palabras clave
En este artículo se analiza el ataque y mitigación de un méto-
Seguridad, LAN, ARP, CISCO, Spoofing, Switch, Ataque Hombre
do de hackeo conocido como “Hombre en el medio”.Este tipo
en el Medio
de ataque es común en las redes informáticas de área local
(LAN), puede ser desencadenado tanto por personal interno
Key words
o externo de una organización, de forma accidental o intencional. El hacker puede conseguir con este tipo de ataque
redireccionar todo el trafico del cliente al atacante, logrando
así obtener información confidencial o modificar las comuni-
Security, LAN, ARP, CISCO, Spoofing, Switch, Man in the Middle
INTRODUCCIÓN
caciones que realiza el cliente.
La seguridad informática es un tema de vital importancia para
En la parte final se describe algunos métodos para prevenir
las empresas de cualquier sector, por ello, éstas invierten en
este tipo de ataques, desde el punto de vista de la gestión de
software y hardware para asegurar que la información que en-
la seguridad o también a través de equipamiento.
tra y sale de una red corporativa este a buen recaudo.
Abstract
La solución a este problema, es trabajar con los usuarios finales
y con los dispositivos de comunicación de la red interna.
This paper analyzes the attack and mitigation of a hacking
method named “Man in the middle”. This type of attack is com-
En este trabajo se revisa brevemente la norma peruana NTP-
mon in local area networks, it can be triggered by internal or
ISO/IEC 17799:2007 que establece la metodología para la se-
external people of a organization, accidentally or intentional.
guridad física y la organización que se debe de realizar en la
The hacker can be achieved with this type of attack redirect
institución para asegurar la red interna. También se analizará el
all the traffic from the client to the attacker, thus achieving
método de ataque “Hombre en el Medio” (Man-In-The-Middle)
obtain confidential information or modify communications
de tipo ARP Spoofing y se explicará cómo contrarrestarlo utili-
that make the client.
zando dispositivos de comunicación.
At the end of the paper is describing some methods to pre-
FUNDAMENTOS
vent this type of attack under security management and
equipment perpespective.
En la actualidad las empresas necesitan estar conectadas a
Internet para poder publicar y consumir servicios de la Web,
33
SURCO, Mario. Mitigación del Ataque “Hombre en el Medio” en las Redes Locales
normalmente nos preocupamos de asegurar el acceso desde
formática, que mediante ingeniería inversa realiza seriales,
la red pública hacia los servicios y usuarios de la red interna
keygens y cracks; los cuales sirven para modificar el com-
pero dejamos de lado la seguridad y protección dentro de la
portamiento o ampliar la funcionalidad del software o
misma.
hardware original. Otro grupo de ellos, se dedica a violar
¿Qué puede ocurrir en la red interna?
la seguridad en sistemas informáticos de forma similar a
como lo haría un hacker; con la diferencia que el cracker lo
realiza con fines de beneficio personal o para hacer daño.
La red interna es el punto más susceptible en las empresas,
ya que no se puede determinar el comportamiento del usua-
Una forma de controlar a estos usuarios es monitoreando
rio. El usuario final puede reaccionar ante diferentes emocio-
y restringiendo sus acciones, o también concientizando al
nes pudiendo comprometer la seguridad de la red; algunas
usuario de las consecuencias de sus acciones.
catalogaciones utilizadas en la red para denominar a estos
usuarios son:
¿Qué problemas podrían causar los
diferentes tipos de usuarios?
• ElusuarioLammer,
La gran parte de los problemas son ocasionados al área de sisSon usuarios con pocos conocimientos de informática,
tema y a los usuarios en general, entre los problemas más usua-
que podrían hackear a otros usuarios al probar cualquier
les podemos encontrar:
software descargado de internet.
• Consumoinnecesariodelosrecursosdeláreadesistemas
• ElusuarioSCRIPTKIDDIE
• Comprometen la seguridad de la información de la empresa
Son simples usuarios de la red, sin conocimientos de
hack o crack pero con afición a estos temas; se dedican a
• Consumoinnecesariodelanchodebandadelared
recopilar información de la red y buscar programas que
luego los ejecutan, infectando en muchos casos con virus
34
a los equipos.
• Elusuariocomún(losmásdifícilesdecontrolar)
• Saturacióndelosserviciosderedenlaempresa
¿Cómo se puede asegurar la red interna?
Muchos usuarios de forma ingenua saturan el ancho de
La respuesta es simple, concientizando al usuario y con inver-
banda de la red interna y el acceso a internet, esto lo con-
sión en equipos de comunicación.
siguen al escuchar música y reproducir videos musicales desde sitios Web, descargando software innecesario,
El primer paso para asegurar la red, es comprometer formal-
estando interconectado con otros usuarios de la misma
mente a la gerencia, una alternativa para realizar esta tarea es
empresa a través de software de mensajería instantánea,
siguiendo las recomendaciones de la norma técnica peruana
al tener presencia activa en las redes sociales, reenviando
NTP-ISO/IEC 17799 [2], que indica:
cadenas de correo electrónico, etc.
“La gerencia debería establecer de forma clara las líneas de la polí• Elusuariohacker
tica de actuación y manifestar su apoyo y compromiso a la seguridad de la información, publicando y manteniendo una política de
Experto en redes y seguridad que accede a sistemas a los
seguridad en toda la organización”.
que no tiene autorización, sin ánimo de causar daño, generalmente para aprender más y superarse a sí mismo.
Estas políticas, según NTP-ISO/IEC 17799, establecen implementar un comité de seguridad conformado por el encargado
Están orientados a la seguridad informática, programa-
de sistemas, encargados de las distintas áreas y la gerencia. Este
ción y diseño de sistemas.
comité deberá establecer, velar por el cumpliendo y actualizar
las normas según los nuevos requerimientos.
• Elusuariocracker
Otro de los puntos que recomienda la norma, es realizar capaEste es un usuario con conocimientos avanzados de in-
citaciones periódicas de seguridad informática a los usuarios
finales, con el fin de concientizarlos en las buenas prácticas
el mismo segmento físico, la dirección IP del host de destino
para desarrollar un trabajo seguro.
debe traducirse en una dirección MAC. Esta es la dirección de
hardware de la tarjeta Ethernet que está conectado físicamente
Con respecto a la inversión en equipos de comunicación, la
a la red. Para ubicar al host de destino se utiliza el protocolo de
empresa debe de utilizar como base la pirámide tecnológica
resolución de direcciones (ARP), ver figura 2.
(ver figura 1).
Figura 2: Proceso de consulta ARP
Fuente: Elaboración propia
Figura 1: Pirámide Tecnológica
Cuando un host tiene que conocer la dirección Ethernet de otro
host, envía una trama de broadcast, similar a la siguiente.
Esta pirámide indica, cuando se logra una robusta base en
la capa de comunicaciones podremos obtener mayor esta-
01:20:14.833350 arp who-has
bilidad en las capas superiores. Por ello, se debe realizar una
192.168.50.1 tell 192.168.50.11
mayor inversión en la capa de comunicaciones porque solo
así se podrá estabilizar la red.
Figura 3: Request ARP
Fuente: ebook Network Security Hacks
35
Los dispositivos más importantes que trabajan en la red interna son los APs y los switch de capa 2 y 3. Para disponer
Dado que este requerimiento es enviado a la dirección broad-
los equipos de comunicación, CISCO recomienda utilizar el
cast, todos los dispositivos Ethernet en el segmento local deben
modelo ECNM (Enterprise Composite Network Model), es un
de recibir la solicitud. La maquina que coincide con la solicitud,
modelo jerárquico, que divide la red en áreas física, lógica y
responderá enviado un response ARP, igual a la figura 4:
funcional. [3]
¿Cómo atacar a la red interna?
01:20:14.833421 arp reply 192.168.50.1
is-at 0:0:d1:1f:3f:f1
Una de las mayores amenazas de las redes informáticas, es un
Figura 4: Response ARP
equipo intruso haciéndose pasar por un equipo de confianza.
Fuente: ebook Network Security Hacks
Una vez que el intruso logre ingresar a la red, puede realizar
varias acciones que perjudique a los usuarios y sobre todo a
Dado que el request ARP ya contiene la dirección MAC del remi-
la empresa. Por ejemplo, puede interceptar y registrar el tra-
tente en el frame Ethernet, el receptor puede enviar su respues-
fico destinado a los servicios de red o puede esperar a que los
ta sin hacer una nueva petición ARP y la tabla CAM del Switch
clientes empiecen a enviar información confidencial.
es actualizada automáticamente.
Suplantar un cliente de red tiene consecuencias especial-
El mayor problema del protocolo ARP es que no implementa
mente graves en las redes IP, ya que abre otras posibilidades
estado, esto significa que no hace un seguimiento de las res-
de ataque. Una de las técnicas de suplantación de host en
puestas a las solicitudes que se envían, por lo que acepta las
una red IP es a través de ARP Spoofing (Protocolo de Resolu-
respuestas sin haber enviado una solicitud.
ción de Direcciones). ARP Spoofing solo se limita a los segmentos de red de área local.
El atacante podría recibir el tráfico destinado a otro host, enviando paquetes response ARP a la dirección IP de la víctima
Cuando un datagrama IP se envía desde un host a otro en
con la dirección MAC del atacante, como lo muestra la figura 5.
La maquina que recibe estos paquetes no puede distinguir-
mas que intercambia las victimas pasen primero por su
los de los legítimos response ARP y comenzara a enviar los
equipo.
paquetes a la dirección MAC del atacante.
Metodología
Para esta prueba se implemento la siguiente topología:
Figura 5: Proceso ARP Spoofing
Coordinar
Otro problema de este protocolo, son las tablas ARP que se
generan en los host y el switch, ya que solo utilizan la última
respuesta.
Figura 6: Diagrama de red
Si el atacante inunda a un host con este tipo de respuestas
ARP, puede consigue sobre escribir las direcciones legítimas,
este tipo de ataque se conoce como ARP Spoofing.
El diagrama anterior muestra una conexión típica de un usuario
a Internet, la conexión se realiza a través del Switch de capa 3.
36
Entre los ataques más peligrosos y difíciles de controlar, están
La puerta de enlace del usuario esta direccionada a la interfaz
los generados a través de ARP Spoofing, este tipo de técnica
fastethernet del router.
puede ser utilizada para generar otros ataques como:
El tipo de ataque a generar es “Hombre en el medio”, este es
• CAMTableOverflow: Los switchs guardan las asociacio-
uno de los más difíciles de controlar ya que se desarrolla en la
nes MAC-Puerto e información de VLAN a medida que
red interna y el único dispositivo de red que se encuentra en
las aprenden en una tabla llamada CAM, al saturar esta
el camino es el Switch de comunicaciones. Para lograr esto se
tabla el switch envía los paquetes a todos los puertos del
utilizara la herramienta Arpspoof, el cual se encuentra dentro
dispositivo; después de concretarse este tipo de ataque,
del paquete de herramientas Dsniff, corriendo bajo el sistema
el Switch se comporta como un HUB para cualquier MAC
operativo Linux.
que no haya aprendido.
Al demostrar cómo se realiza un ataque por ética se debe de
• SwitchPortStealing:El atacante consigue que todas las
enseñar cómo proteger del ataque generado. Este tipo de ata-
tramas dirigidas hacia otro puerto del switch lleguen al
que puede ser controlado a través de diferentes métodos, entre
puerto del atacante para luego re-enviarlos hacia su des-
ellos podemos encontrar:
tinatario. De esta forma el atacante puede monitorear el
tráfico que viaja desde el remitente hacia el destinatario.
• Configurar la tabla ARP de forma estática en el sistema
operativo. Los sistemas operativos Windows y Linux, so-
• Secuestro(Hijacking): El atacante logra redirigir el flujo
de tramas entre dos dispositivos hacia su equipo.
• Denialofservice(DoS):El atacante puede hacer que un
porta entradas estáticas en la tabla ARP. El comando utilizado para realizar esta tarea es:
arp –s <IP> <MAC>
equipo crítico de la red tenga una dirección MAC inexistente.
Esta solución podría ser viable para redes muy pequeñas,
para redes medianas a grandes ya no es factible ya que la
• ManintheMiddle: El atacante logra que todas las tra-
administración se volvería muy compleja y se perdería escalabilidad y flexibilidad.
• MonitorearlaredatravésdesniffercomoWireShark,esta
solución consume muchos recursos y solo se podría registrar el ataque realizado.
• Monitoreoautomáticoenelcliente,existeaplicaciones
que se pueden instalar en clientes tanto Windows o Li-
0:c:29:1:a6:bb 0:c:29:70:7d:2d
0806 42: arp replay 192.168.50.1
is-at 0:c:29:1:a6:bb
Figura 8: Envenenamiento ARP realizado a la puerta de enlace
nux que constantemente verifican los Event y Firewall
logs alertando cualquier cambio de la dirección MAC de
la puerta de enlace. Esta solución requiere usuarios con
conocimientos avanzados.
• Cifrarelcontenidodelacomunicación,estasoluciónes
factible en comunicaciones punto a punto, ejemplo VPN,
consumo de servicios https entre otros.
• FiltrareltraficodepaquetesendispositivosdelaredLAN,
esta solución es la más recomendable por que bloquea-
Ahora el cliente habrá llenado su tabla ARP, se puede observar
en la figura 9, que la puerta de enlace y el atacante tiene la misma dirección MAC, comparar con la figura 6.
C:\>arp –a
Interfaz: 192.168.50.140 --- 0x2
Dirección IP
Dirección física
Tipo
192.168.50.1
0:c:29:1:a6:bb
dinámico
192.168.50.120
0:c:29:1:a6:bb
dinámico
ría el puerto al primer intento de realizar el ARP Spoofing
Figura 9: Tabla ARP de PC Usuario
En la PC atacante, se habilita la capacidad de reenvío de paquetes, esto se logra con el comando:
#echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
En el cliente se ha instalado el software Wireshark, para realizar
el análisis del tráfico en la red, en la figura 4 se muestra como el
atacante envía constantemente paquetes ARP indicando que la
Ahora se procede a envenenar la cache ARP de la maquina
dirección IP de la puerta de enlace tiene la dirección MAC del
Usuario, lo que se busca es que el usuario piense que la IP de
atacante.
puerta de enlace está relacionada con la MAC de la maquina
del atacante:
Este ataque también afecta al switch, ya que el dispositivo
aprende las direcciones MAC del mismo tráfico ARP que pasa
#arpspoof -i eth0 -t
por sus puertos.
192.168.50.140
192.168.50.1
Luego de que se ha logrado colocar al atacante en el medio,
0:c:29:1:a6:bb 0:c:29:c6:dd:8d
existe una gran variedad de software que puede ser utilizado
0806 42: arp replay 192.168.50.1
para capturar o analizar el tráfico que sale o ingresa del cliente.
En esta prueba se utiliza la aplicación urlsnarf el cual se encuen-
0:c:29:1:a6:bb 0:c:29:c6:dd:8d
tra dentro de la herramienta Dsniff.
0806 42: arp replay 192.168.50.1
Urlsnarf registra todas las referencias a URL existentes en el
tráfico capturado, con la posibilidad de mostrarlo en pantalla
Figura 7: Envenenamiento ARP realizado al cliente
o guardarlo en forma de archivo de texto. La figura 10 muestra
la salida de la aplicación urlsnarf cuando el cliente ingresa a la
página web de Tecsup por ejemplo.
Hasta el momento solo se ha capturado el trafico que va del
usuario a la puerta de enlace, ahora se debe realizar lo mismo,
pero para el trafico que va de la puerta de enlace al usuario.
#arpspoof -i eth0 -t 192.168.50.1
192.168.50.140
Figura 10.: Salida de la aplicación urlsnarf
0:c:29:1:a6:bb 0:c:29:70:7d:2d
0806 42: arp replay 192.168.50.1
¿Cómo proteger este tipo de ataques?
37
Para tener una red LAN segura de cualquier tipo de ataques,
se recomienda utilizar un diseño jerárquico como el que recomienda CISCO, ver figura 11.
Switch(config)# arp access-list
Usuarios
Switch (config-arp-nacl)# permit ip host 192.168.50.1 mac host
000c.2970.7d2d
Switch (config-arp-nacl)# permit
ip host 192.168.50.140 mac host
000c.29c6.dd8d
Se aplica la lista de acceso a la Vlan 1
Switch (config)# ip arp inspection
filter Usuarios vlan 1
Switch# show ip arp inspection vlan 1
Source Mac Validation: Disabled
Destination Mac Validation: Disabled
IP Address Validation: Disabled
Figura 11: Red LAN Jerárquica
Este diseño utiliza switch-router en la capa de core, switch de
capa 3 en la capa de distribución y switch capa 2 en la capa
de acceso. Como se puede ver la capa de acceso es la que
interacciona con el usuario y la capa de distribución es la que
permite interactuar con las diferentes áreas y por último la
38
capa de core permite el acceso a la red WAN.
Vlan Configuration Operation ACL Match Static ACL
---- ------------- --------- --------- ---------1
Active
Usuario
No
Vlan ACL Logging DHCP Logging
---- ----------- -----------1
Deny
Deny
Figura 12.: Estado del DAI
La primera seguridad a aplicar es en los switch de acceso,
donde se configuraría de forma estática las direcciones MAC
de los servidores.
Enabled
RESULTADOS
Por último, en la capa de distribución, que utiliza dispositivos
de red LAN de capa 3 como el switch Catalyst 3560, se aplica-
Después de configurar DAI, se puede notar en la figura 11, que
ría inspección de paquetes.
el switch empieza a detectar la sobrecarga de paquetes ARP y
bloquea el respectivo tráfico de paquetes a la vez que puede
Cisco a partir de la versión del IOS Software Release 12.2(25)
notificar al administrador de la red a través de SNMP.
SEB, implementa Dynamic ARP inspection (DAI), esta característica ayuda a prevenir ataques maliciosos de tipo ARP Spo-
Figura 13.: El switch detecta un sobre flujo ARP
ofing.
Lo primero que debe de realizar es habilitar DAI en la VLAN
Con esto cualquier tipo de ataques ARP Spoofing queda blo-
respectiva y crear la lista de acceso con IP y su MAC respecti-
queado. DAI también permite mostrar estadísticas del tráfico
va, la figura 6 muestra la comprobación de esta tarea.
cursado.
Habilitar DAI en la Vlan1
Switch(config)# ip arp inspection
vlan 1
Se crea la lista de acceso donde se relaciona la IP con su respectiva dirección MAC
Figura 14.: Estadística del flujo de paquetes ARP
CONCLUSIONES
Traffic and Switch Access (pp 299 - 327). United States of
America: Cisco Press
• Laseguridadenlareddependemuchodelapoyodela
alta gerencia, para la inversión en equipos de comunica-
[6]2 Kevin Wallace (2008), CCNA Security Official Exam Certifi-
ción así como en el establecimiento de normativas inter-
cation Guide. En: Securing Layer 2 Devices (pp 207 - 249).
nas del uso de los servicios y equipos informáticos.
United States of America: Cisco Press
• La implementación de un diseño jerárquico en la red
ACERCA DEL AUTOR
interna permite tener varias barreras de seguridad ante
ataques desarrollados en la red LAN
Profesional en Redes y Comunicaciones de Datos Tecsup Arequipa, con Estudios de Maestría en “Tecnologías de la Informa-
• Elataquedetipo“Man-in-the-middle”esunadelasta-
ción Aplicadas a la Empresa” en la Universidad Politécnica de
reas más importantes para el hacker que gano acceso a
Madrid (CEPADE). Se desempeño por 9 años como consultor
la red Interna, es importante estar preparados para pre-
en el desarrollo de sistemas para el área de Proyectos de Tecsup,
venir este tipo de ataque.
elaborando proyectos para importantes empresas mineras.
• LosSwitchdeCiscodecapa3implementanvariastécnicas para mitigar ataques de tipo ARP.
Actualmente es docente del área de redes y comunicación de
datos estando a cargo de los cursos de redes inalámbricas, configuración de PBX hibridas, configuración avanzada de switches
• Conunabuenabasetecnológicadeequiposdecomuni-
y routers. Posee certificación Microsoft MCTS (NetFramework,
cación, se soportara de forma más eficiente y segura los
WebApplication), Elastix Certified Engineer (VoIP), Certified
servicios que corran en la red.
Ethical Hacking y Fluke Airmagnet.
REFERENCIAS
Aceptado para publicación: 03 de mayo de 2012
[1]
Lockhard, Andrew. (2006). Network Security Hacks. En:
Hack 62. Detect ARP Spoofing (pp. 130-147). United States of America: O’Reily Media.
[2]
Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales,
(2007). Norma Técnica Peruana, NTP-ISO/IEC 17799,
(EQV. ISO/IEC 17799:2005 Information technology.
Code of practice for information security management). Lima: INDECOPI
[3]
Diane Tare y Catherine Paquet (2007), Building Scalable
Cisco Internetworks (BSCI) 3ra edition. United States of
America: Cisco Press.
[4]
Cisco (2006), Catalyst 3560 Switch Software Configuration Guide. Configuring Dynamic ARP Inspection. Recuperado el 15 de Febrero del 2011 de: http://www.cisco.
com/en/US/docs/
switches/lan/catalyst3560/software/release/12.2_20_
se/configuration/guide/swdynarp.html
[5]
Dave Hucaby y Steve McQuerry (2002), Cisco Field
Manual: Catalyst Switch Configuration. En: Controlling
39
Influencia del Insumo de Calor para la Evaluación
de Trincas en Juntas Soldadas de Acero API X80 a
través del Ensayo Tekken
Influence of the Heat Input to Evaluate the
Craking in the Welded Joint of API X80 Steel
using the Tekken Test
Rodrigo Perea, Roseana da Exaltação Trevisan
Universidad Estadual de Campinas
Sao Paulo - Brasil
RESUMEN
The Flux Cored Arc Welding (FCAW) process and the cored wire
E71T-1 were used for the accomplishment in the welds of API
En el desenvolvimiento de este trabajo se utilizó el ensayo
X80 steel. The input variables studied were: preheat tempera-
de auto-restricción TEKKEN para evaluar la influencia del in-
ture, the cored wire type, the groove kind of the test and the
sumo de calor sobre el grado de restricción de este ensayo
heat input influence. The variation of the heat input was the
y así poder estudiar el fenómeno de agrietamiento en frio
purpose increase the cooling rate and the self- restraint of the
producido en uniones soldadas de aceros de clase API X80.
test and consequently induced to the cold cracking in the wel-
Para la ejecución de las soldaduras fue utilizado el proceso
ded joints. In this work can be concluded that, in the spite of,
con alambre tubular FCAW, utilizando como material base el
high content of residual hydrogen founded, and the high coo-
acero API X80 y como material de aporte el electrodo E 71T-1.
ling rate, during the welding and the presence of susceptibility
Las variables de influencia estudiadas fueron: la temperatu-
microstructure was not observed the formation of cracks in the
ra de precalentamiento, el tipo de bisel utilizado y el aporte
test pieces. These results were attributed to the inadequate TE-
de calor. La variación del aporte de calor tuvo como propó-
KKEN test over the susceptibility cracking API X80 steel studied.
sito aumentar la tasa de enfriamiento y, consecuentemente
Palabras clave
aumentar la restricción del ensayo para poder así inducir el
agrietamiento en frio de las soldaduras. En este trabajo se
concluyó que a pesar del alto contenido de hidrogeno residual encontrado en las juntas, de la elevada tasa de enfriamiento y de la presencia de una microestructura susceptible
Aceros API X80, proceso FCAW, agrietamiento por hidrogeno,
ensayo TEKKEN, Insumo de calor en soldadura
Key Words
al agrietamiento, no fue observada la formación de fisuras en
las probetas de soladura. Estos resultados fueron atribuidos
API X80 steel, FCAW process, hydrogen cracking, TEKKEN test,
a la inadecuación del ensayo TEKKEN sobre el estudio de la
welding, heat input.
susceptibilidad al agrietamiento en frio del acero API X80.
INTRODUCCIÓN
ABSTRACT
La soldadura de tuberías para el transporte de petróleo, gas y
In the development of this work was used the self-restraint
productos derivados nos han llevado a un constante desenvol-
TEKKEN test with the purpose to evaluate the heat input in-
vimiento de nuevos aceros con el propósito de atender los re-
fluence under grade of restriction to the test and could be
querimientos de fabricación de estructuras con alta resistencia
study the cold cracking to produce by joints of API X80 steel.
y bajo peso. Por este motivo, nuevos aceros con mayores valores de tenacidad y resistencia han sido desarrollados. En estos
últimos años los aceros de clase API X120, X80, X70, entre otros
41
PEREA, Rodrigo. “Influencia del Insumo de Calor para la Evaluación de Trincas en Juntas Soldadas de Acero API X80 a través del Ensayo Tekken”
fueron recientemente desarrollados por la industria para su
una microestructura susceptible y altos niveles de tensión. To-
aplicación en tuberías, gaseoductos, oleoductos y construc-
dos estos factores son influenciados por la variación de la tasa
ciones navales, sometidos a alta presión, donde la economía
de enfriamiento que a la vez puede ser modificada alterando el
en peso es muy importante para este tipo de proyectos. Por
aporte de calor o la temperatura de precalentamiento.
tanto este constante desenvolvimiento de aceros con propiedades mecánicas mejoradas y la necesidad por una mayor
Existen varios ensayos dedicados a la evaluación del agrieta-
producción han llevado también a diversos productores e in-
miento inducido por hidrogeno, tanto en el metal de soldadura
vestigadores a buscar nuevas alternativas para la soldadura
(MS) como en la zona afectada por el calor (ZAC). Dentro de es-
de estos aceros. Actualmente la soldadura de tuberías es bas-
tos ensayos existentes, podemos mencionar el ensayo TEKKEN
tante aplicada en proyectos de gran envergadura, en donde
como uno de los más conocidos y utilizados. Este ensayo de
los procesos más conocidos y utilizados hasta ahora son los
auto restricción es utilizado para evaluar la susceptibilidad al
procesos de arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW)
agrietamiento inducido por hidrogeno.
o la combinación de este con otros procesos, sin embargo
este proceso SMAW está siendo sustituido últimamente por
Con el desenvolvimiento de nuevos aceros, como el caso de los
el proceso de soldadura con alambre tubular (FCAW), debido
aceros API y de nuevos electrodos, la restricción impuesta por
a sus principales características presentes como elevada fle-
los ensayos auto restrictivos más antiguos como en caso del
xibilidad, alta calidad del metal depositado, y principalmente
TEKKEN pasó a ser cuestionado.
su mayor tasa de deposición comparado con otros procesos
semiautomáticos, los cuales han contribuido para la utiliza-
No obstante existe también otros ensayos de restricción utiliza-
ción de este último proceso.
dos para evaluar la susceptibilidad del agrietamiento inducido
por hidrogeno denominado G-BOP (Gapped Bead on Plate).
Recientemente el proceso FCAW comenzó hacer aplicado en
Investigaciones anteriores desarrolladas por el grupo de solda-
la soldadura de aceros de clase API. El uso de estos alambres
dura de la Facultad de Ingeniería Mecánica de
tubulares, en particular los auto protegidos se ha mostrado
42
bastante ventajosos para la soldadura de tuberías en campo.
la UNICAMP, mostraron que este ensayo a pesar de ser desen-
Mismo así, una de las dificultades encontradas en este tipo
vuelto en 1974 (GRANVILLE e MCPARLAN) y optimizado por Sil-
de proyectos que utilizan aceros API y el proceso FCAW, es
va (2005), mostro ser eficiente para evaluar la susceptibilidad al
el escaso conocimiento sobre las propiedades que se presen-
agrietamiento de los aceros
API X 80.
tan en la soldadura, tales como propiedades de las uniones
soldadas del material base, zona afectada por el calor y metal
El principal objetivo de este trabajo fue comparar la influencia
de soldadura.
del aporte de calor a través del ensayo TEKKEN y así poder evaluar la susceptibilidad al agrietamiento en frio producido por
El agrietamiento inducido por hidrogeno es considerado uno
hidrogeno de los aceros de la clase API X 80. Por tanto fue utili-
de los mayores defectos encontrados en la junta de solda-
zado el proceso con alambre tubular FCAW usado en la condi-
dura de aceros de alto límite de resistencia. Los principales
ción undermatched. Las variables de influencia definida fueron:
factores que contribuyen para la formación de este tipo de
el aporte de calor de calor impuesto a la junta soldada y el tipo
fisuras son: la presencia de hidrogeno en la junta soldada,
de bisel utilizado en el ensayo Y-Groove test.
Composición Química (% en peso)
C
Si
Mn
P
S
Al
Cu
Nb
V
0,04
0,17
1,75
0,019
0,004
0,032
0,01
0,073
0,005
Ti
Cr
Ni
Mo
N
B
Ca
Sb
Ceq (Pcm)
0,013
0,21
0,02
0,16
0,0035
0,0002
0,0014
0,01
0,16
Propiedades Mecánicas
Límite de Fluencia – LE
Límite de Resistencia – LR
Alargamiento - E
Dureza
(MPa)
(MPa)
(%)
(HB)
561
674
27
206
Tabla 1. Composición química y Propiedades Mecánicas del Acero API X80
La presencia o no de las fisuras fue considerada como una
térmico, compuesto por una placa A/D y el Sofware Aqdados
variable de respuesta. Así como también formo parte de los
7.0 Lynx Technology.
objetivos una comparación de estos resultados con trabajos
Metodología del Ensayo TEKKEN
anteriores realizados por el grupo de soldadura de la FEM/
UNICAMP, donde fue evaluada la susceptibilidad al agrietamiento en frio de los aceros API X80 usando el ensayo
Para el análisis de la influencia del insumo de calor se utilizó
GBOP-P.
el ensayo de auto restricción TEKKEN, bajo las especificaciones
de la norma JIZ 3258. En este ensayo se verifica la ocurrencia
MATERIALES Y MÉTODOS
de fisuras producidas por hidrogeno tanto en la zona fundida
(utilizando un bisel en “Y” recto) como en la zona afectada por
Para el desenvolvimiento de este trabajo se utilizó aceros
el calor (utilizando un bisel en “Y” oblicuo) (JIS 3158, ALCANTA-
para gaseoductos API X80 como material base. En la tabla 1
RA, 1982).
se muestra la composición química, propiedades y porcentaLa fabricación de las probetas se realizó a través de un proceso
je de carbono equivalente encontrados para este acero.
de mecanizado convencional, con dimensiones de 200mm mm
Para el desarrollo y análisis del agrietamiento en frio tanto en
de largo, 75 mm de ancho, 14 mm de espesor y formando un
la ZAC como en el metal de soldadura, fue utilizado el alam-
ángulo de 60°. En la figura 1 se pueden observar todas las di-
bre tubular E 71T-1. Este electrodo fue seleccionado según la
mensiones de las probetas TEKKEN y también los dos tipos de
condición conocida como undermatched, donde la principal
biseles utilizados en la realización de los experimentos.
característica de esta técnica es que presenta un menor límite de resistencia que del metal base. Esta condición under-
Para la preparación de las probetas de soldadura y su respec-
matched según varios autores es utilizada para la soldadura
tiva auto restricción, se utilizó un dispositivo de fijación con
de aceros HSLA con el propósito de minimizar la aparición
el objetivo de garantizar un correcto alineamiento y poder así
de fisuras producidas por hidrogeno, reduciendo o hasta
evitar algunas distorsiones o deformaciones que puedan ocu-
evitando así el uso de la temperatura de precalentamiento,
rrir. Las soldaduras de restricción fueron depositadas en ambos
Loureiro (2002). En la tabla 2 se presenta las principales ca-
lados de la probeta. La Figura 2 muestra un esquema del dispo-
racterísticas mecánicas y composición química para el alam-
sitivo de fijación y las soldaduras de restricción de las probetas
bre tubular E71T-1.
soldadas.
Los cordones de soldadura realizados para evaluar la influen-
Después de la soldadura de restricción conforme se mostró
cia del insumo de calor a través del ensayo TEKKEN fueron
en la Figura 2, se inició la soldadura del cordón del ensayo TE-
realizados en el laboratorio de Soldadura del departamento
KKEN. El proceso utilizado en estos ensayos, fue el proceso de
de Ingeniera de fabricación de la UNICAMP. Los principales
arco eléctrico con alambre tubular (FCAW).
equipos utilizados fueron: Una fuente de energía multiproceso TEM Digitec 600, un sistema electromecánico BUG-O
La ejecución de este ensayo consistió en depositar en la mitad
SYSTEM modelo
de la probeta un cordón de soldadura de aproximadamente
80mm de longitud, estos cordones fueron realizados para dos
5302, utilizado para el control de la velocidad de soldadura y
diferentes insumos de calor utilizados en esta experiencia. Los
la distancia de contacto STICK OUT. También fue utilizada un
parámetros de soldadura serán mostrados en la parte de resul-
sistema de adquisición de datos para el monitoreo del ciclo
tados y discusiones.
Propriedades Mecânicas
Alambre
Límite de Fluencia- LE
Limite de Resistencia-LR
Alargamiento-oε
Dureza
(MPa)
(MPa)
(%)
(HB)
558
607
27
185
E71T-1
Composicion Química (% em peso)
Arame
C
Si
Mn
P
S
Ni
Al
Cr
E71T-1
0,04
0,59
1,41
0,012
0,006
-
-
-
Tabla 2. Propiedades Mecánicas y Composición Química E 71T-1, Lincoln Electric.
43
RESULTADOS
Resultados del TIH en la junta soldada
(2,0kJ/mm)
En esta parte de la investigación serán presentadas las principales variables de influencia que dieron sustentación a la
obtención de estos resultados. También será discutida la influencia de estas variables adoptadas para las dos energías de
soldadura definidas en este trabajo.
En la primera parte de los resultados, fueron optimizados los
parámetros de soladura más adecuados para la correcta aplicación de la soldadura empleada en el ensayo TEKKEN. Basados en la diferencia de diámetros y características peculiares
de cada uno de los electrodos y con el propósito de facilitar
una posterior comparación de las condiciones del experimento, se utilizó como parámetros de control para la soldadura de
los aceros API X80, la misma energía de soldadura y la misma
constante de deposición. La energía de soldadura (Es) fue defiFigura 1. Dimensiones de las probetas TEKKEN, (a) Bisel “Y” recto y
nida en 2,0kJ/mm para esta primera parte de los experimentos
oblicuo; (b) bisel para la soldadura de restricción.
y la constante de deposición en Kd = 23.33, fueron variadas las
velocidades de soldadura y de alimentación en 150mm/min e
Para el análisis y evaluación de las soldaduras se esperó un
3,5m/min.
promedio de 48 horas para la aparición de estas fisuras de hi-
44
drogeno, después de este tiempo se inspecciono y verifico la
En la tabla 3 se presentan los parámetros de soldadura defi-
presencia de alguna fisura tanto superficiales como transver-
nidos para los tipos de alambre tubular, en estos parámetros
sales. Todas las mediciones realizadas fueron cuantificadas
fueron variados: la corriente de soldadura, la tensión de arco y
de acuerdo a las ecuaciones de la norma JIS Z 3158.
la distancia Stick Out. Estos parámetros fueron utilizados para
la ejecución de los cuerpos de prueba tanto a temperatura ambiente como precalentados a 100°C.
En los resultados obtenidos para un insumo de calor de 2,0kJ/
mm, fueron adoptadas como variables de influencia: la temperatura de precalentamiento, el tipo de bisel y, los dos tipos de
alambre tubular; teniendo como variable de respuesta la presencia y el porcentaje de fisuras en frio.
Después de la realización de los ensayos y análisis de las muestras para todas las condiciones de soldadura, se observó que
en los resultados obtenidos no fueron encontradas fisuras por
hidrogeno tanto en la ZAC como en el metal de soldadura (MS).
Estos resultados fueron los mismos para todas las condiciones
de soldadura utilizada, independientemente del tipo de electrodo utilizado, tipo de bisel y temperatura inicial de las pro-
Figura 2. Dispositivo de Fijación para la preparación y alineamiento de
betas. Estos resultados fueron considerados inesperados consi-
las soldaduras de restricción.
derando que el ensayo TEKKEN es un ensayo de alta restricción
para evaluar el fenómeno de agrietamiento por hidrogeno en
frio.
Alambre
I
(A)
U
(V)
Va
(m/min)
Vs
(mm/min)
DBCP
(mm)
Es
(kJ/mm)
E 71T-1
200
25
3,5
150
19
2,0
E 71T8-K6
220
22
3,5
150
25
2,0
Tabla 3. Parámetros de Soldadura para diferentes alambres tubulares.
En otros estudios presentados por Silva e Trevisan (2005)
calor, influencian directamente en la tasa de enfriamiento de
para evaluar la susceptibilidad de los aceros API X80 a través
la junta de soldadura, reduciendo la formación de las microes-
del ensayo G-BOP, se demostró la presencia de fisuras indu-
tructuras susceptibles, aumentando el tiempo de difusión del
cidas por hidrogeno a temperatura ambiente. Estos autores
hidrogeno y disminuyendo las tensiones residuales causadas
utilizaron el mismo material base, los mismos tipos de consu-
por la soldadura. (Svensson e Linert, 1994, e Adonyi, 2000).
mibles y condiciones similares de soldadura a las utilizadas
en esta investigación. El porcentaje de fisuras encontradas
En el análisis del precalentamiento, fueron utilizadas dos tem-
por Silva y Trevisan (2005) fue de 65% en el metal de solda-
peraturas, la temperatura ambiente de 25°C, y la segunda de
dura. Por tanto debido a la ausencia de fisuras en nuestros
100 °C. Para evaluar el comportamiento de la tasa de enfria-
experimentos, en todas las condiciones ensayadas y, de
miento en función de la temperatura de precalentamiento en
acuerdo a la presencia de fisuras encontradas en estudios si-
el ensayo TEKKEN, se realizó la adquisición de los ciclos térmi-
milares conforme demostrado por Silva y Trevisan (2005), se
cos durante el proceso de soldadura. En la figura 3 son presen-
decidió evaluar el efecto de cada una de las variables y de los
tados los ciclos térmicos de los cordones de soldadura reali-
factores directamente relacionados al fenómeno de agrieta-
zados a temperatura ambiente y con un precalentamiento de
miento en frio sobre la variable de respuesta.
100°C, para una energía de soldadura de 2,0 kJ/mm.
El uso de la técnica conocida como undermatched podría
Se observó que el codón de soldadura realizado a temperatura
estar influenciando en la ausencia de fisuras en los experi-
ambiente sufrió un enfriamiento más severo que el cordón de
mentos realizados. De acuerdo a Loureiro (2002) el uso de
soldadura realizado a 100°C. Para estos experimentos fue rea-
esta técnica undermatched es aplicado para soldaduras de
lizado un análisis del ciclo térmico para temperaturas de 800
aceros HSLA con el propósito de minimizar la tendencia de
y 500°C (ΔT8-5/Δt) y 100°C (ΔT3-1/Δt), estos resultados tuvieron
aparición de fisuras inducidas por hidrogeno. En estudios
como propósito verificar la influencia de tasa de enfriamiento
realizados por Cooper et. al. (2004), utilizando los mismos
de estas temperaturas sobre el agrietamiento inducido por hi-
electrodos en la condición undermatched que fueron eva-
drogeno. Para temperaturas de (ΔT8-5/Δt), fue de 83°C/s para el
luados en este trabajo, no demostraron tener la influencia de
cordón de soldadura ejecutado a temperatura ambiente y de
formación y propagación de fisuras por hidrogeno.
27 °C/s, cuando fue precalentado. En estos resultados se observó también que el cordón realizado a temperatura ambiente
Estos autores comprobaron que mismo utilizando la técnica
sufrió un enfriamiento de 67% mayor que el cordón realizado
undermatched, encontraron fisuras en el metal de soldadura,
a 100°C.
independientemente del electrodo utilizado, basados en estos experimentos se pudo afirmar que mismo utilizando esta
Los resultados encontrados demostraron la influencia de la
técnica undermatched, se produjeron fisuras en soldaduras
temperatura de precalentamiento sobre la tasa de enfriamien-
de aceros HSLA.
to impuesta en el cordón de soldadura. La utilización de esta
temperatura disminuyo las posibilidades de formación de fisu-
Por tanto la ausencia de fisuras en nuestro experimento no
ras producidas por hidrogeno.
puede ser atribuido al uso de esta técnica.
Para temperaturas de 300 °C y 100 °C (ΔT3-1/Δt), las tasas de enOtra de las variables de influencia estudiada fue la tempe-
friamiento encontradas para los cordones de soldadura ejecu-
ratura de precalentamiento, que es uno de los principales
tados a temperatura ambiente fue de 4,8 °C/s y 1,2 °C/s, cuando
métodos empleados para evitar la propagación de las fisuras
fueron precalentados. Estos resultados comprobaron una vez
inducidas por hidrogeno en las juntas soldadas. El precalen-
más la fuerte influencia de la temperatura de precalentamiento
tamiento del material de la misma forma que el insumo de
del material sobre la tasa de enfriamiento de los cordones de
soldadura.
45
Metal base
H (ppm)
Acero API X80
1,18
Cordón de soldadura
E 71T-1 / T. ambiente
3,25
E 71T-1/ 100° C
2,56
E71T8-K6 / T. ambiente
2,47
E71T8-K6/ 100°C
2,21
Tabla 4. Resultado de Hidrogeno residual en los cordones de soldadura y
en el acero API X 80
Analizando la tabla 4, el contenido de hidrogeno residual para
el alambre E 71T-1 fue mayor en relación al alambre E 71T8-K6,
Figura 3. Ciclos térmicos del Acero API X80 soldado con alambre E
independientemente de la temperatura de precalentamiento.
71T-1 y aporte de calor de 2,0kJ/mm.
Puede ser observado también que las muestras que fueron
realizadas con la temperatura de precalentamiento, siempre
La influencia de la temperatura de precalentamiento sobre la
presentaron un contenido menor de hidrogeno que las mues-
tasa de enfriamiento también fue estudiada por Silva (2005)
tras soldadas a temperatura ambiente. El uso de la temperatura
en la evaluación de la susceptibilidad al agrietamiento, a tra-
de precalentamiento comprobó que la influencia directa sobre
vés del ensayo G-BOP, utilizando las mimas condiciones de
la disminución de la tasa de enfriamiento es consecuentemen-
soldadura y misma temperatura de precalentamiento. Los
te en el aumento del tiempo disponible para que el hidrogeno
valores de la tasa de enfriamiento encontrados por este au-
se difunda en la junta soldada.
tor fueron: entre la temperaturas de 800 e 500 °C de 21°C/s
46
para la temperatura de precalentamiento y de 70°C/s a tem-
Los contenidos de Hidrogeno encontrados en nuestras mues-
peratura ambiente. En comparación con los resultados de
tras fueron considerados elevados comparados con los obteni-
esta investigación, se verifico que la tasa de enfriamiento,
dos por Silva (2005). Este autor, en sus experimentos a tempe-
cuando precalentada fue de 22% mayor y a temperatura am-
ratura ambiente con el alambre tubular E 71T-1, observo una
biente fue de 15%, mayor que los resultados obtenidos por
ocurrencia de 61,5% de fisuras con una cantidad de hidrogeno
Silva (2005).
residual de 1,99 ppm y, para el cordón de soldadura con alam-
En el análisis de los cordones ejecutados a temperatura ambiente y la tasa de enfriamiento se mostró elevada en comparación a las encontradas en la literatura; mismo teniendo
una elevada tasa de enfriamiento no fueron encontradas fisuras por hidrogeno en la junta de soldadura. Considerando la
ausencia de fisuras para todas las condiciones de soldadura
ensayadas en esta etapa y de acuerdo al análisis del precalentamiento observado en este ítem y en la literatura, el hecho
de no producirse fisuras en las probetas cuando fueron precalentadas a 100°C paso a ser esperado.
Aun en el intento de entender la presencia de fisuras en
nuestros experimentos y considerándose que el contenido
de hidrogeno residual es una de los principales factores que
influencia en la aparición de fisuras en frio, se decidió medir
la cantidad de Hidrogeno residual presente en el metal de
soldadura y en el metal base, con el objetivo de verificar si el
H residual presente en la soldadura era suficiente para que
ocurriera la aparición de fisuras. La tabla 4 presenta los resultados de hidrogeno residual encontrados en los cordones de
soladura ensayados.
bre E 71T8-K6, también a temperatura ambiente, se presentó
2,14 ppm de hidrogeno y 70,8% de fisuras en el metal de soldadura. En este caso el autor uso el ensayo G-BOP, que también
es un ensayo de auto restricción.
De acuerdo con los resultados de H presentados por Silva
(2005), se comprobó que la cantidad de hidrogeno residual
encontrado en las muestras de la actual investigación (Tabla
4), era lo suficiente para la formación y propagación de fisuras en el cordón de soldadura. Mismo con estos resultados de
H residual no hubo la presencia de fisuras en frio en la unión
soldada.
Resultado del TIH con mayor grado de
restricción (1.0 kJ/mm)
Con el objetivo de inducir las fisuras y justificar la ausencia de
estas en los experimentos, se decidió repetir el ensayo TEKKEN
con mayor grado de restricción. Para aumentar el grado de restricción del ensayo se utilizó un insumo de calor menor que
la utilizada anteriormente. El bajo insumo de calor propicio
una variación en la velocidad de enfriamiento de la unión,
ensayos TEKKEN con los dos tipos de biseles. Los cordones de
aumentando así el grado de restricción del ensayo. Para la
soldadura depositados con el insumo de calor de 1,0 kJ/mm no
realización de la nueva serie de experimentos fue utilizado
presentaron ningún defecto. La figura 5 muestra el cordón de
un aporte de calor de 1,0 kJ/mm.
soldadura depositado y su morfología con un aporte de calor
de 1,0 kJ/mm.
El aumento de la velocidad de soldadura se incrementó de
150 mm/min para 330 mm/min, el insumo de calor se dismi-
Después de la ejecución de los ensayos y análisis de las mues-
nuyó de 2 kJ/mm para 1 kJ/mm. Las demás condiciones de
tras para todas las uniones soldadas con una energía de 1 kJ/
soldadura fueron mantenidas constantes, conforme son pre-
mm, se observó que, en los resultados obtenidos se encontró
sentadas en la tabla 3. En el gráfico de la figura 4 son presen-
solamente la presencia de fisuras transversales en el metal de
tados los ciclos térmicos impuestos en los cordones para las
soldadura, esto es, la presencia de fisuras sólo fue constatada
dos energías de soldadura utilizadas. En este mismo gráfico
cuando fue usado el bisel en “Y” recto. Para la zona afectada
se puede observar la variación del enfriamiento debido a la
por el calor no fueron encontradas fisuras. En la Fig. 6 puede
variación de la energía de soldadura.
observarse una fisura representativa encontrada en el MS para
el electrodo E 71T-1 y una energía de soldadura de 1,0 kJ/mm.
47
Figura 4. Influencia del insumo de calor sobre la tasa de enfriamiento
para dos energías de soldadura.
Figura 5. Cordón de soldadura con
Es = 1,0kJ/mm y su morfología.
En la figura 4 se puede observar la variación de la tasa de enfriamiento en relación a la disminución del aporte de calor.
Se puede observar en la figura 6, que la fisura presente en el
Para Es igual a 2.0 kJ/mm se observa un mayor tiempo de
metal de soldadura fue localizada en el inicio de la raíz de la
resfriamiento (flecha roja) en comparación con Es de 1 kJ/
junta soldada y se propaga para el MS. Todas las fisuras encon-
mm (flecha azul). El análisis de la tasa de enfriamiento entre
tradas en los ensayos presentaron el mismo comportamiento.
las temperaturas de 300°C y 100°C (ΔT300-100/Δt) para un in-
La razón por la cual las fisuras surgieron en el inicio de la raíz
sumo de calor de 1,0kJ/mm fue de 4.7°C/s y de 2,8 °C/s y para
de la unión se debe, probablemente, al mayor nivel de concen-
una Es de 2,0 kJ/mm represento un aumento de la tasa de en-
traciones de tensiones generado en esta región, facilitando así
friamiento de 40%. La mayor tasa de enfriamiento obtenida
la formación y propagación de fisuras. Las fisuras encontradas
con una energía de soldadura de 1,0kJ/mm influencio en las
en los cordones de soldadura fueron cuantificadas de acuerdo
condiciones restrictivas del ensayo.
con la metodología del ensayo TEKKEN. Para todos los ensayos
ejecutados con baja energía de soldadura se encontró un por-
Para los ensayos realizados en esta etapa de los experimen-
centual medio de 6% de fisuras para el metal de soldadura.
tos, con un menor aporte de calor, se utilizó el electrodo
que presento mayor contenido de hidrogeno residual en el
Considerando el aumento de restricción de la unión soldada,
cordón de soldadura (E 71T-1). Los ensayos fueron ejecuta-
como consecuencia de la disminución de la energía de solda-
dos con el objetivo de evaluar el agrietamiento en la unión
dura, adoptada en esta etapa de los experimentos y de acuerdo
soldada, esto es, tanto en el cordón de soldadura como en
con el elevado contenido de hidrogeno residual encontrado en
la zona afectada por el calor, para tanto fueron ejecutados
el cordón de soldadura para el electrodo E 71T-1, una mayor
MS
ZAC
Figura 6. Fisura encontrada en la raíz de soldadura para un ES 1,0kJ/mm.
presencia de fisuras eran esperadas. Sin embargo, en los re-
CONCLUSIONES
sultados obtenidos para estos experimentos, se encontró un
48
bajo porcentaje de fisuras en el metal de soldadura. No en
De acuerdo con la metodología adopta, los resultados presen-
tanto, Silva (2005), en la evaluación del agrietamiento por
tados y analizados para la evaluación del agrietamiento induci-
hidrogeno, a través del ensayo G-BOP, utilizando el mismo
do por hidrogeno a través del ensayo TEKKEN se pudo concluir
metal base, los mismos electrodos y condiciones de soldadu-
que:
ra similares a las utilizadas en este trabajo, encontró un porcentaje medio de fisuras de 61.5% para el electrodo E71T-1 y
La utilización del ensayo TEKKEN se mostró inadecuada para
de 70.8% para el electrodo E 71T8-K6. Este autor encontró un
evaluar la susceptibilidad al agrietamiento inducido por hidro-
alto porcentaje de fisuras para un menor contenido de hidro-
geno en las soldadura de aceros de la clase API X80. El nivel de
geno residual.
restricción del ensayo no fue el suficiente para causar fisuras en
la unión soldada.
El contenido de hidrogeno residual encontrado en todas las
De acuerdo a los resultados encontrados en este trabajo en la
muestras, soldadas con diferentes alambres tubulares a tem-
evaluación de la susceptibilidad al agrietamiento a través del
peratura ambiente era suficiente para la formación de fisuras
ensayo TEKKEN para las dos energía de soldadura utilizadas
en frio.
(2,0 kJ/mm y 1,0kJ/mm), no fue detectada la presencia de fisuras en la unión soldada. Estos resultados fueron considerados
Manteniendo constante la energía de soldadura (Es) y la cons-
inesperados pues, en el estudio de los factores relacionados
tante de deposición (Kd), fue posible comparar los cordones de
con la formación de fisuras se encontró un elevado conte-
soldadura realizados con diferentes alambres tubulares.
nido de hidrogeno residual y una alta tasa de enfriamiento
de los cordones de soldadura. Por lo tanto, de acuerdo a los
Los cordones de soldadura ejecutados con alambre tubular E
resultados obtenidos en este trabajo y, en comparación con
71T-1 presentaron un mayor contenido de hidrogeno residual.
los estudios realizados por Silva (2005), a través del ensayo
Teóricamente el electrodo E 71T-1 es el más susceptible al
G-BOP para los mismos materiales, la utilización del ensayo
agrietamiento que el electrodo auto-protegido E 71T8-K6.
TEKKEN se mostró deficiente para la evaluación de la susceptibilidad al agrietamiento del acero API X80, cuando soldados
La disminución del aporte de calor de 2,0 kJ/mm para 1,0 kJ/
con electrodos en la condición undermatched.
mm aumento la tasa de enfriamiento y consecuentemente el
nivel de restricción impuesto por el ensayo, provocando la
ACERCA DEL AUTOR
aparición de fisuras en el metal de soldadura.
REFERENCIAS
Rodrigo Luis Perea Corimaya Grado de Ingeniero de Materiales
en la Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales por la por
la Universidad Nacional de San Agustín (UNSA), Perú, en 2003.
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Alcântara, N.G. Weld metal hydrogen cold cracking.
Estudios de Post grado con el grado de Msc. en el Departamen-
1982, 322p. Tese (Doutorado). Cranfield Institute of
to de Ingeniera de Fabricación en la Facultad de Ingeniería Me-
Technology – School of Industrial Science, Cranfield,
cánica de la Universidad Estadual de Campinas (UNICAMP), Sao
England.
Paulo Brasil en 2009. Inspector en Soldadura con certificación
de la Sociedad Americana de Ensayos no Destructivos – ASNT,
[2]
Cooper R. E., Silva, J. H. F., Trevisan, R. E. Influencia del
certificado en Inspección Visual y Líquidos Penetrantes – Nivel
precalentamiento en las propiedades de juntas de ace-
II. Actualmente se desempeña como docente en el área de me-
ro API 5L-X80 soldadas con alambre tubular autopro-
cánica en Tecsup Arequipa. ([email protected]).
tegido. Revista de Metalurgia, v. 40, n. 4, pp. 280-287,
2004.
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Japanese industrial standars. JIS Z 3158: Method of Ygroove weld cracking test. Tokyo, 1993. 9p.
[4]
Loureiro, Altino J. R. Effect of heat input on plastic deformation of undermatched welds. Journal of Materials
processing Technology, 128, pp. 240, 249, 2002.
[5]
Silva, J. H. F. Proposta de um novo ensaio para avaliar
a susceptibilidade de metais de solda ao fenômeno de
trincas induzidas pelo hidrogênio em diferentes ambientes. 2005, 60p. Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas.
[6]
Silva, J. H. F. ; Trevisan, R.Study On Hydrogen Induced
Cracking in API Steel Weld Using the Modified G-BOP
Test. In: 18th International Congress of Mechanical Engineering, 2005, Ouro Preto. Anais 18th International
Congress of Mechanical Engineering. Rio de Janeiro,
2005.
49
50
Análisis de Fallas y Defectos
en Piezas de Acero Fundido
Analysis of Faults and Defects
in Parts of Cast Steel
Juan Carlos Heredia, Tecsup
RESUMEN
se analysis, thereby achieving optimize our resources, have a
minimum of rejections, and avoiding significant repairs in our
El presente artículo tiene como objetivo ser un aporte para
batch of parts produced.
organizar, analizar, y determinar el verdadero origen de las
fallas en el proceso productivo de una pieza fundida, utili-
Mentioned methodologies, and techniques that can be used
zando para ello, herramientas y metodologías de análisis de
for this development, so as to detect, and resolve deviations,
causa raíz, logrando con ello optimizar nuestros recursos, te-
discontinuities, and non-conformities in a timely manner, and
ner un mínimo de rechazos, y evitando realizar reparaciones
they do not come finally to the user, and this failure typical pre-
relevantes en nuestros lotes de piezas producidas.
maturely during operation of the component.
Se mencionan las metodologías, y técnicas que se pueden
Are also mentioned, the different stages, and many variables
utilizar para éste desarrollo, de modo que se detecten, y re-
involved for forming castings. Each becomes a potential cause
suelvan las desviaciones, discontinuidades, y no conformida-
for cause or increase the level of a fault or defect in the parts,
des, de manera oportuna, y que éstas no lleguen finalmente
when not properly controlled.
al usuario, y se presente una falla prematura típica durante el
servicio del componente.
Finally, we present a case of a fault or defect analysis, detected
in full production process of a track shoe, part of the motion of
Se mencionan además, las diferentes etapas, y numerosas variables que participan para el conformado de las piezas fundidas. Cada una de ellas se convierte en una potencial causa
mechanical shovels, used in large open pit mining.
Palabras clave
para originar o incrementar el nivel de una falla o defecto en
las piezas, cuando no son controladas adecuadamente.
Análisis, falla, Fundición, causa raíz, componente, acciones correctivas,
Finalmente, se presenta un caso de un análisis de falla o defecto, detectado en pleno proceso productivo, de una zapata
Key Words
de oruga, parte del sistema de movimiento de las palas mecánicas, utilizadas en la gran minería de tajo abierto.
Analysis fails, Foundry, root cause, component, corrective actions.
ABSTRACT
INTRODUCCIÓN
This article is intended to be input to organize, analyze, and
determine the true origin of the faults in the production pro-
En el Perú, y el mundo, la industria de la Fundición ha mejorado
cess of a casting, using tools and methodologies for root cau-
sus procesos de fabricación, y control de sus productos gra-
51
HEREDIA, Juan Carlos. “Análisis de Fallas y Defectos en Piezas de Acero Fundido”
cias al conocimiento, las ciencias y la ingeniería para obtener
fundido, el cual presenta discontinuidades en una sección crí-
piezas de alta calidad. Sin embargo, es una de las especiali-
tica. El ejemplo se complementa con resultados de análisis de
dades en las que intervienen muchas variables en cada una
laboratorio metalúrgico de la empresa fabricante.
de las etapas de la producción, y si alguna de ellas se descuida en el proceso, nos pueden provocar defectos relevantes
e inesperados en el componente final. Muchas veces estas
no conformidades son abordadas sin analizarlas en forma
detallada, asumiéndose muchas veces, acciones correctivas
Definiciones y relaciones entre falla –
defecto.
Falla:
erróneas, no solucionando el verdadero origen del defecto
o causa raíz.
Imperfección, irregularidad que puede ocasionar el rechazo o
colapso del producto “pieza”, tanto si es total, como si es recu-
Los defectos inherentes a la práctica y tecnología de la fun-
perable. Es la incapacidad de la pieza a realizar las funciones
dición pueden ser eliminados o minimizados, de modo que
para la cual fue diseñada.
se encuentren en los niveles de aceptación propios de la empresa fabricante, como de nuestros clientes.
Defecto:
Los productos elaborados por la industria de la Fundición,
Anomalía o discontinuidad en la superficie o interior de una
son utilizados en gran medida por la industria minera, metal
pieza. Un defecto es una discontinuidad inaceptable. Si la dis-
mecánica, cementera, y otras de gran relevancia. En ella se
continuidad es aceptable, no se considera un defecto.
elaboran componentes de gran variedad de aleaciones, geometría variada y compleja, con las características mecánicas,
Para los efectos de este trabajo, consideraremos a la Falla y al
físicas, químicas requeridas.
Defecto, como sinónimos.
En nuestro País, el desarrollo de la industria de la Fundición
PROCESO DE PRODUCCIÓN DE UNA
PIEZA FUNDIDA
está muy adelantado, ya que muchos de sus productos compiten y superan inclusive, a muchos componentes fabricados
52
en otras compañías del rubro en diversas partes del mundo.
Para producir adecuadamente un componente de acero fundi-
Es importante recordar que el Perú exporta gran tonelaje de
do, con las características, y propiedades específicas requeridas
acero procesado en forma de piezas, teniendo un reconoci-
para un buen desempeño durante el servicio, es imprescindi-
miento mundial por la calidad competitiva de sus productos.
ble que cumpla una serie de etapas generales, y son:
FUNDAMENTO
Etapas:
El Análisis de Falla es un procedimiento minucioso y organi-
-
Proyecto
zado que nos permite determinar la probable causa raíz de la
-
Diseño de alimentación.
tados, elaborar acciones correctivas y propuestas de mejora
-
Modelo
que reduzcan la recurrencia de casos. Esta definición se ha
-
Moldeo
-
Composición química.
-
Temperatura de colada.
de un defecto o falla ocurrida durante el proceso de fabrica-
-
Vaciado de metal.
ción de un componente de acero fundido.
-
Solidificación
METODOLOGÍA
-
Desmoldeo
-
Limpieza
un análisis de falla de componentes en servicio, y una vez
-
Tratamientos térmicos
adaptado, se grafica con el caso de un componente de acero
-
Mecanizado
falla o defecto de un componente, y a partir de estos resul-
enmarcado típicamente para abordar los casos en que las
fallas se presentan en los componentes durante su servicio.
En el presente trabajo se adapta esta metodología al análisis
El artículo se desarrolla sustentado en la metodología para
necesitan una atención y control especifico para evitar que influyan en la generación o propagación de un defecto, ya sea
que intervengan individualmente o en forma combinada con
alguna otra, incrementando el nivel de la falla.
Es importante tener un registro detallado del control que se
realiza en cada etapa mencionada. Ello nos permitirá también
documentar y sustentar las investigaciones posteriores que se
lleven a cabo ante el análisis de falla o defectos posteriores.
TIPOS DE FALLA Y DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS
Los defectos se clasifican en internos y superficiales, separan-
Fig. 1
do los inherentes a las piezas durante la solidificación del ace-
VARIABLES QUE INTERVIENEN EN
CADA PROCESO DE LA PRODUCCIÓN
ro líquido, de los inherentes a la transformación (conjunto de
operaciones posteriores a la solidificación, tales como el enfriamiento, calentamiento, tratamiento térmico y mecanizado), los
En cada una de las etapas u operaciones que constituyen el
cuales son más controlables, y pueden evitarse casi en su totali-
proceso de producción para la fabricación de un elemento
dad. Sin embargo, los relacionados a las piezas antes y durante
fundido, participan alrededor de cien variables, las cuales
la solidificación, son más difíciles de evitar.
53
Cuadro 1. Variables que intervienen en cada proceso de la producción
Cuadro 2. Defectos potenciales que se relacionan en cada etapa del proceso de la producción
54
Cuadro 3
EVALUACIÓN DE UN DEFECTO
-
Ser sujetados y levantados con cables o cuerdas de materiales naturales o sintéticos.
Para caracterizar un defecto y calificarlo, es necesario utilizar ensayos No Destructivos, Ensayos Destructivos, Normas
-
Ser cubiertos con protectores plásticos.
de referencia, Manuales de defectos, Niveles de aceptación
- calidad del fabricante, especificaciones y requerimientos
Estas consideraciones se deben tener en cuenta en los casos
del cliente. Asimismo es muy importante la experiencia pro-
que la muestra a analizar se ha separado del componente falla-
fesional del personal. Las fallas o defectos pueden producirse
do, de mayor peso y longitud, que hace muy difícil su traslado
en cualquier momento de la “vida” de una pieza metálica. Si
en forma completa. Siempre es importante que el análisis inclu-
este se genera durante la producción inicial, denominaremos
ya la zona del incidente, de ser posible. Estas premisas también
defecto inherente. Si se produce durante procesos posterio-
se deben recordar para casos de fallas en piezas que se presen-
res, denominaremos discontinuidad de proceso, y también
tan en cualquier rubro de la industria.
se puede producir durante su uso, denominaremos fallas por
servicio.
ENSAYOS Y NORMAS DE REFERENCIA
Pueden clasificarse:
Se indican los principales ensayos que se realizan para detectar
y caracterizar los defectos en una pieza fundida.
-
Defecto critico.
-
Defecto relevante.
-
Defecto menor.
-
Inspección Visual............... ASTM A 802 SCRATA
-
Líquidos Penetrantes...........ASTM E 165
-
Partículas Magnéticas..........ASTM E 709
-
Ultrasonido..........................ASTM A 609
-
Radiografía Industrial..........ASTM E 186 / E 446.
-
Dureza................................ASTM E 140 / A 370 / A 956
con un glosario.
-
Metalografía........................ASTM E 112
CONSERVACIÓN DE LAS MUESTRAS
CON FALLAS O DEFECTOS
Además de ellos también se utilizan para casos especiales:
Se han realizado muchos esfuerzos para conseguir la universalización de los glosarios y términos de fundición en casi
todas las naciones de habla española. Podemos decir que a
la fecha aun no se ha logrado el objetivo, y en cada país se
ofrecen denominaciones diferentes para los mismos conceptos. Inclusive se encuentran diferentes expresiones en sus
diversas regiones. El Colegio de ingenieros del Perú, cuenta
Al presentarse una falla o defecto, se recomienda tener las
siguientes consideraciones con las muestras, con la finalidad
de no alterar sus características físicas, químicas, mecánicas,
y metalúrgicas :
-
Las muestras no se les debe aplicar soldadura para facilitar el izaje.
-
No se deben exponer a soluciones corrosivas, pinturas ni
grasas.
-
No deben de recibir impactos ni rozamientos durante su
manipulación.
-
No exponer en ambientes de temperatura extrema o variable.
-
Análisis Macrográficos.
-
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM).
-
Corrientes Inducidas.
-
Ensayo fractográfico.
-
Ensayos mecánicos (Tracción, Fatiga, Impacto).
-
Ensayo Químico (Corrosión).
METODOLOGÍA PARA DETERMINAR LA
CAUSA RAÍZ DE UNA FALLA – DEFECTO
55
El origen o la causa raíz del defecto de una pieza, es la causa primaria sobre la cual se deberá actuar principalmente
METODOLOGÍA PARA DETERMINAR LA
CAUSA RAÍZ DE UNA FALLA
para eliminarlas o reducirlas en el futuro.
Existen diferentes metodologías o procedimientos para analiEn el análisis de defectos, no siempre se presenta una
zar y determinar la causa raíz de un defecto. Se determinará
sola causa raíz, sin embargo es posible analizar sus efectos,
qué metodología utilizar, de acuerdo al nivel del alcance que se
y tomar acciones correctivas para controlarlas o evitarlas
pretende en la búsqueda de la causa raíz. Se presentan algunas
en el futuro.
de las más utilizadas:
En la ejecución del análisis de fallas o defectos, es necesa-
-
Análisis de falla (FA)
-
Investigación de la causa raíz (RCI)
-
Análisis de la causa raíz (RCFA)
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR
UN ANÁLISIS DE FALLA – DEFECTO
-
Análisis de causa raíz (RCA)
Ante el acontecimiento de la detección de una falla, se esta-
HERRAMIENTAS PARA ANALIZAR UNA
FALLA O DEFECTO
rio tener en cuenta toda la historia técnica de la fabricación
de la pieza en todas las etapas, y además, inclusive, la hoja de
vida de cada una de las personas involucradas en ellas.
blece una secuencia y procedimiento para realizar el análisis
respectivo, con la finalidad de determinar la causa raíz del
problema.
Se seleccionan algunas herramientas más utilizadas para analizar la causa raíz de un defecto:
Causa raíz de la falla o defecto:
-
Técnica 5 por qué (causas latentes organización)
La causa raíz tiene distintas naturalezas, orígenes, áreas de
-
Diagrama ishikawa (causa efecto: lluvia de ideas). catego-
análisis, y pueden tener :
56
-
Origen físico
rías: hombre-máquina-entorno-material-método-medida.
-
Diagrama pareto (80% problemas provienen del 20% causas identifica problemas más significativos del proceso).
-
Origen humano
-
Origen sistema (gestión)- latente
-
el sistema hasta llegar a la causa raíz). Nos permite de una
manera ordenada, ir analizando cada uno de los niveles y
podemos determinar la causa raíz de la falla o defecto de la
Errores que producen fallas o defectos:
Los errores que causan defectos en las piezas fundidas, pueden clasificarse por origen:
-
Árbol de fallas (identifica potenciales causas de fallas en
pieza, y evitar su recurrencia.
METODOLOGÍA PARA EL DESARROLLO
DE UN ANÁLISIS DE FALLA O DEFECTOS. PROCEDIMIENTO
Operacionales
-
Decida qué hacer. Establecemos el nivel del análisis del defecto, costo y duración.
-
Diseño
-
Mantenimiento
-
Manufactura
-
Instalación
-
Recolectar datos relevantes. Procedimiento de la 5 P.
-
Ceguera situacional
-
Determinar el defecto – falla primaria.
-
Averiguar lo que pasó en la planta.
-
Realizar una investigación preliminar. No eliminar información valiosa.
-
Examinamos y analizamos la falla primaria (árbol lógico)
-
Caracterizamos la pieza defectuosa.
no llegar a ninguna.
-
Determinamos el mecanismo que originó el defecto.
-
Determinamos la causa raíz de la falla
Caso: fisuras en superficie mecanizada
en agujero de zapata de oruga
-
Elaboración del informe.
Tener mucho cuidado en determinar la causa raíz de un defecto. Llegar a una solución equivocada es mucho más grave que
INFORME
El informe que se elabora debe ser claro, preciso, documentado, concreto, objetivo, constructivo, con detalles de todo el
proceso del análisis, con las conclusiones y recomendaciones
respectivas.
Descripción del elemento fallado
La zapata de oruga es un componente que ensamblado con
otros similares, forma parte del sistema de traslación de las palas mecánicas, en la minería de tajo abierto. La pieza tiene un
peso de 850 Kg., con medidas generales de 1,200 mm. largo X
600 mm. ancho X 250 mm. De espesor. Consta de 6 orejas de
ensamble mecanizadas de Ø 115 mm. De diámetro X 150 mm.
De ancho. La pieza es la número 18.
CONCLUSIONES
Identificación del componente:
El análisis de fallas para determinar la causa raíz, es una valiosa herramienta para encontrar la verdadera razón que ha ori-
Se recopila la información del componente, obtenida según los
ginado el defecto, involucrando en la investigación, a todos
procedimientos de rastreabilidad del sistema de fabricación,
los niveles de la organización, y las conclusiones, acciones
como número de plano, código de pieza, peso, fecha de mol-
correctivas y recomendaciones, permitan controlar y evitar
deo, número de molde, número de colada, y número de Trata-
que estos defectos de repitan en el proceso productivo de
miento térmico.
una pieza fundida.
Información referencial del material según especificacioTodas las variables que participan en el proceso productivo
nes.
de una pieza fundida son importantes. Una o varias de ellas
pueden originar un defecto y rechazo de la pieza, por lo tan-
La pieza analizada se fabricó en acero al Manganeso ASTM A
to, es imprescindible controlarlas.
128 grado E-1, con tratamiento térmico de temple (Austeniza-
El factor humano es determinante en un análisis de fallas. El
compromiso que asuma cada colaborador en los diferentes
niveles de la organización, permitirá tener en cada una de las
etapas de la producción, una óptima actitud de confianza, y
al presentarse un defecto, contar con la participación de todos ellos, teniendo como objetivo, la búsqueda de la verdad.
RECOMENDACIONES
do). Propiedades mecánicas referenciales:
Resistencia a la tracción: 830 / 965 MPa. Límite elástico: 700/750
MPa.
Elongación: 30 / 40 %. Dureza: 200 / 230 HB.
Historia del proceso de fabricación del componente en el
momento de la falla
El componente se encontraba en proceso de fabricación, etapa
Aplicar la metodología del análisis de fallas para determinar
de mecanizado, aparentemente bajo condiciones normales. La
la causa raíz de los defectos en piezas fundidas.
herramienta de corte ha sido la adecuada (pastilla de carburo
de tungsteno), profundidad, avance, y velocidad de corte, refri-
El analista de fallas tiene como objetivo determinar la causa
gerante. Las herramientas de corte se encontraban calibradas,
que provocó el defecto, y utilizar este conocimiento para evi-
y los operarios debidamente capacitados.
tar defectos similares en el futuro. Su objetivo no es buscar
culpables, parcializarse con alguna de las partes involucra-
Detección de la falla.
das. Debe tener una actitud objetiva e imparcial.
Durante el proceso de inspección de rutina en la etapa post
Los informes deben mantener un nivel de términos técnicos
mecanizado con END Líquidos Penetrantes, se detectan múl-
y científicos, por más que el defecto sea muy sencillo de de-
tiples fisuras en uno de los seis agujeros mecanizados. La zona
finir.
con las indicaciones comprometen aproximadamente el 20%
57
de la superficie, a todo lo largo del ancho de la sección ana-
Análisis Metalográfico.
lizada, con una longitud de arco de 50 mm. X 150 mm. de
longitud. En el aspecto dimensional, todos los agujeros se en-
Se extraen dos muestras de las zonas M1 (zona sin fisuras), y
contraban dentro de las tolerancias especificadas en el plano
M2 (zona con fisuras). Ambas muestra se embuten en resina.
de fabricación.
Se realiza el pulido con papeles de lija número 240, 400, y 600.
Estudio mecánico y metalúrgico asociado a la falla o defecto.
Las muestras son atacadas con el reactivo de nital al 3%, y se
analizan en el microscopio metalográfico óptico, utilizando aumentos de 100X. Ver fig. 3.
Ante el evento suscitado, realizamos los estudios respectivos
para caracterizar el material, y apoyar la investigación con los
siguientes ensayos:
Los resultados del análisis nos indica:
Muestra M1: Matriz 100% Austenítica, con granos poliédricos
-
Inspección por Líquidos Penetrantes.
-
Ensayo de Dureza.
-
Análisis Metalográfico.
-
Composición química.
equiaxiales, con tamaño de grano entre 3-5, según ASTM E112.
Además se observan inclusiones de tipo no metálico dispersas
en la matriz, y en los límites de grano.
Resultados y análisis de resultados
Las pruebas, análisis y evaluación de resultados se realizan en
los laboratorios de la empresa fabricante.
Inspección por Líquidos Penetrantes.
58
Se repite el ensayo mencionado, y se verifica la presencia de
la falla o defecto en la zona y dimensiones determinadas preMuestra M1
viamente.
Fig. 4. 100X
CQ
D1, M1
Muestra M2: Matriz 100% Austenítica, con presencia de inclusiones no metálicas, granos poliédricos equiaxiales, y tamaño
entre 4-6, con morfología intergranular de bandas, típico de
soldadura Austenítica. No se observan precipitados de carburos metáilicos.
D2, M2
Fig. 3
Ensayo de Dureza.
La dureza del material base, registrada en una zona no mecanizada D1, y la zona D2 con fisuras son 210 HB, y D2: 260 HB.
Utilizamos el durómetro portátil Equotip . Ver figura 3.
Muestra M2
Fig. 5. 100X
Composición química (CQ)
REFERENCIAS
Se extrae una muestra de la zona CQ, de la fig. 3. El análisis
[1]
químico nos muestra que el material corresponde a la espe-
Manual del Fundidor. J. Duponchelle. Editorial Gustavo
Galli S.A. Barcelona 1988
cificación del material ASTM A 128 E-1.
[2] Manual de defectos de Fundición. Copy Right 1972.1984.
La muestra se analiza con el espectrómetro de emisión ópti-
American Foundrymens Society. Inc. USA.
ca ARL Metals Analyzer.
[3]
Tecnología de la Fundición. Editorial Gustavo Galli S.A.
Barcelona 1980
[4]
Causas que originaron la falla.
De acuerdo a los resultados obtenidos en los ensayos detalla-
ASM Heat Treater’s Guide Practices and Procedures for
Irons and Steels
[5]
ASM Metals HandBook Volume 4 - Heat Treating. 1991.
[6]
ASM Metals HandBook Volume 09 - Metallography and
dos, metalográficos, dureza, y con la información de la investigación (entrevistas, reportes, y otros), se llega a determinar
que el operario de la máquina herramienta, cometió un error
Microstructures. 1992.
durante el mecanizado. La medida del diámetro de uno de
los agujeros interior quedó fuera de tolerancia. Su acción ini-
[7]
cial fue reparar con soldadura la zona con desviación dimen-
ASM Metals Handbook Volume 11 – Failure Analysis and
Prevention. 2002.
sional, y rectificar con mecanizado sin consultar a la jefatura
inmediata, ni registrar la no conformidad.
[8]
ASM Metals Handbook Volume 15 – Casting. 1992.
Esta segunda acción es considerada como una falta.
[9]
ASM Metals Handbook Volume 17-Nondestructive evaluation and Q.C. 1992.
El material de aporte utilizado es AWS AS.13-80R, para aceros
al manganeso tipo Hadfield.
CONCLUSIONES
[10] Defectología de Fundición. Universidad Nacional de Comahue. Ing. Ricardo Echevarría.
[11] Análisis Metalúrgico de Fallas. Dr.-Ing. Pablo Bilmes
La causa raíz del defecto es por ceguera situacional.
[12] ASTM Authorized Global Instructor – Lima 2008
Las múltiples discontinuidades detectadas (fisuras), comprometen el adecuado servicio del componente, por las altas
exigencias bajo esfuerzos combinados de tracción, compre-
[13] El Análisis de Falla con Diagramas de árbol. Departamento de seguros de Texas 2008
sión, torsión, y flexión. La pieza es declarada chatarra.
RECOMENDACIONES
Promover el diálogo, la confianza, y el compromiso de la empresa con sus colaboradores.
Realizar una revisión, y difusión de los procedimientos de
[14] Análisis de falla en componentes mecánicos, Universidad
Católica del Perú, 2010.
[15] AVNER, Sidney (1987). Introducción a la Metalurgia Física.
Segunda Edición. México
[16] D.F.: Editorial Mac Graw-Hill.
trabajo entre las personas involucradas en cada etapa del
proceso de fabricación.
[17] VAN BLACK, Lawrence H. (1992). Materiales para Ingeniería. México: Compañía Editorial Continental.
59
ACERCA DEL AUTOR
Integrante del comité Técnico de Normalización para la Industria de la Fundición Nacional, en representación del Colegio de
Ingeniero Metalúrgico, con maestría en Transformación y
Ingenieros del Perú (CIP), e INDECOPI.
Ciencia de los Materiales de la Universidad Nacional Mayor
de San Marcos, Lima Perú. Posee un Diplomado en Análisis
Experiencia profesional industrial en tratamiento térmico de
de Fallas de componentes mecánicos por la Pontificia Uni-
los aceros, Ensayos No Destructivos, Ensayos Mecánicos, Repa-
versidad Católica del Perú. Técnico en Mecánica de Produc-
ración de componentes metálicos con soldadura.
ción, y máquinas herramientas.
Actualmente se desempeña como Ingeniero de Control de
Docente a tiempo parcial en Tecsup con el curso de Tecnolo-
Calidad, Analista de Fallas, y jefe del Taller de soldadura de la
gía de los Materiales, y Tecsup Virtual con los cursos de Tec-
empresa Fundición Callao S.A.
nología de los Materiales, y Control Estadístico de Procesos.
ANEXOS
60
Diseño e Implementación de un Sistema Electrónico
de Control Modulante de Nivel en Calderos
Design and Performing of an Electronic Shifting
Water Level Control in a Steam Boiler
César Vera, Tecsup
Resumen
el nivel siempre se mantendrá en el mismo punto de nivel óptimo, y si el nivel subiese o bajase por variaciones en la demanda
Los calderos son máquinas térmicas que tienen como fun-
de vapor, la válvula de ingreso se cerraría o abriría proporcio-
ción generar vapor. Ya sea para sistemas de calefacción,
nalmente para mantener el nivel en su punto óptimo.
generación energía mecánica, generación de energía eléctrica, o incluso procesos de esterilizado y limpieza, el vapor es
Abstract
indispensable en la industria. Para poder generar vapor, los
calderos utilizan energía proveniente de la combustión para
Boilers are termal machines made to generate steam. Steam is
elevar la temperatura del agua y transmitirle calor hasta ge-
needed for heat systems, refrigeration systems, motion energy
nerar vapor a una determinada presión.
generation, electric energy generation, and even for cleaning
and sterilize proceses. Steam is indispensable in industry.
El proyecto tuvo como alcance mejorar el sistema de control
de nivel de agua dentro de las calderas pirotubulares, en las
To be able to produce saturated steam, boilers use the heat
cuales el agua se encuentra rodeando el hogar o quemador.
produced on combustion chamber to raise water temperature
En muchas calderas el control de nivel se basa en dos pun-
and transmit it latent heat.
tos, un nivel máximo que indica que se apague la bomba
que proporciona el agua, y un nivel mínimo que es donde
The project was made to improve the water level control sys-
se enciende nuevamente la bomba. Dicho tipo de control se
tem inside pyro tubular boilers. Whereas water surrounds the
denomina “ON/OFF” y es el control más antiguo y típico para
combustion chamber, or combustion housing.
controlar rangos en almacenamiento de fluidos.
In many boilers, level control is based on two points: The upper
Pese a ser un control sumamente económico y práctico, tiene
level, which is the maximum stable water level and the lower
varios defectos como son la caída súbita de presión cuando
level, which is the minimum.
ingresa agua fría al caldero, golpes térmicos en el caldero,
desgaste de la bomba por arranques continuos, etc.
Upper level shuts off the feeder pump, and lower level indicator turns it on. This kind of control is called “ON/OFF” and is the
Es por ello que se implementó un control modulante que
oldest and most typical system used to manage ranges of fluids
mantiene el nivel en el mismo punto, abriendo y cerrando
in containers such as tanks, reservoirs, boilers, etc.
una válvula proporcional en la alimentación de agua, con
variaciones directamente proporcionales al diferencial que
ON/OFF control is economic and practical but is so far from
existe entre el nivel real y el nivel óptimo. De tal manera que
being ideal. It has a lot of mistakes like the sudden water pres-
61
VERA, César. “Diseño e Implementación de un Sistema Electrónico de Control Modulante de Nivel en Calderos”
sure drop when pump is turned on, and the thermic damage
Como en todo proceso de diseño, se trazó requerimientos y ob-
in the boiler due to the cold water, and the excessive load on
jetivos que debe cumplir el control a implementar, tales como
every pump start, which reduces its lifetime.
confiabilidad, economía, impacto al medio ambiente, etc. Para
ello se realizó una matriz morfológica y se seleccionó las tecno-
That is why we implemented a modulating control that
logías y procedimientos más apropiados para el proceso.
keeps the level at the same point, opening and closing a proportional valve in the water supply, with variations directly
Entre las opciones consideradas se optó por utilizar la tecnolo-
proportional to the difference between the actual and the
gía de microcontroladores Motorola-Freescale de 32 bit para
optimal level. So that the level will always remain in the same
el sistema de procesamiento de datos. Para el sistema de ac-
optimal point, and if you ascend or descend level by varia-
tuación; el manejo de fluidos se realizó utilizando dos servo
tions in steam demand, the intake valve is closed or open
válvulas proporcionales con motor paso a paso. Y para el siste-
proportionally to maintain the level at its peak.
ma de adquisición de datos se utilizaron sensores ópticos NPN
Palabras clave
con señal digital. Además que todo fue montado en un tablero
que incluía etapas de protección-aislamiento con optoacopladores, acondicionamiento de señal y puentes H integrados con
Calderas pirotubulares, control de nivel modulante, micro-
transistores MOSFET para la etapa de potencia.
controladores Freescale-motorola, electroválvulas proporcionales, generación de vapor, sensores ópticos.
MARCO TEÓRICO
Key words
Sistema encendido – apagado (On/off)
Pyro tubular boilers, shifting level control, microcontrollers,
Este es el mas sencillo de los sistemas de control; el quemador
freescale-motorola, proportional electrovalves, steam gene-
esta encendido a su maxima capacidad, o completamente apa-
ration, optic sensors.
gado. La mayor desventaja de este metodo de control radica
INTRODUCCIÓN
62
en que la caldera se sujera a choques termicos bruscos, cada
vez que el encendido. Por lo tanto, su uso debe limitarse a calderas pequeñas hasta unos 500 kg vapor/hora.
La automatización puede mejorar la calidad, la eficiencia y la
efectividad de los procesos de producción, sin embargo, en
la industria nacional aún es común ver procesos totalmente
Ventajas del sistema de control encendido-apagado
manuales y poco eficientes. Pese a que los inversionistas son
conscientes de que la automatización significaría un gran
Son sistemas accesibles y fáciles de instalara
paso en sus industrias, los proyectos que se plantean requieren de la importación de complejos sistemas de control, o
Representan una alternativa sumamente económica para el
de controladores lógicos programables (PLC), que si bien son
control de nivel.
eficientes para la industria moderna, la inversión que requieren sobrepasa la capacidad logística de muchas empresas.
Desventajas del sistema de control
encendido-apagado
Asimismo, existen técnicas y mejoras que se plantean para
Si se presenta una demanda fuerte de vapor inmediatamente
incrementar la eficiencia, reducir las emisiones y mejorar la
después de apagarse el quemador, se reduce considerable-
productividad de los procesos. Sin embargo, tampoco se
mente la cantidad de vapor disponible.
aplican por la falta de iniciativa.
Se producen choques termicos a los componentes de la calEn el planteamiento del proyecto se propuso soluciones a los
problemas mencionados. Entonces se optó por realizar una
mejora en la eficiencia de los calderos, reemplazar el proceso de control de nivel ON/OFF y diseñar un control de nivel
modulante controlado electrónicamente con microcontroladores para demostrar que existen otras alternativas de automatización.
dera.
Ventajas del control modulante sobre
el control on/off
Independientemente de la cantidad de elementos que se utilicen el control modulante tiene varias ventajas sobre el control
on/off. Entre estas podemos mencionar:
VERA, César. “Diseño e implementación de un sistema electrónico de control modulante de nivel en calderos”
Presión y caudal de vapor estable.
Mayor eficiencia en la operación del quemador.
Condición con control de nivel
Se plantea cambiar la boya Mc donnell por un sensor de nivel
Menor fatiga térmica sobre la pared de la caldera. El agua no
electrónico y controlar el agua entrante al caldero con 2 elec-
se puede alimentar a más de 90 °C porque puede darse ca-
troválvulas.
vitación en las bombas, esto implica que en el control todo/
nada se producen choques térmicos en la caldera que esta-
La bomba que genera caudal de ingreso de agua ya no será
ría trabajando a una temperatura más alta que el agua pro-
prendida y apagada cada vez que el nivel de agua varíe dentro
veniente de la bomba.
de la caldera; sino que estará siempre prendida y el caudal que
ingrese será regulado por la apertura de 2 electroválvulas de
Menor arrastre de agua con el vapor Puede utilizarse una es-
control, que dirigirán el flujo a la caldera o de retorno al depó-
tación central de bombeo.
sito de agua blanda.
Control manual del nivel de agua
PROCEDIMIENTO
En el sistema de control la bomba era controlada directamente por los contactos de la boya mc donnell. Por lo tanto,
cuando la boya detecta el nivel mínimo enciende la bomba, y
cuando detecta el nivel máximo; apaga la bomba.
Cuando disminuye el nivel, ingresa una cantidad considerable de agua fría que afecta directamente la demanda de
vapor del caldero. Por lo tanto, si algún proceso depende del
caldero, lamentablemente dicho proceso tendrá una presión
63
muy cambiante, dado que cada cierto tiempo ingresará agua
fría al caldero que estropeará la producción de vapor hasta
que el caldero recupere su presión y temperatura
Figura 2. Distribución de agua control modulante
El sensor de nivel mandará señales eléctricas que indiquen el
nivel actual del agua, estas serán interpretadas por el controlador, que a su vez enviará una señal a las electroválvulas que
determinarán la apertura necesaria para mantener el nivel de
agua siempre uniforme.
Realizar este tipo de control ayudará a que la producción de
vapor, el ingreso de caudal de agua al caldero, el consumo de
combustible y el nivel de agua sean constantes a través del
Figura 1. Distribución de agua control ON-OFF
tiempo
VERA, César. “Diseño e Implementación de un Sistema Electrónico de Control Modulante de Nivel en Calderos”
Figura 5. Grafico Temperatura vs Entropía
Eficiencia Térmica de Producción de vapor control ON/OFF
53%.
Figura 3. Arreglo de sensores ópticos
Datos de la Caldera:
64
Serie:
039 – 97
Modelo:
DV30 – 7 – 2
Capacidad:
7 BHP
Producción de Vapor:
241.5 lb/hr
Consumo de Combustible:
2 Gal/hr
Potencia de Diseño:
125 Psig
Figura 6. Diagrama de bloques del proceso
RESULTADOS
Con los siguientes datos de entrada se procedió a calcular la
Se procedió a medir parámetros térmicos tales como presión
eficiencia térmica donde se corroboro un aumento de 5% de
temperatura, consumo de agua, consumo de combustible, en
eficiencia utilizando el control modulante
donde se obtuvo una caída apreciable en el consumo de combustible, de igual manera la presión de trabajo se estabilizo y
aumento el consumo de agua
Figura 4. Vista de la caldera
Figura 7. Consumo de combustible vs tiempo
VERA, César. “Diseño e implementación de un sistema electrónico de control modulante de nivel en calderos”
aumentando entonces 5%, debido a que el consumo de
combustible (D-2) disminuyo.
•
ConuncontrolON-OFFLapresióndetrabajo,disminuye
en medida que prende y apaga el quemador, que tiene
un mando directo a través de un presostato y un diferencial de presión, eso hace que la presión de salida de vapor
no sea constante, con el control modulante, la presión se
estabilizo y se mantuvo mas constante, independientemente del consumo de vapor.
Figura 8. Presión de vapor parcial vs tiempo
REFERENCIAS
[1]
Spirax Sarco (2010), Control de nivel de agua y alarmas
para sistemas de vapor.
[2]
Spirax Sarco (2010), Control de nivel (on/off o modulante), utilizando sondas capacitivas
[3]
Avalos, (2002), Teoría de control ajuste de calderas industriales. Universidad Politécnica de México.
Figura 9. Volumen de agua de ingreso vs tiempo
CONCLUSIONES
[4]
Freescale (2010), Coldfire Microcontrollers.
[5]
Fchat EES (2009)(Engineering Equation Solver) .
[6]
Cengel Yunus (2003), Mecánica de fluidos fundamentos y
aplicaciones.
•
Se demostró la viabilidad del control basado en microcontroladores embebidos, que son mucho más ac-
[7]
Van Wylen (2003), Fundamentos de la Termodinámica.
cesibles que los PLC y, si se seleccionan de la manera
apropiada, pueden llegar a estándares similares de
ACERCA DEL AUTOR
confiabilidad
Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad Nacional de
•
Laproduccióndevaporfueconstante,nogenerocaí-
San Agustín, Magíster en Ingeniería Mecánica por la Pontífice
das de presión.
Universidade Católica de Rio de Janeiro (Brasil), especialidad
en Motores de combustión Interna con énfasis en Máquinas
•
Laalimentacióndeaguaalcaldero,sedaatravésde
Térmicas, Petróleo - Gas y Energía, proyectos de conversión de
una bomba hidráulica, parte del arreglo hace que dicha
motores Diesel a combustibles alternativos
bomba funcione todo el tiempo y solamente el agua
no utilizada recircule.
Se ha desempeñado como asesor en temas relacionado con la
producción y máquinas térmicas, además ha sido monitor en
•
LaEficienciatérmicafuecalculadautilizandoelprogra-
el Laboratorio de Ingeniería Vehicular de la PUC-Rio (Brasil)
ma EES (Engineering Equation Solver) donde se varió
actualmente se desempeña como docente en el área de Me-
algunos parámetros para un cálculo más específico.
cánica de Tecsup, sede Arequipa, donde dirige el programa de
Desarrollo y Promoción de Tecnología Basada en Fuentes de
•
UtilizandoelcontrolON-OFFdefábricadelacaldera,
Energía Renovable. Dominio del idioma portugués e inglés.
se calculó una eficiencia de 53% en la generación del
vapor trabajando con presiones bajas, por otro lado,
el control modulante, generó una eficiencia de 58%,
65
Proceso Fenton para Tratamiento de
Efluentes Coloreados
Fenton Process for Treatment
of Colored Effluents
Adriana Barja, Tecsup
Hernán Zapata, Tecsup
Resumen
Key Words
El presente trabajo se refiere a la investigación de degra-
Fenton, degradation of methylene blue, methyl orange, hy-
dación de efluentes coloreados, lo que se busca es un tra-
drogen peroxide, ferrous ion.
tamiento que transforme estos efluentes en compuestos
incoloros;el método utilizado para este fin es el método Fen-
INTRODUCCIÓN
ton, el cual es un proceso de oxidación avanzada que permite la degradación de los efluentes orgánicos, para ello los
Las aguas residuales coloreadas generadas por las industrias
parámetros evaluados en este estudio fueron pH, peróxido
no pueden ser vertidas al alcantarillado sin ningún tratamiento
de hidrogeno e ion hierro (II), a los cuales se les realizaron
debido a que podrían ser tóxicas para la flora o fauna y además
ensayos variando sus concentraciones para así obtener la
al ser coloreadas, no dejan pasar la luz del sol en las aguas, ge-
concentración óptima de cada reactivo y el pH ideal, a una
nerando así la baja o eliminación del proceso de fotosíntesis.
presión atmosférica y temperatura ambiente con la finalidad
de obtener efluentes incoloros.
Abstract
Es por ello que se busca un tratamiento el cual posibilite una
degradación efectiva del efluente, sin producir efectos colaterales al ambiente;además el tiempo empleado para tal fin
debe ser mínimo y el desarrollo de éste debe ser accesible
The present paper concerns the investigation of degradation
económicamente. Un método químico que transforma los con-
of colored effluents, which are looking for a treatment that
taminantes orgánicos coloreados en compuestos incoloros es
transforms these effluents into colorless compounds, the
el método Fenton; utilizando éste método podemos encontrar
method used for this purpose is the method Fenton , which
que se produce un cambio en la estructura, una oxidación par-
is an advanced oxidation process, which allows the degra-
cial y/o total en los colorantes, llegando a degradar al efluente
dation of organic effluents for this purpose the parameters
hasta eliminar su color.Por tal motivo, la elaboración de este
evaluated in this method were pH, hydrogen peroxide and
proyecto busca demostrar mediante datos experimentales,
iron (II), which tests were performed by varying their concen-
que variando el pH, las concentraciones de peróxido de hidro-
trations in order to obtain an optimal concentration of each
geno y del ión hierro (II) se logra degradar el efluente coloreado
reagent and an ideal pH, at atmospheric pressure and room
en un tiempo mínimo.
temperature.
Palabras clave
FUNDAMENTOS
El método Fenton involucra dos componentes, un catalizador
Fenton, degradación del azul de metileno, anaranjado de
metilo, peróxido de hidrogeno, ión ferroso.
y un oxidante químico. El catalizador puede ser Fe(II) o Fe(III) y
67
BARJA, Adriana. “Proceso Fenton para Tratamiento de Efluentes Coloreados”
el agente oxidante comúnmente utilizado es el peróxido de
máxima absorbancia. Los valores obtenidos fueron :
hidrógeno. El objetivo principal de la reacción de Fenton es
la formación de radicales hidroxilo (OH.), el cual es un oxidan-
-
Para azul de metileno:
te bastante fuerte y es el responsable de la oxidación de las
moléculas orgánicas; para ésta reacción el pH de la solución
665 nm para todos los pH
debe ser ácido [2]; este proceso se vuelve catalítico cuando
el Fe2+ se oxida a Fe3+.[1]
-
Fe2++H2O2Fe3+
�
OH.+ OH-(1)
Fe2++OH.Fe3+
�
OH-(2)
Fe3+ + H2O2Fe2+
�
OOH.- + H+ (3)
Para anaranjado de metilo :
515 nm a pH = 2 y 3
465 nm a pH = 4 – 9
Una vez determinado estos valores, se evaluaron los siguientes
Experimental:
parámetros: pH, concentración de agua oxigenada y concentración de ión ferroso; para lo cual se midió la absorbancia en
Materiales
cada experimento a la longitud de onda ya determinada.
RESULTADO
Los equipos empleados fueron:
• XplorerGLX
Con la absorbancias iniciales y finales se determinó el porcentaje de color remanente, con la siguiente fórmula :
• EspectofotometroJenway
68
Muestras:
%CR = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴100
Se prepararon dos efluentes sintéticos por separado: azul
Donde: Af: absorbancia final
de metileno con concentración de 50 ppm y anaranjado de
Ai: absorbancia inicial
metilo con concentración de 100 ppm. Las modificaciones
de pH se realizaron utilizando ácido sulfúrico e hidróxido de
sodio. El agente oxidante fue agua oxigenada y la sal de ión
Todas las muestras se evaluaron por duplicado y con ellos se
ferroso fue sulfato ferroso heptahidratado.
obtuvo un promedio, el cual se muestra en las tablas 1 – 6.
PROCEDIMIENTO
A continuación se muestran los resultados obtenidos para el
azul de metileno y para el anaranjado de metilo :
Primero se procedió a realizar un barrido preliminar, para determinar la longitud de onda a la cual cada colorante da la
pH
Tiempo
min
2
3
4
5
6
7
8
9
0
100
100
100
100
100
100
100
100
5
63.09
19.33
77.03
100
100
100
100
100
10
40.13
15.55
75.40
100
100
100
100
100
15
24.16
13.09
69.14
100
100
100
100
100
20
18.37
10.84
55.01
100
100
100
100
100
25
12.26
9.60
49.11
100
100
100
100
100
30
11.35
8.09
46.33
100
100
100
100
100
Tabla 1 : Porcentaje de color remanente a diferentes valores de pH, para el azul de metileno con 240 ppm H2O2 y 25 ppm Fe2+
H2O2, ppm
Tiempo
min
300
240
210
180
150
0
100
100
100
100
100
5
31.07
19.33
25.34
26.11
22.86
10
23.26
15.55
19.22
19.87
18.90
15
20.51
13.09
16.56
17.29
16.50
20
18.84
10.84
14.34
14.89
14.64
25
17.23
9.60
13.04
13.81
13.50
30
15.44
8.09
12.05
12.67
12.72
Tabla 2 : Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de peróxido de hidrógeno, para el azul de metileno a pH = 3 y con 25 ppm Fe2+
Fe2+, ppm
Tiempo
min
5
10
15
20
25
30
40
50
0
100
100
100
100
100
100
100
100
5
57.08
24.20
24.77
25.60
19.33
17.45
21.28
30.82
10
24.23
16.43
15.86
17.44
15.55
14.05
17.02
29.66
15
16.95
13.63
13.10
14.60
13.09
11.75
14.79
29.08
20
14.17
11.67
11.14
12.78
10.84
9.85
13.47
25.40
25
12.60
10.00
9.65
12.03
9.60
8.90
13.40
25.25
30
11.35
8.49
8.54
9.08
8.09
7.87
13.01
25.19
Tabla 3 : Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de ión ferroso, para el azul de metileno a pH = 3 y con 240 ppm H2O2
pH
Tiempo
min
2
3
4
5
6
7
8
0
100
100
100
100
100
100
100
5
4.3
18.34
98.28
100
100
100
100
10
1.38
9.08
36.34
100
100
100
100
15
0.97
6.25
20.14
100
100
100
100
20
0.81
4.73
14.67
100
100
100
100
25
0
3.76
11.66
100
100
100
100
30
0
3.08
9.76
100
100
100
100
Tabla 4 : Porcentaje de color remanente a diferentes valores de pH, para el anaranjado de metilo con 240 ppm H2O2 y 25 ppm Fe2+
69
H2O2, ppm
Tiempo
min
300
240
210
180
150
0
100
100
100
100
100
2
23.62
23.93
12.38
21.79
17.63
4
9.54
4.02
5.48
9.01
7.93
6
5.11
1.87
4.09
7.05
7.30
8
3.07
1.27
2.49
5.73
12.23
10
1.76
1.04
1.92
5.53
16.17
Tabla 5 : Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de peróxido de hidrógeno,
para el anaranjado de metilo a pH = 2 y con 25 ppm Fe2+
70
Fe2+, ppm
Tiempo
min
5
10
15
20
25
0
100
100
100
100
100
2
100
100
100
79.22
23.93
4
100
100
94.26
30.35
4.02
6
100
98.79
76.55
11.13
1.87
8
100
97.70
41.13
5.22
1.27
10
100
90.23
20.28
3.98
1.04
Tabla 6 : Porcentaje de color remanente a diferentes concentraciones de ión ferroso, para el azul de metileno a pH = 2 y con 240 ppm H2O2
Gráfico 1 : Porcentaje de color remanente en función del pH, para el
Gráfico 3 : Porcentaje del color remanente en función de la concentración
azul de metileno
del ión ferroso, para el azul de metileno
Gráfico 2 : Porcentaje de color remanente en función de la concentra-
Gráfico 4 : Porcentaje de color remanente en función del pH, para el
ción del peróxido de hidrógeno, para el azul de metileno
anaranjado de metilo
H2O2H2O
�
½ O2(4)
EnlaTabla3yGráfico3,apreciamosqueaparentemente
los mejores valores se encuentran entre una concentración
de 10 a 30 ppm Fe(II), pero se realizó otro experimento
donde se dejó 4 h en estos recipientes y se observó que el
colorante con 5 ppm de Fe(II) se encontraba totalmente incoloro y sin precipitado, en cambio los que tenían entre 10
y 25 ppm de Fe(II), se encontraban incoloros pero con un
poco de precipitado de color azul, mientras que los que te-
Gráfico 5 : Porcentaje de color remanente en función de la concentra-
nían entre 30 a 50 ppm Fe(II) estaban igualmente incoloros
ción del peróxido de hidrógeno, para el anaranjado de metilo
pero con precipitado marrón amarillento, ver Figura 1, ello
se debe a que el hierro (II) se oxidó a hierro (III) y precipitó
como hidróxido de hierro (III)que es de color amarillo, ver
Gráfico7,peroquedebidoalaconcentraciónseobserva
más oscuro, en cambio el precipitado azul se debe a que
además de haber precipitado el hidróxido férrico, éste adsorbió colorante y de allí la tonalidad adquirida. Por tanto a
menores concentraciones, el hierro (II) no precipita.
Gráfico 6 : Porcentaje del color remanente en función de la concentración del ión ferroso, para el anaranjado de metilo
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
71
A continuación se comentan los resultados obtenidos para
los dos colorantes evaluados.
a. Azul de metileno
Gráfico 7 : Diagrama de Pourbaix para el hierro[3]
EnlaTabla1yGráfico1seobservaqueapHmayora5
el proceso no funciona, ello puede deberse a que el Fe(II)
sóloseencuentradisponibleapHmuyácidos,verGráfico 7, por tanto no se pueden realizar las reacciones(1) y
(2) y si éste se oxidara a Fe(III) para realizar la reacción (3),
tampoco estaría disponible por la formación del hidróxido correspondiente, ver Gráfico 7; por tanto la acción
catalizadora se elimina, de allí que se concluyeque el pH
óptimo es 3.
DelaTabla2yGráfico2,severificaqueelvaloróptimo
de concentración de H2O2 es 240 ppm, la razón que explicaría por quéla eficiencia disminuye a valores más al-
5
10
15
20
25
tos de H2O2 podría deberse a que el agua oxigenada sufre una desproporción, según la reacción (4), y por ende
la concentración de agua oxigenada disponible bajaría.
Figura 1 : Color final después de 4 h para el azul de metileno, a diferentes
concentraciones del ión ferroso
b. Anaranjado de metilo:
-
Usando el anaranjado de metilo a concentraciones de 100
ppm, las condiciones óptimas para la decoloración fueron
EnlaTabla4yGráfico4seobservaqueapHmayora5el
:pH igual a 3, 240 ppm de peróxido de hidrógeno y 15 ppm
proceso no funciona, ello es debido, al igual que para el
de ión ferroso.El tiempo necesario para la decoloración fue
azul de metileno, que el Fe(II) sólo se encentra disponible
de 10 min.
a pH muy ácidos, ver Gráfico 7. El pH óptimo para éste
colorantees2,peroenlaGráfica4tambiénapreciamos
-
que la cinética de degradación sigue la misma tendencia
Se logró el objetivo del trabajo que era la decoloración de
los colorantes estudiados por el método Fenton.
que a pH = 3.
En la Tabla 5 y Gráfico 5, observamos que, al igual que
en la evaluación anterior, la concentración de peróxido
de hidrógeno óptima es de 240 ppm, pero en esta oportunidad cuando se eleva la concentración de agente
oxidante, este no baja mucho su eficiencia, por lo que la
reacción (4), no se encuentra muy favorecida con éste colorante.
RECOMENDACIONES
Se recomienda un análisis por espectroscopia infrarroja para
identificar cuáles son los productos de reacción.
REFERENCIAS
[1] Milena,S.;Aguliar,J.;Guillermo,L.,“Tratamientodecon-
EnlaTabla6yGráfico6,seapreciaquea25ppmFe(II)se
taminantes orgánicos por foto fenton con luz artificial”,
obtienen los mejores valores, pero como se observa en
Revista de Ingenierías Universidad de Medellín, Vol.8,
la figura 2, entre 15 y 25 ppm Fe(II), la tonalidad de éstos
N°15, 53-62 (2009).
es baja y se forma un precipitado amarillo. Por tanto el
óptimo sería a 15 ppm Fe(II).
[2] MartinezE.C.–LopezG.D.,“Tratamientoquímicocontaminantes orgánicos- El proceso Fenton”, Revista de Ingenerias de Universidad Tecnológica Nacional.
[3]
72
Outokumpu. [programa de computadora]. HSC Chemistry 7.1; 2010.
ACERCA DE LOS AUTORES
Adriana Paola Barja Obando
Practicante en la especialidad de procesos químicos y metalúrgicos del instituto superior tecnológico Tecsup de Lima (2012).
Practicas realizadas en el laboratorio de análisis instrumental
de Tecsup, investigando degradación de los efluentes coloreados utilizando el método Fenton.
Hernán Zapata Gamarra
Ingeniero químico de la universidad nacional de Trujillo, con
estudios de maestría en la pontificia universidad católica del
Perú. Amplia experiencia en tratamientos y análisis de efluenFigura 2 : Color inicial y final para el anaranjado de metilo a diferentes
tes, expositor de diversos eventos nacionales, miembro del Co-
concentraciones de hierro (II)
legio de Ingenieros del Perú, así como de la Sociedad Química
del Perú. Actualmente docente en el departamento de proce-
CONCLUSIONES
sos químicos y metalúrgicos, Tecsup 1, en las áreas de química
analítica ambiental e ingeniería ambiental.
-
Usando el azul de metileno a concentraciones de 50 ppm,
las condiciones óptimas para la decoloración fueron :pH
igual a 3, 240 ppm de peróxido de hidrógeno y 5 ppm de
ión ferroso. El tiempo necesario para la decoloración fue
de 25 min.
Efecto de Cuatro Dosis Nitrogenadas sobre el
Rendimiento de Soca en Alcachofa sin espinas
(Cynara scolymus L.) var. Lorca en Moche, La
Libertad (Perú)
Four Doses of Nitrogen Effect on the Yield of
Artichoke Ratoon (Cynara scolymus L.) var. Lorca in
Moche, La Libertad (Perú)
Victoria Larco, Tecsup
Resumen
plete blocks with four treatments, one witness and four repetitions of each one, that were as follows: the witness treatment
Este trabajo determinó el efecto de cuatro dosis nitrogena-
0N.ha-1 (t0), 30 N.ha-1 (t1), 60 N.ha-1 (t2), 90 N.ha-1 (t3) and 120
das sobre el rendimiento de soca en alcachofa sin espinas
N.ha-1 (t4). Additionally, it was employed 50 units of potassium
(Cynara scolymus L.) var. Lorca en Moche, La Libertad. Se
for every treatment excepting the witness one. It was made a
realizó en un campo que inició la etapa de soca a los 161 días,
variance analysis and the test of meaning of Duncan, with a sig-
conducido bajo riego por gravedad. La cosecha se realizó en-
nificance level of 5%.
tre el 2 de Noviembre del 2006 y el 9 de Enero del 2007.
Results showed that during the whole harvesting period, the
Se empleó un diseño experimental de bloques completos al
highest yields where obtained, being 90N (t3) and 120N (t4) with
azar, con cuatro tratamientos, un testigo y cuatro repeticio-
3139.8 kg.ha-1 and 3005.9 kg.ha-1 respectively. In like manner,
nes de cada uno, que fueron los siguientes: el tratamiento
these treatments obtained the highest yields in useful raw ma-
testigo (t0) no tuvo fertilización; t1, t2, t3, t4, con 30, 60, 90 y
terial weight and first quality inflorescences weight.
120 unidades de N.ha-1 respectivamente. Además se empleó
50 unidades de potasio en todos los tratamientos, excepto
Palabras clave
el testigo. Se realizaron, el análisis de varianza y la prueba de
significación de Duncan, con un nivel de significancia de 5 %.
Alcachofa, Lorca, Soca, Fertilización, Cosecha.
Los resultados mostraron que, durante el periodo total de co-
Key words
secha, los mayores rendimientos se obtuvieron con 90N (t3) y
120N (t4) con 3139.8 kg.ha-1 y 3005.9 kg.ha-1 respectivamente.
Asimismo, con estos tratamientos, se obtuvieron los mayores
rendimientos de materia prima aprovechable y de calidad
Artichoke, Lorca, Ratoon, Fertilization, Yield.
INTRODUCCIÓN
primera.
La superficie cosechada del cultivo de alcachofa en nuestro
Abstract
país, viene creciendo en forma sustancial durante los últimos
años (principalmente en las Regiones de mayor producción
This research determined the effect of four nitrogened doses
como La Libertad, Ancash, Ica y Junín), como respuesta a la de-
on the yield of artichoke ratoon (Cynara scolymus L.) cv. Lorca,
manda de este cultivo por parte de las empresas agroindustria-
on a crop with 161 days, conducted under gravity irrigation.
les exportadoras y de los principales mercados internacionales
The harvest started since November 2 of 2006 until January
de consumo de esta hortaliza (Arredondo, 2007).
9 of 2007.
Las empresas productoras y exportadoras de alcachofa cuenIt was employed an experimental design of randomed com-
tan en gran medida con el conocimiento de los requerimientos
73
LARCO, Victoria. “Efecto de Cuatro Dosis Nitrogenadas sobre el Rendimiento de Soca en Alcachofa sin espinas (Cynara scolymus L.) var. Lorca en Moche, La Libertad (Perú)”
del cultivo para disminuir los costos de producción, optimi-
La soca en el Perú es beneficiosa desde el punto de vista de lo-
zar el uso de recursos y aplicar la certificación GLOBALGAP
grar una mayor rentabilidad de la explotación agrícola, ya que
para poder acceder a los mercados europeos. Unas de sus
mediante esta técnica se obtiene un ingreso marginal al culti-
prácticas comunes es la realización de campaña “soca” den-
vo, sobretodo cuando los transplantes iniciales se han hecho
tro de manejo del cultivo, con lo cual buscan asegurar una
al fin del verano. La realización de soca se debe ver desde un
materia prima de buena calidad y en lo posible, a bajo costo
punto de vista económico, es decir evaluar el costo beneficio
por hectárea, y proveer a su fábricas todo el año. Dentro de
y la oportunidad (considerando al mercado y las condiciones
este manejo de soca, las experiencias diversas de agriculto-
climáticas), los inconvenientes técnicos de su manejo pueden
res y empresas no dejan en claro si el uso de fertilizantes en
superarse con un buen planeamiento agrícola. Una de éstos
esta etapa es indiferente con su producción y calidad a entre-
es la fertilización, porque lo que se necesita es promover un
gar, que al final les retribuye el precio a pagar.
desarrollo violento del follaje, ya que el sistema radicular está
totalmente desarrollado. El momento de fertilización debe ser
Teniendo en cuenta esto, la investigación estuvo orientada a
inmediato al chapodo. El tipo de fertilizante, dependiendo del
determinar el efecto de la fertilización nitrogenada sobre el
suelo, debe ser en lo posible una fuente de alta solubilidad y
rendimiento y calidad en soca de alcachofa (Cynara scolymus
disponibilidad. (Lucchetti, 2008).
L) var. Lorca en Moche, La Libertad.
METODOLOGÍA
FUNDAMENTOS
Lugar y fecha del experimento:
Según Donato (1993) el 41.8 % de materia verde de alcacho-
74
fa corresponde a las hojas. El ritmo de producción de masa
El trabajo de investigación se realizó en el Turno A3, lote A del
verde varía durante las diversas fases del ciclo vegetativo e
fundo “El Golf” de la Empresa Sociedad Agrícola Virú S.A., si-
influencia directamente la absorción de los nutrientes. Asi-
tuado en el Km. 562 de la Panamericana Norte, provincia de
mismo la absorción de nitrógeno y potasio por parte de las
Trujillo, departamento de La Libertad. A 79°01’09” de longitud
hojas es de 40.6 y 31.1 % respectivamente y por parte de los
oeste, 8°08’08” de latitud sur y una altitud de 13.7 m.s.n.m. Fue
capítulos el 39.1 y 33.4% respectivamente. Estudios realiza-
desarrollado durante los meses de octubre del 2006 a enero
dos por Magnifico y Lattanzio (1976) en el sur de Italia consi-
del 2007.
derando una población de 6900 pl.ha-1 concluyeron que en
una campaña fueron extraídos 286 kg.ha-1 de N, 19 kg.ha-1 de
Características del Área Experimental:
P y 305 Kg.ha de K.
-1
a. Clima:
Comúnmente en el cultivo de alcachofa después de una campaña principal o “transplante” que dura aproximadamente
Durante el periodo en que se desarrolló el trabajo (Noviem-
200 días le continúa una campaña denominada “soca”. Ésta
bre 2006- Enero 2007) se obtuvo la mayor temperatura en
consiste en realizar un chapodo o corte de la planta madre
el mes de Enero, con una máxima de 29.1 ºC y una mínima
para hacer producir los hijuelos basales que quedan después
de 20.4 ºC y la menor temperatura registrada fue en el mes
del corte. Esta campaña tiene una duración aproximada de
de Octubre con una máxima de 23 ºC y una mínima de 16.5
60 días y se pretende en todo momento costos de produc-
ºC. La evaporación en tanque alcanzó su máximo registro
ción mínimos y rendimientos de 5-12 t.ha (Villegas, 2007).
en el mes de Enero con 5.3 mm.día-1 y la mínima en Octu-
-1
bre con 3.8 mm. día-1.
La práctica de soca es valiosa por varios motivos: permite obtener al menos 15% de cosecha adicional por año; se obtiene
b. Suelo
una alcachofa de buena calidad pues se renuevan las plantas;
tiene un bajo costo de producción por kilo; permite ingresar
La clase textural del suelo correspondió a un suelo franco
alcachofa a las plantas de procesamiento en épocas en las
con pH 8, clasificado como un suelo moderadamente al-
cuales normalmente no habría producto, lo cual aligera los
calino según LASPAF (Laboratorio de Análisis de Suelos,
costos fijos de las fábricas; su buena calidad y bajo costo la
Plantas, Aguas y Fertilizantes de la Universidad Agraria La
convierten en buen negocio para el agricultor; las plantas de
Molina - 2006). Maroto (1995) afirma que la alcachofa es un
procesamiento obtienen uen precio por sus conservas pues
cultivo resistente a la salinidad y presenta adaptabilidad a
están fuera del pico de oferta (Ramírez, 2008).
suelos ligeramente alcalinos. La conductividad eléctrica del
suelo fue de 2.69 dS.m-1, interpretándose como ligera-
mento del corte un tocón a aproximadamente 10 cm. del
mente salino.
suelo.
c. Características del Cultivo:
2. Delimitación del área experimental:
El cultivo de alcachofa (Cynara scolymus L.) variedad Lor-
Se determinó previamente el tamaño de los bloques y los
ca, fue instalada por transplante el 19 de abril del 2006,
tratamientos según el diseño experimental; se procedió a
conducido bajo el sistema de riego por gravedad, con
medirlos, marcarlos e identificarlos mediante banderines
un distanciamiento entre surcos 1.6 m. y entre plantas
según el tratamiento correspondiente; se dejó 12 metros
0.60m., haciendo una densidad aproximada de 10416
entre bloques para evitar alguna influencia del arrastre de
planta.ha-1. Durante esta campaña de “transplante” se
fertilizantes por el riego.
realizó una fertilización por hectárea con 426 unidades
de N, 227 unidades de P2O5, 445 unidades de K2O, 100
Ejecución de los tratamientos:
unidades de CaO y 15 unidades de Mg, las cuales se fraccionaron en 6 aplicaciones de forma puyada. El consumo
Los tratamientos se ejecutaron una semana después del
total de agua para esta etapa superó los 22 000 metros
chapodo, dando tiempo para que la población de hijuelos
cúbicos por hectárea.
se uniformice. Se distribuyó la cantidad en kilos de fertilizantes correspondiente a las unidades para cada trata-
La etapa de soca se inició a los 161 días de cultivo, cuan-
miento, excepto el testigo y su aplicación fue en forma de
do se realizó el chapodo de la parte foliar el 27 de sep-
puyado. Los fertilizantes usados fueron Cloruro de potasio
tiembre del 2006. Durante este periodo el consumo de
y Urea.
agua fue de aproximadamente 12000 metros cúbicos
por hectárea, por la reducción del ciclo del cultivo.
Actividades posteriores a la aplicación de
los tratamientos:
DISEÑO EXPERIMENTAL:
1. Control Fitosanitario
75
Se empleó el diseño experimental de bloques completos al
azar con 5 tratamientos y 4 repeticiones.
En cuanto a plagas el problema principal fue el ataque de
gusanos (Heliothis virescens y Spodoptera sp.) que per-
Los tratamientos fueron:
judican directamente a los capítulos; estos problemas se
controlaron con el uso de un insecticida en una aplicación
Clave
Descripción
dirigida con una mochila a palanca.
t0
:
0 unidades de N. ha-1 (Testigo)
t1
:
30 unidades de N. ha-1
t2
:
t3
:
El riego fue por gravedad. Después del chapodo la frecuen-
t4
:
cia fue interdiaria mientras que durante la cosecha fueron
2. Riego
diarios.
Cada parcela o unidad experimental consistió de cinco surcos, haciendo un total de veinticinco surcos por bloque, cuya
Inmediatamente realizada la fertilización se realizó un rie-
área fue de 640 m2.
go ligero.
El área total del campo experimental fue de 4000m2.
Actividades previas a la aplicación de los tratamientos:
3. Cosecha
La cosecha se inició 15 días después de la aplicación de los
tratamientos. Esta labor se realizó en forma manual usando
1. Chapodo:
un cuchillo para cortar las inflorescencia (capítulos) del diámetro especificado previamente, y luego se depositaban
El chapodo es la labor de eliminación de la planta “ma-
en las canastas cosecheras de uso en el fundo. El intervalo
dre” para dar paso a los hijuelos, que ya deben estar pre-
de cosecha fue de 3 días y la duración total de la cosecha en
sentes. Esta labor se realizó a machete, dejando al mo-
soca fue de 68 días.
Evaluaciones
(1) Promedios unidos por una misma letra son estadísticamente iguales
Evaluación de la cosecha:
Se evaluaron todos los capítulos producidos durante el periodo total de cosecha considerando para ello sólo los dos
surcos centrales de cada unidad experimental.
2. Peso de capítulos aprovechables:
El análisis de varianza de la variable peso total de capítulos
aprovechables mostró diferencia estadística para la fuente
Características evaluadas:
de variación tratamientos.
1. Rendimiento en peso
Realizadas las pruebas de significación de Rango múlti-
Se pesaron todos los capítulos producidos en cada unidad experimental, empleando una balanza de 5 Kg. de
capacidad y 10 g de precisión. Se expresó en kilogramos
por hectárea de: capítulos totales, capítulos aprovechables (es decir sin descarte) y capítulos según calidades.
ple de Duncan con un α = 0.05 para la variable peso total
de capítulos aprovechables nuevamente presentan dos
tratamientos estadísticamente superiores al tratamiento
testigo, sin diferencias estadísticas entre sí: t3 (90 N) con
2960.91 kg.ha-1 y t4 (120 N) con 2861.07 kg.ha-1.
La clasificación por calidades de todos los capítulos procedentes de cada unidad experimental se basó en las
normas de calidad de la Empresa Sociedad Agrícola Virú
S.A. (S.A.V.S.A.).
RESULTADOS
Rendimiento en peso durante el periodo total de cosecha:
76
1. Peso total de capítulos:
Figura Nº 2. Promedios de peso total de capítulos aprovechables
(kg.ha-1) en alcachofa soca bajo dosis crecientes de nitrógeno.
Fundo El Golf, 2007
El análisis de varianza del variable peso del total de capítulos cosechados mostró diferencia estadística para la
fuente de variación tratamientos. Realizadas las pruebas
de significación de Rango Múltiple de Duncan con un α =
0.05 para la variable peso total de capítulos, se presentan
dos tratamientos estadísticamente superiores frente al
tratamiento testigo, sin diferencias estadísticas entre sí:
el t3 (90 N) con 3139.8 kg.ha-1 y el t4 (120 N) con 3005.9
kg.ha-1
(1) Promedios unidos por una misma letra son estadísticamente iguales.
3. Peso de capítulos de primera:
El análisis de varianza del variable peso del total de capítulos de primera mostró diferencia estadística para la fuente
de variación tratamientos.
Las pruebas de significación de Rango múltiple de Duncan
con un α = 0.05 para esta variable nuevamente presenta
a los tratamientos citados anteriormente como estadísticamente superiores al tratamiento testigo: (90 N) 2595.1
kg.ha-1 y (120 N) 2484.3 kg.ha-1.
(1) Promedios unidos por una misma letra son estadísticamente iguale
Figura 1. Promedios de peso total de capítulos (kg.ha-1) en alcachofa
soca bajo dosis crecientes de nitrógeno. Fundo El Golf, 2007.
calidad primera, favoreciendo una buena formación de éstos (compactación y peso).
La duración de la cosecha está influenciada por condiciones favorables de manejo y clima y puede llegar a 3 meses;
en este caso tuvo una duración de 68 días. El aumento del
porcentaje de calidad segunda y descarte están influenciados por el clima y la senescencia de la planta, más que por
una fertilización inadecuada. Es así que, debido a temperaturas altas o estrés hídrico durante la cosecha trae como
Figura Nº 3. Promedios de peso total de capítulos de calidad primera
consecuencia la aparición de ombligo o fofo en los capítu-
(kg.ha-1) en alcachofa soca bajo dosis crecientes de nitrógeno.
los (calidad segunda) o de un incremento del porcentaje de
Fundo El Golf, 2007
violáceo (descarte).
4. Peso de capítulos de segunda:
Los rendimientos por hectárea obtenidos estuvieron dentro del promedio en soca de otras zonas de producción de
El análisis de varianza del variable peso del total de capí-
la misma empresa, como Barranca y Santa, donde se ob-
tulos de segunda no muestra diferencia estadística para
tuvieron entre 2 000 a 3000 kg.ha-1. El Fundo donde se
la fuente de variación tratamientos.
realizó el trabajo, presentó una de las mejores en producciones en esa campaña, a pesar que fue menor a la de años
Asimismo las pruebas de significación de Rango múltiple
anteriores.
de Duncan con un α = 0.05 para esta variable tampoco
presenta diferencias estadísticas entre tratamientos.
5. Peso de capítulos de descarte:
CONCLUSIONES
Durante el periodo total de cosecha, los mayores rendimientos
se obtuvieron con los tratamientos 90N y 120N, siendo éstos
El análisis de varianza del variable peso del total de capí-
3139.8 kg.ha-1 y 3005.9 kg.ha-1 respectivamente, sin diferen-
tulos de descarte no muestra diferencia estadística para
cias estadísticas entre sí.
la fuente de variación tratamientos. De la misma forma
las pruebas de significación de Rango múltiple de Dun-
El mayor rendimiento de materia prima aprovechable, es de-
can con un α = 0.05 para esta variable tampoco presenta
cir sin descarte, durante la totalidad de cosecha se presentó
diferencias estadísticas.
en los tratamientos 90N y 120N con 2960.91 kg.ha-1 y 2861.07
kg.ha-1. respectivamente, sin diferencias estadísticas entre sí.
Se puede apreciar en los cuadros mostrados que, los tratamientos 3 y 4 con 90 N y 120N, fueron los más indica-
En el rendimiento por calidades durante el periodo total de
dos para obtener los más altos rendimientos, los cuales
cosecha, sólo hubieron diferencias significativas en la Calidad
fueron 3139.8 kg.ha-1 y 3005.9 kg.ha-1, respectivamente.
Primera, los tratamientos que obtuvieron mayores rendimientos en esta calidad fueron: 90 N con 2595.1 kg.ha-1 y 120 N con
Cabe señalar que tanto el nitrógeno como el potasio son
2484.3 kg.ha-1., sin diferencias estadísticas entre sí.
nutrientes altamente extraídos por los cultivos, por lo
cual su aporte balanceado es el preámbulo de plantas vi-
REFERENCIAS
gorosas y de alta producción. La fertilización realizada en
la etapa transplante y la de soca, permitirá una oportuna
[1]
traslocación y almacenamiento de proteínas y carbohi-
Arredondo, S. 2007. Demanda de Alcachofa. Recuperado
de:
dratos en el área radicular como lo afirma Wild (1992),
para que posteriormente puedan ser empleados en la
http://www.monografias.com/trabajos58/demanda-al-
emisión continua de capítulos.
cachofa/demanda-alcachofa2.shtml---MONOGRAFIA
El uso de dosis altas de nitrógeno: 90 y 120 unidades
[2]
Donato, P.; Evaristo, M. y Pessoa, M. 1993. Nutrición y
junto con las 50 de potasio, se reflejan en el mayor ren-
Abonamiento de Hortalizas. Asociación Brasileira para la
dimiento de materia prima aprovechable y capítulos de
Pesquisa da Potassa e do Fosfato. Sao Paulo. Brasil.
77
[3]
Lucchetti, L. 2008. Experiencias personales sobre el manejo agronómico del cultivo de alcachofa. (Comunicación personal).
[4]
Maroto, J., 1995. El Cultivo de la Alcachofa. Valencia, España. Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias.
[5]
Ramírez, R. 2008. Experiencias personales sobre el manejo agronómico del cultivo de alcachofa. Sociedad
Agrícola Virú S.A. Virú, Perú.
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Villegas, O. 2007. Experiencias personales sobre el manejo agronómico del cultivo de alcachofa. Sociedad
Agrícola Virú S.A. Virú, Perú. (Comunicación personal).
[7]
Wild, A. ,1992. Condiciones del suelo y crecimiento de
las plantas según Russell. (pp 32, 34, 88-94, 132). Madrid, España. Ediciones Mundi-Prensa.
ACERCA DE LA AUTORA
Victoria Larco Aguilar. Ingeniera agrónoma egresada de la
Universidad Nacional de Trujillo. Se ha desempeñado en el
área de sanidad vegetal y producción de cultivos de agroexportación. Actualmente culmina una maestría en Manejo Integrado de Plagas en la Universidad Agraria La Molina y se
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desempeña como docente del Área de Tecnología Agrícola
en Tecsup Trujillo.
Lima:
Av. Cascanueces 2221 Santa Anita.
Lima 43, Perú
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La revista Investigación aplicada e innovación, I+i, es publicada semestralmente. El objetivo de la revista es contribuir
al desarrollo y difusión de investigación y tecnología, apoyando al sector productivo en la mejora de sus procesos,
eficiencia de sus procedimientos e incorporando nuevas técnicas para fortalecer su competitividad. Las áreas principales de su cobertura temática son: Automatización industrial, Electrotecnia, Electrónica, Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC), Ensayo de materiales, Química y Metalurgia, Educación, Mantenimiento, Tecnología
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Va dirigida a los profesionales de los sectores productivos y académicos en las áreas de la cobertura temática.
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Interesar al lector en conocer el resto del artículo.
– Fundamentos: Presentarlosantecedentesquefundamentanelestudio(revisiónbibliográfica);Describirelestudio de la investigación incluyendo premisas y limitaciones.
– Metodología:Explicacómosellevóalaprácticaeltrabajo,justificandolaeleccióndeprocedimientosytécnicas.
Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú: 2007-04706
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Editorial ................................................................................................................................................................................................
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Visión por Computadora ....................................................................................................................... José Lazarte
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Síncrono a través de respuesta en Frecuencia y Rechazo de Carga ............ María Teresa
Mendoza
13
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Alberto Ríos
21
Mitigación del Ataque “Hombre en el Medio” en las Redes Locales ....................................................
...................................................................................................................................................................................... Mario Surco
33
Influencia del Insumo de Calor para la Evaluación de Trincas en Juntas Soldadas de
Acero API X80 a través del Ensayo Tekken......................................................................Rodrigo Perea
41
Análisis de Fallas y Defectos en Piezas de Acero ........................................ .Juan Carlos Heredia
51
Diseño e Implementación de un Sistema Electrónico de Control Modulante de Nivel en
Calderos ...................................................................................................................................................................César Vera
61
Proceso Fenton para Tratamiento de Efluentes Coloreados ..................................................................
.......................................................................................................................................Adriana Barja / Hernán Zapata
67
Efecto de Cuatro Dosis Nitrogenadas sobre el Rendimiento de Soca en Alcachofa sin
Espinas (Cynara scolymus L.) var. Lorca en Moche, La Libertad ..................... Victoria Larco
73

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