Vol 5, No 1 (2014) - Revista Cubana de Ingeniería

Transcripción

Revista del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba
REVISTA CUBANA
DE INGENIERÍA
Vol. V, No. 1, 2014
enero - abril
DIRECTOR Y EDITOR TÉCNICO
Dr. Gonzalo González Rey
Vicerrectoría de Investigación y Posgrado
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae
e-mail:[email protected]
MIEMBROS DEL COMITÉ EDITORIAL
Dr. Ángel Regueiro Gómez
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría
La Habana. Cuba
e-mail: [email protected]
Dr. Jorge Laureano Moya Rodríguez
Facultad de Ingeniería Mecánica
Universidad Central Marta Abreu de Las Villas
Villa Clara. Cuba
Dr. Tomás Cañas Louzau
Centro de Referencia de Enseñanza Avanzada
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría
La Habana. Cuba
Ing. Odiel Estrada Molina
Departamento de Geoinformática
Universidad de las Ciencias Informáticas
La Habana. Cuba
EDITOR EJECUTIVO
Yusnier Ferrer Granado
Jefe de Departamento de Comunicación
EDITORA
Lic. Mayra Arada Otero
DISEÑO DE CUBIERTA
Alex Álvarez Martínez
DISEÑO INTERIOR
Yaneris Guerra Turró
COMPOSICIÓN COMPUTARIZADA Y REALIZACIÓN
Maritza Rodríguez Rodríguez
Dr. José Antonio Vilan Vilan
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales
Universidad de Vigo. Vigo. España.
Ing. Raúl Gutiérrez Perucho
Escuela de Ingeniería. Instituto Tecnológico de Estudios Superiores
de Monterrey Aguascalientes. México
REVISORES INVITADOS
Dr. Rafael Oliva Santos
Universidad de La Habana. Cuba
Ing. Lilia del Carmen González Ortega
Laboratorio de Ensayos de Tropicalización. Cuba
Dr. Rigoberto Marrero Águila
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. Cuba
Dra. Matilde López Torres
Centro Nacional de Investigaciones Científicas. Cuba
Dr. Alexis Pellón Arrechea
Centro Nacional de Investigaciones Científicas. Cuba
Ing. Rosana Cassan
Universidad Nacional de Rosario. Argentina
Nuestra Revista pueder ser visitada a través del sitio web: http://
rci.cujae.edu.cu
La correspondencia puede dirigirse a:
Revista Cubana de Ingeniería
Calle 114, No. 11901, e/ Ciclovía y Rotonda, Apartado 6028, Cujae,
Marianao, La Habana, Cuba.
PROPÓSITOS Y ALCANCE
VISIÓN
La Revista Cubana de Ingeniería se propone contribuir a la comunicación entre los
profesionales de la ingeniería y se concibe como un foro en el que se presentan artículos
científico-técnicos en las variadas áreas de la ingeniería, con un destaque de resultados
novedosos y aportes de relevancia para la profesión. De esta manera, la revista se propone
contribuir a la actualización de profesionales, investigadores, profesores y estudiantes de
ingeniería, a la discusión científica nacional e internacional y, por consiguiente, al desarrollo
tecnológico y científico de Cuba en el área de la ingeniería.
PÚBLICO
La Revista Cubana de Ingeniería se dirige especialmente a la comunidad académica y científica,
nacional e internacional, centrada en el tema de la ingeniería. Ingenieros, investigadores,
profesores o gerentes que trabajen en alguna de las ramas de la ingeniería o en cualquier
ciencia o tecnología afín constituyen el universo de lectores y contribuyentes de la revista.
TEMÁTICA Y ALCANCE DE LA REVISTA
Una lista, que no pretende ser completa, de los temas de interés para la revista incluye contenidos
en la solución de problemas, aplicaciones y desarrollo de la ingeniería civil, eléctrica, electrónica,
hidráulica, industrial, informática, química, mecánica, mecatrónica y metalúrgica, además de
contenidos asociados con la ingeniería de materiales, bioingeniería, transporte, geofísica,
reingeniería y mantenimiento. También se consideran apropiados, artículos orientados a la
formación de las nuevas generaciones de ingenieros, incluidos los programas de estudio, las
tecnologías educativas, la informática aplicada, la gerencia universitaria y las relaciones universidadindustria.
Puesto que la práctica de la ingeniería obliga cada vez más a la interacción de sus diversas
disciplinas, esta revista le asigna la primera prioridad de publicación a los artículos donde se
preste atención a la integración multidisciplinaria, a los desarrollos interdisciplinarios y a las
aplicaciones prácticas.
A fin de asegurar una alta calidad del contenido, todos los trabajos publicados serán arbitrados.
REVISTA CUBANA
CUBANA
REVISTA
DE INGENIERÍA
INGENIERÍA
DE
SUMARIO/CONTENTS
EDITORIAL 4
 INGENIERÍA CIVIL
Vol. V, No. 1, 2014
Tres números al año
 INGENIERÍA INFORMÁTICA
PROPUESTA METODOLÓGICA DE ANÁLISIS DE PRODUCTOS
ACERCAMIENTO ONTOLÓGICO A LA GESTIÓN DEL
PALIATIVOS DE POLVO EN VÍAS NO PAVIMENTADAS PARA
CONOCIMIENTO EN EL PROCESO DE CONSULTORÍA
/ ANALYSIS
METHODOLOGY PROPOSAL OF DUST PALLIATIVE
PRODUCTS ON UNPAVED ROADS TO IMPROVE ROAD
SAFETY 5
MEJORAS EN LA SEGURIDAD VIAL
José Julián Rivera
Hugo Gerardo Botasso
Natalia Alderete
Ignacio Celi
NUEVAS CARTAS TECNOLÓGICAS PARA EL HORMIGONADO
INSITU DE LAS OBRAS DE CONSTRUCCIÓN / NEW
TECHNOLOGICAL CHARTS FOR CONCRETING OPERATIONS
ON SITE FOR CIVIL CONSTRUCTION 11
René Antonio Puig Martínez
Juan José Howland Albear
/
ONTOLOGICAL APPROACH TO KNOWLEDGE MANAGEMENT
IN IT CONSULTING SERVICE 37
Jessy Lino Alfonso
Aimée María Sánchez Reborido
 INGENIERÍA DEL PETRÓLEO
INFLUENCIA DEL BIORREDUCTOR DE VISCOSIDAD
EN EL
GRADIENTE DE PRESIÓN EN UN DUCTO HORIZONTAL QUE
/ VISCOSITY BIO
REDUCER INFLUENCE IN A NON-NEWTONIAN FLUID
PIPELINE PRESSURE GRADIENT 45
TRANSPORTA FLUIDO NEWTONIANO
Edgardo Jonathan Suárez Domínguez
Arturo Palacios Pérez
Alejandro Rodríguez Valdés
Elena Izquierdo Kulich
 INGENIERÍA GEOFÍSICA
ALTERNATIVAS PARA LA EXPLORACIÓN PETROLERA EN LOS
MARES AL SUR DE CUBA / ALTERNATIVES FOR
HIDROCARBON EXPLORATION OFFSHORE SOUTHERN
CUBA 19
Isabel Morales Carrillo
José Álvarez Castro
Ramón González Caraballo
Guillermo Miró Pagés
CARACTERIZACIÓN SÍSMICA 3D DE LOS RESERVORIOS DEL
TERCIARIO INFERIOR EN LA FRANJA SEPTENTRIONAL
PETROLERA CUBANA / SEISMIC CHARACTERIZATION OF
THE INFERIOR TERCIARY R ESERVOIRS IN THE CUBAN
NORTHERN PETROLEUM BELT 27
Alberto Helio Domínguez Gómez
Margarita Juara Zulueta
Mercedes Cristina García Sánchez
 INGENIERÍA QUÍMICA
EVALUACIÓN ELECTROQUÍMICA DE INHIBIDORES DE
CORROSIÓN PARA ACEROS AUSTENÍSTICOS /
ELECTROCHEMICAL EVALUATION OF CORROSION
INHIBITORS TO AUSTENISTIC STANINLESS STEEL 51
Yosmari Adames Montero
Briseida Fernández García
Alexander Cueli Corugedo
Yischy Rivera Beltrán
HIDRÓLISIS QUÍMICA Y DIGESTIÓN ANAEROBIA
TERMOFÍLICA DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS
SÓLIDOS URBANOS/ CHEMICAL HYDROLYSIS AND
THERMOPHILIC ANAEROBIC DIGESTION OF ORGANIC
FRACTION OF MUNICIPAL SOLID WASTE 59
Yosvany Díaz Domínguez
Elina Fernández Santana
Ilona Sárvári Horvath
Susana Rodríguez Muñoz
EDITORIAL
.....................................................................................................
Revista Cubana de Ingeniería inició hace cuatro años su publicación con el objetivo de constituir un marco de referencia
de la investigación científica y académica, en el campo de la ingeniería, sobre la base de un proyecto orientado a
desarrollar un espacio apropiado de alcance internacional, que permitiera a la comunidad académica y profesional
divulgar las mejores experiencias y resultados en las múltiples disciplinas de la ingeniería. En este sentido, Revista
Cubana de Ingeniería nació como una publicación científica con formato de revista electrónica conformada principalmente
por artículos originales compiladores de una investigación teórica o tecnológica sobre bases científicas y con preferencia
de aplicación práctica. Con la intención de asegurar una alta calidad del contenido, todos los artículos publicados
tienen la garantía de que han sido arbitrados con seriedad y rigor por un equipo de revisores especialistas y editores en
los temas propios de las colaboraciones recibidas. En la actualidad, Revista Cubana de Ingeniería es una publicación
de interés para temas especializados de la ingeniería en nuestro país, y también de autores de otros países
iberoamericanos. Al finalizar el año 2013, en la Web oficial de Revista Cubana de Ingeniería (http://rci.cujae.edu.cu)
estaban disponibles en acceso libre e inmediato más de 100 artículos científicos y registrados más de 800 lectores
asociados y 570 autores potenciales.
En el pasado año, una de las metas del Comité Editorial de Revista Cubana de Ingeniería fue lograr la Certificación de
Publicación Seriada Científico-Tecnológica por parte de la Dirección de Ciencias del Ministerio de Ciencia, Tecnología
y Medio Ambiente de Cuba (CITMA). La referida entidad recibe solicitudes y evalúa las revistas publicadas en el país,
según criterios reconocidos internacionalmente para las publicaciones científicas y tecnológicas, por ejemplo: que
más del 60% de la publicación corresponda a artículos originales, disponibilidad de información actualizada con
evidente rigor científico, cumplimiento de los plazos de publicación establecidos, revista indizada en bases de datos
especializadas y todos los artículos sometidos a un proceso adecuado de arbitraje con revisores por pares. El
otorgamiento de la Certificación de Publicación Seriada Científico-Tecnológica acredita oficialmente, en todo el territorio
nacional, el carácter científico-tecnológico de la revista, y contribuye a su homologación internacional potenciando el
indexado en otras bases de publicaciones científicas del área de Latinoamérica como SciELO y RedALyC.
En el 2013, Revista Cubana de Ingeniería fue propuesta y aceptada para evaluación por un Comité Científico-Técnico
el cual verificó y certificó la calidad y la originalidad de los documentos publicados, la calidad del trabajo del Comité
Editorial, la estabilidad y cumplimiento de las fechas de publicación, así como la visibilidad a nivel nacional e internacional
de la revista. Después de las pertinentes valoraciones, el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente de Cuba
estableció que Revista Cubana de Ingeniería, por cumplir con los criterios de selección y evaluación, es acreedora de
la Certificación de Publicación Seriada Científico-Tecnológica en diciembre del 2013. Este reconocimiento, plantea
para nuestro Comité Editorial nuevas metas en el presente año, una de las cuales estará orientada al indexado de
dicha revista Revista Cubana de Ingeniería en las bases de datos SciELO y RedALyC.
El balance de nuestra publicación en el pasado año, fue sobradamente alentador, por lo que no queremos concluir sin
antes manifestar un sincero reconocimiento a los autores, revisores y colaboradores de Revista Cubana de Ingeniería,
quienes han hecho posible que esta alcance su cuarto año con excelentes resultados, deseándoles a todos salud y un
feliz 2014 pleno de éxitos profesionales y prosperidad personal.
Dr. Gonzalo González Rey
Director y Editor Científico
Vol. V, No. 1, enero - abril, 2014, pp. 5 - 10
INGENIERÍA CIVIL
Propuesta metodológica de análisis
de productos paliativos de polvo en vías
no pavimentadas para mejoras
en la seguridad vial
Artículo Original
Correo electrónico:[email protected]
Natalia Alderete
Ignacio Celi
Universidad Tecnológica Nacional, La Plata, Argentina
Resumen
Una causa importante de accidentes en vías no pavimentadas de segundo o tercer orden, reside en
una inadecuada visibilidad ocasionada por el polvo en suspensión por la circulación vehicular, trayendo aparejado un daño ambiental significativo sobre las personas, animales y vegetales de su entorno,
y un desgaste permanente por pérdida de material aportado y necesidad de mayor conservación. Para
disminuir este problema existen en el mercado productos de variados orígenes, con presentaciones y
formas de aplicación del más amplio espectro, los cuales han demostrado resultados dispares, dados
sus ámbitos de aplicación acotados en cuanto a las tipologías de suelos, comúnmente no coincidentes entre unos y otros. Por ello, la selección del paliativo y su dosis para cada caso sobre la base
empírica resulta desaconsejable, recomendándose recurrir a ensayos de laboratorio que cuantifiquen
la acción para cada combinación de suelo/producto/dosis en particular. Con un fin similar existen
ensayos aplicables, pero que por ser originalmente pensados para otras aplicaciones, resultan excesivamente complejos para el bajo grado de rigurosidad necesario dadas las categorías de las vías
implicadas, por lo que requieren adaptaciones para su simplificación de empleo. Tal situación ha sido
encarada desde el LEMaC, Centro de Investigaciones Viales de la Universidad Tecnológica Nacional
de Argentina, proponiéndose una metodología de ensayo adaptada y generándose la presente publicación sobre la base de esta experiencia.
Palabras claves: paliativo de polvo, vías no pavimentadas, seguridad vial, ingeniería vial
Recibido: 27 de junio del 2013
Aprobado: 20 de diciembre del 2013
INTRODUCCIÓN
Los tratamientos superficiales sobre vías no pavimentadas
de segundo o tercer orden son una alternativa de menor costo
que la pavimentación para la supresión de polvo en suspensión
dado por la circulación vehicular. Estos se pueden ejecutar
sobre capas de rodadura existentes o sobre capas
estabilizadas. Su finalidad es mejorar o conservar las
características físicas y mecánicas de la superficie. Entre
estos se pueden citar a los riegos asfálticos (de imprimación,
de liga, etc.), los tratamientos superficiales asfálticos
(superposiciones simples, dobles o múltiples de riegos
asfálticos y áridos), los paliativos de polvo, los sellados
superficiales (Cape Seal, Otta Seal), las lechadas asfálticas,
etc. [1,2].
Sin dudas entre estos sobresalen, por su economía, los
paliativos de polvo, que son productos utilizados para la
supresión de polvo en carreteras o calles no pavimentadas,
actuando sobre las partículas de polvo, lo cual genera la
Revista Cubana de Ingeniería . Vol. V, No. 1, enero - abril, 2014, pp. 5 - 10, ISSN 2223 -1781
Propuesta metodológica de análisis de productos paliativos de polvo en vías no pavimentadas para mejoras en la seguridad vial
adhesión de las mismas entre sí, evitando así el molesto
polvo generado por la circulación de vehículos y genera el
viento, entre otros.
La supresi ón del polv o en el ai re result a una
problemática esencial para la seguridad vial en vías no
pavimentadas. Por sus características esta origina
accidentes que se registran en las estadísticas de causas
de accidentes bajo la tipología de "por exceso de
v eloci dad" y/o "por f alt a de conserv ación de l a
infraestructura", constituyentes entre ambas de más del
50 % de los accidentes en este tipo de vías en los países
de la región, aunque no es posible saber específicamente
que porcentaje corresponde específicamente a este
fenómeno [3,4].
Además, deben considerarse los efectos en el campo de
la tecnología de los materiales, rendimientos de cultivos,
cuestiones ambientales y aspectos económicos.
La idea de contar con alguna técnica que permita mantener
la superficie sin necesidad de recurrir a horas de maquinaria
vial para restituir el perfil de la misma, ha permitido
evolucionar en diferentes productos, que actúan cambiando
la tensión superficial de las partículas de suelo con las sales
o, en el caso de los compuestos orgánicos complejos,
produciendo diferentes reacciones químicas.
Pero evidentemente cada forma de acción resulta en menor
o mayor grado adecuada para las diversas tipologías de los
suelos comúnmente detectables en las trazas de las vías
en cuestión.
En el afán de incorporar productos al mercado, este
aspecto ha sido muchas veces pasado por alto en su
comercialización, dando origen a experiencias con resultados
dispares.
La toma de decisiones para futuras intervenciones basadas
en las experiencias previas, por lo tanto, no es aconsejable,
ya que ante variaciones en los diversos aspectos de interés
es de esperarse resultados distintos a los obtenidos
precedentemente [5]. Por esto suele recurrirse en cada obra
a la generación de tramos de prueba para diversos productos
o dosis [6], lo cual como metodología de diseño deja mucho
que desear.
En busca de antecedentes para dar luz en tal sentido,
desde el LEMaC se ha arribado a un método de ensayo
desarrollado por el Centro de Investigación y Desarrollo de
Ingeniería del Cuerpo de Ingenieros de la Marina
Estadounidense, con el propósito de evaluar la eficacia
relativa de los diferentes supresores de polvo en aplicaciones
militares. Pero dicho método, y su equipamiento
correspondiente, resultan en la práctica excesivos, dado que
no han sido desarrollados para esta aplicación en particular.
Puntualmente, en lo que se refiere al equipamiento, resulta
de muy difícil disponibilidad en el medio local en su versión
original, pero de sencilla materialización si se introducen
una serie de simplificaciones en base a algunos supuestos
básicos.
Estas simplificaciones se relacionan con el hecho de que,
aun con un rango amplio de tipologías, los suelos proclives
a generar altas concentraciones de polvo en el aire son los
6
suelos finos, que presentan valores de pasatamiz Nº200
(malla de abertura 75 m) elevados. Es decir, que gran parte
del material suelto pasará a ser polvo en suspensión. Por
esto es admisible que exista una relación directa entre las
concentraciones de polvo en el aire y el grado de erosión del
material tratado [7]. Así, teniendo una valoración en cuanto
a lo segundo, se tendrá una estimación sobre lo primero.
Teniendo en cuenta lo anterior, los equipos para este tipo
de aplicaciones, pueden dejar de lado los esfuerzos para
precisar las concentraciones de polvo en el aire y centrarlos
en la determinación de la pérdida por erosión, lo cual resulta
mucho más sencillo en términos del empleo de recursos
técnicos.
Dadas las adaptaciones necesarias en función de lo
explicitado, se procedió a un análisis de prueba.
La presente publicación está constituida por la memoria
de los antecedentes relevados, las adaptaciones impuestas
al método y el equipamiento de ensayo, así como de los
resultados obtenidos en la experiencia de comprobación,
con el propósito de divulgarlos a quienes pueda resultarles
de interés en aplicaciones análogas.
MATERIALES Y METODOS
Lineamientos básicos
La metodología de estudio seleccionada es de tipo
comparativo. Mediante la misma se puede evaluar sobre el
suelo a ser tratado, la eficacia de los distintos productos
paliativos de polvo en diversas dosificaciones utilizables, para
luego mediante un balance técnico/económico efectuar la
toma de decisiones.
Para ello se plantea la utilización de un equipo (el cual se
analiza en detalle en el acápite "Equipamiento empleado"),
mediante el cual se somete a muestras compactadas del
suelo en estudio, sin tratamiento (patrón) y con diversos
tratamientos, a una intensa abrasión que simula ciclos
acelerados de su puesta en servicio en campo, analizándose
luego las pérdidas generadas en cada caso.
Esta abrasión se genera mediante un flujo de aire intenso
y el empleo de una arena monogranular durante 2 min. En la
figura 1 se observan imágenes de una probeta durante el
proceso de abrasión y después del mismo.
El tratamiento de las probetas con el paliativo de polvo se
realiza con un rociador en forma uniforme, alcanzándose las
dosis de las aplicaciones en campo.
La cuantificación del potencial de erosión se realiza
mediante las pesadas de las muestras antes y después de
ser sujetas al flujo de aire. Este método es utilizado para
determinar la eficacia relativa de los paliativos de polvo y
para identificar las cantidades de paliativo necesarias para
alcanzar niveles aceptables de mitigación de polvo.
Equipamiento empleado
Con propósitos que podrían ser relacionables con la finalidad
buscada en el presente estudio, existen en la actualidad
metodologías de ensayo que permitirían mediante diversas
técnicas (recolección en filtros, técnicas ópticas, etc.)
detectar los niveles de polvo en el aire generados durante la
solicitación de una muestra de suelo tratada y sin tratar.
José Julián Rivera - Hugo Gerardo Botasso - Natalia Alderete - Ignacio Celi
Fig. 1. Pobreta durante y después del ensayo
Incluso la versión original del equipamiento finalmente
utilizado, desarrollado por el Centro de Investigación y
Desarrollo de Ingeniería del Cuerpo de Ingenieros de la Marina
Estadounidense [8], fue diseñada para permitir en diversos
puntos de una cámara en donde se genera el proceso de
erosión de la probeta, la recolección de información mediante
equipamiento óptico para determinar la concentración de
polvo en el aire.
Teniendo en cuenta lo analizado, como parte integrante
de un trabajo más complejo, en el LEMaC se instrumentó la
recolección de polvo suspendido mediante filtros, los cuales
fueron luego analizados llegando a establecer los niveles de
suspensión existentes durante la solicitación. Pero al ser
aplicado para evaluar estos paliativos para una finalidad vial,
se advirtió que el sistema de recolección de polvo a los niveles
generados para estos casos no alcanza a demostrar una
sensibilidad en tal sentido. Esto se hizo sobre suelos
naturales de una traza que presentaba altos niveles de polvo
en suspensión y la cual al ser tratada con un paliativo en
específico presentó notables reducciones en tal sentido. Es
decir, que de hecho había una falencia, que en ese caso
puntual fue mitigada [9].
En cambio, sí se vio en el proceso de ensayo que existieron
pérdidas diversas por erosión de las probetas, en forma
proporcional con la dosis utilizada, y por lo tanto con la
eficacia del tratamiento. A su vez, Rushing et. al. [1]
concluyeron que los productos evaluados que tuvieron una
excelente mitigación del polvo mostraron escasa erosión
superficial, mientras que los productos que tuvieron una
mitigación pobre del polvo eran completamente erosionados.
Debido a que era necesario materializar nuevos ejemplares
del equipamiento empleado, para su utilización en un trabajo
interlaboratorios con otras instituciones en un proyecto de
investigación, en donde el análisis de los paliativos de polvos
es parte constituyente, se procedió a adaptar el equipo,
pasando el mismo a estar conformado según lo detallado a
continuación.
El equipo, de fabricación propia a muy bajo costo relativo,
consiste en una cámara de viento sellada para evitar la salida
del polvo durante el ensayo, que se encuentra dividida en
dos compartimentos. En uno de dichos compartimentos se
halla el equipo generador del flujo de aire que alcanza los
240 km/h. Se trata básicamente de un soplador/aspirador
de hojas de los que comúnmente se encuentran en el
mercado. En este caso en particular el equipo es de marca
Black&Decker de 1.500 W.
En el otro compartimento se ubica la probeta a ser
ensayada, para lo cual se coloca debajo de una boquilla
metálica de apertura rectangular de 16,1 cm de ancho y
2,5 cm de alto. Un conducto de retorno permite la circulación
del aire desde la cámara de ensayo hacia el ventilador
eléctrico para equilibrar la presión.
La corriente de aire se aplica a 2,5 cm de altura sobre la
probeta y en un ángulo de 20º con respecto a la horizontal.
A su vez se incorpora al flujo de aire 600 g de arena silícea
seleccionada. La arena utilizada pasa por el tamiz N°20
(abertura 840 m) y queda retenida en el tamiz N°30
(abertura 590 m).
El proceso implica el vertido de la arena durante un lapso
de 1 min. dejándose luego 1 min. más de flujo de aire solo,
pasado el cual se da por terminado el ensayo.
En la foto superior de la figura 2 puede observarse una
vista parcial del equipo, ubicándose a la derecha el
compartimento que contiene al equipo soplador y a la
izquierda la cámara donde se coloca la probeta a ser
ensayada; en la parte superior se alcanza a ver el embudo
por el cual se vierte la arena durante el ensayo. En la foto
inferior izquierda se puede observar el ángulo de acción entre
la boquilla y la probeta ubicada en su posición de ensayo y
la caja donde cae la arena vertida para ser arrastrada
libremente hacia la boquilla por el flujo de aire. Finalmente,
en la foto inferior derecha, se observa un detalle de la boquilla
durante el proceso de fabricación del equipo.
Los moldes metálicos utilizados para la confección de las
probetas poseen 15,5 cm de diámetro interno y 3,6 cm de
espesor.
El suelo que se tomará como ensayo es compactado
estáticamente dentro de estos moldes en su humedad
óptima, mediante una prensa de compresión hasta lograr
una densidad prefijada del 95 % de su densidad seca
máxima, ambos parámetros establecidos mediante el
correspondiente ensayo Proctor.
Revista Cubana de Ingeniería . Vol. V, No. 1, enero - abril, 2014, pp.5 - 10, ISSN 2223 -1781
7
Con el objetivo de conocer la densidad seca máxima y la
humedad optima se realizó el ensayo Proctor Tipo I, según
la Norma VN-E5-93 de la Dirección Nacional de Vialidad de
Argentina, obteniéndose los resultados de la tabla 2.
Ta b la 2
R e s ulta d o s e ns a yo P ro c to r
D e te rm ina c i ó n
R e s ulta d o s
D e ns id a d s e c a m á xi m a (g /c m 3 )
1 ,8 1 6
H um e d a d ó p tim a (% )
Fig. 2. Equipo de ensayo
Se moldean de esta forma juegos de probetas patrón y
probetas tratadas con el paliativo de polvo en análisis,
dejándoselas en su molde a temperatura ambiente hasta
peso constante, según puede observarse en la figura 3, para
luego poder ser ensayadas.
Suelo empleado
Para corroborar la sensibilidad de la prueba ante variaciones
lógicas de la dosis de un paliativo de polvo, y en forma
comparativa ante distintos paliativos de polvo según su forma
de acción, se efectuaron una serie de ensayos de prueba
sobre un suelo factible de ser tratado en tal sentido.
Dentro del rango de suelos seleccionables para la prueba,
se ha tomado a aquellos que presentan una baja cohesión,
previendo se ponga en evidencia así, en forma más marcada,
la sensibilidad del ensayo. Por esto es que, según se puede
observar en el párrafo siguiente, el suelo presenta un valor
no muy elevado de pasatamiz Nº 200, aunque es de
esperarse sea de aplicación en suelos con mayor contenido
de finos.
El suelo seleccionado para la prueba presenta, según el
sistema de clasificación de la Highway Research Board
(HRB), los valores de caracterización de la tabla 1, obtenidos
según las Normas VN-E1-65, VN-E2-65 y VN-E3-65 de la
Dirección Nacional de Vialidad de Argentina [10].
T a b la 1
C a ra c te riz a c ió n d e l s u e lo e m p le a d o
D e te rm in a c ió n
27
L ím ite p lá s tic o ( % )
np
Ín d ic e d e p la s tic id a d ( % )
9 7 ,3
o
9 2 ,5
o
3 4 ,4
P a s a ta m iz N 4 0 ( a b .4 2 0 m m ,% )
P a s a ta m iz N 2 0 0 ( a b .7 5 m m ,% )
C la s ific a c ió n H R B
8
0
o
P a s a ta m iz N 1 0 ( a b .2 ,0 0 0 m m ,% )
Paliativos de polvo utilizados
Para el análisis se evaluaron tres productos diferentes,
designados como A (tabla 3), B (tabla 4) y C (tabla 5). Los
productos A y B están especialmente formulados para el
tratamiento de vías sin pavimentar, actuando eléctricamente
sobre las partículas de polvo, generando la adhesión de las
mismas entre sí. El producto C tiene aplicaciones en otras
áreas, sin embargo, el fabricante recomendó su uso como
paliativo.
Tabla 3
Características paliativo A
Paliativo de polvo A
Aspecto
A -2 -4 ( 0 )
Líquido amarillento
Densidad a 25 oC(g/cm 3)
1,265
pH
7
Mezclar el producto en agua y
aplicar. Se recomienda una dosis
de 50L de producto por cada
8,000 L de agua, lo cual sirve
para regar aproximadamente
25 cuadras
Preparación
Ta bla 4
C ara cte rística s p a lia tivo B
P a lia tivo de p o lvo B
A sp e cto
S o lució n bla nca viscos a
D ensida d a 25 o C (g /cm 3 ) 1 ,00 0 -1 ,0 5 0
pH
4 -5
P re pa ra ción
M e zcla r e l p rod ucto e n a gua y
a p licar. S e rec om ie nd a una
d o sis d e 0,1 L d e p ro d ucto
d iluid o en 1 L d e a gua p o r m 2
d e sup e rficie a tra tar
R e su lta d o
L ím ite líq u id o ( % )
1 5 ,2
RESULTADOS
Con los paliativos A y B se evaluaron dos probetas con
cada producto, siendo rociadas según las indicaciones del
fabricante. Con el paliativo C se evaluaron dos probetas a
las que se les aplicaron 15 g de solución de agua más
paliativo, siendo el mínimo que presentó en forma visual un
José Julián Rivera - Hugo Gerardo Botasso - Natalia Alderete - Ignacio Celi
tratamiento del total de la superficie, y otras dos a las cuales
se les aplicaron 20 g de solución, generando un tratamiento
superior al absolutamente necesario. Se moldearon además
dos probetas patrón sin tratamiento. En la tabla 6 se comparan
los resultados obtenidos.
Ta bla 5
C a racte rística s pa liativo C
P a lia tivo de p olvo C
A specto
S olució n b la nca visco sa
D e nsid ad a 25 o C (g/cm 3 )
No de terminad a
pH
No de terminad o
P re pa ra ció n
C alenta r e l ag ua d esionizada
a 60 o C (89,5 % d e la
m ezcla), fund ir e l p alia tivo en
e sta (1 0% de la mezcla ) y
a grega r C a C I2 p ara a justar
viscosida d (0,5 % d e la
m ezcla). A p licar hasta log ra r
la cob ertura d e la supe rficie a
40 o C
Ta b la 6
R e sulta d o s d e l te rce r e nsa yo
P ro b e ta
E ro sió n
ind i vid ua l (% )
E ro sió n
p ro m e d io (% )
1 6 ,6
P a tró n
1 6 ,8
1 7 ,0
deberse a que se trata de una dosis insuficiente o a una
incompatibilidad de tratamiento con la tipología de suelo
analizado.
• El paliativo B, empleado en la dosis recomendada por el
fabricante, presenta una disminución en la erosión de más
del 70 % respecto de la erosión de las probetas patrón.
• El paliativo C, empleado en la disolución recomendada
por su fabricante y en la dosis mínima que permite el
recubrimiento superficial, permite registrar una disminución
en la erosión de más del 20 % respecto de las probetas
patrón.
• El paliativo C, empleado en la disolución recomendada
por su fabricante y en una dosis por encima de la mínima
que permite el recubrimiento superficial, permite registrar una
disminución en la erosión de más del 45 % respecto de las
probetas patrón.
CONCLUSIONES
La metodología de análisis y equipamiento propuestos,
aceptando en suelos finos que la erosión tiene relación
directa con el polvo en suspensión, permiten efectuar una
estimación, mediante un análisis comparativo sobre los
materiales de una vía sin pavimentar, de la factibilidad técnica
de empleo de diversos productos paliativos de polvo y sus
correspondientes dosis, frente a la alternativa de no tratar la
superficie.
Este análisis, complementado con el correspondiente
estudio de los costos implicados en cada caso, resulta una
herramienta de suma utilidad en la toma de decisiones en
tal sentido, gracias al empleo de una herramienta simplificada
al efecto, superadora de la toma de decisiones en función
de las experiencias previas actualmente instrumentadas en
la mayoría de los casos de aplicación.
2 2 ,9
A d iti va d a A
2 1 ,8
2 0 ,6
5 ,0
A d iti va d a B
4 ,5
3 ,9
11 ,8
A d iti va d a C (1 5 g )
1 2 ,9
14
8 ,1
A d iti va d a C (2 0 g )
8 ,9
9 ,6
DISCUSIÓN
De acuerdo con los valores de los ensayos realizados, se
pueden efectuar las siguientes observaciones:
• Los resultados obtenidos para cada par de probetas
muestran una dispersión acotada respecto a las erosiones
determinadas.
• El paliativo A, empleado en la dosis recomendada por su
fabricante, en este tipo de suelo no cumple con su función
prevista, presentándose pérdidas por erosión un 30 % por
encima de la erosión en las probetas patrón. Esto puede
REFERENCIAS
1. RUSHING, John F.; TINGLE, Jeb S. "Dust Control Field
Handbook, Standard Practices for Mitigating Dust on
Helipads, Lines of Communication, Airfields, and Base
Camps". US Army Corps of Engineers, Engineer Research
and Development Center, Geotechnical and Structures
Laboratory, 2006.
2. PÁRAMO, Jorge A.; CASSAN, Rosana B. "Manual de
diseño para pavimentos de bajos volúmenes de tránsito.
Región Litoral Argentina". Laboratorio Vial del Instituto
de Mecánica Aplicada y Estructuras (IMAE) - Facultad
de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura,
Universidad Nacional de Rosario de Argentina, 1997.
3. CESVI. "Estadísticas sobre accidentología vial", Centro
de Experimentación y Seguridad Vial de la Argentina,
http://www.cesvi.com.ar [consultado en mayo de 2013].
4. LEIVA ALVA, Jerie W. "Análisis de accidentes viales
aplicando la ingeniería de tránsito". Univesidad San Carlos
de Guatemala, Facultad de Ingeniería, Escuela de
Ingeniería Civil, 2003.
5. BOLANDER, Peter; YAMADA, Alan. "Dust palliative selection and application guide". United States Department
of Agriculture, Forest Services, Technology & Develop-
9
ment. Program 7700-Transportation Systems 9977 1207SDTDC, 1999.
6. INV. "artículo 312 - 07 Tratamiento paliativo del polvo en
afirmados". Manual de Especificaciones Generales de
Construcción de Carreteras, Instituto Nacional de Vías
de Colombia, 2007.
7. JONES, D.; SADZIK, E.; WOLMARANS, I. "The incorporation of dust palliatives as a maintenance option in
unsealed roads management systems". 20th ARRB Conference, Pavement Recycling and Stabilisation Association of Australia, 2001.
8. RUSHING, John F.; NEWMAN, J. Kent; McCAFFREY,
Timothy J. "Laboratory Investigation of Chemical Dust
Palliative Performance on Sandy Soil". US Army Corps
of Engineers, Engineer Research and Development
Center, Geotechnical and Structures Laboratory, 2007.
9. CELI, Ignacio; ALDERET E, Natalia. "Ensayo
comparativo para evaluar el desempeño de paliativos de
polvo". Tesis de Becarios de Investigación 2012, LEMaC
Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica
Nacional de Argentina, 2012. ISSN 2250-7221.
10. DNV. "Normas de ensayo". Gerencia de Planeamiento,
Investigación y Control, Dirección Nacional de Vialidad
de Argentina, 1998.
AUTORES
Ingeniero Civil, Profesor Adjunto Ordinario, Investigador,
Magister en Transporte y Logística, Consejero Docente, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Tecnológica Nacional (UTN) La Plata, Argentina
Ingeniero Civil, Profesor Titular Ordinario, Investigador,
Magister en Ingeniería Ambiental, Departamento de Ingeniería Civil, UTN, La Plata, Argentina
Natalia Alderete
Ingeniera Civil, Investigadora, Ayudante Graduada Interina,
UTN, La Plata, Argentina
Ignácio Celi
Estudiante de Ingeniería Civil, UTN, La Plata, Argentina
Analysis Methodology Proposal of Dust Palliative Products on
Unpaved Roads to Improve Road Safety
Abstract
One of the main causes of accidents on secondary unpaved roads is the inadequate visibility originated
by the dust particles suspended in the air because of the vehicles. This brings along a significant
environmental damage to people, animals and plants of the area, a permanent deterioration because of
the loss of material and therefore a need for more conservation. In order to diminish this problem, there
are different types of products in the market, with various origins and forms of application. These
products have shown diverse results in different investigations, given that they have a reduced field
application regarding soil typologies, and which are not commonly the same in the different studies.
Hence, empirically based decision making about palliative products and their doze is not advisable.
Laboratory tests, on the other hand, should be made to determine the effect of the combination soil/
product/doze. The situation described has been studied from the LEMaC, Road Investigation Center
from the National Technological University of Argentina, and it has been proposed an adapted test
methodology. The present work is based on the results of that experience.
Key words: dust palliatives, unpaved roads, road safety, road engineering
10
INGENIERÍA CIVIL
Nuevas cartas tecnológicas para
el hormigonado in situ de las obras
de construcción
Artículo de Reflexión
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba
Resumen
Los trabajos de hormigonado in situ de las obras requieren regulaciones que guíen a las empresas
constructoras al ejecutar las actividades del sistema de hormigonado y se correspondan con el estado y posibilidades de las tecnologías existentes. En Cuba se utilizaron a modo de referencia durante
muchos años regulaciones y normas de la construcción emitidas por el Ministerio de la Construcción
o empresas afines, publicándose en 1990 la única versión de cartas tecnológicas para el hormigonado
in situ de las obras existente en Cuba, ya en obsolescencia. Transcurridas más de dos décadas, el
país ha desarrollado de forma vertiginosa las tecnologías de hormigonado in situ en correspondencia
con el desarrollo alcanzado por la industria de la construcción, importando o produciendo equipos
eficientes y productivos. Las nuevas cartas tecnológicas son el resultado de un proyecto de investigación acometido por los autores, que proponen los procedimientos adecuados para la preparación,
transporte, vertido, compactación y curado de la mezcla de hormigón en correspondencia con las
posibilidades de la técnica existente en el país y las normas de consumo de fuerza de trabajo,
equipos, tiempo y costo de estas actividades, refrendando el flujo de hormigonado como regulador del
sistema.
Palabras claves: cartas tecnológicas, trabajos de hormigonado in situ
Recibido: 25 de septiembre del 2013
INTRODUCCIÓN
Las "Nuevas cartas tecnológicas para el hormigonado in
situ de las obras de construcción" parten de una solicitud
efectuada a la Cujae por el Ministerio de la Construcción en
el año 2012, fundamentada en la obsolescencia de las cartas
tecnológicas de igual tipo publicadas por este ministerio en
1990, únicas existentes en el país, y agotadas totalmente.
Transcurridas más de dos décadas de ese evento, en el
país se han venido desarrollando de forma vertiginosa las
tecnologías de hormigonado en correspondencia con el
estado de la industria de la construcción en el mundo, y en
particular en Cuba, importando el país o fabricando equipos
eficientes y productivos que han permitido alcanzar elevados
ritmos de hormigonado y alta calidad en el proceso
constructivo. Junto a ello, en el año 2003, fueron actualizadas
por el Ministerio de la Construcción las normas de fuerza de
trabajo de las actividades integrantes del sistema de
hormigonado; y en el año 2005, comenzó a aplicarse en
todo el sector el libro PRECONS II con nuevas normativas y
posibilidades de ejecución de las actividades propias del
sistema de hormigonado.
Estos factores han condicionado la necesidad de acometer
un proyecto de investigación cuyo objetivo es la confección
de nuevas cartas tecnológicas para el hormigonado in situ
de las obras de construcción.
Como resultados del proyecto, se sintetizan cuatro cartas
tecnológicas que toman el flujo de hormigonado, como
Nuevas cartas tecnológicas para el hormigonado in situ de las obras de construcción
regulador del sistema, en las que se propone cómo acometer
los trabajos de preparación, transporte, vertido, compactación
y curado de la mezcla de hormigón en correspondencia con
las posibilidades de la técnica en explotación en el país y
las normas aprobadas por el sector para el desarrollo de
estas actividades.
MATERIALES Y MÉTODOS
Cartas tecnológicas como documentos reguladores
de procesos
La bibliografía especializada recoge diferentes acepciones
para el término carta tecnológica. Por ejemplo:
"…las cartas tecnológicas son una base sólida de
planificación de los recursos, tanto de los materiales o
humanos, como de los financieros, que se requieren en
el comportamiento del plan de producción de cualquier
actividad" [1].
"…las cartas tecnológicas son documentos reguladores
de las actividades constructivas, elaboradas con el fin de
garantizar la ejecución de las propias actividades, objetos
de obra y agrupaciones productivas, con soluciones
racionales en la organización y la tecnología de la
construcción, para contribuir a elevar la productividad y la
calidad de los trabajos de construcción y montaje. Forman
parte del proyecto ejecutivo de organización de obras y
constituyen documentos de obligatorio cumplimiento para
técnicos y ejecutores de las brigadas y empresas" [2].
Estas dos definiciones, seleccionadas por su grado de
comprometimiento con los objetivos del proyecto de
investigación, resumen el contenido del concepto cartas
tecnológicas, o sea, constituyen base reguladora de la
actividad concreta para la que se destinan; sirven de guía
para el proceso de planificación y de control de la calidad de
las actividades; definen política de empleo o explotación de
recursos materiales, humanos, monetarios y de tiempo; y
son de obligatorio cumplimiento para las entidades a las
que están dirigidas.
Las cartas tecnológicas no sustituyen las normas aprobadas
para la ejecución de un proceso, al contrario, se apoyan en
ellas para brindar respuestas al proceso. En Cuba se han venido
empleando en diferentes sectores productivos como la
agricultura [1], la propia construcción [2] y la educación [3].
Precisamente, el trabajo toma como fuente principal para su
concepción, la experiencia acumulada en el empleo de las
"Cartas tecnológicas para el hormigonado in situ de las obras
de construcción" publicadas en 1990 [2] y se enriquece
estructural y metodológicamente con la situación actual del
sistema de hormigonado in situ en Cuba [4].
Sistema de hormigonado in situ en Cuba
El sistema de hormigonado en Cuba se enmarca en dos
variantes tecnológicas, el hormigonado de estructuras
prefabricadas y el hormigonado de estructuras in situ.
Si bien después de la Segunda Guerra Mundial se
desarrolló de forma masiva la prefabricación debido a ventajas
tales como el ahorro de madera, de mano de obra y la
reducción considerable en el tiempo de ejecución de los
trabajos, en la actualidad se ha visto afectada por el elevado
consumo energético invertido en la producción, transportación
12
y montaje, las elevadas inversiones iniciales y la rigidez
constructiva [5].
A diferencia de la prefabricación, el hormigonado in situ
presenta ventajas por su fácil adaptación a formas diversas,
lo que permite su uso en la mayor parte de las obras, la
acción monolítica que se logra sin dificultades entre los
elementos estructurales y la gran flexibilidad tecnológica en
su colocación con la utilización de variados equipos de
hormigonado, lo que lo hace insustituible en muchos casos.
El sistema de hormigonado in situ constituye un sistema
complejo que incluye:
• Los trabajos de selección, recepción, almacenaje y
ensayo de los materiales componentes del hormigón.
• El diseño de las mezclas de hormigón.
• Los trabajos de armaduras de acero.
• Los trabajos de encofrados.
• Los trabajos propiamente de hormigonado in situ, que
incluyen preparación de la mezcla, su transporte, vertido y
compactación, así como la terminación de la superficie del
hormigón en los casos necesarios.
• El curado de las estructuras.
Y si bien no ha variado estructuralmente con los años,
sí ha ocurrido una nueva conceptualización de algunas
de sus actividades integrantes, como son la preparación,
la transportación, la recepción, la entrega, el vertido y la
compactación de la mezcla de hormigón. Precisamente,
la investigación va dirigida a regular estas actividades a
tenor con el desarrollo alcanzado por la industria del
hormigón in situ.
En Cuba el hormigonado in situ ocupa más del 60 % de
los volúmenes totales de hormigón, por lo que poco a poco
el hormigón monolítico se ha convertido en una opción
competitiva al prefabricado [5]. Ello se ha sustentado en un
conjunto de factores entre los que es necesario destacar:
• El desarrollo del hormigón premezclado en todo el país.
• La utilización extensiva de los aditivos químicos para el
hormigón, en especial, los superplastificantes y su más
reciente logro, en los hormigones autocompactantes, sin los
cuales no se concibe en la actualidad la industria del
hormigón
• El desarrollo de modernos sistemas de encofrados
modulares de utilización universal.
• El empleo de acero de refuerzo de elevada resistencia y
la prefabricación centralizada y automatizada de mallas y
de bloques tridimensionales de armadura.
• La introducción en Cuba de un amplísimo surtido de
equipos principales y auxiliares, capaces de asegurar los
flujos que caracterizan la ejecución actual de las estructuras
monolíticas de hormigón, tales como modernas bombas de
hormigón de alto rendimiento, estacionarias o montadas sobre
camión con plumas distribuidoras, y grúas telescópicas
montadas sobre camión o tipo torre automontables.
René Antonio Puig Martínez - Juan José Howland Albear
Estructura y contenido de las nuevas cartas
tecnológicas
Al estructurar las nuevas cartas tecnológicas se tuvieron
en cuenta en la investigación, fundamentalmente, la
experiencia nacional e internacional en la confección y
contenido de cartas tecnológicas, ya resumidas al inicio del
trabajo, la situación actual y especificidades concretas del
sistema de hormigonado en Cuba y la experiencia en la
confección y empleo de las cartas tecnológicas publicadas
en 1990.
De esta manera se pudieron sintetizar las variables
fundamentales que intervienen, resumidas en el rango de
flujo de hormigonado, en los tipos de hormigones, en la
tecnología de preparación de la mezcla, en la tecnología de
su transportación, en el nivel al que se efectuará el
hormigonado y en la tecnología de vertido del hormigón.
A continuación se detallan los resultados de la investigación
realizada al decidir cada variable.
El flujo de hormigonado, conceptualmente, garantiza
continuidad en esta actividad dirigida a evitar juntas frías
innecesarias, y con ello, lograr mejor calidad y durabilidad
en las estructuras de hormigón.
Su magnitud depende de las características geométricas
de la estructura a hormigonar, del método que se emplee en
el hormigonado, del tiempo de inicio del fraguado del hormigón
y del tiempo que se invierte en el proceso de transportación
de la mezcla hasta el lugar de su puesta en obra. Por ello, el
flujo de hormigonado define el ritmo mínimo que deberá
cumplirse durante todo el proceso de hormigonado, y por
tanto, el rendimiento mínimo de todos los equipos que
intervienen en el sistema. Flujos de hormigonado pequeños
pueden cumplimentarse con equipos de bajo rendimiento,
pero consumen mayor tiempo en la ejecución de la actividad;
a diferencia de ello, flujos de hormigonado elevados, necesitan
para su cumplimiento equipos de alta productividad, como
las bombas de hormigonado, y el tiempo de ejecución se
reduce en comparación con los primeros. Ese es el motivo
por el cual en la investigación se refrenda al flujo de
hormigonado como el parámetro regulador principal de cada
carta tecnológica.
La experiencia cubana actual en los trabajos de
hormigonado ha permitido definir los campos de aplicación
de las cartas tecnológicas que se proponen en
correspondencia con la magnitud del flujo de hormigonado,
tal como se muestra en la tabla 1.
Tabla 1
Campo de aplicación de las cartas tecnológicas de acuerdo con el flujo de hormigonado
No
Carta tecnológica
Tipo de obras
Flujo de hormigonado de
hasta 5 m3/h
Obras con parte poco significativa de los trabajos de hormigonado
in situ, tales como pequeñas juntas y elementos hormigonados in
situ en obras prefabricadas, losas monolíticas de pequeños
espesores y magnitudes, pavimentos hormigonados en paños
alternos, contenes, aceras, vigas, muros estrechos y otros
similares; también aquellas con mayor volumen de trabajos de
hormigonado, pero con el empleo de aditivos retardadores de
fraguado en su producción, lo que hace que el tiempo de inicio del
fraguado sea mayor que lo normal y por tal motivo la magnitud del
flujo de hormigonado no supere los 5 m3/h
Flujo de hormigonado entre
5 y 10 m3/h
Estructuras monolíticas en que los trabajos de hormigonado in situ
pasan a ser una actividad fundamental, tales como estructuras de
vigas y columnas, juntas de gran dimensión entre elementos
prefabricados, encofrados deslizantes, grandes losas de entrepiso
o cubierta, revestimientos de túneles, muros de espesor
considerable y otras similares; así como aquellas con mayor
volumen de trabajos de hormigonado que los descritos, pero con el
empleo de aditivos retardadores de fraguado en su producción, lo
que hace que el tiempo de inicio del fraguado sea mayor que lo
normal y por tal motivo la magnitud del flujo de hormigonado no
supere el rango entre 5 y 10 m3/h
3
Flujo de hormigonado entre
10 y 20 m3/h
Trabajos de hormigonado de grandes volúmenes, como es el caso
de las cimentaciones en balsa ejecutadas por etapas o secciones,
grandes muros de contención, losas y muros de obras de
fortificación que se caracterizan por sus elevadas dimensiones y
espesor, y otras similares
4
Flujo de hormigonado de
más de 20 m3 /h
Grandes elementos de cimentación ejecutados en un solo macizo
monolítico u otros elementos en que se empleen grandes masas
homogéneas en general
1
2
13
En relación con los tipos de hormigones, las cartas
tecnológicas propuestas van dirigidas a todo tipo de
hormigonados elaborados con hormigones de densidad
normal o de alta densidad, esto es, de 22,5 kN/m3 en
adelante, con la excepción del hormigonado bajo agua, cuya
tecnología es muy específ ica y requiere de cartas
tecnológicas particulares.
Al definir la variable de preparación de la mezcla de
hormigón, los resultados de la investigación demostraron la
necesidad de considerar las dos tecnologías fundamentales
existentes en el país para la ejecución de esta actividad, o
sea, preparación de la mezcla en hormigoneras estacionarias
a pie de obra; y preparación de la mezcla en plantas
dosificadoras y/o mezcladoras. Se excluyó, por su baja
productividad, la preparación manual de la mezcla.
Tanto para la preparación de la mezcla en hormigoneras
estacionarias como en plantas dosif icadoras y/o
mezcladoras, se valoraron las posibilidades de los equipos
existentes en Cuba según el inventario de equipos del
MICONS del año 2012 [6]. El trabajo de investigación permitió
resumir en anexos las cartas tecnológicas, las hormigoneras
estacionarias en explotación en el país, con capacidad de
mezcla preparada que varían entre 160 y 1 200 m3; y las
plantas dosificadoras y/o mezcladoras, en este caso con
rendimiento nominal de 15, 30, 60 y 120 m3/h.5
Aunque en el transporte de la mezcla de hormigón fresca
en Cuba se han empleado diversas tecnologías, los
resultados de la investigación demostraron que en la
actualidad se emplea casi exclusivamente el camión
hormigonera, que resulta a la vez la tecnología más adecuada
para la actividad. Por ello se seleccionó en estas nuevas
cartas tecnológicas como variante única de transportación
del hormigón.
Los camiones hormigonera existentes en el país son
equipos que cumplen los parámetros técnicos necesarios
para la transportación del hormigón. Se pudo constatar
producto de la investigación que las capacidades de
transportación de hormigón mezclado en los camiones
hormigonera existentes en Cuba varían entre 4 y 10 m3 [6], y
que de acuerdo con el estudio efectuado y los rendimientos
nominales de las plantas dosificadoras y/o mezcladoras, son
capaces de llevar la mezcla entre 5 y 50 km. Estos dos
elementos fueron variables consideradas en la confección
de las nuevas cartas tecnológicas.
A diferencia de otros equipos de construcción en que el
ritmo de hormigonado lo regula la productividad o rendimiento,
en el caso de los camiones hormigonera el ritmo de
hormigonado lo regula su número. En este sentido, con la
investigación se ha logrado sintetizar en las cartas
tecnológicas el número de camiones hormigonera a emplear
para garantizar el ritmo de hormigonado objeto de análisis
en correspondencia con la capacidad de hormigón
transportado, la distancia de transportación y el rendimiento
de la planta dosificadora y/o mezcladora, para cada una de
las variantes tecnológicas de vertido del hormigón.
La altura o nivel al que se efectuará el vertido del hormigón
fue rigurosamente considerada en la investigación, más
teniendo en cuenta que documentos normativos importantes
actuales, como son los consumos de fuerza de trabajo [7] o
el libro PRECONS II [8] no la tienen en cuenta en toda su
magnitud. A los efectos del análisis de la tecnología de
recepción, entrega y distribución de la mezcla la investigación
analiza los cuatro niveles expuestos en la tabla 2.
La última variable analizada es la tecnología de vertido de
la mezcla. Al decidir la misma se acudió nuevamente a los
tipos y posibilidades tecnológicas de los equipos en
explotación en el país según inventario [6], producto de lo
cual cada carta tecnológica valora las cinco variantes de
equipos principales que se muestran en la tabla 3.
T a b la 2
N ive le s a n a liz a d o s e n la in ve stig a ció n
No
N ive le s
C a ra cte riza c ió n
1
P o r d e b a jo d e - 1 m
V e rtid o d e l h o rm ig ó n e n e le m e n to s d e o b ra s
u b ica d o s e n e l in te rio r d e fo so s co n e l e q u ip o d e
p u e sta e n o b ra p rin cip a l u b ica d o s o b re la su p e rficie
d e l te rre n o
2
0 ± 1 m
V e rtid o d e l h o rm ig ó n p rá ctica m e n te a l n ive l d e l
te rre n o
3
E n tre + 1 m y + 1 0 m
V e rtid o d e l h o rm ig ó n e n e d ifica cio n e s y e le m e n to s
d e o b ra d e m e d ia n a a ltu ra so b re la su p e rficie d e l
te rre n o , a sí co m o e l h o rm ig o n a d o d e o b ra s d e
m e d ia n a a ltu ra u b ica d a s e n fo so s, p e ro co n e l
e q u ip o p rin cip a l d e p u e sta e n o b ra situ a d o e n e l
in te rio r d e l m ism o
4
P o r e n cim a d e + 1 0 m
V e rtid o d e l h o rm ig ó n e n e d ifica cio n e s a lta s
14
Tabla 3
Variantes tecnológicas analizadas para el vertido del hormigón
No
Variante tecnológica
Niveles de vertido
1
Directamente con los camiones
hormigonera
Por debajo de - 1 m y 0 ± 1 m
2
Grúas con cubetas
Cualquiera
3
Bombas de hormigonado
Cualquiera
4
Motovolquetas
Por debajo de - 1 m y 0 ± 1 m
5
Winches con cubeta acoplada a la
plataforma de trabajo o con vagonetas
sobre la misma
Por encima de + 1 m
La investigación aporta en cada carta tecnológica, para la
variante de vertido analizada, la tecnología de recepción,
entrega y distribución de la mezcla, con tablas y esquemas
tecnológicos que permiten a los ejecutores seleccionar las
mejores opciones para el cumplimiento del hormigonado in
situ de las obras de construcción, y en anexos, los
parámetros de trabajo de los equipos en explotación en Cuba
según inventario del MICONS del año 2012 [6].
También como resultados de la investigación se
recomiendan las tecnologías más adecuadas de
compactación de la mezcla de hormigón fresca, de
terminación de las superficies y de curado.
Por último, como parte del trabajo, la investigación realizada
logra ejemplificar e indicar metodológicamente cómo calcular
los principales indicadores técnico-económicos que
caracterizan al hormigonado.
Para ello, en cada carta tecnológica, un anexo recoge los
consumos generales de fuerza de trabajo y equipos en las
actividades integrantes del sistema de hormigonado y ritmos
de hormigonado valorados en la carta por cada 100 m3 de
hormigón, lo que aporta criterios importantes al seleccionar
las tecnologías de hormigonado. En otros anexos, en
correspondencia con la carta tecnológica analizada, se
ejemplifica el consumo de recursos y costo de construcción
para variantes concretas de preparación, transporte,
recepción, entrega y distribución de la mezcla. Comoquiera
que las combinaciones probables sean elevadas, es
imposible en cada carta tecnológica recogerlas todas, pero
sí los ejemplos analizados dan criterios metodológicos de
cómo valorar cualquier combinación de las posibles.
RESULTADOS
La investigación ha posibilitado elaborar las cuatro cartas
tecnológicas que caracterizan el hormigonado in situ de las
obras de construcción en correspondencia con la tendencia
mundial en esta actividad, las condiciones de Cuba y los
parámetros de trabajo de los equipos de hormigonado
existentes en el país. Las mismas se recogen en forma de
folletos digitales en PDF con los esquemas de trabajo, tablas
y anexos que permiten decidir por los ejecutores de las obras
la solución óptima.
En las indicaciones elaboradas como resultado de la
investigación, se expone además, el orden a seguir en el
empleo de las nuev as cartas tecnológicas para el
hormigonado in situ de las obras de construcción, que se
resume de la siguiente manera:
1. Calcular el flujo de hormigonado requerido para lograr
un hormigonado ininterrumpido, sin la formación de juntas
frías.
2. A partir de la magnitud de flujo de hormigonado calculado
en el paso anterior, seleccionar la carta tecnológica concreta
a emplear entre las cuatro propuestas que aparecen en la
tabla 1.
3. Seleccionar la tecnología de preparación de la mezcla
de hormigón, definiendo la capacidad de mezcla preparada
en caso de las hormigoneras estacionarias a pie de obra, o
el rendimiento nominal en caso de seleccionar en esta
actividad planta dosificadora y/o mezcladora.
4. En caso de preparar la mezcla en planta dosificadora
y/o mezcladora, seleccionar el camión hormigonera adecuado
para la transportación del hormigón y la distancia de transporte
a partir de la ubicación de la planta y de la obra.
5. Definir el nivel en el que se efectuará el vertido de la
mezcla de hormigón entre los cuatro previstos en las cartas
tecnológicas y recogidos en la tabla 2.
6. Analizar cuál o cuáles de las variantes tecnológicas de
vertido entre las cinco propuestas en la carta tecnológica,
recogidas en la tabla 3, pueden ser empleadas en cada caso,
a partir de las posibilidades concretas de equipos que se
tengan en cada empresa u obra, definiendo parámetros a
cumplir y número de equipos de cada tipo a utilizar.
7. Seleccionar las tecnologías de compactación,
terminación de las superficies y curado del hormigón.
8. Efectuar el análisis de los principales indicadores
técnico- económicos de las variantes analizadas, incluyendo
15
tiempo de ejecución, consumo de fuerza de trabajo y de
equipos y costo de construcción.
9. Decidir la variante tecnológica a emplear a partir de los
indicadores técnico-económicos analizados en el paso
anterior.
CONCLUSIONES
El trabajo expuesto recoge la labor científica desarrollada
en la elaboración de nuevas cartas tecnológicas para el
hormigonado in situ de las obras de construcción a partir del
problema existente, o sea, la obsolescencia de las
confeccionadas en 1990 debido al desarrollo experimentado
por las tecnologías de hormigonado en Cuba.
Concluido el trabajo, los resultados de la investigación
permiten sintetizar las siguientes conclusiones principales:
• El flujo de hormigonado es la invariante que rige cada
carta tecnológica, definiendo este parámetro cuatro
posibilidades correspondientes a flujos de hormigonado de
hasta 5 m3/h, entre 5 y 10 m3/h, entre 10 y 20 m3/h y más de
20 m3/h, magnitudes que caracterizan el hormigonado de
diferentes elementos de obras y dan denominación a cada
una de las cuatro cartas tecnológicas elaboradas como
resultado de la investigación.
• Se definen en las cartas tecnológicas las variantes
adecuadas para la preparación de la mezcla de hormigón,
ya sea en obra mediante hormigoneras estacionarias o
mediante plantas dosificadoras y/o mezcladoras.
• Se regulan en estas las peculiaridades del transporte de
la mezcla, siempre en camiones hormigoneras, definiendo
el número de dichos equipos necesarios para las diferentes
variantes de vertido, rendimientos de las plantas dosificadoras
y/o mezcladoras y capacidad de transporte de hormigón.
• En las cartas tecnológicas se plantean cuatro niveles de
hormigonado muy bien definidos, correspondientes a - 1 m,
0 ± 1 m, entre 1 m y 10 m y más de 10 m, adecuando a ellos
las posibilidades de la técnica de construcción.
• Tomando como base el inventario de equipos del MICONS
del año 2012 y sus posibilidades, así como los niveles en
los que se colocará la mezcla, cada carta tecnológica define
cómo ejecutar las actividades de recepción, entrega y
distribución de la mezcla de hormigón, empleando para ello
cinco posibles variantes que son, directamente con los
camiones hormigoneras utilizados en su transportación, grúas
con cubetas, bombas de hormigonado, motovolquetas y
winches con cubeta acoplada a la plataforma de trabajo o
vagonetas sobre la misma, ilustrando el proceso mediante
tablas, esquemas tecnológicos y anexos.
• La carta tecnológica aporta recomendaciones para la
compactación, terminación de las superficies y el curado de
las estructuras de hormigón in situ.
• Cada carta tecnológica ejemplif i ca e indica
metodológicamente cómo calcular los principales
indicadores técnico-económicos que caracterizan al
hormigonado in situ, en correspondencia con las tecnologías
empleadas en la actividad.
En el trabajo además se argumenta cómo emplear las
nuevas cartas tecnológicas.
16
Las conclusiones planteadas permiten asegurar que se
han cumplido los objetivos trazados en el proyecto de
investigación, y con ello, se da solución al problema que lo
motivó, pudiendo tener acceso a las nuevas cartas
tecnológicas para el hormigonado in situ de las obras de
construcción, todas las entidades que en el país se encargan
de la ejecución de obras con esta particularidad.
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incidencia en la eficiencia y competitividad de las CPA y
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9. HOWLAND ALBEAR, Juan J. Metodología para la
utilización de las cartas tecnológicas para el hormigonado
in situ de los tipos de obras fundamentales. Editorial
CIC, MICONS, La Habana, 1990.
AUTORES
Ingeniero Civil, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Titular, Facultad de Ingeniería Civil, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba
Ingeniero Civil, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Titular, Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería
Civil, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,
Cujae, La Habana, Cuba
New Technological Charts for Concreting Operations
on Site for Civil Constructions
Abstract
The on site concreting of constructions, require some regulations to guide the construction companies
to execute the concreting operations according to the status and potential of existing technologies.
In Cuba were used for a long time many regulations and construction technical standards issued by
the Ministry of Construction and relating companies, and was published in 1990 the only one version
of Technological Charts for concreting operations on site, about the existing constructions in Cuba,
that are in obsolescence in this moment. During more than two decades, the country has experimented
very rapidly develop of on site concreting technologies according with the development achieved by
the construction industry, importing or producing new efficient and productive equipments. The new
technological charts are the result of the authors research project. They have proposed the suitable
procedures for the preparation, transportation, pouring, compaction and curing of the concrete mix in
correspondence with the country "state of the art", and the consumption normative of workers,
equipments, time and costs of these activities, using the "concreting flow" as a regulator of the
concreting system.
Key words: technological charts, concreting operations on site
17
INGENIERÍA GEOFÍSICA
Alternativas para la exploración
petrolera en los mares al sur de Cuba
Isabel MoralesCarrillo
Artículo Original
Centro de Investigaciones del Petróleo, La Habana, Cuba
Resumen
La exploración petrolera en la actualidad ha aportado a los estudios geológicos y geofísicos, nuevas
tecnologías como los sensores remotos, los cuales permiten detectar aspectos de interés que orientan
la investigación. La provincia petrolera sur cubana tiene un bajo nivel de exploración en general. La zona
estudiada incluye el Golfo de Ana María y el sector de aguas profundas entre Bahía de Cochinos y Cabo
Cruz (isobatas mayores que 200 m). Durante el año 2010 se tomó una imagen de la zona marina al sur
de Cuba entre Bahía de Cochinos y Cabo Cruz con ayuda del sistema Google Earth no profesional, con
el objetivo de obtener alguna información de esta vasta área, y se observaron doce anomalías en el fondo
marino, las mismas semejan hundimientos o depresiones, las que tanto por su forma casi circular, como
por su gran tamaño (diámetros mayores que 2 000 m), guardan similitud con los denominados pockmarks,
que no son más que depresiones en el lecho marino de forma generalmente circular con diámetros que
van desde unidades de metros hasta 10 - 12 km, que han sido encontrados en mares someros y profundos de cualquier latitud, y la mayoría de los estudiados están relacionados con la presencia de hidratos
de gas (o de metano), petróleo y gas de origen biogénico y termogénico. El estudio del fondo marino en
los mares al sur de Cuba, con diferentes métodos no tradicionales puede ser de gran utilidad para la
exploración de hidrocarburos en esa región.
Palabras claves: fondo marino, gas, petróleo, pockmarks
Recibido: 30 de abril del 2013
Aprobado: 22 de noviembre del 2013
INTRODUCCIÓN
En Cuba, al igual que en muchas partes del mundo, los
principales métodos, empleados en la exploración de
hidrocarburos son la sísmica y la perforación, debido a los
elevados costos de ambos métodos, aunque desde hace
varios años se están incorporando otras técnicas a la
exploración. Jim Hollis [1] plantea que en la actualidad hay
un regreso, a la exploración de hidrocarburos, de métodos
que fueron desestimados luego de la aparición de la sísmica
3D, gracias a la presencia en el mercado de sensores de
gran resolución, la mayor capacidad de procesamiento de
datos y al mejoramiento de las técnicas de visualización e
integración de datos, sumado al hecho de que la mayoría de
los métodos geofísicos no sísmicos pueden obtener su data
desde el aire, por lo que tienen a su favor: la rapidez en la
adquisición, un mejor acceso a zonas difíciles y a grandes
áreas, la disminución de los riesgos asociados a la seguridad
y el medio ambiente, así como la adquisición de varios
métodos durante un mismo vuelo. En la zona marina de Cuba
Centro Oriental se encuentran las cuencas de aguas someras
Ana María y Guacanayabo y las de aguas profundas: Trinidad
Mar, Guacanayabo y Depresión Precubana (figura 1).
Alternativas para la exploración petrolera en los mares al sur de Cuba
de 1989, donde se registró con longitud de cable de
1 500 m, distancia entre receptores de 25 m, cobertura
de 2 400 % y la imagen final obtenida fue de migración
después de la suma [3].
Fig. 1. Cuencas marinas al sur de Cuba Centro Oriental
La provincia petrolera Sur Cubana, ha sido poco estudiada
para la exploración de hidrocarburos; la misma está
conformada fundamentalmente por cuencas terciarias en
tierra y aguas someras, mientras que en aguas profundas
las cuencas son mayormente cretácicas, ubicadas en la
denominada Cuenca de Yucatán.
Durante el año 2010 se tomó una imagen de la zona marina
al sur de Cuba (figura 2), entre Bahía de Cochinos y Cabo
Cruz con ayuda del sistema Google Earth no profesional [2],
con el objetivo de obtener alguna información de esta vasta
área, teniendo en cuenta que el mismo había incluido
información batimétrica a la parte marina, se observaron doce
anomalías en el fondo marino, las mismas parecen ser
hundimientos o depresiones, de forma casi circular, y gran
tamaño (diámetros 2 000 m de diámetro), guardan similitud
con los denominados pockmarks, que no son más que
depresiones en el lecho marino de forma generalmente
circular con diámetros que van desde unidades de metros
hasta 10-12 km, que han sido encontrados en mares someros
y profundos de cualquier latitud, y la mayoría de los estudiados
están relacionados con la presencia de hidratos gas o de
metano, petróleo y gas de origen biogénico y termogénico.
La imagen tomada del área de estudio (figura 2) en el año
2010 y 2012, con el sistema Google Earth fue a una altura
del ojo de 300 km, conservada en formato de barrido y
extensión BMP. Las anomalías circulares del fondo marino
fueron observadas en las siguientes áreas: a) dos al sur
sudeste de Bahía de Cochinos; b) una en la cuenca al sur
de Trinidad; c) cinco alineadas en el Golfo de Ana María;
d) tres en el sector de aguas profundas al sur de Ana María
y e) una en la zona de talud de la cuenca CautoGuacanayabo.
Como la mayor concentración de las anomalías circulares
se observaron en el Golfo de Ana María, con el objetivo
obtener información sobre las posibles causas de origen de
las mismas, se analizaron varias líneas sísmicas ubicadas
en el Golfo de Ana María, correspondientes al levantamiento
20
Fig. 2. Imagen tomada de Google Earth del área de estudio en
el año 2010, las flechas blancas señalan la ubicación de las
anomalías circulares de interés
Los Pockmarks
Las depresiones anómalas del fondo marino fueron
descubiertas en la década del 60 del siglo XX en las costas
de Nueva Escocia, Canadá, durante una investigación con
sonar de barrido lateral, y f ueron denominadas
pockmarks [4]; estas depresiones se encuentran en los
mares de cualquier latitud y también en algunos lagos, son
en general de forma circular, aunque también pueden tener
forma subcircular, alargados e irregulares; las dimensiones
pueden ser desde pequeñas con diámetros de unidades de
metros hasta gigantes, en estas últimas los diámetros
alcanzan hasta10-12 km. Se presentan en solitario,
agrupados o alineados en cadenas que pueden llegar a tener
50 km de largo y de manera general se asocian a la presencia
de gas, hidratos de metano o petróleo. Han sido estudiados
en diferentes regiones como el Mar del Norte, en la Trinchera
de Noruega, en Nueva Zelandia, en la costa oeste de África,
en el este y oeste de Estados Unidos, por solo citar algunos.
Uno de los primeros estudios relacionados con pockmarks
fue realizado en 1981 en la Trinchera de Noruega [5], donde
fueron observados en concentraciones de hasta 40 - 50 por
kilometro cuadrado con diámetros que varían entre
2 y 300 m, y muchos de ellos presentaron emanaciones de
gas y líquidos. En las cercanías de la zona con gran densidad
de pockmarks fue descubierto un yacimiento de gas.
En la cuenca del río Congo [6] en el margen continental de
África Occidental, a partir de los resultados de un
levantamientos sísmico 3D de alta resolución, levantamiento
geoquímico y otras técnicas, en un área con profundidades
del mar entre 950-1900 m, se obtuvo la información de que
existe presencia de gas termogénico y petróleo en los
sedimentos del fondo de los pockmarks del área de estudio;
además, mediante sísmica se detectó una capa de 300 m
de espesor de hidratos de metano, por debajo de la cual se
encuentra una acumulación de gas libre.
Isabel Morales Carrillo - José Álvarez Castro - Ramón González Caraballo - Guillermo Miró Pagés
Según Pilcher [7], las depresiones denominadas
pockmarks, no son más que la ev idencia de las
manifestaciones de fluidos en el fondo del mar, las mismas
se encuentran ampliamente distribuidas en el margen
continental de África Occidental, donde aparecen en
pequeños grupos, en grandes áreas, o en los denominados
"trenes de pockmarks". Los diámetros en esta zona varían
entre 150 y 1 500 m y el relieve de las depresiones oscila
desde los 10 hasta 150 m de profundidad.
Sultan y otros [8], a partir de información geológica,
geofísica y geotécnica, así como la aplicación de modelado,
estudiaron las causas que permiten la formación de estos
"colapsos del fondo marino" en el delta del río Níger, en la
costa atlántica de África (figura 3); entre los resultados
obtenidos se encuentran que los pockmarks analizados
tienen una arquitectura interior similar, estando conformados
por sedimentos ricos en hidratos de gas, y se concluyó que
los colapsos del fondo son originados por flujos de gas
provenientes de la disolución de los hidratos de metano.
En el margen continental occidental de la India [9] se
realizó un levantamiento batimétrico mediante el uso de
ecosonda de amplio espectro (multibeam echo-sounder) e
imagen de retrodispersión (backscatter image), en un área
donde la profundidad del mar oscila entre 145 y 330 m. Para
estudiar la morfología de los pockmarks, los que en esta
área son de forma circular, elíptica o alargada, se ubican de
manera general a lo largo del eje de las fallas, y en estudios
anteriores se había definido que su origen es debido a
emanaciones de gas biogénico y termogénico así como a
otros fluidos existentes en los poros de las rocas ubicadas
en profundidad y que migran verticalmente a través de fallas.
En las Islas Maldivas en el Océano Indico, existen
depresiones del fondo marino [10], las que tienen diámetros
de hasta 3 000 m y su relieve puede alcanzar los 180 m, en
una zona donde la profundidad del mar es de unos 300 m,
estos cráteres han sido interpretados como pockmarks
formados a partir de la salida de gas y otros fluidos a la
superficie del fondo marino.
Según los resultados de la adquisición sísmica multicanal
se pudo determinar la relación de las depresiones del fondo
con estructuras ubicadas en profundidad, ya que bajo las
depresiones o pockmarks fueron detectados puntos
brillantes y disminución de la frecuencia instantánea, hechos
estos que han sido asociados a lentes de gas, pues también
han sido observadas las características propias de las
chimeneas de gas.
Al sudeste de Nueva Zelandia en Chatam Rise [11] existe
presencia de estas depresiones del fondo marino, en un
área de más de 20 000 km 2 y diferentes profundidades
del mar (figura 4). Se observó que: a) en las áreas donde
las profundidades del mar son entre 500 y 700 m, los
diámetros de los pockmarks llegan a 150 m con un relieve
de 4-8 m; b) en las zonas donde la batimetría se encuentra
entre 800 y 1100 m, se detectaron dos grandes grupos:
en el primero los diámetros alcanzan los 1500 m y el
reliev e de estas depresi ones se encuentra entre
50-150 m de profundidad, mientras que en el segundo las
estructuras circulares hundidas llegan a tener diámetros
entre 8 y 11 km y sus profundidades varían entre 80 y
100 m. Se considera que los colapsos del fondo más
profundos han sido provocados por escapes de gas que
pueden ser el resultado de la disolución de los hidratos
de metano, mientras que los más someros están cercanos
al límite superior de los hidratos de gas.
Fig. 3. Pockmarks en África Occidental [8]
Fig. 4. Depresiones circulares del fondo marino o pockmarks de 2 000 m de diámetro al sudeste de Nueva Zelandia [11]
21
La cuenca Ana María - Vertientes de dirección SO-NE, se
ubica en la parte sur de las provincias Sancti Spíritus, Ciego
de Ávila y Camagüey; tiene su extremo nordeste en tierra
(Vertientes) y el resto se desarrolla bajo el mar en el Golfo
de Ana María, donde fueron perforados los pozos Tortuga
Shoal y Ana María, los cuales cortaron los sedimentos
cretácicos a 1 600 y 2 530 m respectivamente. En el pozo
Ana María 1 [14], fueron detectados: potentes espesores de
sellos, la existencia de buenos reservorios (principalmente
carbonatados) y manifestaciones de hidrocarburos de interés,
además de conjunto con la información sísmica, se
estableció la presencia de más de 3 000 m de espesor
sedimentario, por lo que confirmó la capacidad gasopetrolífera
del área, ello explica el interés que proporciona el
conocimiento de la existencia de estructuras circulares que
pudieran ser consideradas como pockmarks.
Comparación de imágenes
En el año 2012 se tomó una nueva imagen del área y se
pudo observar que hubo cambios en las depresiones
circulares (figura 5), en el Golfo de Ana María y cinco taludes
en el 2010, pero en la imagen 2012, solo aparecen cuatro.
Por otra parte, en la zona correspondiente al talud del Golfo
de Guacanayabo en la imagen 2010, solo aparecía una
estructura circular, mientras que en la observación realizada
en agosto 2012, se notan tres depresiones circulares. Estos
cambios podrían ser debidos a variaciones en las condiciones
técnicas en que se toman las imágenes o ser a consecuencia
de que las mismas se relacionen con emanaciones de de
gas las que, como es conocido, no son constantes en el
tiempo.
Teniendo en cuenta la información de otras áreas donde
se han estudiado las depresiones del fondo marino
denominadas pockmarks, en noviembre de 2012 se procedió
a tomar una imagen con Google Earth no profesional de la
zona del delta del río Niger para comprobar si existían
similitudes o diferencias con respecto a la de la parte marina
al sur de Cuba (figura 6). Se pudo notar que existe cierta
semejanza en el carácter general de la imagen tomada a
una altura análoga (unos 300 km) y en el área de Cuba se
presentan dos estructuras circulares que son muy similares
a una de las observadas en la costa occidental de África.
Comparación con la información sísmica
Para continuar la búsqueda de posibilidades de existencia
de una relación estructuras circulares - hidrocarburos, se
analizaron las líneas sísmicas de 1989 [3] en el Golfo de
Ana María (figura 7), con el objetivo de localizar algún indicio
en las líneas sísmicas, aunque con pocas esperanzas, si
se tiene en cuenta que las chimeneas de gas no son
permanentes en el tiempo y existe una diferencia de más de
veinte años entre las observaciones sísmicas y de Google
Earth.
Fig. 5. Comparación de las imágenes 2010 y 2012. Nótese las
variaciones del 2010 con las del 2012
Fig. 6. En la parte superior la imagen correspondiente a la
parte marina en la zona suroriental de Cuba; en la inferior, la
imagen en África occidental, encerradas en círculos las
anomalías del fondo marino que son semejantes en cuanto a
forma y dimensiones
En Irlanda, en Malin shelf [12] se realizó un estudio a
partir de los resultados de diferentes técnicas como sísmica
somera, levantamiento electromagnético, resonancia
magnética nuclear y geoquímica, los principales resultados
del estudio detectaron el aumento de la actividad microbiana
asociada a gas y la presencia de un bolsón de gas debajo y
alrededor de un área de pockmarks.
No todas las investigaciones de las depresiones del fondo
marino o pockmarks han podido establecer una relación entre
las mismas y emanaciones de fluidos, un ejemplo es el
estudio realizado en el Big Sur, California [13] donde existen
unos 1500 pockmarks en un área de 560 km2, con diámetros
entre 130-160 m y relieve de 8 -12 m, allí se tomaron muestras
de sedimentos y de la columna de agua sobre las
depresiones, los análisis realizados descartaron la presencia
de gas y de hidratos de metano.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
22
Las líneas sísmicas existentes, son de bajo recubrimiento,
por ello no se esperaba poder observar claramente la distorsión
de la imagen que produce una chimenea de gas, sino que
se buscaron otros indicios en el área donde se observan las
estructuras circulares denominadas 1 y 2, como falta de
continuidad lateral de los reflectores, abombamiento de
reflectores y flat spot.
En la línea sísmica asociada a la estructura circular 1,
solo se nota una bifurcación de la reflexión correspondiente
al fondo marino, sin embargo, en la línea sobre la cual se
encuentra la estructura circular no. 2, con tiempos menores
que 0,5 s, se pudieron distinguir varios indicios que en sísmica
2D se asocian a presencia de gas (figura 8), como falta de
continuidad en los reflectores, la aparición de una reflexión
fuerte y extendida que puede ser asumida como un flat spot
y el abombamiento de varios reflectores ubicados sobre la
misma, todo lo cual apunta a la presencia de gas en ese
sector.
En la imagen tomada de Google Earth en el 2010 del área
de estudio, se puede observar la presencia de 12 anomalías
circulares de gran diámetro, con forma de cráter; es de
destacar que 8 de ellas están alineadas en dirección ONO ESE y están ubicadas desde el sur de Cienfuegos hasta el
Golfo de Ana María.
Teniendo en cuenta la poca experiencia referida a la
presencia de estas anomalías circulares, 9 de ellas fueron
ubicadas en el mapa de lineamientos tectónicos por el tope
de cretácico, a partir de datos sísmicos y de campos
potenciales que para el área Ana María - Guacanayabo [3].
En la figura 9 se presentan los resultados obtenidos, donde
se aprecia que en el área de Ana María las cuatro depresiones
del fondo marino se relacionan con fallas del referido mapa,
y las numeradas 1 y 2 se ubican en el sector con mayores
espesores del terciario. Por otra parte, la anomalía marcada
con el número 7, ubicada en la depresión precubana coincide
con un punto de confluencia de dos fallas.
En el caso de la anomalía no. 9, se observa que se ubica
en una zona con gran espesor del terciario y sobre una línea
de falla.
Los resultados alcanzados de la comparación de las
diferentes imágenes obtenidas y del amarre con las fallas,
detectadas a partir de sísmica y campos potenciales, son
muy interesantes y permiten asegurar que las anomalías
circulares observadas en el área de estudio tienen muchas
características similares a los denominados pockmarks lo
cual es un indicio favorable para la exploración en esta zona.
Fig. 8. Línea sísmica 2D donde se pueden observar algunos
indicios de presencia de gas, en el área relacionada con la
anomalía circular
Fig. 9. Ubicación de las anomalías circulares sobre el mapa
de lineamientos tectónicos de Ana María - Guacanayabo [3]
CONCLUSIONES
Fig. 7. Imagen tomada con el sistema Google Earth del área
de estudio, en abril del 2012, con los números 1, 2, 3 y 4 se han
señalado las anomalías circulares de gran diámetro. Nótese
que solo se observan tres estructuras circulares en el Golfo
de Ana María.
El estudio del fondo marino en los mares al sur de Cuba,
con diferentes métodos es útil para la exploración de
hidrocarburos en esa región.
Las anomalías circulares observadas en la zona marina al
sur de Cuba centro oriental tienen muchas características
similares a los denominados pockmarks lo cual es un indicio
favorable para la exploración en esta zona.
23
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al doctor Osvaldo Rodríguez Morán,
y a los másteres Julio Gómez Herrera y Ramón Pico Peña,
por la revisión minuciosa del manuscrito y por las
recomendaciones hechas para la mejora del mismo
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et al. "Informe final del pozo Ana María 1" Reporte
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AUTORES
Isabel Morales Carrillo
Ingeniera Geofísica, Máster en Ciencias Geológicas, Centro
de Investigación del Petróleo, La Habana, Cubana
Ingeniero Geofísico, Doctor en Ciencias Geológicas, Profesor
Consultante, Facultad de Ingeniería Civil, Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba
Ingeniero Geofísico, Doctor en Ciencias Geológicas, Profesor
Titular, Facultad de Ingeniería Civil, Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba
Ingeniero Geofísico, Doctor en Ciencias Geológicas, Profesor Consultante, Facultad de Ingeniería Civil, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana,
Cuba
Alternatives for Hydrocarbon Exploration Offshore Southern
Cuba
Abstract
Today oil and gas exploration has integrated to the geology and geophysics studies, new technologies
as data from remote sensing that helps to detect interesting aspects for research. Cuban southern
petroleum province has a low exploration level. The study area includes Ana María Gulf and the deep
waters sector between Bahia de Cochinos and Cabo Cruz (batimetry over 200m). In 2010, using
Google Earth non professional system was taken and image of the study area and were detected
twelve (12) anomalies associated to seabed, they look like depressions, their shape is almost circular and they have a big size (higher than 2000 m), these anomalies could be similar to pockmarks,
that are depressions in seabed mainly circulars with a range of diameters from units of meters to
10 – 12 km, and they have been found in shallow and deep waters in any latitude. The majority of
pockmarks are associated to the presence of oil, gas and hydrates of gas. The seabed study with
different nontraditional methods can be useful for hydrocarbon exploration in offshore Southern Cuba.
Key words: gas, oil, pockmarks, seabed
25
INGENIERÍA GEOFÍSICA
Caracterización sísmica 3D
de los reservorios del Terciario Inferior
en la franja septentrional petrolera cubana
Artículo Original
Resumen
Como resultado del análisis de muestras de canal obtenidas durante la perforación de los pozos
horizontales en el área Canasí-Puerto Escondido en el año 2002, quedó demostrada la existencia y
ubicación de sedimentos terciarios, antes datados como correspondientes al Cretácico - Jurásico. Al
ser identificada esta formación, como el principal reservorio en varios yacimientos gasopetrolíferos de
la Franja Norte Cubana (Boca de Jaruco - Vía Blanca, Santa Cruz, Canasí-Puerto Escondido y YumuríSeboruco), se concluyeron importantes datos acerca de su origen, litofacies principales, características como reservorio, modelo petrofísico y su relación espacial con las secuencias del Grupo Veloz y
de la Formación Vega Alta. En el presente trabajo se muestra cómo este reservorio pudo ser satisfactoriamente identificado en el área mediante la geofísica, principalmente con la aplicación del método
sísmico; se expone además la manera en que fueron establecidos y utilizados los patrones de atributos a fin de caracterizar la imagen sísmica y delimitar las fronteras superior e inferior del reservorio
referido, mediante el análisis integrado de los datos de pozos y sísmicos, tomando como patrón el
yacimiento Boca de Jaruco- Vía Blanca.
Palabras claves: sísmica, reservorio, atributos
INTRODUCCIÓN
Durante el año 2002 un colectivo de investigadores del
Centro de Investigaciones del Petróleo (CEINPET)
describieron y dataron por muestras de canal la parte superior
de las rocas del llamado Grupo Veloz referido hasta entonces
al intervalo Cretácico-Jurasico como correspondientes al
Terciario.
Estos sedimentos terciarios, que fueron denominados
Formación Canasí, constituyen el principal reservorio de
varios importantes yacimientos gasopetrolíferos de la Franja
Norte de Crudos Pesados tales como: Boca de Jaruco-Vía
Blanca, Santa Cruz, Puerto Escondido-Canasí y YumuríSeboruco.
El mencionado reservorio fue identificado en el área
mediante la respuesta de los métodos geofísicos tanto de
pozos como de superficie, resaltando entre estos últimos la
sísmica de reflexión.
En el presente trabajo se establecen patrones cualitativos
que permiten diferenciar la imagen sísmica del complejo
litoestratigráfico objeto de estudio y delimitar sus fronteras
superior e inferior, atendiendo al análisis integrado de los
datos sísmicos y de pozos.
La hipótesis de partida asumida en el inicio de la
investigación fue la siguiente: El complejo predominantemente
carbonatado de edad terciaria correspondiente a la Formación
Canasí debe presentar características diferenciadas
Caracterización sísmica 3D de los reservorios del Terciario Inferior en la franja septentrional petrolera cubana
específicas en los datos sísmicos y geofísicos de pozos,
las que de ser identificadas en áreas suficientemente
estudiadas pudieran ser extrapoladas para tratar de identificar
la misma en otras áreas aledañas menos investigadas.
De acuerdo con lo anterior, el trabajo realizado tuvo por
objetivos los siguientes:
1. Identificar la imagen sísmica correspondiente a la
Formación Canasí, estableciendo sus atributos más
característicos.
2. Delimitar sus fronteras superior e inferior en una región
(Boca de Jaruco-Vía Blanca hasta Yumurí-Seboruco)
correspondiente a la Franja Norte de Crudos Pesados
(FNCP).
En la investigación realizada para validar la hipótesis de
partida y alcanzar los objetivos planteados, fueron obtenidos
los siguientes resultados principales:
• Identificados los patrones geofísicos que caracterizan a
la Formación Canasí sobre la base del análisis integrado de
datos sísmicos y de pozos
• Elaborada una tabla sobre las características típicas que
identifican a la Formación Canasí en los cortes sísmicos.
• Verificada la confiabilidad del patrón establecido en el
"área de aprendizaje" en otro sector de la región en el que
también se cuenta con datos sísmicos y de pozos (Área de
Jibacoa).
MATERIALES Y METODOS
La prospección geofísica moderna se caracteriza por la
concurrencia de diversos métodos que son empleados para
resolver las tareas geológicas planteadas de forma
interrelacionada y en una secuencia adecuada [1]. Es decir,
actualmente prevalece a escala mundial el enfoque sistémico
para la obtención e interpretación de la información.
Los materiales empleados fueron:
1. Sísmica 2D y 3D migrada antes de la suma en
profundidad.
2. Registros de pozos amarrados con las muestras de
canal.
3. Columna generalizada de pozos en el área patrón.
4. Tabla de eventos del sistema petrolero.
En el presente trabajo, la metodología de investigación
empleada incluyó los siguientes pasos:
1. Síntesis del estado del arte.
2. Caracterización geólogo-petrolera de la región estudiada.
3. Caracterización geofísica de la Formación Canasí y de
las secuencias adyacentes sobre la base del análisis
combinado de los datos:
• Sísmicos.
• Geofísicos de pozos.
4. Establecimiento de conclusiones.
SÍNTESIS DEL ESTADO DEL ARTE
Dado que el modelo estructural correspondiente al área
objeto de estudio responde a una tectónica compresiva de
cinturones de cabalgamiento, en la etapa inicial de la
28
investigación, fueron consultadas las experiencias existentes
sobre la prospección geofísica petrolera en tales ambientes
geológicos, que resultan análogos al que constituye la Franja
Norte de Crudos Pesados y que representan objetivos de
importancia primordial en muchas regiones del mundo.
Según reporta la experiencia internacional, la aplicación
del método sísmico del punto de reflexión común tropieza
en estas áreas con diversas limitaciones que dificultan mucho
la interpretación geológica de los resultados del mismo, tales
como: irregularidades pronunciadas del relieve superficial,
complejas estructuras del campo de velocidades, altas
complejidades de las estructuras geológicas investigadas lo
que da origen a efectos de dispersión e interferencias
destructivas con energía proveniente de diferentes planos
del espacio, existencia de capas de altas velocidades en la
parte superior de los cortes constituidas por rocas tales como
calizas etcétera [2].
Otro aspecto relevante lo constituye el hecho, de que en
el corte geológico correspondiente a la región estudiada
predominan rocas carbonatadas; lo cual motivó a investigar
la respuesta geofísica típica de tales secciones.
Las rocas carbonatadas que representan aproximadamente
solo el 20% del total de las rocas sedimentarias
constituyentes de la corteza terrestre, entrampan más del
50% de las reservas probadas de hidrocarburos, de ahí la
gran importancia que tiene su estudio [3].
CARACTERIZACIÓN GEÓLOGO-PETROLERA
DE LA REGIÓN ESTUDIADA
Ubicación del área de estudio
El área de estudio se encuentra ubicada en la faja
septentrional de La Habana-Matanzas en la llamada Franja
Norte de Crudos Pesados (FNCP) extendiéndose su mayor
parte hacia la zona marina aproximadamente paralela a la
costa, desde Brisas del Mar al Oeste hasta Punta Seboruco
al Este; tiene una longitud aproximada de 60 km y de Sur a
Norte una extensión aproximada de 6 km con un área total
de unos 360 km2 [4]. Ver figura1.
Sección geológica generalizada
La columna estratigráfica generalizada de la Franja Norte
de Crudos Pesados [5] aparece representada en la figura 2.
En dicha figura se identifican las siguientes secuencias
de arriba hacia abajo que caracterizan de modo general al
corte geológico típico.
Primer paquete: Diferentes formaciones y grupos de edad
Mioceno Superior-Eoceno Medio parte baja, compuesto por
margas, calizas arcillosas, calizas organógenas, calizas
dolomitizadas, arenitas y arcillas.
Segundo paquete: Grupo Mariel. Edad Eoceno Inferior
con redeposición del Campaniano-Maestrichtiano, compuesto
por margas fosilíferas, arenitas, arcillas, conglomerados con
escasos aportes de serpentinas, caliza de diversos tipos y
areniscas en matriz arcillosa.
Alberto Helio Domínguez Gómez - Guillermo Miró Pagés - Margarita Juara Zulueta - Mercedes Cristina García Sánchez
Tercer paquete: Formación por definir. Edad Eoceno
Inferior con redeposición del Campaniano- Maestrichtiano,
compuesto por conglomerados con aporte de efusivos y
ofiolitas (anteriormente denominado en los pozos Formación
Vía Blanca) y conglomerados con aportes de serpentinas,
calizas de diversos tipos y arenitas (se describe en los pozos
como la parte superior de Vega Alta).
Cuarto paquete: Formación Vega Alta. Edad Eoceno
Inferior, compuesto por: arcillas, pedernales y limolitas.
Quinto paquete: Formación Canasí. Edad Paleoceno
Superior, compuesto por conglobrechas, grauvacas con matriz
de creta, cretas y pedernales.
Sexto paquete: Grupo Veloz. Formación Cifuentes. Edad
Jurásico Superior Kimmerigdiano-Thitoniano, compuesto por
mudstone calcáreo, Packstone- W ackestone biointraclástico, Packstone/Grainstone, Rudstone intraclástico,
Grainstone pelítico intraclástico, dolomitas, argilitas más o
menos limosas.
Elementos del sistema petrolero
El concepto de sistema petrolero abarca por definición la
relación genética entre rocas madre activ as y las
acumulaciones de petróleo y gas e incluye el estudio de los
elementos y procesos tanto espaciales como temporales
que son esenciales para que existan las acumulaciones de
hidrocarburos.
En la región investigada, los estudios realizados [6] han
identificado la existencia de roca madre en los sedimentos
carbonatados algo arcillosos del Grupo Veloz relacionados
con el Tithoniano y el Neocomiano; también ha sido
demostrada la presencia de petróleos pesados altamente
sulfurosos de la familia I [7] que estaban entrampados en
reservorios de la misma edad.
Se considera que la migración ocurrió en pequeñas
distancias y dentro del propio manto generador; las vías de
migración son las fallas transcurrentes y las trampas están
conformadas por pliegues anticlinales fallados tipo duplex;
el sello corresponde a la Formación Vega Alta [8]; el timing
es post Eoceno Medio.
En la figura 3 se muestra el cuadro de eventos que
caracteriza al sistema petrolero Veloz-Canasí [9].
Por último, es importante recalcar que la redefinición
estratigráfica realizada identificando las rocas reservorios
correspondientes a la Formación Canasí como asociadas al
Paleoceno Superior, tiene importancia desde el punto de vista
petrolero, ya que confiere una connotación sin precedentes
a escala nacional al Terciario (intervalo de gran interés en
otras regiones del mundo), tradicionalmente considerado
solo como sello, lo que amplía las potencialidades para la
exploración de hidrocarburos en la Franja Petrolera Norte
Cubana.
CARACTERIZACIÓN GEOFÍSICA
DE LA FORMACIÓN CANASÍ Y SECUENCIAS
ADYACENTES
• Campos potenciales
Los campos potenciales han sido muy utilizados y efectivos
de forma directa o como apoyo en la localización de
estructuras petroleras.
De forma general puede comentarse que los altos
estructurales están asociados en esta región a distintas
anomalías gravitacionales cuya identificación ha constituido
históricamente un poderoso recurso que ha ayudado a la
planificación de los trabajos sísmicos.
• Sísmica
En el caso de Cuba cobra una gran importancia el estudio
de las respuestas sísmicas de los complejos carbonatados
localizados en los principales yacimientos gasopetrolíferos.
Inicialmente se debe señalar que de modo similar a lo que
ocurre internacionalmente, en Cuba, los complejos
sedimentarios siliciclásticos-carbonatados-metamórficos
imbricados en la complejísima tectónica compresiva propia
del cinturón de cabalgamiento norte cubano provocan un
cuadro ondular que resulta muy difícil de interpretar sin
ambigüedades.
Fig.1. Ubicación del área de estudio y sus yacimientos petroleros [4]
29
Fig.2. Columna generalizada del corte presente en los pozos horizontales de la Franja Norte de Crudos Pesados [5]
30
El área objeto de estudio ha sido cubierta por una densa
red de líneas de prospección como se puede observar en la
figura 4.
Análisis de las secciones sísmicas
En la figura 5 se aprecia una sección sísmica típica propia
de la región inv estigada, cuyas características
se describen a continuación.
• Parte superior del corte
La parte superior del corte que alcanza hasta los
1 000-1 200 m de profundidad, incluyendo al fondo marino,
puede ser caracterizada por al menos tres secuencias
sismogeológicas identificadas por SS-1, SS-2 y SS-3.
Las secuencias SS-1 y SS-2 están caracterizadas por
reflexiones claramente expresadas, generalmente extensas
y con frecuencias entre 25-35 hz de amplitudes altas a
medias. Sus fronteras límites presentan amplitudes altas
con elementos sismoestratigraficos tipo toplap, onlap y
downlap, propios de las discordancias.
Los espesores de estas secuencias, oscilan entre
100-500 m y están asociadas, según los pozos perforados,
con paquetes de rocas postorogénicas que van desde el
Reciente hasta el Eoceno Medio.
Seguidamente, en algunas zonas, como el centro de la
región entre Santa Cruz y Jibacoa Norte, se observa muy
bien, el desarrollo de la secuencia SS-3, con reflectores
caóticos de alta amplitud que se acuñan hacia Boca de
Jaruco; estos se corresponden en los pozos, con la
secuencia de la antes llamada Formación Vía Blanca, rica
en clastos de rocas v olcánicas y of ioliticas y un
conglomerado con mayor aporte de calizas y arenitas.
En general, para todo el litoral se aprecia que la imagen
superior del corte sísmico, expresa muy bien las etapas
acaecidas de sedimentación y los procesos que ocurrieron
en el tiempo, ya sea de desprendimientos, de levantamientos,
de transgresiones o regresiones.
Fig. 3. Elementos del sistema petrolero Veloz-Canasí [9]
Fig. 4. Red de líneas sísmicas en la región objeto de estudio [4]
31
Se nota una separación muy clara en la imagen, entre la
parte superior y la inferior del corte, a través de un horizonte
sísmico generalizado, compuesto por grupos de reflexiones,
continuas a intervalos, en ocasiones con formas onduladas,
de altas amplitudes y bajas frecuencias, variables en su
espesor, que se representan por la secuencia SS-4, la que
en general se corresponde con los sedimentos sinorogénicos
de Vega Alta, prácticamente en todos los pozos perforados.
Esta constituye una secuencia sellante de los yacimientos
en explotación, cuyas reflexiones son muy evidentes en todo
el corte. Por ser el de mayor interés en el marco del presente
trabajo, solo se describe con especial detalle la imagen inferior
(desde SS-4 hasta SS-6).
Parte inferior del corte
La parte inferior del corte se expresa mediante un patrón
de imagen variable, pudiéndose observar con cierto grado de
seguridad dos secuencias identificadas como SS-5 y SS-6
asociadas a rocas reservorios [4].
Debe indicarse que el contacto entre SS-5 y las secuencias
sobreyacentes puede ser identificado con relativa facilidad
debido al cambio abrupto de tipo litoestratigráfico que se
experimenta entre ellas.
Este cambio se expresa en las secciones sísmicas
mediante una diferenciación en el patrón de la imagen al
apreciase esta en la parte sobreyacente como una secuencia
muy saturada de ejes cofásicos, es decir, de fronteras
sísmicas más o menos intensas, probablemente debido al
efecto de la alternancia de litologías terrígenas, carbonatadas
etc.; en la parte inferior, sin embargo, la imagen de SS-5
aparece menos saturada de ejes cofásicos y ocasionalmente
más pobre de eventos lo que parece estar provocado por su
naturaleza clástica con matriz predominantemente
carbonatada (conglobrechas calcáreas) con fracturas, que
con toda probabilidad propician un patrón menos estratificado
y rítmico de reflexiones y ocasionalmente más transparente
que el que se aprecia arriba. Este tipo de imagen que es
denominada hummocky (rizos producidos por las olas en el
fondo marino) en la sismoestratigrafía secuencial, aparece
prácticamente a lo largo de todo el corte de oeste a este en
sentido horizontal, con espesores aparentes mayores de
500 m. La diferencia en la composición y disposición de los
reflectores es muy notable, según se observa en la figura 6.
Seguidamente, en sentido vertical, el corte se torna
gradualmente más enriquecido de reflexiones, pero con
formas más desorganizadas o caóticas y con amplitudes
"aparentes" mayores y es precisamente esta característica
la que permite asociar esta imagen con una nueva secuencia,
la SS-6. Según los pozos perforados como los Vía Blanca y
otros, esta secuencia puede ser asociada con el primer
apilado del Grupo Veloz. Los reflectores se agrupan con las
morfologías propias de los pliegues escamas de las rocas
carbonatadas cuyas rampas frontales y laterales están
representadas por las reflexiones fuertes (descritas más
arriba) asociadas a las rocas clásticas de Vega Alta. El
despegue principal del primer apilado se observa claramente
en todas las líneas sísmicas, por lo que ha podido ser
mapeado con seguridad en todo el volumen [4]. Estas rampas
han sido de mucha utilidad, pues han permitido delimitar el
cambio del rumbo de las estructuras por la dirección de las
32
fallas de cabalgamiento. El límite entre las secuencia SS-5
y SS-6, o sea, entre la Formación Canasí y las rocas
carbonatadas del Grupo Veloz, es un horizonte sísmico
"fantasma", es decir, representa un cambio de imagen y no
una reflexión clara y bien expresada. Es importante notar
que el cambio entre una y otra secuencia (SS-5 y SS-6) es
gradual.
Como resultado de las calibraciones realizadas fue
confeccionada la tabla 1 en la que se exponen las
características típicas que se identifican para el cuadro
sísmico registrado en esta región.
Tabla 1
Identificación del patrón de la imagen sísmica en los sitios de ubicación
de los pozos más representativos, por contar con registros, cutting y
núcleos
Secuencia
sismoestratigráfica
Calibración
litoestratigráfica en
pozos
Patrón típico de
la imagen
sísmica
Arcillas Vega Alta
BJ-3, 9, 64, 500
Núcleos, registros y
cuttings 800s
Alta amplitud
Baja frecuencia
Reflectores con
buena expresión
dinámica
Reflectores
ondulados y
continuos por
tramos, bien
expresados
SS-5
Conglobrechas
Canasí BJ-3, 9, 64,
500. VB - 400
cuttings 800s
Amplitudes y
frecuencias de
media a bajas
Reflectores
caóticos
Cierta
agrupación por
tramos de los
reflectores;
prevalece la
opacidad
SS-6
Carbonatos del
Grupo Veloz BJ-3, 9,
64, 500. VB -400
cuttings 800s
SS-4
En general
amplitudes altas
Reflectores
agrupados por
paquetes
Observaciones
Grupos con
cierta
orientación
buzando con
ángulos medios
a altos
Una de las posibles explicaciones sobre la causa de que
la secuencia sismogeológica SS-5 se manifieste menos
saturada de ejes cofásicos con relación a las adyacentes
consiste, en que adicionalmente, la misma debe presentar
una menor interestratificación horizontal como fue
anteriormente referido, ella está constituida por cretas
fracturadas con propiedades de reservorio y por lo tanto aquí
se debe producir una mayor absorción de la energía elástica.
Geofísica de pozos
El análisis de los datos de pozos [10] se basó en las
siguientes fuentes:
• Información detallada de los núcleos (tanto en litología,
edad, petrofísica) abundantes en los pozos verticales y
complementada con las muestras de canal.
• Caracterización de las electrofacies, a partir de un
complejo de datos derivados de registros de resistividad (R),
en sus variantes de sondas gradiente y potencial; registros
de potencial espontáneo (SP); registros radioactivos de
gamma natural (SGR) para la diferenciación litológica y
neutrón gamma (NG) cómo método de porosidad y registro
Cáliper (CAL) para conocer el estado del diámetro de pozo.
• Fueron también estudiados minuciosamente numerosos
informes de pozos existentes en los archivos del CEINPET
y las EPEP.
Fig.5. Sección sísmica (O-E) obtenida en Boca de Jaruco donde se identifica el reservorio correspondiente a la Formación
Canasí (SS-5). En amarillo el tope y en verde, la base [4]
Como resultado de este análisis se arribó a las siguientes
conclusiones:
Desde el punto de vista petrofísico, las rocas del Terciario
presentan mejores propiedades, tanto en porosidad como
en permeabilidad con respecto a las del Grupo Veloz. Esto
se evidencia numéricamente, ya que en las rocas del
Terciario los valores de porosidad total son mayores del
12 %, mientras que en las de Veloz estos son mucho
menores del 10 %. Además, a las rocas del Terciario se
asocian las mayores producciones de hidrocarburos.
De este modo, puede apreciarse que al igual que la
sísmica, la geofísica de pozos permite identificar a la
formación objeto de estudio en los cortes de pozos. Es
indudable, que precisamente las mismas variaciones que
resaltan a la Formación Canasí en los datos geofísicos de
pozos, son las que inciden en la existencia de contrastes
de las impedancias acústicas entre esta capa y las
sobreyacentes, dando lugar a los coeficientes de reflexión
que posibilitan su identificación en los cortes sísmicos, como
fue referido anteriormente.
Por último, en el marco de esta investigación, fue utilizado
el software VoxelGeo para lograr una mayor visualización y
correlación de los horizontes en el procesamiento de los
cubos de sísmica 3D en profundidad (figura 6).
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
A fin de verificar la confiabilidad para el pronóstico del
patrón establecido en las áreas de aprendizaje, se procedió
a analizar las características de la imagen sísmica en otros
sitos de la región investigada donde fueron perforados otros
pozos profundos de exploración, cuyos datos no hubieran
sido utilizados en el establecimiento de éste. Los resultados
de este análisis aparecen expuestos en la tabla 2.
Como resultado del análisis de la tabla 2, puede concluirse
que los patrones identificados en la imagen sísmica,
efectivamente, resultan confiables para la delimitación en
esta del reservorio asociado a la Formación Canasí.
Fig. 6. Tope y base de la Formación Canasí visualizados con el apoyo del software Voxelgeo [4]
33
T a b la 2
R e s u lta d o s d e la v e r if ic a c ió n d e lo s p a tr o n e s e s t a b le c id o s e n lo s p o z o s J ib a c o a
1 0 0 y J ib a c o a 1 X
S e c u e n c ia
s is m o e s tr a tig r á fic a
C a lib r a c ió n
lito e s tr a tig r á fic a e n p o z o s
P a tr ó n típ ic o d e la im a g e n
s ís m ic a
A r c illa s V e g a A lta J b - 1 X ,
J b - 1 0 0 r e g is tr o s g e o fís ic o s
y c u tt in g s d e lo s p o z o s
A lta a m p litu d
B a ja fr e c u e n c ia
R e fle c to r e s c o n b u e n a
e x p r e s ió n d in á m ic a
S S -5
C o n g lo b r e c h a s C a n a s í
J b -1 0 0
A m p litu d e s y fr e c u e n c ia s d e
m e d ia c o n c ie r t a o p a c id a d
S S -6
C a r b o n a to s d e l G r u p o
V e lo z J b - 1 0 0
E n g e n e r a l a m p litu d e s a lta s
P e q u e ñ o s p a q u e te s a g ru p a d o s
fo r m a n d o p lie g u e s
S S -4
CONCLUSIONES
Fue identificada la imagen sísmica correspondiente a la
Formación Canasí, que constituye un importante reservorio
y delimitadas las fronteras superior e inferior de la misma.
En la imagen sísmica característica de la FNCP, se
aprecian 6 sismosecuencias (SS-1 hasta SS-6) entre las
cuales, la numerada como 5 identifica a la Formación Canasí.
El complejo litoestratigráfico correspondiente a la
Formación Canasí, presenta características petrofísicas que
posibilitan su identificación en los datos sísmicos y geofísicos
de pozos.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a la dirección del CEINPET por su
valioso apoyo y estimulo para la publicación de este trabajo,
en particular al doctor Rolando García Sánchez.
REFERENCIAS
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exploración de hidrocarburos gaseosos". XXXIII
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Cuba, 2012. ISBN-978-959-247-094-1.
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3. ÁLVAREZ, R. "Caracterización de los reservorios de la
Franja Norte de Crudos Pesados: indicadores comunes
que facilitan su evaluación y desarrollo". XXXIII Convención
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en depósitos someros de petróleos extrapesados de la
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litoestratigráfica del Terciario (costa afuera), en el área
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del CEINPET, 2003,ISBN-959-234-039-0.
34
6. LÓPEZ, J. G. et al. "Geología y potencial de hidrocarburos
de La República de Cuba". CUPET & SPT IV Convención
de Ciencias de la Tierra, La Habana, Cuba. 2011. ISBN
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7. LÓPEZ, J. O, et al. "Determinación genética de los
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8. REYES, O. et al. "Relación entre la porosidad y
permeabilidad en los reservorios carbonatados de la Franja
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Panamericana de Ingenierías, La Habana, Cuba, 2012.
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9. LÓPEZ, J. G. "Sistema petrolero en la Franja Norte de
Crudos Pesados en Cuba". II Convención de Ciencias de la
Tierra, La Habana, Cuba, 2007. ISBN-978-959-7117-16-2.
10. VALLADARES, S. et al. "Reservorios gasopetrolíferos
fracturados de Cuba. Caso de estudio: Reservorios
carbonatados en la Franja Norte de Crudos Pesados".
XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías,
La Habana, Cuba, 2012. ISBN-978-959-247-094-1.
AUTORES
Ingeniero Geólogo, Máster en Geología, Especialista I, Centro
de Investigaciones del Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba
Ingeniero Geofísico, Doctor en Ciencias Geológicas, Profesor Titular y Consultante, Facultad de Ingeniería Civil, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La
Habana, Cuba
Miembro de la Sociedad Cubana de Geología y de la Sociedad de Geofísica del Brasil
Ingeniera Geofísica, Especialista I, CEINPET, La Habana,
Cuba
Ingeniera Geofísica, CEINPET, La Habana, Cuba
Seismic Characterization of the Inferior Terciary Reservoirs in
the Cuban Northern Petroleum Belt
Abstract
From the results obtained by cutting analysis during the perforation of the horizontal wells in the
Canasí - Puerto Escondido area in the year 2002, have been described and dated the reservoir rocks
previously dated Cretaceous - Jurassic with Tertiary age (Canasi Formation). This reservoir constitutes
the main reservoir in several locations petroleum of the Cuban North Fringe (Boca de Jaruco - Via
Blanca, Santa Cruz, Canasí -Puerto Escondido and Yumurí - Seboruco). In the course of that have
been work obtained important results about the origin of these reservoirs, main lightfaces and their
nomenclature and identification, their characteristics, petrophysic model, and their spatial relation
with the sequences of the Veloz Group and the Vega Alta Formation. Presently work is shown as this
reservoir could be satisfactorily identified in the area by means of the geophysics, mainly the seismic
method. Moreover , it is exposed like they were established and used the patterns of attributes in order
to characterize the seismic image and to define the superior and inferior boundaries of the reservoir
referred by means of the integrated analysis of the data of wells and seismic, taking as pattern the
Boca de Jaruco - Via Blanca location.
Key words: seismic, reservoir attributes
35
INGENIERÍA INFORMÁTICA
Acercamiento ontológico a la gestión
del conocimiento en el proceso
de consultoría
Jessy Lino Alfonso
Artículo de Reflexión
Empresa Nacional de Software DESOFT SA, La Habana, Cuba
Yadary Ortega González
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba
Resumen
El conocimiento es un recurso con un enorme potencial, su gestión incrementa oportunidades de
negocio, la competitividad presente y futura, crea riquezas o valores añadidos que facilitan alcanzar
una posición ventajosa en el mercado, por lo que mejora la efectividad de la organización. Por ello, es
fundamental almacenar la información en una base de conocimientos útil y necesaria para el proceso
de descubrimiento de conocimiento. Las ontologías proporcionan la vía para representar el conocimiento, pues facilitan la comunicación y el intercambio de información entre personas, simplifica la
unificación de distintas representaciones. El objetivo de este trabajo es presentar una herramienta
que posibilite gestionar el conocimiento mediante ontologías. Permite adquirir, distribuir, interpretar y
almacenar el conocimiento que agrega valor a los procesos clave, para contribuir a la mejora de los
procesos de la organización y la calidad en los descubrimientos realizados.
Palabras claves: base de conocimientos, ontologías, representar el conocimiento
Recibido: 16 de junio del 2013
INTRODUCCIÓN
Actualmente existe una creciente necesidad de introducir
soluciones informáticas a nivel organizacional en las
empresas competitivas y de asimilar constantemente
conocimientos para innovar y mejorar los procesos y
productos. Para lograrlo, se requieren procesos de consultoría
que permitan descubrir la oferta oportuna de técnicas de
operación y gestión.
El proceso de consultoría influye de forma determinante
en el cambio social, económico, cultural y tecnológico que
se produce en la sociedad, es por ello que debe estar
correctamente diseñado y contar con el personal capaz de
proyectar cambios verdaderamente significativos.
Las consultorías de tecnologías de la información (TI), vistas
como la vía para la introducción de sistemas de información
(SI) en el entorno empresarial, con sus tres componentes
(tecnológica, organizativa y de dirección) reviste una
importancia significativa, dada fundamentalmente por su
contribución a la introducción de TI en procesos de negocio,
como vía para alcanzar ventajas competitivas, contribuyendo
a la estrategia organizacional. Para ello se deberá tener en
cuenta cómo repercute la componente tecnológica en los
elementos organizativ os, apúntese: secuencia de
actividades, recursos materiales y humanos necesarios,
regulaciones [1].
Se cita del Informe Final de Consultoría en Tecnologías de
la Información que realiza Desoft, donde se especifica que
el proceso de consultoría de TI tiene como principal resultado
el conocimiento que genera su ejecución, dotando a la
empresa de los elementos necesarios para lograr el cambio
organizacional a través de la tecnología.
De ahí la importancia de la gestión del conocimiento en el
proceso de consultoría. Lograr que el conocimiento del
Acercamiento ontológico a la gestión del conocimiento en el proceso de consultoría
ejercicio de la consultoría sea correctamente estructurado,
formalizado, conceptualizado, permitirá además que pueda
ser compartido, sistematizado y que las buenas prácticas
en la ejecución del servicio sean repetibles y perduren en el
tiempo.
En Cuba, las empresas productoras de software tienen
como principal objetivo la informatización de la sociedad [2].
Así lo reflejan los lineamientos de la política económica y
social, proyectados en el año 2011, en sus artículos 129130, 134,135 referidos a las políticas de ciencia, tecnología,
innovación y medio ambiente.
En la Empresa Nacional de Software de Cuba, conocida
como DESOFT S.A., se realizan consultorías de los tipos
organizacional y tecnológico (TI). La consultoría en TI que
se ejecuta actualmente, se basa en identificar los diversos
problemas y situaciones susceptibles de mejora que afectan
a las organizaciones, adquirir la información que maneja y/o
requiere cada uno de los procesos, analizándola y
sintetizándola, para poder elegir y proponer posibles
soluciones.
La metodología empleada para el desarrollo de la
consultoría responde a la figura 1.
Fig. 1. Fases de la consultoría en TI
El proceso de consultoría presenta las siguientes
problemáticas:
Ausencia de gestión del conocimiento pues no han sido
identificados los conocimientos requeridos para realizar la
consultoría, ya que no se cuenta con una base de
conocimientos robusta que permita identif icar los
conocimientos necesarios que debe dominar un especialista.
La falta del hábito de documentar las actividades que se
desarrollan en un proceso de negocio, conlleva a que se
pierda el conocimiento adquirido por el personal y deba
invertirse nuevamente en su creación. Existen diferencias
en el conocimiento que presentan los especialistas en la
ejecución de los procesos, pues el conocimiento está
disperso y no se comparten los presupuestos entre los
actores. Se desconocen las herramientas y técnicas que
pueden ser empleadas para brindar este servicio, además
de que no se han definido los roles que deben ejecutar dicho
proceso, lo cual afecta el desarrollo del proceso de consultoría
y la toma de decisiones.
38
Según las notas para un curso sobre inteligencia artificial,
impartido en la Universidad de La Habana, es imprescindible
utilizar el conocimiento en función de la empresa, pues está
compuesto de información analizada y organizada. Es la
representación simbólica de aspectos de algún universo del
discurso nominado: "saber + experiencia +destreza +
habilidad".
El conocimiento del que disponen las personas en la
organización y su recopilación no solo genera valor
económico sino que constituye uno de los activos fijos más
importantes para la empresa. En consecuencia, el
conocimiento forma parte de un nuevo capital en la empresa,
aprovecharlo se ha convertido en un arma poderosa para
maximizar el potencial de la compañía. Su gestión hace que
desaparezca el atesoramiento del conocimiento individual y
se transforme en organizativo, elevando la cultura empresarial
de la organización [3].
La gestión del conocimiento (knowledge management) es
un concepto aplicado en las organizaciones que pretende
transferir el conocimiento y experiencia existente entre sus
miembros, de modo que pueda ser utilizado como un recurso
disponible para otros en la organización. Por lo tanto, la
gestión del conocimiento tiene en el aprendizaje
organizacional su principal herramienta.
Asimismo, María Isabel Lovera Aguilar apoya las ideas
de Nonaka y Takeuchi que manifiestan que la gestión del
conocimiento es: "La capacidad de una organización para
crear un nuevo conocimiento, diseminarlo a través de la
organización y expresarlo en productos, servicios y
sistemas" [4].
Teniendo en cuenta lo anterior, es importante representar
el conocimiento mediante ontologías, pues es un medio
efectivo para representar el conocimiento organizacional, por
la expresividad semántica que posee y por el razonamiento
que realiza [5]. Por tanto, el objetivo del presente trabajo es
presentar una herramienta que permita gestionar el
conocimiento mediante ontologías.
Las ontologías en la representación del conocimiento
El término ontología es utilizado desde mucho antes en el
contexto de la filosofía, y se ha extendido al ámbito
computacional. Se ha conv ertido en un tópico de
investigación importante dentro de la inteligencia artificial
desde la década de los noventa [6].
En informática se emplea el término ontología para
designar a aquellas especificaciones formales acerca de las
entidades que existen en un dominio concreto y cómo se
relacionan entre ellas. En este contexto, las ontologías se
crean conforme a las necesidades que existan en un dominio
particular, y por tanto, no son universales, sino que pueden
cambiarse, adaptarse o personalizarse para propósitos
concretos [7, 8]. Un ejemplo simple de ontología sería el de
la descripción de una jerarquía de conceptos relacionados
únicamente por relaciones de subsunción; ejemplos más
complejos serían aquellos dónde se utilicen axiomas
Jessy Lino Alfonso - Yadary Ortega González - Aimée María Sánchez Reborido
adicionales para expresar otras relaciones entre los
conceptos y, de esta f orma, perf ilar las posibles
interpretaciones [9].
Una ontología consiste en una descripción formal y explícita
de conceptos en un dominio de discurso, junto con la
definición de relaciones entre ellos. Así, la ontología incluye
componentes que servirán para representar el conocimiento
de algún dominio [9]. Los conceptos son las ideas básicas
que se intentan formalizar, pueden ser clases de objetos,
métodos, planes, estrategias, procesos de razonamiento,
las relaciones que se establecen entre los conceptos
representan la interacción y enlace entre los conceptos del
dominio. Suelen formar la taxonomía del dominio. Por
ejemplo: subclase-de, parte-de, conectado-a. Las funciones
son un tipo concreto de relación donde se identifica un
elemento mediante el cálculo de una función que considera
varios elementos de la ontología. Por ejemplo, asignar fecha.
Las instancias: se utilizan para representar objetos
determinados de un concepto y los axiomas: son teoremas
que se declaran sobre relaciones que deben cumplir los
elementos de la ontología. Por ejemplo: "Si A y B son de la
clase C, entonces A no es subclase de B", "Para todo A que
cumpla la condición C1, A es B" [9, 10].
Las ontologías son esenciales como medio para la
comunicación entre personas o agentes de software. Esta
potencialidad es necesaria en la extracción y recuperación
de la información. Posibilitan la reutilización del conocimiento
perteneciente a un dominio y hacer explícitos los
presupuestos que se comparten en una comunidad. Esta
ventaja es muy importante para que la cooperación y
coordinación del trabajo del conocimiento sean efectivas [11].
Protégé para la construcción de ontologías
Protégé [11] es un entorno libre para la edición de ontologías.
Entre sus principales funcionalidades está la capacidad de
integrar a la edición propia, recursos de conocimientos
previamente desarrollados, facilitando así, la reutilización del
conocimiento que ya ha sido explicitado. Protégé soporta el
desarrollo de bases de conocimiento fundamentadas en
marcos, XML Schema, Resource Description Framework (RDF)
Schema y Web Ontology Language (OWL).
En este editor también puede incluirse un plugin para hacer
consultas a la base de conocimiento. Las consultas se editan
con el lenguaje SPARQL, siguiendo un formato similar al
lenguaje SQL [11]. El comienzo de la consulta queda marcado
por la palabra clave SELECT. Se utiliza para definir los datos
que deben ser devueltos en la respuesta. La palabra clave
FROM identifica los datos sobre los que se ejecutará la
consulta. Una consulta puede incluir varios FROM. La palabra
clave WHERE indica el patrón sobre el que se filtrará el
conocimiento almacenado.
Es importante señalar que no basta con crear la ontología
en el editor Protégé, es necesario poder utilizarla como un
componente de una aplicación, para lo cual se requiere de
un mecanismo para hacer persistir el conocimiento
representado en un sistema de almacenamiento.
Jena para persistir el conocimiento
Los sistemas de almacenamiento posibilitan mantener las
ontologías en bases de datos e ir añadiendo nueva
inf ormación, también son útiles para inferir nuevo
conocimiento y con la ayuda de razonadores comprobar la
consistencia de la ontología [12].
Jena [12], es un framework desarrollado por los laboratorios
de HP programado en Java. Su fin es manipular metadatos
desde aplicaciones escritas en Java. Proporciona una API
para extraer y escribir datos de un grafo RDF. Los modelos
pueden ser consultados mediante SPARQL. Se puede utilizar
OWL con Jena. Proporciona varios razonadores internos y
se pueden añadir otros mediante una interfaz para
Descripción Lógica [12]. Provee un entorno de desarrollo para
RDF, OWL, SPARQL y RDFS y además cuenta con un motor
de inferencia basado en reglas, expuesto en la figura 2, lo
cual refiere que Jena es un mecanismo que se emplea para
hacer persistir el conocimiento.
Al representar el conocimiento es posible identificar
conocimientos asociados a una actividad o proceso,
determinar herramientas, técnicas, documentación que se
utilizan en el proceso y determinar las actividades a ejecutar
en el proceso.
Fig. 2. Mecanismo de inferencia de Jena
Fuente: Campanero Ortiz, 2009 [13]
RESULTADOS
Como herramienta para la construcción de ontologías se
utiliza Protégé 4.1. Es una herramienta a través de la cual el
usuario puede construir ontologías de dominio, generar usuarios
de entrada de datos y efectuar la propia entrada de datos.
Permite acceso a aplicaciones externas basadas en
conocimiento. Además, es una biblioteca a la que otras
aplicaciones pueden acceder, permitiéndoles acceder a las
bases de conocimiento de las cuales se dispone. Emplea un
lenguaje muy flexible para ser utilizado en la Web, por eso se
ha acuñado el término de Web Semántica, es decir, que facilita
la tarea no solo por ser manejable a través de la Web, sino que
hacen una descripción semántica de la información, con lo
que todo el sistema es menos rígido y por tanto se hace más
flexible y potente. Protégé [11] permite crear ontologías con
una gran facilidad, debido a su entorno gráfico.
39
Este editor incluye además SPARQL que ofrece a los
desarrolladores y usuarios finales un camino para
presentar y utilizar los resultados de búsquedas a través
de consultas SPARQL [11].
Se formaliza la ontología en el editor de Protégé, lo
cual permite transformar los conocimientos que tienen
incorporados como experiencia cada ser humano de un
proceso a un modelo formal, lo cual se muestra en la
figura 3.
Para visualizar el grafo de la ontología se utiliza el plugin
OWLViz de Protégé que permite visualizar con grafos los
conceptos y las relaciones que tienen creadas, adicional a
este plugin se debe tener instalado el GraphViz. En la
figura 4 se muestra el grafo de cómo quedaría la ontología
de apoyo al proceso de consultoría en TI en el editor Protégé.
Gestión del conocimiento en el contexto de la
Consultoría de TI
En aras de mostrar algunos de los escenarios que demanda
el conocimiento formalizado, en la figura 5 pueden observarse
los casos de uso del negocio "Obtener conocimientos" y
"Obtener recursos por actividades", asociados al rol del
consultor.
Ante tales demandas de conocimiento, la ontología, como
recurso de conocimiento creado, puede ser encuestada por
medio de consultas SPARQL, desde Protégé.
A continuación se muestran las consultas vinculadas a
los casos de uso de la figura 5.
Ejemplo 1: Obtener competencias
Consulta
SELECT ?Conocimientos
W HERE
{?Competencia_Consultor
dc:type
?Conocimientos }
Descripción
Se obtienen los tipos de conocimientos que debe dominar
un consultor.
En la figura 6 se muestran los resultados.
Ejemplo 2: Obtener recursos por actividades
Consulta
SELECT ?Actividades ?Recurso
WHERE { ?Actividades rdfs:label ?Recurso }
Descripción
De cada actividad se obtienen los recursos del proceso de
Consultoría en TI.
Fig. 3. Ontologíca Consultoría en TI generada en Protégé
Fuente: Elaboración propia
40
Fig. 4. Grafo de la ontología Consultoría en TI
41
En la figura 7 se muestran los resultados.
Como ya se ha expresado, el proceso de consultoría se
ejecuta según las experiencias de cada actor. Teniendo en
cuenta la características de las ontologías, en la tabla 1 se
expone el antes y el después del efecto de la ontología en el
proceso de consultoría.
Por lo tanto, el empleo de las ontologías en un proceso de
negocio, implica que la ejecución del proceso de negocio
sea más eficiente, donde cada una de las etapas se ejecuta
de manera correcta, facilita una excelente comunicación
entre los actores, y por ello se obtiene una ejecución armónica
del proceso con altos niveles de comunicación.
Tabla 1 Comparación antes-después del uso de la ontología
Criterios
Antes de la aplicación Después de la
de la ontología al
aplicación de la
proceso de consultoría ontología al proceso de
consultoría
Alcance
No se precisa
Queda declarado
Actividades
Esbozada de forma
general
Descritas de forma
detallada
Vocabulario
Cada cual interpreta
Hay un conjunto de
los términos según sus
términos consensuados
propias experiencias
No hay claridad de las Quedan anotadas las
Habilidades habilidades de cada
habilidades que debe
actor
poseer cada actor
Reutilización No existe
Existe, se importan
otras ontologías
Fig. 5. Casos de uso del negocio
INVESTIGACIONES EN CURSO
Como se había expresado, la intención de trabajo futuro
es el desarrollo de una aplicación semántica que integre
como recurso, la base de conocimiento. Por ende, la
investigación en la actualidad se ha encauzado a: modelar
el proceso de consultoría de TI en un gestor de procesos de
negocio, integrando al modelo del proceso, el conocimiento
representado en la ontología y a identificar otros casos de
uso del negocio relacionados con diversos subsistemas de
la gestión empresarial en los que el conocimiento es un activo
crítico en este sector, por ejemplo: la gestión del capital
humano.
Fig. 6. Resultados de la consulta 1
Fig. 7. Resultados de la consulta 2
42
CONCLUSIONES
Se muestran las facilidades del editor de ontologías
Protégé, como una de las tecnologías más utilizadas en la
representación y recuperación del conocimiento, Jena como
herramienta para lograr la persistencia de la base de
conocimientos y SPARQL como lenguaje de consulta. Se
evidencia que a través del empleo del plugin Jena se
transportan los datos contenidos en la ontología generada
hacia una base de datos persistente, donde queda disponible
para su posterior procesamiento y empleo según demanda
la entidad.
La conceptualización y formalización del conocimiento
embebido en el proceso de consultoría organizacional y de
TI mediante el empleo de una ontología fue uno de los
resultados alcanzados. La vinculación del conocimiento en
el dominio de la consultoría al proceso que lo consume es
una vía efectiva para su socialización y sistematización,
permitiendo que las buenas prácticas en el ejercicio de la
consultoría sean socializadas y repetibles.
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Management and Decision Making. Information
Processes and Industrial Engineering in Information
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43
to the Semantic Web, Editor: Springer Berlin
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2012].
13. CAMPANERO ORTIZ, José Carlos. Arquitecturas de
Bases de Datos Web. Tecnologías de la Web
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for Java (Curso de Doctorado Nº: 584), 2009. Disponible
en Web:http://sinbad.dit.upm.es/docencia/doctorado/
curso0809/Jose%20Carlos%20Parte% 20IV%20Jena26-05-2009%20rev%20Carmen.pdf [consultado en
octubre 2012].
AUTORES
Jessy Lino Alfonso
Ingeniera Informática, Profesora Asistente, Empresa Nacional de Software, DESOFT S.A., La Habana, Cuba
Yadary Ortega González
Ingeniera Informática, Máster en Informática Aplicada, Profesora Auxiliar, Departamento de Sistemas de Información,
Facultad de Ingeniería Industrial, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba
Licenciada en Cibernética-Matemática, Instructora, Facultad de Ingeniería Industrial, Instituto Superior Politécnico José
Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba
Ontological Approach Knowledge Management
in it Consulting Service
Abstract
Knowledge is a resource with enormous potential, management increases business opportunities,
present and future competitiveness , create wealth and provide added values to achieve an advantageous
position in the market, thus improving the effectiveness of the organization. Therefore, it is essential to
store the information in a useful knowledge base necessary for the knowledge discovery process.
Ontologies provide the means to represent knowledge, they facilitate communication and the exchange
of information between people, simplifies the unification of different representations. The aim of this
paper is to present a tool for managing knowledge through ontologies. Acquire , distribute, perform and
store the knowledge that adds value to the key processes, to contribute to improving organizational
processes and the quality of the discoveries.
Key words: base of knowledge, ontologies, to represent the knowledge
44
INGENIERÍA DEL PETRÓLEO
Influencia del biorreductor
de viscosidad en el gradiente de presión
en un ducto horizontal que transporta
fluido no newtoniano
Artículo Original
Mexican Institute of Complex Systems, México
Arturo Palacio Pérez
Universidad Nacional Autónoma de México
Alejandro Rodríguez Valdés
Universidad Nacional Autónoma de México
Universidad de La Habana, Cuba
Resumen
Debido al incremento de producción de crudo pesado y extrapesado en México, ha sido necesario
emplear productos químicos para facilitar el transporte del mismo en las tuberías del país. Se realizó
un estudio experimental para analizar la influencia de un reductor de viscosidad de origen biológico
(BRV), sobre el comportamiento reológico de un crudo pesado proveniente de la región norte de
México, encontrándose que este exhibe un comportamiento no newtoniano viscoelástico, donde el
incremento en la concentración del BRV conlleva una disminución de la consistencia y un incremento
del orden del flujo, que con altas temperaturas se observó un comportamiento dilatante. A partir de
estos resultados se estimaron las pérdidas de presión por fricción en un tubo horizontal, tanto para
flujo monofásico como bifásico, encontrándose que en todos los casos el incremento en la concentración de BRV disminuye estas pérdidas.
Palabras claves: reología, crudo pesado, reductor de viscosidad
INTRODUCCIÓN
Muchos procesos industriales se desarrollan a partir de
una combinación de fluidos; en la industria petrolera la
producción de crudo generalmente se acompaña de otras
fases como agua, gas, o combinaciones de cualquiera de
ellas, lo que es conocido como flujo multifásico [1]. El flujo
bifásico se caracteriza por estar constituido por dos fases
diferentes distinguibles entre sí. Entre los casos de flujo
bifásico se pueden mencionar los sistemas dispersos como
las emulsiones y las suspensiones, donde la presencia de
la fase dispersa en cada caso se considera habitualmente a
través de una corrección a la viscosidad [2].
El BRV (bioreductor de viscosidad) es un producto
comercial compuesto por esteres de ácidos grasos e
hidrocarburos de bajo peso molecular que se emplea para
reducir la viscosidad del crudo [3]. El presente trabajo tiene
como objetivos fundamentales los siguientes: estudiar el
efecto del BRV en el comportamiento reológico de un crudo
obtenido de un campo localizado en la zona norte de México
y predecir la reducción del gradiente de presión por fricción
Influencia del biorreductor de viscosidad en el gradiente de presión en un ducto horizontal que transporta fluido no newtoniano
en un tubo horizontal en función de la concentración de BRV,
tanto para flujo monofásico como para flujo bifásico líquidogas. El mismo está estructurado de la siguiente forma: en
una primera sección se presentan las ecuaciones y los
modelos matemáticos que fueron utilizados para la
caracterización reológica del crudo y el cálculo de las
pérdidas de presión por fricción. Seguidamente se exponen
y discuten los resultados experimentales relacionados con
el efecto del BRV sobre la viscosidad aparente. Por último,
se proponen y discuten los resultados predichos
relacionados con la reducción de las pérdidas de presión
por fricción en los ductos en presencia de BRV y, finalmente,
se presentan las conclusiones.
MODELOS MATEMÁTICOS
La caracterización reológica de los crudos se llevó a cabo
empleando el concepto de la viscosidad aparente  de
acuerdo con el modelo potencial:
  m  
n 1
Pl [Pa] se determinan a partir de la relación [7, 8]:
L
D
(2)
16
, Re,NN  2 000
Re,NN
 
1,256
 4log 

0,675
3,7
D

n
f
Re,NN n 0,675 f
46
n
(5)
Para el caso de flujo bifásico crudo-gas se empleó el
método de Lockhart-Martinelli [9, 10], el cual se basa en
determinar las caídas de presión por fricción para el líquido
 Pl y para el gas  Pg considerando que ambos circulan
de forma independiente por el tubo, de tal manera que las
pérdidas por fricción para flujo bifásico  P se estiman a
partir de la relación [11]:
 P
2
P  Pl   l  si X   l
 P
 g



0,5
1
(6)
 Pl
2
P  Pg   g  si X  
 P
 g



0,5
1
(7)
donde los parámetros  l y  g se determinan a través de
las correlaciones empíricas:
l  1
C
1

2
X
X
(8)
(9)
La constante C que aparece en las ecuaciones (8) y (9) se
determina de acuerdo con el régimen de flujo para el gas y
para el líquido [11, 12], como se muestra en la tabla 1.
Tabla 1
Valor de la constante C en el método de Lockhart-Martinelli
(3)
mientras que en régimen turbulento:
1
Re, NN
 g  1  CX  X 2
donde:
V [m.s-1]: Velocidad del flujo.
 [kg.m-3]: Densidad.
L [m]: Longitud del tubo de diámetro.
D [m]: Factor de fricción de Fanning.
En régimen laminar:
f 
n
8  0,5D  V 2  n   n 



m
 3n  1 
(1)
donde:
m [Pa.sn]: Consistencia.
n: Orden del flujo.
: Gradiente de velocidad [s-1].
Como es conocido, si el valor de n es igual a 1, el fluido
es newtoniano y la viscosidad es independiente de la
velocidad del flujo, si n es mayor que 1 el fluido es dilatante
y  se incrementa con  y si n es menor que 1 el fluido se
viscoelástico, donde  disminuye con  [4, 5, 6].
Para el flujo monofásico las pérdidas de presión por fricción
Pl  2f V 2
donde:
[m]: Rugosidad de la pared del tubo.
Re,NN : Número de Reynolds para fluidos no newtonianos (6):

 , Re,NN  2 000

(4)
Líquido
Gas
C
Turbulento
Laminar
Turbulento
Laminar
Turbulento
Turbulento
Laminar
Laminar
20
12
10
5
La caída de presión por fricción para el gas, en un sistema
isotérmico en el cual el efecto de la caída de presión sobre
la densidad del gas puede considerarse despreciable, se
determina a partir de las ecuaciones (2)-(5) estimando un
comportamiento newtoniano (n = 1).
Edgardo Jonathan Suárez Domínguez - Arturo Palacio Pérez - Alejandro Rodríguez Valdés - Elena Izquierdo Kilich
ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DEL BRV
SOBRE LA VISCOSIDAD DEL CRUDO
La viscosidad aparente del crudo analizado, cuyas
características se muestran en la tabla 2, fue determinada
mediante un viscosímetro Brookfield Modelo DV-2 con
sensibilidad del 1 % para diferentes valores de temperatura
y concentración de BRV.
Los resultados de consistencia y orden de flujo obtenidos
a partir de considerar el modelo de viscosidad aparente dado
por la ecuación (1) se presentan en la tabla 3 y en la figura 1,
donde se muestran las líneas de tendencia obtenidas
mediante ajuste estadístico que indican la influencia del BRV
sobre el orden y la consistencia.
El aumento de temperatura y de la concentración de
BRV presentan una variación de menos del 2 % de la
consistencia m y un incremento en el valor del orden n
del flujo, para el caso a 25 y 60°C. Para 80 oC, la variación
es menor del 5 %.
Este comportamiento no newtoniano complejo, donde el
BRV causa una disminución de la consistencia y un aumento
del orden, induce a llevar a cabo una serie de simulaciones
numéricas que permiten inferir el efecto de la concentración
de BRV sobre el gradiente de presión por fricción, y poder
predecir la factibilidad de su empleo para disminuir los costos
de extracción y/o transporte de crudo.
EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE
BRV SOBRE EL GRADIENTE DE PRESIÓN
POR FRICCIÓN
Para determinar las pérdidas de presión por fricción se
consideró un tubo de 1" (0,254 m) de diámetro, rugosidad de
la pared del tubo de 0,001 m y una velocidad de flujo de
0,1 m.s-1. El comportamiento del gradiente de presión
P =  P/L para 0 % de BRV y diferentes temperaturas se
muestra en la tabla 4, donde se puede apreciar que P
disminuye apreciablemente con el incremento de la
temperatura.
El efecto del BRV sobre las pérdidas de presión se
cuantifica a través de la reducción en el gradiente de presión
Rp, que mientras sea menor indica una mayor reducción en
la caída de presión debido a la fricción y a las fuerzas
viscosas, y el cual se determina como:
Rp 
P x
 P 0
(10)
donde:
P(x): Gradiente de presión a la concentración x de BRV.
P(0): Gradiente correspondiente a 0% de BRV, ambos
calculados a la misma temperatura.
Ta b la 4
 P [m P a .m -1 ] p a ra flu jo m o no fá s i c o y 0 % d e B R V
Te m p e r a tur a
Tabla 2
Características del crudo estudiado
 [kg.m3]
25 °C
 P 3,161
998
% asfaltenos
% parafinas
25,8
10,9
Tabla 3
Resultados de consistencia y orden de flujo
BRV
0%
0,50%
1%
2%
3%
46,718
0,952
0,967
43,056
0,940
0,974
36,217
0,963
0,950
24,995
0,968
0,941
19,539
0,960
0,872
1,981
0,980
0,942
1,788
0,971
0,829
1,614
0,980
0,942
1,421
0,980
0,963
1,145
0,980
0,873
T = 25 0C
m [Pa.sn-1]
n
R2
T = 60 0C
m [Pa.sn-1]
n
R2
T = 80 0C
m [Pa.sn-1]
n
R2
0,468
1,062
0,963
0,418
1,064
0,936
0,402
1,070
0,956
0,330
1,092
0,949
0,272
1,121
0,955
60 °C 80 °C
0,135 0,035
En la figura 2 se muestran los resultados obtenidos, donde
se puede observar que Rp siempre disminuye con el
incremento de BRV, conservándose dicho comportamiento
a diversas temperaturas.
Estos resultados indican que la disminución de la
consistencia del crudo con respecto a la concentración de
BRV, es lo que propicia este decremento en el gradiente de
presión, mientras que el incremento del orden de flujo que
se presenta en este sistema aparentemente no afecta de
forma significativa su comportamiento.
Para el caso del flujo bifásico líquido-gas se consideró un
gas cuyas propiedades se muestran en la tabla 5.
De forma semejante a como se procedió para el caso de
flujo monofásico, el efecto del BRV sobre la reducción de
las pérdidas por fricción se cuantifica a través del parámetro:
Rp 
 Pb  x 
 P 0
(11)
donde:
Pb: Gradiente de presión para flujo bifásico para la
concentración de BRV.
P(0): Gradiente de presión para flujo monofásico a 0 %
de BRV, ambos considerados a la misma temperatura.
47
25 C
n
0.960
0.955
0.950
0.945
0.940
0.0 0. 2 0.4 0.6
0.8
1.0 1.2 1. 4 1.6
1.8
2.0 2.2 2. 4 2.6 2. 8 3.0
Consistencia T = 25 C
Orden de flujo T = 25 C
BRV
Fig. 1. Comportamiento experimental y líneas de tendencia ajustadas del efecto de la concentración de BRV sobre la consistencia
m y el orden de flujo n
48
Edgardo Jonathan Suárez Domínguez - Arturo Palacio Pérez - Alejandro Rodríguez Valdés - Elena Izquierdo Kilich
a)
Fig. 2. Comportamiento simulado de la reducción en el
gradiente de presión Rp con respecto a la concentración de
BRV para diferentes valores de temperatura
Tabla 5.
Propiedades del gas considerado para flujo bifásico
Componente
% molar
nitrógeno
dióxido de carbono
ácido sulfhídrico
metano
etano
propano
iso-butano
butano
iso-pentano
pentano
hexanos
0,65
5,44
0,70
42,91
12,66
14,75
1,94
7,19
3,67
4,65
5,40
b)
Z = 0,957 7
 = 0,2x10-4 [ Pa.s-1]
Los resultados obtenidos se muestran en la figura 3, donde
el porcentaje correspondiente a cada caso se refiere al
porcentaje en volumen de gas en el ducto.
En este caso se aprecia que la reducción de la presión,
que se manifiesta en una disminución de Rp, se incrementa
tanto con la concentración de BRV como con el incremento
del porcentaje volumétrico del gas.
Estos resultados teóricos indican que la disminución de
la consistencia del fluido causada por el BRV en el flujo
bifásico tiene un efecto más significativo que el incremento
del orden, por lo que se podría inferir que el BRV puede ser
utilizado como reductor de pérdidas de presión por fricción
tanto en flujo monofásico como en bifásico.
c)
Fig. 3.Efecto del BRV sobre las pérdidas de presión por fricción
en el crudo estudiado para flujo bifásico para diferentes
porcentajes de volumen del gas
49
Los autores agradecen a la Compañia Méxicana Geo
Estratos S.A. de C.V. por el auspicio a esta investigación.
5. TANNER, R. I.; WALTERS, K. Rheology: An historical
perspective. Elsevier Amsterdam, 1998, 286 pp. SBN:9780444829467.
6. BIRD, R. B.; STEWART, Warren. E.; LIGHTFOOT,
Edwin. N. Transport Phenomena. 2nd ed. New York: John
Wiley &Sons, 2006. ISBN:978-047011539.
7. NOVELLA COSTA Enrique. Ingeniería Química: Flujo
de fluidos, Ed. Alhambra Universidad, 1985, 432 pp.
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Marcel Dekker, 2001, 575 pp. ISBN: 0-8247-0444-4.
9. BRILL, James P.; BEGGS, Dale.Two-phase flow in pipes.
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10. DUKLERr, A. E. "Frictional pressure drop in two-phase
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11. HEMEIDA, Adel, SUMAIT Faisal. "Improving the
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Journal of Engineering Science. vol. 14. pp 423-434.1988.
12. GAFONOVA, O.; YARRANTON, H. "The Stabilization of
Water-in-Hydrocarbon Emulsions by Asphaltenes and
Resins". Journal Of Colloid And Interface Science,
vol. 241, pp. 469-478, 2001.
REFERENCIAS
AUTORES
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vol. 32, núm. 2-4, pp. 217-230, 2001.
2. RIAZI, M. R. Characterization and properties of petroleum fractions. ASTM international, 2005, 400pp.
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3. GONZÁLEZ DÁVILA, Vicente; SUÁREZ DOMÍNGUEZ,
Edgardo Jonathan. "Study of Sustainable Viscosity Reduction for Extra-Heavy Crude Oil: BRV". ENERLAC.
vol. 4, pp. 142-150, 2012. Disponible en Web: http://
bi bl i o t eca. ol ade. org/ i ah/ f ul l t ex t / Bj m br/ v 32_2/
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4. BARNES, A.; HUTTON, J. F.; WALTERS, K. An introduction of rheology. Elsev ier Amsterdam,1989,
210 pp.ISBN:978-0-444-87140-4.
Químico Industrial, Maestro en Ingeniería, Investigador,
Mexican Institute of Complex Systems, Tamaulipas, México
CONCLUSIONES
Los resultados experimentales obtenidos relacionados con
el efecto del BRV sobre el comportamiento reológico del crudo
estudiado en este trabajo, que presenta características
viscoelásticas para 0% de BRV, mostraron que la consistencia
del crudo disminuye con el incremento en la concentración del
BRV, mientras que el orden de flujo se eleva, causando que a
altas temperaturas exhiba un comportamiento dilatante. Basado
en lo anterior, se realizaron cálculos de los gradientes de presión
por fricción en un ducto horizontal para determinar si el BRV
es apropiado para la reducción de estas caídas de presión
durante los procesos de extracción y transporte de este tipo
de crudos. Los resultados indican que la reducción de presión
se incrementa a medida que aumenta la concentración de
BRV, tanto para flujo monofásico como bifásico, lo cual sugiere
que el BRV puede ser utilizado a nivel industrial en los procesos
de extracción de crudo, aunque se requieren pruebas en planta
piloto para realizar una confirmación experimental.
AGRADECIMIENTOS
Arturo Palacio Pérez
Ingeniero Mecánico-Electricista, Doctor en Ingeniería Mecánica Teórica y Aplicada, Profesor Investigador, Facultad de
Ingeniería, Universidad Autónoma de México, México
Alejandro RodrÍguez Valdés
Ingeniero Mecánico-Electricista, Doctor en Ingeniería Mecánica Teórica y Aplicada, Profesor Investigador, Facultad de
Ingeniería, Universidad Autónoma de México, México
Ingeniera Química, Doctora en Ciencias Técnicas, Profesora, Facultad de Química, Universidad de La Habana, Cuba
Viscosity bio reducer Influence in a non-Newtonian fluid
horizontal pipeline pressure gradient
Abstract
Due to increased production of heavy and extra heavy crude in Mexico, it has led to the necessity to
use chemicals to facilitate the transport in the pipe of our country. Experimental study was conducted
to analyze the influence of a viscosity reducer of biological origin (BRV), on the rheological behavior
of heavy oil in the northern region of Mexico, finding that it exhibits a non-Newtonian viscoelastic
behavior, where a concentration increase of BRV leads to a consistency decrease and an increased
flow order, where dilatant behavior was observed in high temperatures. From these results it was
estimated the pressure losses by friction in a horizontal pipe for single phase and two phase flow. We
found that in all cases the increase in the concentration of BRV reduces these losses.
Key words: rheology, heavy crude oil, viscosity reducer
50
INGENIERÍA QUÍMICA
Evaluación electroquímica
de inhibidores de corrosión para aceros
austeníticos
Artículo Original
Yichsy Rivera Beltrán
Centro de Investigaciones del Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba
Resumen
El empleo de inhibidores de corrosión es uno de los métodos más universales y por tanto difundidos
para la protección de los metales porque se reducen sustancialmente las pérdidas por corrosión
cuando se adicionan en pequeñas concentraciones. En el presente trabajo se realizó la evaluación
electroquímica de dos inhibidores A y B para ser empleados en las limpiezas químicas de enfriadores
de placas, en los cuales ocurren pérdidas de espesores hasta la perforación de las placas. La
composición química del material arrojó que se trata de un acero inoxidable austenítico y se realizó
el estudio metalográfico de la corrosión que manifiesta el acero de construcción de los enfriadores de
placas. Las mediciones electroquímicas se efectuaron por las técnicas de resistencia de polarización, ruido electroquímico y barrido cíclico que conllevaron plantear que el tipo de corrosión que
experimentó el acero evaluado fue localizada. La mejor eficiencia lograda fue con una concentración
de 1 y 2 % del inhibidor A, mientras que el producto B alcanzó valores de eficiencia cercanas a 95 %
con un 2 % de concentración de dicho inhibidor.
Palabras claves: corrosión, acero inoxidable austenítico e inhibidores
Recibido: 26 de marzo del 2013
INTRODUCCIÓN
Ciertos metales y aleaciones como los aceros inoxidables
que deben su estabilidad a delgadas películas pasivas de
óxido, son los más propensos a desarrollar picaduras. Estas
se originan en las imperfecciones superficiales y en lugares
expuestos a daño mecánico, bajo condiciones en que la
película es incapaz de regenerarse. Son particularmente
temibles desde el punto de vista del desarrollo de picaduras,
las soluciones que contienen iones cloruros aunque también
se manifiestan en presencia de otros iones.
Numerosos materiales se corroen a una velocidad muy
lenta, por ello, la selección de estos se hace sobre la base
de su velocidad de corrosión. El acero inoxidable es uno de
los materiales más comunes en la industria de procesos
químicos, aunque no siempre es el más conveniente, por
ejemplo, en la industria del ácido sulfúrico se prefieren los
recipientes revestidos con plomo. [1]
En instalaciones como por ejemplo, un tanque de
almacenamiento de una solución de ácido sulfónico, se
observaron daños por picaduras en las planchas de acero
inoxidable y en las uniones soldadas luego de realizada una
prueba de estanqueidad del tanque, previa a su uso [2].
Igualmente, en inspecciones realizadas a tubos de acero
inoxidable de un condensador, durante tres paradas
programadas se evaluó el estado general de los mismos en
cuanto a la integridad de espesor de pared y distribución de
indicaciones en su longitud. Se procedió a la extracción de
19 tubos con indicaciones puntuales mayores al 90 % de
Evaluación electroquímica de inhibidores de corrosión para aceros austeníticos
disminución de espesor de pared y con fases cercanas a un
agujero pasante [3].
Las estaciones depuradoras de aguas residuales requieren
de un estudio pormenorizado del comportamiento de los
materiales como aceros inoxidables a emplear en un medio
tan peculiar y agresivo. Entre los agentes causantes del
deterioro de los materiales cabe destacar el sulfuro de
hidrógeno. En las aguas residuales, el origen más frecuente
de este gas volátil es la reducción de sulfato llevada a cabo
por bacterias sulfatorreductoras (BSR), capaces de oxidar
materia orgánica acoplándola a la reducción de sulfato que
dan paso a la biocorrosión [4].
El empleo de inhibidores de corrosión es uno de los
métodos más universales y por tanto difundido para la
protección de los metales frente al ataque del medio corrosivo
en el que se utilizan, por lo que dentro de sus beneficios se
encuentran que reducen sustancialmente las pérdidas por
corrosión cuando se adicionan en pequeñas
concentraciones. En ocasiones permiten la utilización de
aleaciones más baratas y aumentan la vida útil en servicio
de instalaciones y equipos [5].
Se conoce que la acción retardadora de un inhibidor sobre
la cinética de corrosión es resultado de una de las formas
de actuación siguientes: de la adsorción de una delgada
película, muchas veces monomolecular, sobre la superficie
del material metálico sujeto a corrosión, de la formación de
una capa pasiva, a veces de naturaleza desconocida y tan
delgada que resulta inapreciable, de la formación por
conversión superficial de una capa de productos de corrosión
apreciable a simple vista y de la modificación de las
características del medio.
De lo anterior se derivan muchas clasificaciones de los
inhibidores teniendo en cuenta su composición, mecanismo,
aplicación y por el proceso parcial que interfieren.
Además de las técnicas tradicionales [5], como resistencia
de polarización lineal y barrido cíclíco, son utilizadas en el
estudio de inhibidores en diferentes medios, técnicas
electroquímicas novedosas dentro de las cuales se
encuentran:
Espectroscopía de ruido electroquímico: Sus
características varían frecuentemente en el tiempo, siendo
por esto la señal no estacionaria. La técnica proporciona
información acerca de la cinética de reacción, o sea, la
velocidad de corrosión, siendo posible la identificación del
tipo de corrosión ya sea uniforme, generalizada o localizada.
El sistema a estudiar está compuesto por 5 enfriadores de
placas de acero inoxidable, cuya función es enfriar el licor
carbonato amoniacal rico en níquel y cobalto, pero además
tiene cantidades considerables de calcio y magnesio que
durante el enfriamiento se depositan hasta obstruir totalmente
los espacios del enfriador. El ácido sulfúrico al 98 % que se
emplea en la limpieza, se prepara a una concentración de 2 %
donde se dosifica en ciclo cerrado. Cuando el ácido llega a un
pH igual a 5 se bombea hasta el pozo de desechos.
52
Para no interrumpir el proceso, los enfriadores de placas
son lavados independientemente, con una frecuencia normal
de 36 h, pero principalmente en verano, se aumenta la
frecuencia hasta 24 h. Según información de la empresa,
durante las limpiezas ocurre la pérdida de espesores de las
placas hasta su perforación, siendo necesario reponer
anualmente 800 placas a un costo de 400 000 euros.
Ante esta situación, el cliente ha analizado la posibilidad
del empleo de inhibidores para disminuir tales daños por lo
que se plantea como objetivos del presente trabajo,
determinar la influencia del acabado estructural en la corrosión
presentada en el acero de las placas de los enfriadores,
identificar mediante microscopia óptica el tipo de corrosión
que presenta dicha aleación y evaluar la eficiencia de los
inhibidores A y B a través las técnicas electroquímicas
Para llevar a cabo la investigación, se hizo necesario
construir un sensor compuesto por tres electrodos del material
de los enfriadores, una vez retirados del proceso para las
mediciones electroquímicas. El sensor se sumergió en el
agua de preparación de ácido sulfúrico (medio corrosivo) con
el objetivo de evaluar la eficiencia de los inhibidores A y B.
Para las mediciones electroquímicas se utilizó un electrodo
de referencia de calomel saturado, el equipo multipropósito
Field Machine, capaz de transmitir los valores de forma
gráfica y numérica y un multímetro digital. Como medio de
calentamiento para alcanzar la temperatura de ensayo se
empleó una plancha de calentamiento con agitación y un
termómetro para controlar el parámetro que se mide.
Métodos
El medio corrosivo se caracterizó mediante la
determinación del pH, conductividad y cloruros, así como la
composición química del material de construcción de los
enfriadores de placas.
Para la caracterización de la estructura metalográfica del
acero se prepararon muestras de diferentes zonas del
enfriador (zona del agua de enfriamiento, zona de la soldadura
y zona por donde fluye el licor que presentó una corrosión
acelerada durante las limpiezas químicas). Las mismas
fueron montadas en resina epóxica para su desbaste hasta
esmeril no.1000 y pulida a espejo en paño con pasta de
diamante de acuerdo con la norma [6]. La estructura fue
revelada con una solución de 10 ml de HNO3, 20 ml de HCl y
30 ml de agua destilada de acuerdo con la norma E 407-07
con la solución de ataque No.88 [7]. Fueron captadas las
imágenes por una cámara digital acoplada al microscopio
óptico de luz reflejada modelo Axiovert 25 de la Zeiss.
La determinación de la velocidad de corrosión del acero
en el medio se realizó mediante las normas: ASTM G-59-97
[8], ASTM G-3-89 [9], ASTM G-102-89 [10], reaprobadas en
el 2003 y 2004 las dos últimas. Para determinar de forma
cualitativa y cuantitativa el tipo de corrosión que manifiesta
Yosmari Adames Montero - Briseida Fernández García - Alexander Cueli Corugedo - Yichsy Rivera Beltrán
Se plantea que los iones halógenos tienen marcado efecto
de penetración en las películas pasivas e inducen a la
picadura en estos tipos de aceros inoxidables, por lo que es
preciso tomar ciertas precauciones cuando se está en
presencia de los mismos, en lo que se refiere a su empleo
en contacto con productos químicos. Se reporta que la
velocidad de corrosión aumenta con la concentración de
cloruro de sodio hasta 4 % aproximadamente. Al sobrepasar
este valor, aumento de concentración, produce poca
variación.
Corrosión observada al microscopio en la superficie
del acero del enfriador posterior a la limpieza química
con la solución sulfúrica
Se evidencia un ataque localizado como resultado de la
corrosión que experimenta el acero en presencia del ácido
sulfúrico. Este comportamiento podría atribuirse a diferentes
causas: presencia de iones halogenuros, concentración de
sulfúrico superior al valor límite donde el material permanece
pasivo, temperatura de limpieza superior a la establecida
para la concentración del ácido y factores internos (acabado
estructural y deformación plástica), (figura 1).
Caracterización del acabado estructural del acero del
enfriador
Después de desbastada y pulida la muestra, aún se aprecia
la profundidad del ataque que experimentó el acero (figura 2).
La presencia de carburos en los límites del grano y en la
matriz de la aleación se evidenció en el estudio realizado.
La estructura básica de los aceros inoxidables del tipo 316L
es monofásica de austenita, que se logra mediante un
tratamiento térmico de temple adecuado. La estructura le
confiere al acero una mayor resistencia a la corrosión. La
microestructura correspondiente a la muestra que se analiza,
está constituida por austenita y carburos de cromo.
el acero en las condiciones evaluadas se empleó la norma
ASTM G-199-2009 [11]. (Ruido electroquímico). Para
establecer el estado activo o pasivo de la aleación de aluminio
se empleó la norma (barrido "cíclico").
Se prepararon tres medios para la evaluación de los
inhibidores: blanco I: agua de preparación de H2SO4 , blanco
II: agua de preparación de H2SO4 + 2 % H2SO4 (1), blanco III:
agua de preparación de H2SO4 + 2 % H2SO4 (2). Los ensayos
se realizaron a temperatura entre: 30-34 °C y las
concentraciones ensayadas según información del cliente
en ambos inhibidores fueron: 0,25 %, 0,5 %, 1 % y 2 %.
Los datos experimentales obtenidos por la técnica
electroquímica, LPR se procesaron estadísticamente. Se
aplicó el método de rechazo de valores según Dixon. Para la
incertidumbre se utilizó un factor de cobertura de 2 y un nivel
de confianza de 95 %.
Análisis de la composición química
La composición química define al acero de la plancha como
un acero inoxidable austenítico que responde a la norma
AISI/SAE 316L (tabla 1).
Este tipo de acero con un contenido de 2 a 4 % de Mo,
aumenta su resistencia a la corrosión en ácido sulfúrico,
cloruros y ácidos orgánicos. También mejora su respuesta
mecánica, reduce la rotura de la pasividad, especialmente
en medios ricos en cloruro, e incrementa la resistencia a la
corrosión por picadura y por grietas o fisuras en distintos
medios. Por otro lado, el molibdeno ayuda al cromo presente
en el acero inoxidable a formar la capa pasiva y previene la
despasivación dentro de las grietas o fisuras [4].
La resistencia a la corrosión intercristalina del acero objeto
de estudio, se logra añadiendo elementos estabilizadores
como son Ti o Nb y contenidos bajo en carbono inferior a
0,03%. El acero mejora su resistencia al ácido sulfúrico si
se aumentan los contenidos de Ni y Mo y se adiciona
además Cu, así se obtienen aceros que contienen 20 % de
Cr, 25 % de Ni, 4,5 % de Mo y 1,5 % de cobre, presentando
una resistencia excelente en los medios sulfúricos y
clorhídricos [12]. Dicha resistencia al ataque del medio activo
sulfúrico, se le atribuye a una pasividad provocada por el
mismo medio a que está expuesto, es decir, el metal se
repasiva espontáneamente. La adición de nitrógeno a aceros
inoxidables austeníticos modifica el potencial de picadura,
aumentando el intervalo pasivo del metal [13].
Fig. 1. Corrosión que experimenta el acero del enfriador en
una zona de la muestra después de la limpieza química 200X
Tabla 1
Composición química del acero inoxidable objeto de ensayo
Muestra
Acero
C
%
Si
%
0,03
0,35
Mn
%
P
%
1,19 0,025
S
%
0,002
Cr
%
Ni
%
Mo
%
17,73 11,59 2,05
Nb
%
Resto Fe
%
0,03
67,003
53
Fig. 2. Corrosión en el acero del enfriador en una zona de la
muestra por donde fluye la solución de limpieza química
después del desbaste y pulido 200X
Fig. 4. Zona aledaña a los puntos de soldadura donde aparecen
granos fraccionados que revelan que el material ha
experimentado una deformación plástica 500X
Asimismo, se observa que los carburos se encuentran
precipitados en la matriz de austenita y en los límites de
grano, que provoca la disminución de la resistencia a la
corrosión de la aleación. La presencia de estos carburos
en la microestructura de la aleación, pudiera asociarse
al hecho de que el material recibió durante el proceso de
sol dadura, un cal entami ento t al que prov ocó l a
precipitación de carburos en esas zonas. La corrosión
es debida a la precipitación de carburos en los bordes de
grano y la consiguiente pérdida de cromo de las zonas
adyacentes, que quedan vulnerables a la corrosión y se
encuentra favorecida por las tensiones locales existentes
en los bordes de granos como consecuencia de la
precipitación de los carburos (figura 3) [14].
Análisis de otros factores internos presentados en el
acero de los enfriadores que intervienen en el proceso
corrosivo
Se destacan granos fraccionados escalonados que se
asocian a que el acero experimentó tensiones que podrían
atribuirse al conformado realizado en el proceso de
construcción del enfriador y/o al impacto recibido en los
puntos de soldadura (figura 4).
La corrosión intensa que experimenta la aleación objeto
de estudio es del tipo localizada, causada por factores
internos presentes en el material y el contenido de cloruros
en el agua.
Caracterización de las dos muestras de agua de
preparación de ácido sulfúrico para limpieza química
La caracterización físico-química del agua de preparación
de ácido sulfúrico en dicha empresa, la que clasifica como
un medio ligeramente básico, es conductora de la corriente,
así como la concentración de iones cloruros es de
9,66 mg/L y 8,33 mg/L para las dos muestras de agua
utilizadas en los ensayos (tabla 2).
El acero inoxidable objeto de investigación es similar al
AISI 316 que es bastante resistente a pequeñas variaciones
de pH del agua. No obstante, un pH ácido o muy alcalino,
combinado con otros factores (presencia de iones cloruro),
favorecerá los procesos de corrosión en el acero inoxidable.
Como concepto general, es conveniente situar los valores
de pH en el rango de 7,5-8,5 [15].
En este caso para la primera agua utilizada (1) en la
evaluación del aditivo A, el pH está ubicado dentro del rango
que se especifica sin añadir el 2 % de H2SO4, pero cuando
este último se añade, el medio se convierte en ácido
(pH  3). Con relación a la segunda agua empleada (2), el pH
es ácido y no se encuentra dentro del rango establecido
para trabajar este material.
En dicho acero es conveniente no superar la concentración
de 1, 0 mg/L de cloruros porque junto con la temperatura
acelerará los procesos de corrosión en forma muy significativa.
Como se observa, la concentración de cloruros (9,66 mg/L y
8,33 mg/L) de las dos aguas utilizadas superan la
concentración establecida, que unido al efecto de la
temperatura y pH ácido podría provocar un aumento
considerable de la velocidad de corrosión [12].
Tabla 2
Parámetros físico-químicos evaluados de las agua de
preparación de ácido sulfúrico
No.
Muestra
Fig. 3. Presencia de carburos en la matriz de la austenita y
en los límites del grano (1 000X)
54
Cl (mg/L)
pH
Conductividad (  S)
1
9,66± 0,04
7,94± 0,10
178± 0,4
2
8,33 ± 0,03
6,65± 0,10
153,2± 0,03
Se plantea además que el acero de las placas cumple la
composición química de diseño, y con un contenido del
2, 05 % de molibdeno junto con el cromo brindarían la
resistencia más grande a la corrosión en el medio que se
inv estiga. El material objeto de estudio, por sus
características de acabado estructural se encuentra
sensibilizado a la corrosión, independientemente de la
velocidad de fluido (no tenida en cuenta en el estudio) y la
presencia de cloruros en el medio que se analiza. Se
presentan precipitados de carburos de cromo en los límites
de los granos, que debilita la zona próxima a los mismos
volviéndose anódica con respecto a su matriz. Se evidencia
una deformación plástica por la forma y distribución de los
granos. Por lo antes expuesto, se asevera que el material
está propenso a un ataque corrosivo [14, 15].
Ensayos electroquímicos
Resistencia de polarización lineal
Se reportan las velocidades de corrosión promedio de 10
corridas para cada ensayo realizado. En las condiciones de
Blanco I y Blanco II las velocidades de corrosión (V corr) son
pequeñas. Además, el acero inoxidable en el agua de
preparación de ácido sulfúrico (Blanco I), al adicionar el
inhibidor al medio casi no manifiesta ningún cambio, lo que
se puede cuantificar en el resultado alcanzado de la eficiencia.
Para la segunda condición (Blanco II) si se comprueba
que al adicionar el 2 % del ácido se obtiene una mayor
velocidad de corrosión. Al adicionar el producto A en el
medio de ensayo, no se obtienen eficiencias relevantes
para inhibir la corrosión a concentraciones de 0,25 % y
0,5 %, pero a concentraciones superiores (1 y 2 %) el
producto exhibe buenas eficiencias en dicho medio (95,0
y 96,7 %). Cuando se analiza la condición de Blanco III,
el aditivo 2 a 0,25 % no inhibe la corrosión de la aleación
objeto de investigación, pero a partir de 0,5 % aumenta
su eficiencia a valores regulares hasta alcanzar 94 %
para un 2 % de concentración del inhibidor. La mejor
eficiencia la presenta el producto A a las concentraciones
de 1 y 2 %, y el inhibidor B al 2 % (tabla 3).
El producto A evaluado por las técnicas electroquímicas
no es eficiente a las concentraciones de 0,25 y 0,5 %, pero
a 1 y 2 % exhibe las mejores eficiencias (95 y 96,8 %) en la
inhibición del proceso de corrosión de la aleación que se
investiga.
El inhibidor B no es eficiente a la concentración de 0,25 %
pero a 2 % logra su mejor resultado (94 %).
Espectroscopía de ruido electroquímico
Para conocer el tipo de corrosión de forma cualitativa que
experimenta el acero en las condiciones de ensayo, se aplicó
la técnica de ruido electroquímico en voltaje y corriente, que
Tabla 3
Velocidades de corrosión de los inhibidores A y B y su eficiencia en los medios evaluados mediante
técnica de resistencia de polarización
V corr
(mm/año)
Inc. Medición U
n= 10, K= 2
 =0,05
Eficiencia
 (%)
Blanco I a 30-34 °C (1)
0,026044
±0,01259
-
(1)+0,25 % inhib A
0,016183
±0,00602
35
(1)+0,5 % inhib A
0,022031
±0,00189
15
Blanco II a 30-34° C (2)
0,087447
±0,05467
-
(2)+0,25 % inhib A
0,035827
±0,00862
59
(2)+0,5 % inhib A
0,034772
±0,00489
60
(2)+1 % inhib A
0,004141
±0,00097
95,0
(2)+ 2 % inhib A
0,002777
±0,00123
96,7
Blanco III a 30-34 °C (3)
0,044420
±0,00490
-
(3)+0,25 % inhib (B)
0,08268
±0,03975
No inhibe
(3)+0,5 % inhib (B)
0,01655
±0,00253
63,8
(3)+1 % inhib (B)
0,014158
± 0,00137
69,4
(3)+2 % inhib (B)
0,0023
± 0,00149
94,8
Ensayos
55
-250
-0,00025
-200
-0,0002
-150
-0,00015
-100
-0,0001
-50
-0,00005
0
Dens. Corriente (mA/cm 2)
El comportamiento del ruido en potencial y corriente para
la condición de Blanco III con inhibidor B al 2% a la
temperatura de 30-34 °C, dio como resultado, que no
existieran saltos significativos de la magnitud en la condición
ensayada. La tendencia del potencial es hacerse más
negativo, en cambio, para el blanco de esta condición (agua
de preparación de ácido sulfúrico nueva) se obtienen valores
más positivos de potenciales (figura 8).
Potenciales (mV)
en corrosión, aparece comúnmente como eventos discretos
que se asocian al crecimiento y muerte de picaduras. En el
ensayo correspondiente al Blanco I a temperatura entre 30 y
34 °C, se observan variaciones de potencial relacionadas
con descensos de dicha magnitud, seguidas de
recuperaciones exponenciales concernientes a eventos
localizados o formación de capas pasivas que se rompen,
características del material que se evalúa al ponerse en
contacto con el agua de preparación de H2SO4. (figura 5)
También se analiza por la misma técnica, la condición
de Blanco II a temperatura entre 30 y 34 °C sin y con
inhibidor A a 0,25 % de concentración. Con relación a
los potenciales se observan fluctuaciones de dicha
magnitud y su tendencia es hacia valores más positivos,
las densidades de corriente en dicha condición son más
bajas que en el sistema inhibido (figura 6).
Se presentan descensos de potenciales y recuperación
exponencial propia de eventos localizados en el acero
inoxidable objeto de investigación. Además, se aprecia un
ligero desplazamiento a potenciales más positivos con
respecto al no inhibido (figura 7).
0
0
62 124 186 248 310 372 434 496 558 620 682 744 806 868 930 992
Tiempo (s)
Potenciales Blanco II T 30-34 inhib0.25%
Dens. Corriente Blanco II T30-34 inhib 0.25%
Fig. 7. Ruido en corriente y potencial del Blanco II +0,25%
inhibidor A a temperatura 30-34 °C
-0,00035
-0,0003
-370
-360
-0,00025
-350
-340
-0,0002
-330
-320
-310
-300
-0,00015
-0,0001
-0,00005
-290
-280
Dens. Corriente (m A/cm 2)
Potenciales (m V)
-390
-380
0
0
62 124 186 248 310 372 434 496 558 620 682 744 806 868 930 992
Tiempo (s)
Potenciales Blanco I T30-34
Dens. Corriente Blanco I T 30-34
Fig. 5. Ruido en corriente y potencial del Blanco I a temperatura
de 30-34 °C (Inhibidor A)
- 1,00E-04
- 5,00E-05
Potenciales (mV)
-300
0,00E+00
-250
5,00E-05
-200
1,00E-04
1,50E-04
-150
2,00E-04
2,50E-04
-100
3,00E-04
-50
3,50E-04
0
Dens. Corriente (mA/cm 2)
-350
Posteriormente, se procedió a determinar el índice de
localización de picaduras (LI) [11], por la misma técnica para
corroborar el tipo de corrosión mediante la siguiente ecuación:
LI = i / Irms
4,00E-04
0
62 124 186 248 310 372 434 496 558 620 682 744 806 868 930 992
Tiempo (s)
Potenciales Blanco II T30-34
Dens. Corriente Blanco II T 30-34
Figura 6: Ruido en corriente y potencial del Blanco II a
temperatura 30-34 °C
56
Fig. 8. Ruido del potencial en el Blanco III con inhibidor B al 2 %
a temperatura de 30-34°C
donde:
LI: Índice de localización de picadura.
i: Desviación estándar en potencial o corriente.
Irms: Raiz media cuadrada.
El parámetro establece que con valores superiores a 0,6
existe corrosión localizada, mientras que a valores cercanos
a 1,0 plantea el predominio de este tipo de corrosión. Para
el caso que se estudia, se comprueba que se manifiesta la
corrosión localizada, ya que el parámetro establecido dio
como resultado 0,979 (tabla 4).
Ta b la 4
Índ ic e d e lo c a li za c ió n d e p ic a d ura (L I)
V a lo re s d e L I
Ti p o s d e c o rro s i ó n
M á xi m o
M ínim o
L o c a li za d a
1 ,0
0 ,1
M ixta
0 ,1
0 ,0 1
0 ,0 1
0 ,0 0 1
U nifo rm e
1
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Lo g i (mA/cm 2 )
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
Potenciale s (mV)
Fig. 9. Curva de polarización (Cyclic Sweep) del Blanco II a
temperatura de 30-34 °C
Barrido cíclico (Cyclic Sweep)
Se realizó un barrido cíclico de -256 mV a 1200 mV en el
Blanco II a la temperatura de 30-34 °C. Se definen claramente
las zonas activo-pasivo de dicha aleación y no existe zona
de transición, lo que es característico del acero inoxidable
que se estudia. Es necesario destacar que la aleación se
encuentra activa cuando se mide el potencial de corrosión
(-256 mV), valor a partir del cual se comienza a polarizar el
material (figura 9).
La aleación se comporta como un metal activo-pasivo en
las condiciones de ensayo pero su potencial de corrosión lo
desarrolla en la zona activa del diagrama E vs log I.
En las demás condiciones estudiadas, no fue posible
obtener otras curvas de polarización porque se contó con
un solo sensor electroquímico (no disponibilidad del material).
La técnica polariza en un rango de potenciales al material y
no se logra restablecer su condición inicial para proceder a
las otras condiciones de ensayo.
CONCLUSIONES
1. La corrosión intensa que experimenta la aleación objeto
de estudio es del tipo localizada, causada por factores
internos presentes en el material, independientemente de la
velocidad de agitación y el contenido de cloruros en el agua.
2. La aleación se comporta como un metal activo-pasivo
en las condiciones de ensayo pero su potencial de corrosión
lo desarrolla en la zona activa del diagrama E vs log I.
3. El producto evaluado A por la técnica electroquímica
LPR, no es ef iciente en las concentraciones de
0,25 y 0,5 %, pero a 1 y 2 % exhibe las mejores eficiencias
(95 y 96, 8%) en la inhibición del proceso de corrosión de la
aleación que se investiga. El inhibidor B no es eficiente a la
concentración de 0,25 % pero a 2 % logra su mejor
resultado (94 %).
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America, Taylor and Francis Group, 2007, pp. 4, 102.
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electrochemical measurements. ASTM G-3: 2003, 9 pp.
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Standard Guide for electrochemical noise measurement.
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propiedades mecánicas. Editorial Academia Española.
ISBN: 978-3-659-05394-8. Disponible en http:/www aceros
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15. SCHWEITZER, Philip A. Fundamentals of corrosion.
Mecanism, causes, and preventative methods, United
States of America. Taylor and Francis Group, 2010,
pp. 32-35. ISBN 978_959_7107_33_9.
AUTORES
Ingeniera Química, Máster en Corrosión, Investigadora III,
Laboratorio de Corrosión, Centro de Investigaciones del
Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba
Ingeniera Química, Máster en Corrosión, Investigadora II,
CEINPET, La Habana, Cuba
Ingeniero Químico, Especialista III, Laboratorio de Corrosión,
CEINPET, La Habana, Cuba
Yichsy Rivera Beltrán
Ingeniera Metalúrgica, Especialista III, Laboratorio de
Corrosión, CEINPET, La Habana, Cuba
Electrochemical Evaluation of Corrosion Inhibitors to
Austenistic Stainless Steel
Abstract
The use of corrosion inhibitors is one of the most universal methods, and diffused for the protection of
metals, because they reduce substantially the corrosion losses when they are added in small
concentrations. At the present work it was carried out the electrochemical tests evaluation of two
inhibitors, A and B, to be used in the chemical cleanings for trays of heat interchanger, which are
suffering thickness losses until its perforation. By the chemical composition analysis, it was
demonstrated that the metal is an austenistic stainless steel and by electrochemical tests of linear
polarization resistance, electrochemical noise and cyclic sweep, were demonstrated the localized
corrosion. The best efficiency of the inhibitor A was obtained with one and two percent concentration,
while the inhibitor B shows values efficiency near 95% with two percent concentration.
Key words: corrosion, austenistic stainless steel, inhibitors
58
INGENIERÍA QUÍMICA
Hidrólisis química y digestión anaerobia
termofílica de la fracción orgánica de
los residuos sólidos urbanos
Artículo Original
Elina Fernández Santana
Ilona Sárvári Horváth
Escuela de Ingeniería, Universidad de Borås Suecia
Resumen
La hidrólisis de las macromoléculas que componen la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos, puede ser llevada a acabo por métodos químicos, físicos y biológicos, teniendo todos como
objetivo el desdoblamiento de las moléculas complejas en unidades monoméricas más simples. De
esta manera se mejora la degradación de la materia orgánica y se hace más eficiente el proceso de
obtención de biogás por vía anaerobia. En el trabajo se aplican métodos químicos utilizando como
reactivos hidróxido de sodio (NaOH) y peróxido de hidrógeno (H2O2). La demanda química de oxígeno
soluble (DQOs), el rendimiento máximo de metano y la velocidad de producción del mismo fueron
parámetros empleados para evaluar la efectividad de los métodos. Se logró incrementar la degradación del residuo permitiendo, mediante un análisis comparativo, determinar las mejores condiciones
de trabajo para esta etapa y su posterior incidencia en la generación de biogás, específicamente en el
metano.
Palabras claves: pretratamiento químico, hidrólisis química, biogás, metano
Recibido: 8 de abril del 2013
INTRODUCCIÓN
En los últimos tiempos, el hombre ha comenzado a
ocuparse de los problemas medioambientales debido a su
acelerado deterioro. Por tal motivo se hace cada vez más
importante el conocimiento de los mecanismos que rigen la
interacción humana-medio ambiente y las tendencias de
cambio del planeta. Anualmente se producen millones de
toneladas de residuos sólidos que no disponen de un
tratamiento adecuado. En vez de pensarse en soluciones
que cierren el ciclo de vida y ser devueltos a la tierra, se
destinan de forma indiscriminada a contaminar el entorno.
"La complejidad de estos residuos impone el estudio de
métodos alternativos que contribuyan a mejorar la eficiencia
del proceso subsiguiente de estabilización, reconociéndose
que el paso limitante es la etapa de hidrólisis del material
orgánico complejo". La hidrólisis de las macromoléculas que
componen los diferentes residuos sólidos, puede ser llevada
a cabo por métodos químicos, físicos y biológicos, teniendo
todos como objetivo el desdoblamiento de las moléculas
complejas en unidades monoméricas más simples, para de
esta forma, aumentar la degradación de la materia orgánica
y hacer más ef iciente el proceso de digestión
Hidrólisis química y digestión anaerobia termofílica de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos
anaerobia [1]. El fenómeno antes expuesto se pone de
manifiesto también cuando se estabilizan lodos residuales
secundarios por vía anaerobia donde resulta la hidrólisis de
los sólidos suspendidos la etapa más complicada. El motivo
es para este caso la presencia de exopolímeros que forman
parte del floculo [2].
Actualmente Suecia es uno de los países, que a nivel
mundial, se destaca en la producción de biogás. La planta
industrial Sobacken ubicada en la ciudad de Borås, desarrolla
este proceso a partir de residuos sólidos urbanos
provenientes de dicha urbe. Afectaciones en su rendimiento
determinan la necesidad de encontrar alternativas
económicamente factibles que garanticen mejorar la
eficiencia de generación del biogás.
Una variante muy utilizada es la hidrólisis alcalina o
pretratamiento alcalino, el que refiere la utilización de
soluciones alcalinas como por ejemplo NaOH, hidróxido de
calcio (Ca(OH)2) o amoniaco (NH3) para eliminar lignina, parte
de hemicelulosa y de manera eficiente la accesibilidad de la
enzima a la celulosa se incrementa. Este método puede ser
ejecutado a bajas temperaturas pero en un tiempo muy
prolongado y altas concentraciones de base. Los
pretratamientos con NaOH pueden ser clasificados como
de alta concentración y baja concentración. En estos últimos
específicamente con porcentajes de NaOH entre 0,5 y 4 se
usan altas temperaturas y presiones. El NaOH a altas
temperaturas desintegra la lignina y la hemicelulosa,
eliminándola de la fase sólida. En el caso del pretratamiento
con concentraciones elevadas considerándose porcentajes
de NaOH entre 6 y 20, se aplican bajas temperaturas y se
trabaja a la presión atmosférica [3], [4].
Estudios realizados muestran la eficacia de ácido sulfúrico
(H2SO4), NaOH, H2O2 y ozono (O3) en pretratamientos para
la conversión enzimática de tallo de algodón. En estos se
determinó que el pretratamiento con NaOH resultó el de
mejores niveles de delignificación con un 65 % empleando
2 % de NaOH en 90 min., a una temperatura de 121°C y la
conversión de celulosa fue de 60,8 % [5]. El pretratamiento
con NaOH puede obtener mayor proporción de conversión
enzimática de celulosa comparado con el empleo del
pretratamiento con H2SO4 [6]. Además, el pretratamiento
básico es el método más efectivo en la ruptura de las cadenas
de esteres entre la lignina, hemicelulosa y celulosa, evitando
la fragmentación del polímero de hemicelulosa [7]. Este
pretratamiento básico también se ha usado en la producción
de biogás, por ejemplo, en el tratamiento de lodos con
0,3 g NaOH/ g sólido volátil (SV) a 130 °C por 5 min.,
obteniéndose entre un 40 y un 50 % de solubilización de
sólidos volátiles y más de un 200 % de mejoras en la
producción de metano.Un tratamiento similar por 5 g/kg de
NaOH en residuos sólidos urbanos ha mejorado en un 35 %
la formación de biogás [7].
Un pretratamiento con NaOH fue aplicado a paja de maíz
con el objetivo de ser empleada para la obtención de biogás
por vía anaerobia. La combinación reactivo-sustrato fue
60
de 8 % peso de NaOH. Se demostró la efectividad que posee
este reactivo químico en la ruptura de estructuras
lignocelulósicas, obteniéndose una disminución de un
2,83 % de lignina, 14,11 % de celulosa y un 15,88 % de
hemicelulosa. De esta forma la producción de biogás se
incrementó en 207 % lo cual supera en 16,58 % a la
producción que se logra con la paja de maíz que no recibe
pretratamiento con NaOH [8]. También se ha investigado la
efectividad del hidróxido de sodio en el tratamiento de pulpa
de papel previo a la digestión anaerobia. La concentración
óptima del reactivo químico fue de 8 g de NaOH/100g de
sólidos totales (ST) de pulpa. En estas condiciones se logra
un incremento de la solubilización del residuo expresado en
términos de la demanda química de oxígeno soluble (DQOs)
de 83 %. La digestión anaerobia para las condiciones óptimas
del pretratamiento reportaron 0,34 m3 CH4/kg de SV eliminado,
siendo muy superior a la producción de la muestras sin
pretratar (183,5 %) [9]. "En particular la hidrólisis alcalina es
el más barato y efectivo método químico disponible en
términos de capacidad de solubilización" [7].
Otro método utilizado es la hidrólisis alcalina con adición
de peróxido. En este método la lignocelulosa es absorbida
en agua con pH ajustado (pH 11-12 empleando NaOH) y
H2O2 a temperatura de cuarto (21°C) por un período de tiempo
(6-24 h). Empleando pretratamiento con peróxido alcalino a
paja de trigo puede ser convertido a azúcar fermentable con
un excelente rendimiento de 97 % por sacarificación
enzimática [10]. En otro reporte se muestra que un
tratamiento de peróxido alcalino diluido (7,5 % H2O2, v/v;
pH 11,5; 35°C; 24 h) es un método efectivo para pretratar
cáscara de arroz, resultando una conversión casi completa
de 96% de cáscara de arroz a azúcar después de la hidrólisis
enzimática [11]. Se ha aplicado una combinación de
pretratamientos físico (explosión de vapor) con el
pretratamiento peróxido alcalino lográndose incrementar la
solubilización de un residuo lignocelulósico y mejorado la
producción de biogás en un 107 % [12].
El presente trabajo tiene el objetivo de aplicar dos
pretratamientos químicos basados en el empleo de hidróxido
de sodio y la combinación de este con peróxido de hidrógeno.
De esta manera se pretende incrementar la biodegradación
de la fracción orgánica de un residuo sólido urbano sintético
y mejorar el rendimiento de metano que se obtiene en la
digestión anaerobia del mismo.
La investigación se desarrolla en la universidad sueca de
Borás. Teniendo en cuenta la complejidad de los residuos
sólidos urbanos y la manera de colectar una muestra
representativa, se prepara un residuo sintético en el
laboratorio. Dicho residuo se elabora mezclando
manualmente los componetes según datos de composición
de los residuos que se reciben en la planta de biogás
Sobacken ubicada en la ciudad. La composición física media
por componentes del residuo se reporta en la figura 1. El
contenido de sólidos totales (ST) es de 36,38 %, el de sólidos
volátiles (SV) fue de 68,77 % referidos a los ST. La DQOs
obtenida es de 3120 mg/L.
Yosvany Díaz Domínguez - Elina Fernández Santana - Ilona Sárvári Horváth - Susana Rodríguez Muñoz
Fig.1. Composición media en porcentaje del residuo sintético
Pretratamientos y sistema experimental
La hidrólisis alcalina se desarrollará en una autoclave que
garantiza los valores de temperatura de 100, 110 y 120 oC
para que ocurra la hidrólisis química por acción de NaOH,
suministrado en concentraciones de 2 y 4 g/L. El tiempo del
pretratamiento es de 10 min.
El pretratamiento alcalino con adición de peróxido de
hidrógeno se lleva a cabo en una zaranda con un nivel de
agitación constante de 122 rpm y a temperaturas de 21 y
50 oC. Se emplea el NaOH y se combinará con el H2O2 a una
concentración de 3 g/L de dos formas, una simultánea donde
se ponen en contacto al mismo tiempo con el residuo por un
tiempo de 24 h y la otra manera es consecutiva donde el
residuo entra en contacto por 24 h con el NaOH y luego de
transcurrido ese tiempo se pone en contacto con el H2O2 por
otras 24 h.
La efectividad de estos pretratamientos se evaluará en
función del rendimiento de la solubilización, el que es
cuantificado a través del incremento de la demanda química
de oxígeno soluble (DQOs).Se aplican los métodos
estándares para las determinaciones de DQOs, sólidos
totales (ST) y sólidos volátiles (SV) [13]. Las experiencias
se llevaron a cabo en reactores de 100 mL de capacidad
efectiva a los cuales se les adicionó 100mL del residuo y
una concentración de reactivos químicos para cada uno de
ellos según el diseño de experimento. Cada reactor operó
en régimen discontinuo y en ausencia de oxígeno del aire.
Diseño estadístico
El experimento en la hidrólisis alcalina se concibió según
un diseño factorial 32 aleatorio con réplicas. Los factores
serán la concentración de hidróxido de sodio y la temperatura.
Los niveles fijados para la concentración de hidróxido de
sodio fueron de 0, 2 y 4 g/L y para la temperatura serán de
100, 110 y 120 oC. Para la hidrólisis alcalina con adición de
peróxido de hidrógeno el experimento se desarrolla de acuerdo
con un diseño factorial 22 con réplicas. Los factores serán la
temperatura y la forma en que se combina el hidróxido de
sodio con el peróxido de hidrógeno. Los niveles de estudio
de la temperatura son 21 y 50 oC y para la forma de
combinación de los reactivos se estudia la mezcla simultánea
y la consecutiva. Se emplea el programa STATGRAPHICS
Centurión, versión XV.
Digestión anaerobia. Método para la determinación
del potencial de metano de la fracción orgánica de los
residuos sólidos urbanos
Para la digestión anaerobia se aplica el método que
consiste en la incubación de una pequeña cantidad del residuo
en contacto con un inóculo activo de un proceso anaerobio,
realizándose la medición de la generación de metano. Las
mediciones del volumen de gas y la composición del mismo
se realizan periódicamente [14]. En el sistema experimental
se emplearon frascos de 118 mL. Se impone como régimen
de trabajo el discontinuo, o sea, se adiciona una cantidad
del residuo al recipiente donde estará en contacto con el
inóculo, después se cierra el sistema. De esta manera durante
el experimento no se suministrará más residuo. Se utilizó
un inóculo de la planta de biogás Sobacken que opera en
condiciones termofílicas de 55 oC. La operación se desarrolla
también en condiciones termofílicas preparándose blancos
para medir la generación de metano a partir del inóculo. Se
alimenta a los reactores, las muestras sin previo tratamiento,
f ueron pretratadas con NaOH a temperatura de
120 °C y la pretratada con la combinación simultánea de
NaOH y H2O2 a temperatura de 50 °C. La cantidad adicionada
de residuo fue 5 g (conteniendo 0,345 g SV) y 20 mL de
inóculo. La figura 2 muestra el sistema experimental.
Fig.2. Esquema del reactor experimental
Determinación de la potencialidad de CH4 teórica.
Actividad metanogénica específica (AME)
La determinación de la potencialidad teórica de metano
está basada en un método empírico que contempla los
porcentajes de grasas, proteínas y carbohidratos presentes
en el residuo. La caracterización del residuo en cuanto a
dichos componentes fue tomada a partir de estudios previos
para residuos domésticos. En este se considera que la
composición de dichos residuos es 20 % de grasas, 20 %
de proteínas y 60 % de carbohidratos. Teniendo en cuenta
lo antes expuesto y conociendo que para grasas se producen
0,85 m3 CH4 / kg SV, para proteínas es de 0,50 m3 CH4 / kg
SV y para carbohidratos es 0,40 m3 CH4 / kg SV entonces el
61
potencial teórico se puede calcular a través de la ecuación
1[15]:
 m3 CH4 
 %grasas * 
 %proteínas

 SV grasas
 m3 CH4 
%carbohidratos * 

 SV carbohiratos
CH4
teórico
 m3 CH4 
*


 SV proteínas
(1)
Siendo:
CH4 teórico: Potencialidad teórica de metano.
% (grasas, proteínas, carbohidratos): Porcentajes
presentes en el residuo.
m3CH4/SV: Producción de metano por kilogramo de sólido
volátil de grasas, proteínas y carbohidratos.
La AME se determina a partir de la siguiente expresión:
AME 
R
 FC V  SV  (g DQO-CH4/gSVd)
(2)
Siendo:
R: Velocidad de producción de metano. Valor de la
pendiente en el período de tiempo que se observa la máxima
velocidad (mLCH4/d).
CF: Factor de conversión de mLCH4 a g DQO (T= 55 °C,
FC aproximado a 350) [16].
V: Volumen del lodo (mL)
SV: Concentración de sólidos volátiles en el lodo (gSV/mL)
Hidrólisis alcalina: Al adicionar el agente químico, se inicia
la hidrólisis del residuo, es decir, el desdoblamiento de la
materia orgánica compleja, lo que se evidencia con el aumento
de la DQOs a los 10 min., de iniciado el proceso. Los resultados
alcanzados durante dicho pretratamiento, además de la
desviación estándar, se muestran en la figura 3.
Fig. 3. Efecto del tratamiento con NaOH en la DQOs a diferentes
temperaturas
62
Se demostró que el incremento de DQOs obtenido en el
pretratamiento alcalino para las diversas condiciones
evidenció diferencias significativas (95 % de confianza)
respecto a una muestra del residuo que no fue sometida a
pretratamiento. De acuerdo con los resultados anteriores,
se procedió a obtener un modelo que explicase el
comportamiento de la fracción orgánica de los residuos
sólidos urbanos, ante el pretratamiento químico, teniendo
en cuenta las condiciones experimentales estudiadas. Los
efectos se analizan a partir del diseño, donde se ha
particionado la variabilidad de la DQOs para cada uno de los
mismos. De esta manera se prueba la significación
estadística de cada efecto comparando su cuadrado medio
contra un estimado del error experimental. En este caso,
tres efectos tienen una probabilidad (valor-P) menor que 0,05,
indicando que son significativamente diferentes de cero con
un nivel de confianza del 95,0 %. Los resultados se aprecian
en la tabla 1.
Tabla 1
Probabilidad de los efectos significativos
Efectos e interacciones
P-valor  0,05
Concentración
0,000 1
Temperatura
0,000 3
Interacción Temperatura
0,004 2
El modelo obtenido solo tiene en cuenta los efectos que
influyeron significativamente, quedando representado por la
ecuación 3.
DQOs  34 445,80  (129,58  c 2 NaOH  )  (566,58 T ) 
(2,67 T 2 )(mg/L) (R2 =84,29%)
(3)
Siendo:
DQOs: Demanda química de oxígeno soluble (mg/L).
c : Concentración de NaOH (g/L).
T : Temperatura del pretratamiento (°C).
El estadístico R-Cuadrada indica que el modelo, así
ajustado, explica 84,29 % de la variabilidad en DQOs. Existe
un estudio realizado para incrementar la biodegradabilidad
de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos en
Cuba, empleando un pretratamiento químico con hidróxido
de calcio (Ca(OH)2). Las variables de estudio fueron la
concentración del Ca(OH)2 y el tiempo. El modelo tiene un
grado de ajuste, (R 2= 92,36 %) con un 95 % de
confianza [17]. Este resultado puede tomarse en cuenta para
inferir cuán cercano está el grado de ajuste del modelo
obtenido en el presente trabajo (independientemente de las
variables consideradas en cada uno).
EL mejor valor para la DQOs se obtiene para los valores
de temperatura y concentración más elev ados
(120°C y 4 g/L), lo que se corrobora con el modelo antes
expuesto. El resultado es 5 494,17 mg/L, demostrándose
que el grado de solubilización aumenta con el incremento
de la concentración del reactivo químico [18]. Además, la
temperatura favoreció este proceso pudiendo haber incidido
en la ruptura de las macromoléculas poliméricas. Este
supuesto está dado por el consumo necesario de energía
que se debe garantizar siempre que se desee romper enlaces
y por consiguiente romper una estructura.
Hidrólisis alcalina con adición de peróxido de
hidrógeno: En este experimento se adicionó el peróxido de
hidrógeno de forma combinada con el hidróxido de sodio. En
ambos casos se evidenció un incremento de la DQOs de
manera significativa ( 95 % de confianza). En la figura 4 se
muestran los resultados de la DQOs alcanzados además
de la desviación estándar.
Fig. 4. Efecto del tratamiento con NaOH y H2O2 a diferentes
temperaturas en la DQOs
De acuerdo con el diseño de experimento, la combinación
de los reactivos químicos NaOH y H2O2 es una variable
cualitativa que se considerará en el análisis solo para evaluar
la forma de aplicación de dicho pretratamiento. El efecto
simultáneo es el de mejores resultados. En cuanto a la
temperatura se obtiene el mayor incremento de la para los
50°C, teniendo un valor máximo de 6175 mg/L.
Digestión anaerobia
La digestión anaerobia se desarrolló durante un período
de 32 días. La potencialidad de metano teórica fue de
510 mL CH4/g SV y tomando en cuenta que la alimentación
realizada a cada digestor fue de 0,345 g SV, entonces el
valor será de 175 mL de metano. Los valores obtenidos para
el rendimiento máximo de metano (Ymáx) en cada muestra, el
rendimiento de metano para el octavo día de digestión y la
velocidad de producción de metano teniendo en cuenta las
réplicas se muestran en la tabla 2.
Como se observa en la tabla 2 el rendimiento máximo de
metano (cantidad máxima de metano que produce la muestra
durante la digestión) obtenido para todas las muestras se
encuentra en el mismo orden que el potencial teórico
determinado (510 mL CH4/g SV), existiendo valores
superiores e inferiores si se compara numéricamente la
producción de cada reactor con dicho valor teórico. Sin
embargo, no se evidencian diferencias significativas que
pudieran invalidar el criterio empleado en cuanto al contenido
de grasas, proteínas y carbohidratos con lo que fue calculado
el potencial teórico de metano anteriormente reportado. Las
muestras que manifestaron mayor rendimiento máximo de
metano fueron, las que no recibieron tratamiento (I) y aquellas
donde se aplicó NaOH (2 y 4 g/L) (III y IV). Para poder conocer
si el efecto de los pretratamientos aplicados fue significativo
en términos de obtener mayor cantidad de metano o
generarlo con mayor rapidez, se realizó un análisis estadístico
basado en la comparación del rendimiento de la muestra
que no fue tratada con cada una de las que sí lo fueron.
Estadísticamente se recurre a una comparación de dos
muestras pareadas. El estadístico empleado fue la prueba-t
y para todos los casos el valor-P fue mayor o igual que 0,05
con lo cual se demuestra que no existen diferencias entre
los valores de Ymáx. Por tal motivo se demuestra que el efecto
del pretratamiento no influye en el rendimiento máximo de
metano bajo las condiciones experimentales de este trabajo.
En la figura 5 se presentan las curvas de acumulación de
metano para todas las muestras, observándose que entre
los ocho y los diez días de comenzada la digestión anaerobia
el volumen de metano producido por las muestras excepto
las pretratadas de manera combinada con NaOH y H2O2
sobrepasan el 65 % del metano total que se produce. Los
valores exactos se exponen en la tabla 3.
Este es un resultado interesante pues se corrobora que
en este primer tiempo del proceso la producción es muy
elevada, obteniéndose para algunas muestras entre 70 y
80 % del total de metano producido. Por tal motivo se utiliza
el término Y8día para evidenciar la producción de metano en
ese tiempo. Si a esto se adiciona que los valores de
porcentajes de producción de metano expuestos en la tabla
3 son para este intervalo de tiempo (ocho y diez) más elevados
y que del día 12 en lo adelante comienzan a disminuir,
entonces se puede enfocar el efecto del pretratamiento a
estos primeros días de digestión en donde se ha generado
un alto porcentaje de metano. Haciendo uso del estadístico
t se realiza una comparación entre las cantidades de metano
generadas por las muestras que fueron tratadas con
2 y 4 g/L de NaOH y la muestra sin tratar, tomando como
base que a partir de lo expuesto en la tabla 3 las primeras
produjeron entre un 11 y 14 % más de metano que las últimas.
Se demostró que existe diferencia significativa entre la
muestra sin tratar y la tratada a 120°C y 4 g/L, ya que el
valor de t fue de -5,346 99 asociado a una probabilidad de
0,033 242 7que es menor que 0,05. De esta manera se puede
atribuir tal comportamiento al tratamiento previo del residuo
con NaOH, es decir, con la aplicación de este método se
incrementó la velocidad de generación de metano de la
fracción orgánica del residuo en estudio. En el caso del
tratamiento con 2 g/L NaOH a 120°C no evidenció diferencias
significativas.
63
Tabla 2
Resultados de la digestión anaerobia termofílica del residuo
Ymáx
(mLCH4/gSV)
Y8día
(mLCH4/gSV)
v (CH4)8día
(NmLCH4/gSV/d)
Tratamiento
media±DE*
media±DE*
media±DE*
I
592,31 511,73 585,15
563,06 ±
44,60
385,09 365,03
374,54
374,88 ±
10,03
48,13 45,62
46,81
46,85 ±
1,25
II
557,17 505,09 502,54
521,60 ±
30,83
354,22 336,22
349,99
346,81 ±
9,41
44,27 42,02
43,74
43,34 ±
1,17
III
540,86 530,22 563,44
544,84 ±
16,96
402,30 429,14
432,77
421,40 ±
16,64
50,28 53,64
54,09
52,67 ±
2,08
IV
507,03 552,52 517,99
525,84 ±
23,74
419,14 430,92
422,45
424,17 ±
6,07
52,39 53,86
52,80
53,01±
0,75
V
503,00 546,89 446,65
498,84 ±
50,24
94,77
58,25
84,54 ±
22,96
11,84 12,57
7,28
10,56
2,86
100,62
donde:
Ymáx: Rendimiento máximo de metano.
Y8día: Rendimiento de metano día ocho de la digestión.
v (CH4)8día: Velocidad de producción de metano día ocho de la digestión.
I: Muestra sin tratar.
II: 0 g / L NaOH, 120°C.
III: 2 g / L NaOH, 120°C
IV: 4 g / L NaOH, 120°C
V: 2 g / L NaOH, 3 g / L H2O2, 50°C.
En el caso de las muestras pretratadas con la combinación
DE*: Desviación estándar.
Fig.5.Volumen de metano (NmL) acumulado en el tiempo
Ta b la 3
P o rc e nta je d e vo lum e n d e m e ta no a lo s o c ho d ía s
d e d i g e s ti ó n
% Vol
I
II
III
IV
V
6 6 ,5 7
6 6 ,4 8
7 7 ,3 4
8 0 ,6 6
1 6 ,9 4
donde:
% Vol: Relación V(CH4)8día / V(CH4máx).
I: Muestra sin tratar.
II: Muestra 0 g / L NaOH, 120°C.
III: Muestra 2 g / L NaOH, 120°C.
IV: Muestra 4 g / L NaOH, 120°C.
V: Muestra 2 g / L NaOH, 3 g / L H2O2, 50°C.
64
NaOH y H2O2, la velocidad de producción de metano se
mostró afectada presentando un valor bajo de 10,66 NmL
CH4/gSV/d como promedio (el más bajo de todos). Este
comportamiento pudo corroborarse cuando se determinó el
metano producido a los ocho días, el que resultó ser de
aproximadamente un 17 %. Tales resultados pueden estar
relacionados probablemente con la presencia de H2O2 en
las muestras en el momento de la digestión anaerobia, pues
en la fase de pretratamiento se procedió adecuadamente
con la adición de dicho reactivo al medio, garantizándose
que el pH estuviera entre los valores de 11 y 12, de esta
forma se evita que su carácter oxidante sea acentuado,
fenómeno que se favorece en medio ácido. En cuanto a los
digestores también fue ajustado el pH a valores entre 7,5 y 8
antes del proceso. Cuando se detiene la digestión al cabo
de los 32 días se vuelve a medir este parámetro en cada
digestor sin reportarse cambios en cuanto al intervalo de
valores antes mencionado. Es probable que la cantidad de
peróxido de hidrógeno adicionada en el pretratamiento no
fuese consumida totalmente, quedando una cantidad que
afectó posteriormente a los microorganismos, prolongándose
la fase de adaptación de los mismos. Además, se debe tener
en cuenta que la temperatura en este experimento fue de
50°C por debajo de la temperatura de ebullición del H2O2
(126°C), con lo cual no se espera que se haya favorecido la
descomposición del reactivo. No obstante, el rendimiento
de metano máximo obtenido para dichas muestras fue de
499 NmL CH 4 como promedio, bastante cercano al
rendimiento de las demás muestras, demostrándose que no
existen diferencias significativas en cuanto a rendimiento
máximo de metano.
El otro parámetro que se calculó fue la actividad
metanogénica específica, en este caso para la muestra
donde se logró incrementar de manera significativa la velocidad
de producción de metano. El resultado obtenido fue de
0,134 g DQO-CH4/g SV d para la muestra pretratada superior
a 0,103 g DQO-CH4/g SVd para la muestra que no se sometió
a ningún tratamiento. Este parámetro es un indicador de la
velocidad con que se produce el metano, complementándose
de esta forma los resultados antes analizados.
CONCLUSIONES
• Se demostró que los dos pretratamientos químicos con
el empleo de NaOH y la combinación de NaOH con H2O2
son alternativas favorables para incrementar la solubilización
de la fracción orgánica del residuo sintético.
• Las condiciones óptimas en términos de maximizar la
DQOs se obtuvieron para pretratamiento con hidróxido de
sodio: concentración de NaOH: 4 g/L y temperatura:
120 ° C. Pretratamiento con adición de peróxido de hidrógeno:
combinación: simultánea y temperatura: 50 ° C.
• Se demostró que es posible mejorar la velocidad de
generación de metano a los ocho días de comenzada la
digestión anaerobia en las muestras tratadas con NaOH de
concentración 4 g/L a 120° C.
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AUTORES
Ingeniero Químico, Máster en Ingeniería Ambiental, Instructor, Departamento de Fundamentos Químicos y Biológicos,
Facultad de Ingeniería Química, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana ,Cuba
Elina Férnandez Santana
Ingeniera Química, Doctora en Ciencias Técnicas,
Profesora Titular, Departamento de Química, Facultad de Ingeniería Química, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba
Ilona Sárvári Horváth
Ingeniera Química, Doctora en Microbiología (Doctora en
Ciencias Biológicas), Profesora Titular, Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería Química, Escuela
de Ingeniería, Universidad de Borås Suecia
Ingeniera Química, Doctora en Ciencias Técnicas,
Profesora Auxiliar, Centro de Ingeniería de Procesos (CIPRO),
Facultad de Ingeniería Química, Instituto Superior Politécnico
José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana ,Cuba
Chemical Hydrolysis and Thermophilic Anaerobic Digestion of
Organic Fraction of Municipal Solid Waste
Abstract
The hydrolysis of the macromolecules that compose the organic fraction of municipal solid waste can
be taken for chemical, physical and biological methods, having all as aim the unfolding of the complex
molecules in simplier monomer. Thereby the degradation of organic matter is enhanced and results
more efficient the process of biogas via anaerobic. Chemical pretreatments were employed in the work
using sodium hydroxide (NaOH) and hydrogen peroxide (H2O2) as reagents.The soluble chemical
oxygen demand (COD), the maximum methane yield and the methane rates production were used to
evaluate the pretreatment actions. The degradation of the waste was able to be increased by allowing
a comparative analysis to determine the best working conditions for this stage and subsequently its
impact in the generation of biogas, methane specifically.
Key words: chemical pretreatment, chemical hydrolysis, biogas, methane
66

Vol 5, No 1 (2014) - Revista Cubana de Ingeniería

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