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Lunes, 11 Abril 2022 00:00

Cifrado simétrico de Vernam Aplicado a cualquier tipo de archivo

M.Sc.Hebner Mario Olmos Cárdenas 

RNI.96626 

591-76163116 Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. 

Abstract. In this article, describes the aplicatión of the Vernam’s encryption, based on this algorithm used an key pseudo-random, to encrypt or decipher any type of file, applying the Object Pascal programming language, is possible show the algorithm operation for didactic pourposes. 

Keywords :PSeudo-random,encrypt,Object Pascal.

Resumen 

Este artículo, es un trabajo que presenta los resultados obtenidos de la implementación del método de cifrado de Vernam, correspondiente a criptografía – tipos y criptografía aplicada. La aplicación de esta investigación arrojó como resultado el cifrado y descifrado de cualquier tipo de archivo, sujeto al lenguaje de programación Objetct Pascal bajo el entorno del Lenguaje Delphi; se implementó un programa que sea capaz de cifrar un archivo y descifrarlo, en base a una clave pseudoaleatoria, de esta manera es posible demostrar dos resultados: por un lado, la vulnerabilidad de la seguridad de los archivos en el sistema operativo y por otro que es concerniente a esta investigación, la aplicación del método Vernam, por medio del programa en ejecución realiza su objetivo, cabe aclarar que este trabajo de investigación, va con fines pedagógicos. 

Palabras.Clave:Pseudoaleatorio,Cifrado,Object Pascal 

1 Antecedente 

En 1917 Gilbert S. Vernam, nativo de Broklyn e ingeniero del MIT, trabajaba en los laboratorios de AT&T, diseñó un dispositivo criptográfico para comunicaciones telegráficas basado en los 32 códigos Baudot de los teletipos desarrollados por su compañía. Los códigos Baudot representan los caracteres del lenguaje con cinco elementos que pueden ser el espacio o la marca( el cero y el uno) diseñado para transmisiones telegráficas. Este cifrador, que tuvo una gran aplicación durante la primera guerra mundial, basa su seguridad en el secreto de una clave aleatoria que se supone tan larga como el mensaje y que luego de usarse debería destruirse. Cada carácter M, se representa con 5 bits en código Baudot que suma OR exclusivo con la correspondiente clave ki de una secuencia binaria aleatoria. De esta forma, el cifrador de Vernam genera un flujo de bits de texto cifrado[1].  

Para la operación de descifrado se utiliza el mismo algoritmo por la propiedad involutiva de la operación OR exclusivo : 

2 Problema  

Con la finalidad de realizar pruebas en base a esta técnica de cifrado Vernam, se logró desarrollar un programa a manera de romper la seguridad en el acceso de los archivos, bajo el sistema operativo Windows, dando a lugar la vulnerabilidad de los archivos a la exposición de un programa capaz de cifrarlos y descifrarlos, poniendo a prueba el cifrado de Vernam. Una semejanza en la operatividad a esta investigación, es el conocido malware: “secuestro de datos” o Rasomware, que restringe el acceso a los archivos solicitando un rescate a cambio de quitar la restricción[2].    

Según el preámbulo el problema se determina con la siguiente interpelación. 

¿Cuál es la manera de implementar el cifrado simétrico de Vernam, para vulnerar el acceso a un archivo común, aplicando el lenguaje de programación Object Pascal? 

3 Objetivo  

Comprobar el cifrado simétrico de Vernam para, vulnerar el acceso de un archivo común, aplicando el lenguaje de programación Object Pascal.  

4 Métodos  

Una herramienta importante para alcanzar el objetivo, es  por medio del lenguaje de programación object Pascal de Delphi2. 

De esta manera se diseñó el programa, empleando el desarrollo de aplicaciones rápidas “RAD”3, para obtener una interfaz adecuada.  

5 Desarrollo  

El código se basa principalmente en el cifrado de Vernam, considerando: 

  • Un array de tipo byte con un tamaño de 4096 K, para el tamaño del archivo. 
  • Un archivo Origen, para obtener su contenido  bit a bit, y un archivo Destino para complementar con el cifrado o descifrado. 
  • Una CLAVE pseudoaleatoria, que asegura el conjunto de números aleatorios que se utilizan en ese rango de 232 números pseudoaleatorios, para codificar o decodificar en binario a partir de los 256 carateres del código ASCII. 

Los Pasos a determinarse en el algoritmo son: 

  1. Apertura y lectura de un archivo 
  2. Cargar al Buffer(Array de tipo byte) el conjunto de caracteres correspondientes del archivo. 
  3. Calcular en el proceso repetitivo hasta el tamaño del archivo, en base a la tabla lógica: Tabla 1: Tabla lógica XOR 

    A XOR B 

  4. Obtener en base a la operación XOR, en el Buffer los caracteres codificados o decodificados correspondientes al rango de la clave pseudoaleatoria, dentro de las estructuras repetitivas. 

  5. Escribir el archivo cifrado o descifrado. 

6. Experimentos 

La interfaz comprende tres botones importantes (Abrir, Cifrar y Descifrar); y un grupo de etiquetas para mostrar las propiedades del archivo e información relevante: 

Imagen 1. GUI principal. 

 

6.1 Lectura y cifrado del archivo 

Archivo de texto Prueba1.txt, mostrando el contenido antes de cifrarlo.  

 

Imagen 2 .Archivo abierto con Bloc de notas

Archivo de texto Prueba1 cifrado.4 

 

Imagen 3 .Archivo cifrado, abierto con Bloc de notas 

Experimento con un archivo ImagenPrueba.png, mostrando en el visualizador de Windows. 

Archivo ImagenPrueba.png cifrado, mostrando con el visor de Windows.

 

Imagen 5 . Archivo cifrado en vista previa.

7. Conclusión 

Al comprender la analogía del  cifrado de Verman e implementarlo de manera correcta en el lenguaje de programación; se puede observar la eficiencia del método, en base a las pruebas el programa puede ser capaz de cifrar sin  importar el tipo de archivo, pues como se opera a nivel de bit, los archivos no pierden contenido y tampoco son susceptibles los metadatos del archivo, pues al descifrarlos vuelven a su contenido original, de esta manera la estructura se mantiene. Si el programa se opera de mala manera es posible cifrar archivos del sistema operativo dañando la estabilidad del S.O por completo, es por ello que el trabajo se orienta, más, de manera didáctica. En este sentido las funciones que corresponden al cifrado y descifrado, respectivamente, se exponen en los apéndices I y II  del presente trabajo. 

Apéndice I  

Código del evento del Botón cifrar, que contiene el código fuente aplicando el cifrado de Vernam. 

procedure TForm1.cifrarClick(Sender: TObject); 

procedure Cifra(Ori,Dest: string; CLAVE:integer);   

{ Ori: Ruta y Nombre del Archivo original   

  Dest: Ruta y Nombre del Archivo encriptado }   

const 

     MAXBUFFER        = 4096;  //4k de buffer;

    var 

     Buffer           : array[1..MAXBUFFER] of byte;     

     Origen, Destino  : TFileStream;     

     n, Leidos        : integer;   

     begin 

     Origen 

    := TFileStream.Create(Ori,fmOpenRead+fmShareDenyWrit

    e); 

     Destino :=TFileStream.Create(Dest,fmCreate); 

     RandSeed:=Clave; 

     try 

       repeat 

         Leidos:=Origen.Read( Buffer[1],MAXBUFFER );         

         for n:=1 to Leidos do begin 

           Buffer[n]:=Buffer[n] XOR Random(256); 

         end; 

         Destino.Write(Buffer[1],Leidos);//Escribiendo el archivo       

         until (Leidos < MAXBUFFER); 

     finally       

        Origen.Free;       

        Destino.Free;     

     end;     

        DeleteFile(ori); 

       RenameFile(RUTA+'V'+NOMBRE,ori); 

     end;

begin 

       //Origen , V-Destino    V Vernam 

   Cifra(Archivo,RUTA+'V'+NOMBRE,CLAVE); 

   LMsg.Caption:='Archivo Cifrado'; 

   Limpiar;

end; 

Apéndice II  

Evento del Botón descifrar, que contiene el código fuente. 

Procedure TForm1.descifrarClick(Sender: TObject); 

   procedure Descifra(NombreCifrado: 

string;CLAVE:integer); 

   type 

     ByteBuffer       = array[0..9999999] of Byte; 

   var 

     PByteBuffer      : ^ByteBuffer;      Origen           : TMemoryStream; 

     n                : integer;    begin 

     Origen:=TMemoryStream.Create; 

     try 

       Origen.LoadFromFile(NombreCifrado); 

       RandSeed:=CLAVE;        PByteBuffer:=Origen.Memory;        for n:=0 to Origen.Size do begin 

      //Decodificando según la clave y cargando al puntero asociado al Buffer 

         PByteBuffer^[n]:=(PByteBuffer^[n] xor 

Random(256)); 

       end; 

       Origen.Seek(0,soFromBeginning);     

    finally     

      Origen.Free;     

    end; 

   end;

   begin 

   Descifra(Archivo,CLAVE);    EncriptarClick(Sender); 

   LMsg.Caption:='Archivo Descifrado'; 

   Limpiar;

end;  

Apéndice III 

Mostrando los archivos: Prueba1.txt e Imagenprueba.png cifrados en el Explorador de archivos, se observa por la presentación previa el archivo de imagen no muestra el contenido como corresponde. 

 

Bibliografía 

  1. Aguirre, J.R. Aplicaciones Criptográficas: Libro Guía de la Asignatura Seguridad Informática. Escuela Universitaria de Informática Universidad Politécnica de Madrid . (Enero 1998), pp.180-182. 
  2. Castellote M. y Ruiz de Angeli G. y Podestá A. y Lamperti S.Ransomware:Seguridad, investigación y tareas foresnses. SID, Simposio Argentino de Informática y Derecho. Universidad FASTA, Ministerio Público de Provincia de Buenos Aires, Argentina.(Noviembre 2017).pp.135-148. 
  3. Introducción a la Programación Object Pascal con RAD Studio Delphi XE, Ofimega Academies.(Septiembre 2019).pp 41-42. 
  4. Hernandez, R., Fernandez, C.,Baptista, M. Metodología de la Investigación. México D.F.Mc Graw Hill.W. 2017. 

El contenido y los conceptos emitidos en los artículos son de exclusiva responsabilidad de sus autores y no necesariamente reflejan la posición de la Sociedad de Ingenieros de Bolivia. 

Lunes, 04 Abril 2022 00:00

ESTRATEGIA AMBIENTAL PREVENTIVA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA (PML)

Autora: Ing. Sarela Valerie Villarroel Herrera. 

World Economic Forum, 2021, analiza en su informe de Riesgos Globales los potenciales riesgos y adversidades derivadas de la incertidumbre actual que enfrentamos y seguramente enfrentaremos en el futuro, en este informe se puede observar que los riesgos globales han transitado de aspectos económicos hacia los ambientales donde cuatro de los siete riesgos más impactantes son ambientales (Ver Figura 1).

 

Figura 1 Principales riesgos globales según nivel de probabilidad 2021. 

       Fuente: World Economic Forum, 2021. 

Esto demuestra la percepción generalizada de que los riesgos ambientales (en especial los climáticos) vienen afectando nuestra manera de vivir. Globalmente, el sector privado y los gobiernos están implementando medidas para reducir los efectos del cambio climático, en línea con el compromiso del acuerdo de París, resaltando la importancia y necesidad de ser gestionados oportunamente para evitar catástrofes futuras. La inacción podría conllevar a una materialización negativa en los próximos años. 

Actualmente, los consumidores han desarrollado una conciencia ambiental consecuente con los problemas que el planeta está enfrentando, prefiriendo estar informados sobre el producto que adquieren y escogiendo el que genere menor impacto en el medio ambiente. Por esta razón, se incrementó la preocupación de las organizaciones por gestionar riesgos ambientales y mitigar los impactos negativos al mínimo posible conduciendo a que las empresas innoven en sus procesos para ser más competitivos y contribuir al desarrollo sostenible del país. 

Una buena opción para introducir innovaciones al Sistema de Gestión Ambiental (SGA) que sean de carácter preventivo, generen soluciones ambientales y beneficios para la organización, es desarrollar estrategias de Producción Más Limpia. 

La Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial [ONUDI], (s.f) define que la Producción Más Limpia (abreviado como PML), es la aplicación continua de una estrategia ambiental preventiva integrada a los procesos, productos y servicios para aumentar la eficiencia global y reducir los riesgos para los seres humanos y el medio ambiente. 

Las organizaciones mayormente manejan el enfoque de tecnología al Final-del-Tubo direccionando sus esfuerzos de mitigación del impacto negativo ambiental hacia el tratamiento y/o disposición final de sus desechos, siendo una práctica que si bien es eficaz en minimizar el impacto ambiental (si se aplica correctamente), incrementa los costos y no genera utilidades. En cambio, tener un enfoque de PML incrementa la eficiencia en el manejo de recursos, reduciendo costos y aumentando las utilidades de la organización, pero requiere mayor capital de inversión para su implementación (Ver Figura 2). La PML no sólo trata el síntoma, sino que trata de llegar a la fuente del problema para solucionarlo, manteniendo un enfoque de innovación y mejora continua en la organización. 

Denotar que implementar PML también contribuye a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), aumentando la reputación social empresarial de la organización que lo aplique, del que pueden derivar estrategias interesantes hacia prácticas ambientales conscientes. 

Figura 2. Enfoque piramidal de PML vs Tecnología al Final-del-Tubo Fuente: Centro de Promoción de Tecnologías Sostenible [CPTS], 2005. 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

Centro de Promoción de Tecnologías Sostenibles. (2005). “Guía Técnica General de Producción más limpia”. [Archivo PDF].  

Organización de las Naciones Unidad para el Desarrollo Industrial. (s.f). 

“Introducción a la Producción más limpia”. [Archivo PDF]. 

World Economic Forum. (2021). “The global risks report 2021”. https://www.weforum.org/reports/the-global-risks-report-2021 

El contenido y los conceptos emitidos en los artículos son de exclusiva responsabilidad de sus autores y no necesariamente reflejan la posición de la Sociedad de Ingenieros de Bolivia. 

Lunes, 28 Marzo 2022 00:00

SISTEMAS REGIONALES DE CALIDAD Y SU IMPORTANCIA CON LAS ACTIVIDADES PRODUCTIVAS BOLIVIANAS

El presente Artículo describe la relación e importancia que existe entre los Sistemas de Calidad Regionales y cómo estos deben interactuar con el aparato productivo nacional.

  1. INTRODUCCIÓN.

A partir de la comprensión de la Infraestructura de la Calidad en Bolivia [1], a nivel regional existen Sistemas de Calidad similares, los cuales, a pesar de ser tratados por instancias gubernamentales nacionales y extranjeras, guardan estrecha relación y pueden impactar con las empresas nacionales, por lo que resulta relevante tomar conocimiento de los mismos.

    • DEL ACUERDO DE OBSTÁCULOS TÉCNICOS AL COMERCIO (OTC)

El Acuerdo de OTC de la Organización Mundial del Comercio (OMC), entre sus objetivos considera que los Reglamentos Técnicos (RTs) y los procedimientos de evaluación de la conformidad no sean discriminatorios ni creen obstáculos innecesarios al comercio, así como la facilitación al comercio, transparencia y la creación de un entorno comercial previsible [2]. Para el caso de Bolivia el Acuerdo fue ratificado por la Ley 1637 del 05/07/1995.

  • DEL SISTEMA ANDINO DE LA CALIDAD (SAC) DE LA COMUNIDAD ANDINA – CAN

Actualmente el SAC se encuentra bajo la Dirección General 1 de la estructura de la CAN, y está normado bajo el marco de la Decisión 850 [3]; asimismo, el mencionado Sistema tiene por objeto: facilitar el comercio intra-subregional, a través de la mejora en la calidad de los productos, y la eliminación de obstáculos técnicos innecesarios al comercio, para lo cual está conformado por las actividades de Normalización Técnica, Acreditación, Evaluación de la Conformidad, Reglamentación Técnica y Metrología las cuales repercuten y son aplicables a todos los productos que se fabriquen o comercialicen en la Subregión Andina [4], en ese sentido, Bolivia como miembro pleno de la CAN debe aplicar las normativas que emanen del SAC.

  • DEL SUB GRUPO DE TRABAJO (SGT) N° 3 DEL MERCADO COMÚN DEL SUR – MERCOSUR

MERCOSUR es un proceso de integración regional integrado por Argentina, Brasil, Paraguay y Uruguay [5], para el caso de Bolivia, éste se encuentra en proceso de adhesión, por lo que puede participar de las reuniones de MERCOSUR con derecho a voz

Dentro de MERCOSUR se encuentra el Grupo Mercado Común (GMC) que tiene bajo su tuición al Subgrupo de Trabajo (SGT) N° 3 de Reglamentos Técnicos y Evaluación de la Conformidad [6], cuyo objeto es el de elaborar Reglamentos Técnicos MERCOSUR (RTM) y Procedimientos MERCOSUR de Evaluación de la Conformidad (PMEC), armonizados entre todos los países miembros para evitar OTCs y que faciliten la libre circulación de las mercancías. El SGT N° 3 tiene Comisiones de Trabajo, que elaboran RTs para su cumplimiento obligatorio; tales como: Alimentos, Metrología, Industria Automotriz, Juguetes, Evaluación de la Conformidad, Seguridad de Productos Eléctricos, Gas y Bicicletas.

Como se mencionó anteriormente, en la actualidad existen Sistemas de Calidad Regionales tales como el SAC y el SGT N° 3, los cuales si bien cuentan con estructuras diferentes, persiguen objetivos similares, ambos en el marco del Acuerdo OTC, estableciendo así medidas regulatorias de productos, considerando para ello características técnicas para la fabricación y/o importación de los mismos dentro del comercio entre países, sin embargo, debe destacarse que los RTs elaborados a lo interno de los bloques económicos CAN y MERCOSUR, deben ser cumplidos tanto por los fabricantes nacionales de los países miembros, como por los productos de importación, aunque estos provengan de países no pertenecientes a dichos bloques, dando cumplimiento a los principios del Acuerdo.

En ese sentido, es importante que los fabricantes nacionales dentro del territorio boliviano tomen conocimiento de las medidas regulatorias que van siendo elaboradas por el SAC y el SGT N° 3, en los diferentes ámbitos y rubros, a fin de evitar conflictos en el cumplimiento de los estándares de calidad o procedimientos de evaluación de la conformidad requeridos en los RTs.

Bajo ese marco, existen portales por los cuales las empresas, industrias y demás interesados pueden acceder a información de medidas regulatorias que van siendo trabajadas en los diferentes sistemas, las cuales son:

Para RTs de la CAN: http://extranet.comunidadandina.org/sirt/public/index.aspx

Para RTMs: http://www.puntofocal.gov.ar/mercosur_sgt_subgrupo.htm

Asimismo, las empresas pueden participar en la elaboración de los RTs coordinando con las Instancias Gubernamentales cabezas de sector correspondientes.

  • Bolivia como miembro pleno de la CAN y adherente de MERCOSUR, forma parte del SAC y del SGT N° 3 por medio de sus Instancias Gubernamentales, participando en la elaboración de RTs cuya aplicación es obligatoria.
  • Las empresas nacionales pueden participar en la elaboración de RTs tratados tanto en el SAC como en el SGT N° 3, como parte enteramente técnica y entendida en la elaboración de sus productos los cuales, aunque no sean exportados deberán aplicar los estándares de calidad exigidos para su comercialización en el mercado local.
  • Las empresas pueden tomar conocimiento y presentar consultas a las medidas regulatorias en su etapa de proyecto por medio de los portales de consulta a cargo de la Instancia Gubernamental correspondiente.
  1. BIBLIOGRAFÍA.

 

El contenido y los conceptos emitidos en los artículos son de exclusiva responsabilidad de sus autores y no necesariamente reflejan la posición de la Sociedad de Ingenieros de Bolivia. 

Lunes, 15 Noviembre 2021 00:00

USO DEL HORMIGON DE ALTO PERFORMANCE EN LA CONSTRUCCION DE EDIFICIOS

La investigación.

De un tiempo a esta parte, los grandes incrementos en la densidad poblacional además de los grandes requerimientos comerciales en la ciudad de Cochabamba, han hecho necesaria la construcción de grandes edificaciones para permitir que las mismas que sirvan como descargo a las zonas comerciales de la ciudad, y tomando en cuenta que hace años nuestro país ha recibido un incremento considerable del costo del acero de construcción el subió hasta un 250% aproximadamente en tiempos cortos lo cual me ha motivado a encontrar alternativas técnicas que nos permitan como ingenieros ofrecer unas alternativas técnicas para la construcción de edificios medios y altos aplicados a nuestro medio.

Ante dicho antecedente he realizado en primera instancia la investigación correspondiente a la aplicación de Hormigones de Alto Performance bajo la conceptualización de que los mismos poseen características mecánicas que suelen llegar a adquirir resistencias a compresión superiores a los 400 kg/cm2 cuando se necesitan altas resistencias finales, los mismos pueden tener tamaños máximos de áridos de 40 mm o 20 mm y su aplicación den solicitar con niveles de confianza de 80%, 85%, 90% o 95%.

La premisa del uso de los HAP tuvo la hipótesis de obtener menores secciones de los elementos estructurales a compresión (columnas) ante la mayoración de sus resistencias mecánicas sin afectar la ductilidad general del edificio, esta disminución de secciones en cada uno de los casos deberá ocasionar un gran incremento en la rigidez de la estructura, pero de igual manera representará una disminución en el peso y el costo de la edificación, tomando en cuenta que entre mayor sea la resistencia de las columnas menor será su sección además de la cantidad de acero.

Esta investigación se ha realizado analizando en el edificio más alto del país el cual esta ubicado en la ciudad de La Paz y es denominado Edificio Girasoles el cual dispone en su construcción 38 niveles más terraza, la edificación cuenta con más de 30.000 metros cuadrados, con una Altura de 109 metros.

C:\Users\HP\Desktop\Torre-Girasoles-1.jpg

Dentro de la investigación se ha utilizado un software el cual ha sido validado y presentado de acuerdo a los requerimientos de titulación del departamento de Posgrado de la Escuela Militar de Ingeniería; dentro de lo propuesto de ha realizado la modelación de dicha estructura de acuerdo a definiciones de carga detalladas para este tipo de edificaciones según el ASCE/SEI 7-05 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, la normativa de diseño ha sido regida por la norma ACI 318-05 con la que se han considerado las combinaciones de carga definidas según su norma además la aplicación de la norma boliviana de cargas 1225002, norma boliviana de vientos 1225003 además de las recomendaciones de la Norma Boliviana Sismo resistente 2006 y los boletines del observatorio de San Calixto de la Ciudad de La Paz.

 

Durante la investigación, se había definido que el elemento principal de estudio de optimización son las columnas con sus diferentes características de resistencia mecánica del hormigón, es en ese aspecto realizando el análisis de dichos elementos y previa introducción de datos al simulador estructural evaluamos los factores principales de variación con el incremento de resistencias mecánicas, los factores variables de consideración evidentes en el manejo hormigones de alto performance que vienen relacionados a su tensión deformación es por esa razón que determinamos el módulo de elasticidad y su correspondiente coeficiente de poisson son los elementos que determinaremos para cada modelación según las resistencias mecánicas propuestas con hormigones de tipología H21, H25, H30, H40, H50 Y H60. 

 

Del analisis se ha constatado que los factores de esabilidad, rigidez y resisencia han sido verificados en cada reduccion del modelo de optimizacion estructural estando siempre dentro de un marco de confiabilidad del 75 al 85% de acuerdo a los diagramas de interaccion de los elementos criticos de todas las combinaciones de carga analizadas.

         

 

De los parametros comparativos de estudio se han tabulado los resultados entre las diferentes resistencias mecanicas del hormigon en los elementos de optimizacion, y los mismos han sobre pasado lo estimado en cuanto niveles de optimizacion de las secciones de los elementos analizados los cuales han definido estructuras mas ligeras e igual de resistentes sin embargo tambien mas economicas tal cual se ha definido en los resultados del siguiente diagrama.

 

Su obtención como desarrollo practico.

Dentro del ámbito practico, para la obtención de HAP en nuestro medio se han podido validar diferentes investigaciones que son consideradas como guías para la obtención de hormigones hasta 60 Mpa con agregados propios de canteras locales los cuales han sido registrados mediante cantidad de ensayos de roturas de cilindros los cuales en su mayoría han sido parte de la investigación en campo cada uno de ellos usando aditivos de diferentes características los cuales han permitido la obtención de Hormigones de Alto Performance con el cual se deja claro la posibilidad real de contar  con resistencias altas para su aplicación real en nuestro medio.

La aplicación real de HAP en la construcción edificios.

La construcción de los edificios de la Villa Olímpica Sudamericana se ha convertido en la oportunidad adecuada para la aplicación de Hormigones de Alto performance en la construcción de edificios, ya que la aplicación de dichos parámetros de investigación teórica han sido manejados para que puedan ser aplicados de acuerdo a las hipótesis ya definida en etapas previa, sin embargo al no poder aplicarlos dentro del modelo de optimización de disminución de secciones de columnas se ha procedido a la mayoración de resistencias en los elementos de análisis para disminuir los tiempos de ejecución de cada uno de los niveles de construcción.

El factor controlado de la obtención de este tipo de hormigones ha estado de la mano de la tecnología en cuestión de equipos y maquinaria además de aditivos de la línea Euco Quimisa los cuales han respondido a las exigencias de las solicitaciones de la obtención de hormigones de calidad desde el inicio de proyecto.

Los objetivos de inicio de proyecto han sido definidos en la disminución de los tiempos de ejecución y se ha realizado la regulación de las dosificaciones para el hormigonado de columnas, las cuales de acuerdo a los registros de seguimiento y monitoreo estructural cumplían con los requerimientos de resistencia promedio de 40 Mpa. 

Dicha ejecución de proyecto con la empresa Estrutec en su etapa de obras civiles ha originado que la aplicación práctica de esta investigación ocasione la ejecución de vaciados de losas cada 5 días en promedio, otorgándonos un alto grado de confiabilidad en sus resultados de seguimiento y que el uso de los aditivos nos han podido manifestar resistencias a 3 días vaciados dichos elementos entre 150 y 170 kg/cm2 de acuerdo a pruebas de ensayos de esclerometría realizados por lo que se generó la confianza suficiente para poder continuar con una planificación en función a dar cumplimiento a una aplicación de Hormigones de Alto Performance en la Construcción de estos edificios en la Villa Sudamericana. 

Con la aplicación práctica de esta investigación se puede determinar que se ha dado un paso enorme sobre el uso de Hormigones de Alto Performance en la construcción, a continuación, se muestra un resumen de su construcción además de las características de dicha edificación.

 

INFORMACION SOBRE CONSTRUCCION DE EDIFICIOS VILLA OLIMPICA 

DESCRIPCION

descripcion

unid

TIEMPO DE CONSTRUCCION POR PISO

5

DIAS

AREA SUPERFICIE 

425

M2

HORMIGON POR PISO PROMEDIO x edificio

85.13

M3

TIEMPO DE DESENCOFRADO VIGAS x promedio

12

DIAS

TIEMPO DE DESENCOFRADO COLUMNAS

24

hrs

CANTIDAD DE PISOS

13

Niveles

FECHA DE INICIO HORMIGONES

29/12/2016

Losa radier

FECHA DE INICIO HORMIGONES

14/01/2017

PRIMERA LOSA

FECHA DE CONCLUSION DE ULTIMA LOSA

07/04/2017

RESISTENCIA PROMEDIA A LOS 5 DIAS

240.67

Kg/cm2

TIEMPO DE CONSTRUCCION DE LOSAS

14/01/2017

83 dias CONSTRUCCION DE OBRA GRUESA DESDE SEMISOTANO

TIEMPO DE CONSTRUCCION DE LOSAS

07/04/2017

TIEMPO DE CONSTRUCCION DE HORMIGON

29/12/2016

97 dias CONSTRUCCION DESDE LOSA RADIER DEL EDIFICIO 

TIEMPO DE CONSTRUCCION DE HORMIGON

07/04/2017

RESPONSABLES TECNICOS 

ING. DENNIS TORRICO

SUPERINTENDENTE DE OBRA

 

Conclusiones.

Se concluye con la generación particular de la relación existente entre el peso (costo) de una estructura y su variación con el número de pisos, y se ha podido generar la curva de sensibilidad y optimización de los hormigones de Alto Performance en edificios de gran altura además de observar que la optimización es  considerable en cuanto se refiere a la optimización de secciones de las columnas de hormigón convirtiéndola en una estructura más ligera y por ende más económica; además que dentro del análisis de los hormigones de alto performance y sus correspondientes variaciones de resistencias mecánicas se verifico que la ductilidad del edificio no ha sido afectada por la variación de las resistencias mecánicas de columnas, pero si bien se disponen secciones más optimas se ha observado que los desplazamientos horizontales en los coronamientos de los análisis de cada modelo es ligeramente mayor, esto debido a que las secciones a resistencias mayores son más esbeltas.

Dentro de su proceso de verificación real y su aplicación en la construcción de los edificios de la Villa Olímpica Sudamericana, el haber trabajado con HAP en las columnas ha ocasionado el haber realizado una construcción más rápida en su ejecución, esto debido a las altas resistencias mecánicas del Hormigón a edades tempranas y la seguridad de contar con factores controlados de seguridad y confiabilidad en la construcción.

Se espera que la aplicación de este tipo de procedimientos pueda ser mejorados e innovados en la construcción de edificios en nuestro medio, y volvernos no solamente pioneros del uso y aplicación de Hormigones de Alto Performance en edificios sino la punta de lanza para la mejorar los índices de construcción es edificios altos en nuestro país.

 

 

MSc. MBA. Ing. Dennis Torrico Arauco

Magister en Ingeniería Estructural

Master en Dirección de Proyectos  

 

Domingo, 05 Septiembre 2021 00:00

EL ALINEAMIENTO DE MÁQUINAS ES GANANCIA DE DINERO Y TIEMPO

RESUMEN

Esta idea surge al ver las necesidades en las industrias, para formar a nuevos profesionales con conocimientos tanto teóricos y prácticos, que encaren los desafíos que se presentan y no se tengan que esperar a profesionales del exterior y con una remuneración elevada. Viendo todas estas necesidades se plantea una nueva materia, “Montaje y Alineamiento de las Máquinas”, pudiéndose implementar esta materia en las carreras de ingeniería y técnico superior, así  también capacitar al personal técnico y dar a conocer a los empresarios sobre las ventajas y desventajas del alineado en las máquinas,  conociendo esto vean que su empresa puede funcionar con menos detenimientos, generando un ahorro en el consumo de energía eléctrica, aumentando la vida útil de los componentes de las máquinas, generando más confianza en los clientes. La encuesta  hecha acerca del tema respalda en gran porcentaje 90,9%, muestran la necesidad de implementarse de acuerdo a los avances tecnológicos.

Palabra clave: Practica el Alineamiento de máquinas y tendrás más tiempo, menos gastos, más  producción.

INTRODUCCIÓN

El propósito del tema propuesto es hacer notar a empresarios industriales, a encargados de montaje y mantenimiento, a directores de las facultades técnicas,  la necesidad de abordar  “Montaje y Alineamiento de Máquinas Industriales”, para contribuir a solucionar los problemas en las industrias  para el correcto funcionamiento de las máquinas y que el incorrecto funcionamiento no afecten en la economía de las empresas por los constates paros y gastos que ocasiona tanto en repuestos y personal.

Las carreras tecnológicas son aptas para capacitar a los nuevos profesionales, a mejorar el rendimiento de las máquinas, aminorar el consumo de energía eléctrica, evitar dependencia de técnicos extranjeros que tienen cotizaciones altas, mejorar los ingresos a favor de las industrias.

Se tienen estudios y equipos de alineamiento generalmente en las empresas fabricantes y en países con alta tecnología, en el país es de escaso conocimiento de la cabalidad del alineamiento, se cuentan con manuales en la que no son incluidos la parte de alineamiento con detalle más, a pesar de la existencia de estos guías no son tomados o interpretados a cabalidad el alineado. 

Figura 1. Método: A regla, B reloj comparador y C rayos laser

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MÉTODO 

Análisis de los factores que afectan la vida útil en  las máquinas, personal, empresarios y universidad, se muestra en la tabla siguiente: 

MÁQUINAS

PERSONAL TÉCNICO

1. Excesivos ruidos. 2. Mantenimiento constante. 3. Paradas repentinas. 4. Excesivo consumo de energía eléctrica. 5. Calentamiento

1. No capacitado. 2. Escasa diligencia. 3. La mayoría empíricos

EMPRESARIOS

UNIVERSIDADES e INSTITUTOS

1. Escasa motivación por mejorar la vida útil. 2. Desconocimiento sobre alineación. 3. Pérdida económica. 4. Mayores gastos.5. Incumplimiento en las entrega

1. Falto de materias útiles para empresas. 2. Alumnos muy teóricos. 3. Falto de docentes con experiencias prácticas. 4. Carreras de las universidades  no van a la par con el avance tecnológico.

 

Identificar y analizar todo lo concerniente y formar profesionales, capacitar técnicos en alineamiento de máquinas y dar a conocer a los empresarios la importancia del alineamiento de máquinas  para que puedan ver las ventajas y desventajas que tiene y sacar el provecho ofreciendo mejor servicio a la clientela de un determinado producto a la vez evitando mayores gastos en mantenimiento de las máquinas y mayores montos de pago por consumo de energía eléctrica.

RESULTADOS

El porcentaje elevado de los resultados 90,9%, indican que el tema es aceptado de acuerdo a las encuestas realizadas, cabe aclarar que las personas encuestadas son del área conocedores de la industria, esto indica que se debe implementar el tema a la malla curricular y abrir centros de capacitación para personas que ya se desempañan en el área de mantenimiento en las industrias.

 

CONCLUSIONES

En función a los resultados de la encuesta y a la experiencia adquirida en la fábrica, en base a los comentarios realizados por los compañeros de trabajo, en base a la resistencia ofrecida por algunos trabajadores por realizar cambios en su modo de actuar para solucionar un problema de una máquina, etc., se ve que es una necesidad, para mejorar el rendimiento de las máquinas en las industrias y dar oportunidad a los nuevos profesionales de contar con una especialidad para el desempeño.

 

Autor: Ing. Javier Vedia Pacheco

 

 

Lunes, 30 Agosto 2021 00:00

SINERGIA ELECTROQUIMICA DE MATERIALES CATÓDICOS NMC622 Y LMO-Mg PARA BATERIAS DE ION LITIO

El principal objetivo de este trabajo de investigación es generar conocimiento aplicado al desarrollo de materiales activos que podrían ser utilizados como cátodos o electrodos positivos en baterías de ion litio. 

Las baterías de ion litio son la alternativa más atractiva y realista para el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía eléctrica a gran escala que permiten la implantación general de las fuentes de energía renovable, así como la consolidación del vehículo eléctrico. No obstante, es necesario la identificación de nuevos materiales para los electrodos (materiales activos) que mejoren las prestaciones de estas baterías sin aumentar el coste y respetando los principios de sostenibilidad. Por tanto, entre los objetivos de este trabajo de investigación es contrastar y desarrollar cátodos mixtos eficientes para baterías de ion litio que permitan incrementar la energía y la potencia, así como la vida útil de estos dispositivos, minimizando el impacto medioambiental asociado a su fabricación, utilización y posterior reciclado.

Se realizaron evaluaciones electroquímicas sobre el comportamiento del material catódico simple y compuesto en una celda de ion litio. Por otra parte, en la investigación se analizaron las propiedades físicas, tales como la importancia del tamaño de partícula del material activo, análisis granulométrico del cátodo y el efecto con ultrasonido de la suspensión catódica para determinar el desempeño electroquímico de las baterías de ion litio. Los cátodos de NMC622: LMO-Mg fueron desarrollados a partir de una mezcla del material activo (NMC622: LMO-Mg), aditivo conductor (TIMCAL C45) y solución aglutinante (PVdF+ NMP) en una proporción de 9:0.5:0.5. 

La caracterización electroquímica de las coberturas catódicas de composición simple y compuesta de los materiales catódicos NMC622 y LMO-Mg ha sido realizada mediante ciclos de carga y descarga y medición de espectroscopia electroquímica de impedancia (EIS).

Finalmente se diseñó un prototipo de celda y módulo de ion litio con la celda de mejor rendimiento electroquímico mediante el software denominado BatPac v2.2.

La mezcla física de materiales de los electrodos positivos ofrece muchas posibilidades a los investigadores y fabricantes de baterías de ion litio, ya que las deficiencias de un material se pueden compensar y mejorar con las ventajas de otro. Lo más interesante es que a menudo la mezcla funciona mejor de lo esperado debido a una interacción sinérgica entre los materiales. Se requiere una comprensión completa de estos efectos sinérgicos, para impulsar la tecnología de las baterías de ion litio hasta donde sea posible.

Palabras claves: sinergia, baterías, electroquímica, sostenible, ion litio, cátodo.

Autor: Ing. Daniela Roselyn Rodríguez Guzmán

RNI: 41569 

Lunes, 09 Agosto 2021 00:00

Resultados preliminares sobre diseño comparativo de hormigón prefabricado y hormigón vaciado in situ

RESUMEN 

El presente artículo muestra los resultados preliminares del proyecto de trabajo final del  Máster en Ingeniería del hormigón “Universidad Politécnica de Valencia”, sobre la  aplicación de hormigón prefabricado en Bolivia. Se realizó un diseño comparativo con una  unidad educativa ya construida en el País con el método de vaciado in situ para  posteriormente evaluar los resultados mediante impacto económico, ambiental y social.  Hasta la fecha se obtuvo los volúmenes de obra determinando una excedencia de 4.01%  de cemento y 4.35% de acero en el hormigón prefabricado, en ambos casos menor al 5%  de significancia denotando el bajo impacto ambiental y económico que representaría un  método constructivo más rápido y seguro. 

ABSTRACT 

This article shows the preliminary results of the final project of the Master in Concrete  Engineering “Polytechnic University of Valencia”, on the application of precast concrete in  Bolivia. A comparative design was carried out with an educational bulding already built in  the country with the classical on site construction to later evaluate the results through  economic, environmental and social impact. To date, the work volumes have been  obtained determining an excess of 4.01% of cement and 4.35% of steel in the precast  concrete, in both cases less than 5% of significance, denoting the low environmental and  economic impact that a faster and safer construction method would represent. 

Palabras clave: Prefabricado, comparativo, económico, ambiental. 

Año: 2021 Bolivia

I. Introducción

El sistema prefabricado de hormigón es un  método de diseño y construcción muy utilizado  en países industrializados, permite una  ejecución rápida, controlada y con bajo  porcentaje de residuos o pérdidas de material.  En Bolivia la mayoría de las construcciones de  hormigón son mediante el método tradicional  vaciado in situ, por lo cual si bien hablar de  industrialización es prematuro, la realización  de diseños comparativos nos permite apreciar las bondades y dificultades de estructuras de 

hormigón prefabricado en el país. Este tipo de  proyectos formarían parte de los primeros  peldaños en nuestro largo camino a la  industrialización.  

II. Metodología

A. Modelación estructural

La comparación fue realizada para la Unidad  Educativa tipo “San Gabriel” construida en el  departamento de Cochabamba. El diseño  consistió en modelar la estructura con la ayuda  de Cypecad respetando las cargas de diseño  originales y los volúmenes de hormigón  construidos. Se utilizaron losa nervada en 1 y  2 direcciones, columnas con secciones de  35x35, 40x40 y 25x40cm, vigas de 20x60,  25x60 y 30x25cm. 

Posteriormente se realizó una segunda  modelación para un sistema prefabricado con  nudo rígido y la utilización de losa hueva  pretensada LH 22/60 con un empotramiento  máximo de 25%. Columnas con secciones de  30x30, 35x35 y 40x40cm, vigas rectangulares de 20x40cm, “L” invertidas de 30x30 +  15x30cm, “T” invertidas de 35x35cm +  15x30cm. Asegurando un apoyo de 10cm para  la losa hueca recomendado por la F.I.B. [1]. En  ambos casos se tomó en cuenta la acción del  viento y se despreció acción sísmica. 

B. Análisis bajo factores de sostenibilidad

Uno de los objetivos del proyecto es  comparar ambas modelaciones bajo factores  económico, ambiental y social. Hasta la fecha  de elaboración del artículo se obtuvo los  volúmenes de obra para la comparativa,  dejando el cronograma de ejecución y  emisiones de CO2 totales para la finalización  del proyecto.  

 III. Resultados y discusión. 

En la tabla No1 se resume los volúmenes  obtenidos hasta la fecha de las modelaciones. 

Ho. In situ 

Ho. Prefabric.

Tipo 

Ho. 

(m3)

Ac.  

(kg)

Ho. 

(m3)

Ac.  

(kg)

Viga 

212,4 

13736 

177,9 

16523

Colum. 

65,7 

6577 

60,7 

6948

Escal. 

19,7 

1269 

19,7 

1367

Total 

297,8 

21582 

258,3 

24838

Tabla No 1: Valores obtenidos 

En base al artículo “Desperdicios vs control de  los materiales” [2] y tomando en cuenta la  disminución de desperdicio que representa el  hormigón prefabricado se obtuvieron los  valores finales (ver tabla No2). 

Desperdicio  Hormigón

Desperdicio  

Acero

Tipo 

15%* 

5%** 

18%* 

7%**

Ho (m3) 

342,4 

271.2 

-

bolsas 

2397 

2441

Ac. (kg) 

25467 

26577

*Hormigón in situ, ** Hormigón prefabricado Tabla No 2: Valores incluyendo desperdicio 

Para expresar el volumen de hormigón a bolsas de cemento se tomó en cuenta que el  modelo vaciado in situ tiene una resistencia  característica de 21MPa y el modelo de  hormigón prefabricado tiene 30MPa  representado 2 bolsas de cemento más en la  dosificación. La diferencia entre ambas  modelaciones resulta de 44 Bolsas.  Si tomamos en cuenta 6m3 de volumen que  representa las ménsulas de apoyo constructivo  en hormigón prefabricado se tiene 98 bolsas. En porcentaje, 98 bolsas de cemento  representan 4.01% de excedencia y 1110 kg  de acero (siendo la diferencia de acero entre  vaciado in situ y prefabricado) representa  4.35% de excedencia. Ambos casos menores  al 5%. Si hablamos en dinero, 98 bolsas y  1110 kg representan alrededor de 10.000bs. 

 IV. Conclusiones

  • Desde el punto de vista ambiental el  hormigón prefabricado representaría más  materiales y por lo tanto mayor emisión de  CO2 pero también lo suficientemente bajo para  no ser considerado abrasivo con el  medioambiente, más aun si tomamos en  cuenta que en un ambiente industrial  controlado los desperdicios son menores. 
  • Económicamente la excedencia es  aparentemente mayor, pero si tomamos en  cuenta la disminución en los tiempos de  ejecución y personal en obra que representa la  prefabricación, la excedencia se invierte  transformándose en ahorro económico. 
  • Socialmente la prefabricación representa  un ambiente seguro y controlado para el  bienestar de los obreros y disminuye las  molestias a los vecinos al disminuir el tiempo  de ejecución. 

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1]. FIB Bulletin 74 (2014), Planning and design  handbook on precast building structures,  International Federation for Structural  Concrete, Switzerland. 

[2]. Lucio Soilbelman. (2010).” Desperdicios vs  el control de los materiales”. Instituto Mexicano  del cemento y del concreto, México.

AUTOR: Ing. Cristian Mario Estrada Plata

RNI: 31001

Viernes, 23 Julio 2021 00:00

USO DE COAGULANTES EXTRAÍDOS DE LA NARANJA Y EL LIMÓN EN EL TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

RESUMEN 

La presente investigación tiene como principal objetivo evaluar la  efectividad de los coagulantes naturales a base de pectina líquida extraída de  cáscaras de naranja y limón para el tratamiento de agua potable. Estos  coagulantes al ser considerados como polímeros naturales aniónicos son  capaces de captar además de partículas coloidales a metales pesados como ser  plomo, cinc, cadmio, cobre, etc. 

En este trabajo se analiza la remoción de turbiedad en agua proveniente  de una fuente natural con alta turbiedad, mediante el proceso de coagulación floculación-decantación usando pectina de naranja, de limón y de una  combinación de ambos y además sulfato de aluminio para su posterior  comparación, considerando su caracterización. En base a la fundamentación  teórica, se plantea un diseño experimental de siete factores variando la dosis de  coagulante, concentración de coagulante, pH, velocidad de floculación, tiempo  de floculación, velocidad de decantación y tiempo de sedimentación, este  análisis se realiza mediante el ensayo de Prueba de jarras, para determinar los  valores óptimos de dichos factores. 

La pectina obtenida del limón si bien muestra ser el coagulante natural  más efectivo entre los analizados, obteniendo una eficiencia del 94% de  remoción de turbiedad, éste se encuentra por debajo del porcentaje de remoción  del coagulante sintético sulfato de aluminio, cuya efectividad es del 99%.  Tomando en cuenta que este proceso está acompañado de tratamientos  posteriores, los resultados obtenidos llegan a ser óptimos para que el agua bruta  seleccionada logre cumplir con los criterios establecidos de agua potable, una  vez que se realice la sucesión adecuada de tratamiento. 

En cuanto a los costos de producción de los coagulantes naturales, en  comparación con el costo de adquisición del sulfato de aluminio, se infiere que,  para la obtención de pectina, si las materias primas se adquieren de reciclaje, el  gasto llega a ser casi nulo, caso contrario, tomando en cuenta los procesos de 

obtención, se tiene un valor parecido al precio de adquisición del coagulante  sintético sulfato de aluminio. 

Palabras claves: Agua potable, turbiedad, coagulante, pectina de limón, pectina  de naranja.

AUTOR: ANDREA NICOLE RODRIGUEZ OPORTO

RNI: 46463

Viernes, 23 Julio 2021 00:00

PRODUCTO DEL MAL ESTADO DE NUESTROS PAVIMENTOS SE EMITE UN 9.44% ADICIONAL DE CO2 EN LA ATMÓSFERA

¿Sabías que, tan solo para mitigar ese 9.44% adicional de CO2 necesitaríamos más de 75000 árboles? ¿Y sabías que, nuestro municipio tan solo cuenta con 34000 árboles? 

Un vehículo liviano de combustión interna emite en promedio alrededor de 143 gramos de dióxido de carbono CO2 por  Kilómetro de recorrido según estudios de la AEMA (Agencia Europea De Medio Ambiente), estos valores son en  condiciones ideales es decir en caminos que tengan una calidad aceptable. Pero si tú te desplazas por caminos de mala  calidad, la cantidad de emisiones de CO2 será más alta comparado con los 143 gramos que emitías en un principio.  ¿Pero cuánto es esta cantidad adicional de CO2 que tú emites por circular en caminos de mala calidad? Es justamente el  objetivo de esta investigación.  

La calidad de los pavimentos está directamente relacionada con el consumo de combustible y por lo tanto con las  emisiones de dióxido de carbono. Si tu manejas a velocidad constante en superficies irregulares, el sistema de suspensión  del vehículo produce un mayor movimiento debido a estas irregularidades, en otras palabras el trabajo mecánico  disipado en el sistema de suspensión del vehículo es mayor comparado con una superficie sin irregularidades, lo que  significa una mayor disipación de energía afectando la resistencia al rodamiento, el hecho de necesitar mayor energía  para moverte significa que todo el trabajo mecánico es compensado por la potencia del motor resultando en un mayor  consumo de combustible y por lo tanto mayor emisión de gases de efecto invernadero. La calidad de los pavimentos  puede ser medida a través del índice de rugosidad internacional “IRI”, analizando los movimientos promedios de  suspensión de un vehículo de referencia sobre una longitud de distancia en unidades de metros por kilómetro. 

En tal sentido para poder determinar las emisiones adicionales de dióxido de carbono, se usó la filosofía y los modelos  matemáticos de la “termodinámica del consumo excesivo de combustible” que relaciona el consumo excesivo de  combustible que induce a una excesiva emisión de dióxido de carbono igual a la disipación de energía en la suspensión  del vehículo que representaran las propiedades mecánicas del vehículo, y los parámetros que cuantifican la rugosidad  del pavimento, que es típicamente evaluada por un perfil longitudinal que luego de ser descompuesta y aplicada una  transformada de Fourier obtenemos la densidad espectral de potencia “PSD” de rugosidad, la cual describe la  distribución de irregularidades a través de varias longitudes de onda.  

Como Resultado de esta investigación se determinó la calidad de los pavimentos de las principales calles  pertenecientes al Municipio de Oruro, Lamentablemente gran porcentaje de las mismas tienen una calidad pobre  comparada con los estándares internacionales, salvo unas pocas calles ubicadas en el centro del municipio, como la Plaza  principal y algunas adyacentes de la calle 6 de octubre logran obtener una calidad aceptable. 

Finalmente: El promedio de dióxido de carbono “CO2” adicional emitido para un vehículo liviano por kilómetro de  recorrido en el Municipio de Oruro producto del mal estado de los caminos es de 13.5 [gr / km - veh], que representa un  9.44% adicional de CO2 comparado con un camino en condiciones ideales. 

Los Resultados Presentados anteriormente tienen un carácter muy técnico, para poder entender esto de mejor manera es  necesario plantear un ejemplo analógico

Según datos del INE 2019 el municipio de Oruro tiene 80486 vehículos livianos y apenas 34000 árboles

Si ponemos el caso hipotético en el que una persona maneja en promedio 4 kilómetros por día y suponemos que la  totalidad de vehículos livianos del municipio son usados a diario. Para poder compensar las emisiones adicionales de CO2  producidas por el mal estado de los caminos en 1 año necesitaríamos alrededor de 75000 árboles

Recordar que esa cantidad de árboles tan solo representan un 9.44% de la totalidad de contaminación  que produce un vehículo liviano de combustión interna. 

AUTOR: M.Sc. Ing. Jaime Navía Téllez 

R.N.I.: 29928

Lunes, 12 Julio 2021 00:00

Determinación de las emisiones adicionales de dióxido de carbono en vehículos livianos de combustión interna debido a la disipación de energía en el sistema de suspensión inducidos por índices de rugosidad internacional elevados en pavimentos

“Caso de estudio Municipio de Oruro” 

RESUMEN 

Un vehículo liviano de combustión interna emite en promedio alrededor de 143 gramos de  dióxido de carbono CO2 por Kilómetro de recorrido según estudios de la AEMA (Agencia  Europea De Medio Ambiente), estos valores son en condiciones ideales es decir en caminos que  tengan una calidad aceptable. Pero si tú te desplazas por caminos de mala calidad, la cantidad  de emisiones de CO2 será más alta comparado con los 143 gramos que emitías en un principio. ¿Pero cuánto es esta cantidad adicional de CO2 que tú emites por circular en caminos de mala  calidad? Es justamente el objetivo de esta investigación.  

La calidad de los pavimentos está directamente relacionada con el consumo de combustible y  por lo tanto con las emisiones de dióxido de carbono. Si tu manejas a velocidad constante en  superficies irregulares, el sistema de suspensión del vehículo produce un mayor movimiento  debido a estas irregularidades, en otras palabras el trabajo mecánico disipado en el sistema de  suspensión del vehículo es mayor comparado con una superficie sin irregularidades, lo que  significa una mayor disipación de energía afectando la resistencia al rodamiento, el hecho de  necesitar mayor energía para moverte significa que todo el trabajo mecánico es compensado  por la potencia del motor resultando en un mayor consumo de combustible y por lo tanto  mayor emisión de gases de efecto invernadero. 

En tal sentido para poder determinar las emisiones adicionales de dióxido de carbono, se usara  la filosofía y los modelos matemáticos de la “termodinámica del consumo excesivo de  combustible” 

Palabras Clave: Dióxido de carbono, Gases de Efecto invernadero, Densidad espectral de  potencia de rugosidad, Disipación de Energía, Índice de rugosidad Internacional.

INTRODUCCION 

El cambio climático está ocurriendo ahora, la principal consecuencia del cambio climático  es el calentamiento global, el aumento de la temperatura del planeta provocado por las  emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero derivadas de la actividad del ser  humano, están provocando variaciones en el clima que de manera natural no se producirían,  es verdad que la Tierra ya se ha calentado y enfriado en otras ocasiones de forma natural  pero todos estos ciclos ocurrían de manera muy lenta necesitando millones de años para  producirse, mientras que ahora y como consecuencia de la actividad humana estamos  alcanzando niveles muy altos en poco tiempo. El efecto invernadero es un proceso natural que permite a la Tierra mantener las condiciones necesarias para albergar vida, la atmósfera  retiene parte del calor del Sol, sin el efecto invernadero, la temperatura media del planeta  sería de 18ºC bajo cero, La atmósfera está compuesta por diversos gases que en la  proporción adecuada cumplen su cometido. El problema está cuando las actividades del ser  humano aumentan la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera y ésta retiene  más calor del necesario, provocando que la temperatura media del planeta aumente y se  produzca lo que popularmente llamamos calentamiento global. 

El hombre comenzó a incidir en el cambio climático con el comienzo de la Revolución  Industrial como el punto de inflexión en el que las emisiones de gases de efecto invernadero  arrojadas a la atmósfera empezaron a dispararse. Hay que recordar que la Revolución  industrial nació de otras muchas pequeñas revoluciones, la agrícola, la tecnológica, la  demográfica y de medios de transporte, que dieron lugar a un nuevo modelo de producción y consumo.

Nuestro planeta se está haciendo cada vez más caliente nos guste o no, imaginemos el día  más caluroso que hayamos vivido, ahora a esa temperatura súmale entre 6 a 10 grados  Celsius, ese es el tipo de futuro que nos espera si no hacemos algo para reducir  significativamente nuestra emisiones de gases de efecto invernadero, 9 de cada 10  científicos afirman que nuestras emisiones de carbono son la principal causa del  calentamiento global, el hielo de los glaciales se está derritiendo rápidamente y el número  de desastres relacionados con el clima se está triplicando desde 1980, todo esto tiene un  impacto negativo en nuestra sociedad y economía, pero ahora que sabemos todo esto. 

¿Qué podemos hacer para ayudar? 

Lo ideal sería centrarse en todos los sectores pero en este artículo solo se analizara el sector  del transporte. 

Figura 1: Emisiones de Co2 producidas por el transporte 

 Fuente: co2 emissions statistics: co2 emissions from fuel combustion 2018 overview. International energy agency, 2018.  

El transporte global representa más de una cuarta parte del total de emisiones, lo que se traduce  en alarmantes 8 giga toneladas de co2, con un incremento alarmante en tan solo 26 años como  se puede observar en la gráfica anterior. 

Para poder entender esto es necesario plantear un ejemplo analógico en cantidad de árboles  necesarios para compensar el co2 emitido. 

Para poder compensar 8 giga toneladas de co2 emitidas por el sector del transporte necesitaríamos alrededor de alarmantes 9.5 billones de árboles, es por eso la importancia de  contribuir a la reducción de las emisiones de dióxido de carbono en el sector del transporte. Para poder eliminar las emisiones de dióxido de carbono debido al sector del transporte  necesitaríamos una reducción en cuanto al uso o el reemplazo total de vehículos de combustión  interna por vehículos eléctricos o medios de transporte ecológicos, lastimosamente es algo que  no va a ocurrir a corto plazo, y lo peor es que el número de vehículos solamente se está  incrementando como se puede observar en la siguiente gráfica.

Figura 2: Crecimiento del número de vehículos de combustión interna 

 Fuente: Number of motor vehicles in the world since 1900 [Smil 1994]  

 Otra alternativa podría ser el uso de vehículos cada vez más livianos y con motores más pequeños como  muestra la siguiente gráfica, pero es algo que de la misma manera no ocurrirá a corto plazo. 

 

 Figura 3: Emisiones de Co2 dependiendo del peso del vehículo 

 Fuente: Federation internationale De L´Automobile (FIA)

La única manera de poder actuar a corto plazo es mediante el cuidado de nuestras  infraestructuras viales, Si el pavimento presenta un deterioro estructural importante (grietas,  baches, deformaciones, agrietamiento grueso, desintegraciones graves), los vehículos ligeros  emiten hasta un 9% más de CO2 (un 6% los pesados). Si el deterioro es superficial  (agrietamiento fino, desintegraciones ligeras, descarnaduras, exudaciones), las emisiones se  incrementan un 5% y un 4% para cada tipo de vehículo. Una carretera en mal estado también  compromete la seguridad, ya que desgasta los neumáticos (3% los ligeros, y 2% los pesados). 

Todo esto se debe a que las carreteras en mal estado tienen más irregularidades o deformaciones  verticales que carreteras en buen estado, que se conocen con el nombre de índice de rugosidad  internacional “IRI” producto de estas deformaciones es que la suspensión del vehículo trabaja  más, es decir produce más energía, de hecho cuando un vehículo viaja a velocidad constante  sobre una superficie irregular el trabajo mecánico disipado en el sistema de suspensión del  vehículo es compensado por la potencia del motor del vehículo, resultando en un excesivo  consumo de combustible lo que induce a una excesiva emisión de dióxido de carbono, como se  puede observar en la siguiente gráfica:

Figura 4: Interacción vehículo Pavimento 

Fuente: Zaabar, Chatti, K. 2010. Calibration of HDM – 4 Models for estimating the effect of pavement roughness on fuel consumption for U.S. C.

IRI: El Índice de Regularidad Internacional (IRI) presenta una escala única de valores para la  medida de la regularidad superficial de los caminos, que puede ser utilizada por la gran mayoría  de los aparatos de auscultación que existen en la actualidad. 

La regularidad es la característica que más influye en las sensaciones de confort y seguridad que  experimenta un usuario al circular por una carretera. Cabe destacar que la regularidad superficial  es mucho más valorada por el conductor que la capacidad portante en sí y que esta última tan  sólo le interesa en cuanto incide en la primera por la aparición de baches y otras deformaciones.  

Muchos técnicos e investigadores han desarrollado en los últimos 20 o 30 años una diversidad  de aparatos y técnicas para medir la regularidad superficial. La regularidad superficial es un  fenómeno que depende primordialmente del perfil longitudinal de la superficie de la carretera,  pero también depende de las características mecánicas de los vehículos y de la velocidad de  circulación de éstos. 

Para definir el IRI se emplea un modelo matemático que simula la suspensión y masas de un  vehículo tipo, circulando por un tramo de carretera a una velocidad determinada. Este modelo se  conoce por sus siglas en inglés, QCS (Quater Car Simulation), dado que representa la cuarta  parte de un vehículo de cuatro ruedas o un remolque de una sola rueda. 

El IRI en un punto de una carretera se define como la razón del movimiento relativo acumulado  por la suspensión del vehículo tipo, dividido por la distancia recorrida por dicho vehículo. Si se  conoce el perfil longitudinal de la carretera, y (x), y la velocidad a la que circula el automóvil,  V, se puede calcular en cada punto el movimiento, z1 y z2, de cada una de las masas, m1 y m2,  que componen el modelo. 

A su vez se puede definir la respuesta del vehículo en términos de la pendiente rectificada, RS  (Rectified Slope), en cada uno de los puntos. 

 RSi = | z’1 – z’2 | i [1]

En donde, z1 y z2 representan las pendientes de las masas del vehículo en las distintas posiciones, i, a lo largo del camino de la rueda. 

Finalmente, el IRI se obtiene como la media aritmética de la pendiente rectificada a lo largo del  camino recorrido. Por lo tanto,

[2]

 

 

 

 

En donde n es el número de puntos contabilizados. 

Para poder medir el IRI tenemos diferentes equipos como el “Rugosimetro de Merlin” hasta  perfilometros laser, todos estos son capaces de cuantificar el estado actual de los pavimentos  pero sin la capacidad de predecir su futuro bajo la acción del clima y tráfico y mucho menos determinar las emisiones de dióxido de carbono provenientes de los vehículo asociadas con el  uso de las carreteras, más allá de todos estos problemas el factor más importante es el costo de  operación, poder determinar el estado del pavimento de toda una ciudad representaría un costo  bastante elevado, ahora nos encontramos en un momento crítico sufriendo la pandemia por el  coronavirus por lo que la economía del planeta está siendo afectada de manera alarmante, en ese  sentido no es rentable el uso de estos equipos. 

Como consecuencia de buscar metodologías más económicas para medir el índice de rugosidad  internacional se presenta en este artículo a “Carbin” una aplicación para dispositivos móviles  que es totalmente gratuita que fue desarrollado hace menos de un año por ingenieros y  programadores del MIT Y Harvard, que es capaz de analizar las señales de vibración cuando  una persona está conduciendo a través de la disipación de energía en la suspensión del vehículo  y las medidas de densidad espectral de potencia inducidos por rugosidad. 

La gran diferencia entre “Carbin” y las metodologías convencionales para medir el “IRI” es la  capacidad de medir irregularidades del pavimento en tiempo real además de las emisiones de  “dióxido de carbono” en vehículos de combustión interna, aspectos que las otras metodologías  no ofrecen. 

En tal sentido para poder determinar las emisiones excesivas de dióxido de carbono, se usara la  filosofía y los modelos matemáticos de la “termodinámica del consumo excesivo de  combustible” que relaciona el consumo excesivo de combustible que induce a una excesiva  emisión de dióxido de carbono igual a la disipación de energía en la suspensión del vehículo  que representaran las propiedades mecánicas del vehículo, y los parámetros que cuantifican la  rugosidad del pavimento, que es típicamente evaluada por un perfil longitudinal que luego de  ser descompuesta y aplicada una transformada de Fourier obtenemos la densidad espectral de  potencia “PSD” de rugosidad, la cual describe la distribución de irregularidades a través de  varias longitudes de onda. 

Disipación de energía del vehículo inducida por la rugosidad: Cuando un vehículo viaja a  velocidad constante sobre una superficie irregular, el trabajo mecánico disipado en el sistema de  suspensión del vehículo es mayor comparado con una superficie sin irregularidades y todo este  trabajo mecánico es compensado por la potencia del motor del vehículo, resultando en un  consumo excesivo de combustible. 

Además del efecto de la textura del pavimento, la disipación viscoelástica en el material y la  rugosidad del pavimento, se manifiestan como irregularidades en la superficie y han sido  reconocidos como contribuyentes principales a las interacciones entre el pavimento y el  vehículo (PVI) que afectan los costos operativos de los vehículos. 

En contraste con los enfoques empíricos, la originalidad del enfoque aquí desarrollado se  basa en una combinación de una cantidad termodinámica (disipación de energía) con  resultados de la teoría de vibraciones aleatorias para identificar relaciones de escala de la  disipación de energía del vehículo inducida por la rugosidad. 

Estamos interesados en la tasa de disipación (δD) del trabajo mecánico en forma de calor debido  al movimiento relativo, ˙z = dz / dt (con z el desplazamiento relativo de la masa suspendida m s  respecto a la masa no suspendida m u ) de la unidad de suspensión. Esta disipación depende de  las propiedades dinámicas del vehículo (m s , m u , k t , k s , C s ), la velocidad del vehículo V,  y parámetros que cuantifican la rugosidad del pavimento.  

Esta rugosidad, ξ, es típicamente evaluado por los datos del perfil longitudinal y descompuesta  después con la transformación de Fourier, en la densidad espectral de potencia (PSD) de  rugosidad que describe la distribución de rugosidad a través de varios números de onda (Ω) en  la forma de S ξ (Ω) = cΩ −w , donde c es el índice de desigualdad, y w es el número de  ondulaciones (Dodds y Robson (1973), Robson (1979), Kropac y Mucka (2008)). Buscamos así una relación entre la disipación por distancia recorrida (δc = δD / V) y estos parámetros.

[3]

 

 

 

Después de realizar un análisis dimensional de la ecuación [3] considerando un sistema de  extensión de dimensiones base (Lx, Lz, M,T) que considera, además de la masa (M) y el tiempo  (T), dos dimensiones de longitud características independientes, una para la dirección de  conducción (L x ), otro para la dirección vertical del movimiento del vehículo (Lz). 

Esto permite a uno, de acuerdo con el teorema de PI (Buckingham (1914)) reducir el  problema dimensional definido por la Ec. (3) a una relación adimensional de la forma:

[4]

 Donde ω u = √k t / m u y ω s = √k s / m s son la frecuencia natural de las masas suspendidas,  mientras que ω i = V Ω i representan las frecuencias angulares. 

El análisis dimensional es capaz de aislar en el lado izquierdo de la Ec. [4] el impacto de  rugosidad del pavimento (capturada por el índice de desnivel cy el número de ondulación w) en la disipación, de las propiedades dinámicas adimensionales del vehículo en el lado derecho. 

MATERIAL Y ÁREA DE ESTUDIO 

El caso de estudio corresponde al Municipio de Oruro, específicamente a las principales calles o “calles céntricas” ya que son las que tienen mayor densidad vehicular y por lo tanto mayor  aporte en cuanto a emisiones de dióxido de carbono. 

En este trabajo se ha utilizado un dispositivo móvil con sensores capaz de medir las magnitudes  de aceleraciones en las coordenadas x,y,z. 

Un vehículo particular tipo camioneta marca FIAT de 1200 kg de peso y suspensión delantera  independiente tipo McPherson con amortiguación de doble efecto y suspensión trasera de eje  rígido con amortiguadores telescópicos de doble efecto y elástico parabólico longitudinal. 

Figura 5: Área de estudio Municipio de Oruro 

Fuente: Fix my road 

METODOLOGÍA 

Para poder determinar las emisiones excesivas de dióxido de carbono, se usara la filosofía y los  modelos matemáticos de la “termodinámica del consumo excesivo de combustible” que  relaciona el consumo excesivo de combustible que induce a una excesiva emisión de dióxido de  carbono igual a la disipación de energía en la suspensión del vehículo que representaran las  propiedades mecánicas del vehículo, y los parámetros que cuantifican la rugosidad del  pavimento, que es típicamente evaluada por un perfil longitudinal que luego de ser descompuesta y aplicada una transformada de Fourier obtenemos la densidad espectral de  potencia “PSD” de rugosidad, la cual describe la distribución de irregularidades a través de varias longitudes de onda.  

Primero necesitamos cuantificar la calidad del pavimento, es decir determinar el Índice de  rugosidad internacional “IRI”. El IRI se ha elaborado a partir de un estudio del Banco Mundial  en la década de 1980, se basa en un modelo matemático llamado “Quarter-car” y desarrollado  para evaluar la calidad del viaje sobre pavimentos de carreteras. La evaluación la realiza un  modelo calculando el movimiento de suspensión simulado en un perfil y dividiendo la suma por  la distancia recorrida según la Ecuación:

[5]

 

 

Donde “L” es la longitud del perfil en km, “v” es la velocidad simulada igual a 80 km / h, “Z s” es la derivada del tiempo del desplazamiento vertical de la masa suspendida en “m”, y “Z u” es  la derivada del tiempo del desplazamiento vertical de la masa no suspendida en “m”. El  resultado final “V IRI” es el valor de IRI y se expresa en unidades de pendiente [m / km]. El IRI también se puede escribir de la siguiente manera: 

[6]

 

 

Rugosidad longitudinal, “Ꜫ”, producto de las vibraciones 

Movimiento de la suspensión, |Z| es la respuesta del vehículo a las vibraciones inducidas.

Figura 6: Interacción sistema de suspensión vehicular 

Fuente: Zaabar, Chatti, K. 2010. Calibration of HDM – 4 Models for estimating the effect of pavement roughness on fuel consumption for U.S. C.

Tenemos distintos valores referenciales de IRI dependiendo del estado del pavimento

Figura 7: Valores de IRI para diferentes estados de pavimento y distintas velocidades 

Fuente: Sayers M.W., Karamihas S.M., (1998) The little Book Of Profiling, U. Mich.

El IRI no es nada más que un movimiento de suspensión promedio de un vehículo de referencia  sobre longitud de distancia parámetros que cuantifican la rugosidad del pavimento, que es  típicamente evaluada por un perfil longitudinal que luego de ser descompuesta y aplicada una  transformada de Fourier obtenemos la densidad espectral de potencia “PSD” de rugosidad, la  cual describe la distribución de irregularidades a través de varias longitudes de onda.  

De manera técnica se tendría:

Figura 8: Aplicación transformadas de Fourier 

 Fuente: https://www.reddit.com/r/math/comments/30ml91/clear_visualization_of_the_fourier_transform/

Debemos establecer una relación entre la energía disipada y la rugosidad. El IRI es establecido  como la pendiente promedio rectificada (ARS), que es el movimiento de suspensión acumulado  dividido por la distancia recorrida, es decir  (Sayers et al. (1986), Johannesson y Rychlik (2012)). Asumiendo una distribución marginal gaussiana para el perfil  de la carretera, el valor absoluto del movimiento de suspensión del vehículo | z | sigue una  distribución normal plegada (Leone et al., 1961). El valor esperado de IRI por lo  tanto será: 

 [7]

 

Descrito de otra manera: 

 [8]

 

 

 

 

 

 

[9]

 

IRI = Medida de movimiento de suspensión de un vehículo especifico (gc) a una velocidad de  referencia fija (Vo = 80 km/hr ) a lo largo de una distancia “L” 

Rugosidad longitudinal, “Ꜫ”, producto de las vibraciones 

Movimiento de la suspensión, |Z| es la respuesta del vehículo a las vibraciones inducidas por  rugosidad. 

De manera gráfica tenemos: 

 

Figura 9: Densidad espectral de potencia (PSD) 

 Fuente: Sayers M.W., Karamihas S.M., (1998) The little Book Of Profiling, U. Mich.

Esto significa que utilizamos la transformación en función de frecuencias espaciales llamadas  densidad espectral de potencia (PSD) que se escala negativamente con un factor llamado  número de ondulación, ahora cuando multiplicamos la respuesta de esta potencia de densidad  espectral por un valor conocido para un automóvil de referencia e integramos en un dominio  espacial, que en realidad podemos derivar de valores de IRI de frecuencias espaciales.

¿Cómo influye la rugosidad en el consumo de combustible? 

Dado que la rugosidad de la carretera ξ es aleatoria, el movimiento de suspensión y en  consecuencia la disipación de energía en la ecuación [3] son cantidades estocásticas. Modelando la rugosidad de la carretera y el movimiento de la suspensión como procesos estocásticos  definidos en el espacio y el tiempo, Ecuación (3) se reescribe en la forma, donde Cs es el  coeficiente de viscosidad.

[10] 

 

El cuadrado medio del movimiento de suspensión se puede determinar en términos de las  propiedades de la entrada estocástica, es decir el perfil de rugosidad, utilizando la teoría de  vibraciones aleatorias.  

La densidad espectral de potencia (PSD) de un proceso estacionario en ± T / 2 también se puede  expresar en términos de la transformada de Fourier: 

[11] 

Se puede demostrar que para cualquier proceso estocástico ξ (t), La función PSD Sξ (ω) es  positiva y real e incluso también se puede especificar como una función unilateral solo en  frecuencias positivas. De especial interés es el caso en el que el lapso de tiempo es τ = 0, ya que  esto da el cuadrado medio de ξ (t) como el área bajo su PSD:

[12] 

Respuesta de un sistema dinámico lineal a variaciones aleatorias 

Una vez que la variación de entrada ξ (t) se descompone a un sistema lineal en sus armónicos a  través de la Transformada de Fourier, la respuesta de estado estable en el dominio de  frecuencia ̂z (ω) se puede expresar como: 

 z(ω) = Hz (ω) ξ (ω) [13] 

Donde H z (ω) es la respuesta de función de frecuencia (FRS) definida como la relación de  variación de entrada ξ (t) a la salida de interés z (t) cuando la entrada es el armónico puro (es  decir, cuando ξ (t) = exp (iωt). La respuesta de función de frecuencia para derivadas de  respuesta, se obtiene de la FRS de la respuesta original, utilizando las propiedades de la  transformada de Fourier de la derivada (es decir, dx (t) / dt = iω̂x (ω)): 

 H ˙z (ω) = iωH z (ω) [14] 

Una vez que se conoce la FRS, la PSD de respuesta se puede relacionar con la PSD de variación de entrada a través de:

 S z (ω) = | H z (ω) |2 Sξ (ω) [15] 

Usando las Ecs. (12), (13) y (14) el cuadrado medio del movimiento de suspensión se expresa  en términos de la función de respuesta de frecuencia “Hz (ω)” y densidad espectral de potencia  de la rugosidad “Sξ (ω)”: 

[16] 

Finalmente: 

Usando la termodinámica del consumo excesivo de combustible: 

Consumo excesivo de combustible = Energía disipada en la suspensión 

[17] 

 V = Velocidad del vehículo 

fs = Frecuencia de resonancia del vehículo 

ζ = Movimiento de suspensión 

ms = Masa del vehículo 

CAL = (1/34.2) lt / mj (gasolina) = (1/15) kg CO2 / mj 

 

[18] 

 

 

 

 

 

Rugosidad longitudinal, “Ꜫ”, producto de las vibraciones 

Medidas de  

Rugosidad 

Densidad espectral de  Potencia (PSD)

Movimiento de la suspensión, |Z| respuesta del vehículo a las vibraciones por rugosidad. ¿Cómo relacionamos todo esto con un dispositivo móvil (Smartphone)? 

El teléfono inteligente registra las aceleraciones de la masa corporal,Zs(t): Zs

Figura 10: Interacción sistema de suspensión vehicular y su relación con el GPS de los Smartphone Fuente: Zaabar, Chatti, K. 2010. Calibration of HDM – 4 Models for estimating the effect of pavement roughness on fuel consumption for U.S. C

 

 

NOTA: en la ecuación [20] se aplicó la aceleración de la media cuadrática o raíz de la media  cuadrática (RMS). 

¿Cómo funciona CARBIN? 

El dispositivo móvil debe estar colocado en una posición estable, independientemente de la  posición, las variaciones de IRI desde un punto de vista estadístico siguen un mismo patrón  dando el mismo resultado, se da inicio a la aplicación y se comienza a recolectar datos. La entrada de datos se proporcionan mediante aceleraciones y frecuencia de aceleración de 100  Hertz y coordenadas GPS a frecuencia de 1 Hertz. 

Estos valores se transmiten al servidor en intervalos de aproximadamente 3 minutos, que en  promedio se transmiten 12 MB de datos por hora de uso, que depende de las condiciones de  tráfico. 

La aplicación puede recolectar datos sin tener conexión a internet, una vez se tenga una  conexión estable se enviaran posteriormente a los servidores. 

Finalmente los datos son analizados en los servidores y mediante las ecuaciones que se  describen en este artículo, se proporcionan 3 salidas de resultados que son: Resultado Carbin: Es el porcentaje de datos enviados que analizó Carbin. El Teléfono en una  posición fija y estable conduce a un resultado mayor al 85%, mientras que el montaje inestable o  el movimiento frecuente del teléfono conduce al resultado menor al 50%. Calidad de la carretera: que es el índice de rugosidad Internacional “IRI” en [m/km] 

Ahorro de dióxido de carbono CO2: Es el potencial de ahorro de emisiones de carbono del  viaje en comparación con la conducción por una carretera en buen estado. Como referencia, un  árbol puede absorber hasta 22kg de CO2 por año. 

RESULTADOS Y CONCLUSIONES 

Las mediciones se realizaron en el mes de Septiembre del 2020 

 

 

 

Nota: los mapas presentados anteriormente pertenecen solamente a las calles principales del  Municipio De Oruro. A continuación se muestra El mapa Final con la totalidad del caso de  Estudio. 

Como se puede observar en la figura 25, casi la totalidad de calles tienen una calidad pobre  comparada con los estándares internacionales, salvo unas pocas calles del centro, como la Plaza  principal y algunas cuadras de la calle 6 de octubre, que logran obtener una calidad aceptable.

Resultados Finales: 

Promedio de emisiones de dióxido de carbono CO2 adicionales para un vehículo liviano por kilómetro  de recorrido, en el municipio de Oruro (Producto del mal estado de los caminos) = 13.5 [gr / km - veh] 

Un vehículo de combustión interna liviano emite en promedio alrededor de 143 gramos de dióxido de  carbono CO2 por Kilómetro de recorrido. 

Esto significa que en el municipio de Oruro producto del mal estado de los caminos se emite 9.44 % adicional de CO2 comparado con un camino en condiciones ideales. 

Estos dos últimos resultados dan cumplimiento al objetivo de esta investigación, pero los  datos presentados anteriormente son muy técnicos y parecen no ser muy ilustrativos, para  entenderlo mejor es necesario presentar 2 ejemplos análogos. 

1) Según datos del INE 2019 el municipio de Oruro tiene 80486 vehículos livianos y apenas  34000 árboles. 

Si ponemos el caso hipotético en el que una persona maneja en promedio 4 kilómetros por día y  suponemos que la totalidad de vehículos livianos del municipio son usados a diario. Para poder  compensar las emisiones de CO2 producidas en 1 año necesitaríamos alrededor de 75000  árboles. 

2) La calle 6 de octubre es una de las calles más populares del municipio, especialmente desde  la calle bolívar hasta la calle Aroma. En el año 2011 los estudiantes de la Facultad Nacional de  Ingeniería realizaron un conteo vehicular en las calles mencionadas dando como resultado 2945  vehículos livianos circulando en los horarios desde las 6 a.m. hasta las 20:00 p.m.

Para poder compensar las emisiones de CO2 producidas por vehículos livianos en la Calle 6 de  octubre necesitaríamos alrededor de 670 árboles. 

Nota: Se tiene que recordar el objetivo de este artículo, el cual era la determinación de las  emisiones adicionales en vehículos livianos que tan solo representan el 9.44% del total de  emisiones. Lo que significa que las emisiones totales son mucho mayores, ya que se tendría que  tomar en cuenta vehículos pesados (Producen mayor cantidad de CO2) y las emisiones  iniciales (Se producen desde el momento en el que el vehículo de combustión interna pone su  motor en marcha).

REFERENCIAS 

Akbarian, M., Moeini-Ardakani, S.S., Ulm, F.-J., and Nazzal, M. (2012). “Mechanis-tic  approach to pavement–vehicle interaction and its impact on life-cycle assessment. “  Transportation research record: Journal of the transportation research board, 2306(1), 171-179. 

Beuving, E., De Jonghe, T., Goos, D., Lindahl, T. and Stawiarski, A. (2004). "Fuel efficiency of  road pavements.” Proceedings of the 3rd Eurasphalt and Eurobitune Congress Held Vienna,  May 2004, Vol. 1.  

Chatti, K. and Zaabar, I. (2012). Estimating the effects of pavement condition on vehicle  operating costs, Project 1-45. National Cooperative Highway Research Program, Report 720. 

Pouget, S., Sauzéat, C., Benedetto, H.D., and Olard, F. (2011). "Viscous energy dissipation in  asphalt pavement structures and implication for vehicle fuel consumption.” Journal of Materials  in Civil Engineering, 24(5), 568-576.  

Sayers, M.W., Gillespie, T.D., and Queiroz, C. A.V.: "The International Road Roughness Experiment: A basis for Establishing a Standard Scale for Road Roughness Measurements" Transportation Research record, 1084. Washington, D.C., 1.986.

AUTOR: M.Sc. Ing. Jaime Navía Téllez

RNI: 29928

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