Ing. Arlid Morales Cueto - R.N.I. 37971

Es Ingeniero Civil de la Universidad Mayor Real y Pontifica de San Francisco Xavier de Chuquisaca con Diplomados en Formación Docente y Formación Tutorial Con Enfoque en la Metodología de la Investigación, Ingeniería Sanitaria y egresado de Maestría en Ingeniería Hidráulica.

RESUMEN

El agua es un regalo presente en la naturaleza, mediante de la intervención del hombre; la polución, crecimiento de población, agricultura e industria a través del mundo, los cuerpos de agua pueden agotarse y contaminarse muy rápidamente; el agua se puede convertir en una fuente más bien de muerte y enfermedad que de vida. 

El manejo integral del agua de lluvia conlleva a varios usos, como tecnología alternativa a través de su captación; servir como fuente de abastecimiento, sistema de drenaje urbano sostenible, aportar a la recarga artificial de un acuífero o como fuente para uso no consuntivo.

Palabras claves

Agua de lluvia, drenaje urbano sostenible, abastecimiento alternativo

Rainwater, sustainable urban drainage, alternative supply

INTRODUCCIÓN

Proveniente de la atmósfera una de las fuentes más importantes de agua, es la lluvia, cuyo aprovechamiento aun en desarrollo, símbolo de tecnología ancestral, apropiada, con un fuerte contenido ecológico y adecuado al entorno. Un milímetro de lluvia equivale a un litro por metro cuadrado, lo cual indica el enorme potencial que se tiene en este recurso natural para un desarrollo integral y sostenible. El agua es necesaria no solamente como un soporte para la vida de la fauna y la flora, sino también como motor de un conjunto de movimientos cíclicos de renovación y transformación que conforman el ciclo del agua o ciclo hidrológico, que mantiene el agua dulce en circulación; por tanto, es el principal ciclo energético del planeta, romper este ciclo implica aumentar la irregularidad de las precipitaciones, lo que provocara grandes sequias e inundaciones.

Bajo la perspectiva del calentamiento global, el problema de escasez de agua tiende a empeorar en aquellas regiones en las que se presenta déficit, sea por la tendencia de reducción de los niveles de precipitación o por el aumento de los niveles de evaporación y transpiración. De esta manera el problema de varias regiones podría extenderse y agudizarse, alcanzando zonas actualmente subhúmedas y húmedas; lo que resalta en poder tener un manejo adecuado de los recursos.

La poca o nada de dureza del agua de lluvia ayuda a aumentar la escala en aplicaciones, extendiendo su uso. El agua de lluvia elimina la necesidad de un suavizador de agua y las sales que se añaden durante este proceso, provee una fuente de agua cuando es temporada de estiajes y la dotación se reduce fuertemente, o cuando hay escasez de agua subterránea.

La implementación de sistemas de drenaje urbano sostenible (SUDS) con sistemas de captación de agua de lluvia (SCALL), entre otras composiciones influyen en la respuesta hidrológica de una ciudad urbana o periurbana, ayudan a reducir la escorrentía superficial, disminuyen la velocidad del flujo y permiten las abstracciones en las cuencas en presencia de parques o plazas.

Lo anterior indica la necesidad de establecer programas masivos de concientización que conlleven a la población hacia una cultura del agua, mediante el establecimiento de planes, programas y proyectos a todos los niveles para lograr una utilización integral del agua de lluvia, base para el desarrollo sostenible.

DESARROLLO POR PUNTOS

En nuestro país, los sistemas de agua comúnmente utilizados según la topografía, son los sistemas por gravedad y sistemas por bombeo, pero a pesar de existir o los mismos, generalmente en comunidades rurales no se le da énfasis a buscar la calidad del agua y la dotación mínima, lo que influye a problemas relacionados con el consumo del agua no potable y la insuficiencia para realizar todas las actividades dedicadas al uso del agua; además que no se los mantiene adecuadamente y resultan siendo una gran pérdida a medida que el tiempo transcurre, dejándolos sin uso por mal estado y así volviendo a la problemática de buscar otra fuente de agua segura y sustentable. 

Tecnología alternativa

La severa presencia de los fenómenos del cambio climático afecta y afectará los hábitos y la forma de vida de todos los seres que tienen vida, en especial cuando se enfrente a la escasez extrema de agua, amenazando su propia existencia, esta es la principal razón para que se impulse el uso de tecnologías alternativas, especialmente de tecnologías con un fuerte componente ecológico 

Tecnologías apropiadas son de bajo costo y de autoconstrucción, se utiliza a nivel familiar por lo tanto la comunidad no necesita otra organización. Son fáciles de mantener, no necesitan energía eléctrica ni combustible. Traen orgullo y dignidad a las personas que solucionen sus problemas y ofrecen un valor agregado por servicios adicionales como agua corriente en duchas y lavamanos.

Imagen 1. SCALL como tecnología alternativa

SCALL para uso consuntivo y no consuntivo

La captación de agua de lluvia en techos es una alternativa factible que puede resolver la carencia de agua para consumo humano en lugares donde no se cuenta con fuentes de abastecimiento garantizado, en calidad o cantidad. La tecnología requiere una superficie de techos para la captación de las aguas pluviales, esta puede ser de una vivienda o una cubierta libre de contaminación. El escurrimiento superficial en techos es interceptado, colectado y almacenado en un tanque, que trabaja además como un regulador de caudales, para su aprovechamiento posterior del agua almacenada, se puede requerir de un sistema de impulsión de agua como una bomba manual, bomba eléctrica u otros.

El sistema es sensible al material de cubierta que funciona como medio receptor, es por eso que a razón de innovaciones tecnológicas en cuanto a dicho material es necesario poder ajustar nuestra normativa, reglamentos o guías de diseño, ya sea con datos experimentales, del fabricante o con modelos a pequeña escala que definan el coeficiente de escorrentía del material y ángulo de inclinación adecuado para una optima captación.

Así también un factor determínate para la simulación de una estructura de almacenamiento y por ende del costo del SCALL es la dotación por beneficiario del sistema; en caso de comunidades rurales donde este sistema puede llegar a ser una la única fuente de agua, es necesario poder adoptar un valor reflejado dentro de nuestra normativa que oscila entre 10 a 25 Lts/Hab-día; cabe resaltar que es necesario un estudio aplicable a una demanda que refleje los usos y costumbres de dichos beneficiarios con el agua;  si la tecnología pretende ser aplicada en zonas donde se cuente con otra fuente de abastecimiento como la de cañería de red, los SCALL deberán ser considerados como fuente complementaria.

El agua de lluvia captada por techo o por suelo deberá continuar con un proceso de desinfección, esta última deberá contener un proceso más controlado de separación de solidos y brindar más énfasis a cumplir los estándares de calidad del agua para consumo, según normativa vigente.

La captación de agua de lluvia es un medio fácil de obtener agua para consumo agrícola y animal; en muchos lugares del mundo con alta o media precipitación y en donde no se dispone de agua en cantidad y calidad necesaria.

SCALL como parte de los SUDS

En sistemas urbanos, donde la impermeabilización del suelo, sumado a la planificación subdimensionada, incrementan la escorrentía superficial y como consecuencia de ello, ante un evento extremo tiende a disminuir la calidad de vida de las personas; ya sea por perdida o arrastre de material o contaminación, de infraestructura y/o humana.

La captación de agua de lluvia propone la reducción de escorrentía a partir de su recolección en techos de viviendas o edificios, disminuye el caudal de salida de una cuenca en relación a la cantidad y el tamaño de SCALL en una determinada área y precipitaciones ligadas a un periodo de retorno; ya sea como depósitos de detención subterráneos que pueden almacenar temporalmente volúmenes generados, que puede servir en tareas de mantenimiento de espacios verdes, riego y limpieza.

CONCLUSIÓN

La utilización del agua de lluvia no provoca conflictos a nivel de comunidad, representa tecnologías de bajas inversiones adecuadas al contexto además de que no genera problemas de contaminación y está al alcance de todos.

En áreas urbanas los SCALL pueden componer un sistema de SUSDS que eviten problemas generados a partir de un evento extremo, para ello puede ser requeridas grandes inversiones por que el agua almacenada dependerá del suelo o techo que esté conectado.

La ausencia de mecanismos de intercambio y diseminación del conocimiento constituyen los factores que limitan su aplicación, aprovechamiento y perfeccionamiento.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MMAyA. GUÍA TÉCNICA DE DISEÑO Y EJECUCIÓN DE PROYECTOS DE AGUA Y SANEAMIENTO CON TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS. Primera ed. 2010.  

Guerreo, A., Hernández, C., Morales, A.  Diseño de un Sistema de Captación de Agua de Lluvia para Adaptación al Cambio Climático, Jornadas y exposición científica III Versión. Universidad San Francisco Xavier de Chuquisaca. Dirección de investigación ciencia y tecnología. 2017.  

Morales A. Diseño de módulo sanitario ecológico con tecnologías alternativas para la comunidad de Salazar Pampa. [Licenciatura]. Sucre, Bolivia: Universidad San Francisco Xavier de Chuquisaca; 2017.

Srur, F. (2020). Análisis de la respuesta hidrológica ante un Sistema de Drenaje Urbano Sostenible en la ciudad de Santa Rosa, La Pampa. [Licenciatura]. Santa Rosa, Argentina: Universidad Nacional de la Pampa; 2017.

1.MMAyA. GUÍA TÉCNICA DE DISEÑO Y EJECUCIÓN DE PROYECTOS DE AGUA Y SANEAMIENTO CON TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS. Primera ed. 2010.

2. Buchner WE. ANÁLISIS SOBRE LAS DIFICULTADES EN LA APLICACION DE SISTEMAS DESCENTRALIZADOS DE AGUA POTABLE A GRAN ESCALA LA PAZ, BOLIVIA. 2011

Ing. Marco Antonio Pongo Vera - R.N.I. 36841

Es Ingeniero Civil por la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA), Master en Tráfico, Transporte y Seguridad Vial, Diplomado en Geomática Aplicada a la Gestión de Recursos Hídricos en Cuencas Hidrográficas y Diplomado en Organización y Administración Pedagógica del Aula en Educación Superior.

RESUMEN

El crecimiento de parque automotor se ha incrementado el IPV[1] es de 165 veh./1000 hab. (RUAT, 2020), la demografía en La Paz es de 934,981 habitantes (INE, 2020). La investigación propone reflexiones a la infraestructura del transporte, que tiene como objetivo disminuir el congestionamiento, tiempos de viajes y generar espacios públicos para la micromovilidad y motilidad (Kaufmann et al., 2004). ¿Pero, realmente estamos cumpliendo los objetivos? en movilidad urbana cada mejora de la vía incentiva que un conductor saque su vehículo privado. (Herce et al., 2009; Herce Vallejo & Magrinyà, 2012; Vasconcellos, 2012, 2015). 

Palabras claves: Tráfico, Movilidad, Infraestructura Vial, Espacio Público

Keywords: Traffic, Mobility, Road Infrastructure, Public Space

INTRODUCCIÓN

El uso eficiente del espacio público en las ciudades es determinante para el desarrollo sostenible. La articulación transporte-territorio son medidas de una óptima planificación urbana, con la integración de personas y el tráfico. (Quintero-González, 2017)

El espacio se ha ido acortando en términos temporales (Harvey, 1998), la migración de las personas del campo a las ciudades y el crecimiento del parque automotor son evidentes. La planificación del espacio público son desafíos latentes, la infraestructura viaria debe ser parte integradora de humanos y vehículos, de usuarios y tránsito. Vasconcellos menciona que, “(…) el patrimonio público representado por las vías no es distribuido de forma equitativa entre las personas” (Vasconcellos, 2010, p. 85)

 ¿Más vías públicas, menos tráfico?

El exceso de residuos convierte a las calles de una ciudad en un riesgo para la salud, y el exceso de conductores las convierte en aparcamientos. El transporte motorizado crea externalidades negativas, por medio de la congestión vehicular, es decir, los operadores del transporte consideran sus propios costos y beneficios, ya que no considera, su forma de conducir que obliga a todos los demás a hacerlo de forma más lenta. (Glaeser & Corriente Bass, 2018; Vasconcellos, 2010, 2015)

Estudio de caso: plaza Tejada Sorzano (plaza Estadio Hernando Siles)

La plaza Tejada Sorzano más conocida como la plaza del estadio Hernando Siles, es un distribuidor o nudo principal que conecta 8 ramales (Av. Saavedra norte, C. Hugo Estrada norte, C. Hugo Estrada sur, Av. Saavedra Sur, C. Juan Manuel Loza, Av. Simón Bolívar, Av. Illimani y C. Pinilla) y distribuye el tráfico vial a las zonas de Norte, Sur, Este y Oeste. En Julio de 2021 se inaugura y se abre al transporte público y privado el megaproyecto del Viaducto de la plaza Tejada Sorzano, con el objetivo de descongestionar, minimizar las colas (trancaderas), dar seguridad vial y “ampliar el espacio público accesible” (Valenzuela, 2018). A continuación, se muestra el mapa de ubicación del área del proyecto:

DESARROLLO

Metodología

La metodología del artículo es una investigación holística, con el método hermenéutico y de alcance exploratorio-descriptivo. Las nuevas herramientas de la tecnología de hoy son innovadores, para la aplicación de diversos estudios de pre-inversión y posevaluación. Procesos que ayudan a minimizar tiempos de estudios de campo, en la era de la tecnología de revolución 4.0 que vivimos.

El presente artículo, inicia con la revisión documental del proyecto y, posteriormente, se implementa herramientas de procesamiento de datos con el software DataFromSky al utilizar videos de alta resolución captadas con drones en el área de investigación.

Datos generales del proyecto: viaducto Tejada Sorzano (GAMLP, 2018)

Tabla 3 Parqueos Plaza Tejada Sorzano

Fuente: GAMLP, 2018 (http://lapazcomovamos.org/wp-content/uploads/2016/08/001-PRESENTACION-VIADUCTOS-GAMLP-OCTUBRE-2018.pdf)

Datos de vuelo de Dron (ver figura 4)

La programación del vuelo se lo planifico para el viernes 25 de noviembre de 2022, el día fue considerado por anteriores estudios como el PMUS[3] 2012 del Gobierno Autónomo Municipal de La Paz (GAMLP), día que tiene gran demanda de usuarios del transporte. Asimismo, se lo realizó en el rango de la hora pico o punta (08:00-09:00), según informe de pre-inversión de la DEP-SMIP 2015.

Tabla 4 Datos de vuelo de dron

Fuente: Elaboración propia

Procesamiento del video con DataFromSky

El procesamiento del video se lo realizó el viernes 25 de noviembre de 2022 a horas 15:40 como se muestra en la figura 5 (ver video mediante el escaneo del QR), la carga del video a la nube del programa DFS depende tanto de la velocidad del internet como, el tamaño archivo del video y su resolución (2K). La altura de vuelo del dron fue de 155 metros, altura ajustada para que se tenga un panorama de todas las intersecciones de la nueva plaza, a esa altura el DFS[5] no detecta las motocicletas tampoco a los ciclistas y peatones. 

Resultados

La tabla 5 muestra los resultados del procesamiento del video, se debe aclarar que el programa DFS no detectó los vehículos que recorren el viaducto Saavedra, básicamente por que pierde la señal al ingreso del túnel, las filas Gate 11 y Gate 22 están sin registro. Asimismo, los resultados al ingreso del viaducto de la Pinilla (por 2 ingresos Pinilla y Illimani; salida Loza y Saavedra Sur) no se puede determinar la proporción de las salidas, debido a la perdida de señal de los ID’s de cada vehículo al salir del viaducto.

CONCLUSIÓN

La investigación muestra -pese a las limitaciones que tiene el DFS al momento de procesar y el escenario complejo de los 2 viaductos; Saavedra y Pinilla- la fluidez en los viaductos Saavedra Sur-Norte y Pinilla, sin observarse colas. Por el contrario, congestión al ingresar a la Av. Simón Bolívar (sentido de bajada) y, colas desde el lado este (C. Estrada Norte) y saliendo del viaducto Saavedra Sur hacia Av. Simón Bolívar. Asimismo, alimentados por la calle Pinilla sentido de bajada. Por tanto, existe un punto de conflicto Av. Simón Bolívar sentido este-oeste con 236 vehículos en 15 minutos alimentado por 3 ramales.

La mejora del nudo Tejada Sorzano sirvió como atractor de nuevos conductores del transporte privado, haciendo referencia a los parqueos que tiene la nueva infraestructura en las dos plantas (254 plazas para vehículos y 71 para motocicletas). Por último, debo expresar sobre espacio público que beneficia a los peatones con la premisa al derecho a la ciudad o derecho a la vida urbana (Lefebvre, 1968, 2013).

Recomendaciones

El programa DFS tiene sus limitaciones para su procesamiento, al momento de realizar los escenarios, las colas, velocidades, densidades y aforos, se recomienda vuelos menores a 100 metros y calidad de video 4k. El DFS perdió los ID’s asignado a cada vehículo, la investigación se enfoca más al comportamiento holístico del distribuidor. Por tanto, para un buen proceso de análisis se recomienda trabajar en intersecciones. 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Glaeser, E. L., & Corriente Bass, F. (2018). El triunfo de las ciudades: Cómo nuestra mejor creación nos hace más ricos, más inteligentes, más ecológicos, más sanos y más felices. In Taurus pensamiento. Taurus.

Harvey, D. (1998). La condición de la posmodernidad. Investigación sobre los orígenes del cambio cultural. In Igarss 2014 (Issue 1).

Herce, M., Sainz Avia, J., & Dupuy, G. (2009). Sobre la movilidad en la ciudad :propuestas para recuperar un derecho ciudadano. In Estudios universitarios de arquitectura (Vol. 18).

Herce Vallejo, M., & Magrinyà, F. (2012). El espacio de la movilidad urbana. El Espacio de La Movilidad Urbana.

Kaufmann, V., Bergman, M. M., & Joye, D. (2004). Motility: Mobility as capital. International Journal of Urban and Regional Research, 28(4). https://doi.org/10.1111/j.0309-1317.2004.00549.x

Lefebvre, H. (1968). Derecho a la ciudad. L`H’omme et la Sociestmi; Anthropos.

Lefebvre, H. (2013). La Producción del Espacio Público Urbano. In Capitán Swing.

Quintero-González, J.-R. (2017). Del concepto de ingeniería de tránsito al de movilidad urbana sostenible. Ambiente y Desarrollo, 21(40). https://doi.org/10.11144/javeriana.ayd21-40.citm

Valenzuela, J. (2018, December 12). ¿Viaductos para la La Paz? https://jorge-valenzuela.blog/2018/12/12/viaductos-para-la-paz/

Vasconcellos, E. A. de. (2012). Mobilidade urbana e cidadania. Rio de Janeiro: SENAC NACIONAL.

Vasconcellos, E. A. (2010). Análisis de la movilidad urbana. Espacio, medio ambiente y equidad. In Bogotá, Colombia.

Vasconcellos, E. A. (2015). Transporte urbano y movilidad: reflexiones y propuestas para países en desarrollo (Á. Vega, M. L. Alori, & W. Zoberman, Eds.; primera).

1. Índice de Propiedad Vehicular (IPV)

2. Programa con tecnología Smart que utiliza Inteligencia Artificial, para el monitoreo del tráfico vial. Diseñado para convertir cualquier flujo de video en el flujo de información procesable, usado para estudios de tráfico combinados con drones, una herramienta que interpreta datos en vivo. http://www.datafromsky.com/ 

3. Plan de Movilidad Urbana Sostenible, elaborado en la gestión del 2012 a solicitud de la Autoridad Municipal de Transporte y Tráfico (AMTT) del GAMLP.

4. DEP: Dirección de Estudios de Pre-inversión y SMIP: Secretaria Municipal de Infraestructura Pública

5. DFS: DataFromSky

Ing. Leonardo Ariel Benavidez Mamani - R.N.I. 37636

Ingeniero Industrial de la Universidad Mayor de San Andrés con Maestría en Ingeniería Industrial - Desarrollo Sustentable de Procesos y Productos

RESUMEN

El presente artículo, posibilita comprender una nueva forma de generar bioenergía, resultante de una materia prima no muy conocida, y que en la actualidad aún se encuentra en etapa de investigación y desarrollo. Esta materia está compuesta por microalgas, las cuales pueden ser cultivadas en condiciones extremas o en territorios marginales y no requieren de grandes cantidades de terreno para su cultivo; asimismo, con el concepto de biorrefinería puede aprovecharse al máximo los componentes de las microalgas, con algunas limitaciones, pero que no dejan de ser una promisoria alternativa bioenergética en beneficio de la humanidad y el medio ambiente.

Palabras Clave: Microalgae, biorefinery, biofuel and bioenergy

    Microalgas, biorrefinería, biocombustible y bioenergía

INTRODUCCIÓN

En las últimas cuatro décadas la población del mundo creció en un 79% [1], lo cual conlleva a un incremento en la demanda de recursos energéticos como alimenticios, así como también la búsqueda continua de una mejor calidad de vida; en ese sentido, a fin de no afectar negativamente al medio ambiente, actualmente se tienen varios biocombustibles, que comúnmente son producidos a partir de cosechas de maíz, caña de azúcar y plantas oleaginosas, empleando considerables áreas de terreno cultivable que ponen en duda las ventajas de la utilización de estos biocombustibles frente a una posible crisis en la seguridad alimentaria y a un impacto ambiental por la degradación de los suelos.

Contemplando los problemas medioambientales y algunas de sus causas mencionadas líneas arriba, recientemente se fue considerando una alternativa para la mitigación de algunos de ellos, así como la generación de fuentes bioenergéticas, a partir del cultivo de microalgas, las cuales no son muy conocidas a nivel nacional, motivo por el cual, el presente artículo pretende desarrollar las principales características, beneficios y limitaciones en el ámbito de biocombustibles alternativos.

DESARROLLO

• ¿Qué son las microalgas?

Las microalgas en su mayoría son organismos fotosintéticos unicelulares, que pueden fijar carbono inorgánico disuelto, así como también aprovechar el CO2 de efluentes gaseosos industriales para formar energía química por medio de fotosíntesis, por lo que para su crecimiento precisan de luz (solar o artificial), donde su tasa de crecimiento y fijación de carbono llega a estar entre 10 a 50 veces superior comparado al de las plantas terrestres, siendo que el CO2 absorbido incentiva al crecimiento de las microalgas, y ayuda a la mitigación de gases de efecto invernadero [2].

Las microalgas, pueden crecer en una amplia gama de ambientes acuáticos, como ser agua dulce, aguas salinas y extremadamente salinas, además de soportar altas temperaturas, diferencias de luminosidad y variaciones de pH; la biomasa de microalgas brinda de forma separada o conjunta (siguiendo el concepto de biorrefinería), la generación de uno o varios productos, tales como biocombustibles (biodiesel, bioetanol, biohidrógeno, y biogás), pigmentos y otros que pueden ser utilizados como suplementos alimenticios, cosméticos, y compuestos con fines farmacéuticos [3].

• Características, métodos de cultivo y cosecha

La biomasa de microalgas está compuesta por lípidos, carbohidratos, ácidos grasos poliinsaturados, pigmentos y proteínas [2]. En la Tabla 1, se muestra la comparación entre los componentes principales de las microalgas y algunos alimentos convencionales.

Tabla 1. Componentes generales en porcentaje de material seco de microalgas y alimentos convencionales. Adaptado de [4-6]

Las microalgas pueden ser cultivadas en terrenos no necesariamente agrícolas, así como infértiles, pueden crecer en medios de agua dulce y hasta extremamente saladas, incluso en efluentes residuales (domésticos o industriales), donde el área para su cultivo es relativamente pequeño en comparación con los cultivos convencionales de cómo el maíz, la soja y palma [7].

Los sistemas de cultivo de microalgas (para fines bioenergéticos), comúnmente son de dos tipos, abiertos o cerrados, la primera depende del clima de la región y requieren de un mayor control por la posible contaminación por depredadores o microorganismos, por lo que las altas tasas de producción en sistemas abiertos se consiguen con cepas de algas resistentes al ambiente de cultivo en condiciones severas (alta salinidad, alcalinidad y otros); por otra parte, los sistemas cerrados son cultivos realizados en “fotobiorreactores”, de diferentes tipos, los cuales son caracterizados por poseer condiciones controladas de temperatura, iluminación y adición de nutrientes (entre otros), y pueden evitar la contaminación de microorganismos ajenos al cultivo [8]. A fin de tomar conocimiento de estos sistemas, en la Figura 1, se presentan los mismos.

Figura 1. Sistemas de cultivo, a) Estanques de alta carga de aguas residuales [9] b) Piscinas de recirculación [10] c) Fotobiorreactor de Placa Plana. Foto del Laboratório de Bioenergía y Catálise (LABEC/UFBA) y d) Fotobiorreactor Tubular. Adaptado de [11]

La cosecha de la biomasa producida puede ser realizada por dos procesos (independientes, paralelos o secuenciales), el primero extrae gran parte del líquido el cual contiene nutrientes y otros componentes que son devueltos al proceso de cultivo, en esta etapa que la denominaremos Recolección Primaria, se emplean métodos de sedimentación y tecnologías de flotación, que dan como resultado un lodo de microalgas con contenidos de sólidos totales entre 0.5% a 6.0%, el segundo proceso denominado como Recolección Secundaria, emplea equipos mecánicos de filtración o centrifugación , que se encargaran de retirar una mayor cantidad de humedad dejando la biomasa con un contenido de sólidos totales entre 10% a 20% [12].

• Producción de biocombustibles a partir del concepto de Biorrefinería

El termino biorrefinería deriva del concepto de una refinería de petróleo crudo convencional que recibe material bruto, lo refina y produce una serie de combustibles y materiales petroquímicos, que resultan ser productos de alto valor en el mercado. En ese sentido, de manera análoga, una biorrefinería de microalgas es un sistema integrado que relaciona los procesos de generación de biocombustibles y otros productos con el beneficio de retornar el material residual al ciclo productivo y/o al medio ambiente sin causar impactos negativos (véase Figura 1).

Figura 1. Esquema general de la biorrefinería. Propia autoría.

Entre los principales biocombustibles obtenidos a partir de biomasa de microalgas, destacan los siguientes:

• Biodiesel. Este combustible alternativo por sus características no es tóxico y es biodegradable, es producido a partir de la extracción de lípidos de las microalgas por un método denominado transesterificación [13].
• Bioetanol. Varias especies de microalgas acumulan altos niveles de polisacáridos en sus paredes celulares complejas, o tienen la capacidad de producir altos niveles de carbohidratos en lugar de lípidos, que pueden ser extraídos y fermentados, generando principalmente bioetanol [14].
• Biohidrógeno. El proceso básicamente consiste en dividir moléculas de agua separando los iones de hidrogeno y los electrones, este proceso lo llevan a cabo las microalgas de forma biológica, las cuales tienen la capacidad de emplear la luz y por medio de la fotosíntesis generar hidrogeno como parte de su metabolismo, en un proceso denominado fotofermentación [15].
• Biogás. Este producto se genera por la descomposición de la biomasa de microalgas (pudiendo ser residual de los procesos anteriores) en condiciones anaerobias, en un reactor denominado biodigestor, obteniendo este gas compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono [14].
• Otros productos. En la aplicación de microalgas, se sabe que éstas tienen características y componentes que pueden servir para generar productos con aplicaciones no combustibles, los cuales se resumirían en productos útiles para la nutrición humana, para la alimentación animal o acuicultura, productos farmacéuticos, cosméticos, y productos químicos [2].

• Beneficios y limitaciones

La biorrefinería de microalgas cierra el ciclo de aprovechamiento de la biomasa para generación de diferentes productos (Figura 1), identificándose un proceso respetuoso con el medio ambiente, y que colabora a mitigar los gases de efecto invernadero a partir del secuestro de carbono, así como el posible uso de residuos industriales para el cultivo de microalgas que puede disminuir la polución hídrica aprovechando los microorganismos de los efluentes como fuente de nutrientes.

El sistema productivo integrado puede aplicarse en cualquier región (urbana o rural), por lo que se ve como una adecuada alternativa para la generación de bioenergía en regiones donde el alcance al combustible tradicional es escaso; asimismo, la limitación que hasta el momento evita la instalación de plantas a partir de microalgas a gran escala es el costo de instalación y operación de la misma, debido a que las etapas de cultivo y cosecha  demandan energía, sin embargo la idea de aplicar el concepto de una biorrefinería se torna promisoria para resolver esta limitante.

CONCLUSIONES

Se puede concluir que una biorrefinería de microalgas es un sistema que integra adecuadamente el ciclo de aprovechamiento de la biomasa de este material para la producción de biocombustibles y otros productos, destacando que este sistema es respetuoso con el medio ambiente, buscando su preservación, mitigando los gases de efecto invernadero, la disminución de la polución por residuos industriales y secuestrando el dióxido de carbono del medio ambiente, a la vez que genera productos de significativo valor, sin dejar de lado las limitaciones que evitan hasta el momento la operación de una planta a escala industrial, sin embargo, una biorrefinería puede ser una alternativa acertada considerando las futuras mejoras a los procesos y optimizaciones que se vienen estudiando satisfactoriamente hasta ahora, tal como la producción de biogás a partir de biomasa de microalgas que en un futuro resultaría en un nuevo trabajo de investigación a ser desarrollado.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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VOLGUSHEVA, A.; STYRING, S.; MAMEDOV, F. Increased photosystem II stability promotes H2 production in sulfur-deprived Chlamydomonas reinhardtii. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, v. 110, n. 18, p. 7223-7228, 2013.

Ing. Gonzalo Oscar Eulate Choque – R.N.I. 8718

Es Ingeniero Electricista de la Universidad Mayor de San Andrés con Maestría en Ingeniería del Software, Maestría en Ingeniería Eléctrica – Energía, Postgrado en Economía Informática y Diplomados en Ingeniería del Software, Sistemas Inteligentes, Robótica.

RESUMEN

El proyecto de investigación contempla, el uso y la producción de hidrógeno verde a partir del uso de sistemas fotovoltaicos. La producción del hidrógeno verde, considera el proceso químico de la electrolisis, que utiliza la corriente eléctrica continua para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El resultado es el hidrógeno verde considerado como vector energético, debido a la posibilidad de su uso, en la producción de amoniaco para fertilizantes, en la producción de acero, en el reemplazo o combinación con el gas natural para el sector industrial y domiciliario donde la energía eléctrica es suministrada por los sistemas fotovoltaicos.

INTRODUCCIÓN

Actualmente en Bolivia se tiene en funcionamiento los proyectos eólicos de Qollpana y los proyectos solares de Yunchará, Uyuni y Oruro. Debido al nivel de irradiación en el Altiplano boliviano se cuenta con una generación de energía eléctrica en base a centrales fotovoltaicos, que a su vez este nos permitirá la producción del hidrogeno verde mediante el proceso de la electrolisis que no emite carbono al medio ambiente.

El hidrogeno presenta las alternativas de consumo/uso en el sector del transporte, en el sector industrial, residencial y otros, se puede almacenar y transportar en vehículos, así como, se puede transportar en tuberías, para su uso masivo en diferentes sectores económicos del país.

De acuerdo a la figura No 1 (composición de la oferta de generación), el 69% de la generación disponible corresponde a las centrales térmicas a gas y diésel. En Bolivia es subvencionado el gas para el uso en las centrales térmicas para la generación de energía eléctrica, esta ocasiona pérdidas para el estado, es conveniente el reemplazo del gas natural por el hidrogeno verde. 

Respecto al consumo final de energía, de acuerdo al reporte de OLADE de la gestión 2018, el sector de transporte tiene una participación de 58.45% y el sector industrial tiene una participación de 19.21%.

La producción de hidrógeno verde mediante el uso de generación fotovoltaica, presenta una alternativa bastante importante para Bolivia, tomando en cuenta que el nivel de irradiación se encuentra en el orden de 2 a 9,5 kWh/m2-dia. Se presenta a continuación el mapa solar de Bolivia. 

1. Proceso Electrolítico – Electrólisis del Agua

El proceso de electrólisis del agua corresponde a la circulación de corriente continua a través de dos electrodos (ánodo y cátodo), en contacto con el agua se produce la separación de las moléculas en hidrógeno y oxígeno. Este tipo de tecnología es el método limpio para la obtención del hidrógeno a partir del agua mediante el uso de sistemas fotovoltaicos.

El agua utilizada durante este proceso debe ser tratada previamente logrando un nivel de pureza tal, que evite la deposición de minerales y el consiguiente deterioro de los elementos de las celdas, con lo cual se consigue una extracción del hidrógeno con una pureza del orden 99.99 vol.% [2].

Existen tres tipos de electrolizadores que difieren principalmente el electrolítico utilizado: alcalinos, de membrana de intercambio de protones (PEM) y de estado sólido (SOE)

En la siguiente tabla se presenta una comparación de las tecnologías con el método más utilizado de extracción de hidrógeno y el reformado de gas metano.

2. El Hidrógeno como Vector Energético

El hidrógeno como vector energético se basa en el ciclo que se presenta en la figura No 4.

En Bolivia el sector de transporte utiliza el 58% de la matriz energética de consumo (figura No 2), utilizando gas, gasolina y Diesel, se contempla el uso de hidrógeno para el transporte en autos de pasajeros, buses, vehículos utilitarios y otros vehículos eléctricos. Dado que la red de gas y la infraestructura relacionada ya existe, la inyección de hidrógeno en la red de gas es la forma más rentable de almacenar grandes cantidades de hidrógeno, dependiendo del origen del gas natural, el contenido de hidrógeno puede alcanzar hasta 15% en volumen [6]. El hidrogeno presenta un poder calorífico mayor al del gas natural, así también, es posible la combinación del gas e hidrogeno para la producción de electricidad, reduciendo la contaminación de CO2 al medio ambiente y reduciendo las pérdidas económicas al país

3. Costo de Producción de Hidrogeno

El cálculo del costo de hidrógeno se realiza utilizando la siguiente ecuación, propuesta en el documento “Tecnologías del hidrógeno y perspectivas para Chile” referencia 

[2].

Donde:

Pinst= potencia instalada del electrolizador [MW]

?= inversión según la capacidad instalada [USD/MW]

FRC = factor de recuperación de capital en función a la tasa de descuento 

fp = factor de planta

M(fp) = función de costos de mantenimiento como un porcentaje de la inversión.

h = horas en un año

QH2 = capacidad de producción de hidrógeno [kg/h]

QH2O =cantidad de agua consumida [m3/kg de hidrógeno]

PH2O= precio del agua [USD/m3]

Qe= cantidad de electricidad consumida [kWh/kg de hidrógeno] 

Pe = precio de electricidad [USD/MWh]

QO2 = venta de oxígeno tomando en cuenta la cantidad producida [kg O₂/kg H2] 

PO2 = precio de venta del oxígeno [USD / kg O₂]

CONCLUSIÓN

Elevada eficiencia energética. 1 kg de H2 equivale aproximadamente a 3,5 litros de diésel y una pila de combustible es el doble de eficiente que un motor de combustión interna, con lo que 1 kg de hidrógeno equivale a 7 litros de diésel, y con 1 kg de hidrógeno se pueden recorrer aproximadamente 120 km en el caso de vehículos utilitarios (por lo tanto, con 33,33 kWh de energía se pueden recorrer 120 km), mucho más eficiente que los vehículos alimentados por combustibles convencionales.

Combustible autóctono. El hidrógeno se puede generar a partir del agua, mediante el proceso de químico de la electrólisis, que otorga seguridad en cuanto al suministro y evita la dependencia energética en el mediano y largo plazo.

Ausencia de contaminantes a la atmósfera. El hidrógeno se combina con el oxígeno del aire en la pila de combustible, produciendo electricidad como producto principal, agua y calor como subproductos. La electricidad se aprovecha y el calor se disipa, por lo que la única emisión asociada es el vapor de agua que el vehículo emite por el tubo de escape.

Estrategia Nacional de Hidrogeno Verde. Existe la necesidad de establecer una estrategia a corto, mediano y largo plazo, considerando la generación de electricidad superior a 5 GW para la producción de por lo menos de 200 kton/año. Considerando: el incentivo al mercado interno y a la exportación, el desarrollo social y territorial de las comunidades en el altiplano boliviano, la adecuación del marco regulatorio (normativa para la producción y uso) y la formación de capacidades en los recursos humanos del estado boliviano.

Polos de Desarrollo Nacional. La producción del hidrógeno verde, brinda una enorme oportunidad a Bolivia, como es el caso del aprovechamiento de las aguas del Silala para el proceso de electrólisis entre otros como posible polo de desarrollo Nacional.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [1] Castillo, A.E. (2013) Respuesta inercial de sistemas de potencia con grandes inyecciones de generación fotovoltaica. Tesis de licenciatura. Chile, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Chile – Santiago de Chile.

• [2] Vásquez, R.; F. Salinas y Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH, (2018) Tecnologías del hidrógeno y perspectivas para Chile. Editorial Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH Friedrich-Ebert-Allee 40 53113 Bonn • Alemania.

• [3] Fernández, M., F. Fernández, C.; G. Rodríguez, Energética. (2020). “Situación Energética de Bolivia y Desafíos” en Situación Energética Bolivia Final – WWF [En línea]. Bolivia, disponible en:https://wwflac.awsassets.panda.org/downloads/1_situacion_energetica_bolivia_25_02_optimized.pdf [Accesado el día 3 de agosto de 2021]

• [4] Comité Nacional de Despacho de Carga. (2020). “Memoria anual 2020 resultados de la operación del SIN” en Comité Nacional de Despacho de Carga [En línea]. Bolivia, disponible en: https://www.cndc.bo/boletines/memorias.php?idcat=7 [Accesado el 5 de agosto de 2021] 

• [5] Aguado, R.; Casteleiro, J.; Jove, E.; Zayas, F.; Quintián, H. y J. Calvo, (2021) Hidrógeno y su almacenamiento El futuro de la energía eléctrica. Universidad de Coruña, Servizo de Publicacións. Coruña.

• [6] Ministerio de Energía, Gobierno de Chile, (2020). “Estrategia nacional de hidrógeno verde” em Ministerio de Energía, Gobierno de Chile [En línea] Chile, disponible en: https://energia.gob.cl/sites/default/files/estrategia_nacional_de_hidrogeno_verde_-_chile.pdf [Accesado el día 6 de agosto de 2021]

Ing. Irene Ventura - RNI: 48716

Es Ingeniero Industrial

RESUMEN

El presente artículo es un estudio correspondiente a la especie Bixa Orellana L. como agente sustituto al Piritionato de Zinc, un componente químico que actúa como principio activo en la cosmetología de champús anticaspas. El siguiente articulo comenta el estudio de esta especie, desde la caracterización de la materia prima, determinación del contenido promedio de zinc (0.0535 g de zinc/100 g de Bixa Orellana L.) por A.A., pasando por optimizar el proceso de extracción del zinc hasta una formulación estandarizada del producto conforme a especificaciones de la Norma NB 74000:2009.

 Palabras clave 

A.A.  Absorción Atómica, técnica común para detectar metales en muestras ambientales, aguas, suelos y aire; técnica está basada en el hecho de que los átomos en estado fundamental de un determinado elemento absorben la energía emitida por una fuente de excitación del mismo elemento.

Bixa Orellana L.  Nombre Científico referente al Achiote, árbol y/o arbusto de rápido desarrollo cuyo fruto es usado ampliamente como colorante dentro de la industria textilera, alimenticia y farmacológica.

Espectrofotometría La espectrofotometría, técnica analítica que permite determinar la concentración de un compuesto en solución.

Norma 74000: 2009 Norma Boliviana de Agentes tensoactivos - Aplicaciones - Champú para uso capilar, se tienen los siguientes parámetros establecidos como requisitos específicos y microbiológicos, determinados por un rango mínimo y máximo que debe cumplir el producto. 

Piritionato de zinc compuesto químico, considerada como sal mineral que ayuda a prevenir que el hongo que produce la caspa, Malassezia globusa, produzca irritantes del cuero cabelludo.

INTRODUCCIÓN

El problema de la pitiriasis simple afecta a más del 50 % de la población boliviana, varias personas de las que sufren este padecimiento atópico utilizan para contrarrestar este problema champús anticaspas (Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, 2007).

En la actualidad se ve en el mercado diferentes champús medicados que ayudan a controlar las infecciones fúngicas, los cuales utilizan como principio activo el Zinc piritiona al 0,3 a 2% en su fabricación. Este compuesto químico, considerada como sal mineral, produce irritación ocular, y puede llegar a ser agresivo en cueros cabelludos muy sensibles, originando inflamación en los folículos pilosos, dermatitis en contacto hasta casos de erupción (Allevato, 2008).

La diferencia entre un compuesto químico como el piritionato de zinc y el zinc como oligoelemento presente en las plantas radica en que este último no conlleva efectos secundarios y agresividad con el cuero cabelludo dermatológicamente tratada (Gonzáles, D., Hardisson, A., Izquierdo, M., Rodríguez, I. & Rubio, C., 2007).

DESARROLLO

CHAMPÚS DE ACCIÓN ESPECÍFICA, NORMA 74000: 2009

Anticaspa. - Las compañías de cosméticos han desarrollado champús para aquellos que tienen caspa. Estos contienen fungicidas como el Piritionato de Zinc y Sulfito de Selenio que ayudan a reducir la caspa Malassezia furfur. El salicilato y sus derivados, el ketoconazol también son usados a menudo.

CONTENIDO DE METABOLITOS PRIMARIOS EN HOJAS DE LA BIXA ORELLANA L.

CONTENIDO DE ZINC POR ESPECTROFOTOMETRIA AA 

PROCESO DE EXTRACCIÓN ÓPTIMO DEL ANÁLITO

PROCESO DE ELABORACIÓN INDUSTRIAL

CARACTERISTICAS FISICOQUÍMICAS Y MICROBIOLÓGICAS DEL PRODUCTO FINAL

COSTOS DE RENTABILIDAD

A partir de un estudio de mercado, técnico:

• El Valor Actual Neto (VAN) obtenido es Bs 4054542,35 (Por lo tanto, mayor a 0) calculado con una tasa de descuento referida al costo efectivo de la deuda de 14.04 % al ser un proyecto considerado en su totalidad con un financiamiento externo. Por lo tanto, el resultado obtenido indica que el proyecto tendrá beneficios futuros.
• La Tasa Interna de Retorno (TIR) es de 96 % superior al costo de oportunidad del capital, lo que significa que el rendimiento esperado será mayor al rendimiento mínimo fijado como aceptable.
• La Relación Beneficio Costo (B/C) es de Bs 1.156, lo que financieramente significa, que por cada peso invertido en el proyecto se obtendrán 0.156 centavos de ganancia.
• Y el periodo de Recuperación de la inversión será de 2 años.

CONCLUSIÓN

A partir de una extracción optima del zinc a partir de hojas de Bixa Orellana L. que reemplazaría el Piritionato de Zinc de productos de competencia directa de similar especificación, es posible el proceso de elaboración de un champú anticaspa capaz de combatir este problema dermatológico.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos. (2007). Las personas pueden ser       susceptibles a la caspa. Los Tiempos. Obtenido de https://www.lostiempos.com 

Allevato, M. (2008). La caspa…ese desagradable polvillo blanco que se deposita sobre los hombros. Publicación Act Terap Dermatol,31-54.

The University of Arizona. (2020). Investigaciones. Centro de Investigación. Obtenido de https://www.arizona.edu

Gonzales, L. (2020). Los 7 mejores champús Anticaspa: ¿Cuál de ellos es el que mejor se adapta a tu cabello y piel ?. Obtenido de https://www.intelligentpharma.com

Ing. Elmer Cusipuma Condo - R.N.I. 35467

Es Ingeniero Civil de la Universidad Mayor de San Simón

RESUMEN

Encontrar diseños económicos de muros de contención en voladizo es una tarea crucial en la ingeniería civil. Este problema se puede formular como un problema de optimización no lineal con restricciones en el que el objetivo es identificar una solución de diseño que tenga el costo más bajo y que satisfaga todas las restricciones requeridas. Este estudio emplea el complemento Metamizer Excel Addin para resolver el problema de optimización. El resultado experimental señala que Metamizer puede ser muy útil para ayudar a la ingeniería civil en la tarea de diseñar muros de contención en voladizo.

Palabras clave: Evolución diferencial, Metamizer, diseño de muros de contención, optimización estructural.

INTRODUCCIÓN
Los enfoques principales del diseño de muros de contención son la estabilidad geotécnica, la resistencia estructural y la eficiencia económica. En el método convencional, el enfoque de prueba y error se emplea a menudo para obtener una buena solución de diseño de forma iterativa. Sin embargo, este método tradicional requiere mucho tiempo y no garantiza una buena solución de diseño. Para reemplazar el enfoque de prueba y error, varios académicos han recurrido a varias técnicas de optimización. Se muestra que las herramientas de optimización empleados son capaces de determinar soluciones de diseño económicas con la satisfacción de todas las restricciones requeridas. 

Generalmente, para diseñar un caso simplificado de estructura de muro de contención, la función objetivo puede ser el costo de la estructura y se establecen las restricciones para asegurar la estabilidad de la estructura. 

METAMIZER EXCEL ADDIN

En el presente estudio, se utiliza el complemento Metamizer Excel Addin que utiliza el algoritmo de optimización Evolucion diferencial para resolver problemas de Optimización. Para ingresar al complemento se puede acceder a ella desde la cinta de opciones de Excel titulada “Metamizer”.

El instalador, la documentación se encuentra disponible en [1].

La hoja de cálculo Excel para el muro de contención puede ser descargada del siguiente enlace:

https://cusipumaelmer.gitbook.io/diseno-optimo-de-muros-de-contencion-en-voladizo/

MODELADO MATEMÁTICO DEL PROBLEMA DE OPTIMIZACIÓN

El diseño óptimo del problema requiere de una función objetivo, parámetros constantes y variables de diseño, además de restricciones que proporcionen seguridad y estabilidad en los modos de falla y cumpla con los requisitos del código de construcción de concreto ACI 318.

       Figura 1. Muro de contención Tabla 1. Barras de acero comerciales

Los datos para este estudio han sido extraídos del ejemplo 17.1 página 708 [2].

FUNCIÓN OBJETIVO

El objetivo es minimizar el costo del muro de contención:

Dónde X es el vector que contiene la secuencia de variables de diseño, es el costo unitario del acero, es el costo unitario del concreto, es el peso del acero por unidad de longitud del muro, y es el volumen de hormigón por unidad de longitud del muro.

PARÁMETROS CONSTANTES

A partir de la figura 1, designamos los parámetros constantes.

VARIABLES DE DISEÑO

En el problema de optimización se consideran un total de 19 variables de diseño, todos del tipo entero. 

Las primeras 5 variables son las dimensiones de la sección transversal del muro de contención, conforme a la figura 1 y las variables restantes están relacionadas con el diámetro de refuerzo de acero y la separación de barras conforme a la tabla 1 y figura 2.  

Figura 2. Esquema de armado de barras de acero [4]

RESTRICCIONES

En el problema se definen 22 funciones de restricción. Estos se pueden clasificar en tres grupos:

Las funciones de restricción de estabilidad se describen satisfaciendo los factores deseables de los coeficientes de seguridad para los modos de falla por vuelco, deslizamiento y capacidad de carga. 

En las funciones de restricción de capacidad, el momento y corte del muro de contención deben ser mayores que los momentos y las fuerzas de corte de diseño, respectivamente. Además, las áreas de refuerzo (As) deben ser mayor al mínimo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 

Realizada la optimización con 500 generaciones y 100 individuos se generan los resultados de las variables de diseño (tabla 2) y el cumplimiento de todas las restricciones por lo que la solución se considera factible. El costo óptimo es de 6888.103 Bs/m (Figura 3)

   Tabla 2. Resultado de variables de diseño     Figura 3. Cantidades totales-Excel

CONCLUSIÓN
Este trabajo desarrolla una hoja de cálculo Excel, usando el complemento Metamizer Excel Addin basado en el algoritmo Evolución diferencial para abordar el problema de optimización con restricciones del diseño de muros de contención en voladizo. Los usuarios pueden implementar aún más hojas de cálculo para optimizar con el complemento Metamizer, estructuras de muros de contención similares y otros problemas de optimización de diseño de estructuras.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. https://aiosciv.com/productos/metamizer/
2. Das, B.M. Principles of Foundation Engineering: Ninth Edition, SI Edition, 2019.
3. ACI. American Concrete Institute: Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary; ACI:Farmington Hills, MI, USA, 2019.
4. José Calavera, Manual for detailing reinforced concrete structures to EC2