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TESIS
ESTUDIO TÉCNICO SOBRE
LOS MATERIALES SERPENTINÍTICOS
DEL TÚNEL MAYARÍ-LEVISA
PARA SU EMPLEO COMO ÁRIDOS EN
HORMIGONES
Reinier Leyva Avila
�Página legal
Título de la obra: Estudio técnico sobre los materiales serpentiníticos del túnel MayaríLevisa para su empleo como áridos en hormigones, 103pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN:
1.Autor: Reinier Leyva Avila
2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
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e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�REPUBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALURGICO DE MOA
“Dr. ANTONIO NUÑEZ JIMENEZ”
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA
ESTUDIO TÉCNICO SOBRE LOS MATERIALES SERPENTINÍTICOS
DEL TÚNEL MAYARÍ-LEVISA PARA SU EMPLEO COMO ÁRIDOS EN
HORMIGONES.
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología
Maestría en Geología, Mención Geotecnia e Hidrogeología
9na Edición
Autor: Ing. Reinier Leyva Avila
Tutor: Dr. C. Carlos Leyva Rodríguez
Moa, 3 de julio del 2015
“Año 57 de la Revolución”
�Ing. Reinier Leyva Avila
ÍNDICE
PENSAMIENTO ......................................................................................................... I
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................... II
RESUMEN ............................................................................................................... III
SUMMARY .............................................................................................................. IV
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 3
CAPÍTULO I: CARACTERÍSTICAS FÍSICO GEOGRÁFICAS Y GEOLÓGICAS DE
LA REGIÓN DE ESTUDIO...................................................................................... 10
1.1 Introducción. ....................................................................................................................10
1.2 Características geográficas del área de estudio. ...............................................................10
1.2.1 Clima. ............................................................................................................................11
1.2.2 Vegetación. ....................................................................................................................11
1.2.4 Red Hidrográfica. .........................................................................................................13
1.2.5 Vías de comunicación...................................................................................................13
1.2.6 Características socioeconómicas. .................................................................................13
1.2.7 Características geológicas de la región. .........................................................................14
1.2.8 Características geológicas del área de estudio. ..............................................................17
1.2.9 Particularidades geomorfológicas del área de estudio. .................................................18
1.2.10 Condiciones hidrogeológicas del área de estudio. ......................................................22
1.2.11 Caracterización tectónica de la zona. .........................................................................23
1.3 Conclusiones....................................................................................................................24
CAPÍTULO II: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y VOLUMEN DE LOS
TRABAJOS REALIZADOS. ................................................................................... 25
2.1 Introducción. .....................................................................................................................25
2.2 Metodología de la investigación. .....................................................................................25
2.3 Primera etapa. ..................................................................................................................26
2.4 Segunda etapa. .................................................................................................................30
2.5 Tercera etapa....................................................................................................................37
2.6
Conclusiones. ................................................................................................................47
CAPÍTULO III. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS. ......... 48
3.1 Introducción. ....................................................................................................................48
3.2 Resultados sobre los tipos litológicos que componen el túnel Mayarí- Levisa. ...............48
1
�Ing. Reinier Leyva Avila
3.3 Caracterización físico–mecánica de los materiales de escombros del Túnel MayaríLevisa. ...........................................................................................................................51
3.4 Resultados de ensayo granulométrico. .............................................................................54
3.5 Resultados sobre las dosificaciones de hormigones obtenidas. ....................... 65
CONCLUSIONES. .................................................................................................. 69
RECOMENDACIONES. .......................................................................................... 70
RELACIÓN DE ANEXOS........................................................................................ 71
BIBLIOGRAFÍA. ..................................................................................................... 73
2
�Ing. Reinier Leyva Avila
INTRODUCCIÓN
A nivel mundial se emplea la serpentinita como fuente de áridos para la construcción,
siendo necesario esclarecer que esta roca no es muy abundante en el mundo.
Se denomina áridos: Materiales rocosos naturales que se usan para hacer el hormigón;
es decir, la grava y la arena, una serie de rocas que, tras un proceso de tratamiento
industrial simple se clasifican por tamaños, en el caso de los áridos naturales o
trituración, molienda. Estos materiales se emplean en la industria de la construcción en
múltiples aplicaciones, que van desde la elaboración, junto con un material ligante de
hormigones, morteros y aglomerados asfálticos, hasta la construcción de bases y subbases para carreteras, vías de ferrocarril, balastos y sub-balastos, o escolleras para la
defensa y construcción de puertos marítimos.
Los áridos son, por lo tanto, básicos e imprescindibles en la construcción de
edificaciones, obras civiles e infraestructuras de cualquier país y por ello, un indicador
muy preciso del estado en su economía y de su desarrollo socio-económico.
En la mayor parte de las aplicaciones industriales, el empleo del árido se justifica en
razón a su comportamiento estable frente a la acción química y los agentes externos,
así como a su resistencia mecánica frente a cargas y vibraciones. No se deben
considerar como áridos, por lo tanto, aquellas sustancias minerales utilizadas como
cargas en diversos procesos industriales por sus características físico-químicas, que
afectan sustancialmente al producto obtenido.
Para fabricar 1 m3 de hormigón son necesarias entre 1,8 y 1,9 toneladas de áridos,
para una vivienda unifamiliar entre 100 y 300 toneladas, para un colegio de tamaño
medio o un hospital entre 4 000 y 15 000 toneladas, para un kilómetro de vía férrea
unas 1 000 toneladas y para un kilómetro de autopista unas 30 000 toneladas (Carmen
Jiménez., 2003).
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�Ing. Reinier Leyva Avila
Según el informe de las Naciones Unidas sobre el hábitat, la población urbana crecerá
de 2 860 millones en el 2000 a 4 980 millones en el 2030. El aumento previsto de 2 000
millones en la población del tercer mundo se producirá en especial en las ciudades, por
lo que la demanda de materiales de construcción no tendrá precedente en esos países,
de similar forma viene ocurriendo en Cuba, con los diferentes programas sociales que
está desarrollando la Revolución y la gran demanda de materiales de construcción que
esto implica (Carmen Jiménez., 2003).
Los áridos son, por lo tanto, básicos e imprescindibles en la construcción y desarrollo
de obras civiles e infraestructuras de cualquier país, un indicador muy preciso del
estado de su economía y de su desarrollo socio-económico.
Cuba, al igual que otros países insulares, no cuenta con las condiciones extraordinarias
de reservas naturales que existen en los países continentales.
En nuestro país, resulta significativo, la inexistencia de experiencias en el empleo de
estas rocas para la obtención de áridos, siendo bastante común su empleo como
materiales de relleno, en canteras de préstamo. Se puede afirmar que existe duda para
su empleo, sin tomar en cuenta que pueden existir muchas variedades de estas
litologías con diferentes grados de serpentinización y de competencia mecánica. Por
ejemplo, se han empleado como áridos aluviales en muchas extracciones antiguas y
actuales en los municipios del Este de la provincia de Holguín, donde numerosas obras
sociales e industriales (incluyendo la industria del Níquel) ofrecen este testimonio.
La construcción del trasvase en su segunda etapa presenta 17 km de túnel los cuales
se encuentran constituidos por materiales serpentiníticos generando grandes
volúmenes de rocas que contaminan el medio ambiental, la cantidad de material
resultante de estas excavaciones es significativa, en el caso de los túneles supera los
500 mil m3. Estamos en presencia de enormes depósitos potenciales de materiales
para la construcción, que a la vez son considerados desechos por la Empresa
Constructora de Obras Hidráulicas (ECOH). En estos casos se buscaría la ubicación de
estos materiales, como solución a la problemática de afectación al entorno que estos
provocan, y por otra parte disminuir la afectación resultante de la extracción de
4
�Ing. Reinier Leyva Avila
materiales de la cantera del Pilón de Mayarí, aluviales de ríos Sagua de Tánamo;
pudiendo destinar estas producciones de agregados aluviales para hormigones de
mayores prestaciones y de alta resistencias.
De lograr confirmar la evaluación positiva de estos materiales serpentiníticos como
áridos para la construcción, estaremos contribuyendo a dar un aporte importante al
déficit existente de los mismos, y
no solo aplicable a estos municipios, sino que
puedan ser generalizados estos resultados a muchos otros territorios del país que
cuentan con estas litologías.
Antecedentes
En el mundo se ha utilizado la explotación de minerales serpentiníticos como
materiales de construcción.
Según (Carmen Jiménez., 2003), los materiales serpentiníticos son el producto
resultante del proceso de metamorfismo de las rocas ultrabásicas. Dentro de la
clasificación de las rocas ultrabásicas en Cuba, han sido reportadas las siguientes:
Dunitas
Hazburgitas
Lherzolitas
Wehrlitas
Piroxenitas
Estas rocas se encuentran ampliamente distribuidas, formando una franja a lo largo de
toda la costa norte de la isla, alcanzando extensión de 900 Km.
Además de su abundancia en todo el territorio nacional, con ellos se relacionan
diversos proyectos constructivos con amplias perspectivas para el desarrollo
económico del país en la ejecución de obras hidráulicas.
Las rocas ultrabásicas atendiendo a su composición química se caracterizan por
presentar muy bajos contenidos de sílice (menor de 45 %) encontrándose dentro de
este grupo las peridotitas y piroxenitas.
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�Ing. Reinier Leyva Avila
Con respecto a su composición mineralógica están compuestas por olivino y piroxenos.
Por lo que las rocas ricas en olivino reciben el nombre de peridotitas, aunque en
algunos petrógrafos excluyen a la dunita y denominan peridotitas a las mezclas con
piroxeno.
Debido al gran interés que se le atribuye a los áridos como material de construcción,
en este trabajo se hará énfasis a sus características más generales en lo que respecta
a composición química, mineralógica, dureza, etc.
En el área de Bandeira - Silleda (Pontevedra), en España se explota una peridotita
serpentinizada, que se destina casi en su totalidad a áridos. La explotación más
importante es la cantera de Campomarzo, propiedad de Explotación Minera
Campomarzo S.A., que extrae y tritura unas de 300 000 t/año de áridos, destinados a
balasto
de
ferrocarril
y
obras
públicas.
1994,
[Consulta:
17de
enero,
2013].Http://www.igme.es/internet/recursosminerales/historico/9394/OT_SUST.pdf.
RODRÍGUEZ S., V. E. 1985 presentó el trabajo como tema: “Materiales serpentiníticos
en la construcción de presas de materiales locales Presas Moa”. Instituto Superior
Minero Metalúrgico de Moa. Trabajo de Diploma. El cual está enmarcado en mostrar el
empleo del material serpentinítico en la construcción de presas locales.
En la parte general del trabajo se expone el resultado de un análisis detallado de los
materiales de archivo y de las investigaciones realizadas para la utilización del material
serpentinítico como base de las obras hidráulicas y para su empleo como material de
construcción. Abordó además la clasificación de las rocas y su composición química y
mineralógica, así como los resultados de las investigaciones geológicas realizadas para
el diseño de presas locales en los cuales se han empleado materiales serpentiníticos.
LÓPEZ P., L. M. 2006, presentó el trabajo como tema: “Caracterización Geológica de
las materias primas mineras de los municipios Moa – Sagua de Tánamo para su
empleo como material de construcción”. Trabajo de Diploma. En el cual se estudia y
analiza la composición granulométrica del material grueso mayor de 20 mallas para su
posible utilización como árido en la construcción y donde el 21,92 % de las muestras
está constituido totalmente por material grueso (fragmentos de serpentinitas).
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�Ing. Reinier Leyva Avila
En el 2007, Céspedes en su trabajo, “Caracterización y perspectivas de uso del
rechazo serpentinítico de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” como árido
para la construcción”, realiza una evaluación de este
residuo con el objetivo de
utilizarlo en la industria de los materiales de construcción, en el cual fueron tomadas
una serie de muestras del material serpentinítico y enviado al Centro Técnico para el
Desarrollo de los Materiales de Construcción (CTDMC), donde se realizaron una serie
de ensayos destinados a conocer las propiedades físicas, mecánicas y químicas que
tendría un árido de este material, teniendo en cuenta los principales aspectos que
imposibilitarían su uso, donde se demuestra la factibilidad de empleo de estas rocas
como áridos para obras sociales del Gobierno en hormigones hasta 30 MPa.
Montero, 2007 en su trabajo, “Caracterización y perspectivas de uso del rechazo
serpentinítico de la Empresa “Comandante Pedro Sotto Alba” como árido”, realizó
ensayos similares a los de Céspedes (2007), pero en este caso el material que utilizó
para los ensayos fue el rechazo serpentinítico de la Empresa Comandante Pedro Sotto
Alba.
En el año 2007 se expone en el forum municipal del municipio de Moa el siguiente
trabajo, ¨Solución al déficit de áridos en el municipio de Moa empleando los desechos
serpentiníticos de la Empresa Comandante Ernesto Guevara¨.
Teniendo como
conclusiones las siguientes:
Basado
en
los
resultados
de
los
ensayos
realizados,
especialmente
Triturabilidad, reacción Árido álcali, abrasión Los Ángeles, se propone la
utilización de los áridos triturados procedentes del rechazo serpentinítico de la
ECEG para hormigones hidráulicos y asfálticos utilizados en obras que realiza el
Poder Popular por sus propios medios, de hasta 25 Mpa.
Incluir definitivamente y de manera oficial a la serpentinita como una roca para la
producción de áridos en Cuba, aspecto este que no está aprobado en la
clasificación actual de los yacimientos de materiales de construcción en Cuba.
Estudios
Regionales
de
GEOCUBA
2005,
Doctor
José
Manuel
CordovezPedrianes, Trasvase Este-Oeste. Estudio Regional Básico a escala
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�Ing. Reinier Leyva Avila
1:25 000, en el cual se aplicaron técnicas digitales novedosas entre las que se
encuentran la Teledetección Digital y la confección del MDT y digitalización de
todos los ríos por sus órdenes, permitiendo la realización de interesantes
análisis geomorfológicos y tectónicos, así como la confección de mapas y
perfiles.
Teniendo en cuenta lo anteriormente expresado y el diagnóstico preliminar del volumen
del material sobrante de las excavaciones de los túneles Mayarí-Levisa se propuso
experimentar con este tipo de roca para lograr incorporarlas como material de
construcción con las obras sociales del municipio por lo que se propone el siguiente
diseño.
Problema:
Necesidad de utilizar materiales alternativos para la obtención de áridos
en
hormigones en el municipio de Mayarí.
Objeto de estudio:
Los materiales de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa.
Campo de acción:
Propiedades de los áridos.
Objetivo general:
Caracterizar el material sobrante de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa a través
de las propiedades físico – mecánica, para evaluar su uso como árido en hormigones.
Objetivos específicos:
1. Caracterizar los tipos litológicos de rocas que componen el túnel Mayarí- Levisa.
2. Caracterización físico–mecánica de los materiales sobrantesdel Túnel MayaríLevisa, según los parámetros normalizados para su empleo como áridos en
hormigones.
3. Determinar la dosificación de los materiales sobrantes del Túnel Mayarí-Levisa.
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�Ing. Reinier Leyva Avila
Hipótesis:
Si, mediante el análisis físico – mecánico y los parámetros de calidad normalizados se
determina la utilización del material sobrante del Túnel Mayarí-Levisa para su empleo
como áridos en hormigones, se podrá disminuir el déficit de estos materiales en el
Municipio.
Aporte científico:
El volumen de material sobrante de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa
constituye una gran fuente de recursos para el desarrollo constructivo del municipio
Mayarí, de ahí la importancia de su estudio y normalización de los parámetros técnicos
del material de las excavaciones. Como aporte de la investigación se tiene:
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�Ing. Reinier Leyva Avila
CAPÍTULO
I:
CARACTERÍSTICAS
FÍSICO
GEOGRÁFICAS
Y
GEOLÓGICAS DE LA REGIÓN DE ESTUDIO.
1.1 Introducción.
En el presente capítulo se abordan los basamentos teóricos de la investigación, que
comprende los aspectos físico-naturales, descripción geológica del área de estudio, e
hidrogeología de la investigación, las mismas parten de una breve descripción de la
ubicación geográfica del área, además de las características físico geográficas del área
de estudio, clima, vegetación, orografía, red hidrográfica, geomorfológicas, también las
diferentes características socioeconómicas que nos permiten elaborar respuesta a los
problemáticas que puedan ocurrir en el área de estudio.
1.2 Características geográficas del área de estudio.
La ciudad de Holguín está situada en la porción norte oriental de la isla de Cuba. El
municipio Mayarí, se localiza en la parte centro–este de la provincia. Al Norte limita con
la Bahía de Nipe y el Océano Atlántico, además de los municipios Banes y Antilla, al
Sur con la Provincia de Santiago de Cuba (municipios Julio Antonio Mella, San Luis y
Segundo Frente), al Este con el municipio Frank País y al Oeste los municipios Cueto y
Báguano, como se puede observar en la (Figura 1.1). Su extensión territorial es de
1,310.6 km².
10
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura 1.1. Ubicación geográfica del área de estudio.
1.2.1 Clima.
El clima de la región es tropical húmedo, distinguiéndose de acuerdo a la distribución
de las precipitaciones dos períodos: seco y húmedo; el primero se extiende de
noviembre-abril y el segundo de mayo-octubre, lo que se correlaciona con la
distribución interanual del escurrimiento.
La precipitación anual oscila entre valores de 1475 a1517 mm según el Mapa de Lluvia
media hiperanual 60 años, de (Fernández N. y Maximova O.1992 actualizado en el
2005.
1.2.2 Vegetación.
La vegetación original del área y en especial de las zonas más altas (entre 300-500
metros de altura), estaba cubierta mayormente por el bosque, donde se intercalan
áreas de bosque de pino y en menor grado zonas con matorral xeromorfo subespinoso
(charrascal), su distribución está determinada en lo esencial por el balance hídrico en el
suelo, determinado por la relación entre la pendiente del relieve, potencia del suelo y
en menor grado la exposición solar. Figura 1.2).
11
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura 1.2 Vegetación natural de charrascos sobre suelo de poca cobertura.
1.2.3 Hidrografía del área de estudio.
Esta región está caracterizada por su diversidad y complejidad, existiendo llanuras
fluviales, pero sobre todo con el predominio de un relieve montañoso constituido casi
en su totalidad por el sistema orográfico o grupo montañoso Nipe-Cristal-Baracoa.
También hay predominio de zonas llanas en los valles de los principales ríos, las que
se solapan con la llanura litoral norte (fuera de la zona de estudio), siendo las llanuras
aluviales más extensas las de las cuencas de los ríos Mayarí y en menor medida
Levisa, siguiendo una pequeña llanura aluvial en el río La Ceiba y río Blanco. En ellas
se presentan zonas de inundación actual y terrazas elevadas con meandros y cauces
abandonados
levantados,
lo
que
demuestra
una
dinámica
neotectónica
de
levantamiento. Las costas en estas llanuras aluviales oscilan entre 12 y 100 m, las
pendientes entre 0º y 15º, la disección vertical de 0 a90 m, disección horizontal de 20 a
más de 380 m/ha y la disección total de 0 a 150 m/ha.
12
�Ing. Reinier Leyva Avila
Hacia la parte Sur el relieve es completamente montañoso, va desde una zona
premontañosa (100m a 250 m) hasta elevaciones con más de 250 msnm y hasta 740
msnm. Las pendientes en esta parte van desde 0º a 70º, la disección vertical 0 a 200
m, disección horizontal de 0 a más de 120 m/ha y la disección total de 0 a 460 m/ha.
Esta zona montañosa se caracteriza por tener forma de colinas medias a altas, con
cimas redondeadas en las elevaciones premontañosas, mesetas lateríticas altas
(Pinares de Mayarí al Oeste y elevaciones al Sur de Levisa donde sólo quedan restos
de estas estructuras), así como cuchillas y algunos picos bajos.
1.2.4 Red Hidrográfica.
Las características del relieve y el régimen de las precipitaciones han favorecido en la
formación de una densa red hidrográfica que corre generalmente de Sur a Norte.
Dentro de las principales corrientes fluviales se destacan los ríos Mayarí y Levisa, así
como los arroyos La Ceiba, Arroyo Blanco y Cajimaya.
La red hidrográfica que predomina es detrítica, el nivel de los ríos cambia en
dependencia de las precipitaciones. Los niveles más bajos se observan en el período
de seca, noviembre-abril y los más elevados en el período de lluvias, mayo-septiembre.
Las características generales del escurrimiento en la zona están basadas en crecidas
extremadamente rápidas, con descensos más bien lentos.
1.2.5 Vías de comunicación.
Fundamentalmente se destaca la carretera principal del país, con su consiguiente
extensa red de carreteras y caminos aledaños.
Se ha desarrollado la actividad marítima, esto se debe a que el municipio cuenta con
un puerto habilitado a tales efectos, que permite exportar e importar la materia prima
necesaria para la rama energética, además en Mayarí se implementó una novedosa
red telefónica y una estación postal telegráfica que asegura la rápida comunicación con
las demás provincias del país y con el extranjero.
1.2.6 Características socioeconómicas.
13
�Ing. Reinier Leyva Avila
En su territorio se encuentran la Central termoeléctrica "Lidio Ramón Pérez", puesta
en marcha en la década de los 90 del siglo XX, que es la de mayor capacidad de
generación de Cuba (560 Mega/Watts); la Fábrica de plástico Cajimaya y otras.
Dentro de las actividades económicas fundamentales encontramos, la generación de
electricidad, plásticos y accesorios, agricultura no cañera, la ganadería vacuna, la
actividad extractiva y forestal, la silvícola, la cafetalera, el comercio, la gastronomía y
los servicios, la construcción, la producción alimentaria, las investigaciones, transporte,
así como la actividad de la salud, cultura, deporte, educación y la actividad de los
servicios comunales y personales entre otros.
Mayarí se reafirma como el municipio de mayor generación de energía eléctrica del
país, con la entrada en acción en julio del 2009 de ocho motores del nuevo
emplazamiento de 24 máquinas, que utilizan el menos costoso fuel oil, y ubicado en un
área de 10 mil metros cuadrados, anexo a la Central Termoeléctrica Lidio Ramón
Pérez, cercana a la ciudad cabecera municipal. La tecnología empleada es de la firma
coreana Hyundai. Así se refuerza el liderazgo eléctrico nacional de Mayarí, que tributa
en total 605 Mw (el 17% de la electricidad del país), además es uno de los municipios
que se encuentra dentro del Programa Integral de Desarrollo del País, lo que le ha
permitido desarrollar sus fuerzas agrícolas y obtener grandes producciones, también
con la terminación de la segunda etapa del trasvases le permitirá integrar otras áreas
para la producción de leche, caña, granos y dos nuevas PCHE que contribuirán a la
generación de energía nacional del País.
1.2.7 Características geológicas de la región.
Trabajos precedentes muestran la alta complejidad desde el punto de vista geológico
que posee la región de estudio, en la misma afloran formaciones geológicas de las más
diversas edades, composición litológica y génesis, constituyendo claras evidencias de
un desarrollo geológico sumamente complejo, que se refleja en una elevada
complejidad estratigráfica y tectónica (Figura 1.3).
Según Iturralde-Vinent en Cuba se pueden reconocer dos elementos estructurales
principales: El cinturón plegado y el neoautóctono. El cinturón plegado está integrado
14
�Ing. Reinier Leyva Avila
por unidades continentales y oceánicas. Sólo la segunda de estas unidades aflora en la
región de estudio, representada por los siguientes elementos estructurales (Martínez R.
2015)
Arco de isla volcánico del cretácico (paleoarco).
Ofiolitas septentrionales.
Cuencas transportadas (piggy back) del Campaniense tardío- Daniense.
Arco de isla volcánico del Paleógeno o neoarco.
Cuencas transportadas (piggy back) del Eoceno Medio-Oligoceno.
El Neoautóctono está representado en el área por secuencias del Post-Eoceno.
Figura 1.3 Esquema Geológico de la región (Martínez R.2015).
Asociación Ofiolítica: representada por peridotitas serpentinizadas, entre las que se
encuentran imbuidos tectónicamente cuerpos de gabros y diabasas de alta dureza.
Afloran aproximadamente en el 90 % en toda la zona y en el 100 % del trazado. Estas
secuencias están muy tectonizadas, observándose dentro de ellas varios sistemas de
grietas, fallas imbricadas y escamas tectónicas con planos que pueden aparecer con
yacencia baja a casi horizontal y entre estos planos puede aparecer milonitización y
minerales del grupo serpentinítico, donde no siempre el patrón de agrietamiento de la
15
�Ing. Reinier Leyva Avila
escama superior e inferior se corresponde, pudiendo ser el superior menos agrietado
que el inferior o viceversa, edad es Jurásico Superior al Cretácico (Martínez R.2015).
Fm la Picota: a pesar de no estar representada en el mapa geológico, se conoce de su
existencia en afloramientos en el río Levisa y se le ha reportado incluso en la antigua
mina agotada Martí, lo que ocasionaba serios problemas con la ley mineral en algunos
sectores, (Martínez R.2015). Está formada por conglomerados polimícticos con
intercalaciones de areniscas polimícticas y conglomerados mal seleccionadas. Sus
relaciones estratigráficas en la zona no se observan, siendo todos sus contactos
tectónicos (Martínez R. 2015). Su edad es del Cretácico Superior (Campaniano) al
Cretácico Superior (Maestrichtiano).
Fm Mucaral: se desarrolla en forma de parches pequeños al Noroeste y Noreste de la
zona de estudio. Está formada por margas con intercalaciones de calizas arcillosas,
areniscas polimícticas, conglomerados polimícticos, limolitas, tufitas y algunas tobas
bentonitizadas. Yace discordantemente sobre las secuencias de la asociación ofiolítica
y está cubierta discordantemente por la Formación Bitirí y depósitos aluviales. Se
depositó en aguas marinas profundas. Su potencia aproximada puede alcanzar hasta
300 m y su edad va desde el Eoceno Medio (parte alta) al Eoceno Superior (Martínez
R.2015).
Fm Bitirí: aflora al noroeste de la zona, formada por calizas de matriz fina, duras,
compactas, carsificadas, que contienen ocasionalmente fragmentos de corales y
grandes Lepidocyclinas de colores amarillo-grisáceo a carmelita.
Yace discordantemente sobre la Formación Mucaral y las secuencias ofiolíticas. Está
cubierta discordantemente por la formación Río Jagüeyes. Son depósitos biohérmicos,
con abundantes algas y periarrecifal, que contiene asociaciones bentónicas. La
influencia terrígena es muy subordinada, observándose en algunas muestras escaso
material volcánico redepositado y cuarzo detrítico, en dependencia de las áreas de
suministro (Martínez R.2015).
Potencia aproximada de 40 m ó más y la edad es Oligoceno Superior al Mioceno
Inferior.
16
�Ing. Reinier Leyva Avila
Fm Río Jagüeyes: sus afloramientos se encuentran en ambos lados del río Mayarí y
en zonas de Frank País en la provincia de Holguín. Constituida por limolitas, areniscas,
gravelitas polimícticas de matriz arenácea a arcillosa con cemento carbonático escaso
o ausente y margas arcillosas y arenáceas, fosilíferas, alternando con calizas
biodetríticas, calizas biohérmicas, calcarenitas y arcillas. Las arcillas y limolitas pueden
ser yesíferas. Predominan los colores crema, grisáceo y carmelita (Martínez R.2015).
Yace discordantemente sobre la formación Bitirí. Está cubierta discordantemente o con
parcial concordancia por la Formación Júcaro y discordantemente por la formación
Jaimanitas, ambas fuera del área hacia el norte.
Potencia aproximada de 150 m y edad del Mioceno Inferior (parte alta) al Mioceno
Superior (parte baja).
Depósitos aluviales (al Q2): formados por los depósitos aluviales arcillo limosos,
areno gravosos en algunos sectores, cíclicos, con estratificación cruzada o sin
estratificación (caóticos). Su potencia puede superar los 5 m y su edad es Holoceno
(Martínez R.2015).
Corteza de Intemperismo ferro-niquelífera: color rojo ladrillo u ocre, está formada por
4 horizontes bien definidos: 1) Serpentinitas lixiviadas, 2) Nontronitas u ocres
estructurales, 3) Ocres inestructurales y 4) Perdigones. Su potencia puede superar los
10 m y su edad es Pleistoceno-Holoceno.
1.2.8 Características geológicas del área de estudio.
La principal litología presente en el área de estudio son las serpentinitas con distinto
grado de serpentinización y con distinta fábrica secundaria (Figura 1.4). La
caracterización de la fábrica secundaria es muy importante desde el punto de vista
ingeniero-geológica toda vez que influye en su comportamiento geomecánico; poder
determinar la zona de desarrollo de estas litologías tributa a un mejor conocimiento del
cuadro geológico (Sánchez S.2006).
17
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura 1.4. Esquema Geológico de la zona de estudio.
1.2.9 Particularidades geomorfológicas del área de estudio.
Según la clasificación geomorfológica de (Cordovés P. J. M. et al.2006) se identificaron
cuatros bloques:
Bloque A: representa las zonas más bajas de la región, presenta una textura fina y
coincide principalmente con los depósitos aluviales de los ríos y la Fm. Jagüeyes, estas
secuencias constituyen sedimentos de grandes espesores de variada composición. La
red de drenaje es escasa y representa sólo una pequeña área al NW de la región y en
las terrazas de los ríos Mayarí, Levisa y Sagua (Cordovés P. J. M. et al.2006).
Bloque B: coincide con las zonas más elevadas, predominan los procesos denudativos
y denudativos-acumulativos; afloran las rocas de la asociación ofiolítica. Se presenta
como una gran zona al centro Norte del área y se caracteriza por constituir una zona
elevada erosionada por los cauces de los ríos Mayarí y Levisa. La densidad del drenaje
es alta presentando altos valores de disección vertical, lo cual denota movimientos de
elevación de los bloques acompañado por intensos procesos erosivos sobre todo en el
curso de los ríos antes mencionados. La configuración de la red es radial, manifestando
18
�Ing. Reinier Leyva Avila
la tendencia del bloque al levantamiento y las superficies pleniplanizadas. En las zonas
más elevadas evidencia la combinación de los procesos neotectónicos y la intensidad
de los procesos erosivos. Una parte de este bloque se encuentra separado del anterior
y se manifiesta en el extremo SE del área investigada. Aunque en una posición
hipsométrica menor este manifiesta similares características a las planteadas. Las
litologías más representativas son las de la asociación ofiolítica y de la formación Santo
Domingo, prevalecen las rocas vulcanógenas y vulcanógenas sedimentarias (Cordovés
P. J. M. et al.2006).
Bloque C: se caracteriza por una textura tendiendo a fina lo que evidencia la presencia
de materiales quebradizos. Por lo general en este bloque se manifiestan las
formaciones carbonatadas como Mucaral y Maquey, vulcanógenas y vulcanógenassedimentarias como Santo Domingo y Mícara. Desde el punto de vista hipsométrico el
bloque se representa entre zonas bajas, con límite en las terrazas del río Sagua
(Bloque A), y la región de premontañas, presentando rasgos geomorfológicos de zonas
acumulativas y denudativo-acumulativa. Los rasgos de afectación estructural son
evidenciados en este procesamiento denotando un intenso agrietamiento con
direcciones preferenciales NE- SO y NW-SE.Cordovés P. J. M. et al.(2006).
Bloque D: como característica principal tiene el estar limitado por una estructura del
relieve de forma elipsoidal rodeando al sector más oriental del Bloque B. En él están
presentes las formaciones carbonatadas como Yateras, yaciendo en forma de
casquetes principalmente sobre la formación Sagua que tienen una componente más
arcillosa que la primera. En la formación Yateras se denota una red de drenaje poco
densa, con evidencias de estar altamente carsificadas sobre todo en los sectores más
potentes. Al Sur predominan las litologías de margas, areniscas, limonitas y arcillas
calcáreas.
Según la clasificación geomorfológica de (Cordovés P. J. M. et al.2006), la zona de
estudio se encuentra en su totalidad dentro de la Zona B, que es elevada y donde
predominan los procesos denudativos y acumulativos.
19
�Ing. Reinier Leyva Avila
Existe una relación directa entre las litologías, estructuras geológicas y movimientos
neotectónicos con la zonación geomorfológica propuesta por (Cordovés P. J. M. et
al.2006) y modificada por (Sánchez S.2006). A continuación se describe la zona
geomorfológica presente en la zona de estudio:
Zona B: se desarrolla sobre peridotitas serpentinizadas, gabros y rocas metamórficas,
coincide con la zona más elevada, predominan los procesos denudativos y
denudativos-acumulativos; afloran las rocas de la asociación ofiolítica. Se caracteriza
por constituir una zona elevada erosionada por los cauces de los ríos de montaña. La
densidad del drenaje es alta, presentando altos valores de disección vertical, lo cual
denota movimientos actuales de elevación de los bloques, acompañado por intensos
procesos erosivos sobre todo en el curso de los ríos. La configuración de la red es
radial, manifestando la tendencia del bloque al levantamiento y las superficies
peniplanizadas en las partes más elevadas, evidencia la combinación de los procesos
neotectónicos y la intensidad de los procesos erosivos (Sánchez S.2006).
Serpentinitas esquistosas y budinadas.
Se caracteriza por la presencia de serpentinita esquistosa, plegada con budinas
espaciadas de tamaño medio a grande. Las serpentinitas esquistosas presentan una
dureza blanda y las budinas son de dureza media. El grado de meteorización es de
categoría II (algo meteorizada), en las grietas y planos de esquistosidad se observa
humedad. Las grietas aparecen juntas con una continuidad de alta a muy alta
predominando las de abertura cerrada y en menor medida abiertas, la rugosidad es
escalonada rugosa y ondulada rugosa (Sánchez S.2006). Las budinas por lo general
son rocas más duras que la zona que la bordea las cuales son esquistosas, desde el
punto de vista ingeniero-geológico (Sánchez S.2006).
Serpentinita budinada y foliadas.
Se caracterizan por el predominio de budinas de serpentinitas sobre la matriz
esquistosa a brechosa fina de serpentinita, aparecen pequeños pliegues. La dureza de
las budinas es mediana y de las foliadas son blandas. Ambas están algo meteorizadas.
En las grietas se observa humedad, estas se encuentran muy juntas a juntas con una
20
�Ing. Reinier Leyva Avila
continuidad de alta a muy alta, con abertura predominantemente del tipo cerrada y en
menor medida abierta, la rugosidad de las superficies de agrietamiento va de
escalonada rugosa a ondulada rugosa (Sánchez S.2006).
Serpentinita agrietada y/o brechosa media.
Son muy frecuentes a lo largo de la traza del Túnel y se caracterizan por presentar
bloques brechoso de tamaño medio entre 10-30 cm. Por su dureza se clasifican como
rocas medias a blandas, algo meteorizadas. Aunque no se comprobó, es posible la
circulación de agua por las zonas de mayor agrietamiento. Las grietas están
separadas, tienen una continuidad alta, son abiertas en superficie y sus planos son
ondulados rugosos y escalonados-rugosos, aunque en profundidad, alejado de la zona
de meteorización los planos son por lo general cerrados, y si están abiertos, están
rellenos generalmente de serpofita, aunque pueden tener otros rellenos como arcillas,
carbonatos y más raramente cuarzo. Cuando están abiertos sin relleno por lo general
su abertura está en el orden del milímetro o fracción del milímetro (Sánchez S.2006).
Serpentinita agrietadas y/o brechosas gruesas.
La Serpentinita brechosa gruesa no aflora a lo largo de la traza, sino en sus
inmediaciones tanto al sureste como al noroeste del mismo. Se caracteriza por el
predominio de los bloques grandes con dimensiones de 30-100 centímetros. La dureza
es predominantemente media, presentándose algo meteorizada, sin presencia de
humedad. Las grietas se encuentran muy separadas con una continuidad muy alta, por
su abertura pueden ser abiertas y anchas; la rugosidad predominante es la ondulada
rugosa y escalonada rugosa (Sánchez S.2006).
Serpentinita maciza agrietada.
La Serpentinita maciza brechosa no aflora a lo largo de la traza, sino en zonas
cercanas al sureste y noroeste de la traza. Se caracteriza por estar dividida en bloques
muy grandes con dimensiones mayores de 100 centímetros con una dureza media y un
grado de meteorización de categoría II. Excepcionalmente en alguna grieta abierta se
localiza humedad o goteo de agua. El agrietamiento se presenta con un espaciado muy
21
�Ing. Reinier Leyva Avila
separado con una continuidad alta, la rugosidad es escalonada, rugosa a ondulada
rugosa (Sánchez S. 2006).
Gabros.
En el levantamiento ingeniero-geológico realizado por (Blanco B. R. M. el al. 2009), se
detectaron abundantes bloques angulosos de gabro microcristalino gris oscuro con
brillo de los pequeños cristales de piroxeno y plagioclasa básica, dándole un parecido a
una piedra de esmeril artificial, además de presentar una gran dureza. Por lo general
afloran en las partes más elevadas de los trazados, donde al parecer se encuentran in
situ en la profundidad, como demuestran las altas resistividades de la tomografía
eléctrica realizada y que parece contornear la forma de estos cuerpos que fuera un
gran sills y/o dique intrusivo en su formación inicial y que en su emplazamiento
tectónico fluyó entre los bloques de serpentinita, dejando entre esta y el gabro una
banda esquistosa de pequeño espesor desde algunos centímetros hasta algo más de
50 cm. En la parte superior este esquisto serpentinítico se ha alterado hasta formar
suelo, mientras que el gabro apenas tiene una pequeña pátina de alteración de pocos
milímetros. Esta litología es sumamente dura al golpe de piqueta, desprendiendo
abundantes chispas al ser golpeado.
Es posible observar también gran cantidad de bloques sueltos de esta litología hacia
las partes más bajas, los cuales en muchos casos tienen forma de cantos algo
redondeados, lo que demuestra que descendieron de las partes más altas. Cordovez P.
et al. (2009), plantea que esto puede ser por la presencia de restos de un antiguo
olistostroma en la cercanía de la zona de estudio.
1.2.10 Condiciones hidrogeológicas del área de estudio.
En el área de estudio se encuentra el complejo acuífero de las aguas fisurales de las
rocas ultrabásicas. Estas aguas se encuentran en grietas y fisuras de las serpentinitas
y gabro-diabasas, caracterizándose por presentar bajos caudales.En la investigación
del Tramo I (Sánchez Rivas, et al.1991),se obtuvieron gastos específicos que varían
desde 0.0035 a 0.075 l/min/m y coeficientes de filtración que van desde 0.003 hasta
0.073 m/día, en la actual investigación se hicieron pruebas de vertimientos en la Cala
22
�Ing. Reinier Leyva Avila
Nº 8 y no se obtuvieron valores por frecuentes fugas de agua en profundidad, lo que
demuestra la presencia de fallas subhorizontales a diferentes niveles con alta
permeabilidad. En la cala antes mencionada se cortó el agua a 4.71 m y sin embargo al
perforarse más abajo se produjo fuga de agua, abatiéndose los niveles freáticos.
De acuerdo a los valores de los coeficientes de filtración obtenidos, se pueden clasificar
estas rocas como prácticamente impermeables o muy poco permeables (acuitardo), sin
embargo en las zonas de fallas, el gasto específico y el coeficiente de filtración serán
mayores (100 a 200 m/d ó 0.1157 a 0.2315 cm/s). De acuerdo a las características de
filtración del macizo, sólo se deben esperar afluencias considerables de agua en las
zonas de influencia de fallas.
Por lo complicado del cuadro tectónico y por la experiencia que se tiene de
investigaciones vecinas (por analogía), las aguas se mueven desde el macizo rocoso
hacia los arroyos y ríos que hay en el área, siendo la divisoria las cimas del trazado. En
todo el Tramo III, durante los trabajos de campo, se observaron pocos manantiales por
lo general de muy bajo gasto, aunque si se describieron unas cuantas corrientes
superficiales en cañadas que marcan la superficie del agua subterránea.
1.2.11 Caracterización tectónica de la zona.
Lo diferentes eventos tectónicos que ocurrieron en la región y afectaron las rocas de la
zona de estudio, generaron estructuras superpuestas a las litologías presentes de la
asociación ofiolítica, encontrándose grietas iniciales formadas durante el proceso de
riftogénesis durante la formación de estas secuencias y diques de gabro-diabasa
durante el Jurásico tardío y el Cretáceo inferior, más tarde desde el maestrictiano al
Eoceno medio parte alta ocurre la colisión del arco Cretácico con la Plataforma de
Bahamas, cerrando el mar marginal entre ambas estructuras, formando escamas
tectónicas de bajo ángulo, corrimientos y fallas de deslizamiento por el rumbo, todo en
un ambiente combinado marino-continental, que fue creando una especie de nappes o
escamas tectónicas combinados con depósitos caóticos de cuencas superpuestas, que
dieron origen a la Fm. La Picota y que da la apariencia a todo el conjunto regional de
23
�Ing. Reinier Leyva Avila
un
gran
mega-melange,
interpretado
por
Cordovés
y
Quintas
como
macromelange(CordovésPedrianes J. M. 2009). Entre el Daniano y el Eoceno medio se
desarrolló próximo a la zona el arco de islas terciario que dejó sus huellas en las
soluciones hidrotermales que provocaron el relleno de muchas de las grietas.
A este evento se superpusieron en el Oligoceno y Eoceno eventos que complicaron
aún más el cuadro geólogo-estructural y que determinaron todas juntas las principales
direcciones estructurales que van desde el noreste hasta el noroeste y las más jóvenes
con dirección norte-sur. Las dislocaciones este-oeste por lo general de bajo ángulo, son
las más antiguas vinculadas al emplazamiento tectónico de las rocas de la asociación
ofiolítica. Entre las estructuras geológicas están los pliegues, grietas y fallas de
diferente ángulo y mecanismo de formación.
1.3 Conclusiones.
En el capítulo se logró describir las principales características físico-geográficas de la
región de estudio de las cuales se llegó a la conclusión de que la región se encuentra
constituida en su mayor parte por peridotitas serpentinitas con presencia de gabro. En
el municipio de Mayarí existen las condiciones idóneas para el procesamiento del
material estudiado sin realizar grandes inversiones, por lo que se reducen las áreas de
escombro, logrando disminuir considerablemente la afectación al medio ambiente,
partiendo de las características geomorfológicas de la región.
24
�Ing. Reinier Leyva Avila
CAPÍTULO II: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y VOLUMEN
DE LOS TRABAJOS REALIZADOS.
2.1 Introducción.
En este capítulo se destacan las tres etapas de trabajo realizadas durante la
investigación (Figura. 2.1), partiendo de una primera parte con la búsqueda de todas
las
bibliografías de los trabajos precedentes relacionados con la temática,
posteriormente se pasó a la segunda etapa del trabajo donde se realizaron los trabajos
de campo y de laboratorio, una tercera con el objetivo de procesar los resultados
obtenidos que satisfagan la posible utilización de los escombros de los Túneles como
árido para la industria de la construcción en hormigón.
2.2 Metodología de la investigación.
El trabajo se desarrolló en tres etapas fundamentales las que se muestran en el
presente organigrama:
Figura 2.1 Organigrama de la investigación.
25
�Ing. Reinier Leyva Avila
2.3 Primera etapa.
El Túnel Mayarí-Levisa es una obra subterránea que va desde la Presa Mayarí hasta la
Presa Levisa, con el objetivo de trasvasar agua. Toda la zona a investigar está entre
las coordenadas Lambert X1=622000 a X2=636000 y Y1=215000, Y2=221000 en las
hojas cartográficas 1:50 000 de Mayarí 5077-I para una superficie total de 84.0 km2.
Es necesario ver el trazado general del Túnel en toda su extensión, por lo que
(Cordovez P. y Quintas C. 2009), propusieron reducirla a un área más adecuada para
este tramo entre las coordenadas X1=623200, X2=624200, Y1=215060 y Y2=216790.
En esta etapa se seleccionó el área donde se iban a desarrollar los trabajos, se partió
de los objetivos a evaluar, los cuales se localizan en el grupo montañoso Nipe-CristalSagua-Baracoa. Por una parte los diferentes tramos del Túnel Mayarí-Levisa, Conexión
I, Conexión II que se encuentra en construcción por la Empresa Constructora de Obras
Hidráulicas (ECOH).
Los trabajos de búsqueda y revisión bibliográfica precedentes relacionados con la
temática, se efectuaron en el Fondo Geológico del departamento de Geología y Minas,
en las empresas: RAUDAL (Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos),
ENIA (Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas); Geominera Oriente, en
Santiago de Cuba y búsquedas en Internet.
Se consultaron los trabajos anteriores de la región y el área de estudio, en cuanto a la
geología, geotecnia, hidrología, morfología, entre otros. Esto se obtuvo de informes,
tesis doctorales, tesis de maestrías, tesis de grado, revistas, libros especializados,
folletos. También se consultó la bibliografía especializada nacional e internacional
sobre estudios de los materiales serpentiníticos empleándolo como material para la
construcción, así como las exigencias y normas establecidas para el estudio de áridos
en hormigones, lo cual nos permitió establecer el marco teórico y conceptual de la
investigación.
26
�Ing. Reinier Leyva Avila
2.3.1 Análisis de la información.
De los pocos trabajos realizados sobre la temática en cuestión, es importante decir que
todos constituyen un punto de partida para otros trabajos relacionados con el tema, ya
que explican de manera concreta la importancia de la utilización de estos tipos de rocas
para dar soluciones constructivas a las necesidades del municipio.
De los estudios realizados sobre la temática, a pesar de que no son muchos, todos
constituyen de una manera u otra una importante fuente de referencia sobre la
utilización de estos materiales como materias primas para la construcción y que
tributan a la zona de estudio, trazando una dirección importante en las investigaciones.
Los términos, normas, regulaciones y definiciones a emplear se establecieron en esta
etapa con el fin de unificar criterios para lograr una mejor interpretación de los
resultados a obtener.
Hormigón: material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante) con
áridos (grava, gravilla y arena) y agua. La mezcla de cemento con arena y agua se
denomina mortero. Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que
no son cemento, como el hormigón asfáltico que usa betún para realizar la mezcla.
El cemento, mezclado con agua, se convierte en una pasta moldeable con propiedades
adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornándose en un material de
consistencia pétrea.
Figura. 2.2 Hormigón armado.
27
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura. 2.3 Hormigón pretensado.
Tipos de Hormigones.
Hormigón ordinario
También se suele referir a él denominándolo simplemente
hormigón. Es el material obtenido al mezclar cemento
portland, agua y áridos de varios tamaños, superiores e
inferiores a 5 mm, es decir, con grava y arena.
Hormigón en masa
Es el hormigón que no contiene en su interior armaduras de
acero. Este hormigón solo es apto para resistir esfuerzos de
compresión.
Hormigón armado
Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de
acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si
la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón
fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el
hormigón ha adquirido su resistencia. (Figura. 2.2).
Hormigón pretensado
Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de
acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si
la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón
fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el
hormigón ha adquirido su resistencia. (Figura. 2.3).
Mortero
Es una mezcla de cemento, agua y arena (árido fino), es
decir, un hormigón normal sin árido grueso.
Hormigón ciclópeo
Es el hormigón que tiene embebidos en su interior grandes
28
�Ing. Reinier Leyva Avila
piedras de dimensión no inferior a 30 cm.
Hormigón sin finos
Hormigón
aireado
o Se obtiene incorporando a la mezcla aire u otros gases
derivados de reacciones químicas, resultando un hormigón
baja densidad.
celular
Hormigón
densidad
Es aquel que sólo tiene árido grueso, es decir, no tiene arena
(árido menor de 5 mm).
de
Fabricados con áridos de densidades superiores a los
alta habituales (normalmente barita, magnetita, hematita...) El
hormigón pesado se utiliza para blindar estructuras y
proteger frente a la radiación.
Dosificación: implica establecer las proporciones apropiadas de los materiales que
componen al concreto, a fin de obtener la resistencia y durabilidad requeridas,
generalmente expresado en gramos por metro (g/m).
Árido: se denomina al material granulado que se utiliza como materia prima principal
en la construcción del hormigón.
El árido se diferencia de otros materiales por su estabilidad química y su resistencia
mecánica, y se caracteriza por su tamaño, las dimensiones son diferentes, varían
desde 0,149 mm hasta un tamaño máximo especificado. No se consideran como áridos
aquellas sustancias minerales utilizadas como materias primas en procesos industriales
debido a su composición química.
Se clasifican según su tamaño en dos tipos fundamentales, en árido grueso o grava y
en árido fino o arena, los cuales, aunque no contribuyen de manera activa al
endurecimiento del mortero deben poseer por lo menos la misma resistencia y
durabilidad que se exija al hormigón.
El árido grueso (grava) es aquel que posee principalmente, partículas de un tamaño
superior a 4,76 mm.
29
�Ing. Reinier Leyva Avila
2.4 Segunda etapa.
En esta etapa se realizaron los trabajos de la toma de muestras, se realizó el cálculo
del material proveniente de los túneles del trasvase en su tercera etapa: Túnel tramo I,
Conexión I y Conexión II.
Estos materiales se depositan en escoberas que ocupan una gran cantidad de m2
trayendo consigo en ocasiones gran contaminación al medio ambiente.
Escombrera Túnel Mayarí-Levisa (Tramo I).
Descripción:
Se localiza en el borde del camino de acceso al aliviadero de la Presa Mayarí, a unos
300 m del portal de entrada del Túnel Mayarí-Levisa, en las coordenadas Lambert: X =
214 300, Y = 623 200, hoja cartográfica 5077- I, escala 1: 50 000.
Esta escombrera forma un gran acopio de unos 10 – 15 metros de altura que ocupa
una superficie de 1.2 ha, aproximadamente. Este material no fue colocado de forma
ordenada, según la calidad del mismo y por ese motivo aparecen cantos y bloques de
roca mezclados con material aluvial y predominantemente fino, en ocasiones mezclado
con materia orgánica o suelo.
Hacia los bordes o periferia del acopio, se acumulan en todo el talud y base del mismo,
cantos y bloques de muy diversos tamaños, totalmente desprovistos de finos. (Figura.
2.4).
30
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura 2.4 Parte superior de la escombrera Túnel Mayarí-Levisa (Tramo I).
Para caracterizar estos materiales fragmentados por las voladuras se realizaron 20
granulometrías gigantes igual número de peso específico de los sólidos; también se
tomaron 20 bloques de rocas para determinar peso específico natural, peso específico
de los sólidos y resistencia a la compresión seca y saturada.
Escombrera Conexión I.
Está ubicada en una amplia cañada entre montaña, al noreste de la Presa Mayarí, a
unos dos kilómetros de la misma (Figura. 2.5). Sus coordenadas Lambert son:
X = 216 800, Y = 623 850., hoja cartográfica 5077- I, escala 1: 50 000.
Descripción:
Presenta mezclas de material, predominando los materiales finos, producidos por las
voladuras. También se observan en esta escombrera una mayor fragmentación de los
cantos y bloques y mayor meteorización de los mismos. El hecho de que el acarreo de
31
�Ing. Reinier Leyva Avila
los materiales se realice hacia un lado de la escombrera y no en todas direcciones,
facilita la contaminación de bloques con material fino indeseable.
Durante la primera visita se realizaron 10 granulometrías gigantes y se tomaron 5
bloques para realizarles ensayos de peso específico natural y resistencia a la
compresión, pero durante la segunda visita se determinó paralizar el estudio de esa
escombrera debido a que continuaba la contaminación del material útil con abundante
fino y la presencia de muchos cantos y bloque de roca.
Figura. 2.5 Foto de la Escombrera Conexión I.
Escombrera Conexión II.
Se localiza al Sur del camino Seboruco – Molino Pilón, a unos 4 kilómetros de este, en
las coordenadas Lambert: X = 218 550, Y 625 600, hoja cartográfica 5077 - I, escala 1:
50 000.
Esta escombrera está ubicada en varias explanaciones escalonadas de una elevación
y se observa la misma problemática descrita en las otras escombreras debido a la
colocación del material de excavación sin ordenarse por su granulometría.
32
�Ing. Reinier Leyva Avila
Descripción.
La escombrera está formada por varios acopios que presentan un talud poco definido,
razón por la cual se investigó la misma mediante el muestreo del material que se
depositaba en el momento que se realizaban los trabajos de campo (Figura. 2.6).
Figura. 2.6 Foto de la Escombrera Conexión II.
Se ejecutaron 20 granulometrías gigantes y se tomaron 20 bloques de roca para
realizar los ensayos de peso específico natural, peso específico de los sólidos y
resistencia a la compresión seca y saturada. Los resultados obtenidos, se expresan en
promedio.
Cálculo de los volúmenes de las escombreras.
Se determinó mediante el método de bloque:
Se emplea para calcular los depósitos explorados a base de una red Geométrica
incorrecta, cuando no es posible construir el sistema de corte de las exploraciones
transversales, así como para calcular las reservas de los depósitos estratificados y en
forma de filones de poca potencia.
33
�Ing. Reinier Leyva Avila
Al calcular la reserva por el método de bloque, el área del depósito se divide en
sectores, es decir, en bloques. El volumen del depósito en este caso se transforma en
una serie de figuras cerradas, con alturas iguales a las potencia media de los bloques
de cálculo.
Escombrera Túnel Mayarí-Levisa.
Para el cálculo del volumen se utilizó el método de bloque. La escombrera está
formada de forma monolítica, una explanación inclinada por el relieve, de unos 120
metros de largo por unos 100 metros de ancho, con una altura promedio de unos 15
metros. La franja donde se localiza el material útil está ubicada en los últimos 12
metros de la periferia de la escombrera y fue producida por la segregación que provoca
el acarreo del buldócer al empujar el material hacia los taludes.
Para aprovechar plenamente todo el material potencialmente útil, hay que ir separando,
por el método tacto-visual, el material aparentemente útil para los fines que se
persiguen debe ser seleccionado por el técnico que se encuentra en la escombrera
según este se va excavando.
Escombrera Conexión I.
La ubicación de esta escombrera en una cañada permite la formación de dos derrames
en dos taludes, lo que condiciona y limita el acarreo de material que sólo puede
realizarse en dos direcciones. Esto contribuyó a que se mezclaran en todo el acopio el
posible material útil con el de desecho y por tanto redujeran las posibilidades de uso de
esta escombrera. Las propiedades mecánicas también son bajas en comparación con
las otras dos escombreras estudiadas.
Escombrera Conexión II.
Ocupa varias explanaciones escalonadas, donde en general se observa una mezcla
desordenada de los cantos y bloques de roca con material finos producido por las
voladuras y por la meteorización, lo que limita las reservas de la explanación más
elevada. Esta tiene tres caras favorables para el derrame de material por los taludes,
34
�Ing. Reinier Leyva Avila
facilitando así la segregación del material lo que permite acceder al material más
limpio.
Este acopio tiene el material útil en la franja externa inmediata al derrame por los
taludes, siendo sus dimensiones de 50 m (largo) x 10 m (ancho) x 8 m (potencia).
Para continuar la investigación de la roca extraída del Túnel Levisa y de Conexión II se
transportaron para el Molino Pilón 30 m 3 de cada escombrera, donde se obtuvieron las
cantidades requeridas de arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm, para continuar el estudio
de estos materiales como áridos de hormigones de ambas escombreras.
Trabajos de laboratorios.
Los trabajos de laboratorios se realizaron en las empresas de RAUDAL y la ENIA, en
estas se realizaron diferentes tipos de ensayos: se determinó granulometría con
hidrómetro, límites de plasticidad, peso específico natural, granulometría gigante, peso
específico (de las partículas sólidas). En los ensayos de Roca se determinó, peso
específico natural, resistencia a la compresión (seca), resistencia a la compresión
(saturada). En el ensayo de árido se determinó, humedad superficial, peso específico y
absorción de agua (arena), peso específico y absorción de agua (áridos gruesos),
análisis granulométrico, abrasión, material más fino T-200, peso volumétrico, Índice de
triturabilidad, contenido de partículas de arcilla, por ciento huecos, partículas planas y
alargadas y se realizaron distintos tipo de dosificación de hormigones hidráulicos y
asfáltico en la que se tuvieron en cuenta las siguientes Normas Cumanas:
NC 19:1999 Geotecnia. Determinación del Peso Específico de los suelos,
NC 156: 2002 Geotecnia. Determinación del Peso Específico Natural.
NC 62:2000 Geotecnia. Determinación de la resistencia a la compresión axial en
especímenes de rocas, P (11)-2.04-05 Procedimiento para la recepción, preparación,
protección, almacenamiento y/o disposición final de las muestras.
NC 10: 1998 Geotecnia. Preparación de muestras de Suelos.
NC 61: 2000 Geotecnia. Identificación y Descripción de Suelos (Examen Visual y
Ensayos).
35
�Ing. Reinier Leyva Avila
NC 178: 2002 Áridos. Análisis Granulométrico,
NC 181: 2002 Áridos. Determinación del Peso Volumétrico. Método de Ensayo, NC
182: 2002 Áridos. Determinación del Material más Fino que el tamiz de 0.074 mm
(200).
Método de Ensayo.
NC 186: 2002 Arena. Peso Específico y Absorción de Agua. Método de Ensayo.
NC 188: 2002 Áridos Gruesos. Abrasión. Método de Ensayo.
NC 189: 2002 Áridos Gruesos. Determinación de Partículas planas y alargadas.
Método de Ensayo.
Para la realización de los ensayos químicos se utilizó la metodología siguiente:
Toma de muestras. La toma de muestras en el campo se realizó por el geólogo de
recursos hidráulicos durante la perforación, al intervalo que debe pasar el túnel.
Recepción y descripción macroscópica. Realizado por la especialista, lo cual
incluyó además la preparación del embarque y entrega al laboratorio.
Preparación de secciones delgadas. Fueron preparadas en el Laboratorio.
Análisis petrográfico. Se describieron detalladamente las secciones delgadas bajo
el microscopio de luz polarizada, marca NIKON de nacionalidad japonesa del
departamento de petrografía de la EGMO.
Análisis
Químico de
14
determinaciones.
Se
realizaron
las
siguientes
determinaciones: Al2O3, SiO2, MgO, Cr2O3, MnO, Fe2O3, NiO, CoO, CaO, TiO2,
Na2O, K2O, FeO, PPI. Para ello se utilizaron los siguientes métodos:
Empleando principalmente Espectroscopia de Emisión Atómica con Fusión Inductiva
con plasma acoplado (ICP-AES) para determinaciones de Al2O3, SiO2, MgO,
Cr2O3, MnO, NiO, CoO, CaO, Fe2O3, PPI.
Determinación de Na2O y K2O: Mediante Fotometría de llamas: El equipo es un
CORNING-400, trabaja con gas licuado, tiene filtros de colores que son
complementarios con el color del elemento a determinar. Posee su gráfica de
calibración. Tiene supresores de interferencia.
36
�Ing. Reinier Leyva Avila
Determinación de FeO por volumetría.
Determinación de TiO2 mediante Colorimetría.
Confección del reporte Petrográfico-Petrológico.
2.5 Tercera etapa.
Para el procesamiento de los resultados de los materiales proveniente de los túneles
del Trasvase Este-Oeste en su tercera etapa se partió de la toma de muestras
realizadas en el trabajo, las misma se le realizaron comparaciones con los materiales
proveniente de la Cantera de Pilón mediante tablas y gráficos, además se realizaron
dosificaciones con el material proveniente de los túneles.
Peso específico y absorción de agua según la NC 187.
Arena:
Los pesos específicos seco y saturado del agua se obtienen por medio del pesaje de la
arena en estado seco y saturado en agua. Se introducen inmediatamente en un frasco
volumétrico 500 g de la muestra, añadiendo agua destilada hasta un poco por debajo
de la marca del enrase del frasco. Para eliminar las burbujas que hayan quedado en el
frasco se pueden aplicar los siguientes métodos de operación:
a) El frasco se somete al Baño de María y se mantiene en ebullición durante 2 horas
aproximadamente hasta que sean expulsadas todas las burbujas.
b) Se coloca el frasco volumétrico sobre una superficie plana, se inclina unos 30 º y se
hace rodar con rapidez sobre la misma, sujetándolo por la boca hasta que sean
expulsadas todas las burbujas.
Después se coloca en un baño de agua durante una hora aproximadamente, hasta
alcanzar la temperatura ambiente. Al final de ese tiempo se añade agua destilada hasta
alcanzar el enrase y se determina el peso total con un error menor de 0.01 g. A
continuación se extrae la arena del frasco volumétrico y se deseca a peso constante en
una estufa cuya temperatura esté comprendida entre 105 ºC y 110 ºC. Se deja enfriar a
la temperatura ambiente y se pesa con un error menor de 0.01 g. (Figura. 2.6)
37
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura. 2.6 Arena obtenida del material procesado.
Peso específico corriente.
El peso específico de las partículas desecadas, incluyendo en el volumen, los poros
accesibles al agua y los no accesibles, se calcula aplicando la fórmula siguiente. En la
(Figura. 2.7) se observa el equipo térmico para el secado de las muestras.
Peso específico corriente = A / C+ B +C1
Donde:
A: Peso de la muestra secada en la estufa (g).
B: Peso de la muestra saturada con superficie seca (g).
C: Peso del frasco lleno con agua (g).
C1: Peso del frasco con la muestra y agua hasta la marca del enrase (g).
38
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura. 2.7 Equipo térmico para el secado de las muestras.
Peso específico aparente.
Es el peso específico de las partículas secadas en estufa, incluyendo en el volumen
sólo los poros inaccesibles al agua. Se calcula aplicando la fórmula siguiente:
Peso específico aparente = A / A –C
Donde:
A = Peso en el aire de la muestra secada en estufa (g).
C = Peso en el agua de la muestra saturada (g).
El resultado se expresará con una sola cifra decimal.
Árido Grueso.
Los pesos específicos y la absorción de agua en los áridos gruesos se determinan por
medio de pesadas. Por el método de cuarteo se selecciona una muestra de 5 kg del
árido, donde se separa todo el material que pasa por el tamiz de 9.52 mm.
Si la calidad del material es homogénea, se puede emplear para el realizar el ensayo,
el retenido en el tamiz de 25.4 mm. Según la Norma Cubana 187- 2002. Después de
haber lavado bien el árido, para quitarle cualquier otro material adherido a la superficie
39
�Ing. Reinier Leyva Avila
de las partículas, se seca la muestra hasta obtener el
temperatura de 105
-
peso constante a una
110 º C. La muestra se sumerge en agua a temperatura
ambiente durante 24 horas. Después del período de inmersión en agua, se secan las
partículas rodándolas sobre una tela absorbente hasta que se haya eliminado toda la
película de agua visible, aunque la superficie aparezca todavía húmeda. La muestra se
pesa en el aire.
Una vez pesada, la muestra saturada y superficialmente seca se coloca
inmediatamente en el cesto de alambre o en el cubo metálico y se determina su peso
dentro del agua. Se seca en la estufa hasta lograr tener su peso constante a una
temperatura de 105 - 110 ºC, y se deja enfriar a temperatura ambiente, luego se pesa
en el aire. (Figura. 2.8 y 2.9)
Figura 2.8 Grava obtenida del material procesado por el tamiz 9.52 mm.
Figura 2.9 Grava obtenida del material procesado por el tamiz 19.1 mm.
40
�Ing. Reinier Leyva Avila
Determinación del peso volumétrico suelto y compactado, y cálculo del por
ciento de huecos según la NC 181:2002.
Los pesos volumétricos se determinan por medio de pesadas del material contenido en
recipientes calibrados de volumen conocido. Se determinara el peso neto del árido
contenido en recipiente, luego se obtendrá el peso volumétrico (suelto o compactado)
multiplicando el peso neto por un factor de calibración. Los materiales granulares
pueden presentar muy diversos pesos unitarios en dependencia del grado de
compactación que alcancen en el volumen cubicado y esto se hará más crítico mientras
el tamaño de los granos sean más pequeños.
Atendiendo a lo antes expuestos se identifican dos tipos de pesos unitarios. El peso
unitario suelto (PUS), en el que el material se vierte suelto, sin compactar en el
volumen bien cubicado y tarado. El recipiente será llenado en tres capas, dándosele 25
golpes con la varilla de compactación, en cada capa, para su compactación; los golpes
serán distribuidos uniformemente sobre la superficie y de manera que la primera serie
llegue hasta el fondo sin golpearlo fuertemente. La compactación en las otras capas
debe ser sólo en el espesor de las mismas. Después se enrasa la superficie del árido
con una regla de bordes rectos y fuertes. Esta operación se ayudará en los áridos
gruesos, retirando las partículas que sobresalgan considerablemente y para compensar
los huecos que queden en la superficie llenarlos con partículas más pequeñas hasta
nivelar la superficie (Figura. 2.10).
Figura 2.10 Llenado y compactación con barra del recipiente de medición del peso volumétrico.
41
�Ing. Reinier Leyva Avila
Los pesos unitarios de los áridos finos y gruesos se determinan según los
requerimientos de la NC 181:2002.
Porcientos de huecos NC 177:2002.
El porcentaje de vacíos o huecos se determina según los requerimientos de la norma
cubana NC 177:2002. A partir de la determinación del peso específico corriente y el
peso volumétrico compactado, según la fórmula siguiente:
Porcientos de huecos=
(PEC – PVC) / PEC * 100 %
Donde:
PEC – Peso específico corriente del árido.
PVC – Peso volumétrico compactado del árido.
Abrasión.
La máquina para el ensayo de desgaste Los Ángeles consiste en un cilindro hueco de
acero, cerrado en ambos extremos, con un diámetro interior de 711,2 mm y una
longitud interior de 508 mm.
El cilindro está montado en pivotes que acoplan con sus extremos pero que no
penetran en él. Está montado de tal manera que pueda girar con su eje en posición
horizontal. El cilindro está provisto de una abertura para introducir la muestra que se
desea ensayar. La abertura se cierra mediante una tapa con una junta fijada por
tornillos que impide la salida del polvo.
La tapa debe mantener el contorno cilíndrico interior, a no ser que el entrepaño se
coloque de modo que la carga no caiga sobre la tapa durante el ensayo ni se ponga en
contacto con ella en ningún momento.
La distancia del travesaño a la abertura, medida a lo largo de la circunferencia del
cilindro y en el sentido de la rotación será mayor de 1 270 mm.
42
�Ing. Reinier Leyva Avila
1.
Los que se realizan en ensayos con muestras de rocas conformadas que
conducen a la expresión de los resultados en unidades fundamentales, tales
como la resistencia a la rotura en compresión, tracción indirecta y flexión.
2.
Los que se realizan con áridos obtenidos mediante trituración de las rocas. Se
incluyen los ensayos de abrasión Los Ángeles, triturabilidad de áridos, impacto,
coeficiente de pulimentación.
Determinación del contenido de partículas planas y alargadas, según la NC 189:
2002. Áridos gruesos.
Las partículas planas y alargadas contenidas en los áridos se obtienen por medio de la
separación de la muestra en fracciones, separando las partículas planas y alargadas y
determinando el por ciento que representan del peso del árido, mediante el pesaje de
las partículas que hayan sido seleccionadas como planas y alargadas.(Figura. 2.11).
Para desarrollar este ensayo fueron utilizados los tamices con aberturas de malla de
76, 2 mm; 63, 5 mm; 50, 8 mm; 38, 1 mm; 25, 4 mm; 19, 1 mm; 12, 7 mm; 9, 52 mm;
4,76 mm. Después de separadas las cantidades de partículas a ensayar se depositan
en bandejas perfectamente identificadas para evitar que los diferentes tamaños o
fracciones se mezclen, posteriormente todo el contenido de una de las bandejas se
extiende sobre una superficie limpia y por simple inspección visual se separan las
partículas planas y alargadas que no ofrezcan dudas de sus formas y dimensiones. De
esta misma forma se realiza para las partículas que no sean planas y alargadas.
Las partículas que no hayan podido ser determinadas en la inspección visual serán
medidas con el pie de rey, determinándose así
la relación existente entre sus
dimensiones. (Figura. 2.12).
43
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura. 2.11 Balanza con las partículas planas y alargadas.
Figura 2.12 Determinación de partículas planas y alargadas con el pie de rey.
Determinación del por ciento de partículas planas y alargadas.
Los porcentajes de partículas planas y alargadas halladas en cada muestra ensayada
se determinan aplicando la expresión (10)
PPA
A
100
B
Donde:
PPA – Por ciento en masa de partículas planas y alargadas
44
�Ing. Reinier Leyva Avila
A – Masa de las partículas planas y alargadas encontradas en cada muestra ensayada
(g)
B – Masa de la muestra ensayada (g)
Determinación del por ciento corregido de partículas planas y alargadas.
El por ciento corregido de partículas planas y alargadas PPA RP se determina
100
por la expresión anterior:
Donde:
PPA – Por ciento en masa de partículas planas y alargadas
RP – Por ciento retenido parcial de la fracción de la muestra ensayada
Diseño de las dosificaciones.
En total se diseñaron 6 dosificaciones, 4 de Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) y
2 de Hormigón Compactado con Rodillo (HCR).
HCH.
Los 4 diseños de HCH tienen las siguientes particularidades:
HCH # 1 Se diseñó con arena y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles
con 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350.
HCH# 2 Se diseñó con arena y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles
con y 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350.
HCH# 3 Se diseñó con arena del molino de Pilón con grava 19.1 mm del material
procesado de los túneles con 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350.
HCH# 4 Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm del material
procesado de los túneles con 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350.
Se varió uno de los contenidos de cemento, porque lo más importante de la
investigación es la evaluación de los nuevos áridos producidos por la trituración del
45
�Ing. Reinier Leyva Avila
material de los túneles. Se realizó las dosificaciones con contenidos de cemento más
cercanos, es decir 350 y 400 Kg/m3, en vez de 300 y 400 Kg/m3.
HCR.
Los dos diseños de dosificaciones de HCR están constituidos por:
HCR# 5 Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de los túneles, filler de material
carbonatado de rechazo del Molino Pilón y 260 Kg/m 3 de cemento Portland P350.
HCR# 6 Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de los túneles, filler de zeolita
fracción 0.8-0 mm y 260 Kg/m3 de cemento Portland P-350.
En las dosificaciones de HCR hubo cambios con respecto al contenido de cemento
(260 Kg/m3, en vez de 230 y 260 como se había solicitado. Esto se realizó para
estudiar paralelamente dos tipos de filler con un mismo contenido de cemento (Figura
2.13 y 2.14).
Figura 2.13 Vista de una probeta de HCR con asentamiento cero.
46
�Ing. Reinier Leyva Avila
Figura 2.14 Fabricación de probetas de HCR.
2.6 Conclusiones.
En el presente capítulo se logró realizar diferentes tipos de dosificaciones de hormigón:
Hormigones Compactados con Rodillo y para
Hormigón Convencional Hidráulico
variando solo la cantidad de cemento, además se obtuvo grava y arena procesadas en
el molino de Pilón.
47
�Ing. Reinier Leyva Avila
CAPÍTULO III. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS.
3.1 Introducción.
El presente capítulo aborda los resultados obtenidos en la búsqueda bibliográfica
realizada sobre los diferentes tipos de litologías existentes en la zona de estudio. Se
confeccionó perfiles de cada uno de los tramos de túneles investigados representando
en cada uno de ellos los diferentes tipos de litologías existentes, además se logra
calcular la cantidad de material que presenta cada uno de los tramos. Se caracteriza
físico–mecánica los materiales de escombros del Túnel Mayarí-Levisa, según los
parámetros normalizados para su empleo como áridos en hormigones.
Se determina diferentes tipos de dosificación con los materiales de escombros del
Túnel Mayarí-Levisa procesado en la planta de Pilón lo que facilitó la evaluación
definitiva del material.
3.2 Resultados sobre los tipos litológicos que componen el túnel Mayarí- Levisa.
Se realizó una recopilación de todos los trabajos realizados con anterioridad en la zona
y área de estudio, se reinterpretó la información litológica y estructural los cuales
arrojaron los siguientes resultados.
Del Estudio Ingeniero-Geológico a escala 1:10 000 del Túnel Levisa-Melones de la
Agencia de Estudios Regionales de GEOCUBA del 2007, se tiene que se dividió al
macizo rocoso ofiolítico en tres tipos litológicos fundamentales:
Serpentinitas muy agrietadas.
Serpentinitas agrietadas.
Serpentinitas menos agrietadas.
48
�Ing. Reinier Leyva Avila
Sin embargo esta división es un poco simplista, pues la variedad de fábricas existentes
en estas rocas, hace necesario una subdivisión más detallada, aunque con
posterioridad pueda simplificarse para la clasificación ingeniero-geológica.
La principal litología presente en el área de estudio, son las peridotitas serpentinizadas
con distinto grado de serpentinización y con distinta fábrica secundaria, sin embargo en
la actual excavación del Tramo II en su calicata de entrada, se están extrayendo
grandes volúmenes de peridotitas con bajo grado de serpentinización, (presencia de
serpofita en los planos de grietas). Al parecer las serpentinitas propiamente dichas
predominan en estos tramos hacia los horizontes superiores, mientras que en los
horizontes inferiores pueden aparecer gran cantidad de peridotitas. Cercano al Trazado
del Tramo III se pudo describir la presencia de estas rocas sin evidencias de
serpentinización Cordovés P. J. M., et al (2007). Ver Figura 3.2 y 3.3.
En el Informe Petrográfico del Trasvase Este – Oeste Tramo Sagua-Mayarí (Túnel
Mayarí-Levisa) Tramo I y II. Geominera Oriente, se tiene resultados de la composición
petrográfica del material presente. Se clasifican por Strekeinsen (1973), en función del
contenido de Olivino (Ol), Clinopiroxenos (Cpx) y Ortopiroxeno (Opx), aprobada por la
Unión Internacional de Ciencias Geológicas.(Tabla 3.1).
Muestra
Litología
Al2O3 SiO2
MgO Cr2O3 MnO NiO
CoO
CaO Fe2O3 FeO TIO2 Na2O
M-14
Serpentinita
0,63
38,04 37,32
0,4
0,13 0,18 0,011 1,39
3,27
2,98 0,03
-0,05
-0,05 15,44
M-1
Serpentinita
0,16
32,85 41,56
0,29
0,11 0,31 0,014 0,06
5,18
1,65 0,02
0,27
0,07
17,12
M-11
Serpentinita
0,46
34,55 40,04
0,47
0,13 0,29 0,011 0,38
4,53
2,62 0,02
-0,05
-0,05
16,3
M-19
Serpentinita
0,17
34,41 39,51
0,4
0,11 0,29 0,012 0,51
5,32
1,65 0,02
-0,05
-0,05 16,93
M-20
Serpentinita
0,41
35,28 39,06
0,34
0,12 0,28 0,012 0,49
5,04
1,9
-0,05
-0,05 16,36
0,01
K2O
PPI
Tabla 3.1 Composición química del material presente en el túnel.
49
�Ing. Reinier Leyva Avila
En el estudio de investigación del macizo rocoso se pudo constatar que presenta bajos
concentraciones de minerales valiosos por lo que no representa interés económico
para futuras minería.
Figura 3.2
Perfil Ingeniero Geológico Túnel de Conexión II. (Tomado del Informe Ing.
Geológico Tramo II y III, Modificado por (Leyva Avila.,2015).
Figura 3.3. Perfil Ingeniero Geológico Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. (Tomado del Informe Ing.
Geológico Tramo II, Modificado por (Leyva Avila,2015).
50
�Ing. Reinier Leyva Avila
3.3 Caracterización físico–mecánica de los materiales de escombros del Túnel
Mayarí-Levisa.
Tabla 3.1 Reporte de incertidumbre de resultados de los ensayos.
Característica determinada
Incertidumbre Factor
de Grados de
expandida (u) cobertura (K)
Humedad
0.59
2,36
7
0.24 kN/m3
2,03
34
Límite Líquido
1.2
2.01
46
Límites de Plasticidad Límite Plástico
1.2
2.13
15
Índice Plástico
1.7
2.01
47
Peso
Natural
Muestra alterada
libertad (n)
Específico Peso
Específico
seco
Nota: La determinación de U fue realizada con K y n para un nivel de confianza de
aproximadamente el 95 %.
Características químicas de las escombreras.
Características geotécnicas Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II.
Se ofrecen los resultados de los ensayos en valores promedios:
Roca fragmentada: Cantos y bloques de peridotita poco serpentinizada, mal graduados,
con abundantes gravas grandes, medias y pequeñas con pocos finos no plásticos.
Clasifica según la NC 59: Geotecnia. Clasificación geotécnica de los Suelos, como GP,
es decir grava mal graduada (Anexo N0 1).
Granulometría Gigante (%):
Piedra……………………………………..………………. 23
Grava…………………………………………..………….. 65
Arena…………………………………… ……….……….. 10
Finos (limos +arcilla)……………………………………… 2
Peso específico de los sólidos………………….…….. 2.64
51
�Ing. Reinier Leyva Avila
Bloques de roca:
Humedad (W, %) ……………………………………....…0.53
Peso específico húmedo (ץf, kN/m3)……………….…. 24.71
Peso específico seco ( ץd, kN/m3).………… …...…….24.58
Resistencia a la Compresión Seca (MPa)………….…..26.2
Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)……….. 20.6
Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… ….0.78
Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R1, es decir baja, pero el
coeficiente de ablandamiento es no ablandable y por el PRECONS II, es de dureza
media.
Características geotécnicas Escombrera Conexión I.
En la escombrera se observan cantos y bloques de peridotita poco serpentinizada, mal
graduados, con abundantes gravas grandes, medias y pequeñas, con pocos finos no
plásticos. Clasifica según la NC 59: Geotecnia. Clasificación geotécnica de los Suelos,
como GP, es decir grava mal graduada.(Anexo N0 2).
Los resultados de las muestras ensayadas se dan a continuación:
Granulometría Gigante (%):
Piedra……………………………………..………………. 3
Grava…………………………………………..………….. 78
Arena…………………………………… ……….……….. 17
Finos (limos +arcilla)……………………………………… 2
Peso específico de los sólidos………………….….….. 2.63
Bloques de roca:
Humedad (W, %) ……………………………………………0.96
52
�Ing. Reinier Leyva Avila
Peso específico húmedo (ץf, kN/m3)……………………. 24.39
Peso específico seco ( ץd, kN/m3).………… …...……....24.16
Resistencia a la Compresión Seca (MPa)……………….18.7
Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)….………. 8.5
Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… …... 0.51
Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R5, es decir muy baja, por el
coeficiente de ablandamiento es ablandable y por el PRECONS II, es blanda.
Características geotécnicas Escombrera Conexión II.
De los trabajos realizados en esta escombrera se encuentra los ensayos de peso
específico natural, peso específico de los sólidos y resistencia a la compresión seca y
saturada. Los resultados obtenidos, en valores promedios, fueron los siguientes:
Granulometría Gigante (%):
Piedra……………………………………..………………. 20
Grava…………………………………………..………….. 67
Arena…………………………………… ……….……….. 12
Finos (limos +arcilla)……………………………………… 1
Peso específico de los sólidos………………….…….. 2.63
Bloques de roca:
Humedad (W, %) ………………………………….…1.64
Peso específico húmedo (ץf, kN/m3)………………. 24.05
Peso específico seco ( ץd, kN/m3).………… …...…23.67
Resistencia a la Compresión Seca (MPa)…………27.1
Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)…… 20.5
53
�Ing. Reinier Leyva Avila
Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… 0.77
Ver anexo No 3.
Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R1, es decir baja, por el
coeficiente de ablandamiento es no ablandable, pero por el PRECONS II, es de dureza
media.
De acuerdo a las propiedades físicas - mecánicas obtenidas se definió que las
escombreras Túnel Mayarí-Levisa y Conexión II son favorables para continuar la
investigación en busca de determinar si sirven como materia prima para la fabricación
de áridos.
3.4 Resultados de ensayo granulométrico.
A. Arena del Molino Pilón. Es un árido fino obtenido en el Molino Pilón mediante la
trituración de la roca caliza proveniente de la cantera del mismo nombre. Se utilizó en
las dosificaciones para establecer comparaciones con el nuevo árido.(Figura 3.4).
Figura 3.4 Arena del Molino Pilón (roca caliza).
Granulometría (%):
Tamiz-9.52 mm………………..100
Tamiz-4.76 mm………………..98
Tamiz-2.38 mm……………...... 64
Tamiz-1.19 mm………………..35
54
�Ing. Reinier Leyva Avila
Tamiz-0.59 mm………………..11
Tamiz-0.297 mm………………...3
Tamiz-0.149 mm………………...1
Ver anexo No 4.
Módulo de finura…………………………………………....... 3.87
Humedad superficial (%)……………………………………. 1.92
Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.40
Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.53
Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.75
Absorción (%)…………………………………………………. 5.41
Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 2.71
Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 1.5
Peso volumétrico suelto (kg/m3) ……………..…………….. 1393
Peso volumétrico compactado (kg/m3)…… ……….……… 1544
Porciento de huecos (%)………………………………………. 36
Ver anexo No 5.
Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos.
Requisitos.
Granulometría: Cumple para los diámetros de 9.52 y 4.76 mm, pero incumple para el
resto.
a. Módulo de finura: Incumple, tiene 3.87 y debía estar en el rango 2.20-3.58.
b. Material más fino que el tamiz 200: tiene 2.71 %, cumple para hormigones
sometidos a la abrasión y para todos los restantes hormigones.
c. Peso específico corriente: Tiene 2.40 g/cm 3, incumple porque debía tener más de
2.50 g/cm3.
55
�Ing. Reinier Leyva Avila
d. Absorción: tiene 5.41 % y no debía pasar de 3 %, incumple.
B. Arena: obtenida a partir de la trituración en el Molino Pilón del material excavada en
el Túnel Mayarí-Levisa y Conexión II.(Figura 3.5)
Figura 3.5 Arena del material del túnel.
Granulometría (%):
Tamiz-9.52 mm…………..…..100
Tamiz-4.76 mm………………..99
.Tamiz-2.38 mm……………... 62
Tamiz-1.19 mm………………..24
Tamiz-0.59 mm…………….…..7
Tamiz-2.97 mm…………….…..3
Tamiz-0.149 mm………………..1
Ver anexo No 4.
Módulo de finura…………………………………………....... 4.06
Humedad superficial (%)……………………………………. 3.32
Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.25
Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.38
56
�Ing. Reinier Leyva Avila
Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.57
Absorción (%)…………………………………………………. 5.56
Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 0.42
Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 1.6
Peso volumétrico suelto (kg/m3) …………………………… 1388
Peso volumétrico compactado (kg/m3)………….…………. 1537
Porciento de huecos (%)………………………………………. 32
Ver anexo No 5.
Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos.
a. Granulometría: cumple para los diámetros de 9.52 y 4.76, pero incumple para los
diámetros de 2.38, 1.19, 0.59, 0.297 y 0.149 mm.
b. Módulo de finura: incumple, tiene 4.06 y debía estar en el rango 2.20-3.58.
c. Material más fino que el tamiz 200: tiene 0.42 %, cumple para hormigones
sometidos a la abrasión y para todos los restantes hormigones.
d. Peso específico corriente: tiene 2.25 g/cm3, incumple porque debía tener más de
2.50 g/cm3.
e. Absorción: tiene 5.56 % y no debía pasar de 3 %, incumple.
C. Grava de del material del túnel triturada 9.52 mm. Obtenida en el molino de Pilón.
(Figura 3.6).
Granulometría (%):
Tamiz-9.52 mm………………..100
Tamiz-4.76 mm………….……..56
.Tamiz-2.38 mm…………..….. 52
Tamiz-1.19 mm………….……..15
Tamiz-0.59 mm………….….…..0
57
�Ing. Reinier Leyva Avila
Ver anexo No 4.
Abrasión (%)…………………………………………………. 30
Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.35
Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.44
Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.60
Absorción (%)…………………………………………………. 4.27
Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 1.64
Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 0.20
Peso volumétrico suelto (kg/m3) ………………….………….. 1236
Peso volumétrico compactado (kg/m3)…………………..…… 1350
Porciento de huecos (%)………………………………………. 42
Partículas planas y alargadas (%).…………………………… 53
Índice de triturabilidad (%)………………..……………………..22.95
Ver anexo No 5.
Figura 3.6 Grava del material del túnel triturada 9.52 mm.
Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos.
a. Granulometría: cumple para el diámetros 12.7 mm, pero incumple para los
diámetros de 9.52, 4.76, 2.38 y 1.19 mm.
b. Índice
de
triturabilidad: tiene
22.95 %, cumple
para
pavimentos y
pisos
sometidos a desgaste,
58
�Ing. Reinier Leyva Avila
c. Hormigones arquitectónicos expuestos a diferentes tipos de erosiones y otros
hormigones menores de 40 MPa.
d. Abrasión. Tiene 31 % de desgaste, cumple para todo tipo de hormigones, excepto
los que están sometidos a erosión elevada, hormigones arquitectónicos y de obras
marítimas.
e. Material más fino que el tamiz 200: tiene 1.64 %, incumple para todo tipo de
hormigones.
f.
Partículas de arcilla: Tiene 0.20 %, cumple porque está en el rango menor de 0.25
%.
g. Partículas planas y alargadas: Incumple, tiene 53 % y debía tener menos de 20 %.
h. Peso específico corriente: Tiene 2.35 g/cm 3, incumple porque debía tener más de
2.50 g/cm3.
i.
Absorción: Tiene 4.27 % y no debía pasar de 3 %, incumple.
D. Grava de del material del túnel triturada 19.1 mm. Obtenida igual que los áridos
anteriores.(Figura 3.7).
Granulometría (%):
Tamiz-25.4 mm………………..100
Tamiz-19.0 mm………………..94
Tamiz-12.7 mm………………..61
Tamiz-9.52 mm……………….10
Tamiz-4.76 mm………….……..0
Ver anexo No 4.
Abrasión (%)…………………………………………………. 34
Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.32
Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.41
Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.56
59
�Ing. Reinier Leyva Avila
Absorción (%)…………………………………………………. 3.70
Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 1.22
Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 0.15
Peso volumétrico suelto (kg/m3) ………………….………….. 12.82
Peso volumétrico compactado (kg/m3)…………………..…… 14.03
Porciento de huecos (%)………………………………………. 40
Partículas planas y alargadas ………………………………… 43
Índice de triturabilidad (%)…….……………..………………..33.83
Ver anexo No 6.
Figura 3.7 Gravadel material del túnel triturada 19.1 mm.
Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos.
Requisitos.
a. Granulometría: Cumple para los diámetros 25.4, 19.0, 9.52 y 4.76 mm, pero
incumple para el diámetro de 12.7 mm.
60
�Ing. Reinier Leyva Avila
b.
Índice de triturabilidad: Tiene 33.83 %, cumple para pavimentos y pisos sometidos
a desgaste, hormigones arquitectónicos expuestos a diferentes tipos de erosiones y
otros hormigones menores de 40 MPa..
c.
Abrasión. Tiene 34 % de desgaste, cumple para todo tipo de hormigones, excepto
los que están sometidos a erosión elevada, hormigones arquitectónico y de obras
marítimas.
d. Material más fino que el tamiz 200: tiene 1.22 %, incumple para todo tipo de
hormigones.
e. Partículas de arcilla: Tiene 0.15 %, cumple porque está en el rango menor de 0.25
%.
f.
Partículas planas y alargadas: Incumple, tiene 43% y debía tener menos de 20 %.
g.
Peso específico corriente: Tiene 2.32 g/cm3, incumple porque debía tener más de
2.50 g/cm3.
h.
Absorción: Tiene 3.70 % y no debía pasar de 3 %, incumple.
E. Material carbonatado de rechazo del Molino Pilón.(Figura 3.8).
Este material se obtiene como un excedente de la producción de áridos en el Molino
Pilón. Sus reservas ascienden a varios miles de m3.
Figura 3.8 Filler del Molino Pilón.
Los resultados de las características geotécnicas obtenidas a tres muestras se dan a
continuación:
61
�Ing. Reinier Leyva Avila
Granulometría (%).
Grava……………………………………….. 1
Arena……………………………………….. 16
Limo…………………………….…………… 70
Arcilla……………………………………….. 13
Límites de plasticidad (%).
Límite Líquido……………….………………18
Limite Plástico……………………………… 15
Índice Plástico………………………….…… 3
Peso específico de los sólidos…………... 2.73
Clasifica según NC 59: clasificación Geotécnica de los Suelos, ML, es decir, limo con
arena.
Ver anexo No 7.
F. Zeolita.
Se obtiene mediante la trituración de tobas zeolitizadas de la Planta San Andrés
(fracción 0.8-0 mm). (Figura 3.9).
Figura 3.9 Zeolita de la Planta de San Andrés.
Granulometría.
Tamiz-9.52 mm………………..100
62
�Ing. Reinier Leyva Avila
Tamiz-4.76 mm………………..100
.Tamiz-238 mm……………….. 100
Tamiz-1.19 mm………………....99
Tamiz-0.59 mm……………..…..74
Tamiz-2.97 mm……………..…..48
Tamiz-0.149 mm………….……..36
Cálculo de los volúmenes de los materiales de los tramos de túneles.
Método:
El método utilizado para el cálculo del material sobrante de la excavación fue el método
de bloque. Este se emplea para calcular los depósitos explorados a base de una red
geométrica incorrecta, cuando no es posible construir el sistema de corte de las
exploraciones transversales, empleado también para calcular las reservas de los
depósitos estratificados y en forma de filones de poca potencia.
En el estado actual que están conformadas las escombreras es imposible realizar
mediciones para establecer el área útil de los acopios.
Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II.
Ocupa una explanación inclinada por el relieve, de unos 120 metros de largo por unos
100 metros de ancho, con una altura promedio de unos 15 metros. La franja donde se
localiza el material útil está ubicada en los últimos 12 metros de la periferia de la
escombrera y fue producida por la segregación que provoca el acarreo conbuldócer al
acomodar el material hacia los bordes.
L1 - 12 m x 100 m x 15 m = 18 000 m 3, en el lado norte del rectángulo que forma la
escombrera.
L2.- 12 m x 96 m x 15 m = 17 280 m3, en su lado este.
Volumen de reserva = (18 000 m + 17 280 m) x 2 = 70 570 m3 y estas son
aproximadamente las reservas reales presentes en la escombrera del Túnel Mayarí-
63
�Ing. Reinier Leyva Avila
Levisa Tramo II. Por la granulometría el 80 % de las reservas tiene tamaños superiores
a 19 mm.
Reserva Total = 70 570 m x 0.80 = 56 456 m3.
Para aprovechar plenamente todo el material potencialmente útil, hay que ir separando,
por el método tacto-visual, el material aparentemente idóneo para los fines que se
persiguen.
Escombrera Conexión I.
La ubicación de esta escombrera permite la formación de los derrames en dos niveles,
lo que condiciona y limita el acarreo de material que sólo puede realizarse en una
dirección. Esto contribuyó a que se mezclaran en todo el acopio los materiales finos y
gruesos por lo que reduce la posibilidad de uso de este depósito.
Escombrera Conexión II.
Ocupa varias explanaciones escalonadas, donde en general se observa una mezcla
desordenada de los cantos y bloques de roca con material fino producido por las
voladuras y el acarreo del material con equipamiento pesado, lo que limita las reservas
de la explanación más elevada. Esta tiene tres caras favorables para el derrame del
material por los taludes, facilitando así la selección más competente para los fines que
se persiguen.
Este acopio tiene el material útil en la franja externa inmediata al derrame por los
taludes, siendo sus dimensiones de 50 m (largo) x 10 m (ancho) x 8 m (potencia).
Volumen de Reserva = (50 m x 10 m x 8 m) x 3 caras = 12 000 m3.
Para obtener estos volúmenes hay que continuar el acarreo hacia los derrames para
lograr la selección o separación del material grueso del fino. De acuerdo a la
granulometría el 78 % de las reservas es superior a 19.1 mm.
Reserva Total = 12 000 m x 0.78 = 9 360 m3.
En la construcción del trasvase en su tercera etapa se hace necesaria la utilización de
hormigones de 15, 20 y 25 Mpa en deferentes objetos de obra (Figura 3.9) y con
64
�Ing. Reinier Leyva Avila
diferentes tipos de dosificaciones (Anexo 10), además se pudo calcular las cantidades
de casa, carretera y acera que se puede construir. (Figura 3.10).
Objetos de obras
Cantidad de hormigón (m3)
Canal
1 235
Túnel
236
Conductoras
550
Agricultura
600
Total
2 621
Figura 3.9Cantidad de hormigón a utilizar en el Trasvase Este-Oeste en su III etapa.
Obras
Cantidad
Cantidad de material (m3)
Casa (U)
10 000
535 500
Carretera (H.C.R. (Km)
230
535 500
Aceras (Km)
20
535 500
Figura 3.10. Cantidad de casa, carreteras y aceras.
3.5 Resultados sobre las dosificaciones de hormigones obtenidas.
En total se diseñaron 6 dosificaciones, 4 de Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) y
2 de Hormigón Compactado con Rodillo (HCR).
HCH.
Los 4 diseños de HCH tienen las siguientes particularidades:
HCH-1.- Se diseñó con arena y grava 19.1 mm de peridotita y 350 Kg/m 3 de cemento
Portland P-350.
HCH-2.- Se diseñó con arena y grava 19.1 mm de peridotita y 400 Kg/m 3 de cemento
Portland P-350.
HCH-3.- Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm de peridotita y 350
Kg/m3 de cemento Portland P-350.
65
�Ing. Reinier Leyva Avila
HCH-4.- Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm de peridotita y 400
Kg/m3 de cemento Portland P-350.
Se varió uno de los contenidos de cemento, porque lo más importante de la
investigación era la evaluación de los nuevos áridos producidos por la trituración de la
peridotita y para ello era mejor realizar las dosificaciones con contenidos de cemento
más cercanos, es decir 350 y 400 Kg/m3, en vez de 300 y 400 Kg/m3.
Si se comparan las probetas de HCH fabricadas con arena de peridotita con las
obtenidas con arena de Pilón se observa que la resistencia a la compresión es superior
a las fabricadas con arena triturada de peridotita, pero no tienen una diferencia
sustancial, de lo que se deduce que el nuevo árido obtenido a partir de las peridotitas,
en general tiene parámetros de calidad cercanos a la reconocida arena del Molino de
Pilón. También hay que tener en cuenta que este árido fino producido en el Molino de
Pilón incumple con algunos de los requisitos que establece la NC 251: 2013; lo mismo
ocurre con la arena obtenida de las peridotitas:
-
Granulometría de los áridos finos (incumplen para los diámetros del 2.38 al 0.149 mm).
-
Módulo de finura: tiene 3.87 vs 4.06, respectivamente y debía estar en ambas dentro
del rango de 2.20 a 3.58.
-
Peso específico corriente: menor de 2.50 g/cm3, en ambas.
No obstante ello, se alcanzaron valores aceptables de resistencia a la compresión a los
28 días con dos contenidos de cemento, 350 y 400 Kg/m 3:
Resistencia a compresión de la arena Pilón y grava del material de rechazo de los túnel
con 350 Kg/m3 de cemento (28 días)------------ 23.2 MPa.
Resistencia a compresión de la arena y grava del material de rechazo de los túnel con
350 Kg/m3 de cemento (28 días)--- 21.8 MPa.
Se aprecia superioridad de la arena de Pilón, pero no muy pronunciada. Ver anexos No
8 y 9.
66
�Ing. Reinier Leyva Avila
Resistencia a la compresión de la arena de Pilón con 400 Kg/m 3 de cemento (28 días)----- 31.4 MPa.
Resistencia a la compresión de la arena del material de rechazo de los túnel con 400
Kg/m3 de cemento (28 días)- 26.4 MPa.
Este resultado de resistencia a la compresión relativamente alta, abre vías de
investigación para estudiar hormigones con menor contenido de cemento, que cumplan
con los objetivos iníciales de fabricar hormigones de media y baja resistencia, usando
como materia prima de los áridos el material de rechazo excavada en el Túnel MayaríLevisa.
HCR.
Los dos diseños de dosificaciones de HCR están constituidos por:
HCR-5.- Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de rechazo, filler de material
carbonatado de rechazo del Molino Pilón y 260 Kg/m 3 de cemento Portland P-350.
HCR-6.- Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de rechazo, filler de zeolita
fracción 0.8-0 mm y 260 Kg/m3 de cemento Portland P-350.
También en las dosificaciones de HCR se uso un solo contenido de cemento (260
Kg/m3, en vez de 230 y 260. Esto se realizó para estudiar paralelamente dos tipos de
filler con un mismo contenido de cemento.
Con el diseño HCR-5 se lograron resistencias a la compresión de 11.1 MPa a los 7 días
y 17.0 MPa a los 28 días. Estos no son valores elevados, pero si se considera que
todos son áridos que se dosifican por primera vez y que el denominado filler de Pilón se
obtiene como desecho en la planta y que del mismo existen reservas en grandes
cantidades, entonces se puede valorar que los resultados son altamente satisfactorios.
Con el HCR-6 se ratificó lo planteado en el párrafo anterior ya que con un filler de
reconocido uso en dosificaciones las probetas fabricadas con esta dosificación dieron
resultados ligeramente superiores a los obtenidos con el filler de Pilón; estos fueron:
13.1 MPa a los 7 días y 18.7 MPa a los 28 días.
67
�Ing. Reinier Leyva Avila
En el anexo No 8 aparecen resumidos los componentes, parámetros y resultados de
cada uno de los diseños y en el anexo No 9 los resultados de la ruptura de todas las
probetas ensayadas.
68
�Ing. Reinier Leyva Avila
CONCLUSIONES.
1. Las litologías predominantes en la construcción del Túnel Conexión I y Conexión
II, son las peridotitas serpentinizadas y las serpentinitas.
2.
La arena de peridotita no cumple con algunos requisitos de la granulometría,
módulo de finura, peso específico corriente y absorción y cumple para material
más fino que el tamiz 200, según NC 251: 2013.
3. La grava de 19.1 mm del material del túnel cumple para la mayor parte de los
tamices normalizados, índice de triturabilidad, material más fino que el tamiz 200 y
el contenido de partículas de arcilla. Incumple el porciento de partículas planas y
alargadas.
4. Se obtuvieron resistencias a la compresión en probetas de HCH de 21.8 y 26.4
MPa a los 28 días, con contenidos de cemento, 350 y 400 Kg/m 3. En probetas de
HCR se obtuvieron resistencias a la compresión de 17.0 y 18.7 MPa,
incrementando el contenido de cemento a partir de los 260 Kg/m3.
69
�Ing. Reinier Leyva Avila
RECOMENDACIONES.
1. Continuar dando seguimiento a estas investigaciones tomando en cuenta el avance
del trasvase en su construcción y el incremento sostenido del volumen de estos
materiales para lograr implementar definitivamente el empleo de los áridos de
peridotitas serpentinizadas en las obras constructivas.
2. Investigar con más presión las mezclas de áridos del pilón con los desechos de los
túneles para complementar las exigencias sobre los parámetros evaluados en los
áridos.
3. Adiestrar a los trabajadores que reciben el material de las excavaciones en las
escombreras, para separar en el acopio el material con mejores propiedades.
4. Preparar las explanaciones y el acceso a las actuales escombreras teniendo en
cuenta el uso que se le dará a estos desechos en el futuro.
70
�Ing. Reinier Leyva Avila
RELACIÓN DE ANEXOS.
Anexo # 1
Tabla Nº 1. Resultados de la clasificación geotécnica de los Suelos, como GP, es decir
grava mal graduada.
Tabla Nº 2. Composición granulométrica Túnel Mayarí- Levisa Tramo II.
Gráfico Nº 1. Rango granulométrico Túnel Mayarí- Levisa Tramo II.
Tabla Nº 3. Propiedad físico-mecánica Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II.
Anexo # 2
Tabla Nº 4. Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir
grava mal graduada Escombrera Conexión I.
Tabla Nº 5. Composición granulométrica Escombrera Conexión I.
Gráfico Nº 2. Rango granulométrico Escombrera Conexión I.
Tabla Nº 6. Propiedad físico-mecánica de la Escombrera Conexión I.
Anexo # 3
Tabla Nº 7. Propiedades físicas del suelo Escombrera Conexión II.
Tabla Nº 8. Composición granulométrica Escombrera Conexión II.
Gráfico Nº 3. Rango granulométrico Escombrera Conexión II.
Tabla Nº 9. Propiedades físico-mecánicas de las rocas Escombrera Conexión II.
Anexo # 4
Tabla Nº 10. Propiedades físicas de los áridos. Granulometría de los áridos y grava
peridotita.
Anexo # 5
Tabla Nº 11. Propiedades físicas de los áridos. Arena del Molino Pilón y Arena de
Peridotita.
71
�Ing. Reinier Leyva Avila
Anexo # 6
Tabla Nº11. Propiedades físicas del árido grueso. Grava 9.52 y 19,1 mm de Peridotita.
Anexo # 7
Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón.
Anexo # 8
Tabla Nº 13. Resultados de las dosificaciones.
Anexo # 9
Tabla Nº 14.Hormigón Convencional Hidráulico (HCH).
Anexo # 10
Tabla Nº 14. Dosificación de diferentes hormigones que se utiliza en los trasvases.
72
�Ing. Reinier Leyva Avila
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NC 181: 2002 Áridos. Determinación del Peso Volumétrico. Método de Ensayo.
NC 182: 2002 Áridos. Determinación del Material más Fino que el tamiz de 0.074 mm
(200).
Método de Ensayo.
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Convención Cubana de Ciencias de la Tierra. ISBN 978-959-7117-30.
RAUJDAL. (2009). Informe de los primeros 1700 m del Tramo III versión 2 del Túnel
Mayarí-Levisa en su tercera etapa. Holguín, RAUDAL.
RODRÍGUEZ S., V. E. 1985.Materiales serpentiníticos en la construcción de presas de
materiales locales Presas Moa. Trabajo de Diploma. ISMM.
SÁNCHEZ RIVAS G., ET. AL. (1991): Trasvase Este-Oeste. Tramo de Túnel MelonesLevisa. Investigación Ingeniero-Geológica. Departamento de geología, EIPHH.
SÁNCHEZ SILVA, Y. Estudio Ingeniero-Geológico de la Región Mayarí-Sagua para el
Tramo Sagua-Melones del Trasvase Este-Oeste. Trabajo de Diploma. Instituto Superior
Minero Metalúrgico, Facultad de Geología Minería, 2006.
TORRES, M. Y E. FONSECA. 1990: Características geólogo – petrológicas del
contacto entre la asociación ofiolítica y el arco volcánico en Moa – Baracoa. Boletín de
Geociencias, 4: 18-32.
76
�Ing. Reinier Leyva Avila
SIGLAS UTILIZADAS:
1- (RAUDAL) Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos.
2- (ENIA ) Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas.
3- (ESI DIP) Empresa de Servicios Ingenieros Dirección Integrada de Proyectos.
4- (HCH) Hormigón Convencional Hidráulico.
5- (HCR) Hormigón Compactado con Rodillo.
6- (ECOH) Empresa Constructora de Obras Hidráulicas.
77
�Ing. Reinier Leyva Avila
PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LOS SUELOS Y ROCAS UTILIZADAS.
s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).
Nat - Humedad Natural (%).
f - Peso Específico Húmedo (Densidad Húmeda, kN/m3).
d - Peso Específico Seco (Densidad Seca, kN/m3).
e - Relación de Vacíos (adimensional).
S - Saturación (%).
s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).
s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).
Kab- Coeficiente de ablandamiento.
Sat - Peso Específico Saturado (Densidad Saturada, kN/m 3).
GP- Grava mal graduada.
ML-Limo con arena.
S - Saco.
78
�Anexo 1
7
54
55
57
56
56
77
64
66
80
75
69
54
75
62
59
60
81
72
66
79
20
54
81
65
%
8
8
5
7
7
10
12
11
11
9
16
7
8
9
12
10
7
12
12
12
12
20
5
16
10
s
Clasificación
Finos (Limo + Arcilla) (<
0.075 mm)
Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75
mm)
Piedra ( ≥ 152,4 mm )
Profundidad (m)
Tipo
No
Punto de muestreo
(Identificación)
Registro
1
2
3 4
5
6
Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II.
18-306 P-1 1 S Superficie 37
18-307 P-2 1 S Superficie 39
18-308 P-3 1 S Superficie 33
18-309 P-4 1 S Superficie 36
18-310 P-5 1 S Superficie 32
18-311 P-6 1 S Superficie 7
18-312 P-7 1 S Superficie 24
18-313 P-8 1 S Superficie 20
18-314 P-9 1 S Superficie 8
18-315 P-10 1 S Superficie 5
27-430 P-21 1 S Superficie 22
27-431 P-22 1 S Superficie 38
27-432 P-23 1 S Superficie 15
27-433 P-24 1 S Superficie 25
27-434 P-25 1 S Superficie 29
27-435 P-26 1 S Superficie 32
27-436 P-27 1 S Superficie 6
27-437 P-28 1 S Superficie 14
27-438 P-29 1 S Superficie 21
27-439 P-30 1 S Superficie 7
No Observaciones
(n)
20
Valor Mínimo
(x-)
5
Valor Máximo
(x+)
39
Valor Promedio
(x)
23
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm)
Granulometría
Muestra
9
10
11
1
1
3
1
2
4
1
3
3
4
2
0
1
1
2
1
1
2
1
2
20
0
4
2
2,65
2,64
2,63
2,63
2,65
2,65
2,63
2,65
2,65
2,62
2,66
2,65
2,64
2,65
2,63
2,62
2,63
2,67
2,63
2,65
20
2,62
2,67
2,64
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
-
Tabla Nº 1 Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava
mal graduada.
�Composición Granulométrica.
Tamices / Abertura en mm / % que Pasa
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm)
Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm)
Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm)
1
1
37 30 10 10
4
54
8
1
9
6
4
3
2
2
2
1
39 31 11 10
3
55
5
1
15
10
7
5
4
4
3
3
33 29 12
8
8
57
7
3
11
8
7
6
5
4
3
1
36 34 11
5
6
56
7
1
17
12
8
6
4
4
3
2
32 31 10
7
8
56
10
2
25
23
16
11
8
6
5
4
4
7
21 22 25
9
77
12
4
25
17
14
12
9
8
7
5
2
1
24 28 10 21
5
64
11
1
25
20
20
14
10
6
5
4
3
3
20 23 21 16
6
66
11
3
43
29
20
19
12
8
6
5
4
3
3
8
22 27 23
8
80
9
3
53
40
34
29
20
13
9
7
6
4
4
5
26 16 19
14
75
16
4
45
33
21
18
13
9
6
4
3
2
2
2
22 22 23 15
9
69
7
2
33
25
17
15
12
8
5
2
1
1
0
0
38 22 16 10
6
54
8
0
20
20
20
20
20
20
20
20 20 20 20
20
20
20 20 20 20
20
20
20
20
152,40
127,00
101,60
76,200
50,800
38,100
25,000
19,000
9,5200
18-306
P-1
1
S
Superficie 100 100 100
78
63
47
40
33
28
23
18
13
12
18-307
P-2
1
S
Superficie 100 100 100
76
61
46
38
30
25
19
13
9
18-308
P-3
1
S
Superficie 100 100 100
87
67
48
43
38
32
26
21
18
18-309
P-4
1
S
Superficie 100 100 100
81
64
46
38
30
25
19
16
14
18-310
P-5
1
S
Superficie 100 100 100
86
68
49
43
37
32
27
23
20
18-311
P-6
1
S
Superficie 100 100 100 100
93
87
80
72
61
50
32
18-312
P-7
1
S
Superficie 100 100 100
87
76
65
57
48
43
38
18-313
P-8
1
S
Superficie 100 100 100
91
80
69
63
57
46
36
18-314
P-9
1
S
Superficie 100 100 100 100
92
83
77
70
56
18-315
P-10
1
S
Superficie 100 100 100 100
95
90
79
69
61
27-430
P-21
1
S
Superficie 100 100 100
88
78
68
62
56
27-431
P-22
1
S
Superficie 100 100 100
70
62
55
48
41
N Observaciones (n)
20
20
20
20
20
20
Curva Mínima
100 100 100
4
10 20 40 60 140 200
Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm )
2
3/4" 3/8"
Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm )
3
1"
Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm )
4
1.5"
Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm)
0,0750
6
2"
Piedra ( ≥ 152,4 mm )
0,1500
Grava (≥ 4.75 y
<152,4 mm)
9
3"
254,00
4"
381,00
5"
0,2500
990,60
6"
0,4250
> 990.6
10"
0,8500
15"
2,0000
39"
Granulometría (%)
4,7500
>
39"
Profundidad (m)
Tipo
o
N
Punto de muestreo
(Identificación)
Registro
Muestra
Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II.
o
(x-)
20
70
61
46
38
30
25
19
13
9
9
6
4
2
1
1
0
0
39 31 11 10
3
55
6
0
95
90
80
72
61
53
40
34
29
20
13
9
7
6
4
4
5
23 19 19
14
75
16
4
78
66
58
50
41
33
24
19
16
12
8
5
4
3
2
2
22 28 17 14
7
88
10
2
Curva Máxima
(x+)
100 100 100 100
Curva Promedio
(x)
100 100 100
90
Tabla Nº 2. Composición granulométrica Túnel Mayarí- Levisa Tramo II.
�Gráfico de Rango Granulométrico.
20
100
4
1
"
1
4
3
10 15
6
39
90
80
70
Curva Máxima
% que pasa
60
50
40
Curva Promedio
30
Curva Mínima
20
100,0
100
254,0
381,0
152,4
10,0
10
76,2
0,425 1,0
1
Diámetro ( mm )
19,0
25,0
38,1
0,1
0,1
4,75
0,0 0,002 0,0050,010
0,0
0,001
2,0
0
0,075
10
1000,0
1000
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%)
Curva
Fino (Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%)
Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%)
Gravilla
P.19
Mcdan
Rjcillo
Piedra (≥152,4mm)(%)
Máx.
4
16
14
19
19
23
5
Mín.
0
6
3
10
11
31
39
10
7
14
17
28
22
Prom. 2
Gráfico Nº 1. Rango granulométrico Túnel Mayarí- Levisa Tramo II.
�Saturada
Precons 2005
Seca
Tabla adaptada
de Duncan y
Jennings
sat
Por Kab
S
Dureza
n
FKP
e
Absorción
d
Dureza
Kab
f
Coef. Abland.
nat
kN/m3
Profundidad
(m)
Tipo
o
N
Punto de muestreo
(Identificación)
egistro
Resistencia a la
compresión
Peso Específico Natural
Muestra
%
5,8
18
25,2
28,0
20,4
0,73
0,82
2,8
Ablandable
Blanda
Media
RI
Superficie 2,66 0,64 0,43 24,69 24,58 0,06
Superficie 2,65 0,59 0,64 24,91 24,75 0,05
4,7
35
25,2
28,1
18,7
0,66
1,03
2,8
Ablandable
Blanda
Media
RI
Superficie 2,64 0,53 0,59 25,14 24,99 0,04
3,6
42
25,3
22,6
14,2
0,63
1,45
2,3
RI
Superficie
5,9
22
25,0
8,6
0,85
1,78
1
Ablandable
No
Ablandable
Blanda
Muy
Blanda
Media
2,65 0,60 0,53 24,56 24,43 0,06
Blanda
4,0
38
25,1
17,7
0,66
1,56
2,7
Blanda
Media
2,62 0,59 0,78 24,96 24,77 0,04
3,8
52
25,1
29,5
0,84
1,75
3,5
Blanda
Media
2,63 0,48 0,59 24,70 24,56 0,05
4,8
31
25,0
27,5
0,99
1,34
2,8
Blanda
Media
2,67 0,37 0,48 24,93 24,81 0,06
5,2
23
25,3
24,7
0,89
0,84
2,8
Blanda
Media
21,6
0,81
1,28
2,7
Ablandable
No
Ablandable
No
Ablandable
No
Ablandable
No
Ablandable
Blanda
Media
20,6
0,74
1,48
2,8
0,77
1,29
Blanda
Muy
Blanda
Media
11,6
Ablandable
No
Ablandable
Blanda
23,0
0,62
0,96
Media
0,77
1,10
Blanda
Blanda
31,2
0,90
1,09
3,5
Ablandable
No
Ablandable
No
Ablandable
Blanda
16,1
Blanda
Media
20
20
20
20
-
-
-
%
%
kN/m3
%
s
MPa
Escombrera Túnel Levisa - Mayarí
18-316
P-11
1
RI
18-317
P-12
1
18-318
18-319
P-13
P-14
1
1
18-320
P-15
1
RI
Superficie 2,63 0,78 0,60 24,91 24,76 0,04
18-321
P-16
1
RI
Superficie
10,2
26,9
35,1
18-322
P-17
1
RI
Superficie
18-323
P-18
1
RI
Superficie
18-324
P-19
1
RI
Superficie
2,63 0,92 0,37 25,09 25,00 0,03
3,1
31
25,3
18-325
P-20
1
RI
Superficie 2,65 0,42 0,92 25,20 24,97 0,04
3,8
61
25,3
27-440
P-31
1
RI
Superficie
2,66 0,45 0,25 25,32 25,26 0,03
3,1
21
25,6
RI
Superficie 2,64 0,47 0,24 23,83 23,77 0,09
8,1
7
24,6
2,65 0,20 0,42 25,18 25,07 0,04
3,6
30
25,4
2,63 0,47 0,23 24,25 24,19 0,07
6,2
9
24,8
20
20
20
20
7
27-441
P-32
1
27-442
P-33
1
RI
Superficie
27-443
P-34
1
RI
Superficie
No de observaciones (n)
20
20
20
20
20
20
27,8
27,6
26,7
27,9
15,1
36,8
20,9
34,6
1,5
3,7
2,1
Valor Mínimo
(x-)
24,37
10,2
8,6
0,62
0,66
1,02
-
-
-
Valor Máximo
(x+)
2,67 0,98 0,92 25,52 25,34 0,11 10,0 61 25,66
36,8
31,2
0,99
1,91
3,68
-
-
-
Valor Promedio
(x)
2,64 0,58 0,53 24,71 24,58 0,06 5,23 29 25,09
26,2
20,6
0,78
1,27
2,62
-
-
-
2,62 0,18 0,23 23,59 23,39 0,03 3,08
Tabla Nº 3. Propiedades físico-mecánicas Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II.
���Anexo 2
s
Clasificación
Finos (Limo + Arcilla) (<
0.075 mm)
Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75
mm)
Piedra ( ≥ 152,4 mm )
Profundidad (m)
Tipo
No
Punto de muestreo
(Identificación)
Registro
Grava (≥ 4.75 y <152,4
mm)mm
Granulometría
Muestras
%
1
2
3
4
Conexión I
27-458 P-1 1
S
27-459 P-2 1
S
27-460 P-3 1
S
27-461 P-4 1
S
27-462 P-5 1
S
27-463 P-6 1
S
27-464 P-7 1
S
27-465 P-8 1
S
27-466 P-9 1
S
27-467 P-10 1
S
0
N Observaciones (n)
Valor Mínimo
Valor Máximo
Valor Promedio
5
6
7
8
9
10
11
Superficie
Superficie
Superficie
Superficie
Superficie
Superficie
Superficie
Superficie
Superficie
Superficie
0
0
3
0
4
8
5
0
0
5
88
80
80
86
73
68
80
80
78
72
11
17
15
12
22
23
14
17
20
21
1
3
2
2
1
1
1
3
2
2
2,64
2,62
2,63
2,63
2,64
2,62
2,63
2,62
2,64
2,64
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
GP
10
10
10
10
10
-
0
8
3
68
88
78
11
23
17
1
3
2
2,62
2,64
2,63
-
(x-)
(x+)
(x)
Tabla Nº 4. Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava
mal graduada Escombrera Conexión I.
�Muestra
Tamices / Abertura en mm / % que Pasa
> 990.6
990,60
381,00
254,00
152,40
127,00
101,60
76,200
50,800
38,100
25,000
19,000
9,5200
4,7500
2,0000
0,8500
0,4250
0,2500
0,1500
0,0750
Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm)
Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm )
Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm )
Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm )
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm)
Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm)
Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm)
S
Superficie
100
100
100
100
100
76
55
48
42
34
27
17
15
12
9
7
5
3
2
1
0
52
14
17
5
88
11
1
27-459
P-2
1
S
Superficie
100
100
100
100
100
98
92
77
63
52
44
37
27
20
15
12
9
7
5
3
0
23
25
15
17
80
17
3
27-460
P-3
1
S
Superficie
100
100
100
100
97
90
88
79
72
62
49
35
25
17
13
10
7
5
4
2
3
18
17
27
18
80
15
2
27-461
P-4
1
S
Superficie
100
100
100
100
100
93
78
69
56
45
32
29
19
14
10
9
7
5
3
2
0
31
24
16
15
86
12
2
27-462
P-5
1
S
Superficie
100
100
100
100
96
92
87
76
70
66
58
43
35
23
15
10
4
3
1
1
4
20
10
23
20
73
22
1
27-463
P-6
1
S
Superficie
100
100
100
100
92
86
75
68
57
46
41
39
33
24
16
9
6
4
3
1
8
24
22
7
15
68
23
1
27-464
P-7
1
S
Superficie
100
100
100
100
95
84
73
71
65
53
42
28
21
15
9
7
4
2
2
1
5
24
18
25
13
80
14
1
27-465
P-8
1
S
Superficie
100
100
100
100
100
93
81
68
59
44
37
30
26
20
17
14
10
8
5
3
0
32
24
14
10
80
17
3
27-466
P-9
1
S
Superficie
100
100
100
100
100
97
89
79
62
51
46
35
30
22
28
13
7
5
4
2
0
21
28
16
13
78
20
2
27-467
P-10
1
S
Superficie
100
100
100
100
95
89
82
76
67
59
48
39
31
23
17
9
7
4
2
2
5
19
17
20
16
72
21
2
N Observaciones (n)
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10 10
10
10
10
10
10
10
Curva Mínima
(x-)
100
100
100
100
92
76
55
48
42
34
27
17
15
12
9
7
4
2
1
1
8
44
14
17
5
80
11
1
Curva Máxima
(x+)
100
100
100
100
100
98
92
79
72
66
58
43
35
24
28
14
10
8
5
3
0
21
13
23
19
76
21
3
Curva Promedio
(x)
100
100
100
100
98
90
80
71
61
51
42
33
26
19
15
10
7
5
3
2
2
27
20
18
14
81
17
2
39"
15"
10"
6"
5"
4"
3"
2"
1.5"
1"
3/4"
3/8"
4
10
20
40
60
140 200
Piedra ( ≥ 152,4 mm )
Profundidad (m)
1
o
P-1
Punto de muestreo
(Identificación)
27-458
Registro
Tipo
Grava (≥ 4.75 y
<152,4 mm)
N
>
39"
Granulometría (%)
Conexión I
o
Tabla Nº 5. Composición granulométrica Escombrera Conexión I.
�10
100
"
3
"
1
4
"
6
"
10
254,0
40
152,4
200
"
15
"
39
90
80
70
Curva Máxima
% que pasa
60
50
40
Curva Promedio
Curva Mínima
30
20
0,425
1,0
1
10,0
10
100,0
100
381,0
0,1
0,1
76,2
Diámetro ( mm )
38,1
0,0
0,010
25,0
0,005
19,0
0,002
4,75
0,0
0,001
2,0
0
0,075
10
1000,0
1000
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%)
Fino
(Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%)
3
Máx.
1
Mín.
2
Prom.
Curva
Arena
( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%)
21
11
17
Gráfico Nº 2. Rango granulométrico Escombrera Conexión I.
Gravilla
19
5
14
P.19 Mcdan
23
13
17
14
18
20
Rjcillo
21
44
27
Piedra
(≥152,4mm)(%)
0
8
2
�Propiedades Físico-Mecánicas de las Rocas.
Seca
Satu
rada
Precons 2005
sat
Tabla adaptada
de Duncan y Jennings
S
Muy Blanda
Blanda
Ablandable
Blanda
Blanda
Ablandable
Blanda
Media
Por Kab
n
Dureza
e
Absorción
d
Coef. Abland.
f
Dureza
FKP
Kab
kN/m3
Tipo
o
nat
N
Punto de muestreo
(Identificación)
Registro
Resistencia
a la
compresión
Peso Específico Natural
Muestra
%
Superficie
2,64
1,41
1,03 24,96 24,71
0,05
4,7
55
25,2
10,2
9,2
0,90
1,96
1,02
No Ablandable
1,03
0,95 23,49 23,27
0,12
10,4 22
24,3
18,7
6,8
0,37
1,62
1,87
21,0
7,3
0,35
2,64
2,1
0,23
s
%
kN/m3
%
%
MPa
Conexión I
27-468
P-11
1
RI
27-469
P-12
1
RI
Superficie
2,65
27-470
P-13
1
RI
Superficie
2,64
1,39
1,02 23,58 23,34
0,11
9,7
25
24,3
0,84
0,87 24,99 24,77
0,05
4,5
49
25,2
24,5
5,6
1,37
2,45
Ablandable
Blanda
Media
0,95 24,93 24,70
0,05
4,8
50
25,2
19,3
13,4
0,69
1,42
1,93
Ablandable
Blanda
Blanda
5
5
5
5
5
5
5
5
5
-
-
-
27-471
P-14
1
RI
Superficie
2,65
27-472
P-15
1
RI
Superficie
2,64
0,93
5
5
No Observaciones(n)
5
5
5
Valor Mínimo
(x-)
2,64
0,84
0,87 23,49 23,27
0,05
4,53 22
24,29
10,2
5,6
0,23
1,37
1,02
-
-
-
Valor Máximo
(x+)
2,65
1,41
1,03 24,99 24,77
0,12
10,4 55
25,22
24,5
13,4
0,90
2,64
2,45
-
-
-
Valor Promedio
(x)
2,64
1,12
0,96 24,39 24,16
0,07
6,81 40
24,82
18,7
8,5
0,51
1,80
1,87
-
-
-
Tabla Nº 6. Propiedades físico-mecánicas de la Escombrera Conexión I.
�Anexo 3
Piedra ( ≥ 152,4 mm )
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm)
Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm)
Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm)
Profundidad (m)
Tipo
o
N
Punto de muestreo
(Identificación)
Registro
6
7
8
9
s
Clasificación
Granulometría
Muestra
%
1
2
3
4
5
10
11
Escombrera Conexión II
43-744
P-61
1
S
Superficie 28
59
12
1
2,63 GP
43-745
P-62
1
S
Superficie 33
51
17
0
2,62 GP
43-746
P-63
1
S
Superficie 40
52
8
0
2,64 GP
43-747
P-64
1
S
Superficie 35
56
9
1
2,64 GP
43-748
P-65
1
S
Superficie 20
70
8
2
2,66 GP
43-749
P-66
1
S
Superficie 15
74
10
1
2,63 GP
43-750
P-67
1
S
Superficie 11
76
12
1
2,61 GP
43-751
P-68
1
S
Superficie 14
71
14
1
2,64 GP
43-752
P-69
1
S
Superficie 18
71
10
1
2,64 GP
43-753
P-70
1
S
Superficie 13
77
9
1
2,63 GP
43-754
P-71
1
S
Superficie 15
76
8
1
2,62 GP
43-755
P-72
1
S
Superficie 35
54
10
1
2,64 GP
43-756
P-73
1
S
Superficie 29
60
10
1
2,63 GP
43-757
P-74
1
S
Superficie 17
73
9
1
2,62 GP
43-758
P-75
1
S
Superficie 29
59
11
1
2,64 GP
43-759
P-76
1
S
Superficie 13
70
16
1
2,64 GP
43-760
P-77
1
S
Superficie 12
75
11
2
2,64 GP
43-761
P-78
1
S
Superficie
7
81
10
2
2,62 GP
43-762
P-79
1
S
Superficie
9
76
14
1
2,64 GP
43-763
P-80
1
S
Superficie
7
66
27
0
2,63 GP
20
20
20
20
20
-
0
N Observaciones (n)
Valor Mínimo
Valor Máximo
Valor Promedio
(x-)
(x+)
(x)
7
51
8
0
2,61
-
40
81
27
2
2,66
-
20
67
12
1
2,63
-
Tabla Nº 7. Propiedades físicas del suelo Escombrera Conexión II.
�Tamices / Abertura en mm / % que Pasa
50,800
38,100
25,000
19,000
9,5200
4,7500
2,0000
0,8500
0,4250
0,2500
0,1500
0,0750
Piedra ( ≥ 152,4 mm )
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm)
Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm)
Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm)
72
62
54
46
39
32
26
22
19
13
8
5
3
3
1
1
28 26 14 10
9
59
12
1
43-746
P-63
1
S
Superficie 100 100 100
70
60
50
42
33
29
24
18
15
13
8
5
3
2
1
1
0
40 27
8
9
7
52
8
0
43-747
P-64
1
S
Superficie 100 100 100
75
65
56
45
35
32
29
22
17
14
9
6
4
3
2
1
1
35 30
6
12
8
56
9
1
43-748
P-65
1
S
Superficie 100 100 100
88
80
68
54
40
36
29
25
19
15
10
7
5
4
3
2
2
20 40 11 10
9
70
8
2
43-749
P-66
1
S
Superficie 100 100 100
92
85
74
61
50
42
34
27
18
14
11
9
8
6
4
2
1
15 35 16 16
7
74
10
1
43-750
P-67
1
S
Superficie 100 100 100 100
89
77
65
51
45
32
26
21
16
13
10
8
6
5
3
1
11 38 19 11
8
76
12
1
43-752
P-69
1
S
Superficie 100 100 100
91
82
75
62
57
46
31
23
19
13
11
8
6
5
4
2
1
18 25 26 12
8
71
10
1
43-753
P-70
1
S
Superficie 100 100 100 100
87
73
62
51
41
31
19
15
14
10
6
4
3
2
1
1
13 35 20 16
6
77
9
1
43-754
P-71
1
S
Superficie 100 100 100 100
85
73
50
43
37
30
25
17
13
9
7
6
4
3
2
1
15 42 13 13
8
76
8
1
43-755
P-72
1
S
Superficie 100 100 100
75
65
54
46
39
34
29
21
18
15
10
7
4
3
2
1
1
35 26
11
8
54
10
1
43-760
P-77
1
S
Superficie 100 100 100
94
88
76
65
52
42
35
27
22
16
13
8
6
5
4
3
2
12 36 17 13
9
75
11
2
43-761
P-78
1
S
Superficie 100 100 100 100
93
84
70
64
58
46
33
24
18
12
10
9
7
5
4
2
7
29 18 22 12
81
10
2
43-762
P-79
1
S
Superficie 100 100 100 100
91
85
73
67
52
47
36
25
21
15
11
8
6
5
3
1
9
24 20 22 10
76
14
1
43-763
P-80
1
S
Superficie 100 100 100 100
93
85
76
66
57
48
42
38
32
27
18
11
6
3
2
0
7
27 18 10 11
66
27
0
20
20
20
20
20
20
20
20 20 20 19 15
20
16
20
7
52
8
0
26 19 10 11
66
25
2
87
12
1
Profundidad (m)
o
N Observaciones (n)
Curva Mínima
20
(x-)
20
4"
3"
2"
1.5"
1"
3/4" 3/8"
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
100 100 100
4
10
20
40
60 140 200
9
70
60
50
42
33
29
24
18
15
12
8
5
3
2
1
0
0
40 27
93
85
76
67
58
48
42
38
32
27
18
11
7
5
4
2
7
80
70
59
50
43
35
27
22
18
13
9
6
4
3
2
1
20 30 15 13
Curva Máxima
(x+)
100 100 100 100
Curva Promedio
(x)
100 100 100
90
Tabla Nº 8. Composición granulométrica Escombrera Conexión II.
8
9
Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm )
76,200
82
5"
Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm )
101,60
Superficie 100 100 100
6"
Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm )
127,00
S
10"
Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm)
152,40
1
o
P-61
Punto de muestreo
Identificación)
43-744
Registro
254,00
990,60
Grava (≥ 4.75 y
<152,4 mm)
381,00
15"
Tipo
39"
Granulometría (%)
N
>
39"
> 990.6
Muestra
9
�Gráfico de Rango Granulométrico.
200
40
10
"
1
4
"
3
"
6
"
10
"
15
"
39
100
90
80
70
Curva Máxima
% que pasa
60
50
40
30
Curva Mínima
Curva Promedio
20
100,0
100
381,0
10,0
10
254,0
1,0
1
Diámetro ( mm )
152,4
0,425
76,2
0,1
0,1
38,1
0,0
0,010
25,0
0,005
19,0
0,002
4,75
0,0
0,001
2,0
0
0,075
10
1000,0
1000
Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%)
Curva
Máx.
Mín.
Prom.
Fino
(Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%)
2
0
1
Arena
( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%)
25
8
12
Gráfico Nº 3. Rango granulométrico Escombrera Conexión II.
Gravilla
11
7
9
P.19
10
9
13
Mcdan
9
8
15
Rjcillo
26
27
30
Piedra (≥152,4mm)(%)
7
40
20
�Satu
rada
PreconsII 2005
Seca
Tabla adaptada
de Duncan y
Jennings
sat
Por Kab
S
Dureza
n
FKP
e
Absorción
d
Dureza
Kab
f
Coef. Abland.
nat
kN/m3
Profundidad (m)
Tipo
o
N
Punto de muestreo
(Identificación)
Registro
Resistencia a
la
compresión
Peso Específico Natural
Muestra
%
38-659
P-41
1
RI
Superficie
2,67
2,14 2,06 23,72 23,24
0,13
11,2
43
24,3
14,0
11,1
0,79
3,98
1,40
No Ablandable
Muy Blanda
Blanda
38-660
P-42
1
RI
Superficie
2,64
1,40 1,35 24,75 24,42
0,06
5,7
59
25,0
53,2
36,4
0,69
1,71
5,32
Ablandable
Blanda
Media
38-662
P-44
1
RI
Superficie
2,65
1,55 1,63 24,53 24,14
0,08
7,1
56
24,8
20,0
18,5
0,92
2,17
2,01
No Ablandable
Blanda
Media
38-663
P-45
1
RI
Superficie
2,62
1,41 1,35 24,09 23,77
0,08
7,5
44
24,5
43,6
39,9
0,91
1,93
4,36
No Ablandable
Blanda
Media
38-664
P-46
1
RI
Superficie
2,65
2,12 2,16 23,33 22,84
0,14
12,1
41
24,0
25,6
13,4
0,52
1,82
2,56
Ablandable
Muy Blanda
Blanda
38-665
P-47
1
RI
Superficie
2,64
2,63 2,46 22,54 22,00
0,18
15,0
37
38-666
P-48
1
RI
Superficie
2,63
1,34 1,34 24,09 23,77 0,09
7,8
41
38-667
P-49
1
RI
Superficie
2,63
1,42 1,34 24,48 24,16
0,07
6,3
52
24,8
17,1
15,3
0,90
2,16
1,71
No Ablandable
Muy Blanda
Blanda
38-668
P-50
1
RI
Superficie
2,64
1,17 1,17 24,75 24,46
0,06
5,5
53
25,0
36,9
26,6
0,72
1,70
3,69
Ablandable
Blanda
Media
38-669
P-51
1
RI
Superficie
2,63
2,08 2,07 23,76 23,28
0,11
9,7
50
24,2
11,6
9,4
0,81
3,66
1,16
No Ablandable
Muy Blanda
Blanda
38-671
P-53
1
RI
Superficie
2,64
1,48 1,53 24,27 23,90
0,08
7,7
49
24,7
34,6
27,3
0,79
2,25
3,46
No Ablandable
Blanda
Media
38-672
P-54
1
RI
Superficie
2,63
2,12 2,12 23,25 22,77
0,13
11,7
42
23,9
21,7
17,4
0,80
3,78
2,17
No Ablandable
Blanda
Media
38-673
P-55
1
RI
Superficie
2,66
1,53 1,35 23,84 23,52
0,11
9,8
33
24,5
24,6
18,7
0,76
2,68
2,46
No Ablandable
Blanda
Media
38-674
P-56
1
RI
Superficie
2,62
1,44 1,73 23,92 23,51
0,09
8,5
49
24,3
13,7
10,9
0,80
2,60
1,37
No Ablandable
Muy Blanda
Blanda
38-675
P-57
1
RI
Superficie
2,65
1,47 1,41 24,76 24,42
0,06
6,1
58
25,0
28,9
16,1
0,56
1,92
2,89
Ablandable
Blanda
Media
38-676
P-58
1
RI
Superficie
2,63
1,32 1,23 23,75 23,46
0,10
9,0
33
24,3
29,4
24,4
0,83
2,13
2,936
No Ablandable
Blanda
Media
s
%
%
kN/m3
%
MPa
Conexión II
No Observaciones(n)
Curva Mínima
(x-)
20
20
20
20
20
23,5
24,5
21,7
35,1
18,2
20,0
0,84
0,57
3,59
1,91
2,17
3,51
No Ablandable
Ablandable
Blanda
Blanda
Media
Media
20
20
20
20
20
20
20
20
20
-
-
-
2,62
0,98 1,07 22,54 22,00
0,05
4,67
33
23,47
11,6
9,4
0,52
1,43
1,16
-
-
-
Valor Máximo
(x+)
2,67
2,63 2,46 25,04 24,77
0,18
15,0
59
25,23
53,2
39,9
0,93
3,98
5,32
-
-
-
Valor Promedio
(x)
2,64
1,66 1,64 24,05 23,67
0,10
8,62
47
24,51
27,1
20,5
0,77
2,38
2,71
-
-
-
Tabla Nº 9. Propiedades físico-mecánicas de las rocas Escombrera Conexión II.
�Anexo 4
Arena Pilón
55-977
55-978
Tamiz
55-979
55-980
55-981
% Pasado
Grava 9.52 mm Peridotita
55-987
Promedio
Aritmético
Rango
Según
NC:251
Cumplimiento
de Rango
según NC:251
Tamiz
55-988
55-989
55-990
55-991
% Pasado
Promedio
Aritmético
Rango
Según
NC:251
Cumplimiento
de Rango
según NC:251
9,52
4,76
100
98
100
98
100
98
100
99
100
98
100
98
100
90-100
Cumple
Cumple
12,7
9,52
100
57
100
56
100
56
100
56
100
56
100
56
100
85-100
Cumple
Incumple
2,38
88
60
60
60
80
64
70-100
Incumple
4,76
52
52
52
52
52
52
15-35
Incumple
1,19
12
23
24
34
58
35
45-80
Incumple
2,38
14
16
14
14
16
15
0-10
Incumple
1,19
0
0
0
0
0
0
0-5
Incumple
Promedio
Aritmético
Rango
Según
NC:251
Cumplimiento
de Rango
según NC:251
Cumple
0,59
6
8
7
7
28
11
25-60
Incumple
0,297
2
2
2
2
6
3
10-30
Incumple
0,149
0
1
0
0
1
1
2-10
Incumple
Módulo
Finura
3,94
4,08
4,09
3,98
3,24
3,87
2,20-3,58
Incumple
Arena Peridotita
55-982
55-983
Tamiz
55-984
55-985
55-986
% Pasado
Grava 19.1 mm Peridotita
Promedio
Aritmético
55-992
Rango
Según
NC:251
Cumplimiento
de Rango
según NC:251
Tamiz
55-993
55-994
55-995
55-996
% Pasado
9,52
100
100
100
100
100
100
100
Cumple
25,4
100
100
100
100
100
100
100
4,76
99
100
98
98
98
99
90-100
Cumple
19
85
85
94
99
89
90
90-100
Cumple
2,38
60
70
58
60
60
62
70-100
Incumple
12,7
62
60
60
66
58
61
20-55
Incumple
1,19
26
26
22
22
24
24
45-80
Incumple
9,52
18
8
7
3
11
10
0-15
Cumple
0,59
10
5
7
7
8
7
25-60
Incumple
4,76
0
0
0
0
0
0
0-5
Cumple
0,297
4
2
2
2
3
3
10-30
Incumple
0,149
1
0
0
0
0
1
2-10
Incumple
Módulo
Finura
4,00
3,97
4,13
4,11
4,07
4,06
2,20-3,58
Incumple
Tabla Nº 10. Propiedades físicas de los áridos. Granulometría de los áridos y grava peridotita.
�Anexo 5
Peso Especifico (Gs) y Absorción de agua
Registro
Árido
Fino
Hum. Superf
%
55-977
2,1
55-978
1,9
Arena del
Molino
55-979
2,3
Pilón
55-980
1,5
55-981
1,8
Promedio Aritmético
1,92
55-982
55-983
Arena
55-984
Peridotita
55-985
55-986
Promedio Aritmético
3,5
3,2
2,9
3,4
3,6
3,32
Gs
Corriente
3
(g/cm )
2,36
2,41
2,37
2,42
2,42
2,40
Gs
Saturado
3
(g/cm )
2,50
2,53
2,51
2,54
2,55
2,53
2,29
2,23
2,22
2,26
2,25
2,25
2,40
2,36
2,36
2,38
2,37
2,38
Peso volumétrico
Mat. más
Gs Aparente Absorción
fino
Cont. Part.
3
(g/cm )
(%)
T-200 (%) Arcilla (%)
2,75
5,93
2,58
1,4
2,74
4,98
2,73
1,7
2,76
6,06
2,83
1,5
2,75
4,96
2,69
1,7
2,77
5,15
2,70
1,1
2,75
5,41
2,71
1,5
2,57
2,57
2,57
2,57
2,57
2,57
4,68
5,91
6,12
5,45
5,65
5,56
0,49
0,36
0,23
0,25
0,75
0,42
1,9
1,9
1,0
1,3
1,8
1,6
Peso Volum.Suelto
3
(kg/m )
1403
1393
1396
1373
1399
1393
Peso Volum.
Comp.
3
(kg/m )
1548
1554
1542
1523
1552
1544
Por Ciento
Huecos
(%)
35
36
35
37
36
36
1409
1398
1399
1369
1366
1388
1550
1535
1548
1539
1513
1537
32
31
30
32
33
32
Tabla Nº 11. Propiedades físicas de los áridos. Arena del Molino Pilón y Arena de Peridotita.
�Anexo 6
Peso Especifico (Gs) y Absorción de agua
Peso volumétrico
Por
Peso Volum. Ciento
Compactado Huecos
3
(%)
(kg/m )
55-987
55-988
Grava
55-989
9.52 mm
55-990
55-991
Promedio
Aritmético
30
31
32
30
33
2,38
2,35
2,35
2,32
2,33
2,47
2,44
2,45
2,43
2,43
2,61
2,60
2,61
2,59
2,60
3,74*
4,08
4,11
4,42
4,46
Mat. más
fino
Tamiz200
(%)
1,74
1,41
1,86
1,78
1,41
31
2,35
2,44
2,60
4,27
1,64
0,20
1236
1350
42
53
22,95
55-992
55-993
Grava
55-994
19,1 mm
55-995
55-996
Promedio
Aritmético
43
34
31
32
32
2,28
2,26
2,36
2,35
2,36
2,40
2,35
2,44
2,44
2,44
2,58
2,48
2,58
2,58
2,58
5,16*
3,95
3,58
3,74
3,55
1,19
1,11
1,06
1,15
1,57
0,15
0,11
0,11
0,16
0,22
1298
1268
1272
1271
1300
1395
1414
1399
1402
1404
39
37
41
40
40
54
45
46
32
38
31,32
33,51
35,67
34,91
33,77
34
2,32
2,41
2,56
3,70
1,22
0,15
1282
1403
40
43
33,83
Registro
Árido
Grueso
Abrasión
Gs
Gs
Gs
Absorción
(%)
Corriente Saturado Aparente
(%)
3
3
3
(g/cm )
(g/cm )
(g/cm )
Cont.
Part.
Arcilla
(%)
Peso
Volum.
Suelto
3
(kg/m )
0,11
0,13
0,30
0,29
0,16
1237
1237
1234
1236
1238
1347
1346
1356
1346
1357
Tabla Nº11. Propiedades Físicas Árido Grueso. Grava 9.52 y 19,1 mm de Peridotita.
Part. Planas
y Alargadas
(%)
Índice de
Triturabilidad
(%)
43
43
42
42
42
53
48
62
51
52
22,16
22,68
21,66
25,69
22,59
�Anexo 7
Granulometría (%)
Registro
Grava Arena Limo Arcilla
Plasticidad (%)
L.
Líquido
L.
Plástico
I.
Plástico
Peso Espec.
Sólidos
Clasificación
55-997
0
17
69
14
18
15
3
2,75
ML
55-998
0
16
72
12
18
15
3
2,73
ML
55-999
2
16
70
12
19
15
4
2,72
ML
P. Aritmético
1
16
70
13
18
15
3
2,73
ML
Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón.
�Anexo 7
Granulometría (%)
Registro
Grava Arena Limo Arcilla
Plasticidad (%)
L.
Líquido
L.
Plástico
I.
Plástico
Peso Espec.
Sólidos
Clasificación
55-997
0
17
69
14
18
15
3
2,75
ML
55-998
0
16
72
12
18
15
3
2,73
ML
55-999
2
16
70
12
19
15
4
2,72
ML
P. Aritmético
1
16
70
13
18
15
3
2,73
ML
Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón.
�Anexo 8
HORMIGON CONVENCIONAL HIDRAULICO (HCH)
Dosificación
Agua
Total Efectiva
Cemento
Relación
Arena
P-350 Agua-Cemento Peridotita
Arena
Pión
Gravas 19,1
Densidad
mm
Peridotita
Asentamiento
(cm)
Grava 9,52
mm
(Kg)
Filler
(Kg)
Resistencia
Compresión
7 días
28 días
HCH-1
268
189
350
0,54
686
-
900
1958
10
-
-
22,3
21,8
HCH-2
280
205
400
0,51
644
-
842
2091
9
-
-
26,7
26,4
HCH-3
249
200
350
0,57
-
882
756
2188
11
-
-
23,2
23,2
HCH-4
253
189
400
0,47
-
882
756
2227
5
-
-
31,8
31,4
HORMIGON COMPACTADO CON RODILLO (HCR)
HCR-5
202
136
260
0,52
616
654
2290
0
616
654
11,1
17,0
HCR-6
207
144
260
0,55
616
654
2944
0
616
654
13,1
18,7
Tabla Nº 13. Resultados de las dosificaciones.
�Anexo 9
Hormigón Convencional Hidráulico (HCH)
Dosificación
7 días
Promedio
28 días
Promedio Mpa
HCH-1
17,0
17,5
17,7
17,4
21,2
22,0
22,3
21,8
HCH-2
20,5
20,9
21,2
20,9
26,1
26,5
26,7
26,4
HCH-3
18,1
18,2
18,4
18,2
22,6
22,9
23,2
22,9
HCH-4
24,1
24,3
24,6
24,3
31,1
31,4
31,8
31,4
Hormigón Compactado con Rodillo (HCR)
HCR-5
10,6
11,3
11,4
11,1
17,2
16,6
17,2
17,0
HCR-6
13,5
12,7
13,2
13,1
19,1
18,4
18,6
18,7
HCH-1: Composición- 350 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 19,1 mm de
rechazo del túnel.
HCH-2: Composición- 400 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava19,1 mm de
rechazo del túnel.
HCH-3: Composición- 350 Kg/m3 de cemento P-350, arena de Pilón y grava19,1 mm
de rechazo del túnel.
HCH-4: Composición- 400 Kg/m3 de cemento P-350, arena de Pilón y grava19,1 mm
de rechazo del túnel.
HCR-1: Composición- 260 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 9,52 mm y 19,1
mm de rechazo del túnel., filler Pilón.
HCR-2: Composición- 260 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 9,52 y 19,1 mm
de rechazo del túnel., filler zeolita.
Tabla Nº 14. Hormigón Convencional Hidráulico (HCH).
��Anexo 10
Tabla Nº 14. Dosificación de diferentes hormigones que se utiliza en los
trasvases.
a)
Hormigón premezclado 30 Mpa con Arena Pilón+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
450
18-22 cm
Arena Pilón
Kg/m3
980
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
705
B2R9
Lts/m3
4,5
Agua
Lts/m3
180
b)
Hormigón 25 Mpa Piso con Arena Pilón+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
360
18-22 cm
Arena Pilón
Kg/m3
844
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
951
B2R9
Lts/m3
1,69
Agua
Lts/m3
150
c)
Hormigón 15 Mpa Piso con Arena Pilón+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
280
12-16 cm
Arena Pilón
Kg/m3
821
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
911
B2R9
Lts/m3
1,5
Agua
Lts/m3
150
d)
Hormigón premezclado 30 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
450
18-22 cm
Arena Pilón
Kg/m3
960
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
705
B2R9
Lts/m3
4,5
Agua
Lts/m3
180
�e)
Hormigón premezclado 25 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
390
8-12 cm
Arena Pilón
Kg/m3
832
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
938
B2R9
Lts/m3
2
Agua
Lts/m3
155
f)
Hormigón premezclado 20 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
350
8-12 cm
Arena Pilón
Kg/m3
891
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
965
B2R9
Lts/m3
2
Agua
Lts/m3
150
j)
Hormigón premezclado 15 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
300
8-12 cm
Arena Pilón
Kg/m3
935
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
1013
B2R9
Lts/m3
1,8
Agua
Lts/m3
130
k)
Hormigón premezclado 10 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón
Material
U/M
Cantidad
Asentamiento
Cemento
Kg/m3
200
8-12 cm
Arena Pilón
Kg/m3
1209
Grava Pilón 3/4
Kg/m3
651
B2R9
Lts/m3
1,5
Agua
Lts/m3
160
�
Dublin Core
The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/.
Title
A name given to the resource
Tesis
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Title
A name given to the resource
Estudio técnico sobre los materiales serpentiníticos del túnel Mayarí-Levisa para su empleo como áridos en hormigones
Creator
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Reinier Leyva Avila
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis maestría
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2015
-
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7e4a3e66b4b0d86b49c3493b7f62586c
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TESIS
PROCEDIMIENTO PARA LA
OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA DE
LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS
Reineris montero laurencio
�Página legal
Título de la obra: Procedimiento para la optimización energética de la operación de
los sistemas de climatización centralizados todo-agua en Hoteles, 100 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2014 -- ISBN:
1. Autor: Reineris Montero Laurencio
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2014
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
CENTRO DE ESTUDIO DE ENERGÍA Y TECNOLOGÍA AVANZADA DE MOA
PROCEDIMIENTO PARA LA OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA DE
LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN
CENTRALIZADOS TODO-AGUA EN HOTELES
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
REINERIS MONTERO LAURENCIO
Moa, 2013
�INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
Centro de Estudio de Energía y Tecnología Avanzada de Moa
PROCEDIMIENTO PARA LA OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA DE
LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN
CENTRALIZADOS TODO-AGUA EN HOTELES
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
Autor: Asistente, Ing. REINERIS MONTERO LAURENCIO, Ms.C
Tutores: Prof. Aux., Lic. Arístides Alejandro Legrá Lobaina, Dr.C
Prof. Tit., Ing. Jesús Rafael Hechavarría Hernández, Dr.C
Prof. Tit., Ing. Aníbal Enrique Borroto Nordelo, Dr.C
Moa, 2013
�SÍNTESIS
Se establece un procedimiento que integra, un modelo energético de la operación de los sistemas
de climatización centralizados todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable
en hoteles, con una Estrategia de Ocupación bajo Criterios Energéticos y de fundamento
combinatorio-evolutivo. Para la clasificación de la información, la formulación de las tareas y la
síntesis de las soluciones, se emplea la metodología de Análisis y Síntesis de Sistemas de
Ingeniería.
El modelo energético considera la variabilidad de la climatología local y la ocupación de las
habitaciones seleccionadas, e incluye: el modelo térmico de la edificación obtenido mediante
redes neuronales artificiales, el modelo hidráulico y el modelo del trabajo de compresión. Estos
elementos permiten la búsqueda de la variable de decisión ocupación, realizando cálculos
intermedios de la velocidad de rotación en la bomba y la temperatura de salida del agua del
enfriador, minimizando los requerimientos de potencia eléctrica en la climatización centralizada.
Para evaluar los estados del sistema se utiliza una optimización combinatoria que emplea los
métodos: exhaustivo simple, exhaustivo escalonada o algoritmo genético según la cantidad de
variantes de ocupación. Se implementa el procedimiento en un edificio del hotel Blau Costa
Verde, automatizándose las tareas mediante una aplicación informática.
�TABLA DE CONTENIDOS
INTRODUCCIÓN
1
Pag.
1
ANTECEDENTES Y ESTADO ACTUAL DE LA MODELACIÓN
ENERGÉTICA EN LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE
CLIMATIZACIÓN CENTRALIZADOS TODO-AGUA
1.1 Eficiencia energética y turismo en Cuba
1.1.1 Eficiencia energética de los sistemas de climatización de hoteles
1.2 Sistemas de climatización centralizados todo-agua en hoteles
10
10
12
12
1.2.1 Generalidades de los sistemas de climatización centralizados todo-agua
13
1.2.2 Estructura de los circuitos secundarios de agua fría
14
1.2.3 Consideraciones energéticas sobre los circuitos secundarios de agua fría
15
1.3 Aspectos térmicos fundamentales de la climatización centralizada
16
1.3.1 Fundamentos teóricos generales para la modelación térmica de edificios
17
1.3.2 Cargas térmicas
18
1.3.3 Simulación térmica de edificios
20
1.3.4 Equipo de enfriamiento
21
1.3.5 Unidades terminales
22
1.4 Aspectos hidráulicos fundamentales de la climatización centralizada
22
1.4.1 Fundamentos teóricos generales para la modelación hidráulica
22
1.4.2 Equilibrado hidráulico de las redes para climatización a flujo variable
23
1.4.3 Métodos de cálculo de las redes malladas
24
1.4.4 Bombas centrífugas a caudal variable
24
1.5 Procedimiento de operación de los circuitos secundarios de agua fría a flujo variable
25
1.5.1 Estrategias de operación
25
1.5.2 Relación entre la topología de la red hidráulica y la bomba centrífuga
26
�1.5.3 Relación entre la estrategia ocupacional y la operación
1.6 Modelación y simulación de los sistemas de climatización centralizados
1.6.1 Modelación y simulación térmica de los sistemas de climatización centralizados
27
30
32
1.6.2 Modelación y simulación hidráulica de los sistemas de climatización centralizados 34
CONCLUSIONES del capítulo
2
38
PROCEDIMIENTO PARA LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS
DE CLIMATIZACIÓN CENTRALIZADOS TODO-AGUA CON
CIRCUITOS SECUNDARIOS DE AGUA FRÍA A FLUJO VARIABLE
39
2.1 Análisis externo de la operación de los sistemas de climatización centralizados
todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable
39
2.1.1 Descripción del Sistema de Mayor Envergadura
40
2.1.2 Variables de coordinación
41
2.1.3 Indicador de eficiencia
41
2.1.4 Variable de decisión
42
2.1.5 Variables intermedias
43
2.1.6 Datos de entrada al sistema
43
2.2 Análisis interno de la operación de los sistemas de climatización centralizados
todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable
44
2.2.1 Formulación del sistema de ingeniería del objeto de estudio
45
2.2.1.1 Función objetivo e indicador de eficiencia
2.2.2 Modelación matemática de la carga térmica de enfriamiento
45
47
2.2.3 Modelación matemática de la red hidráulica para el cálculo de la potencia
de bombeo
50
2.2.4 Modelación matemática para el cálculo de la potencia eléctrica del trabajo de
compresión en la unidad enfriadora
54
�2.2.5 Algoritmo resumen para el cálculo de la función objetivo
2.3 Algoritmos para la organización de los procedimientos de cálculo
61
62
2.3.1 Algoritmo del procedimiento para la optimización energética de la operación de
los sistemas de climatización centralizados todo-agua a flujo variable
63
2.3.2 Algoritmo para la generación del código binario de una variante de ocupación de
habitaciones de un hotel si se conoce su número de orden
65
2.3.3 Optimización por el método exhaustivo simple
66
2.3.4 Optimización por el método exhaustivo escalonado
67
2.3.5 Optimización mediante computación evolutiva
68
CONCLUSIONES del capítulo:
70
3 IMPLEMENTACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN
ENERGÉTICA PROPUESTO EN UN CASO DE ESTUDIO
71
3.1 Presentación del circuito secundario de agua fría del caso de estudio
71
3.2 Implementación de los algoritmos del procedimiento
73
3.2.1 Descripción de la aplicación informática
74
3.3 Validación de los principales algoritmos del procedimiento
77
3.3.1 Modelo para obtener el código binario de la ocupación
77
3.3.2 Modelación de la carga térmica de enfriamiento
78
3.3.2.1 Modelación térmica del edificio mediante simulador
78
3.3.2.2 Modelación térmica del edificio mediante redes neuronales artificiales
81
3.3.3 Modelación de la red hidráulica
82
3.3.4 Modelación del trabajo de compresión
86
3.4 Validación de la optimización energética
87
3.4.1 Integración de las variables de decisión a la función objetivo
87
3.4.2 Resultados de la optimización exhaustiva simple
89
�3.4.3 Resultados de la optimización exhaustiva escalonada
91
3.4.4 Resultados de la optimización mediante algoritmo genético
92
3.4.5 Análisis de los resultados de las variantes de operación del sistema
93
3.5 Patrón de ocupación energético de habitaciones: variante para garantizar una EOCE
93
3.6 Valoración técnico-económica y medioambiental del uso de una Estrategia de
Ocupación bajo Critterios Energéticos para el hotel caso de estudio
95
CONCLUSIONES del capítulo:
98
CONCLUSIONES GENERALES
99
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
100
�INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Muchos indicadores del desarrollo de un país están definidos por el acceso a la energía. La
creciente infraestructura económica de los sectores productivos y de servicio se sustenta
fundamentalmente en la satisfacción de la demanda energética para cada caso en particular.
Asociado al modelo energético global se encuentran los problemas ambientales. Debido a que las
necesidades energéticas del mundo se duplicarán en el año 2050, la eficiencia energética es la
alternativa que representa el mayor potencial de reducción de las emisiones de gases efecto
invernadero a corto y mediano plazo [1].
La industria turística, que concentra el 11,8 % de las inversiones y el 10,9 % de la fuerza de
trabajo mundial, se proyecta como el sector de mayor crecimiento en la segunda década del
siglo XXI, con un promedio de crecimiento actual superior al 3,8 % [2, 3]. El turismo
internacional no ha sido seriamente afectado por las últimas coyunturas económicas [3], no
obstante, la problemática energética sigue incidiendo en la explotación hotelera.
En consecuencia, los Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución
en Cuba [4], enfatizan la necesidad de aumentar la competitividad del turismo, estrechamente
ligada a la política energética. En ellos se ha declarado que un objetivo fundamental de la
actividad turística es maximizar el ingreso medio por turista. Además se indica: trabajar en el
acomodo de la carga eléctrica, alcanzar el potencial de ahorro identificado, concebir nuevas
inversiones con soluciones para el uso eficiente de la energía, así como el perfeccionamiento del
trabajo de planificación y control. Asimismo, debe priorizarse el mantenimiento y la renovación
de la infraestructura e implementar medidas para disminuir el índice de consumo de agua y de
portadores energéticos.
Los hoteles representan aproximadamente el 8 % de las 1000 empresas más consumidoras de
energía en Cuba, según datos del Grupo Nacional de Eficiencia Energética [5], por lo que en
estas instalaciones se debe mejorar la racionalidad en el empleo de los energéticos, garantizando
1
�INTRODUCCIÓN
el servicio que desea el cliente. A partir de diagnósticos energéticos realizados en hoteles del
polo turístico de Holguín [6-14], el tercero de importancia del país, se determinó que los
principales portadores energéticos empleados son: Electricidad (80 - 95 %), Gas Licuado del
Petróleo (5 - 9 %), Diesel (3 - 7 %) y Gasolina (2 - 5 %). Como consecuencia las acciones para
un uso más eficiente de los energéticos deben estar dirigidas fundamentalmente a la electricidad.
Existen cuatro áreas fundamentales en las que se concentran las tecnologías en los hoteles: la
climatización, la domótica, los servicios de alimentos y bebidas, y los servicios telemáticos.
Todas ellas en su conjunto deciden la funcionalidad de la explotación hotelera. En especial, la
climatización juega un papel decisivo en el comportamiento energético, causando
aproximadamente el 60 % de los gastos de energía eléctrica [15-19].
En la explotación hotelera los costos energéticos constituyen la partida más elevada tras los
gastos de personal y de alimentación [20]. El turismo en Cuba, por su crecimiento dinámico, está
obligado al uso de tecnologías que mejoren su eficiencia energética, especialmente en el área de
la climatización. Para la climatización de hoteles se utilizan fundamentalmente dos alternativas:
los acondicionadores de aire de ventana y la climatización centralizada. Los sistemas
centralizados se dividen en: todo - aire, aire - agua y todo-agua. El sistema todo-agua es uno de
los más utilizados en Cuba, conocido como sistema de agua helada [19].
Estas tecnologías son objeto de continuas mejoras en su diseño y explotación, basadas en lo
fundamental en el empleo de: los variadores de velocidad (VV), la acumulación térmica,
válvulas inteligentes para la regulación óptima, pizarras de control avanzado, motores de alta
eficiencia, bombas eficientes, tuberías con mejores propiedades para el transporte, métodos de
equilibrio hidráulico, estrategias de ocupación de los hoteles, entre otras. En la actualidad cubana
estas variantes no se explotan en todas sus potencialidades, en particular lo referido a la
estrategia de ocupación de las habitaciones en función de reducir el consumo energético, sin
afectar la calidad del servicio.
La problemática de la ocupación de un hotel puede describirse así: El hotel tiene T habitaciones
2
�INTRODUCCIÓN
de las cuales D están disponibles para ser ocupadas (o sea, tienen disponibles todos sus
servicios y están sin ocupar). Si se solicitan por los clientes las habitaciones a ocupar
(HAO), las cuales deben ser menor o igual que D, entonces se tiene que decidir cuales
habitaciones son asignadas.
Una estrategia de ocupación del hotel debe describir cuáles son los principios, reglas y
procedimientos para la toma de decisiones durante la asignación de habitaciones a partir del
cumplimiento de ciertos objetivos relacionados con el confort de los clientes y con la
disminución de los costos, en especial los relacionados con la energía.
La ocupación de las habitaciones puede ser entendida como un problema de optimización
matemática. En este caso, a partir de una solicitud de habitaciones, se escoge una “ocupación”
que sujeta a las restricciones definidas por la ocupación actual del hotel, minimice una función
objetivo, relacionada con el consumo energético. La ventaja de esta vía está dada en que solo se
necesita caracterizar un modelo energético del hotel y no se precisan grandes inversiones
materiales para su implementación. Este caso queda definido como una Estrategia de Ocupación
bajo Criterios Energéticos (EOCE).
En muchos hoteles cubanos el acondicionamiento del aire se realiza mediante los sistemas de
climatización centralizados todo-agua (SCCAH) que a pesar de ser técnicamente eficientes [21,
22], aún constituyen uno de los grandes consumidores de energía. Por tal motivo, en la presente
investigación se asumirá el modelo energético del SCCAH como modelo energético del hotel y
función objetivo para determinar la ocupación que minimiza los requerimientos de potencia
eléctrica.
El transporte del agua mediante los circuitos de bombeo en los SCCAH consume
aproximadamente el 10 % de la energía eléctrica total de un hotel y las bombas operan los 365
días del año, las 24 horas del día. Un subsistema esencial dentro de los SCCAH lo constituyen
los circuitos secundarios de agua fría (CSAF), encargados de enviar el fluido a través de una red
hidráulica mallada hasta las unidades terminales.
3
�INTRODUCCIÓN
Aproximadamente el 90 % de los SCCAH presentes en los hoteles cubanos se han diseñado a
flujo constante. El cambio para obtener un flujo variable adaptado a la demanda térmica real,
representa una inversión con tiempo de recuperación de aproximadamente dos años, con la
posibilidad de disminuir el consumo de energía eléctrica hasta un 50 % [23]. Pueden, además,
obtenerse ahorros relacionados con un menor tiempo de trabajo de las enfriadoras.
En los SCCAH con CSAF a flujo variable, mediante el empleo de los VV se ahorra energía ya
que no es necesario mantener la presión de envío todo el tiempo en su valor máximo. Para
optimizar esta magnitud debieran tenerse en cuenta las cambiantes condiciones climatológicas en
las que se explota el edificio, pero esto no siempre se hace [19, 24, 25]. También, en ocasiones la
instalación hidráulica montada puede diferir de la prevista: las rugosidades de las tuberías son
distintas a las que definen las tablas y las bombas pueden estar sobredimensionadas [26].
A pesar que están normadas las características sobre las cuales se deben diseñar y operar estos
sistemas [27, 28], generalmente los proyectos de climatización no responden a enfoques
energéticos integrales. Durante el diseño y explotación no siempre se tienen en cuenta la
variabilidad de las condiciones futuras de operación, la creatividad de los proyectistas depende
de múltiples factores y el acceso a las tecnologías eficientes depende en la mayoría de los casos
de factores objetivos.
Los procedimientos de operación de los CSAF a flujo variable constituyen por sí mismos
sistemas de criterios para la toma de decisiones dirigidas a cumplimentar un objetivo: disminuir
el consumo energético manteniendo el confort a través de la selección adecuada de la presión de
trabajo del sistema. Estos criterios se basan en el comportamiento de los componentes del
circuito, vistos a través de sus variables y modelos matemáticos (térmicos e hidráulicos).
Estos procedimientos de operación, usualmente son definidos en la etapa de diseño y se informan
a los clientes del equipamiento, estableciéndose una vez concluidas las inversiones. La
generalidad consiste en proponer parámetros para las condiciones máximas de explotación
[27]. Siendo el clima uno de los aspectos importantes que se debe tener en cuenta para el análisis
4
�INTRODUCCIÓN
de cualquier sistema de climatización, no siempre se integra de manera adecuada la climatología
local a las concepciones operacionales. En la práctica esto significa que los sistemas de
operación de los SCCAH no integran la variabilidad de la climatología local con el modelo
termo-hidráulico (energético) y esto no asegura una EOCE del hotel.
Si se asume que el procedimiento de ocupación de un hotel consiste en encontrar el valor
mínimo de la potencia eléctrica que requiere el SCCAH cuando se evalúan las posibles
ocupaciones, entonces para lograr encontrar las mejores variantes de ocupación es necesario
disponer de un modelo matemático que permita determinar la potencia eléctrica del sistema
termo-hidráulico considerando las características de la instalación, la manera de ocupar las
habitaciones y las características de la climatología local para el día en cuestión.
A partir de los criterios planteados anteriormente se declara como problema científico la
inexistencia de un procedimiento, que bajo un enfoque sistémico y considerando la ocupación
del hotel como variable de decisión, optimice energéticamente la operación de los sistemas de
climatización centralizados todo-agua a flujo variable en hoteles.
Se considera como objeto de estudio de la presente investigación los sistemas de climatización
centralizados todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable en hoteles, y como
campo de acción la eficiencia energética en la operación del objeto de estudio.
El objetivo general consiste en establecer un procedimiento para la optimización energética de
la operación de los sistemas de climatización centralizados todo-agua con circuitos secundarios
de agua fría a flujo variable en hoteles.
Como hipótesis se asume la siguiente:
Sea una función objetivo que expresa el requerimiento de potencia eléctrica de los sistemas de
climatización centralizados todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable en
hoteles, donde en la misma se relacionan sistémicamente la variabilidad del comportamiento de:
•
La climatología local.
•
Las características constructivas de la edificación.
5
�INTRODUCCIÓN
•
Las redes hidráulicas.
•
La velocidad de rotación de la bomba.
•
El ciclo de refrigeración por compresión mecánica del vapor.
•
La temperatura de salida del agua de la enfriadora.
•
La ocupación de las habitaciones.
Entonces, un procedimiento que para la búsqueda de mejores ocupaciones en hoteles aplique
una estrategia combinatoria-evolutiva a dicha función objetivo, permitirá minimizar el consumo
de energía eléctrica de estos sistemas.
La novedad científica consiste en el procedimiento concebido mediante un enfoque sistémico
para optimizar la operación de los sistemas de climatización centralizados todo-agua con
circuitos secundarios de agua fría a flujo variable en hoteles.
El aporte teórico es el modelo energético constituido en función objetivo para minimizar el
consumo de energía eléctrica en la operación de los sistemas de climatización centralizados todoagua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable en hoteles.
Los aportes prácticos se centran en los siguientes aspectos:
a. La aplicación informática, que entrena y valida las redes neuronales artificiales (RNA) que
modelan la carga térmica de enfriamiento de cada local de una edificación, para cualquier día
del año y cualquier temperatura.
b. La modelación y simulación de los circuitos secundarios de agua fría a flujo variable, que
bajo determinadas restricciones, identifica los parámetros de operación más racionales desde
el punto de vista energético, a partir de las diferentes topologías de la red hidráulica.
c. El procedimiento que permite el cálculo de la potencia eléctrica requerida para el trabajo de
compresión en la unidad enfriadora de un sistema de climatización centralizado todo-agua
con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable.
d. El algoritmo para generar variantes de ocupación a partir de un código variable de solución
restringido con respecto a la relación entre los locales disponibles y a ocupar.
6
�INTRODUCCIÓN
e. El procedimiento de optimización basado en la combinación de los métodos: exhaustivo
simple, exhaustivo escalonado y algoritmo genético.
Para alcanzar el objetivo general se plantean a continuación los siguientes objetivos específicos:
I.
Realizar el estudio sistémico de la operación los sistemas de climatización centralizados
todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable que permita definir la
composición e interrelación de las variables involucradas.
II.
Identificar los modelos matemáticos para predecir la carga térmica de enfriamiento en
cada local de una edificación, a partir de la simulación térmica para un año característico.
III.
Establecer la modelación hidráulica del circuito secundario de agua fría a flujo variable
que permita calcular la potencia eléctrica requerida, considerando las variables y
dispositivos involucrados, así como las diferentes restricciones operacionales.
IV.
Realizar el cálculo de potencia eléctrica requerida para el trabajo de compresión del ciclo
de refrigeración de una etapa en un sistema de climatización centralizado todo-agua
considerando los efectos termo-hidráulicos de la operación del circuito secundario de
agua fría a flujo variable y las características del refrigerante utilizado.
V.
Integrar los modelos anteriores en un procedimiento para la optimización energética del
objeto de estudio bajo un enfoque sistémico.
VI.
Aplicar los resultados alcanzados en un caso de estudio.
Se definen como tareas las siguientes:
IA. Sistematización y búsqueda de inconsistencias en el conocimiento actual sobre el tema,
presentando un conjunto de conocimientos relacionados con: la modelación energética y la
operación de los SCCAH, la modelación y simulación térmica e hidráulica en edificios y los
factores que determinan la eficiencia energética de los SCCAH.
IB. Caracterización de las estructuras físicas y las regularidades de los componentes
relacionados con los sistemas de climatización centralizados todo-agua con circuitos
secundarios de agua fría a flujo variable en hoteles, analizando el procedimiento actual
7
�INTRODUCCIÓN
para su operación, en aras de establecer la modelación conceptual y la modelación
matemática del sistema.
IIA. Sistematización de las características climatológicas de la localidad y constructivas del
edificio que contribuyan a la adecuada simulación térmica.
IIB. Desarrollo de una aplicación que permita el entrenamiento y la validación de las RNA para
la modelación de la carga térmica de enfriamiento.
IIIA. Desarrollo de un procedimiento y la aplicación informática que mejor se adapte a la
modelación hidráulica de los circuitos secundarios de agua fría a flujo variable.
IVA. Desarrollo de un procedimiento y la aplicación informática para el cálculo de la potencia
eléctrica requerida para el trabajo de compresión en la unidad enfriadora del SCCAH.
VA. Estudio de los métodos y algoritmos asociados al proceso de optimización, seleccionando
los más adecuados para la generación de variantes de solución.
VB. Implementación de los procedimientos, métodos y algoritmos requeridos para la reducción
del consumo de energía eléctrica en los SCCAH con CSAF a flujo variable en hoteles.
VIA. Aplicación a un caso de estudio del procedimiento general establecido.
Los métodos de investigación empleados se relacionan a continuación:
ـ
Método de compilación de conocimientos [29]: mediante entrevistas, encuestas, intercambios
de conocimientos y revisión de bibliografía, para la sistematización del conjunto de
conocimientos y teorías relacionadas con el objeto de estudio.
ـ
Método de investigación empírico: para contribuir a la descripción y caracterización del
objeto de estudio y las principales regularidades de su fenomenología.
ـ
Método de análisis y síntesis: se empleó para determinar los factores claves que influyen en
el fenómeno, interrelacionar los efectos presentes que constituyen explicaciones al problema,
analizar los nexos internos y las dependencias recíprocas.
ـ
Método de integración de variables en Sistemas de Ingeniería: para generar variantes de
ocupación en un hotel, a partir de un código variable de solución restringido a la relación
entre las habitaciones disponibles y a ocupar.
8
�INTRODUCCIÓN
ـ
Métodos matemáticos: para facilitar la evaluación computacional de los estados del sistema y
la optimización.
Los resultados se presentan en una introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones y
anexos. En el primer capítulo aparecen los antecedentes y estado actual de la modelación
energética de la operación de los sistemas de climatización centralizados todo-agua en hoteles a
través de un marco teórico - metodológico. Este capítulo aborda las generalidades de la situación
energética del turismo; la caracterización de los SCCAH, sus regularidades energéticas, con
énfasis los CSAF que lo conforman; y las insuficiencias en el procedimiento de operación de
estos sistemas de climatización a flujo variable. Se muestran aspectos teóricos básicos de los
componentes térmicos, hidráulicos y de potencia, reflejando la complejidad operacional.
En el capítulo dos se desarrolla la formulación matemática de la tarea de operación de los
SCCAH con CSAF a flujo variable, mediante un procedimiento que concluye con una nueva
modelación energética, como base para una adecuada estrategia energética ocupacional.
Contiene además las concepciones de los algoritmos para resolver la modelación y la
optimización del sistema. En el tercer capítulo se muestran los resultados de la optimización de
la operación del sistema mediante la implementación del procedimiento en un caso de estudio.
Se destaca la aplicación informática que favorece la obtención de las soluciones.
Como parte de la investigación, el autor desarrolló un conjunto de trabajos relacionados con:
publicaciones en revistas (8), publicaciones en eventos científicos (22), trabajos de diploma (19),
tesis de maestría (5), registro no informático (1), premios anuales provinciales de Innovación
Tecnológica (2) y proyectos de investigación (5). Estos trabajos se relacionan en el Anexo 1.
9
�CAPÍTULO 1
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES Y ESTADO ACTUAL DE LA MODELACIÓN
ENERGÉTICA EN LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIACIÓN
CENTRALIZADOS TODO-AGUA
En el capítulo se abordan las generalidades de la situación energética global y se particulariza en
el ámbito nacional y en el turismo. Se caracterizan los SCCAH, sus regularidades energéticas y
principalmente los CSAF que lo conforman. Aparece la fundamentación teórica básica de los
componentes térmicos, hidráulicos y de potencia, reflejando la complejidad del sistema. El
objetivo del capítulo es presentar un sistema de conocimientos actualizado sobre la modelación
energética de la operación de los sistemas de climatización centralizado todo-agua a flujo
variable, donde se argumente la insuficiente integración de la variabilidad de la climatología
local y la ocupación al modelo energético termo-hidráulico del sistema, lo cual afecta
negativamente su operación energéticamente eficiente.
1.1 Eficiencia energética y turismo en Cuba
Independientemente de la modalidad turística, se necesitan políticas energéticas muy ligadas al
desempeño empresarial, es por eso que para lograr un desarrollo energético sostenible se señalan
tres direcciones fundamentales: la elevación de la eficiencia energética, la sustitución de fuentes
de energía y el empleo de tecnologías para atenuar los impactos ambientales [30].
A pesar de la crisis energética y económica global se continúa apostando por el desarrollo del
turismo como uno de los principales renglones de la economía cubana, declarándose un conjunto
de estrategias para incrementar la actividad [31]. Estos cambios incrementan el consumo
energético, por lo que se necesita una sinergia entre los diseños, las tecnologías, la satisfacción
del cliente, y la disminución de los costos de operación.
La gestión tecnológica dedicada al aumento de la efectividad del uso de la energía en el sector
turístico reviste gran importancia [8, 32]. Todas las acciones para incrementar la actividad
turística implicarán un nivel de compromiso entre la creación o rehabilitación de infraestructuras
y el ahorro energético que debe prevalecer según la resolución 117/2004. Dentro de las
10
�CAPÍTULO 1
estrategias de la eficiencia energética que guardan estrecha relación con el desempeño energético
del turismo se encuentran: la automatización, el cambio de motores ineficientes, certificación de
manera obligatoria de la eficiencia energética en los nuevos proyectos a través de la norma
cubana NC 220, mejoras del aislamiento térmico, y el uso eficiente de la climatización [33].
Para que un hotel funcione eficientemente desde el punto de vista energético, debe utilizar entre
un 5 y un 7 % de sus ingresos totales para cubrir los gastos energéticos [34, 35]. El indicador
utilizado como regla general para evaluar el desempeño energético en los hoteles es el índice de
consumo de energía eléctrica por habitación día ocupada (kW·h/HDO), el cual no es un
indicador efectivo y debe ser perfeccionado, como lo han señalado diversos autores [6, 11, 36,
37].
En los hoteles cubanos existe un control energético diario, en el cual incide significativamente el
personal de servicios técnicos (SS.TT). A pesar de los esfuerzos en el control de los portadores
energéticos en las distintas cadenas hoteleras, los costos energéticos sobrepasan en ocasiones el
10 % de los costos totales [36, 38, 39]. Una de las causas del elevado costo energético, es que no
siempre se tienen en cuenta el empleo de tecnologías eficientes. A la falta de tecnologías
eficientes se le suma un conjunto de irregularidades que se presentan durante la ejecución de las
obras, manifestándose luego en la operación del hotel.
Otro elemento que aporta sustancialmente a la eficiencia energética es la automatización de los
procesos. Generalmente se automatizan los hoteles de 4 y 5 estrellas que tienen mayor
complejidad operacional. Dentro de los tres niveles en los que se puede clasificar la
automatización, el estado medio de los hoteles cubanos es el primer nivel (básico).
A pesar que los indicadores económicos del turismo, utilidades y aportes a la economía nacional
reflejan crecimiento sostenido en los últimos años, se considera que aún existen posibilidades de
incrementarlos. Para ello se señala la necesidad de trabajar en las dificultades detectadas, dentro
de las que se destaca, la eficiencia en los sistemas de aire acondicionado [40]. Los sistemas de
climatización, que consumen la mayor parte de la energía eléctrica de los hoteles cubanos [18,
11
�CAPÍTULO 1
19, 37, 41, 42], también son objeto de perfeccionamiento tecnológico. La eficiencia energética
durante su explotación está fuertemente relacionada con las características de las edificaciones,
la climatología local y la estrategia de ocupación de las habitaciones del hotel.
1.1.1 Eficiencia energética de los sistemas de climatización de hoteles
Los SCCAH constituyen un conjunto de equipamientos y aditamentos termo-hidráulicos y de
potencia que permiten en grandes edificaciones el acondicionamiento del aire. Existen dos
posibilidades de climatización de hoteles independientemente de su estilo constructivo, la
climatización distribuida [43] y la climatización centralizada. La climatización distribuida se
puede realizar mediante equipos de ventana, mediante splits o unidades manejadoras autónomas
que pueden satisfacer los requisitos de confort por zonas. En el caso de la climatización
centralizada se presta servicio a una mayor cantidad de recintos.
La climatización centralizada más difundida en las regiones tropicales como Cuba resulta las del
tipo todo-agua, la cual tiene la oportunidad de recuperar el calor de la etapa de condensación del
ciclo de refrigeración y posee bajos índices de consumo en cuanto a los kW/t de refrigeración.
Un nuevo indicador que puede favorecer la toma de decisiones en la operación de un hotel que
cuente con SCCAH a flujo variable, sería el requerimiento conjunto de energía eléctrica por
bombeo y por trabajo de compresión, venciendo de forma adecuada las características
específicas que imponga la carga térmica para una ocupación determinada. Por tal motivo, una
EOCE favorecería la toma de decisiones en la explotación hotelera, incidiendo en los costos de
operación sin afectar los parámetros de calidad del servicio.
La ocupación puede estar relacionada también con otros criterios (el tipo de cliente, los ingresos
que reportan, las exigencias de las habitaciones que se solicitan, el servicio que prestan las
camareras y otros parámetros de explotación) de carácter formalizables o no, los cuales pueden
ser nuevas restricciones en el proceso de toma de la decisión ocupacional.
1.2 Sistemas de climatización centralizados todo-agua en hoteles
Con el transcurso de los años se ha optado por utilizar los SCCAH en muchas edificaciones y en
12
�CAPÍTULO 1
particular en las hoteleras. Esta elección se basa en su mayor eficiencia energética, menor costo
de mantenimiento y de mano de obra [19, 44]. En los últimos 15 años, en la etapa inversionista
ha prevalecido el criterio de utilizar los SCCAH, independientemente del estilo constructivo de
las edificaciones. Esto se debe a que su eficiencia ha alcanzado valores de 0,5 kW/t [22, 45], y a
las posibilidades de recuperación de calor para el sistema de Agua Caliente Sanitaria (ACS).
1.2.1 Generalidades de los sistemas de climatización centralizados todo-agua
El empleo de los SCCAH posee una infraestructura hidráulica con requerimientos térmicos de
aislamiento que garantizan el transporte eficiente del agua fría. El desempeño de las bombas
centrífugas, las unidades terminales y el uso de las zonas a climatizar, convierten a esta
tecnología en un sistema operacionalmente complejo. La configuración más utilizada es
mediante enfriadoras trabajando en paralelo. Los condensadores de estos sistemas pueden ser
enfriados por aire o por agua. En el caso del intercambiador gas-agua permite la recuperación de
calor, el cual es incorporado al circuito primario de agua caliente (CPAC), como fuente de calor
para el ACS. En la Figura 1 de Anexo 2 se aprecia una imagen de un SCCAH típico.
Otras generalidades consisten en el uso de compresores reciprocantes y de tornillo; configuración
simétrica de las unidades y compresores; capacidades instaladas que oscilan desde las 60 hasta
1000 toneladas de refrigeración; empleo del refrigerante R22; unidades terminales; bombas a
flujo constante y válvulas de tres vías [19, 41].
La unidad enfriadora absorbe el calor del edificio por medio del evaporador, donde se enfría el
agua que luego es distribuida por medio de redes hidráulicas a las zonas con temperaturas de
envío y retorno generalmente de 7 °C y 12 °C, respectivamente [44, 46, 47]. Como refrigerante
primario se utiliza fundamentalmente el R22 y como secundario el agua [47-49].
El agua proveniente del intercambio térmico en las zonas, se envía hacia los evaporadores a
través del circuito primario de agua fría (CPAF), y hacia las unidades terminales con los CSAF.
Por lo general, siempre se le da mayor importancia a los CSAF, pero en varios diseños
estructurales el mismo circuito que impulsa el agua hacia las edificaciones, tiene la función de
13
�CAPÍTULO 1
retornarla al evaporador. En el Anexo 2 aparecen las conexiones de los lazos de producción de
frío y de distribución más utilizados en los SCCAH a flujo variable.
En los últimos 10 años se ha consolidado el uso mundial de variadores de velocidad (VV) en los
SCCAH. En Cuba aún no se utiliza esta estrategia de operación en las bombas del CPAF. En el
caso de los CSAF los VV están presentes en aproximadamente el 10 % de los casos.
Aunque en los hoteles las cargas térmicas siempre tienen un carácter parcial, aún no se ha
generalizado el uso de los VV. Los sistemas que cuentan al mismo tiempo con CPAF y CSAF
tienen una alta operatividad debido a que: las bombas secundarias pueden circular el agua por el
resto del sistema sin restricciones de presión de flujo mínimo, y por la estabilidad que produce el
lazo primario debido al desacople con el secundario [46].
1.2.2 Estructura de los circuitos secundarios de agua fría
La clasificación general de los componentes de la climatización centralizada considera cinco
grupos: manipuladores o administradores de aire y ventiladores, fuentes de calor, dispositivos de
refrigeración o enfriamiento, bombas y los controles e instrumentación, según la clasificación
que hace McQuistong [47]. No obstante, es conveniente representar en la Figura 1.1 la posición
funcional de cada componente de los CSAF.
Figura 1.1. Diagrama en bloques del bombeo a flujo variable empleado en los CSAF.
En los sistemas a flujo variable el valor de la presión de descarga de la bomba debe permitir,
vencer las diferentes resistencias hidráulicas de la red. Al emplear VV no son necesarias
válvulas, arrancadores suaves, bancos de condensadores y protecciones adicionales. Otra ventaja
consiste en que los VV tienen incorporados un controlador que elimina la necesidad de instalar
14
�CAPÍTULO 1
equipos adicionales debido a la autonomía que alcanzan [16, 50]. Los VV cuentan con
algoritmos de control, que cada día mejoran sus funciones [51, 52]. Aun cuando muchos
controladores electrónicos pueden funcionar en el modo proporcional integral derivativo (PID),
un buen sistema de control para climatización no requiere de la parte derivativa [47, 53].
En el caso del motor, se utilizan los de inducción, de características probadas para estas
prestaciones. En los CSAF a flujo variable, con una reducción del flujo del 50 %, el motor
demanda solo el 12,5 % de la potencia correspondiente para el flujo nominal [23, 54]. Este
comportamiento se ha demostrado a partir de la variación de la ocupación de habitaciones en
circuitos secundarios de agua fría a flujo variable [54].
En Cuba, existen aproximadamente 80 SCCAH ubicados en hoteles. En el polo turístico de
Holguín solo existen dos hoteles con flujo de agua variable en los CSAF (Blau Costa Verde y la
villa del Hotel Brisas Guardalavaca), en el polo turístico de Ciego de Ávila cuatro (Iberostar
Daiquiri, Playa Coco, Blue Bay y Los Balcones) y entre Varadero y La Habana dos (Sireny y el
Occidental Miramar). Esta información ilustra el escaso uso de los VV.
No solo se debe tener en cuenta los kW por toneladas de refrigerante como parámetro de
eficiencia en los SCCAH; otro indicador de eficiencia resulta el factor del transporte de agua,
que no es más que la relación entre la potencia térmica útil entregada por el agua a los locales y
la potencia consumida por el motor(es) de la bomba(as) [27]. Usualmente, las bombas se
calculan para una potencia que esta entre un 15% y un 25% por encima de la necesaria [16, 55].
1.2.3 Consideraciones energéticas sobre los circuitos secundarios de agua fría
En las unidades terminales se define la eficiencia del retiro de calor de las habitaciones, para lo
cual el agua debe ser transportada a grandes distancias. El agua, por su alto calor específico,
puede transportar mayores cantidades de energía por volumen que el aire. Con este sistema no
solo se pueden utilizar tuberías más delgadas, sino que el costo de la energía para mover estos
fluidos es mucho menor que el costo que tiene mover aire [47].
A pesar de que los sistemas de agua son más racionales, aún quedan posibilidades de realizar
15
�CAPÍTULO 1
mejoras en el trasporte. Por ejemplo, las pérdidas de carga en las redes hidráulicas se reducen
entre un 15 y 20 % cuando se sustituyen las tuberías metálicas por las de PVC, representando un
ahorro en potencia de bombeo de un 10 % como promedio [39].
Debido al flujo variable en el CSAF, la presión mínima necesaria debe mantenerse para evitar
ruido en el sistema y mejorar la eficiencia. Un valor de consigna mínimo, genera el mínimo
gasto energético. El punto de consumo mínimo es de 25 % de la presión de diseño y el ahorro
energético es de alrededor de 33 % [16], aunque hay autores que refieren entre 12- 32 % [24].
En la Figura 1.2 se muestra como en la década de 1980 las bombas representaban el 18 % del
consumo de electricidad de la climatización, pero ya en la década del 2000, por las mejoras
implementadas en las enfriadoras, el porcentaje de las bombas se incrementó al 26 %, de aquí la
importancia del estudio de los CSAF.
Figura 1.2. Estructura del consumo de energía eléctrica en los SCCAH [57].
De forma general, la eficiencia de los SCCAH se evalúa en términos de la menor cantidad de kW
por toneladas de refrigerante en el caso de las enfriadoras y en términos de la mayor extracción
de calor con el menor consumo de energía en el CSAF. Para mejorar estos dos aspectos, se
necesita del uso de tecnologías competentes y su integración sistémica [24, 56].
1.3 Aspectos térmicos fundamentales de la climatización centralizada
En todos los proyectos de diseño o de evaluación de los SCCAH, la modelación y simulación
térmica juega un papel fundamental por su incidencia en la dimensión del equipamiento y en el
valor de la inversión, constituyendo una valiosa herramienta para la toma de decisiones.
En todos los SCCAH los componentes se subdividen en dos, los térmicos y los hidráulicos. Los
16
�CAPÍTULO 1
componentes térmicos consisten en las unidades terminales encargadas de retirar la carga
térmica, el equipo enfriador y el tanque de expansión. Los componentes hidráulicos consisten en
las redes hidráulicas, las bombas, y el tanque de expansión [46] (ver Figura 1.3).
Una estratificación de los componentes térmicos de los CSAF obligan a pensar en: las
condiciones interiores, las condiciones exteriores, las unidades terminales, las propiedades
térmicas de las redes de distribución y su aislamiento. El mayor intercambio térmico se produce
en las unidades terminales, por lo que se debe velar por su compatibilidad.
Figura 1.3. Esquema simplificado de los componentes de los SCCAH.
En los CSAF pueden presentarse dificultades con el aislamiento térmico de las redes y se
necesita un tiempo adicional para trasegar el fluido, y de esta forma eliminar las ganancias de
calor que se han producido a través del aislante. El uso del material PVC en las redes hidráulicas
con un coeficiente de conductividad térmica K de solo 0,16 W/m·K [58], ha favorecido la
disminución de las ganancias de calor al fluido.
Las tuberías de PVC, con las mismas condiciones de aislamiento térmico, ganan dos veces más
calor a través del aislamiento cuando están en la intemperie, que cuando viajan por el interior de
las edificaciones [39]. Las formulaciones, tablas y métodos para determinar estas ganancias de
calor pueden encontrarse en [59, 60]. Aunque la transferencia de calor en tuberías puede
considerarse como carga térmica, las ganancias y retiros de calor más significativas se producen
en las habitaciones y unidades terminales.
1.3.1 Fundamentos teóricos generales para la modelación térmica de edificios
La modelación térmica en los SCCAH corresponde fundamentalmente a procesos de
17
�CAPÍTULO 1
transferencia de calor, los cuales se manifiestan en las siguientes etapas: cálculo de las cargas
térmicas; cálculo de las ganancia de calor a través del aislante de las tuberías; la convección
forzada en las unidades terminales; el desempeño del evaporador de las unidades enfriadoras y el
intercambio térmico en el punto de conexión entre el CPAF, el CSAF y el colector común. La
eficiencia de los intercambiadores aire-agua en las unidades terminales y el intercambiador aguagas del evaporador en el enfriador deciden sustancialmente los procesos globales de transferencia
de calor en los SCCAH. Una expresión básica que favorece el análisis de estos sistemas
térmicos, constituye la expresión 1.1, relacionada con la cantidad de calor asociada con un
cambio de temperatura del sistema, desde la temperatura inicial a la final, cuando la capacidad
calorífica sea aproximadamente constante [61, 62].
q= m ⋅ Cp ⋅ ∆T
(1.1)
Donde en el caso de los sistemas de climatización todo-agua se considera lo siguiente:
q – cantidad de calor; kW.
m - flujo másico; kg/s.
∆T - diferencia de temperatura; K.
Cp - calor específico del agua; kJ/kg·K.
Esta expresión es útil para conocer, la cantidad de calor que se transfiere al agua en las unidades
terminales, la determinación del flujo de agua necesario en los CPAF para una diferencia de
temperatura en el evaporador y una carga térmica máxima de diseño, entre otras aplicaciones.
Otro proceso decisivo en el comportamiento térmico del SCCAH representa el ciclo de
refrigeración [18, 41], en correspondencia con el refrigerante empleado, y su temperatura de
condensación y de evaporación dentro sus regímenes de operación.
1.3.2 Cargas térmicas
Para el cálculo de las cargas térmicas se consideran: las condiciones exteriores, el momento del
día con carga pico de enfriamiento, la ganancia de calor por radiación solar a través de vidrios, la
ganancia de calor a través de componentes estructurales, concentración de personas como base
18
�CAPÍTULO 1
de diseño, ganancias de calor originadas por equipos instalados en el interior de un espacio a
acondicionar y las ganancia de calor por infiltración y ventilación.
Existen varios métodos para el cálculo de carga térmica: el método de cargas instantáneas,
método del balance térmico, método E20 de Carrier, cálculo de cargas por temperatura
diferencial y factores de carga de enfriamiento (CLTD/CLF) de ASHRAE y el método de las
funciones de transferencia. El balance térmico es el método más preciso porque tiene en cuenta
los tres mecanismos de transmisión de calor (conducción, convección y radiación), así como la
acumulación de calor [47, 63, 64]. No obstante, en la presente investigación se utilizará la
metodología ASHRAE con el método de las funciones de transferencia por ser uno de los más
precisos. Otros métodos están considerados como simplificaciones del mismo [65].
La ganancia de calor a través de un muro o el techo depende mayoritariamente de la temperatura
aire sol [47, 66], pues los demás parámetros son constantes o se relacionan con las características
constructivas de la edificación. La temperatura aire-sol se define como la temperatura que tendría
el aire exterior para provocar el mismo efecto convectivo de flujo del calor hacia la superficie
externa del edificio, en ausencia de luz solar e intercambio de calor por radiación de onda larga
[65]. Ahora, el flujo calorífico a través de una pared puede obtenerse de un balance de energía
mediante la expresión 1.2.
q/A = αIt + h0 (t0 - ts) - εδR
(1.2)
y la temperatura aire-sol se define entonces como,
te = t0 + αIt /h0 - εδR/ h0
(1.3)
Donde:
α - absortividad de la superficie a la luz solar; adimensional.
It - radiación solar total incidente sobre la superficie; W/h·m2.
h0 - coeficiente de transferencia de calor convectivo y de longitud de onda larga en la
superficie externa (W/h·m2·K), depende de la velocidad del viento.
t0 - temperatura exterior (ambiente); K.
19
�CAPÍTULO 1
ts - temperatura de la superficie; K.
δR - diferencia entre la radiación de onda larga incidente procedente de la bóveda celeste y el
entorno, y la radiación emitida por un cuerpo negro a la temperatura ambiente (W/h·m2).
ε - emitancia de la superficie; adimensional.
Por consiguiente, como la temperatura ambiente es prácticamente igual a la temperatura aire-sol
sin la presencia de la radiación solar, y en su presencia puede representar hasta un 75 % para
niveles altos de radiación [65], se puede considerar entonces a la temperatura ambiente como la
variable climatológica de mayor incidencia en la ganancia de calor por paredes.
En este trabajo se escoge la temperatura ambiente como variable independiente para la
modelación de la carga térmica de enfriamiento, para cada hora del día y cada día del año, por
su relación con la radiación solar total. De los resultados de la simulación térmica (ganancias
instantáneas de calor, potencia o carga de enfriamiento y rapidez de retiro de calor), se escoge la
carga térmica de enfriamiento, definida como la rapidez a la cual el calor debe ser removido
desde el espacio para mantener la temperatura del aire del mismo a un valor constante [65].
1.3.3 Simulación térmica de edificios
Existen programas, tales como el TRNSYS, el DOE-2, el ENERGY PLUS, el COOL PACK,
entre otros, que pueden ser empleados para la simulación térmica de edificios [19, 67]. Los
costos de estas aplicaciones oscilan entre 3 000,00 USD y 10 000,00 USD. Como limitaciones de
estos programas se plantea que solo tienen incorporada la información meteorológica de algunas
localidades, y no permiten el cambio de determinadas variables que influyen en el cálculo, como
las propiedades térmicas de algunos materiales [63, 65].
Considerando estos aspectos, el simulador desarrollado por el Instituto de Ingeniería de la UABC
se basa en la metodología ASHRAE, y se ha empleado en investigaciones conducentes a grados
científicos, mostrando la capacidad de adaptarse a las necesidades de cada región. Esta
aplicación, tiene la particularidad de que puede adaptarse para generar el valor de la carga
térmica de enfriamiento para cada día del año y para cada hora, atendiendo a las particularidades
20
�CAPÍTULO 1
estructurales de la habitación, a los valores de indicadores ambientales y al comportamiento
ocupacional horario. Se ha demostrado, que sus resultados en comparación con otros
simuladores como el TRNSYS y el DOE-2 no difieren en más de un 5 % [65].
A partir de la simulación térmica de una instalación hotelera se pueden tomar decisiones que
permiten reducciones superiores a 13 kW·h diarios por habitación en función de la orientación y
uso de elementos de protección solar. También se pueden obtener ahorros entre 5 y 13 kW·h
diarios por habitación según tipología, dimensiones y materiales de las paredes exteriores,
materiales de las ventanas y color de la superficie exterior de la cubiertas; y reducciones
inferiores a 5 kW·h por desplazamientos de los volúmenes de las habitaciones, proporciones y
ubicación de las ventanas, formas, orientación y materiales de la cubierta [68].
Una variante utilizada actualmente para determinar el comportamiento térmico de las
edificaciones, es el empleo de las técnicas de inteligencia artificial que posibilitan desarrollar
modelos que simplifican la determinación de las cargas de enfriamiento sin la necesidad de una
elevada experticia, reduciendo el tiempo de ejecución y facilitando la toma de decisiones [6975]. No obstante, los modelos de carga de enfriamiento que se presentan en estos trabajos no
recogen las condiciones para todo un año característico.
1.3.4 Equipo de enfriamiento
La selección del valor de temperatura del agua, de conjunto con la temperatura ambiente y la
temperatura de entrada del agua al evaporador, definen los resultados del comportamiento
energético del ciclo de compresión del refrigerante que utilice el sistema. Las enfriadoras que
operan de acuerdo con el ciclo de compresión de vapor (la mayoría) tienen muchas formas, y su
capacidad fluctúa entre tres toneladas y más de mil toneladas. Las unidades más pequeñas
generalmente utilizan compresores reciprocantes o de espiral y condensadores enfriados por aire,
en tanto las grandes unidades usan compresores centrífugos. Uno de los parámetros que definen
la eficiencia en la operación del SCCAH es la temperatura de salida del agua de las enfriadoras
en relación con las características de las cargas parciales que se manifiesten [19, 37, 76].
21
�CAPÍTULO 1
1.3.4 Unidades terminales
La selección adecuada de las unidades terminales depende del cálculo de carga térmica de
enfriamiento. Esta selección deberá tener en cuenta el cumplimiento de las normas, en el caso de
Cuba, la NC-45 de 1999. La norma especifica los tipos de unidades para diferentes edificaciones,
así como sus características constructivas y de instalación. Las unidades terminales empleadas en
los SCCAH son las ventiloconvectoras, conocidas como fan-coil, y las climatizadoras [77]. En la
Figura 3 del Anexo 3 se resaltan los datos de caudal y las pérdidas de carga, parámetros que
permiten la inserción adecuada de las unidades terminales a la modelación hidráulica del CSAF.
1.4 Aspectos hidráulicos fundamentales de la climatización centralizada
En los SCCAH el refrigerante secundario (agua), es distribuido por medio de redes hidráulicas
desde el equipo de enfriamiento a las unidades terminales y viceversa. Por sus características, a
estas redes se les llama redes malladas de climatización y es cambiante su topología en
dependencia de la cantidad y cuáles unidades terminales estén en funcionamiento. A diferencias
de las redes malladas de abastecimiento, donde un punto puede abastecerse por varios caminos
[58, 78], en las redes para la climatización se distinguen las tuberías de envío y retorno, además
de que el agua debe seguir el sentido establecido para la extracción del calor en las habitaciones.
Ambas redes requieren de métodos para lograr el equilibrado hidráulico. En la actualidad se
cuenta con programas informáticos que resuelven esta problemática [79-81], y se utilizan en el
cálculo hidráulico para simular diferentes estados que se producen en la red de distribución de
agua, sin tener que experimentar físicamente [81, 82]. El modelo hidráulico de un CSAF a flujo
variable incluye bombas, tuberías, válvulas de equilibrado y las unidades terminales.
1.4.1 Fundamentos teóricos generales para la modelación hidráulica
La modelación hidráulica constituye el eslabón fundamental para determinar los parámetros de
los accionamientos encargados de garantizar las presiones en los nodos, de tal forma que
permitan mover el fluido y conseguir los caudales requeridos en las unidades terminales. El
transporte del agua como fluido incomprensible posee un conjunto de regularidades en cuanto al
22
�CAPÍTULO 1
cálculo de las pérdidas energéticas, las cuales pueden ser determinadas con la ayuda de
expresiones y leyes conocidas que se resumen en: las ecuaciones de Bernoulli, las ecuaciones
para determinar las pérdidas de carga, la ecuación de continuidad, la primera y segunda ley de
Kirchoff
y las leyes de afinidad ({Nekrasov, 1990 #132}{Streeter, 2000 #133}). Estas
expresiones y leyes físicas que rigen el comportamiento del agua como fluido se definen en la
literatura [48, 83-85].
Durante las dos últimas décadas, a las redes hidráulicas para climatización se han incorporado
dispositivos de propósitos específicos. Entre ellos se destacan las válvulas de control y de
equilibrado que agregan pérdidas de cargas y establecen regímenes de operación favorables para
el desempeño de las redes. Por otra parte, las unidades terminales provocan una determinada
pérdida de carga, la cual está en función de las características constructivas de cada modelo y del
caudal que circule por el serpentín (ver Figura 3, Anexo 3).
1.4.2 Equilibrado hidráulico de las redes para climatización a flujo variable
Los problemas de equilibrado se deben a que no se obtienen los caudales que se proyectaron.
Sólo si se obtienen los caudales nominales, el sistema de control puede actuar eficazmente. La
única manera de conseguirlos es equilibrando la instalación, mediante válvulas juiciosamente
repartidas en la red hidráulica [86-88]. Un SCCAH se diseña para poder trabajar con cargas
térmicas máximas. Si la instalación por no estar equilibrada, no puede producir o distribuir esta
potencia, entonces no será rentable la inversión. Con una inversión del 1% del costo de la
instalación, el equilibrado permite distribuir y emitir la potencia máxima instalada [87].
Las herramientas necesarias para realizar el equilibrado de las redes son: las válvulas de
equilibrado, un instrumento de medida y un procedimiento de equilibrado. Las válvulas de
equilibrado tienen como objetivo ofrecer la mayor precisión en los caudales y en consecuencia
contribuir a la optimización del funcionamiento del sistema de control y de los consumos
energéticos. En el Anexo 4 se aprecian figuras y características relacionadas con las válvulas de
equilibrado del objeto de estudio, los demás detalles se pueden encontrar en la literatura [86, 87].
23
�CAPÍTULO 1
A pesar de que las válvulas que más se utilizan en las redes de distribución son las válvulas de
equilibrado, no se pueden dejar de mencionar las válvulas de control que se usan a la entrada de
las unidades terminales. Las válvulas de control comúnmente utilizadas en los sistemas a caudal
variable son las motorizadas de operación on-off [27], sin embargo, pueden ser de acción
modulante cuando se exige una regulación muy precisa de la temperatura de los locales.
1.4.3 Métodos de cálculo de las redes malladas
La mayoría de los métodos de resolución propuestos en el campo de las redes de distribución se
pueden agrupar en dos grandes familias: los primeros, basados en las conocidas técnicas
iterativas de Gauss-Seidel y Jacobi, los cuales resuelven el sistema al efectuar en cada iteración
la resolución secuencial de cada una de las ecuaciones (al emplear fundamentalmente el Método
de Cross y sus derivados); y los segundos, basados en la linealización del sistema de ecuaciones,
de forma que el problema original se transforme en la resolución simultánea de un sistema de
ecuaciones lineales [79, 81].
Actualmente se destaca el Método del Gradiente, el cual implementa un modelo para la
resolución de sistemas de tuberías a presión. El modelo está representado por un sistema de
ecuaciones lineales expresadas en forma matricial y tiene como principal ventaja que evita el
ensamblado de las matrices, por lo que disminuye la cantidad de procesos a realizar en
comparación con otros métodos [78]. Este es un aspecto importante durante los procedimientos
de optimización. Algunas ventajas del método radican en que: asegura solución única al no tener
problemas de convergencia; permite expresar la topología de la red, las pérdidas de carga y la
continuidad de caudales en términos de ecuaciones matriciales; emplea un modelo real de redes y
no es necesario estimar una solución inicial cercana al valor real, entre otras ventajas [78].
1.4.4 Bombas centrífugas a caudal variable
En los sistemas de climatización generalmente se utilizan bombas centrífugas (BC) [47]. Los
motores eléctricos, las bombas y los ventiladores son las máquinas que más se utilizan en el
mundo [89]. Esto significa que el diseño y operación eficiente de las electrobombas centrífugas
24
�CAPÍTULO 1
ofrece un gran potencial para el ahorro de energía.
La regulación de la velocidad de rotación en el motor que acciona la BC, se presenta como un
método energéticamente eficaz para regular el caudal. Desde el punto de vista de mantenimiento,
es un buen sistema de regulación que evita golpes de ariete al disponer de rampas de frenado
suaves, y evita las altas intensidades de la corriente de arranque del motor al efectuar arranques
progresivos, además, se consigue simplificar la manipulación, al funcionar de manera autónoma.
Las leyes de proporcionalidad describen la dependencia que existe entre el flujo (caudal), presión
y el consumo energético. Al variar dentro de pequeños límites la frecuencia de rotación N de una
BC, los cambios de su caudal Q, altura de presión H y potencia eléctrica P se determinan según
las leyes de proporcionalidad [84, 85]. El trabajo en conjunto de varias BC se utiliza para
aumentar la altura o el caudal en una instalación y no existe una máquina que sea capaz por si
sola de satisfacer estos parámetros. Este trabajo en conjunto se diferencia entre la conexión en
serie y en paralelo [90].
1.5 Procedimiento de operación de los circuitos secundarios de agua fría a flujo variable
El procedimiento para la operación de los CSAF, presupone que se hayan tenido en cuenta
correctamente: la determinación de las cargas térmicas, selección de las unidades terminales,
ubicación de los nodos de la red hidráulica, trazado de las tuberías, selección de las válvulas de
control, selección de las unidades de bombeo y la selección de la unidad enfriadora [91].
El éxito de la operación está marcado por las herramientas utilizadas para la proyección del
sistema, donde se destacan: el cálculo de las cargas térmicas mediante software especializados
que facilitan la simulación térmica del edificio, y el cálculo de los parámetros de operación de la
red hidráulica a partir de la inclusión de los elementos de equilibrado que garantizan los caudales
de diseño. Para el cálculo de las cargas térmicas se destacan internacionalmente dos
metodologías: la Carrier y la ASHRAE [21, 66, 92]. La operación conjunta de las válvulas de
dos vías en las unidades terminales y el accionamiento electromecánico a velocidad variable,
deben satisfacer las condiciones de confort en las habitaciones ocupadas.
1.5.1 Estrategias de operación
25
�CAPÍTULO 1
Se pueden considerar varias estrategias para mejorar los parámetros de explotación de los CSAF:
1. Incorporación de procedimientos de diagnóstico de la funcionalidad de las instalaciones [93].
2. Uso de motores de alta eficiencia [89, 94].
3. Mejoras tecnológicas de las BC y del material de fabricación de las redes hidráulicas.
4.
Configuración y equilibrado de la red mallada. El descontrol de este aspecto provoca
pérdidas hasta de un 20 % de la energía eléctrica [26, 95].
5. Selección adecuada del aislamiento térmico [59, 60].
6. Disminución de las pérdidas de energía mediante la selección adecuada del valor de la
presión de envío.
7. Estrategia ocupacional. Se ha planteado la variante de ocupación de los hoteles en función de
las cargas térmicas de cada local [19, 96]. Esta solución resulta sencilla en sistemas a caudal
constante, pero a caudal variable se necesita un enfoque que considere el modelo termohidráulico, es función de la ocupación de las habitaciones.
8. Selección adecuada de las variables que caracterizan la operación del sistema, sobre todo del
punto de medición de la presión para controlar el sistema, considerando las tecnologías
disponibles [16].
9. Implementación de controladores que favorezcan la manipulación de los accionamientos
prefijando valores racionales de operación en bombas y unidades terminales [24, 97].
10. Selección adecuada de los métodos de solución de las redes malladas para garantizar
eficiencia y eficacia en los cálculos necesarios durante el proceso operacional [78, 79, 81].
1.5.2 Relación entre la topología de la red hidráulica y la bomba centrífuga
Para cada posible ocupación del hotel se tiene una topología de la red hidráulica a la cual
corresponde una curva H = Ri(Q), i = 1,…,n, para toda la red (ver Figura 1.4). Ri expresa la
relación funcional entre la altura de carga H de la red del sistema y el caudal Q, y representa de
forma simplificada todas las pérdidas energéticas del fluido en los tramos de tuberías y
accesorios en operación.
26
�CAPÍTULO 1
Figura 1.4. Espacio de solución de la presión de envío del sistema hidráulico en CSAF.
El valor de Ri puede variar en función de las unidades terminales en uso, relacionadas con la
ocupación y la dinámica de las cargas térmicas de enfriamiento.
Análogamente, para cada valor de energía que se le suministre a la bomba se tiene una función
H = Bj(Q), j = 1,…,m que describe el valor de H según varía Q. Como se aprecia en la
Figura 1.4, el cambio simultáneo de las curvas de la bomba y de la red crea un espacio de
soluciones del problema de encontrar cuál es la energía suficiente para lograr que la bomba
garantice el caudal necesario Qsp a la presión Hsp que garanticen el confort.
Si se conoce el valor de la altura de carga Hsp (valor de presión requerido en la red hidráulica
para garantizar el caudal de diseño Qsp, calculado a partir del cumplimiento de los caudales
necesarios en las unidades terminales), entonces puede determinarse la potencia eléctrica que se
necesita para establecer la curva de la bomba que pasa por el punto (Qsp; Hsp). El actual criterio
de asumir que la energía que se suministra a la bomba es la necesaria para garantizar una presión
en correspondencia con la ocupación máxima, conduce a la falta de eficiencia energética.
1.5.3 Relación entre la estrategia ocupacional y la operación
En general, la selección del valor de la presión de envío en los CSAF se realiza actualmente en
función de las condiciones de máxima carga térmica, teniendo en cuenta además su factor de
diversidad. El factor de diversidad garantiza un régimen racional de operación, al considerar que
las edificaciones, por lo general, no cuentan con todas sus habitaciones en la misma orientación
solar [21, 92]. El factor de diversidad favorece a que no se sobredimensionen las potencias
27
�CAPÍTULO 1
nominales de la bomba y del equipo enfriador [92].
Indisolublemente ligada a la operación de los CSAF se encuentra la ocupación, la cual aporta en
ocasiones hasta más del 25 % de la carga térmica del local. La ocupación también genera el
cambio de los parámetros hidráulicos de las redes y la activación del intercambio térmico en las
unidades terminales, ya sean de operación on-off o de acción modulante.
Para conocer los regímenes de ocupación diaria de los hoteles se puede acceder a los registros de
los departamentos de recepción, pero para conocer la dinámica que ofrece durante el día es
necesario realizar encuestas [54] u obtener registros de los autómatas de habitaciones, si se
tienen altas prestaciones como sensores de presencia. En tal sentido, trabajos como los de Energy
Design Resources [98, 99], ofrecen datos similares de ocupación horaria promedio en diferentes
hoteles en Estados Unidos. Estos mismos datos se utilizaron para hacer un análisis de regresión
con la temperatura ambiente y la diferencia de temperatura entre envío y retorno de un CSAF a
flujo variable en un edificio de un hotel en Cuba [100]. Se obtuvieron modelos de regresión con
coeficientes de correlación superiores a 0,8.
Algunas investigaciones estudian la incorporación de la climatología local en el cálculo de las
cargas térmicas y posteriormente esto contribuye a una correcta toma de decisiones de diseño y
operacionales de los sistemas de climatización [18, 19, 25, 54, 65, 101, 102]. Se ha demostrado
que en las condiciones climatológicas de Cuba, en los meses de septiembre, octubre y noviembre
aparecen los mayores valores de potencia requeridos por la climatización, a pesar de que las
condiciones climáticas no son tan desfavorables como en los días más críticos del verano. Esto
se debe a la incidencia marcada que tiene la carga térmica por ocupantes del edificio [100].
Existen trabajos que analizan la dinámica de la climatología local mediante modelos térmicos de
habitaciones a partir de la extrapolación del intercambio térmico a un circuito eléctrico resistivocapacitivo [103]. En otra variante se desarrolla una estrategia de control predictivo basado en el
modelo térmico de una habitación y el conocimiento de las predicciones del clima y la ocupación
con 24 horas de antelación. Utilizando la unidad terminal instalada en la habitación, se obtiene
28
�CAPÍTULO 1
un valor dinámico de ajuste de la temperatura de agua helada para la unidad enfriadora. Por su
parte Bravo [104] compara métodos de simulación de carga térmica dinámicos del TRNSYS 16
con aplicaciones como el COOLPACK y el simulador de cargas térmicas de la UABC. Todas
estas investigaciones coinciden en la necesaria integración de la climatología local en la toma de
decisiones operacionales de los SCCAH.
La ocupación de hoteles desde el punto de vista tecnológico se ha tratado en la literatura en dos
direcciones fundamentales: los sistemas de control de la ocupación y las estrategias
ocupacionales. Los sistemas de control, necesitan de un alto componente de automatización para
facilitar el control del confort y el funcionamiento de las diferentes cargas eléctricas, aunque no
siempre estos sistemas están disponibles. Por su parte las estrategias ocupacionales han sido
menos utilizadas y están orientadas a: disminuir la presencia de los huéspedes en las habitaciones
en los horarios que la electricidad es más costosa, la compactación de habitaciones y a la
evaluación de los sistemas sobre todo la climatización para ahorrar energía. En la literatura
aparecen un conjunto de consideraciones en referencia a la ocupación las cuales plantean:
•
Las dimensiones de los sistemas de climatización dependen de muchos factores tales como la
localidad, las dimensiones del edificio, el tipo de puertas y ventanas, y el tipo de ocupación.
Es necesario conocer adecuadamente las cargas y sobre todo los horarios de ocupación para
reducir la climatización cuando el edificio esta desocupado [105]
•
Los programas de desarrollo y administración energética de edificios plantean: mantener
actualizado los datos correspondientes a los horarios de ocupación, cuando se usan lugares
innecesariamente y los horarios de trabajo intermitente de los locales; que los horarios de
utilización de los locales sean regulares para poder tenerlos en cuenta en las estrategias de
operación energéticas [105] e instalar sistemas computarizados para el control de la
temperatura en todas las partes del edificio de acuerdo a la ocupación [16, 67]
•
Los programas de análisis energético repiten sus secuencias de cálculo muchas veces, para
simular todo un año de operación bajo diferentes condiciones del clima, la ocupación y las
29
�CAPÍTULO 1
condiciones de la carga térmica. El ahorro de energía depende mucho de estos factores [67].
•
Apagar las unidades terminales en los horarios en que las habitaciones no están ocupadas
puede ahorrar entre un 10 y 50 % de la energía en los CSAF. También es recomendable
cambiar la temperatura de salida del agua de las enfriadoras en correspondencia al porcentaje
de la ocupación entre otros factores [67].
•
Los parámetros operacionales óptimos de la climatización deben ser desarrollados en las
condiciones reales del edificio y los requisitos de ocupación actuales, teniendo en cuenta que
el comportamiento energético debe ser comparado bajo las mismas condiciones normalizadas
de ocupación y del clima [106]
•
Las determinación de la línea base de los sistemas de climatización deben considerar el
cambio del clima y de los horarios de ocupación. La variable independiente más común a
tener en cuenta es la temperatura ambiente, aunque también es incidente la ocupación [106]
A pesar de los criterios anteriores, no se reporta en la literatura consultada el uso de estrategias
combinatorias – evolutivas para definir como ocupar un edificio, lo que implica, utilizar modelos
computacionales que respondan mediante determinadas heurísticas a la optimización energética
de la operación de los SCCAH con CSAF a flujo variable. Estos sistemas tienen una la tendencia
hacia un predominio tecnológico en la climatización de hoteles.
Por otra parte, existen software que calculan la carga térmica y en ocasiones de manera
simultánea con la modelación de la red hidráulica tales como el TRANSYS y el SPR-r, pero
estas no integran la evaluación de las múltiples combinaciones de ocupación de los locales a los
algoritmos de cálculo del comportamiento termo-hidráulico.
1.6 Modelación y simulación de los sistemas de climatización centralizados
En la Figura 1.5 se muestra la secuencia de los distintos modelos que componen la climatización
para su adecuada simulación. Para simular el comportamiento energético de SCCAH, el modelo
matemático correspondiente debe representar el comportamiento térmico de la estructura del
30
�CAPÍTULO 1
edificio (el modelo de las cargas térmicas), el sistema de acondicionamiento de aire (el modelo
de los sistemas secundarios) y de la planta central (el modelo de los sistemas primarios). El
modelo económico puede formar parte o no del programa de análisis energético [47].
Figura 1.5. Interacción de modelos para la simulación energética de edificios [47].
La modelación y simulación de sistemas de impulsión de agua, han sido menos abordados que la
los regímenes y parámetros de las enfriadoras. Por lo general, debido a la magnitud de la
potencia instalada en los SCCAH, las investigaciones en estos equipos persiguen mejorar la
eficiencia del ciclo de compresión del gas refrigerante mediante análisis termodinámicos.
Un estudio realizado por la Oficina de Tecnologías Industriales del Departamento de Energía
(DOE) de Estados Unidos estima que la corrección en la distribución eléctrica representa el 8 %
del total del ahorro posible, la eficiencia del motor representa el 4 %, el sistema mecánico el
44 % y la optimización del proceso el 44 % [107].
Durante la investigación, se pudo constatar la existencia de 19 tesis de doctorado desarrolladas
en Cuba, muy estrechamente relacionadas con los temas generales de la climatización (68,4 %)
[18, 19, 68, 108-114] y refrigeración (31,6 %) [115-119]. De manera particular abarcan los
temas de: diseño; operación; cargas térmicas, confort y sicrometría del aire; lazo de producción
de frío o compresión mecánica del vapor; cambios tecnológicos o en algún componente físico;
sistemas agua-aire, todo aire o todo refrigerante; sistemas todo-agua; optimización; optimización
de sistemas centralizados a flujo constante; modelos matemáticos; procedimientos y los hoteles.
Sin embargo, las referencias anteriores no desarrollan los temas relacionados con: el
31
�CAPÍTULO 1
comportamiento de las redes hidráulicas y su efecto en el comportamiento energético del
sistema, el análisis combinatorio de la ocupación de habitaciones ni los SCCAH a flujo variable.
1.6.1 Modelación y simulación térmica de los sistemas de climatización centralizada
Las variables arquitectónicas relacionadas con la bioclimática contribuyen al ahorro energético
durante la explotación de la edificación. Ellas se dividen en dos grupos fundamentales: las que
dependen de los criterios de diseño y las que dependen de decisiones económicas [68].
Una forma natural de ahorrar electricidad, es prevenir que la energía del asolamiento penetre
hacia el interior de las edificaciones. Las técnicas de diseños que reducen el calor que penetra
suelen aplicarse de forma individual o agrupadas convenientemente; algunas investigaciones
señalan que para las condiciones de Cuba es necesario: el empleo de materiales en el
revestimiento exterior de baja absorción térmica, protección de las superficies exteriores de la
radiación solar directa, incremento del espesor de los materiales de construcción que conforman
las cubiertas y fachadas, el uso de materiales aislantes de elevada resistencia térmica y el empleo
de cubiertas y pinturas reflectivas [123-125]. Estas decisiones tienen en cuenta el conocimiento
de la climatología local y son variables a considerar en la modelación y simulación térmica.
Montero [39] realiza un estudio del comportamiento energético de los CSAF, evaluando
elementos incidentes y parámetros de operación del climatizador central, las redes, la carga
térmica y del conjunto motor bomba así como algunas variables climatológicas. En su caso de
estudio se establecieron modelos del conjunto motor-bomba mediante técnicas estadísticas. Los
resultados expresan enfoques y soluciones particulares sobre la base de los CSAF a flujo
variable. Se proponen expresiones que permiten evaluar el costo, caudal y energía adicional que
ocasionan las principales deficiencias termo-energéticas.
Uribazo en el 2004 [126] determina la incidencia del clima en las tecnologías de la climatización.
Mediante una identificación experimental, obtiene un modelo paramétrico de estructura
ARMAX de segundo orden, del sistema de climatización centralizado de un hotel. El modelo
permite controlar el número de cilindros de los compresores a partir del comportamiento de la
32
�CAPÍTULO 1
temperatura de retorno del agua fría, la temperatura de envío y la temperatura ambiente. Luego el
mismo autor propone un sistema de control borroso del clima del hotel [127].
Monteagudo [37], mediante el aumento de la temperatura de salida del agua helada en función de
la temperatura ambiente, ha comprobado que se reduce el consumo de electricidad en las
enfriadoras del Hotel Unión en aproximadamente un 15%.
Montelier [19], desarrolla un procedimiento para establecer la temperatura más adecuada del
agua helada en los SCCAH a flujo constante. A partir de bases de datos obtenidas de la
simulación térmica del edificio, este autor establece una RNA que posibilita determinar la carga
térmica de enfriamiento y propone un sistema neurodifuso para determinar el consumo de
energía eléctrica del sistema de climatización en función de la temperatura de agua helada y
corrobora la existencia de un mínimo consumo en función de la temperatura de agua helada.
Finalmente, propone un algoritmo genético para encontrar el valor de ajuste de la temperatura
del agua helada que posibilita reducir el consumo energético.
En el 2008, Armas crea un modelo híbrido de optimización termo-económica para minimizar el
costo de los productos finales del SCCAH, integrando: el algoritmo genético, las RNA que
modelan las sustancias de trabajo del sistema y los modelos físicos, los flujos y el costo para
cada componente [18]. El modelo planteado se circunscribe a las unidades enfriadoras.
Chow en el 2001[128] aplica las redes neuronales para modelar el desempeño de una enfriadora
por absorción y mediante un algoritmo genético optimiza la función del costo de su operación.
Este modelo tiene como una de las variables de entrada la temperatura de envío a las zonas, y la
energía que se le transfiere al agua para entrar en el evaporador es la que utiliza para trasegarla
por el sistema. Se muestra que la inteligencia artificial puede predecir los costos de explotación y
el consumo de energía de una enfriadora sin estudiar los detalles termo-hidráulicos de los CSAF.
La administración y detección de fallas en los sistemas de climatización centralizados en
edificios comerciales también constituye un aspecto vital que favorece un ahorro energético entre
el 20 % y el 30 % [129]. Yoshida en el 2001[130], propone un algoritmo de detección y
33
�CAPÍTULO 1
diagnóstico para sistemas de climatización a partir de un modelo paramétrico recursivo ARX,
tomando la desviación del valor de consigna de la temperatura en el espacio climatizado como
entrada y como salida el flujo de aire que se suministra. Este modelo solo permite conocer e
imponer al sistema sus características de operación a partir de una identificación.
Fu en 1999 [93] empleó un modelo fuzzy para predecir cada estado de un sistema agua - aire,
tanto para la enfriadora como para la manejadora de aire. El sistema es de volumen de aire
variable. Este autor demostró la capacidad de los modelos Neuro-fuzzy para modelar el sistema y
asegurar la toma de decisiones en relación de los parámetros de la enfriadora y del ventilador.
Los datos de entrenamiento fueron generados en el simulador HVACSIM+. Los resultados de
las estimaciones abarcan todo el diapasón de operaciones en condiciones libres de fallas y con la
presencia de estas. El modelo predice el consumo del ventilador y la velocidad de operación del
mismo, pero tiene la limitante que es para el caso de agua-aire, y solo integra al modelo las
condiciones del aire interior para el caso del modelo de la enfriadora. Para el aire, se predice la
potencia del ventilador y la velocidad mediante el flujo y un vector predictor de fallas.
1.6.2 Modelación y simulación hidráulica de los sistemas de climatización centralizados
Las redes hidráulicas revisten una gran importancia en el contexto energético y especialmente en
los SCCAH debido a la cantidad de energía que se necesita para transportar el agua desde las
enfriadoras hasta las unidades terminales, garantizando los caudales necesarios.
Hechavarría en el 2009 [81], presenta un procedimiento que aplica los fundamentos del Análisis
y Síntesis de Sistemas de Ingeniería (ASSI) para la preparación y toma de decisiones bajo
criterios múltiples al diseño de redes de distribución de agua. Los métodos utilizados para la
modelación hidráulica en la optimización del diseño de redes malladas bajo criterios técnicoseconómicos son válidos para la modelación y simulación en SCCAH [91].
Puesto que en un CSAF la cantidad de fluido enviado al sistema es la misma que retorna,
entonces, desde el punto de vista de envío y retorno, la red se considera simétrica en longitudes y
diámetros en las tuberías. Esto condiciona que durante el proceso de diseño, inicialmente se
34
�CAPÍTULO 1
evalúe la red de climatización como si estuviera abierta [91]. El primer criterio a tenerse en
cuenta al seleccionarse las unidades de bombeo, es que siempre debe cumplirse los valores de
presión de 3 kPa mínimos en cada una de la válvulas de equilibrado, lo que comprende, desde el
inicio de la tubería, hasta el final del retorno [87, 95]. La experiencia de los diseñadores de estas
instalaciones especiales en Cuba, indica que un valor de 500 kPa es capaz de satisfacer los
requerimientos hidráulicos para las variantes constructivas utilizadas en hoteles [131].
En el 2009 se presentan resultados que tienen como centro los CSAF. Uno de ellos realiza un
riguroso marco teórico de las relaciones entre los componentes de los CSAF y las variables que
inciden en su operación eficiente [132]. Se expone un análisis crítico sobre las insuficiencias al
no aplicar las normativas cubanas vigentes NC-45 y NC-220 [27, 28]. Mediante un enfoque
sistémico, se proponen cambios para la automatización de tareas basados en tener en cuenta los
aspectos hidráulicos y de intercambio térmico del agua con la edificación. Aparecen críticas
acertadas, pero las propuestas de soluciones aún no están implementadas.
El método de compensación y balance [26] racionaliza el consumo de energía en una red de
distribución de agua para la climatización. Un estudio basado en este método consistió en ubicar
válvulas de compensación en todos los ramales de la red, trabajando en línea con un sistema
computarizado. Estas válvulas operan a través de un modelo matemático creado para la red
hidráulica en función de las mediciones realizadas [26]. Los modelos no se divulgaron y no se
reflejaron aspectos térmicos del sistema. No obstante, el equilibrado hidráulico obtenido redujo
el consumo energético entre el 15 % y 20 %.
La operación de los CSAF se puede modelar con la ayuda de herramientas informáticas que
consideren los elementos termo-hidráulicos del sistema. Entre los sistemas que modelan un
sistema hidráulico y calculan las presiones, caudales y velocidades se encuentran el EPANET,
WATERCAD, entre otros sistemas CAD. En cualquier caso, los rangos de velocidades deben
mantenerse entre 1 m/s y 2 m/s [27], elemento que impone restricciones energéticas al sistema,
evitando también que se produzcan ruidos en la red debido a la dinámica de operación.
35
�CAPÍTULO 1
Salsbury [133], a partir de los datos de un sistema de ventilación de dos vías en una gran
edificación, establece un modelo de caja negra teniendo en cuenta la presión, la humedad relativa
y temperatura del fluido logrando mejores prestaciones de la instalación. El modelo simulado, en
paralelo con las variables del sistema real corrige las necesidades del fluido y obtiene mejoras
energéticas. La limitante para aplicar este modelo a los SCCAH es que se trata de una instalación
de ventilación. El caudal de ventilación se controló con un lazo PI y los modelos empleados son
de primer y de segundo orden, obtenidos con el método de integración de Euler.
Núñez y Rodríguez [53] implementaron una aplicación prototipo que enlaza el software de
supervisión de procesos EROS mediante un control PID a un CSAF a flujo variable. Esta
aplicación permite la recolección de datos y operación del sistema para cualquier valor admisible
de la presión de descarga. El controlador se ajusta desde el computador. Los resultados no
integran a la operación del controlador el análisis de los aspectos térmicos del edificio, ni las
condiciones climatológicas para lograr un modelo de la planta más acertado.
Aguilar en el 2009 [134] propone un enfoque multivariable de un CSAF para su modelación y
Montero en el 2012 [97] perfecciona el resultado determinando el modelo paramétrico que mejor
relaciona las HDO, temperatura ambiente y caudal con respecto a las salidas, potencia activa,
temperatura de retorno del agua y presión en el retorno. El modelo mejoró con el uso de las RNA
obteniéndose ajustes de un 94 % al manipularse la variable HDO.
En el 2002, León propone una metodología para el análisis de variadores de velocidad en
sistemas de bombeo, pero solo se relacionan las interacciones entre las características de la
bomba, la red y el motor de inducción [135]. A partir de las ecuaciones de proporcionalidad y las
ecuaciones del motor de inducción se establecen leyes de afinidad para el análisis de sistemas de
carga estática. A pesar de que se evalúa el comportamiento energético del accionamiento, no se
ha aplicado la metodología al caso específico de los CSAF.
La gran mayoría de los hoteles cubanos son instalaciones con determinado tiempo de operación,
esto hace que algunos CSAF en ocasiones se desajusten. En el trabajo presentado por Rodríguez
36
�CAPÍTULO 1
en el 2004 [136], mediante cálculos hidráulicos con las expresiones de Bernoulli, se demuestra
que es insuficiente el caudal de agua en los ramales de un CSAF. Se da solución al problema de
suministro pero el sistema analizado es a flujo constante. Para resolver una situación similar en
la villa del hotel Las Brisas en Guardalavaca, se realizó el cambio a caudal variable del sistema
de impulsión [137]. En ambos casos no se consideraron: las perturbaciones del clima, el modelo
térmico de la edificación y las estrategias ocupacionales.
Sierra en el 2009 [138] analiza el comportamiento energético de un motor de inducción (MI) en
un CSAF a flujo variable, obteniendo sus características ante diferentes situaciones
ocupacionales y valores de consigna de la presión de descarga de la bomba. Se utilizaron
aplicaciones sobre Matlab que tomaron como base el modelo del MI. Aunque fueron
interrelacionadas variables ambientales con diferentes puntos de operación del sistema, no se
modeló la integración de estos factores. No obstante, se demostró empíricamente que el CSAF
puede trabajar a menor valor de consigna de la presión (de 500 kPa a 450 kPa) para una misma
ocupación del 92 %, en condiciones del clima similares, demandando un 35 % menos de
potencia activa manteniendo el confort.
La utilización de VV en las bombas de agua fría permite la reducción del consumo de energía en
las condiciones de cargas parciales al circular menos agua por el sistema [44, 139]. Los ahorros
de energía reportados pueden llegar hasta un 30 % con respecto al consumo de un sistema con
flujo constante [16, 46, 50]. Los CSAF han logrado entre el 12 - 32 % del ahorro para
determinadas estrategias de operación a flujo variable basándose en una adecuada modelación de
la distribución del agua y un alto grado de automatización [24].
En los sistemas de monitoreo y control existentes en los hoteles con SCCAH se observa que las
variables incorporadas son principalmente las relacionadas con el trabajo de las enfriadoras; no
sucede así con las variables termo-hidráulicas y energéticas asociadas a los circuitos de
impulsión. En los sistemas a caudal variable en operación resulta difícil cambiar los parámetros
de las variables de consigna de la presión de envío debido a la imposibilidad del acceso a los
37
�CAPÍTULO 1
controles del VV y a los insuficientes sistemas informáticos para tomar esta decisión.
Todos los aspectos abordados en el análisis bibliográfico, resaltan la necesidad de estudios con
enfoques sistémicos para favorecer la optimización operacional de los sistemas de climatización.
CONCLUSIONES del capítulo
1. El actual escenario energético mundial exige de estrategias que permitan fomentar el uso de
tecnologías que tributen a la disminución del consumo de energía, trabajando por la
eficiencia energética como una variante de alto impacto.
2. El sector del turismo se establece como un importante potencial económico en el desarrollo
del país y con posibilidades reales de disminución de los costos de operaciones mediante un
uso más racional de energía, a través de procedimientos que permitan una mejor explotación
de los sistemas sin deteriorar la calidad de los servicios.
3. Los sistemas de climatización de las instalaciones turísticas son los mayores consumidores de
energía en estas instalaciones y son objeto de los estudios energéticos. En los SCCAH, y en
particular en los CSAF, se presentan importantes potencialidades para mejorar la eficiencia
energética en los hoteles que usan esta tecnología.
4. Es necesario conformar un procedimiento mediante un enfoque sistémico para la
optimización energética de la operación de los SCCAH, basado en una función objetivo que
integre: los modelos de la red hidráulica, del ciclo de comprensión mecánica del vapor y el
modelo térmico del edificio, en los que intervienen cada estado del sistema, ineludiblemente
relacionados con la ocupación, el clima y las características de las edificaciones.
5. Se hace necesario el desarrollo de aplicaciones informáticas que favorezcan los procesos de
toma de decisiones en la explotación hotelera, con énfasis en aquellas actividades que
permitan un mejor desempeño energético del equipamiento tecnológico.
38
�CAPÍTULO 2
CAPÍTULO II. PROCEDIMIENTO PARA LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE
CLIMATIZACIÓN
CENTRALIZADOS
TODO-AGUA
CON
CIRCUITOS
SECUNDARIOS DE AGUA FRÍA A FLUJO VARIABLE
El presente capítulo tiene como objetivo el desarrollo de la formulación matemática de la tarea
de operación energética óptima de los SCCAH con CSAF a flujo variable, considerando la
variabilidad de la climatología local y la ocupación de un hotel.
Siguiendo el enfoque de Arzola [140], en la presente investigación se asume el concepto sistema
de ingeniería como aquel que ayuda a la preparación y toma de decisiones bajo criterios
múltiples, incluyendo indicadores de carácter subjetivo propios del diseño, la generación de
tecnologías, la operación de procesos, la planeación de la producción, la logística y el
mantenimiento, y su integración a la gestión económica de las empresas.
Mediante el Análisis y Síntesis de Sistemas de Ingeniería (ASSI) se clasifica la información
asociada a la tarea de ingeniería, se formulan adecuadamente las tareas en el entorno en el que
deberán funcionar, y se sintetiza debidamente el sistema para la solución práctica del problema
[81, 141]. La metodología ASSI se compone básicamente de los pasos siguientes [140]:
1. Análisis externo: contiene, la descripción del sistema de mayor envergadura (SME) que es la
mayor tarea a la cual se encuentra subordinado el sistema objeto de análisis y se determinan
las variables involucradas (ver Figura 2.1), la descomposición de la tarea en elementos
componentes, y la elaboración del modelo conceptual de preparación de decisiones.
2. Análisis interno: modelación matemática de relaciones que explican las salidas de los
indicadores de eficiencia a partir de los valores de las variables de coordinación, de decisión y
datos de entradas; organización racional de los procedimientos de cálculo; e identificación de
los componentes del modelo matemático conceptual de preparación y toma de decisiones.
2.1 Análisis externo de la operación de los sistemas de climatización centralizados
todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable
39
�CAPÍTULO 2
En la presente investigación se pretende que la operación de los SCCAH se realice con el
mínimo requerimiento de potencia eléctrica, considerando el modelo termo-hidráulico de la
edificación, así como las fluctuaciones del clima y la ocupación. En la clasificación de la
información asociada a la operación de los SCCAH, para la formulación de la función objetivo
intervienen: la modelación de la carga térmica, la modelación de la red hidráulica, la
determinación del trabajo de compresión y las restricciones de los modelos.
Una representación simplificada de los elementos del análisis externo se presenta la Figura 2.1.
Figura 2.1. Clasificación de la información involucrada en el análisis externo [140].
2.1.1 Descripción del Sistema de Mayor Envergadura
La operación de los SCCAH tiene como objetivo principal garantizar la climatización de los
locales, independientemente de las condiciones que imponga el SME. Se considera como parte
del SME a todo fenómeno externo que influya en el proceso de climatización, para este caso se
consideran los siguientes aspectos: las condiciones climatológicas de la localidad; las
características físicas de la edificación, los parámetros técnicos del sistema y la información
necesaria que permite valorar el impacto técnico-económico de la tarea.
Para sustentar una caracterización del SME, así como contribuir a la definición de las variables a
tener en cuenta en el análisis externo, fue necesario implementar un Sistema Automático de
Medición (SAM) mediante el SCADA de procesos industriales EROS versión 5.5, el cual se
presenta en el Anexo 5. Los datos obtenidos mediantes experimentos exploratorios, más que para
definir un modelo formal, contribuyeron a la selección de las variables que participan en el
análisis externo y que definirán el análisis interno. En el Anexo 5 también aparecen a manera de
ejemplos, algunas mediciones en el sistema relacionadas con: la temperatura ambiente de la
40
�CAPÍTULO 2
localidad, pruebas dinámicas del VV y pruebas escalonadas de cambios de la ocupación.
2.1.2 Variables de coordinación
Las variables de decisión del SME, asociadas al sistema dado, constituyen las variables de
coordinación [141]. Se consideran, mediante una adecuada clasificación, las siguientes:
Para la modelación térmica: parámetros técnicos de la edificación (clasificación de los locales
según su uso, comportamiento ocupacional horario, zonificación, inventario de cargas fijas y uso
de equipos), parámetros climatológicos (ubicación geográfica, parámetros solares, condiciones
climáticas de la localidad, humedad relativa y la temperatura ambiente por día y hora).
Para la modelación hidráulica: ubicación espacial de los nodos; topología de la red; dimensiones
y material de las tuberías; parámetros técnicos de: las válvulas de control, las válvulas de
equilibrado, unidades terminales, las unidades de bombeo, unidades enfriadoras. También es
necesaria la clasificación del local según su disponibilidad y la aceleración de la gravedad.
Para el cálculo del trabajo por compresión: el tipo de refrigerante utilizado, las temperaturas de
condensación y de vaporización, la temperatura de envío del agua fría a la salida del evaporador
y la temperatura del agua en la entrada del evaporador.
Para el análisis de la ocupación: total de habitaciones del edificio, cantidad de habitaciones fuera
de servicio (no disponibles), cantidad de habitaciones disponibles, cantidad de habitaciones
priorizadas (escogidas a preferencia de los clientes) y cantidad de habitaciones a ocupar.
2.1.3 Indicador de eficiencia
En los CSAF a flujo variable, la reducción del consumo de energía se ha basado en la selección
adecuada del valor de consigna de la presión de envío o su re-establecimiento para cada
condición de la red hidráulica [24, 25, 46]. La tendencia actual para la optimización del consumo
de energía en los SCCAH es la determinación simultánea de la temperatura adecuada del agua
suministrada por la unidad enfriadora y de la presión de envío en las bombas del CSAF [46, 56].
En la presente investigación se pretende minimizar el requerimiento de potencia eléctrica para la
operación de los SCCAH, por lo cual se toma como indicador de eficiencia formalizable: la
41
�CAPÍTULO 2
suma de la potencia eléctrica necesaria para el bombeo, más la potencia eléctrica necesaria
para el trabajo de compresión en la unidad enfriadora en función de ocupación. Para la
determinación de este indicador, necesariamente se deben evaluar las pérdidas de energía por
fricción, las pérdidas de energía por singularidades en la red hidráulica, y el efecto de las cargas
térmicas de enfriamiento parciales que dependen de ciertas variables.
2.1.4 Variable de decisión
Sea T el total de habitaciones de un edificio. Se conoce que hay D habitaciones disponibles y
HAO son solicitadas. Considérese que hay ND habitaciones no disponibles para el análisis, HO
es el total de habitaciones que ya están ocupadas, HOP las habitaciones a ocupar que están
priorizadas (escogidas a preferencia de los clientes) y HFS es la cantidad de habitaciones fuera de
servicio (por razones técnicas o fuera de orden). Las relaciones entre estos parámetros son:
=
T ND + D
(2.1)
ND =H O + H OP + H FS
(2.2)
HDO =H O + H OP + HAO
(2.3)
MVC = 2 D
(2.4)
MVCR =
D!
( D − HAO)! HAO !
(2.5)
Donde HDO es el número de habitaciones que se tendrán en cuenta durante la modelación
térmica e hidráulica, Habitaciones Días Ocupadas; MVC es el Mayor Valor del Código de
solución (cantidad total de opciones de ocupación de los locales disponibles); y MVCR
coeficiente binomial al que se denominó Mayor Valor del Código Restringido (cantidad total de
opciones de ocupación de los locales disponibles que cumplan con la restricción de HAO).
Ahora, puede definirse una variable a la que se denomina Ocupación que describe cuáles serán
las HAO habitaciones seleccionadas entre las D habitaciones disponibles. Esta será la variable de
decisión y condiciona la apertura de circuitos dentro de la red mallada al igual que las HO y las
HOP, mientras que las HFS no. Por lo tanto, las diversas configuraciones de la red hidráulica,
42
�CAPÍTULO 2
ocasiona mayores o menores pérdidas de energía. El trabajo de compresión en la unidad
enfriadora, también se ve afectado por la variable Ocupación en correspondencia con los valores
de carga térmica de enfriamiento que aportan las HDO habitaciones día ocupadas.
2.1.5 Variables intermedias
Generar variantes de ocupación trae consigo cambios en la modelación hidráulica, dando como
resultado diferentes valores de velocidad y presión en el CSAF. Estos resultados deben ser
evaluados para comprobar si cumplen con las restricciones. De este modo, resultan de interés, las
variables intermedias: velocidad del agua en cada tramo de tubería, altura de presión en cada
nodo y caudal de agua en las unidades terminales. Estas variables son consecuencia de la
velocidad de rotación de la bomba, pues de su valor y de la carga que representa la red hidráulica
depende la potencia eléctrica requerida por la bomba. La determinación de esta velocidad debe
corresponder con los requerimientos mínimos de presión de envío del CSAF.
Cambiar la ocupación también implica cambios en la modelación térmica. Es práctica común
elevar la temperatura del agua helada para ahorrar energía durante los períodos de menor carga
de enfriamiento, o de temperaturas exteriores más bajas [19]. Se puede elevar la temperatura
entre 2,5 °C y 5,5 °C incluso en condiciones de cargas nominales [139, 142]. Un grado Celsius
que se eleve la temperatura, incrementa la eficiencia del enfriador en un 4 % [142]. Al
considerarse las condiciones climatológicas y la ocupación en el modelo energético, es posible
declarar como otra variable intermedia del sistema, la temperatura de salida del agua de la
enfriadora. Tanto la velocidad de rotación de la bomba como la determinación de la temperatura
de salida del agua de la enfriadora se pueden determinar mediante cálculos iterativos.
Estas variables intermedias están restringidas respectivamente a ciertos rangos, los cuales
definen la factibilidad de cualquier propuesta de ocupación.
2.1.6 Datos de entrada al sistema
Para mayor claridad de los datos de entrada al sistema, necesarios para la simulación a partir de
la existencia de los modelos correspondientes, se propone la clasificación siguiente:
Datos para la modelación térmica: temperatura ambiente, hora del día, día del año y las
43
�CAPÍTULO 2
habitaciones que entran al análisis de la Ocupación.
Datos para la modelación hidráulica: viscosidad cinemática del agua (en función de la
temperatura del fluido), rugosidad equivalente (en función del material y edad de las tuberías),
coeficiente de resistencia local (tipo de accesorio), valores mínimos y máximos de velocidad y
presión (rangos permisibles) y dimensiones de las tuberías.
Datos para la determinación de la potencia eléctrica necesaria en la unidad de bombeo: densidad
del agua, rendimiento de la bomba centrífuga, rendimiento del motor eléctrico de inducción.
Datos para determinar la potencia eléctrica necesaria en el compresor: temperaturas de
condensación y de vaporización, rendimiento isentrópico, entalpías del ciclo de refrigeración,
flujo de agua para carga térmica máxima, y el factor de diversidad de la carga térmica.
Datos para determinar las soluciones factibles: valores mínimos y máximos de velocidad; de
presión; y caudal del agua, que definen la factibilidad de una propuesta de ocupación.
La Figura 2.2 resume el análisis externo y evidencia el carácter de las variables descritas, así
como la interrelación entre los componentes que describen el proceso. Se resalta el papel del
variador de velocidad en el suministro de la energía necesaria para el sistema de bombeo a partir
del resultado de la presión de envío requerida por el sistema. Estas condiciones la impone la red
hidráulica, consecuencia de la Ocupación (variable de decisión) que se seleccione.
Figura 2.2. Diagrama de bloques para la descripción del proceso a través del Análisis Externo.
2.2 Análisis interno de la operación de los sistemas de climatización centralizados
todo-agua con circuitos secundarios de agua fría a flujo variable
44
�CAPÍTULO 2
Se propone un procedimiento para calcular el Indicador de Eficiencia en función de las entradas.
2.2.1 Formulación del sistema de ingeniería del objeto de estudio
La modelación matemática para la simulación simultánea del edificio, el sistema secundario y el
sistema primario se inició desde hace varios años [143-146], y aunque ya están disponibles
programas como el ESP- r [147-149] que simulan simultáneamente el edificio y los sistemas de
Climatización, Ventilación y Aire Acondicionado (CVAA), aún no se aplica este enfoque.
2.2.1.1 Función objetivo e indicador de eficiencia
Al tener en cuenta los parámetros que intervienen en el indicador de eficiencia, potencia
eléctrica para el trabajo de compresión más la potencia eléctrica para el bombeo, la función
objetivo se presenta mediante el siguiente desglose de las expresiones matemáticas que la
componen.
M T = g1 ( X e , X cl , X CSAF )
(2.6)
M C = g 2 ( X cl , Rn , Tev , Tcd , X SCCAH )
(2.7)
M H = g3 ( X e , X CSAF )
(2.8)
CT ( d ) = g 4 ( HDO( c ) , Tamb( d ) , h( d ) , d ( a ) , M T )
(2.9)
CC ( d ) = g5 (CT max ( a ) , Q( d ) , Te( d ) , Tr( d ) , M C )
(2.10)
CH = g 6 ( HDO( c ) , H ( d ) , Q( d ) , M H )
(2.11)
Peb = g 7 (CT ( d ) , CH ( d ) )
(2.12)
Pec = g8 ( CT ( d ) , CH ( d ) , CC ( d ) )
(2.13)
P
=
Pec + Peb
t
(2.14)
Z = min ( Pt )
(2.15)
Donde:
MT - modelo térmico del edificio.
MC - modelo del trabajo de compresión.
MH - modelo hidráulico.
45
�CAPÍTULO 2
CT - expresiones para determinar las magnitudes que caracterizan carga térmica de enfriamiento.
CC - expresiones para determinar las magnitudes que caracterizan el trabajo de compresión.
CH - expresiones para determinar las magnitudes que caracterizan la carga hidráulica del sistema.
Peb - potencia eléctrica requerida para el bombeo en el CSAF; kW.
Pec - potencia eléctrica requerida para realizar trabajo de compresión; kW.
Pt – función objetivo: sumatoria de las potencias Peb y Pec, kW.
Z - Indicador de eficiencia: valor mínimo de la función objetivo; kW.
g1, g2, g3 - intensidades de las relaciones de las variables de coordinación con MT, MC y MH.
g4, g5, g6 - intensidades de las relaciones de los datos de entrada, las variables de coordinación,
intermedias y de decisión del sistema con CT, CC y CH.
Xe - variables que caracterizan el edificio y que definen la estructura de los modelos MT y MH.
Xcl - variables que caracterizan el clima y que definen la estructura de los modelos MT y MC.
XSCCAH - variables que caracterizan la estructura y parámetros generales del SCCAH.
XCSAF - variables que caracterizan la estructura y parámetros generales del CSAF.
Rn - tipo de refrigerante que utiliza el equipo enfriador.
Tev - temperatura de entrada del refrigerante en el evaporador; K.
Tcd - temperatura de entrada del refrigerante al condensador; K.
Tamb - temperatura ambiente; K.
h - hora del día.
d - día del año.
CTmax - carga térmica de enfriamiento máxima; kW.
Te = t8 - temperatura de envío del agua fría hacia el edificio; K.
Tr - temperatura de retorno del agua fría desde el edificio; K.
H - altura de carga de sistema hidráulico; m.
Q - caudal a la salida de la bomba; m3/s.
(a) - 1,…,365
(c) - 1,…, MVCR; adimensional.
(d) - 1,…,24
46
�CAPÍTULO 2
Las relaciones entre las expresiones matemáticas que integran la función objetivo se presentan en
la Figura 2.3. En ella se destacan dos elementos: la dependencia de la potencia de la bomba con
respecto a los resultados de los modelos térmicos e hidráulicos, así como la dependencia de la
potencia del compresor con respecto a los modelos térmicos, hidráulicos y de compresión.
Figura 2.3. Secuencia e iteraciones de las expresiones que permiten definir la función objetivo.
El Indicador de Eficiencia (IE), se determina al minimizar el valor de Pt para cada variante de
red hidráulica y régimen de operación del compresor como consecuencia de la ocupación factible
seleccionada donde:
Z = min( Pt )
(2.16)
Del criterio anterior se infiere la necesidad de definir todas las ocupaciones de los locales con
compromisos aceptables respecto al IE. Obtenidas las mejores soluciones, quedan definidos los
valores de las variables de decisión que garantizan cada resultado particular. Se decide entonces
cual variante satisface los criterios de preferencia asegurando un régimen racional de consumo.
2.2.2 Modelación matemática de la carga térmica de enfriamiento
Los pasos para la modelación y el cálculo de las cargas térmica son los siguientes:
1. Captura y sistematización de datos climatológicos de la región.
2. Selección de la zona que será objeto de evaluación del comportamiento térmico.
3. Captura y análisis de la información del edificio y exploración de condiciones ambientales.
4. Determinación (mediante un simulador) de la carga térmica de enfriamiento para cada
habitación en un año promedio. Estos resultados, que consideran las características de
47
�CAPÍTULO 2
ocupación horaria, establecen para cada habitación relaciones funcionales entre la carga
térmica y las variables temporales día y hora, pero no se relaciona explícitamente la
temperatura ambiente con el valor de carga térmica.
5. Modelación de la carga térmica de enfriamiento de cada habitación en función del día del
año, la hora del día y la temperatura ambiente, mediante un modelo RNA obtenido a partir
de: los resultados de la simulación del punto 4, las temperaturas ambiente del año y la hora
del día en que se realizaron las mediciones.
6. Integración de modelos de carga térmica de enfriamiento a la modelación hidráulica.
Cada proyecto de climatización debería realizar un estudio de las condiciones climatológicas
para un año característico del lugar donde se va a situar la edificación. Lo que aún se hace es
tomar los datos de las condiciones de diseño existentes en la literatura, lo cual implica referirse a
las condiciones de temperatura ambiente y humedad relativa para el día más caliente del año y
las condiciones predominantes del viento [27, 66, 92, 150].
Informaciones necesarias para la evaluación energética de las edificaciones resultan las
coordenadas polares de la localidad, las cuales aseguran datos climatológicos más precisos
contribuyendo además a la mejor definición de los parámetros solares. Los parámetros solares
definen las ganancias de calor principales a través de las estructuras y facilitan las decisiones al
seleccionar los materiales y estrategias constructivas para una adecuada bioclimática.
En la selección de la zona pueden estar incluidas las distintas formas constructivas. Las formas
constructivas típicas de los hoteles cubanos son bungalows, edificios y su combinación. Esto
implica que la red hidráulica, puede presentarse con distintas topologías. La tendencia actual es
utilizar materiales que disminuyan los gastos de inversión pero que tengan propiedades acordes
con los requerimientos energéticos. Los datos del edificio pueden obtenerse mediante el análisis
del expediente de la obra (revisión de los planos y documentos) o mediciones en el terreno.
Los pasos 1, 2 y 3 hasta ahora descriptos permiten conformar un conjunto de datos de gran
importancia para la determinación de la carga térmica de enfriamiento para un año promedio.
48
�CAPÍTULO 2
En el Anexo 6 aparecen las informaciones generales de las herramientas con que cuenta el
simulador térmico de edificios de la UABC [65] y otros datos relevantes. La metodología
empleada se utiliza hasta el proceso que integra las cargas de enfriamiento de los niveles
analizados y la demanda total del edificio. Para obtener los resultados de las cargas térmica
interactúan las diferentes hojas de cálculo sustentadas en la metodología ASHRAE.
La formalización de la carga de enfriamiento de cada habitación se realiza a través del empleo de
las RNA. Esto permite predecir comportamientos, sistematizando las particularidades térmicas
del edificio partiendo de las variables climatológicas más incidentes [19, 25, 70, 71].
Se obtiene para cada habitación i=1,…,n una tabla de valores (dj; hj; CTEij) donde j=1,…,8760
(ya que d=1,…,365 y h=1,…,24). En este caso d son los días del año base, h las horas del día y
CTE la carga térmica de enfriamiento. El simulador calcula cada CTEij teniendo en cuenta los
parámetros de la habitación i y la climatología del día dj y de la hora hj. Es obvio que para otros
años varíen en alguna medida las mediciones climatológicas, por lo cual se necesita un modelo
formal y explícito que permita calcular la CTE para cada habitación i en función del día, la hora
y la climatología. La temperatura ambiente es pronosticada por el Instituto de Meteorología, lo
cual la convierte en un instrumento útil para pronosticar la CTE de cada habitación en los
próximos días. Para ello se hace necesario obtener para cada habitación una expresión de la
forma CTE = y (d, h, tamb). Esta función (y) se propone como un modelo basado en RNA.
Para identificar los modelos se realizaron los pasos siguientes: adquisición y procesamiento de
datos, diseño de la red neuronal, implementación de la red, simulación y validación [151].
Teniendo en cuenta los elementos del aprendizaje automático [152], se elaboró una aplicación en
el software Matlab R2008b [153] que realiza las operaciones para obtener los modelos (ver
RNA24hFinal, Anexo 7). Las estructuras de las RNA se obtienen de un proceso complejo de
aprendizaje que incluye: la selección de diferentes porcentajes de los datos mediante un cambio
progresivo del tamaño de la muestra, el cambio de las funciones de transferencia de las capas de
neurona inicial e intermedia, el cambio de la función de aprendizaje, y el incremento progresivo
49
�CAPÍTULO 2
de la cantidad de neuronas en la capa intermedia. Todos estos pasos se repiten para cada modelo
a obtener, según la cantidad de habitaciones que participen en el análisis y la cantidad de
entrenamientos que se decida utilizar, inicializándose siempre los pesos para cada variante.
Al terminar la aplicación se han realizado: todos los entrenamientos, simulaciones, cálculo de los
errores de los modelos y los cálculos de los coeficientes de correlación (R) entre los datos reales
y los predichos por la RNA. La selección del mejor modelo se basa en agrupar en un criterio a R
y la cantidad de neuronas en la capa intermedia. El mejor modelo será el de mayor R y menor
cantidad de neuronas en la capa intermedia. La expresión general puede expresarse como [153]:
Y
f 3 ( LW3,2 f 2 ( LW2,1 f 1 ( IW1,1 p + b1 ) + b 2 ) + b3
(2.17)
Donde:
Y - salida de la RNA.
f 1 , f 2 , f 3 - funciones de transferencia de las diferentes capas de neuronas.
IW1,1 , LW2,1 , LW3.2 - pesos de las diferentes capas de neuronas.
b1 , b 2 , b 3 - polarizaciones de las diferentes capas de neuronas.
Una vez conocidas las cargas térmicas de enfriamiento parciales para el año base, la forma más
adecuada de insertar estos datos a la modelación hidráulica es comprobar que el caudal de agua
que circule por cada unidad terminal esté en correspondencia con la cantidad de calor a extraer.
2.2.3 Modelación matemática de la red hidráulica para el cálculo de la potencia de bombeo
La modelación hidráulica facilita la determinación de la presión mínima que requiere el sistema
y el caudal correspondiente para cumplir con los requisitos de las unidades terminales. Uno de
los procesos que garantiza físicamente estos caudales es el equilibrado de la red hidráulica. La
modelación permite verificar si se cumplen los requisitos del sistema sin la necesidad de
repetidos experimentos invasivos, los cuales son muy difíciles y costosos de realizar en la
práctica. A continuación se exponen los pasos de la modelación hidráulica de los CSAF:
1. Caracterización del agua mediante sus propiedades físicas adaptadas al proceso.
2. Obtener los datos de la red de distribución y sistematizar su configuración.
3. Modelación matemática de la bomba.
50
�CAPÍTULO 2
4. Modelación matemática de las pérdidas de las unidades terminales de cada local.
5. Sistematización de las características de los componentes para el equilibrado hidráulico.
6. Trazado espacial de la red de distribución y sus componentes.
7. Asignación de los caudales necesarios a cada unidad terminal para extraer el calor.
8. Obtener el modelo matemático de la red hidráulica que responda favorablemente a los
cambios operacionales posibles del CSAF, definiendo los valores de caudal y presión para el
cálculo de la potencia eléctrica requerida por la bomba.
Los SCCAH envían el agua del evaporador hacia la succión de las bombas del CSAF, a la
temperatura prefijada en la consigna de la enfriadora. El valor sugerido por los fabricantes y las
firmas especializadas es de 7 ± 0,3 oC [45, 46, 139]. No obstante, la configuración general de
los sistemas en los que se emplean los CSAF a flujo variable, poseen un colector común en el
que confluye el agua que no se envía a las unidades terminales debido a las cargas parciales y el
agua que retorna del intercambio térmico del edificio. La Figura 1 del Anexo 8 permite
comprender esta configuración, y la Tabla 1 las propiedades termo-físicas del agua.
La configuración de la red hidráulica para un CSAF a flujo variable está caracterizada por ser
una red mallada, con sistema de tuberías de retorno directo (ver Figura 2, Anexo 2). La tendencia
actual es utilizar tuberías de PVC garantizando menores pérdidas de carga.
Por su parte el accionamiento electromecánico está compuesto por el convertidor eléctrico,
motor y transmisión mecánica acoplada a la máquina receptora [154]. En los CSAF estos
elementos se traducen en: variador de velocidad, motor asincrónico de inducción, y un
acoplamiento directo con una bomba centrífuga. La carga está constituida por una compleja red
hidráulica, con tuberías, accesorios, válvulas para el equilibrado y unidades terminales.
En el caso del motor, recibe la potencia eléctrica modulada en tensión y frecuencia por un VV,
entregando a su vez una potencia mecánica de rotación a la bomba centrífuga. El procedimiento
determina la potencia eléctrica necesaria en el bombeo para cada variante de ocupación,
consecuencia de evaluar en la expresión 2.18 [83-85], el caudal total y la altura requerida por el
51
�CAPÍTULO 2
sistema hidráulico para garantizar el confort en cada variante de ocupación.
Peb =
ρ gHQ
; kW
1000ηbη m
(2.18)
En la expresión anterior: ρ es la densidad del agua (kg/m3); g aceleración de la gravedad (m/s2);
H es la altura de carga requerida en el CSAF (m), Q el caudal de agua requerido en el CSAF
(m3/s); ηb y ηm los rendimientos de la bomba y del motor respectivamente (adimensional). Ahora,
mediante las leyes de proporcionalidad se puede determinar la velocidad de rotación requerida en
la bomba centrífuga.
Los fabricantes de unidades terminales brindan en sus catálogos la relación entre el flujo de agua
y las pérdidas de carga entre otras características (ver Anexo 3). La modelación de la red
hidráulica se realiza a partir de los caudales que requieren las unidades terminales utilizadas.
Cada componente que interviene en el equilibrado hidráulico (válvulas de: equilibrado, control,
compensación y controladoras de presión) realiza funciones específicas de acuerdo con su
posición en la red. La propiedad más importante de estas válvulas es la capacidad de variar la
pérdida de carga para lograr los caudales y presiones necesarias. Las válvulas más utilizadas son
las de equilibrado y se caracterizan por una expresión que relaciona el coeficiente de variación
de flujo Kv, el caudal (Qve) en l/h y las pérdidas de carga (∆p) en kPa [87].
Kv =
0, 01 ⋅ Qve
∆p
(2.19)
En las Figuras 3, 4 y 5 del Anexo 4 se aprecian los resultados de los modelos que se obtuvieron
para los tres tipos de válvulas de equilibrado del caso de estudio, los cuales relacionan el Kv con
el número de vueltas. Con Kv, se determina las pérdidas de carga para un determinado caudal.
En esta investigación, para el cálculo hidráulico se seleccionó el Método del Gradiente en base a
sus bondades algorítmicas y asumiendo: la correcta utilización de las dimensiones de la red
vistas a través de sus tramos, las alturas de los nodos, el correcto ensamblaje de las matrices que
definen la topología de la red, la utilización precisa del modelo de la bomba y considerando,
además, que en el nodo de retorno (donde concluye la red y coincide con la posición donde se
52
�CAPÍTULO 2
encuentra la válvula de compensación) se tiene un caudal equivalente a la suma de los caudales
necesarios en cada unidad terminal en uso.
Nótese que el caudal que circule por el CSAF, también constituye información básica para el
cálculo de parámetros del trabajo por compresión junto con la información de la carga térmica.
El flujo de agua necesario en las unidades terminales, ya sea para cargas máximas o parciales, se
puede calcular utilizando la expresión del calor [61, 62, 155], pero no debe olvidarse que estos
flujos también dependen de la topología de la red hidráulica.
La circulación del caudal está relacionada con la energía que el accionamiento electromecánico
de la bomba le entregue al fluido. Para controlar este accionamiento, al VV se le asigna un valor
de consigna de la presión a mantener en cierta zona del CSAF, que inicialmente corresponde al
valor sugerido durante el diseño (en función de los flujos esperados en cada habitación del hotel),
y este valor de consigna puede ser ajustado en cualquier momento. El valor de la presión se
garantiza con el correspondiente valor de la velocidad del accionamiento y el proceso de ajuste
se realiza mediante un algoritmo de control PI incorporado [42, 97].
A partir de las variables y las interrelaciones que se establecen en el algoritmo de la Figura 2.4,
se puede encontrar para una ocupación dada, la velocidad mínima de la bomba que garantice que
los caudales sean suficientes para que el CSAF funcione adecuadamente.
Conocidos para la bomba: Vn (velocidad de rotación nominal); Qn (caudal nominal); y Hn (altura
de carga nominal). Sean, además, las variables: Vi (velocidad de rotación mínima; Vi0 es la
velocidad de rotación mínima inicial que en este caso se toma positivo y se corresponde con la
menor potencia permisible en el motor para evitar su saturación); Va (velocidad de rotación
máxima; Va0 es la velocidad de rotación máxima inicial que en este caso se toma igual a Vn); e
(condición de parada del algoritmo, positiva y cercana a cero); Qa y Qi (valores mínimos de los
caudales calculados respectivamente para Va y Vi); Ha y Hi (valores mínimos de las presiones
calculadas respectivamente para Va y Vi); δQ (cota para el módulo de la diferencia máxima entre
los caudales requeridos y calculados en las unidades terminales); QUTE (caudal requerido en una
53
�CAPÍTULO 2
unidad terminal); y QUTR (caudal real en una unidad terminal). Además se considera la ecuación
que relaciona caudal y presión de la bomba H = -A·Q2 + C donde sus coeficientes A y C son
funciones de la velocidad de rotación de la bomba. También se tienen restricciones especiales
con respecto a la presión mínima en las unidades terminales y en el nodo crítico (donde el fluido
vence la altura geométrica máxima en su retorno).
Figura 2.4. Algoritmo para determinar la velocidad de operación de la bomba del CSAF.
Puesto que, para cada ocupación particular del hotel, el sistema hidráulico adquiere una
determinada topología, una tendencia actual consiste en calcular en cada caso un nuevo valor de
consigna de la presión. Entonces resulta esencial encontrar para cada ocupación una velocidad
tal, que garantizando los flujos necesarios para cada ocupación, se minimice la potencia eléctrica.
Al minimizar la velocidad, también se minimiza el consumo energético por bombeo.
2.2.4 Modelación matemática para el cálculo de la potencia eléctrica del trabajo de
compresión en la unidad enfriadora
54
�CAPÍTULO 2
La pretensión de esta modelación es evaluar en el ciclo de refrigeración de una etapa, los efectos
en los requerimientos de potencia eléctrica que representan las diferentes combinaciones de
ocupación de los locales. A pesar de existir expresiones determinísticas para el cálculo de trabajo
de compresión, estas no tienen como finalidad predecir el desempeño real de los compresores,
sino mostrar las relaciones entre las variables importantes [47, 62]. Por otra parte, los fabricantes
proporcionan los datos de funcionamiento de los equipos de refrigeración en forma de gráficos o
tablas que recogen la capacidad y la potencia en correspondencia con las temperaturas de
evaporización y condensación (ver figura 1, Anexo 9). Como los gráficos de potencia no siempre
están disponibles y el ciclo teórico puede modificarse para que se parezca bastante a los sistemas
reales [47, 62], entonces se plantean los pasos siguientes que permiten determinar la potencia del
compresor para un ciclo de refrigeración de una etapa insertado en un SCCAH:
1. Determinación de las entalpías del gas refrigerante en el ciclo de compresión.
La temperatura de condensación debe ser de 5 a 12 oC superior a la del fluido que absorbe el
calor que entrega el refrigerante en el condensador. Para los condensadores enfriadores por
agua se elige de 5 a 6 oC y para los enfriados por aire de 8 a 12 oC [92]. La temperatura del
medio de enfriamiento utilizado en la presente investigación corresponde a la temperatura
ambiente para las condiciones climatológicas de la localidad, y la temperatura de
condensación 8 oC superior a la temperatura ambiente. La temperatura de evaporización se
elige en aproximadamente 5 oC inferior a la temperatura de salida de agua de la enfriadora.
A partir de las temperaturas de condensación y de evaporización y con la ayuda del diagrama
de presión-entalpía del gas refrigerante (ver Figura 2, Anexo 9) o mediante tablas, se buscan
las presiones de trabajo y las entalpías del ciclo que se presentan en la Figura 2.5.
h6 - entalpía de vapor saturado a la entrada del compresor; kJ/kg.
h2 - entalpía teórica del vapor sobrecalentado a la salida del compresor; kJ/kg.
h5 - entalpía del líquido saturado; kJ/kg.
h4 - entalpía de la mezcla saturada a la entrada del evaporador; kJ/kg.
55
�CAPÍTULO 2
Figura 2.5. Esquema funcional simplificado de un SCCAH.
2. Determinación del trabajo isentrópico.
WRe al= h2 ´−h6
=
h2 ´
(2.20)
( h2 − h6 ) + h
ηs
6
(2.21)
En estas expresiones: WReal es el trabajo real de compresión (kJ/kg), h2′ la entalpía real del gas
refrigerante a la descarga del compresor (kJ/kg) y ηs el rendimiento isentrópico
(adimensional).
3. Determinación del flujo másico necesario del refrigerante.
N=
mR ⋅ Wreal
C
mR =
(2.22)
mCPAF ( h7 − h8 )
( h6 − h5 )
(2.23)
QR ⋅ θ
( h7 − h8 )
(2.24)
mCPAF =
Donde:
Nc = Pec - potencia eléctrica requerida por el compresor; kW.
QR - carga térmica máxima a extraer del edificio; kW.
mR - flujo másico de refrigerante; kg/s.
mCPAF - flujo másico del agua por el evaporador (constante); kg/s.
56
�CAPÍTULO 2
h5 - entalpía del refrigerante (R22) a la entrada del evaporador; kJ/kg.
h7, h8 - entalpía del agua a la entrada y salida del evaporador respectivamente (kJ/kg). En este
caso h8 depende de la temperatura de salida del agua en la enfriadora.
θ - factor de diversidad; adimensional.
La determinación del flujo de agua al evaporador, se realiza en función de la carga térmica de
enfriamiento máxima a vencer para todos las habitaciones ocupadas, afectada por el factor de
diversidad, que en la literatura consultada [21] se toma como 0,85.
4. Balance de masa y energía en el punto de mezcla en el colector del SCCAH.
En la Figura 2.6 el punto de mezcla en un SCCAH es donde confluyen el agua de retorno del
CSAF y el flujo de agua que se bifurca en el colector común, debido a las cargas parciales.
Figura 2.6. SCCAH simplificado: balance de masa y energía en el punto de mezcla.
La cantidad de estos dos fluidos y su temperatura determinan la temperatura del agua de
entrada al evaporador. De esta temperatura depende la entalpía h7 y para determinar su valor,
se hace necesario realizar un balance de masa y energía en el punto de mezcla
A partir del análisis de la Figura 2.6 se obtiene la siguiente expresión de balance.
mr Cptr + mc Cptc =
mCPAF Cpt7
(2.25)
Donde:
mr - flujo másico de agua que retorna en correspondencia con la carga parcial; kg/s.
mc - flujo másico del agua a través del colector común; kg/s.
tr - temperatura de retorno del agua; K.
57
�CAPÍTULO 2
tc - temperatura del agua a través del colector, se considera igual a la temperatura del agua a la
salida de la enfriadora; K.
t7 - temperatura de entrada del agua al evaporador; K.
Cp - calor específico del agua (kJ/kg.K).
Como mc = mCPAF - mr al sustituir mc en (2.26) se tiene que:
mr ⋅ Cptr + (mCPAF − mr ) ⋅ Cptc= mCPAF ⋅ Cpt7
(2.26)
Para determinar el valor de tr es necesario determinar mr a partir de las respuestas de la
modelación hidráulica. En correspondencia, tr se determinará por el valor medio ponderado de
todas las temperaturas de salida de cada unidad terminal en funcionamiento.
5. Determinación de la temperatura y la entalpía del agua en la entrada del evaporador.
Al considerar el valor de Cp constante debido a la pequeña variación en el intervalo de
temperaturas que se manifiestan en el proceso, se tiene que la temperatura del agua en la
entrada de la enfriadora se determina por:
=
t7
mr
mr
⋅ t r + tc −
⋅ tc
mCPAF
mCPAF
(2.27)
6. A partir del valor de t7 se puede determinar la entalpía del agua (h7) en estas condiciones.
Teniendo en cuenta las diferentes consideraciones y expresiones anteriores, la potencia eléctrica
requerida para el trabajo de compresión se determina mediante la expresión 2.28.
=
Pec
mCPAF (h7 − h8 ) '
⋅ h2 − h6 ; kW
(h6 − h5 )
(2.28)
Si se toman temperaturas de salidas diferentes a las requeridas por las cargas térmicas parciales
de las habitaciones ocupadas, entonces: o se incumplen los parámetros de confort, o se
incrementa innecesariamente la demanda de potencia eléctrica; generalmente el problema
tecnológico más común es: encontrar la temperatura de salida que mantenga el confort con el
menor gasto de energía. Es práctica usual que el control de la temperatura de salida del agua de
la enfriadora se realice bajo criterios incorporados por los fabricantes; las variantes más comunes
58
�CAPÍTULO 2
toman como referencia la temperatura de salida o la temperatura de entrada.
La ASHRAE reconoce la existencia de 18 modelos entre estadísticos y dinámicos, que en
algunos casos sugieren el cambio de la temperatura de envío, los cuales emplean desde métodos
estadísticos hasta la inteligencia artificial para su solución [156]. Sin embargo, el uso de la
ocupación como variable no ha sido abordado de forma exhaustiva, máxime por su significado
en los actuales SCCAH a flujo variable.
El incremento de la temperatura de salida del agua de la enfriadora incrementa su eficiencia. En
los sistemas a flujo constante, resulta una regla básica mantener esta temperatura tan alta como
sea posible. Sin embargo, en los sistemas a flujo variable, no siempre es el método más eficiente
de operación. La razón está dada en que el incremento de la temperatura del agua, requiere de
más agua y energía eléctrica para satisfacer la carga de enfriamiento [67].
Para las condiciones de operación de los SCCAH en Cuba, Monteagudo en el 2005 propuso una
vía para elevar la temperatura de salida del agua de la enfriadora considerando las variables
climatológicas, demostrando que para similares ocupaciones esta variable puede asumir valores
energéticamente racionales [37]. Por otra parte, Montelier en el 2008 de forma similar y
partiendo de un modelo de consumo de energía eléctrica de la enfriadora optimiza mediante
algoritmo genético esta temperatura de salida [19].
El nuevo enfoque que aquí se presenta sugiere la integración de los componentes térmicos e
hidráulicos de los CSAF y permite proponer valores adecuados de temperatura de envío
atendiendo a los valores de la principal variable considerada en esta investigación: la ocupación.
Los sistemas de enfriamiento de las habitaciones son todos semejantes y la eficacia de su
funcionamiento depende del flujo constante de agua que le llega con cierta temperatura t8
(temperatura de salida del enfriador), que para la carga térmica de enfriamiento de la habitación
facilita llevar la temperatura en esta hasta el valor de confort.
Basado en las consideraciones que se tuvieron en cuenta durante la modelación térmica de las
habitaciones, puede asumirse que mantener el confort en las habitaciones ocupadas es
59
�CAPÍTULO 2
equivalente a mantener un valor constante de la temperatura de la habitación (24 oC). Durante el
diseño del CSAF se fijan los valores nominales de t8 y de tr como valores estándares que, debido
a la variabilidad de las cargas térmicas, conducen a situaciones de uso irracional de la energía en
el enfriador o a situaciones de falta de confort en las habitaciones.
Siendo variable (en cada habitación y en el tiempo) la carga térmica de enfriamiento, entonces en
esta modelación, pueden considerarse variables o constantes, la temperatura de salida de la
enfriadora t8 (entrada a las habitaciones) y la temperatura de retorno de las habitaciones tr.
A cada habitación i (unidad terminal) entra un caudal de agua a la temperatura t8 y sale a una
temperatura ti. La temperatura ti depende del caudal de agua que circula en la unidad terminal, de
la carga térmica de la habitación (CTEi) y del calor específico del agua a estas temperaturas
Cp(t). Estas magnitudes se pueden relacionar a través de la expresión del calor [155, 157, 158],
ti
=
CTEi m=
ρ QUTi
i ∫ Cp (t ) dt
t8
t8
ti
∫ Cp (t )dt − ∫ Cp (t )dt
0
0
(2.29)
donde mi es el flujo másico, ρ es la densidad del agua y Quti es el flujo volumétrico de agua en la
unidad terminal (determinado en el cálculo hidráulico) . El valor de tr se puede calcular como:
HDO HDO
tr = ∑ miti / ∑ mi
i =1
i =1
(2.30)
Entonces el valor de t7 se puede calcular mediante la expresión 2.27.
Debido a que la temperatura de confort en las habitaciones es de 24 oC y ésta se alcanza cuando ti
sea constante e igual a 12 oC, entonces de lo que se trata es de encontrar un valor racional de t8
para cada ocupación tal que se garantice que los valores de todos los ti estén cercanos y por
encima de 12 oC. Para encontrar el valor racional de t8 debe utilizarse la expresión:
t7
CTEHDO = mHDO ∫ Cp (t )dt
(2.31)
t8
Donde mHDO es el flujo másico para la ocupación y CTEHDO es su carga térmica.
El valor de CTEHDO puede asumirse a partir de diferentes criterios. Uno de ellos es tomarlo como
60
�CAPÍTULO 2
el valor medio de todos los valores de carga térmica en las habitaciones durante todo el tiempo
que se analice, pero si es acentuada la variabilidad de estas cargas térmicas entonces algunas
habitaciones pueden llegar a tener temperaturas significativamente diferentes a las de confort. La
variante que se propone es tomar a CTEHDO como la suma de este promedio más tres veces la
desviación estándar correspondiente; en esta variante el consumo de energía en la enfriadora
toma valores medios racionales y al mismo tiempo es de un 99 % la probabilidad de que el CTE
de cualquier habitación esté por debajo.
Otra posible solución es tomar CTEHDO como el valor máximo de las cargas térmicas de manera
que t8 será la menor de todas las que se necesitan. En este caso algunas habitaciones llegarán a
tener temperaturas menores a las de confort (cuestión que puede regularse con el control de la
habitación) y no se controla el consumo de energía en la enfriadora.
2.2.5 Algoritmo resumen para el cálculo de la función objetivo
Una vez descritos los elementos del análisis externo y el análisis interno de la tarea de ingeniería,
y específicamente los elementos de la modelación matemática, se llega a la definición en detalles
de la función objetivo, la cual resulta de la suma de las expresiones 2.18 y 2.28
Pt
=
m
(h − h )
ρ gHQ
+ CPAF 7 8 ⋅ (h '2 − h6 ) ; kW
1000ηbη m
(h6 − h5 )
(2.32)
La Figura 2.7 muestra el algoritmo que integra los cálculos de las variables del sistema a la
función objetivo. En la estrategia general de modelado, se determinan los caudales de agua en las
unidades terminales, y a partir de los valores de las cargas térmicas de enfriamiento de cada
local, determinados por los modelos en RNA, se calcula los cambios de temperatura del agua. De
los resultados de la carga térmica se pueden utilizar sus diferentes variantes (valor nominal,
parcial, promedio del día o máxima para el año).
61
�CAPÍTULO 2
Figura 2.7. Algoritmo para obtener los resultados de las variables de la función objetivo.
Se evalúa en el modelo de la red hidráulica, el efecto de las distintas variantes de ocupación.
Para cada variante analizada se define la velocidad de rotación de la bomba que garantiza los
caudales en las unidades terminales con el menor requerimiento energético y el valor de presión
correspondiente. En cada corrida se obtienen las informaciones de las presiones en los nodos y
los caudales en los tramos mediante la vigilancia del cumplimiento de los parámetros hidráulicos
en unidades terminales, válvulas de equilibrado y en el nodo crítico del CSAF.
De forma paralela se determina mediante el ciclo de compresión del gas refrigerante, la potencia
necesaria en el compresor que permita extraer el calor absorbido por el agua, según los pasos
descritos en el epígrafe 2.2.4.
En el Anexo 4 aparecen los datos específicos de los elementos de equilibrado hidráulico para el
caso de estudio a emplear en la investigación; y en el Anexo 6 la descripción de la metodología y
los datos considerados para establecer la línea base de la modelación térmica del edificio.
2.3 Algoritmos para la organización de los procedimientos de cálculo
En esta investigación, la operación eficiente de los SCCAH se formula a partir de una estrategia
de ocupación de los locales. Esta estrategia es en principio una tarea de optimización
combinatoria ya que cada ocupación (de un conjunto finito de ocupaciones posibles) debe
evaluarse en la función objetivo para determinar cuál de ellas la minimiza. Si no es excesiva la
magnitud del total de combinaciones, entonces se aplican Algoritmos de Búsqueda Exhaustiva;
62
�CAPÍTULO 2
en caso contario deberá aplicarse otro método, eligiéndose los Algoritmos Evolutivos.
Las opciones de ocupación son representadas mediante una cadena de caracteres 1 y 0 que
significan la ocupación o no de la habitación. Las opciones pueden ordenarse en una lista, a cada
opción le corresponde biyectivamente un número natural que representa su posición en la lista.
2.3.1 Algoritmo del procedimiento para la optimización energética de la operación de los
sistemas de climatización centralizados todo-agua a flujo variable
En la Figura 2.8 se muestran los componentes del modelo matemático conceptual de preparación
y toma de decisiones, y se muestra una síntesis del procedimiento general de la operación
eficiente de los SCCAH con CSAF a flujo variable en hoteles, cuya estrategia de ocupación tiene
un fundamento general que puede considerarse de carácter combinatorio y evolutivo.
Para determinar el conjunto de variantes de ocupación, se hace necesario conocer cuáles son las
D habitaciones disponibles. Este conjunto constituye la base del universo combinatorio de
búsqueda para aplicar la Estrategia Ocupacional bajo Criterios Energéticos y para esto debe
conocerse la solicitud de ocupación HAO en la Recepción del hotel. Si la cantidad de HAO es
menor que D se calcula el valor de MVCR. Si HAO = D entonces la solución es única.
Figura 2.8. Procedimiento para la operación eficiente de los CSAF en SCCAH a flujo variable.
63
�CAPÍTULO 2
Por ejemplo, D = 10 y HAO = 4, se tiene que: MVCR =
D!
10!
= = 210
(D-HAO)! HAO! (10-4)!4!
En correspondencia con el valor de MVCR y la capacidad de cómputo disponible, se selecciona
el método de optimización a utilizar y éste es complementado con un proceso de toma de
decisiones que puede incluir criterios no formalizables en la determinación de la mejor
ocupación. Cuando la decisión de la ocupación depende solo de criterios formalizables el
resultado del IE converge hacia un óptimo global, en caso contrario el óptimo es local.
En la Figura 2.8 MCExh, es la máxima combinatoria exhaustiva; MCxEsc, máxima combinatoria
por escalón; THEsc, total de habitaciones por escalón y VME, la máxima cantidad de escalones.
La definición de estos valores, define el método de optimización a utilizar.
La estrategia computacional que se elabore debe tener en cuenta la laboriosidad de la búsqueda
de soluciones mediante códigos variables, por lo cual es recomendable almacenar resultados,
favoreciendo la disminución del tiempo de cálculo en caso de coincidencia de variantes de
ocupación. Una consecuencia positiva es que, además, se crean bases de datos y patrones de
conocimiento en cuanto a la operación del sistema, que son la base de los denominados sistemas
de Diagnóstico y Detección de Fallas [93, 159].
El análisis interno y el análisis externo permiten sustentar los siguientes pasos del procedimiento
para la optimización de la operación de los SCCAH con CSAF a flujo variable en hoteles:
1. Determinación de las cargas térmicas de enfriamiento de la edificación para un año
característico mediante simulación térmica.
2. Modelación de la carga térmica de enfriamiento de cada habitación y otros locales mediante
modelos predictivos basados en RNA.
3. Modelación de la red hidráulica del CSAF mediante el método del gradiente.
4. Establecimiento de las expresiones de cálculo del trabajo de compresión a partir de la
interacción entre los modelos térmicos e hidráulicos del sistema.
5. Generación de códigos variables que activen los componentes del modelo termo-hidráulico de
la climatización, de acuerdo a una determinada ocupación de las habitaciones del hotel.
64
�CAPÍTULO 2
6. Realizar la optimización combinatoria mediante los algoritmos de búsqueda: exhaustivo
simple, exhaustivo escalonado o algoritmo genético según la cantidad de variantes de
ocupación a analizar.
7. Proceso de toma de decisiones de la ocupación bajo criterios formalizables y no formalizables
sustentando la Estrategia de Ocupación bajo Criterios Energéticos.
8. Selección de la ocupación y ajuste de los valores de consigna de la presión en el CSAF y la
temperatura de salida del agua del equipo enfriador.
2.3.2 Algoritmo para la generación del código binario de una variante de ocupación de
habitaciones de un hotel si se conoce su número de orden
Sea W una ocupación de las T habitaciones del hotel, representada por una cadena de T
caracteres 0 y 1. De ellas se tienen HO ocupadas y HOP asignadas directamente a clientes
(representadas todas para el análisis ocupacional por 1) y D están disponibles (representadas por
0). Las HFS habitaciones que están fuera de servicio no son incluidas en este análisis.
Por ejemplo, sean T = 20, D = 10 y HAO = 4 y sin perder generalidad supóngase que W está
dado por la cadena de caracteres 11100101001101000110. Considérese la sub-cadena
O = W4W5W7W9W10W13W15W16W17W20 = 0000000000 y sea O1, O2,…, O210 la lista ordenada
de MVCR = 210 ocupaciones posibles de las HAO = 4 habitaciones solicitadas cuando se tienen
D = 10 disponibles. Cada opción de ocupación Oi puede interpretarse como un número binario
(base 2) cuya equivalencia en la base numérica 10 es un número entero Bi y esto garantiza la
existencia de una ordenación única de estas cadenas binarias y de las ocupaciones asociadas.
En el ejemplo que se ha descrito, las posibles ocupaciones son:
O1 = W4W5 W7W9 W10W13 W15W16 W17W20 = 0000001111, B1 = 15
O2 = W4W5 W7W9 W10W13 W15W16 W17W20 = 0000010111, B2 = 23
O3 = W4W5 W7W9 W10W13 W15W16 W17W20 = 0000011011, B3 = 27
O4 = W4W5 W7W9 W10W13 W15W16 W17W20 = 0000011101, B4 = 29
O5 = W4W5 W7W9 W10W13 W15W16 W17W20 = 0000011110, B5 = 30
…
O210 = W4W5 W7W9 W10W13 W15W16 W17W20 = 1111000000, B210 = 960
65
�CAPÍTULO 2
Nótese que algunas de estas combinaciones tienen secuencias consecutivas de todos sus 1. Estas
serán denominadas Secuencias Compactas. Entre ellas están: O1, O5 y O210. Insertando
correctamente cada variante seleccionada Oi en la cadena W se tendrá establecida la nueva
ocupación del hotel Wi que deberá ser evaluada desde el punto de vista energético.
El algoritmo para la generación de códigos binarios que representan la ocupación obtiene
eficientemente el código Oc correspondiente al número de orden c de la ocupación. En su primer
paso se establece el intervalo de búsqueda con el fin de aumentar la eficiencia del procedimiento.
Para ello se determina entre cuales Secuencias Compactas está la secuencia pedida; los órdenes
de estas secuencias se denominarán S1 y S2. A continuación se determina si el orden de la
secuencia buscada está más cerca de S1 (búsqueda ascendente) o de S2 (búsqueda descendente) y,
entre los valores de B, el mejor valor de comienzo de la búsqueda en el próximo paso y a este, se
le denomina h. El seudocódigo correspondiente puede verse en el Anexo 10.
En el segundo paso, para h, h+1, h+2,… se determinan cuáles de las cadenas binarias
correspondientes tienen como suma de sus dígitos el valor HAO y de esta forma identificamos
cuáles de ellas representan la ocupación de HAO habitaciones de D disponibles. Enumerando a
partir de h estas cadenas, podemos encontrar para la cadena de orden c la cadena binaria
correspondiente. El seudocódigo correspondiente puede verse en el Anexo 11.
2.3.3 Optimización por el método exhaustivo simple
Como puede observarse en la Figura 2.10, la esencia de este método es evaluar la función
objetivo en todas las opciones y seleccionar aquella que la minimice. Una variante que enriquece
el método es guardar un conjunto de las mejores soluciones factibles para seleccionar entre ellas
aquella que sea la más compatible respecto a condiciones no formalizables.
En este algoritmo, las variables que caracterizan la ocupación que se seleccione como óptima
son: S (orden que ocupa en la lista) y Zmin como valor del IE para la ocupación de orden S.
El algoritmo se inicia asumiendo que los valores por defecto son S = 0 y Zmin = ∞. Se utiliza
como contador la variable i y para i = 1,2,…, MVCR se obtiene la ocupación Wi. Si esta
66
�CAPÍTULO 2
ocupación es factible, entonces es evaluada en la función objetivo obteniéndose los valores Z.
Ahora se compara Z con Zmin. Cuando el primero es menor que el segundo se asume que S=i y
Zmin = Z y además, la nueva solución es almacenada como población de mejores ocupaciones.
Después de probar todas las opciones posibles, mediante un sistema de toma de decisiones se
determina, entre las mejores soluciones almacenadas, aquella que es más compatible con los
criterios formalizables y no formalizables de la explotación hotelera.
Figura 2.10. Algoritmo para la optimización mediante el Método Exhaustivo Simple.
2.3.4 Optimización por el método exhaustivo escalonado
Si se asume que TT es el producto de MVCR por el tiempo unitario de cómputo necesario para
calcular Z para una variante de ocupación, y que TT es mayor que el tiempo disponible para
tomar una decisión en la Recepción del hotel, entonces se hace necesario cambiar la estrategia de
optimización. La Figura 2.11 representa el algoritmo para dar solución a esta problemática.
Conocido el valor total de HAOT = HAO de habitaciones a ocupar, la variante que se propone en
esta investigación consiste en aplicar varias veces el método exhaustivo simple explicado en el
epígrafe 2.3.3 tomando un nuevo HAO = P < HAOT, a este valor P se le denomina paso del
escalón y al método, Exhaustivo Escalonado (ver el algoritmo en la Figura 2.11).
Sea E = HAOT mod P. El número de veces que será aplicado el método exhaustivo simple es:
•
k = HAOT div P, si E = 0;
•
k = (HAOT div P) +1, si E ≠ 0. En este caso en el último escalón se toma HAO=E.
67
�CAPÍTULO 2
Por ejemplo: si HAOT = 25, D = 31 y P = 7 entonces MVCR resulta 736281, E = 4 y k = 3+1= 4.
Figura 2.11. Algoritmo para la optimización mediante el Método Exhaustivo Escalonado.
La aplicación del método exhaustivo escalonado genera soluciones óptimas, pero en principio
éstas son de menor calidad (en el sentido de la cercanía al óptimo absoluto) que las que se
obtienen aplicando el método exhaustivo simple. Esto se manifiesta más en tanto disminuya P,
por lo cual se recomienda que el paso sea tan grande como lo permita el valor de TT.
La selección del paso también puede estar asociada a criterios numéricos y a criterios no
formalizables basados en la experiencia de expertos. También debe considerarse que el
escalonamiento se asocie a variantes de preselección sobre grupos de habitaciones semejantes
(por ejemplo: vista al mar, piso de ubicación, cercanía dentro del sistema de climatización, etc.).
2.3.5 Optimización mediante computación evolutiva
La “Computación Evolutiva” se refiere a una familia de técnicas inspiradas en la simulación del
proceso de evolución natural [153, 160]. Hay varias formas de inicializar la Población y es
común hacerlo aleatoriamente. Las modificaciones de la población, se hacen generalmente
mediante: Selección, Mutación y Cruzamiento; los dos últimos procedimientos conducen a los
68
�CAPÍTULO 2
algoritmos genéticos. En la inicialización como en la modificación de la Población, solo se
admiten los individuos aptos o factibles que son aquellos que cumplen con las restricciones del
problema. Son varios los criterios de parada en los algoritmos evolutivos, sin embargo el
utilizado en el algoritmo genético seleccionado en la presente investigación, se basa en que los
mejores individuos no han sufrido cambios significativos en las últimas generaciones.
En la Figura 2.12 aparece el algoritmo evolutivo utilizado. En esta figura, cada Oi (i=1,…,
MVCR), variante de ocupación de las habitaciones disponibles en el hotel, es un individuo del
universo de población. La Población consta de TPI individuos, número definido particularmente
por el usuario para cada caso y que no debe ser mayor que MVCR. La selección aleatoria de
individuos aptos se hace tomando una cadena de longitud HAO, donde todos sus elementos son
1. Luego se incorporan D-HAO caracteres 0 en posiciones aleatorias.
Figura 2.12. Algoritmo para la optimización mediante algoritmo genético.
Las mejoras de la población se han programado en dos etapas. En la primera se realizan mejoras
sustituyendo el peor individuo de la población por un nuevo individuo, seleccionado
aleatoriamente, apto y de mejor resultado al evaluar la función objetivo; este procedimiento se
detiene cuando se realice cierto número prefijado de mejoras (ver Figura 1 del Anexo 12).
La segunda etapa consiste en tomar el 40 % de los mejores individuos de la Población (Po) y se
le realizan mutaciones aleatorias a cada uno de ellos. De la cadena de n caracteres que significa
69
�CAPÍTULO 2
cada individuo, se escogen aleatoriamente dos genes, si son diferentes se intercambian de
posición, esto se repite k veces, donde k es inferior a la mitad de la longitud de n. Luego se
realizan los cruzamientos entre dos cadenas padres S1 y S2, creándose un hijo h1 de tamaño n (ver
Figura 2 del Anexo 12). Los genes iguales de los padres se heredan y los diferentes quedan
vacíos; ahora son seleccionados aleatoriamente algunos de los espacios vacíos de h1,
completándolos con 1 hasta completar las HAO y el resto de los espacios se completan con 0.
Los “hijos” de mejores resultados, sustituyen a los peores individuos de la población.
CONCLUSIONES del capítulo:
1. El procedimiento que se presenta como estrategia de modelado, integra la modelación
térmica del edificio, la modelación hidráulica de la red, las expresiones para el cálculo del
trabajo de compresión y la generación de las variantes de ocupación de los locales.
2. El Indicador de eficiencia Z, expresa el mejor compromiso entre los requerimientos de
potencia eléctrica por bombeo y por trabajo en el compresor. La optimización del IE consiste
en minimizar los requerimientos de potencia eléctrica durante la operación de los CSAF
garantizando las condiciones energéticas racionales de explotación del SCCAH.
3. La modelación térmica se establece a partir modelos basados en RNA para cada local,
abarcando las condiciones de un año promedio y se adapta a la variabilidad de la
climatología local, definiéndose los caudales necesarios en las unidades terminales.
4. La modelación hidráulica, inserta de manera adecuada a la red a flujo variable en el SME,
calculando las pérdidas de energía, los caudales y la velocidad de rotación de la bomba con el
respectivo valor de presión, satisfaciendo las diferentes condiciones de ocupación.
5. La generación de variantes de HAO constituye el operador del sistema y debe ser estudiado
en función del universo de soluciones del MVCR que cumplan con las exigencias del SME.
De la cantidad de combinaciones dependerá el criterio de solución de la función objetivo.
6.
Se hace necesario concebir un sistema computacional que permita integrar la estrategia de
modelado para la operación de los SCCAH con CSAF a flujo variable, mediante lo cual se
indique el valor de la variable de decisión a través de una adecuada EOCE.
70
�CAPÍTULO 3
CAPÍTULO III. IMPLEMENTACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN
ENERGÉTICA PROPUESTO EN UN CASO DE ESTUDIO
En este capítulo se presentan los resultados de la implementación del procedimiento para la
optimización energética de la operación de los SCCAH con CSAF a flujo variable en
climatización centralizada de hoteles. Se ha seleccionado un edificio de tres plantas para la
modelación energética de manera que se puedan demostrar los algoritmos del procedimiento.
Los objetivos del presente capítulo son los siguientes:
-
Implementar una aplicación informática que facilite los cálculos debido a la complejidad del
trabajo manual con los modelos, mostrando la validación de sus algoritmos y su integración
en el procedimiento general.
-
Desarrollar la simulación termo-hidráulica para diferentes estados operacionales del caso de
estudio, mostrando los resultados del proceso de optimización y de la variable de decisión
que minimiza el Indicador de Eficiencia.
-
Realizar una valoración técnico-económica y medioambiental del empleo de EOCE en la
explotación hotelera, así como de las herramientas desarrolladas para establecer el
procedimiento operacional propuesto.
3.1 Presentación del circuito secundario de agua fría del caso de estudio
En el hotel Blau Costa Verde existen siete zonas, las cuales atiende el SCCAH. Se escoge la
zona 6, constituida por un edificio de tres plantas con un total de 59 habitaciones. En la Figura
3.1 se aprecian: una vista parcial del edificio, una habitación típica y la sala de máquinas donde
se encuentra la bomba de la zona escogida.
Las características nominales de la bomba de la zona 6 son: marca STERLING de la serie SIHI
032200B con 28 m3/h de caudal y una carga de 70 m. El motor asincrónico acoplado de forma
directa a la bomba es del modelo AM132 – SZA2, con una potencia nominal de 8,8 kW y
3490 rev/min. Al motor se encuentra acoplado un variador de velocidad ALTIVAR 31 [52].
71
�CAPÍTULO 3
Figura 3.1. Imágenes representativas del CSAF de la zona 6.
La red de tuberías es mallada de material PVC. En la Figura 3.2 se muestra una imagen parcial
de la red hidráulica y su representación simplificada con los nueve ramales principales. Para la
validación de procedimiento se escogen los ramales AC y CD con seis habitaciones cada uno.
Figura 3.2. Imagen parcial y esquema simplificado de la red hidráulica.
Dentro de los componentes de la red se resaltan, las unidades terminales (fan-coil) y las válvulas
de equilibrio (ver Anexos 3 y 4). En la red hidráulica escogida, solo se emplean válvulas de
equilibrado a la salida de los patinejos y una de compensación en el retorno de sistema.
Para mayores detalles, en el Anexo 13 se presentan más informaciones tales como: la
composición general del SCCAH del hotel; los planos de planta del edificio e imágenes del
interior de las habitaciones; informaciones constructivas; informaciones del catálogo de la
bomba y del variador de velocidad utilizado; datos de los tramos y nodos de la red hidráulica a
utilizar en la validación; e imágenes de las válvulas de equilibrio y de las unidades terminales.
Condiciones generales para la modelación
Para realizar una modelación se deben establecer determinadas fronteras o condiciones sobre las
cuales se realiza. En el caso de estudio estas condiciones se definen como:
-
La cantidad de habitaciones es finita y se consideran las condiciones climatológicas de la
región como elemento decisivo en las características térmicas de la edificación, a partir de
los datos de la estación climatológica más cercana y los parámetros solares de la localidad.
72
�CAPÍTULO 3
-
Como base se toman los datos de la CTE obtenidos con el simulador térmico de edificios de
la UABC, correspondientes a los valores horarios para un año promedio.
-
Se conocen las características técnicas de las unidades terminales (fan-coil), pero no se
conocen las efectividades térmicas de la convección forzada.
-
El análisis individual del CSAF es factible debido a la ausencia de iteración con el CPAF, ya
que se emplea un colector común entre ambos circuitos y un flujo constante en el CPAF.
-
Las condiciones iniciales de operación del CSAF son de presión constante y flujo variable,
cumpliéndose los requerimientos del fluido en cuanto a las diferentes trayectorias en la red.
-
La red hidráulica es mallada, con sistema de tuberías con retorno directo y unidades
terminales dispuestas verticalmente entre pisos y horizontalmente en el mismo piso
(conexiones en
paralelo). Las válvulas empleadas en las unidades terminales son
motorizadas, de dos vías y de operación on/off.
-
Se considera equilibrado el sistema hidráulico y se conocen las características técnicas de las
válvulas de equilibrado y de compensación.
-
Los cálculos del trabajo de compresión se establecen bajo la consideración de un ciclo de
una etapa y como refrigerante el R22.
-
No se consideran significativas las ganancias de calor en las tuberías debido al bajo
coeficiente de conductividad térmica del PVC y el buen estado técnico del aislamiento.
-
El control de temperatura de las habitaciones se realiza entorno al valor normado de 24 oC
en condiciones normales de ganancias de calor sensible y latente.
3.2 Implementación de los algoritmos del procedimiento
Para lograr la integración entre el análisis externo de la operación de los SCCAH con CSAF a
flujo variable, el análisis interno para la modelación matemática, y la simulación del objeto de
estudio se elaboró una aplicación informática. La aplicación, denominada “OcupaHotel MTH”,
fue programada por miembros del CEETAM mediante el desarrollador Delphi versión 7.0 [161].
La aplicación está compuesta por tres ventanas principales que permiten, dada una ocupación y
condiciones ambientales determinadas, realizar los cálculos correspondientes a: la modelación y
73
�CAPÍTULO 3
simulación hidráulica; la modelación y simulación térmica del edificio; y la determinación de las
mejores variantes de ocupación, usando los métodos de optimización descritos en el capítulo 2.
La aplicación permite sugerir a los explotadores de las instalaciones hoteleras una EOCE que se
actualiza sistemáticamente de acuerdo con las restricciones de la operatividad. Se define en cada
caso particular, la ocupación, el valor de la presión mínima de trabajo del CSAF y la temperatura
más racional de salida del agua de las enfriadoras.
3.2.1 Descripción de la aplicación informática
La modelación hidráulica tiene como objetivo principal el cálculo de la potencia eléctrica
requerida para el bombeo (ver expresión 2.18), y sustenta sus cálculos en el Método del
Gradiente. Para este modelo, la aplicación presenta cuatro ventanas fundamentales con las cuales
se logra: la identificación de los nodos y tramos; la elaboración de la matriz de conectividad de
los nodos, definiéndose la topología de la red; la introducción de los datos de los tramos y nodos
(incluye las pérdidas locales de las unidades terminales, las válvulas de equilibrio, la presión en
los nodos conocidos, y el caudal de suministro); y la obtención de la presión del sistema a partir
de la solución del algoritmo para determinar la velocidad de rotación mínima de la bomba que se
presenta en el epígrafe 2.2.3.
Para lograr operatividad, es posible actualizar en cualquier momento los datos de todas las tablas
que contienen información de la red. Es necesario definir también: el paso para la búsqueda de la
velocidad de rotación de la bomba a partir de las velocidades mínima (valor que asegura la
potencia mínima requerida en la bomba y que evita la saturación en el motor) y máxima
iniciales; la cota del error para el cumplimiento de la presión en el nodo del punto crítico y en los
nodos de las unidades terminal en comparación con el menor valor positivo posible; la cota de
error para el cumplimiento de los caudales en los tramos; la viscosidad cinemática (según la
temperatura promedio del agua); y el tamaño de la rugosidad de las tuberías.
Para identificar los tramos en los que se desean determinados caudales, en correspondencia con
los requerimientos térmicos (especialmente en las unidades terminales), se marcan con el
74
�CAPÍTULO 3
identificador X para que el programa identifique estas referencias. Se obtienen los coeficientes
de la ecuación de la bomba a partir de la introducción de los datos nominales u otros datos en
correspondencia con una respuesta de la red. Adicionalmente se pueden cargar informaciones de
otras redes hidráulicas predeterminadas, así como el gráfico de la curva de la bomba. En la
Figura 1 del Anexo 14 se aprecia la ventana principal de modelación hidráulica descrita.
La modelación térmica tiene como objetivo principal el cálculo de la potencia eléctrica
requerida para el trabajo de compresión (ver expresión 2.28). Esta modelación facilita diferentes
análisis relacionados con las individualidades de las cargas térmicas de las habitaciones, la
obtención de las respuestas térmicas de todo el edificio para una determinada ocupación y
condiciones ambientales. Entre otras opciones, se puede determinar cuál es la temperatura de
salida del agua de la enfriadora de modo que el sistema funcione más racionalmente.
A partir de la selección de una hora y un día del año se obtiene desde una base de datos el valor
de temperatura ambiente correspondiente, pero estos datos pueden ser incorporados desde
fuentes predictivas como el Departamento de Pronósticos del Instituto de Meteorología o pueden
ser el resultado de una medición directa. Estos datos son utilizados para determinar la carga
térmica de enfriamiento a partir del modelo basado en RNA de la habitación seleccionada.
Para el cálculo de la temperatura de salida del agua de la unidad terminal pueden considerarse:
los valores promedios de la simulación térmica, los valores máximos, o el resultado de la carga
térmica según el modelo RNA.
Conociendo la base de datos de la temperatura ambiente, es posible determinar las cargas
térmicas para un año cualquiera, así como las temperaturas de salida del agua esperada en las
unidades terminales, considerando los cambios en el Cp (2.29) y los caudales de agua según las
condiciones particulares de la red hidráulica en función de la ocupación. Se puede determinar los
flujos de agua específicos para cada situación particular de la CTE en caso que se empleen
válvulas de control de acción modulante en las unidades terminales.
En esta ventana de la aplicación, también se puede determinar la potencia eléctrica que requiere
75
�CAPÍTULO 3
el SCCAH (función objetivo) considerando las variantes: solo la parte térmica del sistema; solo
la parte hidráulica; ambas. Este cálculo puede hacerse considerando el valor racional de la
temperatura de salida del agua de la enfriadora previamente calculado. Es posible considerar: los
caudales que se obtienen de la modelación hidráulica para el cálculo térmico; un porcentaje
específico de incumplimiento admisible de los caudales en las unidades terminales; y la
activación de la función de penalización de las presiones y velocidades. En la Figura 2 del
Anexo 14 se puede apreciar la ventana de la modelación térmica con sus diferentes prestaciones.
Desde la ventana para la optimización combinatoria (ver Figura 3, Anexo 14) se introducen los
datos de las habitaciones (habitación habitable, si está ocupada o no, la carga térmica base para el
cálculo y el grupo de clasificación habitacional), que permite el cálculo del MVCR a valorar para
que el sistema tome la decisión del método de optimización a utilizar.
Con las opciones de esta ventana es posible seleccionar la cantidad de habitaciones a ocupar,
calculándose el total de combinaciones posibles bajo esta restricción. También se puede solicitar
para un determinado número de orden, la combinación en números binarios y el equivalente en la
base numérica 10. En función de: el MVCR; la máxima combinatoria exhaustiva; y la máxima
combinatoria por escalón definidas por el usuario, se refleja el método de optimización que se
empleará. Se puede evaluar la función objetivo para una combinación particular con la facilidad
de representar el resultado, así como el tiempo de evaluación computacional.
Al realizar una búsqueda exhaustiva simple se pueden grabar los resultados y también usarlos
en otras corridas. Para la optimización exhaustiva escalonada, previamente debe seleccionarse
un estilo de selección de los tres posibles: todos los datos, por grupos o los k elementos que
demandan menor potencia bajo determinados criterios. Cuando se escoge la variante por grupos
es necesario definir los grupos en los cuales se buscarán las soluciones (estos grupos pueden ser,
por patinejos, por pisos, por las habitaciones con vista al mar, etc.). Otro elemento esencial es
definir la cantidad de habitaciones por escalón, así como el valor máximo de escalones.
Por último, para la optimización con algoritmo genético es necesario: incorporar el tamaño de la
76
�CAPÍTULO 3
población inicial, la cantidad de mejoras aleatorias y el porcentaje de la población que será
objeto de mutaciones y cruzamientos.
3.3 Validación de los principales algoritmos del procedimiento
En este epígrafe se presenta la validación de los principales algoritmos del procedimiento, para
algunos de ellos se emplean informaciones correspondientes al caso de estudio.
3.3.1 Modelo para obtener el código binario de la ocupación
Para obtener el código binario de la ocupación a evaluar en la función objetivo y que permite
activar las estructuras físicas que definen los parámetros del modelo energético, en primer lugar
se inicializa la búsqueda, acotando su resultado con el fin de aumentar su eficiencia (ver epígrafe
2.3.2 y Anexo 10). Luego se encuentra la cadena binaria correspondiente a la ocupación de orden
c que se desea evaluar (ver epígrafe 2.3.2 y Anexo 11). Se formalizó mediante la expresión 2.5,
la cantidad de variantes a analizar de forma exhaustiva conociendo HAO y D. Los algoritmos
anteriores evitan la generación de todos los códigos correspondientes a un determinado valor de
HAO y de D para luego ser evaluada la variante que se solicite.
Para tener una idea de las dimensiones de MVCR, se presenta en la Figura 2.9 un ejemplo de
como para el intervalo de D = 1-59 los valores máximos de MVCR están en el orden de 5.9.1016.
Si la búsqueda fuera entre 1-20, los valores estarían en el orden de 180000. En cualquier caso la
cantidad de combinaciones es máxima para valores de HAO a la mitad del intervalo de D.
La sumatoria del tiempo para la búsqueda de un código específico cualquiera en la aplicación
“OcupaHotel MTH”, no supera los 1.10-15 s y la solución de la función objetivo para el código en
particular demora entre 1.10-3 s y 0,1 s. Todo esto para una computadora Pentium 4, con un CPU
a 2,8 GHz y 512 MB de memoria RAM. Para evaluar la eficiencia en la búsqueda del código
variable se elaboró una aplicación en Matlab capaz de generar todos los códigos posibles según
HAO y D. Se pudo constatar que para HAO = 29 en D = 59 (MVCR máximo = 5,9.1016)
generar solo los códigos en el mismo CPU demora unos 15 minutos.
77
�CAPÍTULO 3
Figura 2.9 Valores que puede alcanzar MVCR para diferentes valores de D y HAO en diferentes
intervalos de búsqueda.
3.3.2 Modelación de la carga térmica de enfriamiento
Los cálculos de la carga térmica de enfriamiento se realizaron con el simulador térmico de
edificios de la UABC, seleccionándose una instalación en un clima tropical, representativa de los
hoteles de sol y playa, los predominantes dentro la empresa turística en Cuba.
3.3.2.1 Modelación térmica del edificio mediante simulador
El edificio a analizar se encuentra situado a los 21,01 grados de latitud norte y a los 75,93 grados
de longitud oeste. Se utilizaron los datos de la estación climatológica más cercana, situada en
Cabo Lucrecia en el municipio de Banes, provincia de Holguín. La estación se localiza en la
misma franja costera del edificio en estudio. Los valores de temperatura ambiente utilizados
corresponden al promedio de los años 2007 y 2008, oscilando entre 20,30 y 32,20 ºC, con
valores promedio entre 25 y 29 ºC. En el Anexo 15 se pueden apreciar estas y otras
informaciones climatológicas de la localidad así como la certificación de los datos por parte el
centro de meteorología provincial. Para tener una idea del comportamiento de la temperatura
ambiente diaria, se presenta en la Figura 3.5 el histograma de la variable.
78
�CAPÍTULO 3
Figura 3.5. Histograma de la temperatura ambiente horaria.
Un análisis estadístico básico muestra los valores: media aritmética = 26,7 ºC, desviación
estándar = 1,898 ºC; coeficiente de variación de un 7,11%; moda = 25,8 ºC, mediana = 26,5 ºC;
el histograma tiene asimetría positiva con un coeficiente de 0,0096, sesgada a la derecha, y con
una tendencia muy cercana la distribución normal. Solo el 0,08 % de los datos está fuera de
control (fuera de los límites del valor medio de la variable +/- tres veces la desviación estándar).
Una representación de la variabilidad de las condiciones climatológicas de la localidad a través
del comportamiento de la temperatura ambiente se puede apreciar en la Figura 6 del Anexo 15.
Los demás datos necesarios para los cálculos de carga térmica aparecen en el Anexo 6 donde se
destacan: las características de los muros y sus propiedades térmicas, el régimen de ocupación
horario y para el día, los equipos que contienen la habitación, la iluminación, los coeficientes de
ponderación de los locales y las temperaturas máximas y mínimas diarias de un año promedio.
Los datos de eficiencia del equipo climatizador del local, las dimensiones de las paredes ente
otros elementos se introducen en el simulador.
Después de sistematizar los datos para el cálculo de las cargas térmicas, se procede a su
determinación para cada una de las habitaciones. Los valores máximos que se alcanzaron en los
cálculos se pueden aprecian en la Figura 3.7. En esta figura se comparan estos valores con las
potencias de enfriamiento nominales de las unidades terminales existentes, FCX - 42 de 3,4 kW
y las FCX - 52 de 4,19 kW. Estos valores demuestran que en el 56 % de los casos pudo
utilizarse unidades terminales de menor potencia como la FCX - 32 de 2,21 kW y que
aproximadamente el 90 % de las unidades terminales están sobredimensionadas.
79
�CAPÍTULO 3
5
4
kW
3
2
1
Potencia de enfriamiento
Carga térmica de enfriamiento máxima del año
6101
6104
6107
6110
6114
6117
6120
6203
6206
6209
6212
6216
6219
6222
6302
6305
6308
6311
6315
6318
0
Habitación
.
Figura 3.7. Valores máximos de la carga térmica de enfriamiento de cada habitación.
Las individualidades de la carga térmica de enfriamiento máximas para todo un año promedio se
pueden resumir de la siguiente forma:
-
Siete habitaciones con cargas térmicas de enfriamiento máximas a las 11:00 horas y 27 a las
17:00 horas (se destacan el 66 % de las habitaciones del tercer piso).
-
18 habitaciones con cargas térmicas de enfriamiento máximas en tres horarios del día 7:00,
11:00 y las 17:00 horas.
-
Seis habitaciones con cargas térmicas máximas en los horarios 11:00 y las 17:00 horas. Los
valores máximos de las 11:00 horas ocurren solo en aproximadamente el 9 % de los días.
-
Solo una habitación manifiesta cargas térmicas máximas a las 11:00 y a las 7:00 horas
mayoritariamente a las 11:00.
Con los resultados de las cargas térmicas de enfriamiento se pueden establecer estrategias
ocupacionales basadas en ubicar primero las habitaciones de menor carga térmica [19, 25, 96].
La ocupación promedio del edificio caso de estudio se presenta en la Figura 3.8. Ocupando
primero las habitaciones de menor carga térmica, existe una disminución apreciable de la energía
a extraer del edificio, lo que representa una menor potencia de enfriamiento a utilizar
Figura 3.8. Ocupación promedio anual del edificio de la zona 6 del hotel.
80
�CAPÍTULO 3
En la Figura 3.9 se puede apreciar las diferencias entre la carga térmica de enfriamiento para la
ocupación promedio y la misma ocupación pero con estrategia ocupacional.
140
120
100
kW
80
60
40
20
1
15
29
43
57
71
85
99
113
127
141
155
169
183
197
211
225
239
253
267
281
295
309
323
337
351
365
0
Ocupación promedio
Estrategia ocupacional
Días del año
Ocupación máxima
Ahorro con estrategia ocupacional
Figura 3.9. Diferentes comportamientos de la carga térmica del edificio.
En los días del año en que la ocupación es menor y la temperatura ambiente es más elevada se
aprecia una mayor efectividad de esta estrategia ocupacional.
3.3.2.2 Modelación térmica del edificio mediante redes neuronales artificiales
Se desarrolló una aplicación en Matlab basada en el método de prueba y error, capaz de realizar
de manera ininterrumpida el aprendizaje de las RNA. En el Anexo 7 aparecen los códigos del
programa principal para el aprendizaje, los códigos que permitieron extraer los coeficientes
matriciales de cada uno de los modelos de carga térmica de enfriamiento de las habitaciones y
otras aplicaciones necesarias para esta modelación. Los resultados generales de la modelación
térmica de las 59 habitaciones del edificio se presentan en la Figura 3.10.
Figura 3.10. Resultados de la modelación de la carga térmica de enfriamiento con RNA.
81
�CAPÍTULO 3
Las variables independientes escogidas fueron, la temperatura ambiente, la hora del día y el día
del año. La variación del porcentaje de los datos para el entrenamiento se realizó desde el 20 %
hasta el 50 % con un incremento progresivo del 10 %. Los mejores resultados se obtuvieron con
el 20 %. Fue necesario, escoger los datos de forma distribuida a lo largo de todo el año con
intervalos iguales, lo cual garantizó una adecuada representación de las estacionalidades. La
validación de los modelos se realizó con el 100 % de los datos.
La estructura de RNA que mejor se adaptó en todos los casos fue la Feedforward
Backpropagation. Se realizaron 100 entrenamientos para cada variante, inicializándose en cada
uno los pesos, y el número máximo de neuronas en la capa intermedia para el aprendizaje se
estableció en 50. El incremento de la cantidad neuronas en la capa intermedia fue desde tres
hasta 50 con un paso de una neurona en cada prueba.
La mejor función de entrenamiento, válida para todos los modelos fue trainlm. Las estructuras de
las RNA coincidieron en una capa de entrada con función de transferencia tansig, una capa
intermedia tansig y una capa de salida purelin. La cantidad de neuronas en la capa de entrada en
todos los casos fue de tres y en la capa intermedia varió entre 4 y 30, según puede apreciarse en
la tabla del Anexo 16. La tabla contiene el coeficiente de correlación entre los valores reales de
carga térmica de enfriamiento y los predichos por la RNA, así como el error de los modelos.
3.3.3 Modelación de la red hidráulica
Para implementar el algoritmo de la modelación hidráulica, fue necesario realizar pasos
intermedios como el de adaptar la aplicación CAD desarrollada por Hechavarría en el 2009 [81]
(“AutoProyect”, referida a las redes de distribución de agua), a las condiciones de las redes
malladas de los CSAF (ver Figura 3.11). La nueva aplicación se denomina “ColdWater”.
Para lograr esta adaptación fueron programadas por Hechavarría en VISUAL-LISP [162] un
conjunto de códigos para facilitar el equilibrado y la operatividad de la red. Como aspecto
novedoso se destaca, la adaptación de las válvulas de propósito general y las de ruptura de carga
que permiten considerar las pérdidas hidráulicas correspondientes, en función de los parámetros
82
�CAPÍTULO 3
de las unidades terminales y las válvulas de equilibrado respectivamente.
Figura 3.11. Vista de los tramos AB y CD de la red hidráulica con la aplicación CAD.
En la ventana de la aplicación CAD de la Figura 3.11 según las preferencias del cliente se
pueden visualizar: los códigos de los tramos y nodos lo cual ayuda a identificar los niveles o
plantas del edificio donde se encuentran ubicadas las unidades terminales; la simbología de
colores que indican el grado de cumplimiento de las presiones; los caudales y presiones en
tramos y nodos luego del cálculo hidráulico; longitudes y diámetros, propiedades físicas de las
tuberías y otras opciones útiles para la modelación hidráulica.
En el contexto cubano las aplicaciones para diseñar y simular instalaciones especiales, como los
CSAF, no van más allá de realizar un análisis de estas redes como si cada unidad terminal fuera
un nodo de suministro. Sin embargo, la red es completamente cerrada y opera como si existiera
un solo nodo de suministro (nodo de retorno). La aplicación CAD permite a inversionistas en el
turismo y otras ramas, hacer análisis hidráulicos adecuados para este tipo de redes. El costo de
adquirir una aplicación para el diseño de redes con equilibrado hidráulico mediante válvulas
especiales en la empresa líder Tour and Andersson (TA - SELECT 4, TA - Pocket, TA Shunt
v.1.2), oscila entre 3000,00 USD y 5000,00 USD [163-165].
83
�CAPÍTULO 3
Los caudales que se asignan a las unidades terminales en los CSAF a flujo variable, deben estar
en correspondencia con los valores de diseño [87]. La configuración ideal de este tipo de red,
sería la existencia de una válvula de equilibrado en cada unidad terminal para garantizar la
exactitud en los flujos requeridos por las cargas térmicas. Este aspecto no siempre es así,
provocando determinadas insuficiencias operacionales.
Se realizó el equilibrado hidráulico de la red considerando los modelos de pérdidas de cargas de
las unidades terminales obtenidos de los datos de la Figura 3 del Anexo 3. De manera similar se
obtuvieron los modelos que relacionan el Kv de las válvulas de equilibrio con respecto al
número de vueltas (ver Figuras 3, 4 y 5 del Anexo 4).
Todos estos elementos facilitaron el ajuste del modelo hidráulico en la aplicación CAD,
respetando las restricciones operacionales (velocidades y presiones en tramos y accesorios
especiales, así como los caudales necesarios para el confort). Se validaron los resultados en el
software EPANET 2 [79], a partir del fichero ColdWater.inp que genera la aplicación CAD (ver
Figura 3.12). No existen diferencias de los resultados del EPANET con respecto a ColdWater, lo
cual se puede apreciar al comparar las Figuras 3.11 y 3.12.
Figura 3.12 Comprobación en el EPANET de la modelación con el sistema CAD.
84
�CAPÍTULO 3
Por otra parte, una vez reproducida la red hidráulica del caso de estudio con la aplicación CAD,
y su comprobación con el EPANET, se tomaron los datos necesarios para integrarlos en la
aplicación “OcupaHotel MTH”. Para programar y validar el Método del Gradiente en esta
aplicación, se ensamblaron las ecuaciones descritas en la literatura [78].
Figura 3.13. Esquema del ejemplo para validar la funcionalidad del método del gradiente [78].
Se validó el método con el ejemplo resuelto 7.5 del libro “Hidráulica de Tuberías”, que consiste
en calcular los caudales y las presiones en el esquema de la Figura 3.9 [78]. En esta red todos los
caudales iniciales se suponen de 100 l/s, la presión en el nodo 1 conocido es de 100 mca. Otros
datos de la red y el ejemplo resuelto en la aplicación informática se presentan en el Anexo 17.
A continuación, en la Tabla 3.1 se exponen los resultados del ejemplo y los calculados, donde la
desviación estándar del error porcentual para los caudales en los tramos y presiones en los nodos
no supera el 0,23 % y el 0,053 %, respectivamente.
Tabla 3.1. Resultados de la validación del Método del Gradiente con la aplicación OcupaHotel.
Tramo
1-2
2-3
3-4
5-4
2-5
6-5
6-1
Q. ejemplo
Q. calculado
Desv.
(m3/s)
(m3/s)
(%)
0,10667
0,10665
0,03658
0,03660
0,00342
0,00340
0,03342
0,03340
0,01009
0,01005
0,05333
0,05336
0,09333
0,09336
Desviación promedio
Desviación estándar
0,018749
-0,046473
0,508772
0,050868
0,416254
-0,046878
-0,026787
0,124929
0,234833
Nodo
H2
H3
H4
H5
H6
H. ejemplo
H. calculado
Desv.
(mca)
(mca)
(%)
92,960
92,914
81,358
81,242
81,780
81,667
89,812
89,746
96,727
96,705
Desviación promedio
Desviación estándar
0,049
0,143
0,138
0,073
0,023
0,085
0,053
Asimismo, se comprobó que son semejantes los resultados obtenidos mediante las tres
aplicaciones para los datos del caso de estudio. El valor óptimo de la presión de envío para las 12
85
�CAPÍTULO 3
habitaciones ocupadas, según, la aplicación CAD es de 34,36 mca. Los resultados de presión y
flujo obtenidos con Autocad y Epanet son semejantes a los resultados obtenidos en OcupaHotel
para ese valor de presión de 34,36 mca. Cuando se busca el valor óptimo de velocidad en la
aplicación OcupaHotel se obtuvo 2287,6 rev/min, el que define una presión de 34,29 mca para
un error porcentual de 0,22 %. El análisis de los restantes resultados de los valores de presión y
caudales aparece en el Anexo 18. El valor promedio del error porcentual para las presiones es de
1,12 % y para los caudales 0,41 %.
3.3.4 Modelación del trabajo de compresión
Para modelar la potencia necesaria en el trabajo de compresión se utilizó el algoritmo del
epígrafe 2.2.4. Se destaca que la determinación de las propiedades del refrigerante, es decir, los
diferentes valores de las entalpías del ciclo se calculan mediante interpolaciones del tipo Spline
cúbicos de los datos [166]. Los datos para la interpolación se obtuvieron de aplicaciones
informáticas especializadas como Solkane Refrigerants Versión 3.2 [167] y Refrigeration
Utilities versión 1.1 [168]. Posteriormente para validar los cálculos, se comprobaron en la gráfica
de presión contra entalpía del refrigerante utilizado (ver Figura 2, Anexo 9).
En el caso de estudio, las unidades enfriadoras están concebidas para varias edificaciones (ver
Figura 5, Anexo 13), por tanto se decidió modelar la potencia necesaria en el trabajo de
compresión, utilizando las expresiones y los pasos contenidos en el algoritmo del epígrafe 2.2.4.
Las expresiones utilizadas coinciden con las empleadas por [18, 19, 41] en sus tesis de doctorado
aplicadas en SCCAH. Una representación de la dinámica de la potencia eléctrica requerida para
el trabajo de compresión, según la ocupación promedio (ver Figura 3.8) del edificio y calculada
con la aplicación OcupaHotel, se puede apreciar en el gráfico de isolíneas de la Figura 3.14.
En esta figura, es notable que entre los meses de septiembre y octubre, se manifiestan los
mayores valores de potencia a pesar de que las condiciones climáticas no son tan desfavorables
como en los días más críticos del verano. Esto se debe a la incidencia marcada que tiene la
ocupación y la carga térmica por ocupantes (en todas las habitaciones oscila entre 20 y 35 %).
86
�CAPÍTULO 3
o a de d a
20
15
10
5
50
100
150
200
250
300
350
Día del año
Figura 3.14. Potencia eléctrica en kW necesaria para el trabajo de compresión según la carga
térmica de enfriamiento para ocupación promedio del edificio caso de estudio.
3.4 Validación de la optimización energética
Una vez validados individualmente los modelos y los algoritmos computacionales que permiten
el cálculo de la función objetivo, es necesario mostrar cómo se integran estos elementos en la
determinación de la variable de decisión y las variables intermedias en el caso de estudio. Se
estudia la eficiencia computacional respecto a los tres métodos de optimización propuestos en la
solución de un mismo problema y la eficacia del modelo que se propone como aporte teórico,
mediante la comparación de los resultados obtenidos en la función objetivo cuando se
implementan las variantes principales de operación del sistema.
3.4.1 Integración de las variables de decisión a la función objetivo
A partir de un ejemplo de 12 habitaciones correspondientes a los patinejos 1(AB) y 2(CD) del
edificio de la zona 6 del hotel, se escoge (sin perder generalidad) una configuración inicial que
considera cuatro habitaciones ocupadas y ocho disponibles según se muestra en la Tabla 3.2. De
dicha tabla se infiere que el total de habitaciones es T = 12, las ocupadas Ho = 4 y las disponibles
D = 8, por tanto según el epígrafe 2.3.2 la cadena de caracteres W = 010001100100 y la subcadena O = O1O3O4O5O8O9O11O12, representando a las habitaciones disponibles.
Para analizar la eficiencia computacional se escogió la variante de ocupar tres habitaciones
87
�CAPÍTULO 3
(HAO = 3) de ocho disponibles (D = 8) según la tabla 3.2. El número de la habitación, por
ejemplo 6319, significa que está en la zona seis, tercer piso y es la habitación 19 del piso.
Tabla 3.2 Situación ocupacional antes de la definición de las habitaciones a ocupar.
Hab.
6319 6318 6223 6222 6120 6119 6317 6316 6221 6220 6118 6117
HO
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
Patinejo
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
La información general utilizada para la solución del problema con los tres métodos de
optimización propuestos en la investigación se puede apreciar en la tabla 3.3. Las definiciones de
las nomenclaturas utilizadas en la tabla aparecen en el epígrafe 2.3.1.
Tabla 3.3 Datos de configuración necesarios para los algoritmos de optimización.
Método de
Población Mejoras Mutaciones y Cant. de
MCExh MCxEsc THEsc VME
optimización
inicial aleatorias Cruzamientos variantes
Algoritmo
55
7
1
3
8
14
40 %
28
Genético
Exhaustivo
55
8
1
3
21
Escalonado
Exhaustivo
56
8
1
3
56
Simple
Las simulaciones para la optimización energética del sistema a partir de la ocupación se
realizaron teniendo en cuenta las variantes de la tabla 3.4.
Tabla 3.4. Variantes de operación del sistema a considerar para su optimización energética.
Variando la ocupación
Variando la velocidad de rotación de la bomba
Variando la temperatura de salida del agua de la enfriadora
Usando el modelo térmico de las habitaciones
Usando el modelo hidráulico del CSAF
Variantes de operación
1 2 3 4 5 6 7
X X X X X X X
- X - X X - - - X - X X - - X X X X
- X X X X X X
Se consideraron en todos los cálculos los siguientes datos:
Para la modelación térmica: el rendimiento isentrópico de 0,85 en el compresor; coeficiente de
simultaneidad de la carga térmica de 0,85; temperatura nominales de envío y retorno del agua a
la enfriadora de 7 y 12 oC respectivamente; y valores promedios de las cargas térmicas de
enfriamiento para el total del días que estarán ocupadas las habitaciones seleccionadas,
88
�CAPÍTULO 3
independientemente si son obtenidas mediante el modelo de cargas térmicas de enfriamiento
mediante RNA, o de las tablas de la simulación térmica del edificio.
Para la red hidráulica: eficiencia nominal de 0,88 en la bomba; viscosidad cinemática del agua de
0,00000131 m2/s; rugosidad de la tuberías de 0,0001 m; 30 % de la diferencia de caudales
admisibles en las unidades terminales; paso para la búsqueda de los extremos de la velocidad
óptima de la bomba de 0,001 con una cota del error de 0,001; y valores iniciales de presión de
trabajo del CSAF correspondiente al valor actual de consigna de 500 kPa (51 mca).
3.4.2 Resultados de la optimización exhaustiva simple
Los resultados de la búsqueda exhaustiva simple para las diferentes variantes de operación del
SCCAH, definieron que la EOCE debe basarse en los resultados de la Tabla 3.4. Las
habitaciones señaladas en las celdas con color azul son las que se proponen ocupar, las de color
verde ya estaban ocupadas y las de color amarillo son las que quedan sin ocupar.
Tabla 3.4.Resultados de las ocupaciones óptimas para el método exhaustivo simple.
Variante 6319 6318 6223 6222 6120 6119 6317 6316 6221 6220 6118 6117
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
2
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
3
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
4
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
5
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
6
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
7
Los mejores resultados de las 56 combinaciones de solución, analizadas en cada una de las siete
formas de operación de sistema, se resumen en la Tabla 3.5. En esta tabla se recogen las
siguientes informaciones: temperatura de salida de la enfriadora (t8), temperatura de entrada a la
enfriadora (t7), temperatura de retorno del agua del edificio (tr), potencia eléctrica requerida para
el trabajo de compresión (Pec), velocidad de rotación de la BC (N), valor de consigna de la
presión de envío del CSAF (He); presión en el nodo de retorno de la red hidráulica (Hr), caudal
requerido para la ocupación que se evalúa (Qr), caudal total requerido para la ocupación máxima
89
�CAPÍTULO 3
(Qt); mayor incumplimiento de caudal en las unidades terminales seleccionadas (Incp.Q);
potencia eléctrica requerida por la bomba (Peb), indicador de eficiencia (IE), cantidad de
combinaciones evaluadas durante la búsqueda (Comb), cantidad de evaluaciones al generar los
códigos (EGC), y el tiempo computacional para determinar la solución óptima (t).
Tabla 3.5. Comportamiento de las variables en la optimización exhaustiva simple.
Variante
CTE (kW)
t8 (oC)
t7 (oC)
tr (oC)
Pec (kW)
N (rev/min)
He (mca)
Hr (mca)
Qr (m3/s)
Qt (m3/s)
Incp.Q (%)
Peb (kW)
IE (kW)
Comb.
E.C.G
t (s)
1
7,581
7
7,088
7,159
0,135
0,135
56
225
1,172
2
1943,8
24,5
0,039
0,0012
0,00216
-14,498
0,336
0,336
56
225
467,781
3
2979
51
25,02
0,0012
0,00216
-19,286
0,795
0,795
56
225
52,109
4
8,139
11,965
12,023
12,069
0,072
1943,8
24,5
0,039
0,0012
0,00216
-14,498
0,336
0,409
56
225
460,813
5
8,139
7
7,095
7,172
0,146
1943,8
24,5
0,039
0,0012
0,00216
-14,498
0,336
0,482
56
225
460,329
6
7,581
11,965
12,018
12,061
0,067
2979
51
25,02
0,0012
0,00216
-19,286
0,795
0,863
56
225
53,813
7
7,581
7
7,091
7,164
0,14
2979
51
25,02
0,0012
0,00216
-19,286
0,795
0,935
56
225
53,531
El mejor resultado operacional se obtiene en la cuarta variante, la cual incluye el cambio de la
temperatura de salida del agua de la enfriadora en función de las cargas térmicas parciales, y la
búsqueda del valor de la velocidad de rotación de la bomba más racional garantizando las
restricciones de la red hidráulica. Las variantes en las que no se determina la velocidad de
rotación óptima de la bomba (3, 6 y 7), se utilizan sus parámetros nominales para una presión de
51 mca. Pueden utilizarse otros estados iniciales siempre que correspondan con las
características de la bomba.
En el gráfico de la Figura 3.15 se muestran para la variante de operación cuatro y para todas las
ocupaciones posibles, la potencia eléctrica requerida para el bombeo, para el trabajo de
compresión y la suma de las dos potencias. Es notable como para las diferentes ocupaciones, la
potencia varía indistintamente en correspondencia con los valores de cargas térmicas que aportan
90
�CAPÍTULO 3
las habitaciones y en función de la topología de la red hidráulica.
Figura 3.15 Variaciones de la potencias, para el bombeo, para el trabajo de compresión y la
suma de ambas potencias para las 56 variantes de ocupación posibles de HAO=3 en D=8.
En el Anexo 19 se puede apreciar los resultados de las 56 evaluaciones de la función objetivo en
la búsqueda exhaustiva simple. En este anexo, aparece el ordenamiento descendente de las
soluciones con respecto al IE en la variante de operación cuatro, coincidiendo los resultados de la
primera solución con el resultado presente en las Tablas 3.4 y 3.5
3.4.3 Resultados de la optimización exhaustiva escalonada
Para la validación del algoritmo exhaustivo escalonado, se determinó que la mejor variante para
esta búsqueda de soluciones consiste en tomar la menor cantidad de habitaciones por escalón
(THE=1), y el mayor número de escalones posibles (VME). Esta variante garantiza la mayor
rapidez computacional y exactitud en los resultados, lográndose formalizar en la expresión 3.1, el
total de búsquedas exhaustivas de paso 1 (TBExh(1)) para cualquier variante de HAO y D.
TBExh (1) =
2 ⋅ HAO ⋅ D + HAO − HAO 2
2
(3.1)
Al realizar la búsqueda de la Ocupación mediante la optimización combinatoria basada en el
método exhaustivo escalonado, se obtienen los mismos resultados de las variables, que con el
método exhaustivo simple. La diferencia fundamental entre un método y el otro consiste en la
eficiencia computacional, la cual se puede apreciar en el gráfico de la Figura 3.16.
91
�CAPÍTULO 3
Búsqueda Exhaustiva Escalonada
Búsqueda Exhaustiva Simple
500
Tiempo(s)
400
300
200
100
0
1
2
3
4
5
6
Variantes de operación del sistema
7
Figura 3.16.Tiempo computacional de las búsquedas: exhaustiva simple y escalonada.
3.4.4 Resultados de la optimización mediante algoritmo genético
Al determinarse la ocupación óptima mediante algoritmo genético, las ocupaciones que se
proponen pueden ser distintas con respecto a los métodos anteriores. Sin embargo, las soluciones
convergen hacia valores muy próximos al IE, con diferencias que no superan 2 % de la potencia
eléctrica que como promedio de todas las variantes de operación se requiere para iguales HAO.
Estos elementos indican que estamos en presencia de un óptimo local muy próximo al global. La
Tabla 3.8 refleja la ocupación encontrada por el algoritmo genético.
Tabla 3.8. Resultados de las ocupaciones óptimas para el método algoritmo genético.
Variante 6319 6318 6223 6222 6120 6119 6317 6316 6221 6220 6118 6117
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
3
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
4
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
5
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
6
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
7
Luego de obtener las cadenas binarias de forma aleatoria y aplicarle los operadores genéticos
(mutaciones y cruzamientos), los cromosomas resultantes se corresponden con la ocupación a
asumir, teniendo en cuenta la medida de aptitud (IE). Los resultados de las variables del sistema
para la ocupación de la Tabla 3.8 se pueden apreciar en la Tabla 3.9.
92
�CAPÍTULO 3
Tabla 3.9.Comportamiento de las variables para la optimización con algoritmo genético.
Variante
CTE (kW)
t8 (oC)
t7 (oC)
tr (oC)
Pec (kW)
N (rev/min)
He (mca)
Hr (mca)
Qr (m3/s)
Qt (m3/s)
Incp.Q (%)
Peb (kW)
IE (kW)
Comb.
t(s)
1
7,581
7
7,088
7,159
0,135
0,135
26
1,094
2
1968,8
25,8
0,491
0,0012
0,00216
-12,748
0,345
0,345
27
226,015
3
2979
51
25,5
0,00124
0,00216
-14,877
0,822
0,822
25
24,8132
4
8,145
11,965
12,023
12,069
0,072
1968,8
25,8
0,491
0,0012
0,00216
-12,748
0,345
0,418
25
206,14
5
8,139
7
7,095
7,172
0,146
1943,8
24,5
0,0386
0,0012
0,00216
-14,498
0,336
0,482
26
214,172
6
8,172
11,965
12,023
12,069
0,072
2979
51
25,5
0,0012
0,00216
-16,41
0,795
0,868
26
25,516
7
7,58
7
7,091
7,164
0,14
2979
51
25
0,0012
0,00216
-19,286
0,795
0,935
26
25,453
3.4.5 Análisis de los resultados de las variantes de operación del sistema
Una vez analizadas las variantes de operación del SCCAH, en específico las variantes que
consideran el modelo termo-hidráulico (variantes cuatro, cinco, seis y siete), se puede afirmar
que la variante cuatro es la más eficaz. Esto significa que con el procedimiento y la aplicación
que se proponen, teniendo como variable de decisión la ocupación, se pueden evaluar y aplicar
las siguientes estrategias de la explotación hotelera en cuanto los SCCAH: determinación del
valor de consigna más adecuado de la presión en los CSAF, racionalización de la temperatura de
envío del agua fría hacia las unidades terminales, cambio de flujo constante a flujo variable, y
ocupación de los locales según un criterio energético (hidráulico, térmico o termo-hidráulico).
3.5 Patrón de ocupación energético de habitaciones: variante para garantizar una EOCE
A modo de facilitar la implementación de la EOCE, se presenta en la Tabla 3.10 el patrón de
ocupación obtenido al ir ocupando de una en una las habitaciones, empleando el método
exhaustivo simple. Es decir el orden ocupacional que garantiza los menores requerimientos de
potencia eléctrica del SCCAH. También aparecen las variables operacionales que acompañan el
patrón, de aquí se seleccionan las consignas de las variables de decisión tecnológicas (He y t8).
93
�CAPÍTULO 3
Es posible con los resultados del patrón de ocupación, comprobar que se cumplen las
expresiones de las leyes de proporcionalidad. También se pueden determinar las expresiones
matemáticas de las curvas de la BC y la red hidráulica para los 12 puntos de operación
propuestos (ver Anexo 20).
Tabla 3.10 Patrón de ocupación de las habitaciones analizadas y valores de las variables
correspondientes a la EOCE.
Para que se tenga una idea del espacio de soluciones alrededor de los puntos de operación para la
ocupación patrón, se presenta el gráfico de la Figura 3.17.
90
Altura de carga (m)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
Caudal (m3/s)
0,010
0,012
0,014
Figura 3.17. Familia de curvas de la red y la bomba centrífuga para la ocupación patrón.
94
�CAPÍTULO 3
En la Figura 3.18 se puede comprobar que, según las líneas de los resultados de la función
objetivo, los valores de Pt para cualquiera de las cinco secuencias de ocupación elegidas al azar,
son superiores a los resultados de la ocupación patrón.
2,0
Secuencia de ocupación patrón
Pt(kW)
1,5
Secuencia de ocupación 1
Secuencia de ocupación 2
1,0
Secuencia de ocupación 3
0,5
Secuencia de ocupación 4
0,0
Secuencia de ocupación 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cantidad de habitaciones ocupadas
Figura 3.18. Resultados de la función objetivo para ocupación patrón y otras secuencias.
3.6 Valoración técnico-económica y medioambiental del uso de una Estrategia de
Ocupación bajo Criterios Energéticos para el hotel caso de estudio
Según la ocupación patrón de las 12 habitaciones, se ejecutó el procedimiento con las variantes
que implican el uso del modelo termo-hidráulico. Se partió de los parámetros actuales a los que
trabaja la bomba centrífuga (valor de consigna fijo de 500 kPa en el CSAF) y la enfriadora (7 oC
de temperatura de salida del agua). Los resultados se pueden apreciar en la Figura 3.19 donde la
variante de operación cuatro resulta las más eficaz con respecto a las demás.
2
Pt (kW)
1,5
Variante de operación 4
Variante de operación 5
Variante de operación 6
Variante de operación 7
1
0,5
0
6221 6118 6119 6220 6120 6117 6319 6223 6317 6222 6318 6316
Habitaciones según ocupación patrón
Figura 3.19. Comportamiento de los requerimientos de potencia para diferentes ocupaciones y
variantes de operación del sistema, utilizando el modelo termo-hidráulico.
95
�CAPÍTULO 3
Ya que el sistema trabaja actualmente sin cambiar la presión de envío en el CSAF, sin
racionalizar el valor de la temperatura de salida del agua de la enfriadora y sin tener en cuenta la
ocupación de habitaciones bajo criterios energéticos, fue necesario evaluar los comportamientos
operacionales en comparación con un año base. Los requerimientos de potencia eléctrica
promedio diaria, en referencia a la ocupación típica de las habitaciones y tres variantes de
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1
13
25
37
49
61
73
85
97
109
121
133
145
157
169
181
193
205
217
229
241
253
265
277
289
301
313
325
337
349
361
Pt (kW)
operación que optimizan energéticamente el sistema se pueden apreciar en la Figura 3.20.
Año base
Optimizando, solo con estrategia ocupacional
Optimizando, variando la ocupación , la presión y la temperatura del agua
Optimizando, variando la ocupación y la temperatura del agua
Figura 3.20. Requerimiento potencia eléctrica promedio diaria para un año característico.
Los resultados generales de la Figura 3.20 indican que se pueden disminuir los requerimientos de
potencia eléctrica entre 18,4 y 63,7 %, enmarcados en todo el diapasón de ocupaciones y de
variantes operacionales del sistema. No obstante, resulta adecuado conocer que el promedio de
ocupación hotelera en Cuba es de un 60 % aproximadamente [169].
Si se acepta que en las actuales condiciones, el consumo promedio diario de energía eléctrica de
la climatización centralizada es de un 60 % del total del hotel, entonces, si se quiere saber cuál
sería el escenario energético futuro del hotel, aplicando el procedimiento de optimización
energética propuesto, se tiene que el peso relativo de la climatización puede disminuir hasta
96
�CAPÍTULO 3
valores que pueden oscilar entre 19,7 y 35,1 %.
Estos porcentajes dependen de la estrategia de operación que se asuma, del nivel ocupacional y
de las condiciones climatológicas, significando para el hotel, la posibilidad de disminuir el
consumo promedio anual de 2573 MW·h a valores entre 2286 y 1602 MW·h, lo cual representa
ahorros entre 37 225,20 y 126 226,34 CUC al precio promedio de 0,13 CUC el kW·h. Estos
datos significan la reducción entre 77,2 y 262,9 t de combustible en generación de energía
eléctrica, disminuyendo la emisión a la atmósfera entre 234,5 y 796,2 t de CO2.
El gráfico de la Figura 3.21 muestra como sería el escenario del consumo de energía eléctrica del
hotel, aplicando la EOCE basada en el procedimiento que se plantea en la presente investigación.
Figura 3.21. Escenerios energéticos del hotel Blau Costa Verde si se aplica la EOCE.
Para el gráfico anterior se tomó como línea base los valores promedios mensuales de consumo de
energía eléctrica y se extrapolaron al hotel, los resultados del análisis de las 12 habitaciones.
El proyecto para implementar EOCE en el hotel Blau Costa Verde, mediante el procedimiento
propuesto en esta investigación, tendría un importe total de 40 205,00 CUC, distribuidos entre
las tareas de ingeniería, los gastos específicos y otros gatos (ver Anexo 21). Al implementar el
proyecto en el hotel, si se opera el SCCAH con la variante 7 (variando solo la ocupación) el
proyecto tendría una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 78,67 y un periodo de recuperación de la
inversión (PRI), de 2 años y 2 meses. Si se opera el sistema con la variante 6 (racionalizando la
temperatura de envío del agua de la enfriadora y variando la ocupación) la TIR sería de 196,51 y
97
�CAPÍTULO 3
el PRI de 1 año y 6 meses. Para las demás variantes de operación (4 y 5) los tiempos de
recuperación de la inversión después de implementado el proyecto son inferiores a un año.
Con respecto a las herramientas desarrolladas durante la investigación (ColdWater y OcupaHotel
MTH), de forma resumida se puede realizar la siguiente valoración técnica: las aplicaciones
pueden sustituir importaciones por compra de software similares, se pueden fortalecer los
criterios de diseño de estos sistemas, son adaptables a los SCCAH instalados en el país y se
pueden implementar de una manera fácil si se cumplen los requerimientos de los algoritmos.
CONCLUSIONES del capítulo:
1. La aplicación informática CAD (ColdWater), aporta una solución práctica para realizar el
equilibrado de las redes hidráulicas malladas utilizadas en los SCCAH así como su diseño y
análisis operacional.
2. La aplicación informática “OcupaHotel MTH” constituye una herramienta para la toma de
decisiones en el contexto energético de la explotación de hoteles, debido a la integración de
la modelación energética de los CSAF y la EOCE basada en técnicas de optimización
combinatoria.
3. Cuando se incrementan las variantes de ocupación, desde el punto de vista computacional el
método exhaustivo escalonado resulta más eficiente que el exhaustivo simple, obteniéndose
los mismos resultados. De la misma forma el algoritmo genético es más eficiente que el
método exhaustivo escalonado.
4. De las variantes de operación del SCCAH la más eficaz resulta la que incluye la
optimización conjunta de la ocupación, la presión de envío del CSAF a flujo variable y la
temperatura de salida del agua de la enfriadora.
5. La EOCE de hoteles con SCCAH a flujo variable basada en optimización combinatoria de la
ocupación mediante la solución del modelo termo-hidráulico, es tecnológicamente superior al
criterio de operación actual en Cuba, el cual se basa en operar el CSAF a flujo variable a una
presión constante. Asumir esta estrategia repercute directamente en los indicadores técnicoeconómicos de la explotación hotelera.
98
�CONCLUSIONES GENERALES
1. Mediante la aplicación de la metodología de Análisis y Síntesis de Sistemas de Ingeniería, se
define como variable de decisión del sistema, la ocupación de las habitaciones y como
variables intermedias de relevancia, la velocidad de rotación de la bomba del CSAF y la
temperatura de salida del agua del enfriador. También fue posible definir la función objetivo,
compuesta por la sumatoria de los requerimientos de potencia eléctrica por bombeo y por
trabajo de compresión, lo cual determina el valor del indicador de eficiencia del sistema.
2. Se identificaron los modelos matemáticos de las cargas térmicas de enfriamiento anual de las
habitaciones, utilizando las Redes Neuronales Artificiales y teniendo en cuenta la
variabilidad de la climatología local. Los errores cuadráticos medios de los modelos fueron
inferiores a 0,002058 kW y los coeficientes de correlación superiores a 0,9.
3. Se estableció la modelación hidráulica de los CSAF a flujo variable mediante la
implementación del Método del Gradiente y un algoritmo para determinar la velocidad de
rotación que minimiza la potencia eléctrica en la bomba. La modelación permite: evaluar
cada topología de la red en función de la ocupación; considerar todas las restricciones
operacionales, la selección de la presión de envío más adecuada y la incorporación de las
características de las unidades terminales y de las válvulas de equilibrio.
4. Se fundamentó un procedimiento para el cálculo de la potencia eléctrica que requiere el
compresor de una enfriadora para realizar el trabajo de compresión en un SCCAH. El
procedimiento incluye: la racionalización de la temperatura de salida del agua en función de
las condiciones de las cargas térmicas de enfriamiento parciales y las propiedades del
refrigerante utilizado, sistematizadas en modelos spline cúbicos.
5. Se estableció un procedimiento para la optimización energética de la operación de los
SCCAH con CSAF a flujo variable, que integra en una función objetivo termo-hidráulica y
los efectos de la variabilidad de: la climatología local; las características constructivas de la
edificación; la velocidad de rotación de la bomba; el ciclo de refrigeración por compresión
99
�mecánica del vapor; la temperatura de salida del agua de la enfriadora y la ocupación de las
habitaciones. Esta optimización de carácter combinatorio-evolutivo incluye los métodos,
exhaustivo simple, exhaustivo escalonado y algoritmo genético en función de la cantidad de
variantes de ocupación.
6. La implementación del procedimiento general en el hotel Blau Costa Verde, muestra las
potencialidades de disminución del peso relativo de la energía eléctrica que consume la
climatización de un 60 % a valores entre 19,7 y 35,1 %. Estos porcentajes dependen del
nivel ocupacional y de la variante de operación que se asuma, ya sea, determinando la
velocidad de rotación de la bomba, racionalizando el valor de la temperatura de salida del
agua del enfriador o mediante la combinación de estas variantes.
RECOMENDACIONES
1. Proponer el uso de la herramienta CAD “ColdWater” para el desarrollo de los diseños de los
CSAF incluidos en las inversiones hoteleras, independientemente de que el flujo sea variable
o constante en las redes hidráulicas.
2. Recomendar el uso del procedimiento propuesto en todos los hoteles cubanos con SCCAH,
sobre la base de la EOCE sustentada en la optimización combinatoria, logrando la autonomía
del sistema en cuanto a: el cambio de los valores de consigna de la presión de envío en el
CSAF y la temperatura de salida del agua del lazo de producción de frío.
3. Continuar desarrollando el procedimiento mediante la integración a la herramienta
“OcupaHotel MTH” de métodos de optimización multiobjetivo, sobre todo incluyendo un
indicador de eficiencia relacionado con los aspectos económicos de la explotación del
sistema.
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�NOMENCLATURA UTILIZADA SEGÚN EL ORDEN DE APARICIÓN EN EL TEXTO
Simbología
T
D
HAO
kW·h/HDO
kW·h/t
K
q
m
∆T
Cp
q/A
α
It
h0
t0
ts
δR
ε
N=V
Q
H
P
Ri
Bj
Hsp
Qsp
ND
HO
HOP
HFS
MVC
MVCR
MT
Significado
Total de habitaciones
Habitaciones disponibles
Habitaciones a ocupar
Índice de consumo utilizado en el turismo en Cuba.
Energía eléctrica entre Habitaciones Días Ocupadas
Índice de consumo de las unidades enfriadoras
Coeficiente de conductividad térmica
Cantidad de calor
Flujo másico
Diferencia de temperatura
Calor específico del agua
Flujo calorífico a través de una pared
Absortividad de la superficie a la luz solar
Radiación solar total incidente sobre la superficie
Coeficiente de transferencia de calor convectivo y de
longitud de onda larga en la superficie externa
Temperatura exterior (ambiente)
Temperatura de la superficie de la pared
Diferencia entre la radiación de onda larga incidente
procedente de la bóveda celeste y el entorno, y la
radiación emitida por un cuerpo negro a la temperatura
ambiente
Emitancia de la superficie
Velocidad de rotación de una bomba centrífuga
Caudal de agua
Altura de carga
Potencia eléctrica
Relación funcional entre la altura de carga H de la red
del sistema y el caudal Q según la red
Relación funcional entre la altura de carga H de la red
del sistema y el caudal Q según la bomba
Altura de carga requerida por el CSAF y que garantiza
el confort
Caudal requerido por el CSAF y que garantiza el
confort
Cantidad de habitaciones no disponibles
Total de habitaciones que ya están ocupadas
Habitaciones a ocupar que están priorizadas
(escogidas a preferencia de los clientes)
Habitaciones fuera de servicio
Mayor Valor del Código de solución (cantidad total de
opciones de ocupación de los locales disponibles)
Coeficiente binomial al que se denominó Mayor Valor
del Código Restringido
Modelo térmico del edificio
Unidad
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
kW·h/HDO
kW·h/t
kcal/mh oC
kW
kg/s
K
kJ/kg·K
W/h·m2
Adimensional
W/h·m2
W/h·m2 K
K
K
W/h·m2
Adimensional
rev/min
m3/s
m
kW
adimensional
adimensional
m
m3/s
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
-
�MC
MH
CT
CC
CH
Peb
Pec
Pt
Z
g1, g2, g3
g4, g5, g6
Xe
Xcl
XSCCAH
XCSAF
Rn
Tev
Tcd
Tamb
h
d
CTmax
Te ; t8
Tr
(a)
(c)
(d)
R
Y
1
f , f 2, f 3
b1 , b 2 , b 3
Modelo del trabajo de compresión
Modelo hidráulico
Expresiones para determinar las magnitudes que
caracterizan carga térmica de enfriamiento
Expresiones para determinar las magnitudes que
caracterizan el trabajo de compresión
Expresiones para determina las magnitudes que
caracterizan la carga hidráulica del sistema
Potencia eléctrica requerida para el bombeo en el
CSAF
Potencia eléctrica requerida para realizar trabajo de
compresión en la enfriadora
Función objetivo: sumatoria de las potencias eléctricas
requeridas Peb+ Pec
Función calidad: mínima potencia eléctrica total
requerida
Intensidades de las relaciones de las variables de
coordinación con MT, MC y MH
Intensidades de las relaciones de los datos de entrada,
las variables de coordinación, intermedias y de
decisión del sistema con CT, CC y CH
Variables que caracterizan el edificio y que definen la
estructura de los modelos MT y MH
Variables que caracterizan el clima y que definen la
estructura de los modelos MT y MC
Variables que caracterizan la estructura y parámetros
generales del SCCAH
Variables que caracterizan la estructura y parámetros
generales del CSAF
Tipo de refrigerante que utiliza el equipo enfriador
Temperatura de entrada del refrigerante en el
evaporador
Temperatura de entrada del refrigerante al
condensador
Temperatura ambiente
Hora del día
Día del año
Carga térmica de enfriamiento máxima
Temperatura de envío del agua fría hacia el edificio
Temperatura de retorno del agua fría desde el edificio
Día del año (1,…,365)
Cantidad de variantes de códigos del MVCR
Hora del día (1,...,24)
Coeficiente de correlación
Salida de la Red Neuronal Artificial
Funciones de transferencia de las diferentes capas de
neuronas
Polarizaciones de las diferentes capas de neuronas
kW
kW
kW
kW
-
K
K
K
1-24
1-365
kW
K
K
adimensional
adimensional
adimensional
adimensional
kW
-
�ρ
g
ηb
ηm
Kv
Qve
∆p
Vn
Qn
Hn
Vi
Vi0
Va
Va0
V=N
Qa
Qi
Ha
Hi
δQ
QUTE
QUTR
A, C
h6
h2
h5
h4
WReal
h2′
ηs
Nc = Pec
mR
mCPAF
h7, h8
θ
mr
mc
tr
Densidad del agua
Aceleración de la gravedad
Rendimiento de la bomba
kg/m3
m/s2
adimensional
Rendimiento del motor
adimensional
Coeficiente de variación de flujo en válvulas de
equilibrio
Caudal en las válvulas de equilibrio
Pérdidas de carga en las válvulas de equilibrio
Velocidad de rotación nominal de la bomba
Caudal nominal de la bomba
Altura de carga nominal de la bomba
Velocidad de rotación mínima de la bomba
Velocidad de rotación mínima inicial de la bomba
Velocidad de rotación máxima de la bomba
Velocidad máxima inicial de la bomba
Velocidad de rotación seleccionada para la bomba
Valores mínimos de los caudales calculados para Va
Valores mínimos de los caudales calculados para Vi
Valores mínimos de las presiones calculadas Va
Valores mínimos de las presiones calculadas Vi
Cota para el módulo de la diferencia máxima entre los
caudales requeridos y calculados en las unidades
terminales
Caudal requerido en una unidad terminal
Caudal real en una unidad terminal
Coeficientes de la ecuación de la bomba
Entalpía de vapor saturado a la entrada del compresor
Entalpía teórica del vapor sobrecalentado a la salida
del compresor
Entalpía del líquido saturado
Entalpía de la mezcla saturada a la entrada del
evaporador
Trabajo real de compresión
Entalpía real del gas refrigerante a la descarga del
compresor
Rendimiento isentrópico
adimensional
Potencia eléctrica requerida por el compresor
Flujo másico de refrigerante
kW
kg/s
Flujo másico del agua por el evaporador (CPAF)
Entalpía del agua a la entrada y la salida del
evaporador
Factor de diversidad de la carga térmica
Flujo másico de agua que retorna en correspondencia
con la carga parcial
Flujo másico del agua a través del colector común
Temperatura de retorno del agua del CSAF
kg/s
kJ/kg
l/h
kPa
m/s
m3/s
m
rev/min
rev/min
rev/min
rev/min
rev/min
m3/s
m3/s
m
m
m3/s
m3/s
m3/s
adimensional
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
adimensional
adimensional
kg/s
kg/s
K
�tc
t7
CTEi
mi
Quti
ti
mHDO
CTEHDO
MCExh
MCxEsc
THEsc
VME
W
O
Oi
Bi
c
Oc
S1, S2
h
S
i
TT
P
HAOT
E
TPI
Po
CTE
He
Hr
Qr
Qt
Temperatura del agua a través del colector, se
considera igual a la temperatura del agua a la salida de
la enfriadora
Temperatura de entrada del agua al evaporador
Carga térmica de enfriamiento de la habitación i
Flujo másico en la unidad terminal i
Flujo volumétrico del agua en la unidad terminal i
(determinado durante el cálculo hidráulico)
Temperatura de salida del agua de la unidad terminal i
Flujo másico para ocupación especifica HDO
Carga térmica de enfriamiento de la ocupación HDO
Máxima combinatoria exhaustiva
Máxima combinatoria por escalón
Total de habitaciones por escalón
Máxima cantidad de escalones
Cadena de caracteres binarios que representa las HDO
Subcadena
binaria que representa la cantidad
habitaciones D
Número binario que representa las variantes de
ocupación según la subcadena O en función de HAO
Valor de Oi en la base numérica 10
Número de orden de la Ocupación según MVCR
Código binario de la ocupación de orden c
Secuencias binarias compactas de HAO
Paso de la búsqueda del código binario de la
ocupación c
Orden que ocupa en la lista de ocupaciones la
ocupación óptima
Contador de variantes de ocupación en la búsqueda
exhaustiva simple
Producto de MVCR por el tiempo unitario de
cómputo necesario para calcular Z' para una variante
de ocupación
Paso del escalón en la búsqueda escalonada
Valor máximo del paso del escalón
Número de veces que será aplicado el método
exhaustivo simple según los escalones del método
exhaustivo escalonado.
Tamaño de la población inicial para la optimización
mediante algoritmo genético
Cantidad de individuos da la población inicial
Carga térmica de enfriamiento promedio para los días
de ocupación para los cuales se realiza la optimización
Valor de consigna de la presión de envío del CSAF
Presión en el nodo de retorno de la red hidráulica
Caudal requerido para la ocupación que se evalúa
Caudal total requerido para la ocupación máxima
K
K
kW
kg/s
m3/s
K
kg/s
kW
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
s
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
número entero positivo
kW
m
m
m3/s
m3/s
�Incp.Q
EGC
t
TBExh(1)
Mayor incumplimiento de caudal en las unidades
terminales seleccionadas
Cantidad de evaluaciones al generar los códigos para
una optimización determinada
Tiempo computacional para determinar la solución
óptima
Total de búsquedas exhaustivas de paso 1 para
cualquier variante de HAO y D
%
número entero positivo
s
número entero positivo
ACRÓNIMOS UTILIZADOS
Acrónimo
VV
EOCE
SCCAH
CSAF
UABC
RNA
PTCT
MES
CENDA
SS.TT
ACS
CPAC
R22
CPAF
PID
PVC
ASHRAE
NC
BC
ARMAX
ASSI
CAD
EROS
SME
IE
SCADA
TA
MTH
Significado
Variador de Velocidad
Estrategia de Ocupación bajo Criterios Energéticos
Sistema de Climatización Centralizado por Agua Helada (todo-agua)
Circuito Secundario de Agua Fría
Universidad Autónoma de Baja California
Redes Neuronales Artificiales
Proyecto Territorial de Ciencia y Técnica
Ministerio de Educación Superior
Centro Nacional de Derechos de Autor
Servicios Técnicos (departamentos de mantenimiento de los hoteles cubanos)
Agua Caliente Sanitaria
Circuito Primario de Agua Caliente
Refrigerante freón 22
Circuito Primario de Agua Fría
Proporcional Integral Derivativo
Tuberías plásticas
Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción Refrigeración y Aire
Acondicionado
Norma Cubana
Bombas Centrífugas
Autoregresión con Variable Exógena
Análisis y Síntesis de Sistemas de Ingeniería
Diseño Asistido por Computadora
Sistema de supervisión y monitoreo industrial, desarrollado por el Grupo EROS
de la Empresa de Servicios Técnicos de Computación, Comunicaciones y
Electrónica del Níquel
Sistema de Mayor Envergadura
Indicador de Eficiencia
Control de Supervisión y Adquisición de Datos
Tour and Andersson
Modelo Termo-Hidráulico
�ANEXOS
�ANEXOS
ANEXO 1
TRABAJOS DESARROLLADOS POR EL AUTOR RELACIONADOS CON EL TEMA
DE LA INVESTIGACIÓN
Tesis de maestría:
Disminución del consumo energético en los Circuitos Secundarios de Agua Fría de la
Climatización Centralizada en hoteles. Maestría en Electromecánica, ISMM, 2004.
Publicaciones en revistas como autor principal:
1. Climatización distribuida en hoteles: alternativa para el uso racional de la energía eléctrica.
Revista Retos Turísticos, número 3, volumen 6, p.10-16, 2007. ISSN 1681-9713.
2. Aplicación del toolbox - matlab en la estimación de Gestión Total Eficiente de Energía en
Moa, Holguín, Cuba. Revista Ingeniería, Investigación y Desarrollo, Universidad Politécnica
y Tecnológica de Colombia, número 2, volumen 7, p.39-44, 2009. ISSN 1900-771X.
3. Predicción del consumo de electricidad y Gas LP en un hotel mediante redes neuronales
artificiales. Revista Energética, Instituto de Energía de la Facultad de Minas, Universidad
Nacional de Colombia, Sede Medellín, número 42, p.21-28, julio - diciembre 2009. ISSN
0120-9833.
4. Caudal variable en la climatización centralizada de hoteles (parte 1). Revista Retos
Turísticos, Universidad de Matanzas, número 3, volumen 9, p.42-49, 2010. ISSN 1681-9713.
5. Carga térmica y consumo energético en edificación turística con climatización centralizada
a flujo variable. Revista Universidad, Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional
Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”, Venezuela, número 61, volumen 15,
p.196-202, 2011. ISSN 1316-4821.
6. Caudal variable en la climatización centralizada de hoteles (parte 2). Revista Retos
Turísticos, Universidad de Matanzas, número 1, volumen 11, p.3-10, 2012. ISSN 1681-9713.
7. Análisis y síntesis de la operación de circuitos secundarios de agua fría en climatización
centralizada. Revista Ingeniería Mecánica, Instituto Superior José Antonio Echavarría, La
Habana, Cuba, número 2, volumen 15, mayo - agosto 2012, p. 83-94. ISSN 1815-5944.
8. Aspectos relacionados con el control del flujo secundario de agua en climatización
centralizada. Revista Ingeniería Investigación y Tecnología, Facultad de Ingeniería,
Universidad Autónoma de México, número 3, volumen XIII, p.307-313, julio - septiembre
2012. ISSN 1405-7743.
Publicaciones en eventos científicos como autor principal (2005-2013):
1. Diagnósticos Energéticos y su influencia en la gestión empresarial en hoteles. III Convención
“Entorno Agrario 2005”, Sancti Spiritus. ISBN 959-250-219-6.
2. Eficiencia energética mediante la climatización localizada en hoteles con habitaciones
bungalow. 4to Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente, Cienfuegos, 2006. ISBN
959-257-110-4.
3. Algunos aspectos de la Tecnología de la Gestión Total Eficiente de la Energía aplicados en
hoteles de la provincia de Holguín. 5to Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente,
I
�ANEXOS
2008, Cienfuegos. ISBN 978-959-257-186-0.
4. Evaluación del sistema de climatización de un restaurant buffet. 5to Taller Internacional de
Energía y Medio Ambiente, 2008, Cienfuegos. ISBN 978-959-257-186-0.
5. Agua Caliente Sanitaria en hoteles: realidades y evaluación de las condiciones operacionales.
5to Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente, 2008, Cienfuegos. ISBN 978-959257-186-0.
6. Caudal variable en la impulsión del agua fría de la climatización centralizada en hoteles.
Convención Internacional de la Ingeniería en Cuba. 2008. Matanzas. ISBN 978-959-247058-3.
7. Caudal variable y carga de enfriamiento anual: oportunidades para el ahorro de energía en la
climatización centralizada de hoteles. 6to Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente,
Cienfuegos, 2010. ISBN 978-959-257-231-7.
8. Circuitos Secundarios de Agua Fría en la climatización centralizada de hoteles: pruebas de
explotación desde computadora. 6to Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente,
Cienfuegos, 2010. ISBN 978-959-257-231-7.
9. Ajuste del controlador y red neuronal artificial multivariable para circuitos secundarios de
agua fría en climatización centralizada. III ENERMOA, Fórum Tecnológico Especial de
Energía, 2010, Moa. ISBN 978-959-16-1216-8.
10. Aspectos termo-hidráulicos en la operación de circuitos secundarios de agua fría a caudal
variable en climatización centralizada. III ENERMOA, Fórum Tecnológico Especial de
Energía, 2010. ISBN 978-959-16-1216-8.
11. Análisis y síntesis de la operación de circuitos secundarios en la climatización centralizada a
flujo variable: aspectos termo-hidráulicos. X Congreso Internacional de Ingeniería Hidráulica
y VI Seminario Internacional de Ingeniería Hidráulica, 2011. ISBN 978-959-247-082-8.
12. Análisis y síntesis para la optimización energética de la operación en climatización
centralizada a flujo variable. I Conferencia Internacional de la Universidad de Sancti
Spiritus, YAYABOCIENCIA 2011. ISBN 978-959-250-703-6.
13. Carga térmica en climatización centralizada a flujo variable. I Conferencia Internacional de
la Universidad de Sancti Spiritus, YAYABOCIENCIA 2011. ISBN 978-959-250-703-6.
14. Climatización Centralizada a flujo variable: optimización energética de la operación. XXXIII
Convención Panamericana de Ingenierías, 2012, La Habana, ISBN 978-959-247-094-1.
15. Selección de modelos de cargas térmicas basados en redes neuronales artificiales y la
ocupación que minimiza el trabajo de compresión. 7mo Taller Internacional de Energía y
Medio Ambiente, Cienfuegos, 2012. ISBN 978-959-257-323-9.
16. Climatización centralizada a flujo variable: optimización energética de la operación. 7mo
Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente, Cienfuegos, 2012. ISBN 978-959-257323-9.
17. Análisis y síntesis de la operación de circuitos secundarios de agua fría en climatización
centralizada. 16 Convención Científica de Ingeniería y Arquitectura, VIII Seminario Euro
Latinoamericano de Sistemas de Ingeniería, 2012. La Habana. ISBN 978-959-261-405-5.
18. Aspectos relacionados con el control del flujo secundario de agua en climatización
centralizada. 16 Convención Científica de Ingeniería y Arquitectura, VIII Seminario Euro
Latinoamericano de Sistemas de Ingeniería, 2012. La Habana. ISBN 978-959-261-405-5.
II
�ANEXOS
19. Algunas respuestas termo-hidráulicas y energéticas de un sistema de Climatización
Centralizado en un edificio de un hotel. IV ENERMOA, Fórum Tecnológico Especial de
Energía, Moa, 2012. ISBN 978-959-16-2067-5.
20. Análisis sistémico de la operación de los circuitos secundarios de agua fría en climatización
centralizada de hoteles. VI Conferencia Científica Internacional, Holguín, 2013. ISBN 978959-16-2138-2.
21. Optimización operacional de redes hidráulicas para la climatización centralizada a flujo
variable en hoteles. XI Congreso Internacional de Ingeniería Hidráulica, Ciego de Ávila,
2013. ISBN 978-959-247-106-1.
22. Respuestas termo-hidráulicas en un sistema de climatización centralizado todo-agua en un
hotel turístico. Jornada Internacional de Ingeniería Mecánica, Eléctrica, Industrial y ramas a
fines, La Habana, 2013. ISBN 978-959-247-110-8.
Trabajos de diploma tutorados (2002-2013):
1. Estudio del sistema de Climatización Centralizado del Hotel “LTI Costa Verde Beach
Resort”, 2002.
2. Bases para la Gestión Energética en los Sistemas de Suministro Eléctrico en instalaciones
Hoteleras, 2003.
3. Variadores de Velocidad en los sistemas de Climatización Centralizados en Hoteles, 2003.
4. Estudio de los sistemas secundarios de agua fría de la climatización centralizada en hoteles,
2004.
5. Análisis de los regímenes de explotación de los sistemas de impulsión de agua fría y caliente
en el hotel Blau Costa Verde, 2007.
6. Diagnostico energético del hotel Miraflores, 2007.
7. Gestión energética en el hotel Miraflores, 2008.
8. Redes hidráulicas en la climatización centralizada de hoteles, 2008.
9. Herramientas para predicción energética aplicadas en el hotel Blau Costa Verde, 2009.
10. Componentes de la climatización centralizada en hoteles: propuestas para racionalizar el
consumo energético, 2009.
11. Sistema automático de medición para variables termo-hidráulicas en la climatización
centralizada del hotel Blau Costa Verde, 2009.
12. Comportamiento del motor de inducción en la climatización centralizada de hoteles, 2009.
13. Aspectos relacionados con el control de los circuitos secundarios de agua fría de la
climatización centralizada en el Hotel Blau Costa Verde, 2010.
14. Procedimiento para estimar y reducir el consumo de electricidad en un circuito secundario de
agua fría en la climatización centralizada, 2010.
15. Evaluación del sistema de climatización del hotel Miraflores su incidencia en la calidad del
aire y en el consumo energético, 2010.
16. Red hidráulica y requerimientos de potencia eléctrica en climatización centralizada a flujo
variable, 2011.
17. Evaluación termo-energética de la operación de un circuito secundario de agua fría a flujo
variable en climatización centralizada, 2012.
18. Propuesta de una estrategia de control para los circuitos secundarios de agua fría a flujo
III
�ANEXOS
variable de la climatización del hotel Blau Costa Verde, 2013.
19. Sistema CAD para el diseño de los circuitos secundarios de agua fría en la climatización
centralizada de hoteles turísticos, 2013.
Tesis de maestría tutoradas:
1. Pronóstico del consumo de energía eléctrica en el hotel Porto Santo. Maestría en
Electromecánica, 2010.
2. Gestión Energética en el Hotel Playa Pesquero. Maestría en Eficiencia Energética, 2011.
3. Procedimiento para el diseño de Sistemas Secundarios de Climatización Centralizada por
Agua Fría. Maestría en CAD/CAM, UHo, 2011.
4. Pronóstico de la demanda de energía eléctrica mediante algoritmos genéticos. Maestría en
Eficiencia Energética, 2011.
Registro CENDA:
La disminución del consumo energético en circuitos secundarios de agua fría de la climatización
centralizada de hoteles, 2007.
Premios CITMA provincial de Innovación Tecnológica:
1. La Automatización Industrial y el uso racional de la energía en el sector empresarial como
fuente para el incremento de la eficiencia energética”, 2002 (coautor).
2. Soluciones y herramientas para la gestión energética en el sector de los servicios, 2007 (autor
principal).
Proyectos de investigación (2007-2013):
1. Proyecto ramal del MES (7.14) desarrollado entre la Universidad de Cienfuegos, la
Universidad Central de las Villas y el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa,
“Eficiencia energética de sistemas de climatización centralizados tipo todo-agua”,
participante.
2. Proyecto territorial de investigación – desarrollo e innovación tecnológica (PTCT 17/08),
“Modelación, simulación y control de los circuitos de impulsión de agua fría y agua caliente
en hoteles para las condiciones de explotación en Cuba”, coordinador.
3. Proyecto para estancia de estudios avanzado de posgrado en el Instituto de Ingeniería de la
Universidad Autónoma de Baja California, México. “Eficiencia energética en los sistemas de
climatización centralizados por agua helada en hoteles”, coordinador.
4. Proyecto Empresarial 1711, entre la Empresa de Automatización Integral y la Universidad de
Ciego de Ávila Máximo Gómez Báez, “Procedimiento tecnológico para el proceso de
supervisión y control energético en hoteles cubanos”, participante.
5. Proyecto Universitario, “Energía y Turismo: una mirada desde el mantenimiento y la
explotación hotelera” (PU1232), coordinador.
IV
�ANEXOS
ANEXO 2
CONEXIONES
BÁSICAS
DE
LOS
SISTEMAS
DE
CLIMATIACIÓN
CENTRALIZADOS TODO-AGUA
Figura 1. Sistema de Climatización Centralizado Todo-Agua [7].
Las flechas azules indican los fluidos del agua fría y las rojas el sistema de ACS.
Figura 2. Red hidráulica mallada con retorno directo empleada en los CSAF
a) Esquema general simplificado [46] b) unidades conectadas horizontalmente [92] y c)
unidades conectadas verticalmente [92].
V
�ANEXOS
Figura 3. Configuración estándar de los SCCAH a flujo variable [57].
Figura 4. Sistema de distribución con bombas individuales para cada zona [57].
VI
�ANEXOS
ANEXO 3
CARACTERÍSTICAS OPERACIONALES Y PARÁMETROS DE LAS UNIDADES
TERMINALES (FAN-COIL)
Las unidades terminales más utilizadas en los SCCAH son los fan-coil. Estas unidades para las
condiciones tropicales solo trabajan para climatizar, por lo que se le denomina de dos tubos.
Estas unidades terminales pueden trabajar asociadas a sistemas a flujo constante (válvulas de
control de tres vías) o en sistemas a flujo variable (válvulas de control de dos vías). En la Figura
1 aparece una vista general de los fan-coil básicos modelos FBHA de FRIOCLIMA. Estas
unidades son las más utilizadas en Cuba en toda su variedad de capacidades.
Figura 1. Unidades terminales básicas fan-coil modelos FBHA [77].
Unidades terminales emplazadas en el hotel caso de estudio (FCX 42 y FCX 50)
Figura 2. Unidades terminales de la familia FCX [170].
VII
�ANEXOS
Tabla 1. Datos técnicos de las unidades terminales de diferentes capacidades [170].
Figura 3. Caída de presión en las unidades terminales con relación al flujo [170].
VIII
�ANEXOS
ANEXO 4
ESPECIFICACIONES DE LAS VÁLVULAS PARA EL EQUILIBRADO DE LAS
REDES HIDRÁULICAS
Figura 1. Módulo de equilibrado formado por un ramal con varios terminales [87].
Figura 2. Válvulas de equilibrado y reguladores de presión [86].
Tabla 1. Relación Kv y número de vueltas de las válvulas STA-DR DN 15, 20 y 25 [86].
IX
�ANEXOS
y = 0,0453x5 - 0,6301x4 + 2,9999x3 - 5,6705x2 + 4,6923x - 1,0592
R² = 0,9994
5
4
Kv
3
2
1
0
0
1
2 Vueltas
3
4
5
Figura 3. Relación Kv y número de vueltas de la válvula STA-DR DN 25.
Tabla 2. Relación Kv y número de vueltas de diferentes válvulas de equilibrado con diámetros
nominales desde 10 hasta 50 mm [86].
y = -0.3295x4 + 2.8558x3 - 7.2646x2 + 9.6435x - 1.5884
2
R = 0.9996
25
Kv
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
vueltas
Figura 4. Relación Kv y número de vueltas de la válvula STAD DN 40.
X
�ANEXOS
Tabla 3. Relación Kv y número de vueltas de diferentes válvulas de equilibrado con diámetros
nominales desde 20 hasta 80 mm [86].
140
y = -0,119x4 + 1,6287x3 - 4,3968x2 + 6,6918x + 0,1514
R² = 0,9991
120
100
Kv
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
Vueltas
Figura 5. Relación Kv y número de vueltas de la válvula STAF DN 80.
XI
�ANEXOS
ANEXO 5
SISTEMA AUTOMÁTICO DE MEDICIÓN UTILIZADO EN LA INSTALACIÓN
EXPERIMENTAL
El SCADA escogido fue el EROS, un sistema de supervisión y control de procesos que se
destaca por la facilidad con que puede ser operado y configurado, ofreciendo funcionalidades
predeterminadas (estadísticas, alarmas, recetas, datos históricos). Posee una capa de red
poderosa, que a través del protocolo TCP-IP,
habilita la comunicación entre diferentes
computadoras que ejecutan el EROS, lo que permite la operación remota. La estructura de red en
estrella que se implementó en el hotel consta de los elementos que se aprecian en la Figura 1.
Figura 1. Estructura general del sistema automático de medición.
De forma general el sistema mide las variables presentes en la siguiente Tabla 1.
Tabla 1. Principales variables medidas con el SCADA EROS en un CSAF y en el SCCAH.
Nº Nombre de la variable
Símbolo Unidad
1
Presión de envío del circuito secundario de agua fría
pecsaf
Bar
2
Temperatura de envío del circuito secundario de agua fría
Tecsaf
o
3
Temperatura de retorno del circuito secundario de agua fría
Trcsaf
o
4
Presión de retorno del circuito secundario de agua fría
prcsaf
Bar
5
Temperatura ambiente
Tamb
o
6
Temperatura de envío del circuito primario de agua caliente
Tecpac
o
7
Temperatura de retorno del circuito primario de agua caliente Trcpac
o
8
Temperatura de envío de agua caliente
Teac
o
9
Temperatura de retorno de agua caliente
Trac
o
C
C
C
C
C
C
C
XII
�ANEXOS
Para la medición de esta variable se emplearon termo-resistencias PT 100 con convertidor en el
cabezal, con rangos de medición 0 a 100°C y de 0 a 600°C. En el caso de la presión se utilizó el
transmisor SITRANS P, Modelo DS III, Tipo: 7MF-4433-1DA00-1AA1-Z con rango de 1- 15
bar.
Para la visualización de las variables se diseñó la ventana que se muestra en la Figura 2 donde
aparece el flujo tecnológico y visualiza las magnitudes. La resolución de la visualización de los
gráficos de las variables puede se de 1, 3, 5, 10, 30 s y de 1, 3, 6 min.
Figura 2. Ventana principal del SAM.
Las variables posee un conjunto de etiquetas que permiten: ponerlas visibles; reflejarlas con una
línea gruesa; y visualizar los valores puntuales, mínimos, máximos y filtrado según desee el
operador. La comunicación del sistema es mediante Ethernet de tecnología 10 BaseT con una
velocidad de transmisión de 10 Mbps y la frecuencia de muestreo empleada por el sistema fue de
250 ms.
A continuación se presentan determinadas pruebas realizadas con el SAM.
XIII
�ANEXOS
kW
0
0
1
18
35
52
69
86
103
120
137
154
171
188
205
222
239
256
273
290
Habitaciones Ocupadas
Figura 3. Desempeño del controlador del VV ante el cambio de consigna de 5 a 4,5 bar.
6000
70
60
5000
50
4000
40
3000
30
2000
20
1000
10
Habitaciones ocupadas
kW
Figura 4. Prueba escalonada de cierre y apertura completa de patinejos y su efecto en la potencia
del motor de inducción operando a presión constante el CSAF.
En esta prueba se comprobó el efecto del cambio de la cantidad de habitaciones ocupadas en la
potencia de la bomba. Para ello por cuestiones de accesibilidad, se mantuvieron cerrados los
patinejos tres, cuatro, seis y siete (Patinejos EF, GH, KL y MN de la Figura 3.2) de los nueve
existentes, y el resto se fue conectando y desconectando escalonadamente (uno, dos, cinco, ocho
y nueve, que representen los patinejos AB, CD, IJ, OP y RQ de la Figura 3.2). Las pruebas se
realizaron a presión constante de 4,5 bar de presión (45,9 mca) con el correspondiente control del
variador de velocidad.
Figura 5. Comportamiento promedio de la temperatura ambiente durante 25 días.
XIV
�ANEXOS
ANEXO 6
METODOLOGÍA E INFORMACIONES UTILIZADAS POR EL SIMULADOR DE
CARGAS TÉRMICAS
Los aspectos conceptuales y los procedimientos de cálculo que se utilizan en el presente trabajo
están basados en la obra “Comportamiento Térmico de Edificios” [65], en la cual se resaltan los
epígrafes relacionados con los parámetros climatológicos y de la construcción, las ganancias de
calor y la potencia enfriamiento. Los aspectos teóricos se sustentan principalmente en manuales
de la Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado
(ASHRAE por sus siglas en inglés). Estos conceptos y procedimientos, así como la metodología
que proponen en el método de Funciones de Transferencia, han sido adaptados a las condiciones
y requerimientos regionales, instrumentados con sistemas computacionales e integrados con
datos climatológicos y parámetros técnicos y económicos locales, de tal forma que permiten
construir paquetes de simulación para casos específicos. El método de las funciones de
transferencia es considerado uno de los más precisos para el cálculo térmico. Otros métodos
están considerados como simplificaciones del mismo. La metodología requiere del uso de
funciones de transferencia por conducción y de factores de ponderación, de coeficientes para el
cálculo de transmitancia y absorbancia en vidrio y de coeficientes normalizados para funciones
de transferencia al aire del espacio, entre otros. Estos factores y coeficientes son obtenidos de
bases de datos y de manuales de ASHRAE.
Esta metodología ha sido aplicada a casos específicos, y sus resultados parciales y totales han
sido validados mediante medición y monitoreo de campo. El esquema metodológico pretende
adecuar los resultados proporcionados por esta metodología a las particularidades constructivas y
económicas de cada región. En la Figura 1 se describe gráficamente la metodología general
orientada a la evaluación de aislamientos para una zona geográfica particular pero su esquema
general es válido para cualquier alternativa a analizar en referencia al uso del equipamiento de
climatización. Los procedimientos de cálculo establecidos por el Método de Funciones de
Transferencia por Conducción (MFTC) son ampliamente utilizados (en diferente grado) por una
buena parte de los simuladores comerciales, en especial por aquellas firmas dedicadas a
proyectar sistemas de acondicionamiento ambiental, bufetes de ingeniería, proveedores y
fabricantes de equipos de aire acondicionado. Sin embargo, la metodología se puede adaptar para
considerar las condiciones de las zonas de interés.
XV
�ANEXOS
Figura 1. Esquema metodológico del simulador térmico de edificios de la UABC [65].
Generalidades para el cálculo de las cargas térmicas mediante el simulador térmico de
edificios de la UABC.
Los cálculos fundamentales que realiza el simulador se concentran en determinar:
-
Ganancias instantáneas de calor
-
Potencia de enfriamiento
-
Rapidez de retiro de calor
Ganancia instantánea de calor: Es la rapidez a la cual el calor entra o es generado en el espacio
en un instante de tiempo dado. Se clasifica por la manera en la cual el calor entra al espacio y
puede ser sensible o latente.
XVI
�ANEXOS
Potencia (o carga) de enfriamiento: Se define como la rapidez a la cual el calor debe ser
removido desde el recinto para mantener la temperatura del aire del mismo a un valor constante.
Rapidez de retiro de calor: Es la rapidez a la cual la energía es removida del
espacio
acondicionado por el sistema de climatización.
Dentro de las hojas de cálculo con que cuenta el simulador térmico se destacan:
-
Data2: Hoja de cálculo de los datos.
-
GVP4SW: Ganancias instantáneas de calor por ventanas y pisos.
-
GT4SW: Ganancias instantáneas de calor por el techo.
-
GS4SW: Ganancias instantáneas de calor por la pared sur.
-
GO4SW: Ganancias instantáneas de calor por la pared oeste.
-
GN4SW: Ganancias instantáneas de calor por la pared norte.
-
GE4SW: Ganancias instantáneas de calor por la pared este.
-
MEX1TH: Cálculo de la temperatura ambiente horaria de un día a la vez.
-
MEX2TAS: Temperaturas aire – sol.
-
HG: Horas grado de la localidad.
-
RCAA: Retiro de calor del aire acondicionado.
-
SCR4W: Hoja de cálculo principal donde a través de macros y la iteración con las demás
hojas de cálculo es posible obtener el RCAA, el RCAAmax, la Carga de enfriamiento
horaria y máxima además de la capacidad frigorífica necesaria para las condiciones
máximas de CE.
-
CE4SW: Resumen del cálculo de la carga de enfriamiento en todas las variantes
-
Resultados: Distribución de la carga de enfriamiento de la zona a analizar así como el
comportamiento de la facturación eléctrica debida a la climatización.
Parámetros fundamentales correspondientes al edificio en análisis del caso de estudio
Datos que se introducen en Data2:
Área de zona: En esta tabla se introducen las dimensiones de la Zona en cada una de las paredes
norte, sur, este y oeste de las cuales se especifican si tienen asolamiento directo o constituye una
pared interior.
Tipo de muro: A partir de estos datos se determinan las resistencias térmicas de cada muro. El
más común es el de tipo 5 (Block concreto pesado de 4" con 2", 3", 4" de aislamiento exterior
(R = 8.6, o R = 11.9 o R = 15.2), Ladrillo común de 4" con 1" o 2" de aislamiento interior, Block
de concreto pesado de 8" sin aislar (R = 2.3)
XVII
�ANEXOS
Tabla .1 Parámetros de los materiales de los muros [65]
Material de muros
Resistencia externa
Cartón de yeso (prefabricado)
Acabado interior mortero 1.5 cm
Aislamiento, 2" de poliestireno
Acabado exterior 1" de mortero cemento-arena
Block de concreto pesado de 8 pulgadas
Ladrillo 8"
Resistencia interna
Código
ASHRAE
A0
A6
E1
B6
E1
C8
C9
E0
R
°F ft h/btu
0.33
0
0.12
0
0.2
1.11
0
0.69
2
Tipo de Clima: Se elige el clima seco o el húmedo.
Eficiencia del Sistema de Climatización (SEER), kBtu/kW·h: La eficiencia seleccionada es la 7
debido al tiempo de trabajo pronunciado con que cuentan las unidades terminales, fan-coil.
Dimensiones del techo: En este caso además se definen la absortividad en 0,75 y la emitancia en
0.9 de la superficie. Se calcula la resistencia térmica a partir de la selección adecuada del tipo
de material según las tablas.
Coeficientes de ponderación del espacio: Se eligen en tablas y toman como referencia el tipo de
construcción quedando definidos estos factores para la conducción, para la radiación solar, la
iluminación y las personas.
Tabla 2. Coeficientes de ponderación de los espacios
V0
V1
V2
W1
W2
V0
V1
V2
W1
W2
Zona sencilla
Solar
Iluminación
0.50938
0.76250
-0.50975
-0.83070
0.07234
0.15957
-1.23424
-1.15317
0.30621
0.24454
Planta alta sencilla
Conducción
Solar
Iluminación
0.75762
0.64714
0.77412
-0.82615
-0.66489
-0.83530
0.19592
0.15042
0.18820
-1.18756
-1.20650
-1.16479
0.31495
0.33917
0.29180
Conducción
0.74638
-0.85521
0.17795
-1.24007
0.30918
Personas
0.74364
-0.80510
0.15283
-1.15317
0.24454
Personas
0.72296
-0.77445
0.17888
-1.18756
0.31495
XVIII
�ANEXOS
V0
V1
V2
W1
W2
V0
V1
V2
W1
W2
V0
V1
V2
W1
W2
V0
V1
V2
W1
W2
V0
V1
V2
W1
W2
Planta intermedia sencilla
Conducción
Solar
Iluminación
Personas
0.65175
0.44732
0.67638
0.64621
-0.53539
-0.32159
-0.64743
-0.51349
0.06284
0.04671
0.13093
0.05649
-0.95883
-1.03459
-1.08659
-0.94695
0.13803
0.20703
0.24647
0.13616
Planta baja sencilla
Conducción
Solar
Iluminación
Personas
0.68978
0.51355
0.65949
0.63528
-0.72759
-0.54853
-0.75400
-0.72078
0.12275
0.10957
0.16741
0.16062
-1.13188
-1.22374
-1.24573
-1.21626
0.21682
0.29833
0.31855
0.29138
Planta alta perimetral
CONDUCC.
SOLAR
ILUMINAC PERSONAS
0.66899
0.41021
0.67804
0.67019
-0.67904
-0.32679
-0.71093
-0.67932
0.12434
0.04249
0.15065
0.14730
-1.14230
-1.26216
-1.16748
-1.16007
0.25659
0.38807
0.28524
0.29824
Planta intermedia perimetral
Conducción
Solar
Iluminación
Personas
0.56769
0.36541
0.59787
0.55662
-0.52299
-0.25218
-0.72240
-0.47314
0.09305
0.03508
0.19604
0.06678
-1.07790
-1.03582
-1.34898
-1.01246
0.21565
0.18413
0.42049
0.16272
Planta baja perimetral
Conducción
Solar
Iluminación
0.61675
0.42929
0.56869
-0.68518
-0.46375
-0.63699
0.13231
0.09600
0.12348
-1.20074
-1.27867
-1.21902
0.26462
0.34021
0.27419
Personas
0.57748
-0.63235
0.11875
-1.20074
0.26462
Estos tipos de construcción se traducen en:
-
Una sola planta, todos muros exteriores
-
Planta alta, todos muros exteriores
-
Planta intermedia, todos muros exteriores
-
Planta baja, todos muros exteriores
-
Planta alta, al menos un muro exterior
-
Planta intermedia, al menos un muro exterior
XIX
�ANEXOS
-
Planta baja, al menos un muro exterior
Tabla 3. Ocupación e Iluminación.
Hora Personas Iluminación % usado Hora Personas Iluminación % usado
1
2
10%
13
0
10%
2
2
10%
14
0
10%
3
2
10%
15
0
10%
4
2
10%
16
0
10%
5
2
10%
17
2
60%
6
2
10%
18
2
60%
7
2
60%
19
0
10%
8
0
10%
20
0
10%
9
0
10%
21
0
10%
10
0
10%
22
0
10%
11
2
10%
23
2
40%
12
0
10%
24
2
20%
Se introducen los equipos que se encuentran dentro del espacio a climatizar con sus respectivos
parámetros de potencia, cantidades y el horario que regularmente trabajan.
Tabla 4. Fuentes de emisión de calor latente.
Fuentes
Lámparas
Televisor
Refrigerador
Secador de pelo
Bombillo del baño
Bombillo de aplique baño
Bombillo del pasillo
Potencia (W)
15
50
78
900
13
12
12
Cantidad
3
1
1
1
2
2
1
Datos de la localidad
Tabla 5. Valores máximos y mínimos de temperatura ambiente para un año promedio.
Día
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tmin Tmax Día
Tmin Tmax Día
Tmin Tmax Día
Tmin Tmax Día
Tmin Tmax
24.7
22.0
21.2
22.5
23.5
22.6
24.1
24.1
24.1
24.2
24.0
23.2
24.2
24.6
24.4
24.6
24.7
23.4
25.2
24.7
24.6
25.2
24.0
25.9
25.8
24.6
23.6
27.7
27.3
27.3
25.5
24.7
26.9
28.0
28.1
27.7
25.6
27.4
27.0
27.7
26.1
25.9
26.6
26.6
25.5
27.1
27.0
23.8
23.9
25.4
26.1
26.4
25.4
25.6
74
75
76
77
78
79
80
81
82
27.3
27.8
27.5
26.6
25.5
26.7
26.3
26.0
26.5
147
148
149
150
151
152
153
154
155
29.0
29.7
28.8
28.7
28.2
28.7
29.5
29.5
30.1
220
221
222
223
224
225
226
227
228
31.0
30.7
31.1
31.6
31.6
31.8
31.0
31.4
30.1
293
294
295
296
297
298
299
300
301
29.9
29.8
29.6
29.8
29.3
29.6
29.6
29.6
28.4
XX
�ANEXOS
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
23.4
24.4
21.9
21.1
24.5
24.4
24.5
24.9
25.4
25.6
25.4
25.0
25.4
25.2
24.8
25.0
25.0
24.9
23.4
23.2
22.8
23.6
24.7
22.3
24.0
25.4
23.7
24.3
24.6
22.1
24.8
24.3
24.0
24.5
21.6
21.1
23.0
23.5
23.7
23.4
21.3
24.2
24.7
22.1
24.6
24.6
24.0
24.3
21.3
23.6
25.3
25.5
25.6
26.1
26.8
26.8
26.8
26.8
26.4
26.8
26.9
27.9
27.0
27.1
26.7
27.2
27.2
26.9
26.4
26.8
25.0
24.6
25.1
25.7
26.5
27.4
27.2
27.1
27.0
26.3
26.3
26.8
26.8
26.6
26.6
26.4
27.9
28.2
27.8
27.2
25.8
25.7
25.1
26.2
26.9
27.4
27.0
26.8
27.0
27.8
27.7
27.1
27.4
27.5
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
22.8
22.0
24.0
24.3
24.5
24.7
25.0
23.0
23.8
24.7
25.3
25.0
25.1
25.1
24.0
22.0
25.1
25.0
25.4
24.8
25.1
22.4
22.6
22.9
23.6
24.4
25.0
25.0
22.4
22.0
22.0
20.5
24.3
24.8
24.2
25.8
25.0
23.6
25.0
24.7
24.0
23.5
25.6
24.4
24.7
24.4
25.2
23.8
24.9
24.4
23.2
24.3
27.4
26.2
24.8
26.1
26.2
27.5
27.2
26.1
26.6
26.4
26.5
26.8
26.8
27.7
28.5
28.5
28.1
28.3
28.2
27.7
27.8
28.2
27.1
24.6
26.2
26.6
28.4
28.2
28.9
27.6
28.0
28.3
27.8
27.8
28.5
28.0
28.2
28.2
27.9
28.6
27.5
28.5
28.7
28.8
28.8
28.7
30.4
30.1
29.4
29.9
27.0
28.5
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
26.4
27.4
26.6
26.8
26.2
25.3
25.3
25.8
24.6
25.3
25.9
24.9
26.2
26.6
26.2
27.6
27.2
27.3
27.9
28.0
28.1
27.6
26.0
26.5
26.4
26.9
26.2
26.3
26.3
27.7
28.0
27.9
28.0
27.9
27.8
27.9
27.9
28.0
27.7
27.7
28.0
27.8
27.0
27.9
26.9
27.9
27.0
26.1
26.2
28.0
28.0
27.9
29.5
29.7
28.4
29.5
29.6
29.3
29.6
29.3
29.1
29.4
29.2
29.8
30.0
29.8
29.8
30.4
30.2
30.0
30.1
29.9
30.4
29.5
30.6
29.5
30.5
30.3
30.3
30.3
30.4
30.1
29.7
30.1
29.7
29.9
30.4
30.5
30.2
30.2
30.2
30.2
30.4
30.5
30.4
30.2
29.6
30.2
29.7
30.5
30.6
30.2
30.5
30.7
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
27.0
28.1
27.4
27.3
27.5
27.3
25.5
25.2
27.1
27.0
28.3
27.9
27.3
27.2
26.4
25.9
26.1
27.6
26.5
25.5
25.3
25.3
23.5
27.6
28.7
28.2
26.1
26.3
28.2
26.9
25.7
24.2
24.4
24.7
25.1
25.9
26.2
26.3
27.7
26.1
25.9
25.8
26.2
26.6
25.3
24.5
25.2
25.3
26.1
26.3
25.2
25.7
29.4
30.7
30.3
30.5
31.0
30.7
31.0
30.0
30.7
30.5
30.7
30.4
30.2
30.5
30.4
30.2
29.2
29.8
31.6
30.3
31.2
31.0
31.6
30.7
30.7
30.7
30.8
31.1
32.0
30.2
29.8
30.3
30.0
30.3
30.6
30.4
30.9
30.2
30.7
30.5
30.4
30.9
31.0
30.0
28.8
30.4
30.0
29.8
29.5
29.9
29.9
29.8
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
26.0
25.1
26.0
25.5
24.9
23.8
23.9
25.7
26.2
26.5
26.0
25.5
24.9
24.7
26.4
26.5
26.5
24.3
22.5
25.6
25.5
24.2
24.6
25.1
25.2
24.9
25.1
24.2
23.3
25.3
24.9
22.9
22.6
24.0
23.9
24.6
22.7
21.7
23.4
24.4
25.5
25.5
25.3
25.7
23.1
24.9
24.5
25.6
24.0
22.9
24.9
24.7
26.9
26.6
26.6
27.2
27.5
28.6
27.7
27.4
27.6
27.8
27.0
26.7
29.0
28.0
27.7
27.6
27.5
27.6
27.7
27.0
26.8
26.5
26.5
26.6
26.7
25.9
26.4
26.0
26.5
26.9
26.5
26.9
27.1
26.9
27.3
26.4
26.2
25.7
26.4
25.7
26.1
26.8
27.0
27.2
26.0
26.4
26.5
26.8
26.3
26.2
26.5
26.3
XXI
�ANEXOS
23.3
25.1
24.9
24.9
23.9
22.3
23.6
23.4
24.6
23.3
22.7
24.1
Temperatura (Grados Celsius)
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
27.3
28.4
27.9
26.4
26.5
27.5
27.3
27.2
27.3
27.4
27.1
26.4
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
24.4
24.9
25.1
24.2
25.3
25.5
24.5
25.2
26.0
24.8
25.3
25.0
27.6
28.1
29.2
28.7
29.8
29.2
29.6
29.8
29.5
29.4
28.7
28.4
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
26.8
25.3
26.4
27.0
27.9
28.0
28.2
27.2
28.2
28.0
27.9
27.3
31.1
31.2
31.0
30.7
30.9
31.3
30.0
30.1
30.4
31.2
31.9
31.4
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
25.6
25.9
26.2
25.7
25.9
25.5
26.0
25.9
26.2
26.3
26.2
24.7
30.2
29.5
29.4
28.8
29.1
30.1
29.3
28.7
29.6
29.9
29.9
29.3
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
23.7
23.8
23.2
23.0
23.4
23.2
24.5
25.3
25.2
25.0
24.0
23.1
26.8
27.6
27.0
26.2
26.2
26.6
26.7
26.2
26.4
26.6
25.3
26.2
34
Temperatura mínima
32
Temperatura máxima
30
28
26
24
22
20
18
1
20
39
58
77
96 115 134 153 172 191 210 229 248 267 286 305 324 343 362
Día
Figura 2. Gráfico de las temperaturas mínimas y máximas.
Climatología local
Se desarrolló un modelo que permite calcular la temperatura ambiental horaria para cualquier día
del año a partir de las temperaturas máxima y mínima. Dicho modelo se obtuvo correlacionando
registros históricos reportados y ha mostrado confiabilidad en su manejo [65]. El modelo
consiste en una función de Fourier que adquiere las siguientes expresiones:
2πt
2πt
Tˆ (t ) = m + A cos
; t = 1,2,3...24
+ Bsen
24
24
(1)
T max − T (t )
Tˆ (t ) =
T max − T min
(2)
Donde:
t: hora del día; adimensional
m, A, B : parámetros de ajuste de la función de Fourier; adimensional
Tmax: temperatura máxima; oC
Tmin: temperatura mínima; oC
XXII
�ANEXOS
Los parámetros de ajuste para el caso de estudio situado en la Playa Pesquero del municipio
Rafael Freyre de la Provincia de Holguín, Cuba son:
Tabla 6. Datos de la localidad y de la función de Fourier para estimar las temperaturas
A
B
<m>
0,4013772
0,2310791
0,5702869
Latitud
Longitud
LST
21,80
79,99
70,00
XXIII
�ANEXOS
ANEXO 7
RNA24hFinal
Genera y prepara toda la data obtenida de la simulación térmica del edificio, para el proceso de
aprendizaje de las RNA
%
%
%
%
------------------------------------------------------------------------Programa para cargar los datos de la modelación térmica del edificio para
ser usados en la modelación con redes neuronales artificiales.
------------------------------------------------------------------------clear,clc
% Function CCE
format short g
% "CCE_termica", CCE-Variable; Fichero con el que salvó la carga térmica
% completa (24 columnas, 365 días 59 matrices)
load CCE_termica
% Cargar ocupación promedio
ocp = xlsread('Datos Finales.xls','Hoja1','bm6:ds370');
% Cargar temperatura ambiente durante un año promedio cada 3 horas
Tamb8horas = xlsread('Datos Finales.xls','Hoja2','a1:h365');
% Cargar temperatura ambiente durante un año promedio
Tamb24horas =xlsread('Tamb24horasF.xls','Hoja1','a1:x365');
% Cargar los valores de las horas, meses y dia.
Horas24 = xlsread('24horas','Hoja1','a1:x365');
Meses = xlsread('Meses', 'Hoja1', 'a1:x365');
Dia = xlsread('Dia', 'Hoja1', 'a1:x365');
% Para determinar el valor máximo de las CT del año
CCEMax = max(CCE,[],2); % Máximo de Qt(CCE) de cada hab. cada día del año
for H=1:59
CCEMax1(:,H)=[CCEMax(:,:,H)]; % Matriz de máximo de CCE por cada
% habitación los 365 días
end
CTmaxE = max(CCEMax1(:,H));
CTmaxEdif = max(CCEMax1(:,32));
% Para preparar las horas en valores PU para la modelación en RNA
Horas24pu = Horas24/24;
Hpu = permute(Horas24pu,[2 1]);
Hpu_columnapu = reshape(Hpu,[],1); % Matriz de carga de enfriamiento en un
% vector columna
Hpu_filapu = reshape(Hpu,1,[]); % Matriz de carga de enfriamiento en una
% fila en BTU/h
% Para preparar las temperaturas ambientes para la modelación en RNA
Tamb24horasmax = max(Tamb24horas(:));
Tamb24horaspu = Tamb24horas/Tamb24horasmax;
Tambpu = permute(Tamb24horaspu,[2 1]);
Tambpu_columna = reshape(Tambpu,[],1);
Tambpu_fila = reshape(Tambpu,1,[]);
% Para preparar los datos de los meses para la modelación en RNA
Mesespu = Meses/12;
M = permute(Mesespu,[2 1]);
Mesespu_columna = reshape(M,[],1);
XXIV
�ANEXOS
Mesespu_fila = reshape(M,1,[]);
%Para preparar los datos de los días para la modelación en RNA
Diapu = Dia/365;
D = permute(Diapu,[2 1]);
Diapu_columna = reshape(D,[],1);
Diapu_fila = reshape(D,1,[]);
% Matrices de entrada de datos a las RNA
ERNA = [Tambpu_fila; Hpu_filapu; Mesespu_fila];
ERNA1 = [Tambpu_fila; Hpu_filapu];
ERNA2 = [Tambpu_fila; Hpu_filapu; Mesespu_fila; Diapu_fila];
ERNA3 = [Tambpu_fila; Hpu_filapu; Diapu_fila];
ERNA4 = [Tambpu_fila; Diapu_fila];
CT1_24h =CCE(:,:,1);
CT1_24hpu =CCE(:,:,1)/CTmaxEdif;
X1pu = permute(CT1_24hpu,[2 1]);
CT1_columnapu = reshape(X1pu,[],1);
CT1_filapu = reshape(X1pu,1,[]);
.
.
.
CT59_24h =CCE(:,:,59);
CT59_24hpu =CCE(:,:,59)/CTmaxEdif;
X59pu = permute(CT59_24hpu,[2 1]);
CT59_columnapu = reshape(X59pu,[],1);
CT59_filapu = reshape(X59pu,1,[]);
% valores en BTU
Total= CT1_24h + CT2_24h + CT3_24h + CT4_24h + CT5_24h + CT6_24h +...
CT7_24h + CT8_24h + CT9_24h + CT10_24h + CT11_24h + CT12_24h + CT13_24h +...
CT14_24h + CT15_24h + CT16_24h + CT17_24h + CT18_24h + CT19_24h +...
CT20_24h + CT21_24h + CT22_24h + CT23_24h + CT24_24h + CT25_24h +...
CT26_24h + CT27_24h + CT28_24h + CT29_24h + CT30_24h + CT31_24h +...
CT32_24h + CT33_24h + CT34_24h + CT35_24h + CT36_24h + CT37_24h +...
CT38_24h + CT39_24h + CT40_24h + CT41_24h + CT42_24h + CT43_24h +...
CT44_24h + CT45_24h + CT46_24h + CT47_24h + CT48_24h + CT49_24h +...
CT50_24h + CT51_24h + CT52_24h + CT53_24h + CT54_24h + CT55_24h +...
CT56_24h + CT57_24h + CT58_24h + CT59_24h;
% valores en kW
Total1=Total/12000*3024/360;
Find_Good _RNA3
Función que automatiza el proceso aprendizaje durante la búsqueda de la mejor RNA que se
aproxime a los datos con los cuales se entrena.
% Función para la automatización del aprendizaje de las RNA…
function [Good_net,DE]=Find_Good_RNA(P,T,Epoch)
% Inicializando datos
Good_net=0;
Er_save=0;
% Ciclo con diferentes porcentajes de los datos aleatorios
for kk = 0.2:0.1: 0.5
XXV
�ANEXOS
% Calculando los datos aleatorios que participarán en el entrenamiento
Dmed=sort(fix(rand(1,length(T)*kk)*length(T)-1));
Dmed(find(Dmed==0))=[];
Te=T(:,Dmed);
Pe=P(:,Dmed);
fprintf('------------------------------------- ------------ \n');
fprintf('Se escojerán aleatoramente para el entrenamiento
\n');
fprintf('un %3.0f',kk*100);fprintf('porcentaje de los datos \n');
fprintf('-------------------------------------------------- \n');
% Ciclo con diferentes tipos de entrenamientos
TFnc ={'trainlm','trainRP','traingdm','traingda'};
for c= 1: length(TFnc)
% Ciclo con diferentes tipos de función de transferencia.
FncTF = {'tansig', 'logsig'};
for m = 1 : length(FncTF)
% Ciclos con diferentes cantidades de neuronas en la capa intermedia
for k = 3 :1: 50
fprintf('----------------------------------------------------\n');
fprintf(' RNA %2.0f',k);
fprintf(' Neuronas en la capa. Itmedia\n');
fprintf([' Se utilizará fun. de transferencia (' FncTF{m} ')\n']);
fprintf([' Se utilizará el tipo de entrenamiento(' TFnc{c} ')\n']);
fprintf('---------------- ------------------------------------\n');
% Crea la RNA con las características deseadas
net=newff(P,T,[k 1],{FncTF{m}, FncTF{m}, 'purelin'},TFnc{c});
net.trainFcn=TFnc{c};
net.trainparam.showwindow=false;
% Ciclo variando los pesos iniciales de la RNA escogida
for i = 1 : Epoch
net=init(net);
fprintf('RNA %3.0f',i);fprintf(' Entrenando\n');
net=train(net,Pe,Te);
fprintf('Entrenamiento finalizado \n');
fprintf('Calculando el error\n');
CT_RNA=sim(net,P);
R=corrcoef(T,CT_RNA);
R=abs(min(R));
R=abs(R(1)*100);
fprintf('Coeficiente de Correlación %3.2f',R);
fprintf(' %% \n');
if R -(k/30) > Er_save
Good_net=net;
fprintf('--> La mejor RNA ha sido cambiada <---\n',i);
Er_save=R;
DE=Pe;
end
end
end
end
end
end
XXVI
�ANEXOS
Comprobación_RNA
Comprueba los coeficientes de correlación de los mejores modelos basados en RNA de la carga
térmica de enfriamiento de los locales del edificio y el error cuadrático medio de los modelos.
Ambos resultados se introducen en una sola variable.
%
%
%
%
%
%
------------------------------------------------------------------------Programa para determinar los coeficientes de correlación de los mejores
modelos basados en RNA de la carga térmica de enfriamiento de los locales
del edificio y el error cuadrático medio. Ambos resultados se introducen
en una sola variable.
------------------------------------------------------------------------load ( 'CTnet1.mat' );
R = CalCoefCorr(Good_net, ERNA3, CT1_filapu);
R1 = R;
C1=sim(Good_net,ERNA3);
e1=mse(CT1_filapu-C1);
CT1=C1';
.
.
.
load ( 'CTnet59.mat' );
R = CalCoefCorr(Good_net, ERNA3, CT59_filapu);
R59 = R;
C59=sim(Good_net,ERNA3);
e59=mse(CT59_filapu-C59);
CT59=C59';
RT=[R1; R2; R3; R4; R5; R6; R7; R8; R9; R10;...
R11; R12; R13; R14; R15; R16; R17; R18; R19; R20;...
R21; R22; R23; R24; R25; R26; R27; R28; R29; R30;...
R31; R32; R33; R34; R35; R36; R37; R38; R39; R40;...
R41; R42; R43; R44; R45; R46; R47; R48; R49; R50;...
R51; R52; R53; R54; R55; R56; R57; R58; R59]
CTRNA = [CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 CT9 CT10...
CT11 CT12 CT13 CT14 CT15 CT16 CT17 CT18 CT19 CT20...
CT21 CT22 CT23 CT24 CT25 CT26 CT27 CT28 CT29 CT30...
CT31 CT32 CT33 CT34 CT35 CT36 CT37 CT38 CT39 CT40...
CT41 CT42 CT43 CT44 CT45 CT46 CT47 CT48 CT49 CT50...
CT51 CT52 CT53 CT54 CT55 CT56 CT57 CT58 CT59];
CTREAL= [CT1_columnapu CT2_columnapu CT3_columnapu CT4_columnapu...
CT5_columnapu CT6_columnapu CT7_columnapu CT8_columnapu CT9_columnapu ...
CT10_columnapu CT11_columnapu CT12_columnapu CT13_columnapu CT14_columnapu...
CT15_columnapu CT16_columnapu CT17_columnapu CT18_columnapu CT19_columnapu...
CT20_columnapu CT21_columnapu CT22_columnapu CT23_columnapu CT24_columnapu...
CT25_columnapu CT26_columnapu CT27_columnapu CT28_columnapu CT29_columnapu...
CT30_columnapu CT31_columnapu CT32_columnapu CT33_columnapu CT34_columnapu...
CT35_columnapu CT36_columnapu CT37_columnapu CT38_columnapu CT39_columnapu...
CT40_columnapu CT41_columnapu CT42_columnapu CT43_columnapu CT44_columnapu...
CT45_columnapu CT46_columnapu CT47_columnapu CT48_columnapu CT49_columnapu...
CT50_columnapu CT51_columnapu CT52_columnapu CT53_columnapu CT54_columnapu...
CT55_columnapu CT56_columnapu CT57_columnapu CT58_columnapu CT59_columnapu];
ECMT = [e1; e2; e3; e4; e5; e6; e7; e8; e9; e10; e11; e12; e13; e14; e15; ...
e16; e17; e18; e19; e20; e21; e22; e23; e24; e25; e26; e27; e28; e29; e30;...
e31; e32; e33; e34; e35; e36; e37; e38; e39; e40; e41; e42; e43; e44; e45;...
e46; e47; e48; e49; e50; e51; e52; e53; e54; e55; e56; e57; e58; e59];
Final = [RT ECMT];
XXVII
�ANEXOS
Pesos_bias
Permite extraer los pesos y las polarizaciones de los modelos RNA ya obtenidos, los cuales son
preparados en ficheros txt para ser usados en la aplicación “OcupaHotel MTH”
%-------------------------------------------------------------------% Programa para extraer los valores de los pesos y las polarizaciones
% de los modelos de las RNA para variables del WorkSpace...
%-------------------------------------------------------------------load('CTnet1.mat')
IW1h1 = Good_net.IW{1};
LW2h1 = Good_net.LW;
LW3h1 = Good_net.LW{3,2};
b1h1 = Good_net.b{1};
b2h1 = Good_net.b;
b3h1 = Good_net.b{3};
.
.
.
load('CTnet59.mat')
IW1h59 = Good_net.IW{1};
LW2h59 = Good_net.LW;
LW3h59 = Good_net.LW{3,2};
b1h59 = Good_net.b{1};
b2h59 = Good_net.b;
b3h59 = Good_net.b{3};
%---------------------------------------------------------------------% Para obtener los datos de los pesos y las polarizaciones de las RNA y
% convertirlos en textos separados por tabuladores.
%---------------------------------------------------------------------AG1 = fopen('IWh1.txt','wt');
fprintf(AG1,'%10.8f,%10.8f,%10.8f\n',IW1h1');
fclose(AG1);
.
.
.
AG59 = fopen('IWh59.txt','wt');
fprintf(AG59,'%10.8f,%10.8f,%10.8f\n',IW1h59');
fclose(AG59);
%-----------------------------% Pesos de las capa intermedia.
%-----------------------------A1 = fopen('LW2h1.txt','wt');
fprintf(A1,'%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%1
0.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f',L
W2h1');
fclose(A1);
.
.
.
A59 = fopen('LW2h59.txt','wt');
fprintf(A59,'%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%10.8f,%
10.8f',LW2h59');
fclose(A59);
%------------------------% Pesos de la última Capa.
%------------------------B1 = fopen('LW3h1.txt','wt');
fprintf(B1,'%10.8f',LW3h1');
XXVIII
�ANEXOS
fclose(B1);
.
.
.
B59 = fopen('LW3h59.txt','wt');
fprintf(B59,'%10.8f',LW3h59');
fclose(B59);
%----------------------------------% Polarizaciones de la primera Capa.
%----------------------------------C1 = fopen('b1h1.txt','wt');
fprintf(C1,'%10.8f\n',b1h1');
fclose(C1);
.
.
.
C59 = fopen('b1h59.txt','wt');
fprintf(C59,'%10.8f\n',b1h59');
fclose(C59);
%----------------------------------% Polarizaciones de la segunda Capa.
%----------------------------------X1 = fopen('b2h1.txt','wt');
fprintf(X1,'%10.8f',b2h1');
fclose(X1);
.
.
.
X59 = fopen('b2h59.txt','wt');
fprintf(X59,'%10.8f',b2h59');
fclose(X59);
%----------------------------% Polarizaciones Tercera Capa
%----------------------------Z1 = fopen('b3h1.txt','wt');
fprintf(Z1,'%10.8f',b3h1');
fclose(Z1);
.
.
.
Z59 = fopen('b3h59.txt','wt');
fprintf(Z59,'%10.8f',b3h59');
fclose(Z59);
Get_CT
Función que se le especifican los datos de entrada y el número de la habitación y devuelve el
resultado de la carga térmica de enfriamiento.
%---------------------------------------------------------------------------% Función a la que se le introducen los datos de entrada al modelo
% especificado en RNA y el número de la habitación y devuelve el resultado
% de la carga térmica de enfriamiento
%---------------------------------------------------------------------------function [CT]=Get_CT(Data,Hab)
NHab=int2str(Hab);
FileName=['CTnet' NHab '.mat'];
load (FileName);
CT=sim(Good_net,Data);
end
XXIX
�ANEXOS
procinps
Función para preparar las variables antes de entrar a la simulación de la RNA
% ---------------------------------------------------% Función que realiza el procesamiento de las entradas
% ---------------------------------------------------function [p]=procinps(net,x)
% Obtención de los valores máximos y mínimos de entradas de la RNA
ymax=1;
ymin=-1;
xmax=net.inputs{1}.processSettings{3}.xmax;
xmin=net.inputs{1}.processSettings{3}.xmin;
% Calcula los rangos de entrada
Q = size(x,2);
oneQ = ones(1,Q);
rangex = xmax-xmin;
rangex(rangex==0) = 1; % Avoid divisions by zero
rangey = ymax-ymin;
%% Cálculo de los valores de entradas modificados
p = rangey * (x-xmin(:,oneQ))./rangex(:,oneQ) + ymin;
end
procOuts
Función para preparar las variables antes de salir de la simulación de la RNA
% --------------------------------------------------% Función que realiza el procesamiento de las salidas
% --------------------------------------------------function [p]=procOuts(net,y)
% Obtención de los valores máximos y mínimos de salidas de la RNA.
ymax=1;
ymin=-1;
xmax=net.outputs{3}.processSettings.xmax;
xmin=net.outputs{3}.processSettings.xmin;
% Calcula los rangos de la salida
Q = size(y,2);
oneQ = ones(1,Q);
rangex = xmax-xmin;
rangey = ymax-ymin;
x = rangex(:,oneQ).* (y-ymin)*(1/rangey) + xmin(:,oneQ);
%% Cálculo de los valores de salidas modificados
p = rangex(:,oneQ).* (y-ymin)*(1/rangey) + xmin(:,oneQ);
end
XXX
�ANEXOS
RNA59
Programa que demuestra los cambios internos que sufren las variables antes de entrar y salir a la
simulación de una RNA.
%
%
%
%
%
--------------------------------------------------------------------------Programa para probar resultados simulados mediante las expresiones
matemáticas de los modelos en RNA y por la instrucción de simulación,
llamando a la estructura de un modelo RNA ya creado.
--------------------------------------------------------------------------clc
% -------------------------------------------------------------------------% Carga el modelo RNA de cualquier habitación y se obtienen los pesos y bias
% -------------------------------------------------------------------------load('CTnet25.mat');
T = CT25_filapu;
IW11
LW21
LW32
b1 =
b2 =
b3 =
= Good_net.IW{1,1};
= Good_net.LW{2,1};
= Good_net.LW{3,2};
Good_net.b{1};
Good_net.b;
Good_net.b{3};
S=[];
P=ERNA3;
n=1000;
ERNA31=ERNA3(:,[1:n]);
% --------------------------------------------------% Cálculo de las RNA con las fórmulas convencionales
% --------------------------------------------------for I=1:n;
p=procinps(Good_net,P(:,I));
layer1=tansig(IW11*p+b1);
% Capa Calculada con la formula
layer2=tansig(LW21*layer1+b2);
layer3=purelin(LW32*layer2+b3);
S(I)=procOuts(Good_net,layer3);
end
%-----------------------------------------------------------------% Cálculo de las RNA con las instrucciones de simulación de MATLAB
%-----------------------------------------------------------------C1=sim(Good_net,ERNA31);
%
%
%
%
----------------------------------------------------------------------Graficar datos de carga térmica de enfriamiento por ambos métodos y los
valores reales de las mismas
----------------------------------------------------------------------plot(C1,'k');
% Datos simulados mediante instrucción
hold all
plot(T([1:n]),'b') % Datos reales de la simulación térmica inicial.
plot(S,'r')
% Datos del modelo RNA corridos mediante ecuación.
XXXI
�ANEXOS
ANEXO 8
CONFIGURACIÓN
GENERAL
DE
LOS
SCCAH
A
FLUJO
VARIABLE
Y
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS DEL AGUA
Figura 1. Configuración de los SCCAH a flujo variable en relación a los CSAF:
a) configuración sencilla; b) configuración compleja [46].
Tabla .1 Propiedades termo-físicas del agua para temperaturas admisibles en los CSAF [60].
Temperatura
(K)
273,15
275
280
285
290
295
300
285,45
Temperatura
(oC)
0
1,85
6,85
11,85
16,85
21,85
26,85
12,30
Volumen específico Calor específico
Densidad
3
(m /kg)
(kJ/kg·K)
(kg/m3)
0,001
4,217
1000
0,001
4,211
1000
0,001
4,198
1000
0,001
4,189
1000
0,001001
4,184
999,000999
0,001002
4,181
998,003992
0,001003
4,179
997,0089731
0,0010009
4,194
999,144852
*: Los valores de la última fila corresponden a los valores promedios.
XXXII
�ANEXOS
ANEXO 9
EJEMPLO DE CAPACIDAD Y POTENCIA EN UN COMPRESOR Y GRÁFICO DE
PROPIEDADES DEL REFRIGERANTE FREÓN 22
Figura 1. Ejemplo de curvas típicas de capacidad y potencia de un compresor [47].
XXXIII
�ANEXOS
Figura 2. Gráfico de presión contra entalpía del refrigerante Freón 22 [167].
XXXIV
�ANEXOS
ANEXO 10
SEUDO-CÓDIGO DEL ALGORITMO PARA OBTENER EL CÓDIGO Oc DADO EL
NÚMERO DE ORDEN DE LA COMBINACIÓN c
Procedimiento INICIADATOS
Tipo de variable
vg: arreglo de enteros
{Vector de enteros}
Variables principales
v : arreglos de vg
{Matriz de enteros}
s : cadena de caracteres
Datos de Entrada
D : total de habitaciones listas o disponibles
HAO: total de habitaciones a seleccionar
c
: número de la combinación que se quiere ver el código
A. Asignar a la variable v una longitud HAO+1 o sea, eso significa que v contiene HAO+1
vectores del tipo vg
B. Asignar a v[0] una longitud D+1 o sea que v[0] es un vector de D+1 enteros.
C. Para i = 1 hasta i = HAO, asignar a v[i] longitudes iguales a: D-i+2
Por ejemplo, si D = 10 y HAO = 3
v[0] = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
v[1] = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
v[2] = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
v[3] = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
D. Para j = 1 hasta j=D hacer v[1, j] = 1 y entonces queda en el ejemplo:
v[1] = [0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]
E. Si k>1 entonces para j=1 hasta j=D-1 hacer v[2,j]=j y queda para el ejemplo:
v[2]=[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]
F. Para i = 3 hasta i = HAO hacer
v[i,1] = 1
Para j = 2 hasta j=D–i+1 hacer:
h=0
Para r = 1 hasta r = j hacer: h = h + v[i-1,r]
v[i,j]=h
G. Hacer: s1 = 0; s2 = 0; i = 0 y S = ’’ (cadena vacía de caracteres)
Repetir:
s1 = s1 + v[k,i]
s2 = s2 + v[k,i+1]
Hasta que: (s1 < c) y (c ≤ s2)
Aquí sale un valor de i que será utilizado en los pasos G o H.
s1 + s 2
Si c ≤
entonces ok = true. En otro caso ok = false
2
S=’’
G. Si ok = true entonces:
XXXV
�ANEXOS
Mientras longitud de S < HAO - 1 hacer: S = S + ’1’
Para j =1 hasta j = i - 1 hacer: S = ’0’ + S
S = ’1’ + S
Mientras longitud de s < D hacer S=’0’+S
H. Si ok = false entonces
Mientras longitud de s < i -1 hacer: S = S +’0’
Para j = 1 hasta j = HAO hacer: S = ’1’+ S
Mientras longitud de s < D hacer: S = ’0’ + S
I. h = 0
t=1
Para j = D hasta j = 1 hacer
h = h + S[ j ] * t
t=t*2
Valores de Salida.
s1: número de orden de la secuencia compacta inicial
s2: número de orden de la secuencia compacta final
ok: si es True: comienza en s1. si es False: comienza en s2
h: número decimal que representa a la cadena binaria desde donde se comienza
Ejemplo:
Procedimiento 1
n = 10
HAO = 3
C=5
v[0] = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
v[1] = [0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]
v[2] = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
v[3] = [0, 1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36]
Como c=5, entonces:
s1 = 0 + 1 + 3 = 4
s2 = 1 + 3 + 6 = 10
Además, se establece que: ok = true porque c = 5 ≤ (4 + 10)/ 2 = 7
Siendo ok=true, entonces se determina s:
s = ‘‘
s = ‘11’
s = ‘0011’
s = ‘10011’
s = ‘0000010011’
Ahora se calcula h:
h=0
l=1
h = 1*1 = 1
l=2
h = 1 + 1*2 = 3
l=4
h = 3 + 0*4 = 3
l=8
h = 3 + 0*8 = 3
l = 16
h = 3 + 1*16 = 19 l = 32
Luego: h =19
XXXVI
�ANEXOS
ANEXO 11
PROCEDIMIENTO GENERA-CÓDIGO
Entrada: D: total de habitaciones disponibles
HAO: total de habitaciones a seleccionar
c: número de la combinación que se quiere ver el código
h: cadena desde donde se comienza
s1: Número de orden de la secuencia compacta inicial
s2: Número de orden de la secuencia compacta final
ok: Si es True: comienza en s1. Si es false: comienza en s2
h: Número decimal que representa a la cadena binaria desde donde se comienza
A - Si ok = true entonces
Repetir
i=h
res = 0
Repetir
r = i mod 2
res = res + r
i = i div 2
Hasta que i < 2
res = res + i
Si res = HAO, entonces: s1 = s1 + 1
h = h+1
Hasta que: s1 = c
S =’’
x=h-1
j=0
Repetir
r = x mod 2
Si r = 1 entonces: S=’1’+S. En caso contrario: S=’0’+S
j=j+r
x = x div 2
Hasta que: x < 2
j=j+x
S = CadenaDeCaracteresDe(x) + S
Si j = HAO entonces
Mientras longitud de S < D, hacer: S = ‘0’+ S
B. Si ok = false entonces
Repetir
i=h
res = 0
Repetir
r = i mod 2
res = res + r
i = i div 2
Hasta que: i < 2
res = res + i
XXXVII
�ANEXOS
Si res = HAO, entonces: s2 = s2 – 1
h = h-1
Hasta que: s2 = c
S = ‘‘
x = h+1
j=0
Repetir
r = x mod 2
Si r = 1 entonces: S = ‘1’ + S. En caso contrario: S = ‘0’ + 1
j=j+r
x = x div 2
Hasta que: x < 2
j=j+x
S = CadenaDeCaracteresDe(x) + S
Si j = x entonces
Mientras longitud de s < n, hacer: S = ‘0’+ S
C. Salida: La cadena de caracteres S que contiene el código
Nota:
• A div B: el resultado es el cociente de la división entera de A entre B donde A y B son
números enteros. Por ejemplo: 5 div 2 = 2
• A mod B: el resultado es el residuo de la división entera de A entre B. Por ejemplo: 5 mod 2
=1
Ejemplo:
Procedimiento 2
n = 10
HAO = 3
c=5
h = 19
s1 = 4
s2 = 11
i = h = 19
res = 0
r = i mod 2 =19 mod 2 = 1
res = res + r = 0 +1 = 1
i = i div 2 = 19 div 2 = 9
r = i mod 2 = 9 mod 2 = 1
res = res + r = 1 + 1 = 2
i = i div 2 = 9 div 2 = 4
r = i mod 2 = 4 mod 2 = 0
res = res + r = 2 + 0 = 2
XXXVIII
�ANEXOS
i = i div 2 = 4 div 2 = 2
r = i mod 2 = 2 mod 2 = 0
res = res + r = 2 + 0 = 2
i = i div 2 = 2 div 2 = 1
res = res + i = 2 + 1 = 3
Como res = HAO = 3, entonces: s1 = s1 + 1 = 4 + 1 = 5
h = h +1 = 19 +1 = 20
Como s1 = c = 5, entonces:
S = ‘‘
x = h - 1 = 20 -1 = 19
j=0
r = x mod 2 = 19 mod 2 = 1
Como r = 1 entonces: S = ‘1’ + S = ‘1’
j=j+r=0+1=1
x = x div 2 = 19 div 2 = 9
r = x mod 2 = 9 mod 2 = 1
Como r = 1 entonces: S = ‘1’ + S = ‘11’
j=j+r=1+1=2
x = x div 2 = 9 div 2 = 4
r = x mod 2 = 4 mod 2 = 0
Como r = 0 entonces: S = ‘0’ + S = ‘011’
j=j+r=2+0=2
x = x div 2 = 4 div 2 = 0
r = x mod 2 = 2 mod 2 = 0
Como r = 0 entonces: S = ‘0’ + S = ‘0011’
j=j+r=2+0=2
x = x div 2 = 2 div 2 = 1
j=j+x=2+1=3
S = IntToStr(x) + S = ‘10011’
S = ‘0000010011’
{Resultado}
XXXIX
�ANEXOS
ANEXO 12
ALGORITMO PARA LAS MEJORAS ALEATORIAS, LOS CRUZAMIENTOS Y LAS
MUTACIONES EN EL ALGORITMO GENÉTICO
Figura 1. Algoritmo para las mejoras aleatorias de la población.
Figura 2. Algoritmo para los cruzamientos y las mutaciones.
XL
�ANEXOS
ANEXO 13
INFORMACIONES DEL CIRCUITO SECUNDARIO DE AGUA FRÍA CASO DE
ESTUDIO
El hotel donde se encuentra el CSAF caso de estudio es de administración conjunta entre la
cadena española Blau y la cubana Gaviota S.A. El hotel es de 4 estrellas y posee un total de 305
habitaciones.
El sistema constructivo empleado está constituido por una solución estructural. La estructura es
de pórtico hormigonado in situ, con entrepisos y cubiertas viguetas y bovedillas. Los muros
exteriores son de bloques de 0,15 m y los tabiques interiores son ligeros de yeso-cartón con
armadura de perfiles canal de acero galvanizado y aislamiento acústico de lana de roca,
exceptuando closet y patinejos que se levantaron con bloques de 0,10 m.
La solución de impermeabilización es con enrajonado y soldadura en las partes planas y mantas
asfálticas. Las habitaciones cuentan con una distribución convencional en planta, los diferentes
niveles están compuestos por:
-
Primer nivel (19 habitaciones): cada una de las habitaciones se agrupan en, 11 típicas con un
área de 35,75 m2, cuatro culatas con un área de 41,10 m 2 y cuatro intercomunicadas con 35,9
m2 .
-
Segundo Nivel (22 habitaciones): cada una de las habitaciones se agrupan en 14 típicas con
un área de 35,75 m2; cuatro culatas con un área de 41,10 m2 y cuatro intercomunicadas con
un área de 35,9 m2.
-
Tercer Nivel (18 habitaciones): cada una de las habitaciones se agrupan en 14 típicas con un
área de 35,75 m2 y cuatro intercomunicadas con un área de 35,9 m2.
Se usa el falso techo de yeso en la parte del vestíbulo y en el baño. La carpintería interior es de
madera pintada en color azul y la de la terraza es de aluminio en el mismo color. De forma
general el color que predomina en la habitación es el azul en diferentes tonalidades combinados
con amarillo. En las siguientes figuras se pueden apreciar los planos de planta de las habitaciones
según el nivel, y una panorámica de las habitaciones típicas.
XLI
�ANEXOS
Figura 1. Primer nivel (tomado del expediente técnico del hotel).
Figura 2. Segundo nivel (tomado del expediente técnico del hotel).
Figura 3. Tercer nivel (tomado del expediente técnico del hotel).
XLII
�ANEXOS
a)
b)
c)
d)
Figura 4. Imágenes de las habitaciones: a) interior de las habitaciones, b) entrada de las
habitaciones donde se aprecia la succión y la descarga de aire de las unidades terminales c) vista
parcial del baño y d) puerta corrediza de cristal y cortinas del balcón.
El sistema de climatización en la actualidad cuenta con tres unidades enfriadoras trabajando en
paralelo, una es de la marca FRIOCLIMA modelo CHAWT 1602 con una capacidad frigorífica
de 456 kW para una potencia de 167 kW y dos enfriadoras de la marca GREE de 250 kW de
capacidad y 77 kW de potencia eléctrica cada una.
El CPAF está compuesto por cuatro bombas de 50 m3/h, 12 m de altura de carga y una potencia
de 3,45 kW cada una (tres bombas trabajan en paralelo de forma continua y una es reserva).
El CSAF lo componen 14 bombas, las cuales se encuentran ubicadas en parejas por cada una de
las siete zonas (la que está funcionando se le denomina principal y la otra reserva). En la figura 8
se presenta el SCCAH del hotel, las enfriadoras se representan mediante una sola unidad.
XLIII
�ANEXOS
Figura 5. Esquema general simplificado del SCCAH del hotel Blau Costa Verde (tomado de la
Automática del hotel).
Las características específicas de las bombas de la zona 6, su motor de inducción y el variador de
velocidad se exponen a continuación:
Bomba centrífuga
Figura 6. Curvas para diferentes velocidades de la bomba centrífuga [175].
XLIV
�ANEXOS
Las bombas centrífugas de los CSAF de las zonas poseen un eje vertical y bocas de aspiración e
impulsión en línea.
Datos de chapa del motor de inducción
ـ
Modelo AM132 – SZA2
ـ
IP 55
ـ
50 Hz : Δ/Y 400/690 V 7.5 kW
ـ
60 Hz : Δ 460 V 8.8 kW
ـ
cos ϕ : 0.89/0.90 2890/3490 rpm
ـ
50 Hz 380 – 420/ 655 – 725 V 14.6/ 8.4 A
ـ
60 Hz 440 – 480 V 14.1 A
Variador de velocidad
A continuación se presentan informaciones del variador de velocidad que incluyen las pruebas de
ajustes como operación necesaria para la puesta a punto de la instalación. Se determinó que la
ganancia proporcional (GP) y el tiempo de integración (TI) que permiten el mejor desempeño del
controlador son GP=1 y TI=1,3 s, con tiempos de establecimiento de la presión entre 25 s y 31 s
para el arranque y un error máximo de 1 kPa. La Figura 8 corrobora estas informaciones.
Figura 7. Variador de velocidad Altivar 31empleado en el CSAF caso de estudio [52].
XLV
�ANEXOS
510
Presión (kPa)
490
500 kPa P-1 T-1
470
500 kPa P-1 T-1,6
450
450 kPa P-1 T-1
500 kPa P-1 T-1,3
430
500 kPa P-1 T-0,01
410
500 kPa P-1 T-0,40
390
500 kPa P-1 T-0,80
500 kPa P-1 T-1,50
370
350
0
10
20
30
40
50
Segundos
Figura 8. Pruebas de ajuste del controlador PI del VV ALTIVAR 31 [97].
Algunos componentes de la red hidráulica.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Figura 9. Componentes de la red hidráulica: a) válvula de equilibrio STAF, b) válvula de
equilibrio STA-DR; válvula de equilibrio STAD d) válvula de control de dos vías on/off;
e) fan-coil de la familia FCX y f) entrada a un patinejo.
XLVI
�ANEXOS
Datos de los nodos y tramos de la red hidráulica de los patinejos AB y CD resultado de la
validación del modelo matemático de la red en EPANET.
Tabla 1. Tramos de la red hidráulica
Tramo
Longitud Diámetro Caudal Velocidad
Tramo
Longitud Diámetro Caudal Velocidad
<m>
<mm>
<l/s>
<m/s>
<m>
<mm>
<l/s>
<m/s>
1-2
0,65
76,2
2,16
0,47
C-C3
2,25
38
1,07
0,94
3-4
98,9
76,2
2,16
0,47
C3-C31
2,5
12,7
0,37
2,94
2-3
2,35
76,2
2,16
0,47
C31-C32
4,05
12,7
0,20
1,57
4-5
11,8
76,2
2,16
0,47
C31-C33
5,4
12,7
0,17
1,37
5-6
7
76,2
2,16
0,47
C3-C2
3,1
25,4
0,70
1,38
6-7
3,1
76,2
2,16
0,47
C2-C1
3,1
19,05
0,34
1,19
7-A
81
76,2
2,16
0,47
C2-C21
2,5
12,7
0,36
2,82
12-13
2,35
76,2
2,16
0,47
C21-C22
4,05
12,7
0,19
1,5
11-12
98,9
76,2
2,16
0,47
C21-C23
5,4
12,7
0,17
1,32
A-A3
2,25
25,4
1,09
2,15
C1-C11
2,5
12,7
0,34
2,69
A3-A2
3,1
25,4
0,71
1,4
C11-C12
4,05
12,7
0,18
1,44
A2-A1
3,1
19,05
0,35
1,22
C11-C13
5,4
12,7
0,16
1,25
B2-B3
3,1
25,4
0,71
1,4
D32-D31
3,85
12,7
0,20
1,57
B1-B2
3,1
19,05
0,35
1,22
D33-D31
6,38
12,7
0,17
1,37
A3-A31
2,5
12,7
0,38
2,99
D31-D3
1,65
12,7
0,37
2,94
A31-A33
5,4
12,7
0,18
1,39
D22-D21
3,85
12,7
0,19
1,5
A31-A32
4,05
12,7
0,20
1,6
D23-D21
6,38
12,7
0,17
1,32
A2-A21
2,5
12,7
0,36
2,88
D21-D2
1,65
12,7
0,36
2,82
A21-A22
4,05
12,7
0,19
1,53
D2-D3
3,1
25,4
0,70
1,38
A21-A23
5,4
12,7
0,17
1,35
D1-D2
3,1
19,05
0,34
1,19
A1-A11
2,5
12,7
0,35
2,74
D12-D11
3,85
12,7
0,18
1,44
A11-A12
4,05
12,7
0,18
1,46
D13-D11
6,38
12,7
0,16
1,25
A11-A13
5,4
12,7
0,16
1,28
D11-D1
1,65
12,7
0,34
2,69
B32-B31
3,85
12,7
0,20
1,6
D3-DV1
1,05
38
1,07
0,94
B33-B31
6,38
12,7
0,18
1,39
DV2-D
1,2
38
1,07
0,94
B31-B3
1,65
12,7
0,38
2,99
B3-BV1
1,05
25,4
1,09
2,15
B22-B21
3,85
12,7
0,19
1,53
D-B
8
76,2
1,07
0,23
B23-B21
6,38
12,7
0,17
1,35
10-11
11,8
76,2
2,16
0,47
B21-B2
1,65
12,7
0,36
2,88
9-10
7
76,2
2,16
0,47
B12-B11
3,85
12,7
0,18
1,46
8-9
3,1
76,2
2,16
0,47
B13-B11
6,38
12,7
0,16
1,28
B -8
81
76,2
2,16
0,47
B11-B1
1,65
12,7
0,35
2,74
B4-B
1,2
25,4
1,09
2,15
A-C
8
76,2
1,07
0,23
BV2-B4
0,01
25,4
1,09
2,15
XLVII
�ANEXOS
Tabla 2. Nodos de la red hidráulica
Nodo
Cota
Presión
Cota Piez.
<mca>
<m>
A
<m>
12,05
21,98
33,99
C
12,05
21,97
7
12,05
22,31
6
15,15
5
Nodo
Cota
Presión
Cota Piez.
<m>
<mca>
<m>
A12
5,10
23,17
28,26
33,98
B12
5,10
21,30
26,39
34,32
B13
5,10
21,68
26,77
19,22
34,33
A13
5,10
23,12
28,21
15,15
19,25
34,36
C32
11,30
17,74
29,03
4
3,35
31,10
34,41
B31
11,30
13,31
24,60
3
3,35
31,50
34,81
B21
8,20
16,64
24,83
2
0,50
34,36
34,82
B11
5,10
19,98
25,07
1
0,50
34,36
34,82
C33
11,30
17,68
28,97
8
12,05
3,86
15,87
C31
11,30
19,33
30,62
11
3,35
12,47
15,78
C3
11,30
22,62
33,90
12
3,35
12,07
15,38
C2
8,20
25,33
33,52
13
3,35
12,06
15,37
C1
5,10
28,00
33,09
14
3,35
11,71
15,06
C21
8,20
22,31
30,50
E0
0,50
-
-
C11
5,10
25,25
30,34
A3
11,30
22,06
33,34
C22
8,20
20,85
29,04
B3
11,30
11,08
22,36
C23
8,20
20,78
28,97
B
12,05
4,19
16,20
C12
5,10
23,90
28,99
A2
8,20
24,75
32,94
C13
5,10
23,86
28,95
A1
5,10
27,41
32,50
D32
11,30
15,68
26,97
B2
8,20
14,56
22,75
D33
11,30
16,11
27,40
B1
5,10
18,10
23,19
D22
8,20
18,86
27,05
A31
11,30
18,65
29,94
D23
8,20
19,28
27,47
A21
8,20
21,60
29,79
D12
5,10
22,10
27,19
A11
5,10
24,56
29,65
D13
5,10
22,46
27,55
A32
11,30
17,00
28,29
D31
11,30
14,17
25,46
A33
11,30
16,95
28,24
D21
8,20
17,48
25,67
A22
8,20
20,09
28,28
D11
5,10
20,83
25,92
A23
8,20
20,01
28,20
D3
11,30
12,01
23,29
D
12,05
4,2
16,21
D2
8,20
15,48
23,67
BV1
12,05
10,02
22,05
D1
5,10
19,01
24,10
BV2
4,52
16,55
DV1
12,05
11,22
23,25
B32
12,05
11,30
14,88
26,17
DV2
12,05
4,22
16,25
B33
11,30
15,32
26,61
9
15,15
0,75
15,86
B22
8,20
18,08
26,27
10
15,15
0,72
15,83
B23
8,20
18,52
26,71
B4
12,05
4,52
16,55
XLVIII
�ANEXOS
ANEXO 14
VENTANAS DE LA APLICACIÓN “OCUPAHOTEL MTH”
Figura 1. Modelación y simulación hidráulica: ventana para datos y cálculo de la red hidráulica.
Figura 2. Modelación y simulación térmica.
XLIX
�ANEXOS
Figura 3. Ventana para las opciones combinatorias de la ocupación y la optimización.
L
�ANEXOS
ANEXO 15
INFORMACIONES CLIMATOLÓGICAS DE LA LOCALIDAD
Grados Celsius
29
28
27
26
Hora
25
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
Figura 1. Comportamiento medio anual de la temperatura ambiente horaria.
Grados Celsius
31
30
29
28
27
26
25
24
23
Días
22
1
25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361
Figura 2. Comportamiento de la temperatura ambiente promedio diaria durante un año.
La humedad relativa presenta un rango promedio de valores entre 72 % y 82 %. Los valores
superiores a 80 % se presentan entre las 10:00 pm y la 7:00 am. Otras variables climatológicas
asociadas y de las cuales en alguna medida depende el intercambio térmico son: las lluvias, la
velocidad del viento predominante y la nubosidad. Los valores promedio históricos mensuales se
presentan en la Figura 3. Estos valores son el resultado del análisis de más de 30 años.
LI
�ANEXOS
35
Temperaturas maximas medias (ºC)
30
Temperaturas mínimas medias (ºC)
25
Temeperatura medias (ºC)
20
Temperatura maxima absoluta (ºC)
Temperatura mínima absoluta (ºC)
15
Total de días con lluvias
10
Rapidez del viento predominante (Km/h)
5
DIC
NOV
OCT
SEP
AGO
JUL
JUN
MAY
ABR
MAR
FEB
0
ENE
Nubosidad
Meses
Figura 3. Comportamiento de los valores promedios mensuales históricos de la temperatura
ambiente, días con lluvias, rapidez del viento y nubosidad.
180
160
140
Total de lluvias mensuales(mm)
Humedad Relativa (%)
120
100
80
60
40
Meses
20
ENE FEB MAR ABR MAY JUN
JUL AGO SEP OCT NOV
DIC
Figura 4. Comportamiento de los valores promedios mensuales históricos de la humedad relativa
y del total de lluvias mensuales.
LII
�ANEXOS
Figura 5. Certificación de los datos climatológicos utilizados en la investigación.
Figura 6. Temperatura ambiente promedio cada seis horas.
LIII
�ANEXOS
ANEXO 16
RESULTADOS FUNDAMENTALES DE LA MODELACIÓN CON RNA DE LA CARGA
Habitación
Neuronas en capa intermedia
Coeficiente de correlación
Error
Habitación
Neuronas en capa intermedia
Coeficiente de correlación
Error
Habitación
Neuronas en capa intermedia
Coeficiente de correlación
Error
TÉRMICA DE ENFRIAMIENTO DE LAS 59 HABITACIONES DEL EDIFICIO
6101
6102
6103
6104
6105
6106
6107
6108
6109
6110
6111
6112
6114
6115
6116
6117
6118
6119
6120
6201
15
11
13
16
10
11
20
14
12
25
9
13
12
20
12
23
16
10
10
13
0.92
0.95
0.91
0.91
0.94
0.92
0.89
0.90
0.92
0.91
0.93
0.93
0.90
0.90
0.93
0.91
0.90
0.93
0.93
0.93
0.000893
0.000480
0.000459
0.000436
0.000505
0.000933
0.000902
0.000472
0.001019
0.000904
0.001037
0.000991
0.000468
0.001038
0.000490
0.000447
0.000476
0.000496
0.000943
0.000900
6202
6203
6204
6205
6206
6207
6208
6209
6210
6211
6212
6214
6215
6216
6217
6218
6219
6220
6221
6222
15
17
27
16
14
23
11
30
14
8
11
6
6
14
13
12
10
17
16
11
0.95
0.90
0.91
0.95
0.95
0.91
0.90
0.96
0.95
0.97
0.96
0.97
0.97
0.94
0.90
0.94
0.93
0.90
0.90
0.93
0.000481
0.000461
0.000419
0.000495
0.000464
0.000436
0.000472
0.000418
0.000448
0.001955
0.001786
0.002058
0.002047
0.000459
0.001088
0.000477
0.000496
0.000462
0.000483
0.000502
6223
6301
6302
6303
6304
6305
6306
6307
6308
6309
6310
6311
6312
6314
6315
6316
6317
6318
6319
-
19
11
9
9
12
13
13
7
8
9
8
4
7
10
9
6
6
9
8
-
0.94
0.96
0.95
0.96
0.96
0.95
0.95
0.96
0.96
0.96
0.96
0.97
0.97
0.96
0.96
0.97
0.97
0.96
0.95
-
0.000877
0.001453
0.001173
0.001126
0.001125
0.001102
0.001115
0.001166
0.001161
0.001077
0.001811
0.001960
0.001163
0.001105
0.001071
0.001202
0.001215
0.001118
0.001816
-
LIV
�ANEXOS
ANEXO 17
EJEMPLO DE LA LITERATURA QUE SE RESUELVE CON EL MÉTODO DEL
GRADIENTE IMPLEMENTADO EN LA APLICACIÓN “OCUPAHOTEL MTH”
La red mostrada en la Figura 1 tiene una válvula en la tubería 2-3, la cual se encuentra
parcialmente cerrada y produce una pérdida menor local de 10.0 V2/2g, la presión en el punto 1
es 100 mca. Se puede suponer que en todos los tubos, salvo en el tramo 2-3 las pérdidas menores
son despreciables. Los demás datos se muestran en la Figura 1.
Figura 1. Red hidráulica para resolver mediante el Método del Gradiente [78].
Figura 2. Resultados del cálculo de la red en una versión de la aplicación OcupaHotel MTH.
LV
�ANEXOS
ANEXO 18
COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS ENTRE EL EPANET Y LA APLICACIÓN
OCUPAHOTEL MTH,
TENIENDO EN CUENTA LAS OPERACIONES DEL
ALGORITMO DE OPTIMIACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA BOMBA
Caudales
Tramo
1-2
3-4
2-3
4-5
5-6
6-7
7-A
12-13
11-12
A-A3
A3-A2
A2-A1
B2-B3
B1-B2
A3-A31
A31-A33
A31-A32
A2-A21
A21-A22
A21-A23
A1-A11
A11-A12
A11-A13
B31-B3
B21-B2
B11-B1
A-C
C-C3
C3-C31
C31-C32
C31-C33
C3-C2
C2-C1
C2-C21
Caudal Esperado
(l/s)
2,16
2,16
2,16
2,16
2,16
2,16
2,16
2,16
2,16
1,09
0,71
0,35
0,71
0,35
0,38
0,18
0,20
0,36
0,19
0,17
0,35
0,18
0,16
0,38
0,36
0,35
1,07
1,07
0,37
0,20
0,17
0,70
0,34
0,36
Caudal
Calculado
(l/s)
2,1600
2,1600
2,1600
2,1600
2,1600
2,1600
2,1600
2,1600
2,1600
1,0910
0,7116
0,3469
0,7116
0,3469
0,3795
0,1767
0,2027
0,3647
0,1909
0,1709
0,3469
0,1849
0,1620
0,3795
0,3647
0,3469
1,0690
1,0690
0,3721
0,1984
0,1737
0,6968
0,3401
0,3568
CE-CC
(l/s)
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
-0,0010
-0,0016
0,0031
-0,0016
0,0031
0,0005
0,0000
-0,0027
-0,0047
0,0029
0,0000
0,0031
0,0000
0,0000
0,0005
-0,0047
0,0031
0,0010
0,0010
-0,0021
0,0016
-0,0037
0,0032
0,0000
0,0032
Error Porcentual
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,09
0,22
0,90
0,22
0,90
0,14
0,00
1,36
1,31
1,50
0,00
0,90
0,00
0,00
0,14
1,31
0,90
0,09
0,09
0,58
0,78
2,18
0,45
0,01
0,89
LVI
�ANEXOS
C21-C22
C21-C23
C1-C11
C11-C12
C11-C13
D31-D3
D21-D2
D2-D3
D1-D2
D11-D1
D3-D
B3-B
D-B
10-11
9-10
8-9
B -8
0,19
0,17
0,34
0,18
0,16
0,37
0,36
0,70
0,34
0,34
1,07
1,09
1,07
2,16
2,16
2,16
2,16
0,1896
0,1672
0,3401
0,1815
0,1586
0,3721
0,3568
0,6968
0,3401
0,3401
1,0690
1,0910
1,0690
2,1600
2,1600
2,1600
2,1600
0,0004
0,0028
0,0000
-0,0015
0,0014
-0,0021
0,0032
0,0032
0,0000
0,0000
0,0010
-0,0010
0,0010
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,19
1,67
0,01
0,83
0,90
0,58
0,89
0,45
0,01
0,01
0,09
0,09
0,09
0,00
0,00
0,00
0,00
Figura 1. Gráfico de los errores porcentuales de los caudales para ocupación máxima.
Presiones
Nodo
2
3
4
5
6
7
A
A3
A2
A1
Presión Esperada
(mca)
34,36
31,5
31,1
19,25
19,22
22,31
21,98
22,06
24,75
27,41
Presión Calculada
(mca)
34,283
31,424
31,021
19,172
19,144
22,231
21,901
21,981
24,675
27,336
PE-PC
(mca)
0,077
0,076
0,079
0,078
0,076
0,079
0,079
0,079
0,075
0,074
Error Porcentual
(%)
0,22
0,24
0,25
0,41
0,40
0,35
0,36
0,36
0,30
0,27
LVII
�ANEXOS
A31
A21
A11
B
B3
B2
B1
B31
B21
B11
C
C3
C2
C1
C31
C21
C11
D
D1
D2
D3
D31
D21
D11
8
9
10
11
12
13
14
18,65
21,65
24,56
4,19
11,08
14,56
18,1
13,31
16,64
19,99
21,97
22,62
25,33
28
19,33
22,31
25,25
4,2
19,01
15,48
12,01
14,17
17,48
20,83
3,86
0,75
0,72
12,47
12,07
12,06
11,71
18,573
21,528
24,481
4,1018
11,001
14,487
18,026
13,234
16,563
19,910
21,892
22,542
25,252
27,929
19,259
22,236
25,181
4,111
18,952
15,430
11,960
14,109
17,420
20,766
3,772
0,659
0,630
12,382
11,979
11,969
11,614
0,077
0,122
0,079
0,0882
0,079
0,073
0,074
0,076
0,077
0,08
0,078
0,078
0,078
0,071
0,071
0,074
0,069
0,0891
0,058
0,05
0,05
0,061
0,06
0,064
0,0885
0,09119
0,08973
0,088
0,091
0,091
0,096
0,41
0,56
0,32
2,11
0,71
0,50
0,41
0,57
0,46
0,40
0,36
0,34
0,31
0,25
0,37
0,33
0,27
2,12
0,31
0,32
0,42
0,43
0,34
0,31
2,29
12,16
12,46
0,71
0,75
0,75
0,82
Figura 2. Gráfico de los errores porcentuales de las presiones para ocupación máxima.
LVIII
�ANEXOS
ANEXO 19
TODAS LAS VARIANTES DE SOLUCIONES PARA LA BÚSQUEDA EXHAUSTIVA DEL CASO DE ESTUDIO
Orden Comb.(Bi) Código(Oi)
6
22
00010101
7
23
00010110
5
20
00010011
37
134
10000101
38
135
10000110
36
132
10000011
12
38
00100101
13
39
00100110
11
36
00100011
1
8
00000111
42
146
10010001
43
147
10010010
18
51
00110010
17
50
00110001
3
14
00001101
44
149
10010100
19
53
00110100
9
27
00011010
8
26
00011001
14
42
00101001
4
15
00001110
IEG(kW) 6319 6318 6223 6222 6120 6119 6317 6316 6221 6220 6118 6117
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1
0
0
1
1
1
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1
0
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1
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1
1
0
1
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0
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1
1
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0
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0
0
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1
1
1
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0
0
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1
1
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0
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1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
LIX
�ANEXOS
2
47
46
39
40
15
27
28
51
52
32
31
10
48
23
22
21
41
16
29
33
50
45
20
12
163
162
138
139
43
82
83
194
195
99
98
29
165
71
70
68
141
45
85
101
177
153
57
00001011
10100010
10100001
10001001
10001010
00101010
01010001
01010010
11000001
11000010
01100010
01100001
00011100
10100100
01000110
01000101
01000011
10001100
00101100
01010100
01100100
10110000
10011000
00111000
0,4395342
0,4444975
0,444672
0,445874
0,4460035
0,4467208
0,4510428
0,4512264
0,4522439
0,4526132
0,4531641
0,4532141
0,4536345
0,4536543
0,4548363
0,4548994
0,4550741
0,4551546
0,4558724
0,460166
0,4620933
0,4691371
0,4705373
0,4710298
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
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0
1
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0
0
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1
1
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0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
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0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
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1
1
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0
1
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1
0
0
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1
1
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1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
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1
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0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
LX
�ANEXOS
53
24
25
55
35
26
30
34
49
56
54
197
74
75
209
113
77
89
105
169
225
201
11000100
01001001
01001010
11010000
01110000
01001100
01011000
01101000
10101000
11100000
11001000
0,4710777
0,4735402
0,4736775
0,4766822
0,4773174
0,4828343
0,4886337
0,4905957
0,4921669
0,498635
0,4998051
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
LXI
�ANEXOS
ANEXO 20
EXPRESIONES DE LA BOMBA CENTRÍFUGA Y DE LA RED HIDRÁULICA PARA
LA OCUPACIÓN PATRÓN DEL CASO DE ESTUDIO
Figura 3.17. Expresiones de las leyes de proporcionalidad de la bomba centrífuga en valores
porcentuales en correspondencia con la ocupación patrón.
Tabla 1. Expresiones de la bomba para la ocupación patrón de las habitaciones.
Escalón
6221
6118
6120
6220
6222
6117
6119
6319
Q (m3/s)
0
0,00379
0,00991
0
0,00384
0,01006
0
0,00384
0,01006
0
0,00407
0,01063
0
0,00418
0,01092
0
0,00434
0,01135
0
0,00434
0,01135
0
0,00439
0,01149
H (m)
19,90
16,99
0
20,48
17,49
0
20,48
17,49
0
22,89
19,54
0
24,15
20,61
0
26,09
22,28
0
26,09
22,28
0
26,76
22,84
0
Ecuación de la Bomba
H = -202 395,0075· Q2 + 19,9029221
H = -202 395,0075·Q2 + 20,48355631
H = -202 395,0075·Q2 + 20,48355631
H = -202 395,0075·Q2 + 22,89454064
H = -202 395,0075·Q2 + 24,14777311
H = -202 395,0075·Q2 + 26,09553469
H = -202 395,0075·Q2 + 26,09553469
H = -202 395,0075·Q2 + 26,75978478
LXII
�ANEXOS
6317
6223
6318
6316
0
0,00451
0,01179
0
0,00467
0,01222
0
0,00484
0,01265
0
0,00500
0,01308
28,12
24,00
0
30,21
25,79
0
32,38
27,64
0
34,63
29,56
0
H = -202 395,0075·Q2 + 28,11608104
H = -202 395,0075·Q2 + 30,21196229
H = -202 395,0075·Q2 + 32,38317844
H = -202 395,0075·Q2 + 34,62972948
Tabla 2. Expresiones de la Red Hidráulica para la ocupación patrón de las habitaciones.
Escalón
6221
6118
6120
6220
6222
6117
6119
6319
6317
6223
6318
6316
Q (m3/s)
0
0,00016
0,00032
0
0,00032
0,00064
0
0,00048
0,00096
0
0,00064
0,00128
0
0,0008
0,0016
0
0,00096
0,00192
0
0,00116
0,00232
0
0,00136
0,00272
0
0,00156
0,00312
0
0,00176
0,00352
0
0,00196
0,00372
0
0,00216
0,00392
H (m)
15,15
19,90
33,10
15,15
19,90
36,09
15,15
19,80
36,77
15,15
22,20
44,91
15,15
23,40
50,09
15,15
25,90
57,50
15,15
25,80
57,16
15,15
25,70
60,76
15,15
26,90
63,39
15,15
29,60
72,61
15,15
30,90
74,57
15,15
33,70
76,56
Ecuaciones de la Red Hidráulica
H = 165 097 656,2500020·Q2 + 3 271,8750000·Q + 15,1500000
H = 55 844 726,5625000·Q2 – 3 026,5625000·Q + 15,1500000
H = 26 727 430,5555559·Q2 – 3 141,6666667·Q + 15,1500000
H = 19 112 548,8281251·Q2 – 1 216,4062500·Q + 15,1500000
H = 14 408 593,7500001·Q2 – 1 214,3750000·Q + 15,1500000
H = 11 310 221,3541667·Q2 + 340,1041667·Q + 15,1500000
H = 7 693 965,5172414·Q2 + 256,0344828·Q + 15,1500000
H = 6 626 027,2491349·Q2 – 1 254,0441176·Q + 15,1500000
H = 5 083 620,9730440·Q2 - 398,3974359·Q + 15,1500000
H = 4 610 182,0764463·Q2 + 96,3068182·Q + 15,1500000
H = 4 510 041,3699204·Q2 - 803,9667993·Q + 15,1500000
H = 4 020 782,8712293·Q2 - 96,9280389·Q + 15,1500000
LXIII
�ANEXOS
ANEXO 21
ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA IMPLEMENTACIÓN DEL PROCEDIMIENTO EN EL HOTEL BLAU COSTA VERDE
Figura 1. Descripción de los trabajos de ingeniería y la asignación de los recursos por tareas.
LXIV
�ANEXOS
Tabla 1. Gastos específicos:
Transporte, (distancia, Km).(2).(0,98$/l)/(índice Km/l=7).(cantidad de viajes)
Diesel
Sub-Total
Alimentación y
Hospedaje
Hospedaje
Desayuno
Almuerzo
Comida
Sub-Total
Total
CUC/Viajes
56,00
CUC/día
7,00
1,50
4,00
4,00
16,50
Viajes
4
Cantidad
5
5
5
5
20
CUC
224,00
224,00
días
15
15
15
15
CUC
525,00
112,50
300,00
300,00
1237,50
2699,00
LXV
�ANEXOS
Tabla 2. Flujo de caja del proyecto: Implementación del procedimiento para la optimización de la operación del SCCAH del Hotel Blau Costa
Verde.
Escenario 1: cuando se opera el SCCAH empleando el modelo termo–hidráulico, optimizando el sistema solo variando la ocupación.
DESCRIPCIÓN
Costos de operaciones del hotel en energía eléctrica
2014
2015
2016
2017
2018
2019
TOTAL
Costos sin inversión (2)
M$ 334.490 334.490 334.490 334.490 334.490 334.490
2.006.940
Costos con inversión (1)
297.180
M$ 297.180 297.180 297.180 297.180 297.180 08.360
1.783.080
M$ (26.130) (26.130) (26.130) (26.130) (26.130) (26.130)
(223.860)
Incremento de los Costos (1-2)
Resumen estado de resultado del proyecto, CUC$x'000
ESTADO DE RESULTADO
Ingresos
Costo de Operación
Utilidad de Operaciones
Depreciación
Valor Residual
Costos Financieros
Utilidades Brutas
Reservas para contingencias (5 %)
Utilidades Imponibles
Impuestos
Sobre Utilidades
Utilidad Neta
2014
37.310
10.035
27.275
188
2015
2016
2017
2018
2019
37.310 37.310 37.310 37.310 37.310
10.035 10.035 10.035 10.035 10.035
27.275 27.275 27.275 27.275 27.275
188
188
188
M$
M$
M$
M$
M$
M$
M$
M$
M$
27.088 27.088 27.088 27.088 27.088 27.088
1.354
1.354 1.354
1.354
1.354
1.354
25.733 25.733 25.733 25.733 25.733 25.733
M$
M$
9.007
16.727
9.007
16.727
9.007
16.727
9.007
16.727
9.007
16.727
9.007
16.727
Total
223.860
60.208
163.652
750
162.902
8.145
154.757
54.165
100.592
LXVI
�ANEXOS
UM:MCUC
Utilidad Neta del Proyecto
Más Depreciación
Valor Residual
Más Reservas para Contingencias
Efectivo Neto
Aumento o disminución capital de trabajo
Inversiones
M$
M$
M$
M$
M$
M$
M$
2014
16.727
188
2015
2016
16.727 16.727
188
188
2017
16.727
188
2018
16.727
-
2019
16.727
-
1.354
18.269
1.354
18.269
1.354
18.269
1.354
18.269
1.354
18.269
1.354
18.269
10.806
10.806
40.205
Flujo de Caja Neto del Proyecto
M$ (29.399)
10.806
10.744
10.744
Flujo de Caja Acumulado
M$ (21.936) (3.668) (14.601) 32.869
51.076
69.282
Tasa Interna de Retorno,(TIR)
78.67%
Tasa de
Descuento
Valor Actualizado Neto, (VAN)
Periodo de Recuperación
0,0%
0,0%
41.9%
64,6%
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
74,2%
78,7%
0
0
0
0
TOTAL
100.592
750
8.145
64.711
40.205
69.282
$69.282 $54.340 $42.941 $24.118
2 Años 2 meses
0
0 2.40924
1
1
0
0
0
LXVII
�
Dublin Core
The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/.
Title
A name given to the resource
Tesis
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A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text.
Dublin Core
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Title
A name given to the resource
Procedimiento para la optimización energética de la operación de los sistemas de climatización centralizados todo-agua en hoteles
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Reineris Montero Laurencio
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2013
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/ba49dfdcdd18bea4f630452a4dbdc15c.pdf
899012f4197db862dc083d41b325b458
PDF Text
Text
Tesis de maestría
DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO-AMBIENTAL EN HOSPITALES.
¨
ESTUDIO DE CASO HOSPITAL GUILLERMO LUIS FERNÁNDEZ
HERNÁNDEZ-BAQUERO
¨
Ramón Alberto Martija Herrera
�Diagnóstico energético ambiental en Hospitales. Estudio de
caso hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Pensamiento:
“La mayoría de las ideas fundamentales de la ciencia son
esencialmente sencillas y, por regla general pueden ser expresadas
en un lenguaje comprensible para todos”.
Albert Einstein
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
�Diagnóstico energético ambiental en Hospitales. Estudio de
caso hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Dedicatoria:
Dedico este trabajo a mi madre, a mis hijos para que les sirva de ejemplo
en el afán de la superación constante, a mis hermanos, en especial a
Lizbel por el apoyo brindado, a mis padres, al que me crio y al biológico,
aunque ya no esté presente.
A mi esposa por la comprensión de privarse de mi presencia en tantas
ocasiones.
A todos aquellos que me han apoyado y han confiado en mí.
A La Revolución y a nuestros héroes y mártires que hicieron posible la
materialización de sueños como este.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Agradecimientos:
A todos los profesores del CEETAM y de la maestría que con su
entrega diaria me prepararon en este afán.
A los directivos y trabajadores del hospital Guillermo Luis
Fernández Hernández-Baquero, que de una forma u otra
contribuyeron con el resultado exitoso de la investigación.
A mis tutores, el MSc. Gabriel Hernández Ramírez y los Doctores
Allán Pierra Conde y Secundino Marrero Ramírez y a mi
consultante el MSc. Reineris Montero, quienes me guiaron en este
bregar.
A todos, muchas GRACIAS
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
RESUMEN:
El hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero, está entre las
entidades máximas consumidoras de portadores energéticos en el territorio
fuera de las entidades del níquel, fundamentalmente energía eléctrica.
Es por ello que en la presente investigación se parte de las insuficiencias
detectadas en el sistema de gestión energética y ambiental de esta institución,
por lo que a través de la revisión
de las informaciones y documentos
disponibles, la observación práctica detallada y participativa de y con los
elementos del campo de acción, así como entrevistas a expertos sobre el
comportamiento histórico de las principales variables, se realiza un análisis
sintético para la determinación de las características, potencialidades y
elementos adversos, que a la postre permitieron decidir la estrategia a seguir.
En nuestro caso valoramos la Gestión Energética y el comportamiento de los
portadores energéticos, así como la Gestión Ambiental y el tratamiento de
residuales en esta institución, como estudio de caso para realizar un
diagnóstico integral Energético-Ambiental para instalaciones hospitalarias, que
incluyó la determinación de los puestos claves, los operarios y directivos
primarios involucrados en los mismo, características del sistema de suministro
eléctrico, reservas energéticas, posibilidades de redimensionamiento de las
estrategias, tratamiento de los residuales, emanaciones contaminantes y
posibles inversiones, entre otros, elementos con los cuales realizamos nuestra
propuesta.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Summary:
The hospital Guillermo Luis Fernández Hernández Baquero is mainly among
the maximum consumers of electric power at the territory out of the entities of
the nickel, fundamentally.
The current investigation hence deports from the insufficiencies detected in this
institution's system of energetic and environmental steps, for that through the
revision of the reports and available documents, the practical detailed and
communicative observation of and with the elements of area of responsibility, as
well as interviews to experts on the historic behavior of principal variables, a
synthetic analysis for the determination of characteristics, potentialities and
adverse elements are
accomplished, than to humble her they permitted
deciding strategy to follow.
In our case we appraise the Energy Management and the energetic bearer’s
behavior, as well as the Ambient Management and the treatment of residual at
this institution, as a study of case to realize one integral Energetic Ambient
diagnosis for hospitable facilities, the fact that the determination of jobs included
keys, the laborers and primary executives implicated in the same, characteristic
of supplying electric system, you reserve energetic, redimensionamiento's
possibilities of strategies, treatment of residual, contaminating emanations and
possible investments, among others, elements that we accomplished our
proposal with.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
INDICE
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
2.1
2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.4
2.5
2.5.1
2.5.2
2.6
Introducción
1
Capítulo I Fundamentos teóricos para el Diagnóstico
Energético Ambiental en Hospitales
Introducción
Estado del arte
Generalidades del Sistema de Gestión Energética y Ambiental
Características de los problemas detectados en la institución
Conclusiones del capítulo
7
8
16
23
29
Capítulo
II
Sistema
de
Gestión
Energética
y
particularidades del sistema de suministro eléctrico
Introducción
Caracterización general de la institución objeto de estudio
Generalidades del Sistema de Gestión Energética en la entidad
Áreas y equipos claves y personal que decide en el consumo
de energía
Banco de problemas energéticos
Elementos generales de la insuficiente Gestión Energética
Comportamiento del consumo de portadores energéticos
Generalidades del sistema de suministro eléctrico
Resultados de la aplicación de las herramientas del SGTEE
Plan de medidas cuantificado para la solución al Banco de
Problemas Energéticos
SGTEE en la entidad
Propuesta de inversión para la institución
Valoración económica
Conclusiones del capítulo
Capítulo
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.3
3.4
30
30
31
33
33
34
39
41
52
59
60
61
65
67
III
Sistema
de
Gestión
Ambiental
y
particularidades del tratamiento de residuales
Introducción
Generalidades del Sistema de Gestión Ambiental
Prioridades ambientales y personas que deciden en las
mismas.
Aspectos ambientales a resolver
Elementos generales de la insuficiente Gestión Ambiental
SGA y tratamiento de residuales
Plan de medidas para dar solución a los aspectos ambientales
a resolver
Conclusiones del capítulo
Conclusiones Generales
Recomendaciones
Bibliografía
Anexos
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
69
69
74
75
77
79
84
85
87
88
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
INTRODUCCIÓN:
Hasta el día de hoy y desafortunadamente, de un futuro no tan lejano, el 80 %
de las necesidades energéticas de nuestro planeta se satisfacen con la
utilización de combustibles fósiles (Petróleo, Gas, Carbón). Todos ellos
extinguibles, fuertemente contaminantes y utilizados en forma ineficiente, por el
interés predominante de la producción de energía sobre su efecto ecológico.
Gran cantidad de los problemas del uso ineficiente de la energía en la industria
y los servicios se deben a la gestión inadecuada en la administración de los
mismos y no a la capacidad o actualización de la tecnología productiva o de
servicios existentes. La gestión energética generalmente se hace tan cíclica
como lo son los aumentos y caídas de los precios de los recursos energéticos
primarios que se consumen. Sin embargo, en los últimos tiempos el crecimiento
de los costos energéticos ha pasado a ser parte preocupante y creciente dentro
de los costos de producción y los métodos tradicionales de administración de
los recursos energéticos, los cuales no logran bajarlos sin realizar grandes
inversiones en cambios tecnológicos.
La importancia de reducir el consumo de estas fuentes primarias se ha
transformado de un problema económico a un problema vital, y de un problema
vital del futuro a uno de los mayores accidentes que ya padecemos en el
desarrollo de la humanidad. Las lluvias ácidas, las catástrofes naturales, las
consecuencias del efecto invernadero y de la disminución de la capa de ozono,
son secuelas que debemos curar con una nueva vía de producción energética
que recorre desde el control de los procesos actuales, el incremento de su
eficiencia y nuevos hábitos de consumo, hasta el cambio de estructuras a una
utilización descentralizada de las fuentes renovables, inagotables y de bajo
impacto ambiental.
Cuba, con pobres reservas de combustibles fósiles, está obligada a trabajar de
forma sistemática al lado de la demanda para lograr disminuir los consumos
totales de energía y en este caso la eficiencia energética tiene un potencial alto
de ahorro y es considerado por muchos especialistas como una fuente
renovable de energía sin costo ambiental.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
1
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Es por ello que se han trazado estrategias para disminuir los consumos de
combustibles, lo que posibilitó que a partir de los años 90 del siglo XX, la economía
cubana comenzara un proceso de reanimación económica anual consumiendo
prácticamente la mitad y menos del combustible que se consumía en los años 80.
El hospital Guillermo Luís Fernández Hernández Baquero se encuentra ubicado en la
ciudad de Moa de la provincia de Holguín, es de carácter general y cuenta con más
de 400 camas, su campo de acción comprende a los municipios de Moa, Sagua de
Tánamo y Frank País. Es una institución pública que presta servicios tanto de
consultas como de hospitalización en todas las áreas de la medicina. Atiende un
promedio de 7 800 pacientes al mes entre consultados y hospitalizados.
Este se comenzó a construir en el año 1984 siendo su costo valorado en 10 millones
de pesos aproximadamente, su construcción total duró 7 años, aumentando su costo
total en 18 millones de pesos, de ellos tres corresponden a construcción y montaje,
cinco a equipamientos, de estos últimos cuatro corresponden a equipamiento médico
y uno a equipamiento no médico.
En esta institución se han realizado varios estudios energéticos anteriores, así como
algunos acercamientos aislados a la problemática ambiental, sin embargo, nunca se
ha realizado un estudio combinado de estos dos elementos, donde se introduzca la
Gestión Ambiental como un componente importante dentro de la Gestión Energética,
donde se aprovechan técnicas de esta última para fundamentar la primera.
En concordancia con lo anterior, el presente estudio parte del análisis de otros
trabajos anteriores realizados en este centro asistencial, que tienen estrecha relación
con las características específicas del consumo de portadores energéticos del mismo.
Se abordan problemas no resueltos en este sentido y los problemas ambientales
existentes, que influyen en el desconocimiento de las características particulares del
sistema de consumo, aparejado a la descripción de los portadores energéticos y
demás informaciones que apoyan una futura implementación de un sistema de
gestión integral para una mejor explotación de la instalación.
Es por ello que para identificar claramente la situación se valoró la realización de un
diagnóstico preliminar o de recorrido lo cual permitió conocer la situación que
presenta el centro en materia de Gestión Energética y Gestión Ambiental,
centrándose el estudio en la recolección de información y su análisis, con énfasis
fundamental en la identificación en las fuentes de posible mejoramiento en ambos
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
2
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
casos, dejando a la entidad el diagnóstico profundo o de monitoreo, lo cual le va a
permitir controlar de forma permanente el Sistema de Gestión Energética (SGE) y el
Sistema de Gestión Ambiental (SGA), para lo que definimos como:
Problema científico:
Incorrecta valoración del consumo de portadores energéticos y deterioro de los
indicadores ambientales por deficiente diagnóstico energético y ambiental.
Objetivo General
Implementar el diagnóstico energético y ambiental en el hospital Guillermo Luis
Fernández Hernández Baquero del municipio Moa, como caso de estudio para
instalaciones hospitalarias, para valorar el consumo de los portadores energéticos y
su desempeño ambiental.
Objetivos específicos:
1. Caracterizar el estado actual y perspectivo de la gestión energética y ambiental
en hospitales, utilizando como caso de estudio el hospital Guillermo Luis
Fernández Hernández Baquero de Moa.
2. Diagnosticar el comportamiento del consumo de portadores energéticos y la
proyección ambiental en este centro asistencial.
3. Valorar dentro de las variantes para instalaciones hospitalarias las que pueden
ser aplicadas a esta institución desde el punto de vista energético y ambiental.
4. Proponer un sistema de acciones que propicien la realización del diagnóstico
energético y ambiental para mejorar los índices de consumo de portadores
energéticos y la proyección ambiental en instalaciones hospitalarias, utilizando
la experiencia en el hospital caso de estudio.
Hipótesis de trabajo:
El diagnóstico energético y ambiental del hospital Guillermo Luis Fernández
Hernández Baquero, contribuirá a determinar las herramientas más apropiadas para
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
3
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
estos fines en instalaciones hospitalarias y así lograr el ahorro de portadores
energéticos y la proyección ambiental de estas instituciones.
Objeto de estudio:
Diagnóstico energético y ambiental en instalaciones hospitalarias
Campo de acción:
Gestión energética y ambiental en el Hospital Guillermo Luis Fernández HernándezBaquero.
Métodos teóricos:
Histórico- Lógico,
se aplica atendiendo a la necesidad de revisar toda la
información disponible, obteniéndose primeramente la descripción del objeto
estudiado y partiendo de esta base, extraer los rasgos más sobresalientes que
marcan la tendencia sobre el conocimiento en el campo de acción.
Análisis y síntesis, se emplea para el análisis de los documentos, experiencias y
elementos que sustentan el trabajo en materia de gestión energética y ambiental.
Hipotético- Deductivo, nos permite observar las características, potencialidades y
elementos adversos en el campo de acción de forma general, para sobre esa base
decidir la estrategia a seguir.
Métodos empíricos:
Observación: Se emplea para obtener una percepción práctica detallada y
participativa de y con los elementos del campo de acción y el objeto de estudio, así
como de los factores a tener en cuenta para la elaboración de la estrategia a seguir.
Entrevistas a expertos: Se
utiliza para profundizar en el conocimiento de las
potencialidades reales de accionar sobre el campo de acción, así como en el dominio
que estos poseen del objeto de estudio y posibles propuestas.
Estadísticos: Se utilizan para el cálculo y cómputo de los resultados del estudio
realizado, valorando fundamentalmente las medidas de tendencia central.
Como podemos observar, dentro de esta investigación hemos utilizado técnicas tanto
cuantitativas como cualitativas, el uso tanto de unas como de otras ha sido necesario
porque nos han brindado una panorámica sobre las causas que generan el
fenómeno.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
4
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Procedimientos:
Revisión bibliográfica: Se consultan los principales estudios realizados en la
institución en materia de Gestión Energética y proyección ambiental.
Determinación de la información necesaria: Se determinan las informaciones que
son necesarias para la realización del diagnóstico.
Selección de las unidades, áreas y equipos: Se realiza la selección de las
unidades, áreas y equipos donde se realizará el diagnóstico.
Planificación de los recursos y el tiempo: Se dosifica el tiempo y los recursos y
materiales necesarios para la realización del diagnóstico.
Revisión metodológica en los lugares claves: Se valora la metodología a aplicar
en cada uno de los lugares claves a diagnosticar, de acuerdo a las particularidades
de cada uno.
Recopilación de la información: Se realiza la recogida de información sobre las
características del diagnóstico a realizar y los lugares claves.
Elaboración del plan de mediciones: Se determinan las mediciones necesarias en
cada unidad, área y equipo para la realización del diagnóstico.
Mediciones de campo: Se realizan las mediciones que se planificaron para cada
unidad, área y equipo objeto del diagnóstico.
Recopilación y filtrado de los datos: Se recopilan los datos obtenidos durante las
mediciones de campo y se seleccionan los de interés para el diagnóstico.
Procesamiento de los datos y análisis de los resultados: Se procesan los datos
obtenidos y se valoran los resultados que estos arrojan.
Determinación de posibles medidas: Se valora, desde la perspectiva que arrojan
los resultados, las posibles medidas a aplicar para solucionar los problemas
detectados.
Estimación de los potenciales de ahorro energético y gestión ambiental: Se
valora hacia donde debe encaminarse la gestión, de forma que se genere un ahorro
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
5
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
energético con su implicación económica y las potencialidades para mejorar la
gestión ambiental.
Definición de las medidas de ahorro y mejora de la eficiencia energética y la
gestión ambiental: Se definen las medidas más adecuadas para lograr el ahorro de
los portadores energéticos, la mejora de la eficiencia energética y la gestión
ambiental.
Elaboración y presentación del informe final: Se elabora el informe final con los
resultados que arroja el diagnóstico y se presenta a los directivos que definen en la
puesta en vigor de las recomendaciones de la investigación.
Estructuración de la investigación:
La presente investigación está estructurada en resumen, introducción y tres
capítulos, así como las conclusiones, recomendaciones, bibliografía y anexos.
En
la
introducción
se
definen,
entre
otros,
los
elementos
técnico-
metodológicos de la investigación; en el primer capítulo se abordan los
fundamentos teóricos que sustentan la misma, en el segundo el sistema de
gestión energética y particularidades del sistema de suministro eléctrico y en el
tercero el sistema de gestión ambiental y particularidades del tratamiento de
residuales.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
6
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
CAPITULO I: Fundamentos teóricos para el Diagnóstico Energético Ambiental
en Hospitales
1.1 Introducción:
El uso por el hombre de la energía en cualquiera de sus formas, ha marcado el
desarrollo de la sociedad humana en cada una de sus etapas evolutivas, desde el
dominio del fuego hasta el uso de la energía nuclear en nuestros días. La humanidad,
a lo largo de los años, ha perfeccionado su utilización, pasando por los métodos más
rudimentarios de manejo a los más complejos aplicados en la actualidad, siempre con
la finalidad de satisfacer sus necesidades. En los momentos actuales se ha recurrido
al uso de la energía eólica y solar por dos razones fundamentales, lo barato de su
costo y la no contaminación del ambiente, pudiera pensarse que es un
descubrimiento de nuestros días, sin embargo el hombre de por siempre ha utilizado
el calor del sol para disímiles fines y los molinos de viento son utilizados desde
tiempos inmemoriales.
Toda técnica desarrollada por el hombre implica el uso de la energía, es por ello que
resulta necesario valorar la importancia de su uso racional, siempre evitando los
efectos contaminantes al medio. Por estas y otras razones, velar por el manejo
eficiente y racional de los portadores energéticos, sin afectar los procesos
productivos, es una urgencia del momento, en tal sentido, además de fuentes de
energía ya mencionadas, se valoran otras no agotables, que a su vez mitiguen los
impactos ambientales, como el uso del hidrógeno y las fuerzas hídricas como
portadores energéticos en sustitución de los combustibles fósiles.
Actualmente se realizan numerosos trabajos de implantación del sistema de gestión
energética y ambiental en todo el planeta. En nuestro caso dedicaremos este capítulo
a abordar las teorías que a nuestra consideración fundamentan nuestro estudio.
Por ser la energía eléctrica, el portador que más incide en el consumo de portadores
en el hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero de nuestro territorio,
centraremos el análisis en algunos elementos determinantes de la misma como redes
eléctricas, aprovechamiento eléctrico, factor de potencia, caída de tensión y energía
reactiva, entre otros para la parte energética, así como en los elementos de la
Gestión Ambiental y el tratamiento de residuales en esta institución, que nos permita
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
7
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
contar con las herramientas teóricas que fundamenten el diagnóstico energético y
ambiental en instalaciones hospitalarias.
Para ello debemos partir de qué es un diagnóstico, sus particularidades y el tipo de
diagnóstico a realizar.
El diagnóstico constituye una etapa básica, de máxima importancia dentro de todas
las actividades incluidas en la organización, seguimiento y evaluación de un
programa determinado, el que a su vez constituye la pieza fundamental en un sistema
de gestión, ya sea energético, ambiental o de otra índole.
Para el diagnóstico energético se emplean distintas técnicas para evaluar el grado de
eficiencia con que se produce, transforma y usa la energía, en el caso del ambiental
para evaluar el impacto que provocan las diferentes fuentes contaminantes, así como
el tratamiento dado a las mismas, de forma que minimicen los efectos nocivos, en
ambos casos definiéndose dos tipos de diagnósticos fundamentales: el de nivel 1,
también denominado preliminar o de recorrido y el de nivel 2 (diagnóstico
profundo o de monitoreo) (COLECTIVO DE AUTORES CEEMA 2006) (11). En
nuestro caso se realizó un diagnóstico de nivel 1.
1.2 Estado del arte
El diagnóstico energético constituye la herramienta básica para saber cuánto, có
mo, dónde y por qué se consume la energía dentro de una empresa, para
establecer el grado de eficiencia en su utilización, para identificar los principales
potenciales de ahorro energético y económico, y para definir los posibles proyectos
de mejora de la eficiencia energética. Sus objetivos son: Evaluar cualitativa y
cuantitativamente el consumo de energía, determinar la eficiencia energética,
pérdidas y despilfarro de energía en equipos y procesos, identificar potenciales de
ahorro energético y económico, establecer indicadores energéticos de control y
estrategias de operación y mantenimiento, así como definir posibles medidas y
proyectos para ahorrar energía y reducir costos energéticos, evaluados técnica y
económicamente. (COLECTIVO DE AUTORES CEEMA 2006) (11), aspectos en los
que coinciden HERNÁNDEZ Y MONTERO, 2011 (34)
Valorado para el diagnóstico ambiental, constituye la herramienta básica para saber
cuánto, cómo, dónde y por qué se generan los elementos contaminantes dentro de
la entidad, para establecer el grado de eficiencia en su control, para identificar las
potencialidades de minimización del impacto ambiental y definir posibles proyectos de
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
8
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
mejoras de la gestión ambiental. Sus objetivos son: Evaluar cualitativa y
cuantitativamente las fuentes contaminantes, determinar la eficiencia en la gestión
ambiental y el tratamiento de residuales, identificar potenciales de implementación
de un SGA más eficiente, establecer los indicadores ambientales de control definidos
en las normas internacionales y cubanas, con estrategias ajustadas a nuestro
contexto, así como definir posibles medidas y proyectos para mejorar la imagen de la
entidad
y
reducir
los
costos
por
penalizaciones,
evaluados
técnica
y
económicamente. (VALORACIÓN DEL AUTOR).
La eficiencia energética y el uso racional de los portadores energéticos presentan en
estos momentos una necesidad de desarrollo sostenible, donde la industria, los
servicios y el sector residencial realizan importantes esfuerzos. El Proyecto de
Gestión Eficiente de Energía (PGEE) es un sistema
de gestión de la eficiencia
energética a nivel empresarial que sirve para elevar la capacidad técnicoorganizativa y para lograr una administración eficiente de la energía y su impacto
ambiental en las empresas mayores consumidoras de energía. La calidad de la
gestión energética depende de los resultados obtenidos en cuanto al rendimiento
energético. El motor principal para la adopción de una medida o una práctica concreta
es su impacto en el rendimiento energético. Unos resultados energéticos mediocres
indican la existencia de puntos débiles o carencias en la gestión energética, además,
la evaluación de la gestión energética se basa en el sistema de comparaciones
benchmarking. (COLECTIVO DE AUTORES, CEEMA 2006) (12). La eficiencia
energética es una de las alternativas menos costosa y menos contaminante de todas
y se convierte en una fuente no agotable y aplicable a todo tipo de entidades.
En Cuba (BORROTO NORDELO, 2006) (7) la Comisión Internacional de Energía
consideró que, con inversiones menores y de rápida recuperación (menores de 1,5
años) se logrará un ahorro anual del 5 % del consumo del país.
Más del 45 % de este ahorro se obtendría en el sector residencial y de servicios, y
casi un 10 % en el transporte. Por una parte se aprende a obtener la energía de
forma económica y respetuosa con el medio ambiente, y por otra es un deber
elemental de justicia.
Usar eficientemente la energía significa no emplearla en actividades innecesarias,
conseguir hacer las tareas con el mínimo consumo de energía posible. Desarrollar
tecnologías, sistemas de vida y de trabajo que ahorren energía, es lo más importante
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
9
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
para lograr un auténtico desarrollo que se pueda llamar sostenible. (VIEGO FELIPE,
2007) (60).
En la actualidad otras entidades han sido objeto de estudios en materia de eficiencia
energética, arrojando resultados relevantes en el ahorro de portadores energéticos,
implementando medidas para lograr el aumento de la eficiencia y la productividad,
ejemplo de ello lo constituye el estudio de eficiencia energética realizado en el
Hospital Guillermo Luis Fernández Hernández Baquero, en el cual se abordan
temáticas como propuestas de cogeneración de energía eléctrica mediante fuentes
alternativas, que proporcionan considerables ahorros en materia de portadores
energéticos.
El contexto actual de la Gestión Energética no puede verse divorciado de una actitud
responsable hacia el medio ambiente. En el plano combinado de la Gestión
Energética-Ambiental también existen experiencias en instalaciones similares, entre
las que destaca la aplicada en el Hospital Isidro Ayora de Loja en Ecuador
(MARRERO, PIERRA y ALEAGA, 2004) (43).
En 1991 y dentro de la organización ISO, se constituyó un grupo llamado SAGE
(Asesor estratégico sobre el medio ambiente) con el objetivo de comenzar a
estudiar la forma de normalizar medidas cuyo fin era proteger el medio ambiente
para garantizar el futuro, ya no de la empresa, como pretende la familia ISO 9000,
sino de la humanidad.
La constitución de este comité era la respuesta a la inquietud creciente en distintos
sectores sobre denuncias que algunos grupos venían haciendo sobre
nucleares,
contaminación
atmosférica
o
deterioro
de
residuos
la naturaleza en su
conjunto. Lo curioso es que en un principio se vio a estos grupos llamados
verdes como desestabilizadores de la democracia o de los sistemas económicopolíticos ya que las denuncias afectaban muchas veces a los grandes capitales.
En 1992 se celebró en Río de Janeiro una conferencia de las Naciones Unidas
llamada
La
Cumbre
de
la
Tierra
en
la
cual
se
trataron
los
temas
medioambientales poniéndose al día la información sobre el deterioro de los medios
naturales y su efecto sobre la vida humana. Se esperaba mucho de esta
conferencia pero los intereses creados de algunos grupos impidieron tomar
medidas drásticas a favor de cambios para preservar el medio ambiente.
Por su parte, la serie 14000 cuenta con la 14001 que es la que contiene
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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especificaciones y guías de uso a la vez que explicita un sistema de
administración y supervisión para la gestión medioambiental y la 14004 que es la guía
general y soporte técnico para el sistema de gestión medioambiental.
En septiembre de 1996 se publicaron las normas ISO 14001 y 14004
comprometiéndose los países asociados a acogerla como norma nacional en
sustitución de las que hubiera anteriormente, de tal forma que ahora los países de la
Unión se encuentran con dos reglamentaciones: ISO y EMAS. El EMAS aplica sólo
al sector industrial y la normativa ISO 14000 es más amplia, a la vez que se
ensambla perfectamente con la serie 9000 por la cual un gran número de empresas
están ya certificadas.
En la actualidad la gran mayoría de los estados del mundo se han asociado de una
manera u otra a los tratados internacionales que se han suscrito en materia de
protección ambiental, adecuándolos a sus contextos particulares, así por ejemplo, en
Cuba el Programa Nacional de Medio Ambiente es una adecuación a la Agenda 21.
RAMIREZ, PIERRA y ALEAGA (2004) (43) sostienen que: “El riesgo potencial
presentado por los residuos sólidos hospitalarios, constituye un problema en términos
de
salud
pública,
saneamiento
ambiental,
enfermedades
nozocomiales
y
epidemiológicos. Es responsabilidad de las instituciones prestadoras de servicios de
salud prevenir y contribuir a minimizar este riesgo ambiental. Los residuos
hospitalarios son considerados potencialmente peligrosos tanto por la contaminación
biológica (microorganismos patógenos) como por sustancias químicas (drogas,
sustancias carcinogénicas, teratogénicas y materiales radiactivos)”.
El deterioro ambiental afecta el bienestar y la calidad de vida de la población, limita
sus posibilidades de desarrollo y compromete gravemente el de las generaciones
futuras. Aunque las causas del deterioro ambiental son numerosas, entre estas se
destaca el generado por las basuras y su disposición final.
El manejo inadecuado de los residuos sólidos hospitalarios presenta diversos
impactos ambientales negativos que se evidencian en diferentes etapas como la
segregación, el almacenamiento, el tratamiento, la recolección, el transporte y la
disposición final. Las consecuencias de estos impactos no sólo afectan a la salud
humana sino también a la atmósfera, el suelo y las aguas superficies y subterráneas.
A todo esto se suma el deterioro del paisaje natural y de los centros urbanos.
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Debido a que tradicionalmente la prioridad de las instituciones de salud ha sido la
atención al paciente, por mucho tiempo se ha restado importancia a los problemas
ambientales, pudiendo crearse en muchos casos un círculo vicioso de enfermedades
derivadas del manejo inadecuado de los residuos.
Otros estudios realizados en nuestra área geográfica también demuestran la
peligrosidad de un mal manejo de los residuales, solo por citar un ejemplo, en
Colombia se ha estimado se generan al año en los hospitales de nivel 1, 2 y 3, sin
contar las instituciones privadas 8500 toneladas de residuos sólidos, que siendo
estos, agentes causantes de enfermedades vírales como hepatitis B o C, entre otras,
generan riesgo para los trabajadores de la salud y para quienes manejan los residuos
dentro y fuera del establecimiento generador.
EL manejo integral de los residuos hospitalarios se ha convertido en una de las
prioridades de los Programas de Calidad de Vida Urbana y de los Planes Nacionales
para el impulso de la Política de Tratamiento de Residuos de los Ministerios
encargados del monitoreo del Medio Ambiente en todo el mundo y en particular en
nuestro continente, dirigido a formular Programas de Gestión Integral de los Residuos
hospitalarios, con el propósito de prevenir, mitigar y compensar los impactos
ambientales y sanitarios, para minimizar los factores de riesgo a la salud del hombre.
Actualmente un porcentaje significativo de los residuos generados en los servicios de
salud y similares, especialmente en las salas de atención de enfermedades
infectocontagiosas, salas de emergencia, laboratorios clínicos, bancos de sangre,
salas de maternidad, cirugía, morgues, radiología, entre otros, son peligrosos por su
carácter infeccioso, reactivo, radioactivo inflamable.
De acuerdo con estudios realizados, aproximadamente el 40 % de los residuales
generados en hospitales y clínicas presenta características infecciosas, pero debido a
su inadecuado manejo, el 60 % restante se contamina, incrementando los costos de
tratamiento, los impactos y los riesgos sanitarios y ambientales.
La factibilidad técnica y económica de dar adecuado tratamiento y disposición final a
los desechos peligrosos hospitalarios está directamente relacionada con la posibilidad
de implementar la efectiva separación en el origen de las fracciones peligrosas. El
mezclar los desechos infecciosos con el resto de los desechos obliga a tratarlos con
los mismos procedimientos y precauciones, encareciendo y dificultando la operación
del sistema. Por el contrario, una buena separación en origen permite derivar la
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mayor parte de los desechos sólidos producidos en un hospital a la recolección
municipal y reservar los procedimientos especiales y de alto costo sólo para los
desechos peligrosos.
En tal sentido además de las Normas Cubanas (NC) establecidas al efecto de mitigar
los impactos ambientales de las diferentes actividades como la NC ISO 14 001, las
133-200; 133-200-1; 134-200 y la 135-200 para el tratamiento de los residuales
sólidos, la 93-02-202, modificada por la 39/1999 para la protección atmosférica y
calidad del aire, en la actualidad es prudente la aplicación de la Norma Internacional
ISO/FDIS 50 001, pues entre sus ventajas se destaca la unificación de criterios
internacionales en cuanto a la implantación de un Sistemas de Gestión de la Energía
(SGE) para mejorar su desempeño energético, incluyendo la eficiencia energética y el
uso y consumo de la energía. Su implementación está destinada a conducir la
reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, de los costos de la
energía y de otros impactos ambientales relacionados. La misma es aplicable a
organizaciones de todo tipo y tamaño, con un elevado grado de flexibilidad para su
aplicación, independientemente de sus condiciones geográficas, culturales o sociales.
La misma se basa en el principio de la mejora continua Planificar-Hacer-VerificarActuar (PHVA) e incorpora la gestión de la energía a las prácticas habituales de la
organización.
En los últimos años, la temática de compensación de la potencia reactiva en las
redes de suministro eléctrico industriales ha sido trabajada ampliamente, debido a los
problemas causados por un bajo factor de potencia en los sistemas eléctricos,
asociados al funcionamiento inadecuado de las máquinas y el aumento de las
pérdidas, lo que se traduce en la reducción de la eficiencia del sistema. La solución
más utilizada ha sido la instalación de bancos de condensadores para la
compensación de la potencia reactiva, en dependencia del reactivo necesario que
garantice pérdidas mínimas en los sistemas eléctricos.
En el presente trabajo se parte de la general aceptación de condensadores como
elementos correctores en la compensación de la demanda de potencia reactiva de las
cargas y el mejoramiento del perfil de voltaje del sistema. Por otro lado, si la
ubicación y dimensionamiento de los bancos de condensadores no se realiza de
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forma apropiada en los nodos de la red,
puede traer como consecuencia un
incremento de las pérdidas de energía.
Algunos autores refiriéndose a la calidad de energía, indistintamente hacen énfasis
en los parámetros anteriormente mencionados, entre los consultados tenemos:
HERNÁNDEZ, (2000) (33) realiza la compensación de la potencia reactiva para una
red industrial con la utilización de la programación lineal, utilizando en la función
objetivo los costos de compensación y como restricciones la variación de la potencia
y la cantidad de reactivo necesario a instalar en cada nodo. En el trabajo no se
consideraron las cargas no lineales ni el carácter discreto del problema de
compensación de potencia reactiva.
“Manual del analizador de redes de NORTHWOOD DATA LOGRES LTD”. (40). En
este manual se pudo conocer la técnica para las mediciones en el cual venía de una
forma clara y comprensible para el operador, en nuestro caso fue la primera medición
con un equipo analizador de redes y con la inconveniencia de que hay que utilizar
una PC con WINDOWS 98 para poder descargar la información.
“Manual de Aplicaciones de las Tarifas Eléctricas. Cuba”. 2002. (41). A través de este
manual se conoció la tarifa que se aplica en los diferentes sectores del país, así como
una serie de cálculos para determinar las pérdidas en los transformadores, el factor
de potencia y algunos conceptos.
FEODOROV A.A y RODRÍGEZ LÓPEZ, E. Suministro eléctrico de empresas
industriales La Habana. 1980 (14) .En esta obra se utilizó todo lo relacionado con las
cuestiones fundamentales del sistema de suministro eléctrico de empresas
industriales, tales como: cargas eléctricas, selección de los parámetros de los
sistemas de suministro eléctrico industrial, compensación de la potencia reactiva,
localización de las subestaciones de alimentación y otras cuestiones fundamentales
de los sistemas de suministro eléctrico.
En el trabajo de GONZÁLEZ I, (2004) (25) se establece un procedimiento para la
compensación de la potencia reactiva, a través de un acomodo de carga en una red
industrial, con un análisis de las principales medidas organizativas que pueden ser
implementadas por etapas y solo después de ser valorado el efecto de las mismas,
se procede a la introducción de medidas que conllevan a la realización de inversiones
en el sistema. La autora en otros trabajos en el 2006 y 2007 (27) (28), aborda la
optimización de la potencia reactiva con el uso de la programación dinámica,
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utilizando en la función objetivo una función de gasto, donde analiza diferentes
niveles de tensión y fuentes de energía reactiva a instalar. Además permite hallar un
intervalo óptimo de n soluciones para los nodos del sistema. Se formula la tarea de
optimización y la ubicación de los dispositivos de compensación para un modelo en el
que interviene un conjunto de ecuaciones diferenciales, considerándose el carácter
dinámico del problema. El planteamiento contrasta con los problemas de optimización
estática, en los cuales se busca un punto óptimo en un espacio de n dimensiones,
donde se maximiza o minimiza el valor de una función objetivo conocida.
MALIUK S. (1980) (38), profundiza de forma muy acertada en la influencia del factor
de potencia en la industria. Analiza la compensación del reactivo a través de
condenadores y la utilización de los motores sincrónicos sobreexcitados para la
entrega de reactivo, disminuyendo considerablemente las pérdidas en el sistema.
YING-YI HONG, y SAW-YU HO (2005) (61) muestran un método basado en los
algoritmos genéticos para determinar la configuración de la red que garantice
mínimas pérdidas de potencia. En el método propuesto, formularon el problema de
forma multicriterial, para condiciones normales y de contingencias. Las configuración
del sistema para las soluciones esperadas, fueron logradas en redes de 16 y 33
nodos, lográndose eficazmente la minimización de las pérdidas.
ZHANG Y, (2005) (62) presenta un modelo que ajusta los costos de los dispositivos
correctores (de la potencia reactiva) con el objetivo de disminuir las pérdidas de
energía para un estado determinado de la carga. Se presenta la simulación para
demostrar que el modelo propuesto refleja el principio de maximización de ganancia,
donde se puede disminuir las pérdidas de potencia activa.
FERNÃO PIRES D., GOMES MARTINS A., y HENGGELER ANTUNES C. (2005)
(16), presentan un modelo multicriterial con la utilización de una técnica heurística
basada en Búsqueda Tabú para proporcionar la ubicación de condensadores en
redes de distribución radiales. Esta formulación tiene en cuenta dos funciones
objetivo: minimizar las pérdidas de la línea y minimizar los costos del banco de
condensadores. La metodología presentada lleva la búsqueda potencialmente hacia
una región de las soluciones con las características buenas, permitiendo al
investigador escoger la solución que mayormente lo satisfaga tomando en
consideraciones sus preferencias.
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El método resultó ser eficaz y se desarrolló fundamentalmente para sistemas radiales
de distribución, comprobándose la efectividad del método para resolver este
problema de optimización.
PRECONS II, Sistema de Precios de la Construcción, Habana 2006. (50). El libro
presenta un conjunto de instrucciones Precons que no es más que el documento
metodológico para la aplicación del sistema de precios. Este manual de precios
incluye documentos referidos al prontuario sobre el proyecto de organizaciones de
obras y alas normativas de la ficha de gastos en pesos convertibles (CUC) a través
de los cuales se confeccionará la ficha de gastos en pesos convertibles del proyecto.
GÓMEZ (2010) (22). Realizando los cambios en las capacidades de algunos equipos
de climatización, adecuándolos a las áreas a las que corresponden, regulando las
horas de funcionamiento de dichos equipos y de algunas de las luminarias y
artefactos, asegurando los niveles de confort
en dichas áreas, se obtuvo una
reducción de un 14 % en consumo de luminarias y artefactos y un 37 % en equipo de
climatización y refrigeración.
Con respecto a los estudios híbridos de Gestión Energética y Ambiental, nuestro
principal patrón lo constituyó “Diagnóstico Energético-Ambiental Hospital Isidro
Ayora”. MARRERO, PIERRA y ALEGA (2004) (43), partiendo del precepto de
optimizar los costos relacionados con el uso de portadores energéticos, manteniendo
una actitud responsable con el medio ambiente comunitario.
En todos los casos se han tenido en cuenta las NC 133-202 (44); NC 133-202-1(45);
NC 134-202 (46); NC 135-202 (47); NC 39/99 e ISO 14001 (48), así como la Norma
Internacional ISO/FDIS 50001 (49).
1.3 Generalidades del Sistema de Gestión Energética y Ambiental
La red eléctrica es un complejo conjunto de fuentes, gran número de distintas cargas
conectadas, corrientes de muy diversas formas que circulan a distintas frecuencias
por las líneas, distintas potencias, caídas de tensión, etc… Los grandes avances
tecnológicos de las últimas décadas han supuesto un giro importante en la potencia
que consumen los usuarios de la energía eléctrica, tanto en su cantidad como en su
calidad, debido básicamente al propio carácter de las cargas que consumen dicha
energía.
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Hoy en día se lucha por el adecuado aprovechamiento de la energía llevándose
acabo métodos y soluciones que influyan directamente en la explotación eficiente de
las instalaciones logrando así disminuir los altos consumos y las grandes pérdidas. La
racional utilización de la energía es en estos momentos un objetivo de primer orden,
porque incide directamente en los indicadores técnico-económicos de un país.
Observando que el uso eficiente de la energía, disminuye paulatinamente la
contaminación ambiental y permite la utilización racional de los recursos energéticos
no renovables.
Por último, la combinación de los elementos pasivos (resistencias, bobinas y
condensadores) con los elementos semiconductores (diodos, triodos, tiristores…) que
controlan hoy en día la mayoría de la energía eléctrica en la red,
supone una
problemática más a añadir a la hora de optimizar el rendimiento de líneas,
instalaciones y equipamientos.
Por lo tanto es de obligado cumplimiento observar y analizar todos los parámetros de
calidad de onda a la hora de seleccionar el sistema de compensación reactiva más
adecuado en cada caso.
Esta instalación, que ya tiene a su haber 20 años de explotación, soportó los embates
del denominado “Período Especial”, durante el cual, tanto la edificación como tal y su
equipamiento han sufrido un franco deterioro que ha mellado en la calidad de los
servicios, la misma además de ser una institución de primer orden por su importancia
social, también constituye un importante consumidor de energía dentro del municipio
Moa, por lo que se debe velar porque en el mismo exista un plan de medidas
técnicamente fundamentadas que contribuya al uso racional del portador electricidad
y a la disminución de los costos de la entidad por concepto de pago de electricidad.
Con el transcurso de los años se han realizado varios trabajos relacionados con la
eficiencia energética en la institución, vinculados fundamentalmente con la
implementación de metodologías, así como el diagnósticos energéticos y control de
las cargas en los diferentes horarios del sistema eléctrico, los que de forma muy
superficial han abordado el tema de las pérdidas y consumos excesivos de energía,
así como el del bajo factor de potencia al cual se le ha hecho énfasis por ser la
entidad mensualmente penalizada.
Es por ello, que al presente trabajo estar encaminado a realizar una propuesta para
el diagnóstico energético y ambiental en instalaciones hospitalarias, tomando como
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estudio de caso esta institución, partamos en el estudio de las investigaciones
anteriores a las que hemos tenido acceso, también fueron consultados diferentes
bibliografías, trabajos y documentos, orientados en cinco líneas fundamentales:
Trabajos teóricos y prácticos que se han desarrollado en los sistemas de
suministro eléctrico para el estudio de la compensación de la potencia
reactiva y la mejora de otros parámetros de calidad de energía.
Procedimientos para establecer el conjunto de soluciones del Problema
General de Optimización Discreta.
Experiencias en la aplicación de los Sistemas de Gestión Total de
Eficiencia Energética (GTEE) en centros hospitalarios y otros similares.
Experiencias en la aplicación de la Gestión Ambiental y Producciones Más
Limpias (PML) en instalaciones con características similares al objeto de
estudio.
Bibliografías actualizadas basadas en la GTEE, así como con la Gestión
Ambiental y PML, fundamentalmente en instalaciones industriales,
hospitalarias y otras similares al objeto de estudio.
1.3. 1 Nociones generales de la gestión energética
La Gestión Energética es un procedimiento organizado de previsiones y control del
consumo de energía con el fin de obtener el mayor rendimiento posible sin disminuir
el nivel de prestaciones. (BORROTO, 2006) (7). El sector industrial es un candidato
ideal para aplicar un programa de medidas de ahorro debido a su importancia como
sector económico y consumidor de energía. Entendiendo por eficiencia energética el
logro de los requisitos establecidos por el cliente con menos gastos energéticos
posible y la menor contaminación ambiental por este concepto. Un Sistema de
Gestión Energética se compone de la estructura organizacional, los procedimientos,
los procesos y los recursos necesarios para su implementación.
El objetivo fundamental de la Gestión Energética como subsistema de la gestión
empresarial es sacar el mayor rendimiento posible a todos los portadores energéticos
que son necesarios para una actividad empresarial. Dentro de esta idea el sistema de
gestión habrá de responder a determinadas funciones, que tendrán que
implementarse
en relación con los servicios de la empresa. En un sentido más
amplio puede ser la comprensión de la elección de las fuentes de energía, las
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negociaciones
con
los
suministradores
y
el
control
de
los
suministros,
almacenamiento y distribución lo cual comprende:
¾ Optimizar la calidad de los portadores energéticos disponibles y su suministro.
¾ Disminuir el consumo de energía manteniendo e incluso aumentando los niveles
de producción o servicios.
¾ Obtener de modo inmediato ahorros que no requieran inversiones apreciables.
¾ Lograr ahorros con inversiones rentables.
¾ Demostrar la posibilidad del ahorro energético de la entidad.
¾ Disminuir la contaminación ambiental y preservar los recursos energéticos.
¾ Diseñar y aplicar un programa integral para el ahorro.
¾ Establecer un sistema metódico de contabilidad analítica energética en la
empresa. (Colectivo de Autores, SA) (12).
Funciones de un Sistema de Gestión Energética
Un Sistema de Gestión Energética ha de cumplir determinadas funciones que deben
implementarse en relación con los servicios de la empresa para alcanzar los
objetivos.
¾ Aprovisionamiento: Este aspecto comprende la elección de los portadores
energéticos. Las negociaciones con los suministradores, el control de los
suministros y su almacenamiento así como su distribución.
¾
Análisis Energéticos: En este punto es necesario establecer dos tipos de
análisis Energéticos, uno de auditoría o diagnóstico y el otro de consumo de
portadores. (COLECTIVO DE AUTORES, SA), (FERNÁNDEZ, PUERTA JUAN F,
SA) (15).
Etapas en la implantación de un Sistema de Gestión Energética
En general, en todos los sistemas de gestión energética o de administración de
energía se pueden identificar tres etapas fundamentales:
1. Análisis preliminar de los consumos energéticos.
1. Formulación de un programa de ahorro y uso racional de la energía (Planes de
Acción).
2. Establecimiento de un sistema de monitoreo y control energético.
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Errores que se cometen en la Gestión Energética
¾ Se atacan los efectos y no las causas de los problemas.
¾ Los esfuerzos son aislados, no hay mejora integral en todo el sistema.
¾ No se atacan los puntos vitales.
¾ No se detectan y cuantifican adecuadamente los potenciales de ahorro.
¾ Se consideran las soluciones como definitivas.
¾ Se conforman creencias erróneas sobre cómo resolver los problemas.
Gestión total eficiente de la energía
Es un conjunto de acciones técnico- organizativas para administrar eficientemente
la energía, que aplicadas de forma continua, con la filosofía de gestión total de la
calidad, permiten establecer nuevos hábitos de dirección, de control y de evaluación
del uso de la energía, dirigidos al aprovechamiento de todas las oportunidades de
conservación de la energía y de la reducción de sus costos.
El sistema es capaz de identificar un número muy superior de medidas triviales y de
baja inversión para la reducción de los costos energéticos; entrena, capacita y
organiza los recursos humanos que deciden la reducción de los consumos y gastos
energéticos, creando una nueva cultura energética; instala en la empresa
procedimientos, herramientas y capacidades para su uso continuo y se compromete
con su consolidación.
En la implementación de una gestión energética suele presentarse una serie de
dificultades
que pueden ser en general, la insuficiente especialización del personal
técnico y la falta de conciencia de ahorro. Es de vital importancia y necesario que
técnicos y operarios desarrollen un nivel de pertenencia del trabajo a realizar y
aptitudes encaminadas a la búsqueda y puesta en práctica de nuevas soluciones, así
como un buen nivel de conocimiento de estos para una satisfactoria asimilación de la
tecnología. (BABÓN GONZALEZ) (6).
La Tecnología de Gestión Total Eficiente de la Energía (TGTEE)
La TGTEE es un paquete de procedimientos, de herramientas técnico-organizativas y
software especializado, que aplicado de forma continua y con la filosofía de la gestión
total de la calidad, permite establecer nuevos hábitos de dirección, control,
diagnóstico y uso de la energía. Su objetivo no es sólo diagnosticar y dejar un plan de
medidas, sino esencialmente elevar las capacidades técnico-organizativas de la
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empresa, de forma tal que esta sea capaz de desarrollar un proceso de mejora
continua de la eficiencia energética.
Dentro de la tecnología incluye:
¾ La capacitación al Consejo de Dirección y especialistas en el uso de la energía.
¾ Establece un nuevo sistema de monitoreo, de evaluación, de control y de mejora
continua del manejo de la energía.
¾ Identifica las oportunidades de conservación y el uso eficiente de la energía en la
empresa.
¾ Propone, en orden de factibilidad, las medidas para el aprovechamiento de las
oportunidades identificadas.
¾ Organiza y capacita a los trabajadores vinculados al consumo energético en
hábitos de uso eficiente.
¾ Prepara a la empresa para autodiagnosticarse en eficiencia energética.
¾ Establece en la empresa las herramientas necesarias para el desarrollo y el
perfeccionamiento continuo de la Tecnología.
La TGTEE permite, a diferencia de las medidas aisladas, abordar el problema en su
máxima profundidad, con concepto de sistema, de forma ininterrumpida y creando
una cultura técnica que permite el auto desarrollo de la competencia alcanzada por la
empresa y sus recursos humanos. (COLECTIVO DE AUTORES, SA), (12).
Conceptos básicos para una buena comprensión de la eficiencia energética
Eficiencia: es el cociente resultante del consumo real entre el planificado que refleja
la optimización de los recursos utilizados para la obtención de los resultados u
objetivos previstos.
Eficacia: es la contribución de los resultados obtenidos al cumplimiento de los
objetivos trazados.
Efectividad: es la generación sistemática de resultados consistentes, integrando
eficacia y eficiencia.
Eficiencia energética: es la optimización de los recursos energéticos para alcanzar
los objetivos económicos de la Empresa. Se mide a través de indicadores de
eficiencia energética.
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Herramientas que se utilizan para establecer un Sistema de Gestión
Energética
Diagramas de Pareto
El Diagrama de Pareto es una gráfica en forma de barras que clasifica en forma
descendente factores que se analizan en función de su frecuencia, importancia
absoluta o relativa. Adicionalmente permite observar en forma acumulada la
incidencia total del factor en estudio.
Es muy útil para aplicar la Ley de Pareto o Ley 80 – 20, que identifica el 20 % de las
causas que provoca el 80 % de los efectos de cualquier fenómeno estudiado.
Intensidad energética
A nivel de Empresa este indicador puede determinarse como la relación entre el
consumo total de energía y el valor de la producción mercantil total. Nos refleja la
tendencia de la variación de los consumos energéticos respecto al incremento de la
producción. Todos los indicadores de eficiencia y de consumo energético dependen
de condiciones de la producción y los servicios de la empresa como: factor de carga
(es la relación de la producción real respecto de la capacidad productiva nominal de
la Empresa), calidad de la materia prima, estado técnico del equipamiento, etc.
Diagrama de dispersión
Es un gráfico que muestra la relación entre dos parámetros. Su objetivo es mostrar en
un gráfico x, y si existe correlación entre dos variables, y en caso de que exista,
determinar su carácter. La observación del diagrama de dispersión nos indica, que
existe una tendencia a que los valores altos de nivel ocupacional están asociados a
los valores altos de consumo.
Gráfico de control
Los gráficos de control son diagramas lineales que permiten observar el
comportamiento de una variable en función de ciertos límites establecidos.
Generalmente se usan como instrumento de autocontrol por los círculos y grupos de
calidad y resultan muy útiles como apoyo a los diagramas causa y efecto, cuando
logramos aplicarlos a cada fase del proceso y detectar en cuales fases se producen
las alteraciones. Su importancia consiste en que la mayor parte de
los procesos
productivos tienen un comportamiento denominado normal, es decir existe un valor
medio (M) del parámetro de salida muy probable de obtener, mientras que a medida
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que nos alejamos de este valor medio la probabilidad de aparición de otros valores de
este parámetro cae bruscamente, si no aparecen causas externas que alteren el
proceso, hasta hacerse prácticamente cero para desviaciones superiores a tres veces
la desviación estándar (3S) del valor medio.
Utilidad del Gráfico de Control
¾ Conocer si las variables evaluadas están bajo control o no.
¾ Conocer los límites en que se puede considerar la variable bajo control.
¾ Identificar los comportamientos que requieren explicación e identificar las causas
no aleatorias que influyen en el comportamiento de los consumos.
¾ Conocer la influencia de las acciones correctivas sobre los consumos o costos
energéticos.
Gráfico de Consumo y Producción
Consiste en un gráfico que muestra la variación simultánea del consumo energético
con la producción realizada. Muestran períodos en que se producen comportamientos
anormales de la variación del consumo energético con respecto a la variación de la
producción. Permiten identificar causas o factores que producen variaciones
significativas de los consumos.
Diagramas de Dispersión y Correlación
En un gráfico que muestra la relación entre 2 parámetros. Su objetivo es mostrar en
un gráfico (x, y) si existe correlación entre dos variables, y en caso de que exista, qué
carácter tiene esta. Muestra con claridad si los componentes de un indicador de
control están correlacionados entre sí y por tanto si el indicador es válido o no.
Permite establecer nuevos indicadores de control. Permite determinar la influencia de
factores productivos de la Empresa sobre las variables en cuestión y establecer
nuevas variables de control.
1.4 Caracterización de los problemas detectados en la institución
Factor de Potencia
Operar, con un bajo factor de potencia, una instalación eléctrica, además del impacto
en el pago de electricidad, tiene otras implantaciones de igual o mayor significación,
particularmente en relación con la capacidad de los equipos de transformación y
distribución de la energía eléctrica y con el uso eficiente de las máquinas y aparatos
que funcionan con electricidad.
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hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
El concepto del factor de potencia, los efectos que se presentan cuando su valor es
reducido y los métodos para corregirlo, no son temas nuevos. Sin embargo, su
análisis es un problema permanente y de obligada importancia para todos aquellos
cuya actividad se relaciona con la operación eficiente de las instalaciones eléctricas
industriales y el ahorro de energía. La mayoría de las cargas industriales son de
naturaleza inductiva. Precisamente las cargas inductivas son de origen del bajo factor
de potencia, con los inconvenientes que esto ocasionan.
Inconvenientes de un bajo factor de potencia:
¾ Una disminución de la capacidad de los equipos de generación, distribución y
maniobra de la energía eléctrica.
¾ Un incremento en las pérdidas de cobre.
¾ Una deficiente regulación de voltaje.
¾ Un incremento en la facturación de energía eléctrica
Esta potencia reactiva ha sido tradicionalmente suministrada por las empresas de
electricidad, aunque puede ser suministrada por las propias industrias. Al ser
suministradas por las empresas de electricidad deberá ser producida y transportada
por las redes, ocasionando necesidades de inversión en capacidades mayores de los
equipos y redes de transmisión y distribución. Todas estas cargas industriales
necesitan de corrientes reactivas para su operación. El factor de potencia es el
cociente entre la potencia activa y la potencia aparente, consumida por una carga o
instalación determinada:
Tradicionalmente siempre se ha denominado “coseno de φ” (cos φ) dado que
trigonométricamente coincide con el coseno del ángulo que forman ambos vectores
de potencia, siendo φ el ángulo de desfase entre tensión y corriente.
fp =
P
= cosφ
S
Ecuación 1.1. Factor de Potencia
Causas que provocan un bajo factor de potencia en el circuito de distribución
de una entidad
Cuando la cantidad de equipos es apreciable los requerimientos de potencia reactiva
también se hacen significativos, lo cual produce una disminución
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exagerada del
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
factor de potencia. Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como
consecuencia principalmente de:
¾ Un gran número de motores.
¾ Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.
¾ Una subutilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por
una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de distribución.
¾ Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.
Las cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente, resistencias
de calentamiento, etc. no causan este tipo de problema ya que no necesitan de la
corriente reactiva, sin embargo, como podemos comprobar con la presencia de
armónicos en las redes, estos también suponen pérdidas en las mismas, las cuales
contribuyen a elevar más aún la energía aparente necesaria.
Esto nos lleva, por tanto, a las siguientes conclusiones:
Un bajo factor de potencia es, por tanto, el resultado de un alto contenido de cargas
inductivas como de cargas no lineales, consumidoras de corrientes no senoidales.
El coseno de φ representa las pérdidas de carácter puramente inductivo dentro de la
instalación, a las cuales debemos añadir (en menor proporción) las pérdidas a
frecuencias armónicas.
Ventajas de mejorar el factor de potencia
¾ Reducción de la factura eléctrica: Por lo general, para tomar plena ventaja de la
bonificación, se acostumbra a compensar hasta un factor de potencia cercano al
96 % (que es el máximo posible a bonificar) aunque siempre una decisión final
debe estar acompañada de un adecuado análisis económico.
¾ Liberación de capacidad en el sistema: Cuando los capacitares o motores
sincrónicos están operando, ellos suministran los requerimientos de potencia
reactiva de las cargas y reducen la corriente circulante, desde la fuente hasta el
punto de ubicación de los compensadores. Los medios compensadores pueden
utilizarse para reducir la sobrecarga de los circuitos; si estos no están
sobrecargados, puedan permitir el incremento de su capacidad de carga.
¾ Reducción de
las pérdidas: La mayoría de las instalaciones, las pérdidas de
energía en el sistema de distribución representan entre (2.5-7.5 %) de la energía
consumida por las cargas. Esto depende de la variabilidad de las cargas, el calibre
y la longitud de los circuitos.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
25
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Pérdidas de Energía
Pérdidas de energía eléctrica en los transformadores
Los transformadores son equipos indispensables en los sistemas industriales debido
a que son máquinas estáticas, cuya misión es transmitir energía eléctrica desde un
sistema con una tensión dada a otro sistema con una tensión deseada .Tiene una
importancia capital dentro de los sistemas de generación, transporte y distribución de
energía eléctrica. Pues han permitido la preponderancia de la corriente alterna y la
capacidad de utilizar
en cada sector los niveles de tensión más apropiados y
económicos, atendiendo a factores tales como: potencia a transmitir, seguridad de
utilización, longitud de líneas.
Análisis de las Pérdidas de un transformador
¾ Pérdidas en el circuito magnético (Po) denominadas también pérdidas en el hierro
o pérdidas en vacío, ya que se determinan mediante el ensayo de vacío del
transformador; son independientes de la carga a que
esté sometido el
transformador y prácticamente invariables a tensión y frecuencia constante.
¾ Pérdidas por efecto Joule en los devanados (Pcu).Se deben a las pérdidas en los
embobinados del transformador debido a las resistencias existentes en estos
(efecto Joule). Se denominan también pérdidas en el cobre, ya
que
los
devanados suelen fabricarse en cobre, aunque a veces se realizan en aluminio.
Varían proporcionalmente con el cuadrado de la corriente, si se conocen las
pérdidas producidas por este concepto en régimen nominal Pcc, cuando el
transformador funcione con un índice de carga “c”.
Pcu = Po + C 2.Pcc
Ecuación 1.2. Pérdidas en el Cobre
Las Pérdidas de un transformador Pp, que trabaje con un índice de carga “c” serán:
Pp = Po + Pcu = Po + C 2.Pcc
Ecuación 1.3 Pérdida de un transformador Pp que trabaje c/ índice de carga “c”.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Facturación Eléctrica
Control de la Demanda Máxima
El control de la demanda máxima y del consumo de energía eléctrica, consiste en la
administración y el control de las cargas eléctricas para reducir cargos por demanda
máxima de potencia y por consumo de energía, durante ciertos períodos de tiempo
de acuerdo con la tarifa eléctrica que se aplica.
Ventajas
¾ Reducir los pagos por demanda máxima.
¾ Reducir el costo de la energía consumida, a partir fundamentalmente de la
reducción de las cargas y de que las operaciones sean desplazadas en el tiempo
hacia horarios en los cuales el costo de los kWh sea más reducido.
¾ Disminuir las pérdidas en líneas y transformadores y su costo asociado.
¾ Reducir la capacidad necesaria de los conductores, transformadores y equipos de
distribución y maniobra de la energía eléctrica, así como de generación, si
existen.
¾ Mejorar la regulación de voltaje.
Generalmente el consumo del portador energético electricidad es el que incide en el
costo total de los portadores de una empresa. La facturación por este motivo tiene
determinadas implicaciones que se reflejan en la estructura de la ecuación general de
la tarifa eléctrica:
⎡ Fp
⎤
$ = CD ⋅ Dc + (Pp ⋅ kWh pico + Pm kWhmad + Pd kWhd ) ⋅ K + I ∆ptransf ⋅ ⎢ normado − 1⎥
⎣ Fp real
⎦
[
]
Ecuación 1.4. Ecuación general de la tarifa eléctrica
Donde:
$: Costo total del consumo de energía eléctrica
CD: Costo del kW para la demanda contratada
Dc: Demanda contratada
Pp: Precio del kWh en horario pico
Pm: Precio del kWh en horarios de la madrugada
Pd: Precio del kWh en horario del día
K: Factor del Combustible
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
27
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hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
I ∆Ptransf
: Pérdidas por transformación:
Fp normado
−1
Fp real
:
Factor que tiene en cuenta el aprovechamiento de la energía a
través del comportamiento del factor de potencia de la instalación
El costo por demanda contratada representa entre el 30 y el 40 % de los costos
totales de la factura. Algunas empresas por temor a pasarse de lo contratado tienen
un cargo fijo adicional que le pesa en su economía, y en el peor de los casos
desconocen que se puede contratar hasta dos veces la demanda en el año.
El costo por energía consumida, independientemente del horario y del tipo de tarifa
que se tenga, es el más importante, en el cual se puede trabajar en reducirlo a partir
del conocimiento de las características del consumo. Por tanto un reconocimiento
detallado del sistema de suministro eléctrico de cualquier instalación permite realizar
mejoras encaminadas a mejorar el balance de las cargas, la disminución de
perturbaciones en la onda de tensión (calidad de la energía).
Las pérdidas por transformación, pasan a la factura en caso que las mediciones de la
energía se realicen por la parte de baja del transformador de fuerza. Si las
mediciones se realizan por alta estas no se tienen en cuenta. Pero se destaca que el
empleo eficiente de la potencia instalada de transformación
permite reducir los
costos por este motivo. En ocasiones se cuentan con transformadores que en el
transcurso de los años se mantienen con un coeficiente de utilización muy bajo, si
este mismo transformador fuera de una potencia menor las pérdidas serían menores
a partir de que son menores las pérdidas en el cobre y en el hierro.
El factor de potencia, es el indicador del grado de aprovechamiento de la energía en
un sistema de suministro eléctrico. Los costos por penalización por el bajo factor de
potencia oscilan entre el 3 y el 15 %, sin embargo existen empresas que pueden
adoptar medidas al respecto con pequeñas inversiones.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
28
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Índice de Consumo:
Unidades de producto terminado por unidad de energía consumida:
Puede ser calculado por tipo de producto o como índice de consumo general en el
caso que el tipo de producción lo permita (si son varios productos diferentes pero de
un mismo material el índice puede reducirse a toneladas de ese material etc.). Si se
consumen diferentes tipos de energía para un mismo producto debe determinarse el
consumo equivalente haciendo compatibles los diferentes tipos. Permite su
comparación con las normas de consumo establecidas para Empresas.
1.5 Conclusiones del capítulo:
¾
La eficiencia energética y el uso racional de los portadores energéticos
presentan en estos momentos una necesidad de desarrollo sostenible, donde la
industria, los servicios y el sector residencial realizan importantes esfuerzos.
¾
La Gestión Energética es un procedimiento organizado de previsiones y control
del consumo de energía con el fin de obtener el mayor rendimiento posible sin
disminuir el nivel de prestaciones.
¾
La realización de este tipo de estudio en entidades similares, ha permitido
detectar los problemas existentes en las empresas y la prestación de servicios,
posibilitando la aplicación de medidas que han logrado notables avances con
respecto del ahorro de energía.
¾
La Gestión Energética no puede verse desvinculada de una correcta Gestión
Ambiental, que posibilite el logro de los objetivos propuestos, sin comprometer el
futuro.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
29
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
CAPITULO II: Sistema de Gestión Energética y particularidades del sistema
de suministro eléctrico
2.1 Introducción
En el presente capítulo se abordan los temas fundamentales relacionados con el
diagnóstico en el sistema de gestión energética y las particularidades del sistema
de suministro eléctrico en la institución. Se parte de una
caracterización de la
estructura física y asistencial del hospital y posteriormente se destacan las
fortalezas y debilidades en el proceso de gestión energética. Se presenta el análisis
del banco de problema energético y la determinación de los puestos claves, así
como el comportamiento del consumo de los portadores energéticos y
los
resultados de la aplicación de las herramientas de la Gestión Energética.
2.2 Caracterización general del Hospital Guillermo Luis FernándezHernández Baquero
El Hospital Guillermo Luis se encuentra Ubicado en el Reparto Caribe a 2 Km del
centro de la ciudad de Moa, en la provincia Holguín, es de carácter general
docente, su campo de acción en el servicio hospitalario comprende los municipios
Moa, Sagua de Tánamo, Frank país y otros aledaños. Su Objeto Social es brindar
servicios de salud a los ciudadanos cubanos en las especialidades y modalidades
que caracterizan a la entidad, efectuar el control higiénico epidemiológico del
medio intra-hospitalario, realizar actividades de investigación y desarrollo en las
actividades que le son afines y actividades de educación para la salud a la
población, brindar atención integral de promoción, prevención, diagnóstico,
tratamiento y rehabilitación de la salud en la población.
La instalación diseñada para 400 camas (en estos momentos cuenta solamente
con 284), está compuesta por una edificación distribuida en dos bloques
de
cuatro y tres plantas respectivamente entrelazados entre sí; en el primer bloque se
ubican en el nivel 00 los almacenes, en la primera planta fundamentalmente se
localizan los locales administrativos, docencia, farmacia, cafetería, departamentos
auxiliares, morgue y anatomía patológica , en las otras tres restantes plantas se
ubican las salas especializadas para hospitalizados. En el otro bloque en el nivel
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
30
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hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
00 se ubican los servicios de urgencias, talleres de mantenimiento, comedores,
cocina y los servicios de rehabilitación y tomografía axial, así como un local para
el sistema de clima central, el cual está en franco deterioro. En la primera planta
se encuentran las consultas especializadas, laboratorios, banco de sangre y los
departamentos estadísticos, así como el área de policlínica (en la actualidad en
adecuación para la inserción de un área pediátrica dentro del inmueble), en la
segunda planta se encuentran los salones quirúrgicos y de parto.
En el pasillo que une ambos bloques se ubican los ascensores, en la parte
anterior los de evacuación y en la parte posterior los de servicio (estos últimos
fuera de funcionamiento).
Dentro del perímetro de la institución, pero fuera de la edificación central se
encuentran la lavandería, casa de calderas, grupos electrógenos, sistemas de
almacenamiento de combustible y el incinerador.
Esta institución presta 17 servicios de hospitalizados; 24 de consultas externas y 8
servicios complementarios entre los que destacan los de tomografía axial,
ultrasonido, RX, anatomía patológica y rehabilitación, entre otros. Para un total de
49 servicios. Para ello cuenta con 1000 trabajadores 716 entre personal médico y
paramédico y 284 de servicio, apoyados por 416 estudiantes (185 de medicina,
113 de enfermería y 118 tecnólogos de la salud).
2.3 Generalidades del Sistema de Gestión Energética
La gestión energética contempla la eficiencia como la fuente de energía más
barata, teniendo en cuenta que los equipos e instalaciones se encuentran en
explotación y solo hay que investigar donde se producen las pérdidas. Según la
OLADE con el uso eficiente de la energía podría reducirse el consumo específico
de portadores entre el 10 y el 20 % a corto y mediano plazo.
Los principales portadores energéticos en esta instalación son: electricidad,
constituye el 94,02 % del consumo de portadores energéticos en la instalación,
para su distribución cuenta con un transformador primario de 1000 kV y 15
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
31
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
transformadores secundarios distribuidos por diferentes áreas de la misma. Las
mediciones de su consumo se hacen de forma general a través del único metro
contador que mide el consumo general de la instalación, con una frecuencia
diaria.
En el caso del portador GLP (gas licuado de petróleo), cuenta con dos balas de
5000 Lts para su almacenamiento, el consumo en 24 horas oscila entre los 100 y
120 Lts, su destino es para la cocina, pantry y en los mecheros de prótesis y
laboratorios. No cuenta con instrumentación para su medición y el consumo se
calcula a través de un promedio por agotamiento, teniendo en cuenta los
consumos históricos.
Para el Diesel, se cuenta con una capacidad de almacenamiento de 6500 Lts. Se
emplea en los grupos electrógenos los cuales consumen 14 Lts/h en vacío y 54
Lts/h con 300 KW de carga y en el incinerador el cual consume entre 50 y 80 Lts/h
en dependencia del material a quemar. Para la medición del consumo en ambos
casos se valoran los datos técnicos del fabricante, teniéndose en cuenta los
consumos reales históricos.
El portador Fuel Oil se cuenta con una capacidad de almacenamiento es de 3000
Lts. Se destina a las calderas cuyo consumo es de 90 a 130 Lts/h y trabajan entre
3 y 6 horas diarias para alimentar la lavandería, cocina central, esterilización y el
banco de leche. Para medir su consumo se utiliza la misma variante que para el
diesel.
El Agua, aunque el agua no constituye un portador energético, sí implica un
consumo importante de electricidad, el plan mensual es de 10058 M3 y el
consumo real oscila en este rango, el bombeo se realiza con 2 bombas de 50 HP
de potencia, 3540 RPM, una tensión de 230 – 460 V y una intensidad de 58 – 106
A. El cálculo del consumo se realiza por aproximación atendiendo al vaciado del
tanque elevado.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
32
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
2.3.1 Áreas y equipos claves y personal que decide en el consumo de
energía
El estudio minucioso de las áreas donde se concentra el mayor consumo de los
portadores energéticos en esta institución arrojó los siguientes resultados:
Tabla 2.1. Puestos claves
PUESTO CLAVE
Casa de Calderas
Grupos Electrógenos
Incinerador
Banco de Transformadores
Ascensores
Sistema de Bombeo
Cocina Comedor
Taller de mantenimiento
AREA
Energética
Energética
Servicios
Energética
Servicios
Servicios
Servicios
Servicios
OPERTARIO
Operadores (3)
Operadores (2)
Operador (1)
Electricistas (3)
Operadores (6)
Operadores (2)
Cocineros (4)
Gpo. Mant. (8)
JEFE INMEDIATO
J´ Servicios
Energético Principal
J´ Servicios
Energético Principal
J´ Servicios
J´ Servicios
J´ Turno
J´ Mantenim.
De la tabla anterior se desprende que se cuenta con 8 puestos claves, definidos
dentro de 3 áreas, donde se involucran 29 operarios y 4 jefes inmediatos, sobre
los cuales debe centrarse la atención, pues en ellos se concentran las reservas
energéticas de la institución.
Diagnóstico socio-ambiental al personal que inciden en los Puestos Claves
¾ Bajo nivel escolar de los operarios.
¾ Insuficiente preparación en lo referido a eficiencia energética de los equipos
que operan.
¾ No existe motivación ni compromiso con el ahorro de energía.
¾ No tienen conciencia del liderazgo del Consejo Energético
¾ Presenta dominio de la actividad que realizan por experiencia laboral
¾ No existe atención priorizada ni a operarios, ni jefes inmediatos.
2.3.2 Banco de problemas energéticos:
En este sentido debemos destacar que la institución cuenta con un Banco de
Problemas General y un Banco de Problemas Energético independiente del
primero, en ambos casos recogen la generalidad de toda la entidad, sin embargo,
en las áreas no están definidos los mismos, por lo que los trabajadores no tienen
conciencia de los problemas puntuales en sus puestos de trabajo, por lo que no
son capaces de actuar sobre los mismos.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
33
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Tabla 2.2 Banco de Problemas Energético
OBJETIVO
PROBLEMA
1. Calderas ineficientes
2. Falta de insulación en las conductoras de vapor
3. Poco control del vapor producido
4. Insuficiencias en el uso y manejo de
los grupos electrógenos
5. Transformador principal sobredimensionado
6. Deficiente distribución de cargas por
transformadores
1. Incrementar la eficiencia
7. Uso inadecuado de los ascensores
energética en la instalación.
8. Sistema de bombeo carente de cierres
automáticos
9. Salideros en los sistemas hidrosanitarios
10. Deterioro de tuberías conductoras
11. Uso indiscriminado de las hornillas y marmitas
12. Falta de hermeticidad en locales climatizados
13. Deficiente sistema de Gestión Energética
14. Poca funcionabilidad del Consejo Energético
15. Falta de capacitación de los operarios de
los puestos claves
La tabla 2.2 nos muestra que en la entidad en su conjunto existen 15 problemas
energéticos fundamentales referidos al objetivo de incrementar la eficiencia
energética en la instalación, los que se hacen necesarios desglosar, de forma tal
se tenga el control de los mismos en las áreas afectadas.
2.3.3 Elementos generales de la insuficiente Gestión Energética
Después de realizar un recorrido exhaustivo por toda la instalación e intercambiar
con personal médico, paramédico y de servicio se pudo determinar que las
principales irregularidades que limitan el mejor funcionamiento de la Gestión
Energética en el Hospital están centradas en los siguientes aspectos.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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Deficiente gestión administrativa:
Dentro de la gestión de la administración se detectaron como principales
dificultades la incorrecta contratación de la Máxima Demanda del servicio eléctrico
ya que la contratada es de 300 kW y la real promedio mensual es de 123 kW
durante el año 2010, solo en el mes de abril, alcanzó 133 kW, en mayo y
septiembre alcanzó 131 kW, quedando en un 41 % por debajo de la contratada,
insuficiente análisis de los indicadores energéticos del centro y seguimiento a
las deficiencias detectadas en los Consejos de Dirección. No existe evidencia de
la aplicación de métodos de estimulación individual para el uso racional de los
portadores energéticos ni la aplicación de medidas disciplinarias, administrativas
o de otra índole ante violaciones de lo establecido en el Programa Energético.
Deficiente contabilidad energética:
La contabilidad energética no está sustentada en una herramienta informática que
facilite el control de los consumos y la demanda de los diferentes portadores
energéticos, el acceso a los datos relacionados con la energía es a través del
energético principal del centro, las informaciones se realizan con cierta
periodicidad, pero no son sistemáticas, los registros de la contabilidad y los gastos
energéticos son muy generales, pues solo se contabiliza el plan y el consumo real
general sin delimitar por áreas.
No existe cultura del detalle, lo que implica que los análisis estadísticos y posibles
pronósticos no tengan la profundidad y veracidad necesaria.
Existe una inadecuada preparación y concienzación de los que manejan los
recursos humanos y del estudiantado en materia de eficiencia energética.
No se cuenta con un programa de formación y actualización continua para el
personal de dirección y los operadores de los puestos claves que garantice la
optimización en la operación de los equipos y tecnologías para mantener un nivel
adecuado en los indicadores de consumo, lo que demuestra que se hace
necesario gestionar la preparación de los mismos, pues en el caso de los
directivos los conocimientos sobre gestión energética son muy pobres y solo se
nutren de las informaciones dadas por el energético, careciendo de herramientas
propias para realizar la supervisión.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
35
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Las insuficiencias anteriores pudieran superarse mediante la gestión de
preparación del personal y directivos mediante convenios con otras entidades
como el CEETAM del ISMM.
Otro elemento a tener en cuenta en este sentido es la incorrecta utilización de los
Índices de Consumos Físicos en la Planificación del Consumo de Energía
Eléctrica, pues se llevan de forma global y se incumplen los índices de consumos
reales en relación con los planificados, por lo que el comportamiento de la
intensidad energética es en ascenso.
Deficiente instrumentación:
El centro solo cuenta con un metro contador que contabiliza el consumo general
de la institución, pero no se mide por áreas, lo que hace aún más difícil detectar
los principales derroches energéticos.
En el caso de los portadores Fuil Oil, Diesel y vapor, así como el agua no existen
flujómetros, o metros contadores que puedan actualizar los indicadores de
consumo.
Problemas de mantenimiento a equipos y sistemas:
De forma general no se sistematiza el mantenimiento a los equipos y sistemas,
(sistemas de distribución eléctrica, de vapor e hidráulica, equipos electromédicos,
de refrigeración, clima, etc.) ni al parque de transportes por falta de recursos
materiales, necesidad del uso excesivo y en algunos casos el personal que debe
realizar la labor no posee todos los conocimientos necesarios (fluctuación del
personal de mantenimiento).
Deterioro de las estructuras físicas y tecnológicas:
A los casi 20 años de explotación de la instalación se suma el que la institución
sufrió los embates del denominado “período especial”, lo que ha implicado que la
estructura civil haya sufrido un acelerado deterioro, trayendo consigo la aparición
de filtraciones de agua que en muchas ocasiones favorecen el deterioro de la
redes
internas
de
electricidad
provocando
sobreconsumos
y
algunas
interrupciones del servicio eléctrico, además de los salideros en las redes
hidráulicas, tanto por deterioro de las mismas, como por falta de sellaje en las
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
36
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hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
válvulas y terminales en los hidrosanitarios, lo que provoca un sobreconsumo de
agua y con ello la necesidad de rebombeo en muchas ocasiones.
En el caso de la electricidad, existe deterioro
en las redes de alimentación
eléctrica, interruptores (principales y secundarios) y tomacorrientes.
En el caso de la generación de vapor, las calderas llevan en explotación el mismo
tiempo de existencia de la instalación y no han sido beneficiadas con mejoras o
sustituciones, falta de insulación en válvulas (8) del sistema de distribución de
vapor (6 en área de lavandería, 1 en la reductora de vapor, 1 en casa caldera),
falta de insulación en 28 m de tubería de 2” en las redes del sistema de
distribución de vapor (alrededor de 6 m en la reductora de vapor, 10 m en el área
de lavandería, 2 m en el área casa caldera y alrededor de 10 m en el área de
secado), lo que genera una alta transferencia de calor con el medio, además de
escapes por deterioro de las tuberías y en ocasiones por las propias válvulas de
escape, además existen salideros en las redes del sistema de distribución de
vapor, (válvula de seguridad de la caldera, unión universal, salidero de vapor en
uniones y válvulas del área de lavandería, salidero de vapor en manguera que
alimenta la plancha # 2 en el área de secado, válvula en la reductora de vapor),
estas últimas fueron solucionadas durante el período de supervisión.
Por su parte en el caso de la climatización existe falta de hermeticidad en locales
climatizados, (huecos en paredes, filtraciones por las orillas donde están
instalados los aires, ventanas) (sala de quemados, cuerpo de guardia, terapia
intensiva e intermedia, cuidados intensivos), que provocan el funcionamiento
ineficiente del equipo e ineficiente operación de los sistemas climatización
destinados a refrigerar aire para climatizar el ambiente en zonas de trabajo.
Y en la producción de aire comprimido o de vacío se utiliza una correa inadecuada
en el sistema de transmisión del motor que alimenta el compresor de aire, lo que
provoca ineficiencia en el motor e incremento de consumo en el
área de la
lavandería.
Insuficiencias en el trabajo del consejo energético:
Unido a la no existencia de una conformación objetiva del mismo, está la no
sistematicidad de sus reuniones, así como la no participación de todos sus
miembros en las mismas, provocando deficiencias en el sistema de información y
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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divulgación de la situación del consumo de los portadores energéticos en el
centro, lo que trae consigo la no participación de los trabajadores en la toma de
decisiones para fortalecer una adecuada cultura y conciencia de ahorro, algo que
no puede obviarse en este punto es el factor de potencia (Cosφ.) del Servicio
Eléctrico que se comportan por debajo de 0.9, el promedio en el año es de 0.83, lo
que ha provocado que por concepto de penalización por bajo Factor de Potencia
han efectuado un pago total en el año de $ 12.888.00, siendo el promedio en el
servicio de $ 1.074.00, además existe un insuficiente chequeo en el cumplimiento
de las medidas contenidas en el Programa Energético como la suciedad en los
filtros de los aires acondicionados, falta de hermeticidad en locales climatizados y
el control del uso de la energía, por otra parte es significativo que aún persistan
ineficiencias en el empleo de la iluminación artificial (existen 839 lámpara
ineficiente de 40W), no se
seccionalizan de circuitos de alumbrado y se
mantengan luces y equipos innecesarios operando en la hora pico.
Deficiente
mantenimiento
tecnológico
Capacitación
energética
Falta de
instrumentación
Insuficiente
Gestión
Energética
Deterioro de
las estructuras
físicas y
tecnológicas
Deficiente
contabilidad
energética
Insuficiencias
en el trabajo
del Consejo
Energético
Deficiente
Gestión
Administrativa
Figura 2.1 Gráfico causa y efecto de la insuficiente gestión energética
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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En la figura 2.1 (gráfico de espina de pescado o gráfico causa y efecto) se pueden
apreciar los diferentes elementos básicos que provocan la insuficiente gestión
energética.
2.3.4 Comportamiento del consumo de los portadores energéticos
Para analizar el consumo de los portadores en la entidad se obtuvo la información
en la oficina del energético principal de la entidad, Departamentos de
Contabilidad, Estadística y Recursos Humanos, así como datos de trabajos
realizados anteriormente.
La utilización racional de la energía requiere de métodos racionales que enfoquen
la
solución del sobreconsumo, el exceso de pérdidas, la explotación de las
instalaciones, desde el punto de vista técnico-económico y ambiental. Por otra
parte las diferentes soluciones y medidas a implantar
están basadas en un
análisis integral que se corresponda con las características específicas del
consumidor.
Consumo anual de portadores energéticos
Para el análisis de los portadores energéticos de la entidad, en la Tabla 2.2 se
partió de los datos recogidos de la facturas de los consumos de los diferentes
portadores en los departamentos de economía y mantenimiento, dicha
información está actualizada pudiendo comprobar que existe un control continuo
en el consumo de los portadores, en el centro se consumen los siguientes datos.
Con diferentes informaciones y mediciones (Año 2010) se pudo realizar el
siguiente gráfico de Pareto
donde se llevaron los portadores a toneladas de
petróleo equivalente (TEP), se observa que la electricidad es el portador más
significativo con un 64.30 %, el fuel oil un 27.10 %, el diesel 8.00 % y la gasolina
es la menos significativa con un 0,60 %.Esto nos ayuda a centrar nuestro estudio
de eficiencia en la electricidad siendo estos los más explotados.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
39
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
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%
tcc
200,00
102,00
175,00
100,00 100,00
99,83
99,61
150,00
98,00
93,92
100,00
96,00
94,00
93,92
50,00
10,60 5,69
0,00
E. Elect.
0,41 0,22
0,31 0,17
GPL
Diesel
Fuel Oil
92,00
90,00
tcc
Portadores
%
% Acumulado
Figura 2.2. Gráfico de Pareto de los portadores energéticos
Composición de los costos por portadores
El gráfico 2.3 corresponde a los costos por portadores de la instalación.
Observando que la electricidad con un consumo de 130972.8 (MP) en el año
2010 es el más significativo de todos, representando en la misma el 73 % de la
energía total consumida en la entidad, el consumo de la misma está determinado
por los niveles de servicios de cada mes.
% Acumalado
140000,00 130972,80
120,00
120000,00
100,00 100,00
80,00
73,55
60,00
60000,00
40000,00
0,00
40,00
27718,97
13874,37
20000,00
73,55
Electricidad
15,57
Gas licuado
%
MP
100000,00
80000,00
96,91
89,12
7,79
Fuel oíl
Portadores
5495,38
3,09
Diesel
20,00
0,00
Costo (MP)
%
% Acumulado
Figura.2.3 Estructura de los costos de los portadores energéticos
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Es significativo señalar que de los 10,9 MMP que es el presupuesto anual de la
institución, al sector energético se destinan 128,6 MP, que representan el 1,18 %
de los gastos
2.3.5 Generalidades del sistema de suministro eléctrico
El Hospital “Guillermo L Fernández Hernández-Baquero por las características de
su equipamiento y los servicios que presta está considerado un consumidor de
primera categoría, este consta de un número considerable de nodos con cargas
de diferente naturaleza y niveles de tensión. Esto hace que los análisis de flujo de
carga sean muy complejos y requieran del apoyo de la modelación y de las
mediciones de los parámetros del sistema para poder realizar una evaluación y
efectuar mejoras en los índices de calidad y eficiencia de la red.
A la entidad se le suministra la energía eléctrica a través de los circuitos 21 de las
Coloradas o expreso y 2 del Caribe, ambos líneas de media tensión (13.8 kV).
Tiene una subestación con un transformador en aceite que tiene una potencia de
1000 kVA y reduce el voltaje a 480 V. Este cuenta además con dos sistemas de
generación diesel de 600 kVA = 480 kW. Cada uno para caso de emergencia.
Según el esquema monolineal (Anexo 4), de dicha subestación salen dos circuitos
principales: Uno que alimenta aproximadamente el 77 % de la carga nominal del
hospital y el otro que alimenta aproximadamente el 23 % de la carga nominal,
estos circuitos van a las pizarras de distribución (PGD), las cuales poseen
breakers automáticos de donde se manipula el suministro de energía eléctrica a
los transformadores ubicados en las diferentes áreas del hospital, los mismos son
del tipo seco con conexión ∆/Υ aterrada. Dichos transformadores reducen el
voltaje de 440 V a 220 V y 127 V con el neutro según el servicio que interese
brindar, voltaje apto para la utilización de los equipos eléctricos (médicos y no
médicos).
Áreas o Sistemas más representativos en el consumo de portadores energéticos
Los procesos más consumidores de energía eléctrica en la entidad son:
¾
Climatización y refrigeración (81 %)
¾
Sistema de Bombeo de agua (3 %)
¾
Tomógrafo (4 %)
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
41
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Comportamiento del consumo de energía eléctrica anual:
El gráfico 2.4.1 muestra el comportamiento del plan y el consumo de energía
eléctrica durante el año 2010, lo que comparamos con un período de 12 meses
comprendido entre junio 2010- mayo 2011 (figura 2.4.2), por lo significativo del
comportamiento. El mismo se obtuvo luego de analizar las diferentes facturas por
meses para ver cuál ha sido el comportamiento de toda la energía eléctrica que se
consumió.
80,00
MW
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
DI
C
V.
T.
NO
O
C
B.
AR
ZO
AB
R
IL
M
AY
O
JU
NI
O
JU
LI
O
AG
O
.
SE
PT
.
M
FE
EN
ER
O
10,00
0,00
REAL
.Figura 2.4.1 Consumo de Energía Eléctrica Año 2010
80,00
MW
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
DI
EN C
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O
FE
B.
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V.
NO
T.
O
C
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NI
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LI
O
AG
O
.
SE
PT
.
10,00
0,00
REAL
.Figura 2.4.1 Comportamiento del Consumo de Energía Eléctrica junio 2010mayo 2011
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
42
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Estos gráficos corresponden al consumo total que se le ha facturado a la
instalación, percatándonos que los meses de mayor gasto de energía en los
diferentes años son los meses comprendidos desde mayo hasta octubre, a partir
de estos meses comienza a estabilizarse el consumo de energía. Esto se debe a
la situación que presenta el clima de nuestro país en los meses de verano, en los
cuales la temperatura aumenta drásticamente y para mantener las condiciones
óptimas de trabajo de los equipos de electromedicina
se requiere un mayor
trabajo del equipamiento de climatización, sin embargo, de acuerdo con las
lecturas existe una aparente disminución en el consumo de este portador entre los
meses de febrero- abril de 2011, lo que no es real, pues las lecturas estuvieron
afectadas por fallas del metro contador que no fueron detectadas en el momento
oportuno, ni por la contabilidad interna, ni por la OBE.
Índice de consumo de electricidad:
Registros históricos de servicios contra energía eléctrica
En el grafico 2.5.1 se puede conocer el registro histórico de la producción y la
energía consumida anual en el último quinquenio, para poder tener una breve
idea del comportamiento de los portadores de estos últimos años, observándose
un decrecimiento de los servicios prestados a la población en relación con la
energía consumida en kWh.
1000000
900000
800000
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
905098
813103
72021
2006
816023
71823
2007
71817
2008
Consumo (kWH)
830503
73133
2009
827792
73772
2010
838503,8
72513,2
Promedio
Servicios Prestados
Figura 2.5.1 Registro histórico de Servicios contra Energía Eléctrica 20062010
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
43
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Para realizar el análisis de la electricidad primeramente se analizó la base de
datos disponible del año 2010. En la siguiente figura el índice de consumo de
electricidad se recuerda que el mismo está definido como la cantidad de MWh
contra los servicios prestados, es decir MWh/SP. Para mostrar más claramente se
muestra el gráfico del índice de consumo teniendo en cuenta la energía eléctrica
consumida (Fig. 2.5.2)
0,014
0,012
MWh/SP
0,010
0,008
0,006
0,004
0,002
Fe
b.
M
ar
zo
Ab
ril
M
ay
o
Ju
ni
o
Ju
l io
Ag
os
Se
pt
.
O
ct
.
No
v.
Di
c.
En
er
o
0,000
Indice de Consumo (MWh/SP)
Figura 2.5.2 Índices de Consumo año 2010
En el gráfico 2.6 refleja el comportamiento entre el consumo de energía (MWh)
contra los servicios prestados por la entidad durante el año 2010. Podemos
observar que durante los meses de julio a septiembre no hay correspondencia
entre los servicios prestados y el consumo de energía eléctrica, existen dos
factores que justifican la disminución en la prestación de servicios, primeramente
en estos meses los planes de servicios prestados son menores por vacaciones
masivas del personal de la entidad y por las características de la población del
territorio, que por ser mayoritariamente de otras partes del país vacacionan en sus
territorios de origen. El elevado consumo energético pudiera justificarse con las
altas temperaturas del verano y la necesidad de mantener el clima para la
conservación y condiciones óptimas de trabajo del equipamiento electromédico
que requiere un mayor consumo por
climatización, sin embargo, el estudio
demuestra que aún no se toman todas las medidas necesarias para lograr la
correspondencia entre estos elementos, que deben ser los indicadores para medir
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
44
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
el índice de eficiencia de la institución, valorando que el IC promedio es de 0,0110
MWh/SP y en esos meses oscila entre los 0,0119 y 0,0133 MW/h/SP, al igual que
8000
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
7000
6000
S/P
5000
4000
3000
2000
1000
Fe
b.
M
ar
zo
Ab
ril
M
ay
o
Ju
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o
Ju
l io
Ag
os
Se
pt
.
O
ct
.
No
v.
Di
c.
En
er
o
0
MWh
en diciembre que se dispara hasta los 0,0147 MWh/SP (ver fig. 2.5.2)
S. Prest.
E. C.(MWh)
Figura 2.6. Energía Eléctrica contra Servicios prestados
Cuando se analiza en forma de gráfico de dispersión con coeficiente de
correlación R2 ≥ 0,75, el índice de consumo de electricidad, se obtienen gráficos
que demuestran la no correlación entre la cantidad de pacientes atendidos y los
kWh. En el gráfico 2.6 se observa que no existe correlación con un coeficiente R²
= 0.4416, además de que el valor de la pendiente es negativo.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
45
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Figura 2.7. Gráfico de Dispersión
Mediante el gráfico de la figura 2.5 podemos ver que en los primeros meses del
año 2010 el índice de consumo alcanza su mayor valor, debido a que
históricamente se ha estudiado que en este período el plan de servicios se eleva
producto a las actividades del hospital (cirugías partos, ingresos etc.) Los meses
de menor índice son los de verano producto al poco personal en la entidad.
Análisis de la facturación eléctrica
Mediante el Acuerdo No. 3944, del Comité Ejecutivo del Consejo de Ministros,
fueron aprobados, con carácter provisional hasta tanto sea adoptada la nueva
legislación sobre la organización de La Administración Central del Estado, el
objetivo y las funciones y atribuciones específicas de este ministerio, entre las que
se encuentra la de dirigir, ejecutar y controlar la aplicación de la política de precios
del Estado.
Se aplicará a los servicios de consumidores clasificados como de Media Tensión
con instalaciones de cogeneración u otras que generen energía eléctrica, cuya
demanda máxima del SEN sea igual o inferior a su capacidad de generación (en
kW) en explotación activa o mantenimientos planificados, cuya extensión sea
inferior a un mes completo de la facturación de electricidad. En caso que la
industria cese su explotación activa por tiempo continuo, superior a un mes
completo de facturación, se aplicará en toda su envergadura la tarifa
correspondiente a este nivel de voltaje.
La tarifa eléctrica aplicada al Hospital Guillermo Luis Fernández
Hernández-
Baquero es la siguiente:
Tarifa de media tensión (M-1.A) ,20h o más de servicios, $5,00 mensuales x cada
kW contratado en horario pico (17:00-21:00).
¾ $ 0.083 por cada kWh consumido en el horario pico.
¾ $ 0.042 por cada kWh consumido en el horario del día.
¾ $ 0.028 por cada kWh consumido en horario de madrugada.
Las industrias contratarán la máxima demanda para el control de la penalización,
sobre la base de la capacidad real necesaria (capacidad real de todas las
instalaciones eléctricas deducidas las capacidades de su instalación de
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
46
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
generación disponible), más la capacidad de su mayor instalación de generación
propia, pero nunca mayor del 90 % de la capacidad instalada de transformación.
Si la demanda máxima registrada en el horario de día y pico es mayor que la
contratada, se facturará el exceso al triple del valor de la demanda de la tarifa
de media tensión M-1.A., o sea $ 15,00 por kW en exceso.
Se aplica la cláusula del factor de potencia.
Se aplica la cláusula de ajuste por variación del precio del combustible.
Se penalizará con un factor de potencia menor de 0.90.
Entre 0.90 y 0.92, no habrá penalización ni bonificación, quedando la factura sin
variación.
Se bonificará con un factor de potencia de 0.92 hasta 0.96.
Cuando el factor de potencia sea mayor de 0.96, la bonificación se calculará
utilizando el valor de 0.96.
En el gráfico 2.7 se muestra el análisis de la tarifa eléctrica en los años del 2008
hasta abril del 2011, donde se puede percatar que el 2011 lleva un 20% del total
de los gastos de facturación.
Figura 2.8. Análisis de la tarifa eléctrica por año
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
47
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Figura 2.9. Estructura de gasto de la facturación eléctrica
En el gráfico 2.8 se aprecia que el consumo durante el día es el que más aporta a
la facturación eléctrica con un 84 %, seguido por las penalizaciones con un 13 %,
debido al bajo factor de potencia existente en la instalación.
Levantamiento de cargas instaladas
Para tener una idea general de las cargas instaladas en la entidad se realizó un
levantamiento cuyo resultado aparece en la tabla correspondiente (Anexo 1).
Como resultado del análisis realizado se tiene que, la potencia instalada es
1307.76kW. Con toda la información recuperada, es posible conocer la estructura
de esta carga instalada, con la cual se tiene una idea del peso que representa
cada familia de equipos en la composición global de los consumidores
mostrándose estos resultados en el gráfico 2.10.
Los equipos de climatización y la refrigeración son los que definen el consumo de
energía eléctrica en el hospital.
Como se observa en este gráfico, el mayor peso de consumo en la carga
instalada en la entidad recae sobre la climatización, la cual representa un 81 %,
seguida por los equipos de lavandería los cuales suman un 4 %, continúan la
iluminación general con un 3 %, al igual que los equipos de electromedicina con
un 2 % y por último los equipos de cocina y esterilización que son los menores
consumidores del hospital.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
48
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Estratificando el consumo de potencia activa a partir de cálculos estimados del
tiempo de trabajo de todas las cargas del hospital se pudo realizar un gráfico de
Pareto. Se tomó como base la misma estructura de la potencia instalada pero en
este caso el gráfico de barra y el de por ciento acumulativo indican que entre la
climatización, tomógrafo y la iluminación general se consume aproximadamente
el 90 % de la energía eléctrica (Ver gráfico 2.10.).
Figura 2.10. Estructura de las cargas instaladas
Figura 2.11. Gráfico de Pareto del pronóstico de la demanda tomando como
referencia la estructura de la carga instalada
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
49
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Figura 2.12. Comportamiento de las potencias Activa, Reactiva y Aparente
El gráfico 2.11 representa el comportamiento de las potencias trifásicas P, Q, y S
de la entidad. Con este gráfico se llegó a la conclusión de que el mismo está
subcargado, donde el mayor valor de la potencia aparente en ese año es de 250
kVA lo que equivale a un coeficiente de carga del transformador de un 25 %
aproximadamente, por debajo de la capacidad nominal del transformador que es
de 1000 kVA. Además se puede observar en la figura que la diferencia entre el
consumo de potencia activa y aparente es muy pequeña a consecuencia del bajo
consumo de reactivos de manera general, lo cual se manifiesta en un factor de
potencia que oscila entre 0.83 y 0.87.
Análisis del comportamiento del factor de potencia en el Hospital en el
transcurso del año 2010
El factor de potencia energéticamente hablando es la relación entre la potencia
activa y la potencia aparente del circuito, es una medida del grado de
aprovechamiento de la energía eléctrica; como se muestra en el gráfico 2.12 el
factor de potencia en el del hospital se encuentra fuera de los parámetros
establecidos para un óptimo funcionamiento, por lo que se concluye que existe
una descompensación del factor de potencia que requiere una atención inmediata.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
50
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Para el análisis del comportamiento del factor de potencia en el sistema se puede
ver en la figura donde existe un bajo factor de potencia incluso con valores muy
pequeños como 0.50, esto es debido a la falta de instalación de banco de
condensadores que regulen el cosφ del centro. En las lecturas dio un promedio
de 0.83
lo que demuestra la falta de instrumentos y de tecnología para la
regulación del mismo.
Figura 2.13. Historial del Factor de Potencia (Ver Anexo 1)
Figura 2.14. Importe por penalización del Fp. (Anexo 1)
Como se ha podido observar en el gráfico 2.13 los años que más han afectado la
economía del hospital producto de las penalizaciones del bajo factor de potencia
ha sido el año 2010, la cifra estaba valorada en más de 8000 CUP, con respecto
al 2011 el estudio se realizó hasta abril y lleva más de $2000 CUP, por eso es
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
51
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
preciso la reducción en el costo de la electricidad para mantener un el nivel de
consumo de potencia reactiva por debajo del valor penalizable, según el sistema
tarifario en vigor. Ya que un factor de potencia alto permite la optimización de los
diferentes componentes de una instalación. Se evita el sobredimensionamiento de
algunos equipos, sin embargo, para lograr los mejores resultados a nivel técnico,
la corrección debe llevarse a cabo lo más cerca posible de los receptores.
2.3.6 Resultados de la aplicación de las herramientas de la Gestión
Energética
Cálculos de beneficios económicos en la institución
Cálculos de beneficios potenciales para mejorar el factor de potencia
Si se conecta al hospital un banco de condensadores, se podrá ahorrar
anualmente una suma de dinero considerable, pudiendo realizar de esta forma
otras inversiones en beneficio de la entidad.
Tabla 2.3 Beneficios potenciales
Factor de Potencia
Mejora del Factor de Potencia en HGLFHB
Beneficios potenciales
kWh/año
$ /año
-
1274.4
Método de cálculo estimado empleado
Los beneficios económicos se pueden obtener empleando los siguientes datos y
ecuaciones:
Tabla 2.4 Datos para el cálculo estimado
(FPD) Factor de potencia deseado (0.94)
200.4
(FPB) Factor de potencia base (0.92)
9419.33
(Ippa)Importe por penalización anual
1074
(Itpa) Importe total promedio anual
10493.33
Ecuación para determinar el Importe por FP = 0.9 anual (IFP=0.90)
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
52
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
IFP(0.90 ) = Itpa − Ippa
Ecuación 2.1 Importe por Factor de Potencia
Ecuación para determinar el Importe por Bonificación por elevar el FP a 0.94
(IFP=0.94):
IFP
( 0 . 94 ) =
⎡ ⎛ 0 . 92
⎢ ⎜ 0 . 94
⎣⎝
⎤
⎞
⎟ − 1 ⎥ xIFP
⎠
⎦
( 0 . 90 )
Ecuación 2.2 Importe por Bonificación
Ecuación para determinar el Importe Ahorrado Anualmente (IAA)
IAA = IFP (0.90 ) + IFP(0.94 )
Ecuación 2.3 Importe horrado anualmente
Beneficios potenciales para mejorar la demanda contratada
Tabla 2.5 Demanda contratada
Demanda Contratada
Beneficios potenciales
kWh/año
Demanda contratada mayor a la real registrada
$ /año
3975.00
Tabla 2.6 Datos para el cálculo estimado
Los beneficios económicos se pueden determinar empleando los siguientes datos
y ecuaciones:
(DMC) demanda máxima contratada:
220
(DMRP) demanda máxima real promedio:
123
(DMR) demanda máxima registrada:
133
(PKDC) precio por cada kW de demanda contratada:
5
Ecuación para el cálculo de la demanda máxima contratada propuesta:
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
53
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
MDP =
DMRP.100%
80%
Ecuación 2.4 Demanda máxima contratada
Ecuación para el cálculo del beneficio potencial ($/año):
BP = (DMC − MDP ).PKDCx12
Ecuación 2.5 Beneficio Potencia
En el
análisis de iluminación se hizo un levantamiento de la cantidad de
lámparas, cuyo resultado se recogen, donde se pudo comprobar que existen aún
un número considerables de lámparas que podrían ser sustituidas, de 40 W por
32 W. Esto le traería a la entidad grandes beneficios debido a que si se hacen
estos cambios se podrá ahorrar anualmente una suma de dinero considerable.
Método de cálculo empleado
La Energía Eléctrica Ahorrada se puede determinar empleando los siguientes
datos y ecuaciones:
Tabla 2.7 Beneficios por cambios de lámparas ineficientes
Fuente de Luz propia
Cambio de 839 lámparas fluorescentes ineficientes
(40W) x lámparas fluorescentes eficientes (32 W).
Beneficios potenciales
kWh/año
$ /año
73730
11059.5
Tabla 2.8 Datos para el cálculo estimado
(PLNE) Potencia instalada de las lámparas no eficientes existentes (kW) 33.6
(PLE) Potencia instalada de las lámparas eficientes (kW)
13.4
(Tal) Tiempo de trabajo anual del alumbrado
3650
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
54
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Ecuación
para el cálculo de (CLNE), consumo de lámparas no eficientes
existentes (kWh)
CNLE = PLNE .Tal
Ecuación 2.6 Consumo de lámparas no eficientes
Ecuación para el cálculo de (CLE), consumo de las lámparas eficientes (kWh)
CLE = PLE.Tal
Ecuación 2.7 Consumo de lámparas eficientes
Ecuación para el cálculo de la Energía Eléctrica Ahorrada (Ea):
Ea = CLNE − CLE
Ecuación 2.8 Energía Eléctrica Ahorrada
Nota: En la realización del cálculo se tuvo en consideración como promedio el
factor de uso de las luminarias en los diferentes locales alrededor de 10h.
Falta de insulación en las redes de vapor:
Tabla 2.9 Insulación en las redes de vapor
Insulaciones en las redes de Vapor
Insulación de 28m de tuberías de 2” y de 8 válvulas de las redes
distribución de vapor
Beneficios potenciales
kWh/año
$ /año
1 715.5
248.75
Método de cálculo empleado
Se tuvo en cuenta para el cálculo la diferencia de temperatura de trabajo del vapor
con el medio ambiente (125 grados C) y la presión del vapor (8.5 atm), el diámetro
(2”) y longitud del cada tramo de tubería sin insular (28m) y por tablas se
determinó las pérdidas de energía en k Cal/metros lineales * hora; se empleó la
siguiente fórmula para el cálculo de las pérdidas en ton * hora fuel oíl.
Se asumió que cada válvula sin insulación representa 1 m de tubería sin insular (8
válvulas = 8 m).
Pérdidas (ton * hora) = (# metros x k Cal/metros lineales * hora) / (9 600 k Cal/Kg.
x 1 000 Kg. / ton)
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
55
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Tabla 2.10 Datos de beneficio de las tuberías de vapor
Diámetro
Longitud
Pérdidas
Ton / hora
(Inch)
(m)
(kcal/metros lineales*hora)
2
28
399
0.0012
Se llevó este total x hora a 4 horas diarias de trabajo de la caldera = 0.028 ton *
día, se convirtió la ton de Fuel oíl a TCC utilizando el factor de conversión 0.9903
=0.028,
este resultado
se
divide
por
el factor
de conversión de TCC a
Electricidad (0.340) = 0.082 MWh * día x 1000 = 82 kWh*día x 365 días al año =
29930 kWh/año.
Falta de hermeticidad en locales climatizados
Tabla 2.11 Beneficios potenciales en los locales climatizados
Locales Climatizados
Lograr la hermeticidad en paredes, evitar filtraciones donde están instalados
los aires (Terapia intermedia, Cardiología, Cuerpo de guardia, etc.).
Beneficios potenciales
kWh/año
$ /año
3532.032
529.8048,00
Método de cálculo
Potencia instalada 18 aires acondicionados (kW): (18 aires acondicionados x 560
W)/1000 = 10.08kW
Se le aplica el 4 % de pérdidas x Falta de Hermeticidad = 0.4032 kW
Tiempo de trabajo: 8 h/día
Potencia ahorrada anual (kWh/año) = (Potencia Instaladas x pérdidas)/100 x
Tiempo de trabajo x 365 días= 0.4032 kW x 24 h x 365 días = 3532.032 kWh/año
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
56
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Principales oportunidades de beneficios potenciales detectadas
Tabla 2.12 Beneficios potenciales
Benef. Potenciales
Descripción
1
2
3
4
5
Cambio de 839 lámparas fluorescentes ineficientes
(40W) x lámparas fluorescentes eficientes (32 W)
Logrando la hermeticidad en Locales Climatizados
Insulación de 28m de tuberías de 2” y de
8 válvulas de las redes de distribución de vapor
Demanda contratada mayor a la real registrada
Mejora del Factor de Potencia en Hospital Guillermo
Luis
kWh/año
$ /año
73730
11059.5
3 532.032
529.80
1 715.5
248.7
215 865
3975.0
168298
1274.4
-
-
-
-
463 140.5
17087.4
Aplicación de métodos de estimulación para el uso
6
racional de portadores energéticos que se vinculen
directamente con el desempeño de cada trabajador
en el centro.
Aplicación de medidas disciplinarias, administrativas
7
o de otra índole ante violaciones de lo establecido
en el Programa Energético.
Total
Implementación del Sistema de Gestión Energética
¾ Mantener el máximo de eficiencia en el almacenamiento, distribución,
consumo y utilización de la energía y sus residuales, con el propósito de
seguir la disminución sistemática de los índices de consumo e influir de
forma decisiva en la mejoría de los servicios prestados por el Hospital.
¾ Mantener una adecuada organización y control de la contabilidad de los
portadores energéticos.
¾ Desarrollar una ética de la conservación de la energía, favoreciendo la
protección del Medio Ambiente.
¾ Tomando como guía el Capítulo 8 del Manual para la organización de la
dirección técnica en la producción, referido a la Gestión Energética, como un
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
57
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
instrumento didáctico y
práctico, mantener un trabajo dinámico, que nos
permita una labor más eficiente en todo lo concerniente a los portadores
energéticos.
¾ Perfeccionar la metodología y ejecución de las Inspecciones y Auditorías
Energéticas, de forma que quede en cada una de ellas bien definido dónde
están las dificultades, cuantificando las pérdidas y dictando las medidas
concretas y necesarias para su erradicación.
¾ Determinar dónde están las potencialidades de ahorro de portadores
energéticos y confeccionar los programas para su explotación.
¾ Confeccionar el Programa de Ahorro de Electricidad en Cuba (PAEC), Plan y
Programa de Economía Energética con mejor calidad, compatibilizado con el
Plan
de
Negocios y
el
aseguramiento de los presupuestos para
la
ejecución de las inversiones, de ser estas necesarias.
¾ Preparar un personal capacitado para integrar el Grupo de Economía
Energética, que sea capaz de enfrentar cualquier reto técnico que se le
presente.
¾ Mejorar la vinculación que existe entre el comportamiento de los indicadores
energéticos y los resultados económicos.
¾ Establecer dentro del sistema de estimulación la bonificación por ahorros de
portadores energéticos, en especial al personal que influye directamente en
esos ahorros.
¾ Integrar la preparación, la divulgación y la información energética, a fin de
aumentar la educación hacia el control y el uso racional de la energía.
¾ El Sistema de Gestión Energética elaborado para implantarlo en el Hospital
debe estar confeccionado a partir de la integración de diez elementos
fundamentales:
Estructura y organización del Grupo de Economía Energética:
¾ Auditoría Energética
¾ Programa de Economía Energética
¾ Reglamentación Técnica de Equipos y Sistemas, para asegurar el Uso
Racional de la Energía
¾ Planificación Energética
¾ Inspección Energética
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
58
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
¾ Investigación e Innovación Tecnológica
¾ Preparación del Personal y Divulgación Energética
¾ Evaluación de resultados
2.4 Plan de medidas cuantificado para dar solución al banco de problemas
energéticos
Para la mejor utilización de los equipos y así lograr un incremento de la eficiencia
energética, se trazaron un grupo de medidas:
Energía Eléctrica
¾ Garantizar la lectura diaria del metro contador del hospital en general.
¾ Realizar mensualmente auditorías energéticas en toda el área del hospital.
¾ Se hará uso racional de los elevadores, solo se moverá en ellos el personal
que realmente lo necesite. (de 3 solo se quedará 1 trabajando después de las
5pm.Se ahorra 22kWh).
¾ Se desplazará el funcionamiento del horario pico (5pm-9pm.22kW) el uso
racional de todos los motores eléctricos, motobombas para agua, etc.
¾ Mantener limpios los bombillos ahorradores y luminarias fluorescentes, así
como los acrílicos que protegen las lámparas para no disminuir el nivel de
iluminación del hospital.
¾ Desconectar los trasformadores de lámparas que no se usen, ya que están
deterioradas y tratar de recuperarlos en mantenimiento (ahorro 1.1kWh).
¾ Garantizar el mantenimiento de todos los motores, incluyendo el alineamiento
y engrase de los puntos móviles de apoyo, para así brindar una operación
segura y con buena eficiencia energética (ahorra 140kWh diario).
¾ Evitar que el tanque de agua elevado y los dos de reserva de nefrología se
desborden y así se logrará ahorrar agua y electricidad (ahorra 11kWh).
¾ Instalar banco de condensadores para así mejorar el factor de potencia y
evitar las penalizaciones de la OBE (ahorra $300.00 mensual promedio).
¾ Seccionalizar los circuitos eléctricos de iluminación (ahorra hasta un 30%).
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
59
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Refrigeración
¾ Asegurarse
que
las
puertas
cierren
herméticamente,
revisando
periódicamente las juntas para que sellen correctamente (ahorra 400kWh
diario).
¾ No introducir productos calientes en las cámaras de refrigeración (ahorra
2220kWh diario).
¾ No sobrecargar de productos los refrigeradores ni las cámaras, solamente
mantenerlas a su capacidad normal. (ahorra 400kWh).
Climatización
¾ No utilizar los acondicionadores de aire no tecnológicos en los horarios picos,
instalar brazos hidráulicos y bisagras de vaivén en las puertas de los locales
climatizados, no abrir estas puertas frecuentemente ya que así se pierde
energía (en 5 horas 16.8 kWh).
¾ Limpiar cada 15 días los filtros de los acondicionadores de aire y los Split para
evitar sobre consumo. Fijar el termostato de los equipos a 24 grados
centígrados (4.5 kWh).
¾ Revisar los salideros de aire por ventanas y puertas (ahorra hasta un 20%, 18
kWh).
¾ Plantas Eléctricas Auxiliares (Grupo Electrógenos) Volvo - Penta 600kVA.
¾ Maximizar la utilización de las plantas en horarios picos, se alimentará un 73
% de todo el hospital y no de la red nacional. Se ejecutará esta acción en
cuanto la OBE lo solicite. Hasta 250 kWh cuando se necesite.
¾ Controlar el consumo de diesel y el tiempo de trabajo de las Plantas
Eléctricas.
¾ Evitar que las mismas trabajen por debajo de su carga nominal ya que son en
estos casos ineficientes.
2.5 Sistema de Gestión Total Eficiente de Energía en la entidad
La utilización racional de la energía requiere de métodos racionales que enfoquen
la
solución del sobre-consumo, el exceso de pérdidas, la explotación de las
instalaciones, desde el punto de vista técnico-económico y ambiental. Por otra
parte las diferentes soluciones y medidas a implantar están basadas en un
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
60
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
análisis integral que se corresponda con las características específicas del
consumidor.
Para lograr la eficiencia energética de forma sistemática es necesaria la aplicación
apropiada de un conjunto de conocimientos y métodos que garanticen esta
práctica. Ellos deben ser aplicados a los medios de trabajo, los recursos humanos,
los procesos, la organización del trabajo, los métodos de dirección, control y
planificación. A tal efecto, se ha desarrollado una tecnología para la Gestión
Energética en las entidades, que sintetiza la experiencia, procedimientos y
herramientas obtenidas en la labor por elevar la eficiencia y reducir los costos
energéticos en la industria y los servicios.
Acciones para implementar Sistema de Gestión Total Eficiente de la Energía
¾ Capacitación al Consejo de Dirección y especialistas en el uso de la energía.
¾ Establecimiento de un nuevo sistema de monitoreo, evaluación, control y
mejora continua del manejo de la energía.
¾ Identificación de las oportunidades de conservación y uso eficiente de la
energía en el hospital.
¾ Proposición,
en
orden
de
factibilidad,
de
los
proyectos
para
el
aprovechamiento de las oportunidades identificadas.
¾ Organización y capacitación del personal que decide en la eficiencia
energética.
¾ Establecimiento de un programa efectivo de concienzación y motivación de los
recursos humanos del hospital hacia la eficiencia energética.
¾ Preparación de la entidad para auto diagnosticarse en eficiencia energética.
2.5.1 Propuestas de inversión para la institución
El Hospital ha sido penalizado por bajo Factor de Potencia en estos últimos años,
por lo que proponemos mejorarlo mediante la instalación de un banco de
condensadores que logre disminuir el consumo de reactivo con la consecuente
mejora del factor de potencia, lo que permite la disminución de las pérdidas en
todo el sistema y podemos liberar capacidades en los equipos, reduciendo las
caídas de tensión, así como lograr que la instalación en su conjunto tenga un
factor de potencia superior. Esto reduce el costo de electricidad, cuando la tarifa
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
61
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
incluye recargos por bajo factor de potencia y bonificaciones por valores elevados,
lo cual suele ser la mayor ventaja económica de esta propuesta.
La potencia reactiva no puede ser anulada debido a que muchos equipos la
utilizan para su funcionamiento, sin embargo su circulación por transformadores y
líneas de las instalaciones produce pérdidas de energía, lo que hace necesario
llevar de la mano estos elementos inversamente proporcionales para solucionar
satisfactoriamente el problema. Tenemos que el factor de potencia actual en la
instalación es de 0.83 por lo que es necesario instalar
un banco de
condensadores, para que este sea elevado a 0.94 y de esta forma la instalación
sería bonificada.
Cálculo del banco de condensadores para el mejoramiento del Factor de
Potencia
Datos:
Pn= Potencia Aparente nominal
cos ϕ (real ) = 0,83
cos ϕ (deseado ) = 0,94
Pa= Potencia Activa demandada
Qc= Cantidad de reactivo necesario para compensar
Q= Potencia reactiva
Sn=1000kVA
Cálculos:
Ecuación 2.9 Potencia activa
Pa = Sn ⋅ cos ϕ (0,83)
Pa = 830kW
Mejora del Factor de Potencia:
Ecuación 2.10
Qc = Pa.(0,309 )
Qc = 257ckVAr
Se necesitan 0.309 kVAr por cada kW de la carga para mejorar el factor de
potencia (Ver Anexo 1).
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
62
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Para una carga de 830 kW se necesitan 256.47kVAr de compensación de
reactivo.
Compensación en los terminales del transformador:
Ecuación 2.11. Potencia reactiva
Q = Sn 2 − Pa 2
Q = 557,76kVAr
Ecuación 2.12. Potencia reactiva del sistema
Qsist = Q − Qc
Qsist = 301,29kVAr
Ecuación 2.13. Potencia aparente
S1 = Pa 2 + Qsist 2
S1 = 882,9kVA
Comprobación del cos ϕ
cos ϕ =
Pa
S1
cos ϕ = 0,94
Compensación para incrementar la potencia activa disponible
Para una carga de 100kW y un factor de potencia de 0.83 inductivo, la potencia
aparente de la carga adicional es de:
Ecuación 2.14. Potencia aparente para una carga adicional
S2 =
P(c arg aadicional )
fp (inductivo )
S 2 = 125kVA
La potencia reactiva para la carga adicional sería
Ecuación 2.15 Potencia reactiva para una carga adicional
Q2 = S 2 2 − P2 2
Q 2 = 75kVAr
La potencia total a alimentar será:
Ecuación 2.16 Potencia total
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
63
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Pt = P1 + P 2
Pt = 930kW
La máxima capacidad reactiva de un trasformador de 1000 kVA cuando entrega
930 kW sería:
Q2 = S 2 2 − P2 2
Q 2 = 367 kVAr
La potencia total demandada por la instalación después de conectada la carga
adicional sería:
Ecuación 2.17 Potencia reactiva total
Qt = Q1 + Q 2
Qt = 632,7kVA
El banco mínimo de capacitores a instalar es:
Qc = 265,76kVAr
Cálculos de las pérdidas por transformación antes de la compensación
Datos:
Pfe = Pérdidasenelhierro2,594kW
T 1 = T 3 = Tiempo det rabajodeltransformadorenhoras ⋅ 720h
Pcu = Pérdidasenelcobre ⋅ 11,115kW
Ecuación 2.18. Pérdidas por transformación antes de la compensación:
2
⎛ kVAr ⎞
Pt (ac ) = Pfe ⋅ T 1 + ⎜
⎟ ⋅ Pcu ⋅ T 3
⎝ kVAn ⎠
Pt (ac ) = 110282,90 / año
Pérdidas después de la compensación:
Ecuación 2.19 Pérdidas por transformación después de la compensación:
2
⎛ S1 ⎞
Pt (dc ) = Pfe ⋅ T 1 + ⎜
⎟ Pcu ⋅ T 3
⎝ kVAn ⎠
Pt (dc ) = 96350,03kW / año
Ahorro en pérdidas después de la compensación:
Ecuación 2.20 Ahorro en pérdidas después de la compensación:
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
64
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
∆Pt = Pt (ac ) − Pt (dc )
∆Pt = 168298,44kW / año
Capacidad Liberada:
Ecuación 2.21. Capacidad liberada:
kVA1 =
Pa
cos ϕ1
kVA1 = 954
Ecuación 2.22. Pérdidas:
kVA2 = kVA1 ⋅ (cos ϕ1 − cos ϕ 2 )
kVA2 = 882,95
kVA2 = kVA1 − kVA2
kVA2 = 71,05
2.5.2 Valoración Económica
A continuación se presenta un estudio del impacto que produce la compensación
de la potencia reactiva en los sistemas eléctricos, para ello se han cuantificado las
pérdidas actuales que se tienen en el sistema, el costo que representa la
implementación de las inversiones necesarias y el tiempo de recuperación.
Los indicadores dinámicos para la evaluación de las inversiones, parten del
desarrollo de un modelo, en el que se consideran las entradas (ingresos) y las
salidas (gastos) de efectivo a causa de realizar el proyecto, calculando el flujo
resultante en varios años.
Costo de los Bancos de condensadores
El costo estimado de los bancos de condensadores se valora según la oferta de la
firma suministradora, en el caso que se ocupa la firma suministradora es la
Corporación COPEXTEL, S.A., esta firma ya incluye el costo de los bancos de
condensadores.
Bancos de capacitores automáticos 230 y 440 V, 3Ø, 60 Hz, compuestos de
condensadores VARPLUS2 con membrana de supresión, resistencia de descarga
y fusible de protección incluidos. Construidos con materiales compatibles con el
ambiente, Regulador Automático / Manual NR-6 con microprocesador y
protecciones (desconexión y reconexión automática) por regulación inestable, baja
tensión, sobretensión, sobretemperatura, sobrecargas armónicas, Disyuntor
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
65
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
General interbloqueado con la puerta. MARCA MERLIN GERIN. Contactores
TELEMECANIQUE tipo LC1.
Tabla 2.13 Costos de transformadores
No.
Descripción
Costo Total
(CUC)
1.
Banco de Condensadores de 260 kVAr 3120
Ahorro en pérdidas eléctricas
Cuando se realiza la compensación en cualquier entidad, se reduce en gran
medida las pérdidas, permitiendo un ahorro monetario.
Tabla 2.14. Ahorro en pérdidas eléctricas
Pérdidas AC
Pérdidas DC
Ahorro pérdidas
110282.90 kW/año
96358.03 kW/año
168298 kW/año
Tiempo de recuperación de la inversión
Ta = Inversióntotal / penalizaciones + ahorroenpérdidas
Ta = 0,013
La inversión se recupera en menos de un mes aproximadamente.
Resultados de la inclusión en el sistema eléctrico del Banco de
Condensadores:
¾ Ahorro por pérdidas de energía eléctrica 168298 kW/año.
¾ Ahorro por concepto de penalización en el orden de $ 58983.24 MN al año.
¾ Pago por concepto de bonificación que equivale $ 14880.27 MN al año.
Otro aspecto a tener en cuenta es la disminución de la demanda contratada desde
valores de (300 kW hasta 220 kW), representa una disminución en cuanto al pago
por demanda contratada de $ 3975.
Facturación:
Importe Cargo Variable (ICV) = [(Prp * Cp) + (Prd * Cd)] * K
Cargo Variable = [(0.083*108874) + (0.04*449273)] * 1.486 = 40133.089
Importe Cargo Fijo (ICF) = Prcf * Dc
Cargo Fijo = 5.00 * 250 = 1250
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
66
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Importe de pérdidas
IPerd =168298
Importe Facturación Normal (IFN) = ICF + ICV + IPERD
(IFN) =58281.089
Importe Factor de Potencia (IFP) = IFN * [(fp normal / fp real) – 1]
Penalizaciones:
Caso 1 Penalización: IFP = 58281.089*[(0.90/0.83) – 1]
IFP = 4915.27*12=58983.24
Bonificación:
IFP = 58281.089* [(0.92/0.94)-1]
IFP = -1240.023*12 = -14880.27 al año
2.6 Conclusiones del capítulo:
En el capítulo fueron objeto de análisis los consumos históricos de portadores
energéticos, mediante los cuales se pudo constatar que los mayores consumos
de la empresa recaen en la Electricidad con un 94.02 %. Dentro del análisis se
observó que existe un factor de potencia de 0.83 y se establecieron los Índices de
consumo del Hospital. Mediante la supervisión energética realizada se conocieron
los problemas existentes con respecto al nivel de conocimiento de los
trabajadores sobre gestión y eficiencia energética, el estado del equipamiento y
las instalaciones, los cuales afectan la operatividad y fiabilidad del sistema.
Las principales dificultades detectadas están referidas fundamentalmente a:
¾ Insuficiente análisis de los índices de eficiencia energética
¾ Desconocimiento de la incidencia de cada portador energético en el consumo
total
¾ La instrumentación es insuficiente para el control de la eficiencia energética
¾ No existen mecanismos efectivos para lograr la motivación por el ahorro de
energía.
¾ Sistema de información y planificación energética poco efectivos
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
67
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
¾ Desconocimiento por los trabajadores de la tarifa aplicada a la empresa
¾ Los equipos más consumidores no cuentan con metas de consumo
¾ No existe un sistema de divulgación interno de las experiencias en materia de
ahorro de energía.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
68
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
CAPÍTULO III: Sistema de Gestión Ambiental y particularidades del
tratamiento de residuales
3.1 Introducción
En el presente capítulo se abordan los temas fundamentales relacionados con el
diagnóstico de las prioridades ambientales y las particularidades del sistema de
tratamiento de residuales en este centro asistencial. Se parte de un análisis del
Sistema de Gestión Ambiental y posteriormente se destacan las fortalezas y
debilidades en este sentido. Se realiza un análisis de las principales deficiencias
en el SGA y se determinan los aspectos ambientales a resolver, así como el
comportamiento al tratamiento de residuales y los resultados de la aplicación de
las herramientas de la Gestión Ambiental, basadas en las normas cubanas e
internacionales establecidas a tal efecto.
3.2 Generalidades del Sistema de Gestión Ambiental:
Existen muchas formas de definir un SGA, pero evidentemente todas ellas se
refieren al mismo concepto. Por ello, podemos tomar a modo de primera
definición, la recogida en la ISO 14001:
Un Sistema de Gestión Ambiental, “ es la parte del sistema general de
gestión que incluye la estructura organizativa, la planificación de las actividades,
las prácticas, las responsabilidades, los procedimientos, los procesos y los
recursos para desarrollar, implantar, llevar a efecto, revisar, y mantener al día la
política medioambiental.”
No obstante, existen otras formas de definir un SGA, que son más fácil de
interpretar para todos como la siguiente:
Un Sistema de Gestión Ambiental, “ es un conjunto de procedimientos,
técnicas y elementos organizativos y de control, sencillos, que adaptados a las
particularidades de una empresa, tienden a conseguir tres objetivos claves:
1. El cumplimiento de la legislación ambiental
2. La mejora del comportamiento ambiental
3. La comunicación externa de estos hechos
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
69
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Objetivos de la implantación de un SGA
Este tipo de sistema tiene como principales objetivos los siguientes:
1. Conocer el nivel del cumplimiento de la normativa medioambiental de la
organización donde se implanta.
2. Evaluar y reducir los posibles impactos ambientales actuales y futuros de
actividades y servicios.
3. Mejorar la relación con las administraciones competentes y la imagen externa
de actividades y productos.
4. Aumentar la competitividad mediante la racionalización de aquellos procesos
que generen residuos y emisiones.
5. Anticipar los requerimientos de sus propios clientes.
6. Mejora de la imagen para evitar posibles conflictos de la organización con la
comunidad donde se integra la organización.
Metodología a seguir en la creación de un SGA:
Si se quiere ahorrar tiempo y recursos al implantar un Sistema de Gestión
Ambiental, es importante seguir un plan de acción sencillo y efectivo. Los pasos
a seguir podrían ser los siguientes:
1. Obtención del compromiso de la dirección, que ha de apoyar el SGA y
comunicar este compromiso a toda la organización.
2. Escoger un equipo responsable para la creación e implantación del SGA
con suficiente formación medioambiental y conocimiento de la estructura y
funcionamiento de la organización.
3. Preparar un esquema con las tareas a realizar y un presupuesto que incluya
los gastos de personal, de formación, de consultores externos, y de
los materiales y equipos necesarios.
4. Formación de un equipo de coordinación de la implantación, con presencia
de representantes de todas las áreas de la organización.
5. Involucrar a los trabajadores que son los mejores conocedores de la
actividad que se desarrolla en la empresa.
6. Evaluación
inicial
para
conocer
el
estado
actual
de
la
empresa,
observar las prácticas ambientales que se llevan a cabo y determinar las
posibles áreas donde es posible mejorar.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
70
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
7. Modificación de la planificación en función de los resultados de la etapa
anterior, y establecer los recursos necesarios para ello.
8. Preparación de los procedimientos de actuación necesarios y de la
documentación necesaria.
9. Verificar un plan de acción flexible que permita adaptarse a los
cambios que se puedan presentar en el futuro.
10.
Formación de los empleados, principalmente se debe informar a
éstos de los impactos de las actividades que llevan a cabo y de los nuevos
procedimientos para minimizar los mismos.
11.
Asegurar las mejoras continuas mediante auditorias y controles
periódicos.
Política Ambiental
Revisión por la Dirección
Planificación
Comprobación y acción correcta
- Aspectos ambientales
- Requisitos legales
- Objetivos y metas
- Programas
- Seguimiento y medición
- No conformidades y acciones
correctoras y preventivas
- Registros identificables
- Auditorias del SGA
Implantación y
funcionamiento
- Estructuras y responsabilidades
- Formación, sensibilización y
competencia
- Comunicación
- Documentación y control
- Planes de emergencia
Fig. 3.1 Elementos que integran un Sistema de Gestión Ambiental
Según directrices propias
Reconocimiento interno
Según normativa
Reconocimiento externo
NC-ISO-14001
Requerimientos
Adicionales
Automáticamente
R/135-2006 del
CITMA
Figura 3.2. Opciones de implantación de un SGA
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
71
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
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MOTIVACIONES Y VENTAJAS DE LA IMPLANTACIÓN DE LOS SGA
La implementación de un Sistema de Gestión Medioambiental es una práctica
voluntaria de una empresa. A pesar de ello, comienza a considerarse necesaria por
muchas razones:
-Creciente rechazo hacia las empresas que degradan el medio
ambiente.
-Aumento
del
interés
de
los
ciudadanos
por
aquellas
organizaciones y productos con algún tipo de distintivo ambiental.
-Gran incremento de la normativa ambiental que dificulta que se
garantice su cumplimiento.
-Demanda de las empresas a sus proveedores de una garantía de
un buen nivel de gestión ambiental.
-Posibilidad de aprovechar mejor los recursos y reducir el
volumen de residuos y emisiones generados.
Presión Social
Presión
Legislativa
Implantación
del SGA
Ventajas
Competitivas
Presión de
Mercado
Mayor
Rendimiento
Figura 3.3. Motivaciones para la implantación de un SGA
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
72
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Aparte de las motivaciones anteriores, el éxito de la implantación de un SGA
también radica en la gran cantidad de ventajas directas e indirectas y que en la
totalidad de los casos se pueden traducir en beneficios económicos.
Los beneficios potenciales de la implantación de un SGMA podrían ser los siguientes:
1. Ahorro de costos a medio y largo plazo
-
Gracias a la revisión del sistema productivo se consigue disminuir el consumo
de materias primas, agua y energía. A la vez que ello comportará una
optimización de los costes derivados de la gestión de los residuos y emisiones que se
generan.
-
La disminución del riesgo de accidentes, con el correspondiente ahorro
costes
-
derivados
(indemnizaciones,
trabajos
en
de descontaminación, etc.).
Supone reducir considerablemente la probabilidad de recibir una sanción por
incumplimiento de la normativa ambiental y sus costes asociados.
2. Mejora de la imagen
-
Acredita frente a terceros, clientes, administración, empleados y público en
general su correcta gestión ambiental, de forma que mejora sustancialmente la
imagen corporativa de la organización.
3. Cumplimiento de la legislación y mejora de las relaciones con la
Administración Ambiental
A tal efecto basamos el estudio a partir de lo dispuesto en las Normas Cubanas
establecidas a tal efecto (NC 133-202; NC 133-202-1; NC 134-202; NC 135-202; NC
39/99 e ISO 14001), así como la Norma Internacional ISO/FDIS 50001, con el
cumplimiento de las mismas garantizamos:
- Asegura el cumplimiento de la legislación ambiental.
- Permite adoptar una política activa frente a futuras regulaciones.
- Evita posibles sanciones e infracciones mediante su prevención.
- Facilita la concesión o renovación de permisos o licencias, así como la obtención
de ayudas públicas para llevar a cabo actuaciones medioambientales.
4. Aumento de la motivación de los empleados
-
Un punto importante a considerar en los SGA es la implicación de todo el
personal en el cumplimiento de los objetivos fijados, así como en la necesidad
de que el personal reciba la formación adecuada para el correcto
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
73
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
desarrollo del sistema.
Las principales ventajas de implementar un SGA en una organización se refieren a
los siguientes aspectos:
•
Tiende al cumplimiento de la legislación ambiental vigente
•
Reduce los gastos innecesarios
•
Mejora la imagen corporativa
•
Aumenta la competitividad
•
Mayor motivación de los empleados
3.2.1 Prioridades Ambientales y personas que deciden en las mismas
El estudio minucioso de las áreas donde se genera el mayor volumen de los
residuales, tanto sólidos como líquidos y emanaciones gaseosas al ambiente
(peligrosos o no) en esta institución, arrojó los siguientes resultados:
Tabla 3.1 Prioridades ambientales
PRIORIDAD
Morgue
Laboratorio
Patológica
AREA
OPERTARIO
Anatomía
Patológica
Anatomía Anatomía
Patológica
Biseladores (2)
Auxiliares (3)
Técnicos (3)
Auxiliares (3)
JEFE
INMEDIATO
J´ Dpto. y J´
Servicios
J´ Dpto. y J´
Servicios
J´ Dpto. y J´
Servicios
J´ Dpto. y J´
Servicios
J´ Dpto. y J´
Servicios
J´ Dpto. y J´
Servicios
J´ Dpto. y J´
Servicios
Incinerador
Servicios
Operador (1)
Banco de Sangre
Lab. Clínicos
Auxiliares (3)
Cuidados Intensivos
C. Intensivos
Auxiliares (3)
Salones quirúrgicos (2)
Cirugía
Auxiliares (2)
Salón de Parto
Ginecología
Auxiliares (4)
Enfermería (18)
Salas
de
hospitalizados
Auxiliares (21)
y Cuerpo de
Guardia
J´ Dpto. (18) y
J´ Servicios
Servicios
J´ Servicios
Evacuación
residuales
de
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
Obreros (2)
74
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
De la tabla anterior se desprende que se cuenta con 26 prioridades que generan la
mayor cantidad de residuales, definidos dentro de 8 áreas, donde se involucran 45
operarios y 25 jefes inmediatos, sobre los cuales debe centrarse la atención, pues en
ellos se concentra la responsabilidad del manejo y evacuación de estos residuales.
Diagnóstico socio-ambiental al personal que incide en las prioridades ambientales de
la institución:
¾ Bajo nivel escolar de los operarios.
¾ Insuficiente preparación en lo referido a Gestión Ambiental y salud del trabajo
de los operarios y J´ inmediatos.
¾ No existe motivación ni compromiso con la Gestión Ambiental en los operarios,
J´ inmediatos y directivos.
¾ No tienen conciencia del papel que juegan en la Gestión Ambiental de la
institución y el entorno ni los operarios, J´ inmediatos ni directivos.
¾ Realizan mecánicamente sus labores atendiendo a la rutina, sin que exista
una preparación previa para ocupar los puestos.
¾ No existe atención priorizada ni a operarios, ni jefes inmediatos.
¾ No cuentan con los medios de protección necesarios ni con los insumos para
la clasificación de los residuales.
3.2.2
Aspectos Ambientales a resolver
En este sentido debemos destacar
que la institución cuenta con un Banco de
Problemas General en el cual se recogen los aspectos ambientales fundamentales a
resolver, dentro de los objetivos planteados para la gestión ambiental, sin embargo
no se encuentran desglosados por áreas, por lo que los trabajadores no tienen
conciencia de los problemas puntuales de sus puestos de trabajo, debido a lo cual
que no son capaces de actuar sobre los mismos.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
75
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Tabla 3.2. Aspectos ambientales a resolver
OBJETIVO
ASPECTOS AMBIENTALES A RESOLVER
1. Insuficiente preparación del personal en Gestión Ambiental
2. Falta de motivación y compromiso de trabajadores y
directivos con la Gestión Ambiental
4. Incrementar
la eficiencia en
la
Gestión
Ambiental de la
institución
3. Desconocimiento
y
desinformación
por
parte
de
los
trabajadores y directivos de efectos nocivos de su gestión
4. Falta de atención priorizada al personal que decide en la
Gestión Ambiental
5. Carencia de medios de protección
6. Incinerador ineficiente
7. Carencia de transporte adecuado para la transportación de
los residuales peligrosos
8. Traslado de la alimentación de hospitalizados por los mismos
ascensores de personal y otros servicios
1. Insuficiente preparación del personal para la clasificación de
los residuales
2. No existe control en la clasificación de los residuales
3. Carencia de monitoreo en la clasificación y tratamiento de los
residuales
4. Carencia de los insumos necesarios para la clasificación de
5. Lograr un
correcto
tratamiento de
los residuales
los residuales
5. Carencia de medios de protección para la clasificación de los
residuales
6. No está determinado adecuadamente el destino final de
algunos residuales peligrosos
7. Vertimiento de residuales peligrosos en el vertedero municipal
y redes de alcantarillado
8. Carencia de instrumentos y equipos que para la correcta
determinación del volumen de residuales generado y vertidos
9. Carencia de transporte adecuado para traslado de los
residuales hacia el vertedero municipal
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
10. Tratamiento inadecuado a los residuales en el vertedero
municipal
11. No existe chequeo y control por parte de Servicios
Comunales de lo que se vierte en el vertedero municipal
La tabla 2.2 nos muestra que en la entidad en su conjunto existen 18 aspectos
ambientales fundamentales a resolver, en lo relacionado con la Gestión Ambiental y
tratamiento de residuales, referidos a los objetivos de incrementar la eficiencia en la
Gestión Ambiental de la institución y lograr un correcto tratamiento de los residuales
en la misma, pues el No. 11 del último objetivo, realmente compete a la Dirección
Municipal de Servicios Comunales, además se hace necesario desglosar los
problemas por áreas, de forma tal se tenga el control de estos en las áreas
afectadas.
3.2.3 Elementos generales de la insuficiente Gestión Ambiental
Después de realizar un recorrido exhaustivo por toda la instalación e intercambiar con
personal médico, paramédico y de servicio, así como monitorear el traslado y
depósito de los residuales en el vertedero municipal (Ver anexos 3), se pudo
determinar que las principales irregularidades que limitan adecuada Gestión
Ambiental y el correcto tratamiento de los residuales en el Hospital están centradas
en los siguientes aspectos.
Deficiente gestión administrativa:
Dentro de la gestión de la administración se detectaron como principales dificultades
el que no se analizan los problemas de Gestión Ambiental y tratamiento de residuales
en los Consejos de Dirección ni se le da seguimiento a las deficiencias que por azar
se detectan. No se aplica el tratamiento diferenciado individual ni colectivo al
personal que decide en la Gestión Ambiental y el tratamiento de residuales, ni existe
evidencia de la aplicación de medidas disciplinarias, administrativas o de otra índole
ante violaciones de lo establecido en los Programas de Gestión Ambiental y
tratamiento de residuales.
Deficiente control de los residuales que se generan:
El control de los residuales que se generan no está sustentado en una herramienta
que facilite el control de los mismos, el control se hace por unidades físicas (No. de
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
77
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
bloques viscerales, placentas y amputaciones) independientemente del volumen o
masa que generen.
No existe cultura del detalle en el sentido del control, lo que implica que los análisis
estadísticos y posibles pronósticos no tengan la profundidad y veracidad necesaria.
Existe una inadecuada preparación y concienzación de los recursos humanos y del
estudiantado en materia de Gestión Ambiental.
No se cuenta con un programa de preparación y actualización continua para el
personal de dirección y los operadores de los puestos claves que garantice la
optimización y eficiencia en la Gestión Ambiental y tratamiento de residuales para
mantener un nivel adecuado en los indicadores estipulados, lo que demuestra que se
hace necesario gestionar la preparación de los mismos, pues en el caso de los
directivos los conocimientos sobre gestión Ambiental es muy pobre, careciendo de
herramientas propias para realizar la supervisión.
Las insuficiencias anteriores pudieran superarse mediante la gestión de preparación
del personal y directivos mediante convenios con otras entidades como el ISMM y la
Oficina Municipal del CITMA.
Deficiente instrumentación:
El centro no cuenta con ninguna herramienta para medir el volumen o masa de
residuales generados y vertidos (básculas y otros similares).
Carencia de insumos para el tratamiento de residuales:
En este sentido se carece de las bolsas plásticas adecuadas para la recolección,
clasificación, traslado y tratamiento de los residuales, así como cestos adecuados
para su envase, pues no son suministrados por los organismos superiores, ni se
asigna presupuesto para su adquisición, esto último queda en el epígrafe del
presupuesto del terreno de nadie, es decir insumos, sin desglosar para esta
actividad.
Carencia de medios de transporte para los residuales:
La institución carece de los medios de transporte de residuales, tanto internos como
externos, pues los carros especializados para el movimiento interno de los mismos
no existen y mucho menos para el transporte externo hacia los destinos finales.
Carencia de medios de protección individual:
El personal encargado de la limpieza, recolección, clasificación y tratamiento de los
residuales carece de los medios mínimos necesarios, como guantes, calzado,
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
78
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
vestuario y filtros respiratorios. Las auxiliares trabajan con guantes quirúrgicos de
goma desechados de esta actividad y los obreros que atienden el saneamiento de la
institución lo hacen con guantes agrícolas, el calzado que usan son chancletas las
auxiliares y los obreros el que tengan, el vestuario con el que se les antoje, pues no
lo tienen asignados, no cuentan con tapaboca u otro filtro respiratorio.
Carencia de
medios de
transporte
Deficiente
Gestión
Administrativa
Deficiente
instrumentación
Insuficiente
Gestión
Ambiental
Carencia de
medios de
protección
Carencia de
insumos
Deficiente control
de residuales
Figura 3.1 Gráfico causa y efecto de la insuficiente Gestión Ambiental
3.2.4 SGA y tratamiento de residuales
Enfoque de gestión respeto al medio ambiente
La institución debe basar su gestión en los siguientes pilares:
Sistema de Gestión Ambiental que permita conocer y gestionar la repercusión que la
actividad sanitaria desarrollada produce en el medio ambiente así como la
realización de cambios en las instalaciones y operativas existentes, minimizando el
impacto en el medio, al tiempo que se asegura el cumplimiento de la reglamentación
ambiental e industrial aplicable.
El seguimiento al cumplimiento de objetivos y metas mediante los indicadores de
desempeño ambiental, y de los resultados de la evaluación del cumplimiento de la
legislación y requisitos aplicables, para marcar las pautas de comportamiento en el
proceso de mejora.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
79
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
En el hospital debe realizarse la identificación, evaluación y determinación de cuáles
de sus aspectos ambientales derivados de las actividades, productos y servicios
prestados (tanto en situaciones de funcionamiento normal como en situaciones
anormales
o
de
emergencia)
puedan
resultar
en
impactos
(repercusión)
significativos en el medio ambiente de forma que la organización pueda dirigir hacia
ellos todos sus esfuerzos de mejora.
Dichas actuaciones se pueden realizar mediante la determinación de:
Gravedad (Gr): Grado de peligrosidad / incidencia
Magnitud (Mg): Cuantificación del aspecto
Frecuencia (Fr): Probabilidad de Ocurrencia
Cada una de ellos puede alcanzar un valor que oscila de 1 a 5 utilizando para el
cálculo de la Significancia la expresión (3Gr + 2Mg) x Fr. Los aspectos cuya
importancia sea superior a 45 (derivado de sustituir en la anterior fórmula el valor
medio (3) de cada una de las características evaluadas), serán considerados
significativos.
Siempre que sea necesario y al menos anualmente se debe revisar la valoración de
los aspectos ambientales, a la luz de los resultados del seguimiento de los
indicadores del desempeño ambiental.
Al objeto de facilitar la asimilación de lo anterior, se analiza la interacción de las
actividades del hospital con el medio ambiente mediante una doble vertiente:
Aspectos Ambientales de la Actividad Asistencial;
Aspectos derivados de las Actividades No Asistenciales o de Soporte.
Entre los elementos más preocupantes a tener en cuenta tenemos:
1º. Evaluar, al menos cualitativamente el grado de contaminación atmosférica
utilizando técnicas específicas como la de “Escala y Peso” empleada en el campo de
Evaluación de Impacto Ambiental (EIA), cuyos métodos tienen como objetivo propiciar
el análisis material de los proyectos de desarrollo para lograr que la toma de
decisiones sea lo más lógica y racional posible y puede ser aplicable a diagnósticos
ambientales específicos. Para ello se pueden realizar varias acciones que arrojen la
información necesaria, como son:
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
80
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
1.
Mediciones de contaminantes del aire disponible como CO, CO2, SO2, NO2,
Pb, polvo sedimentable y en suspensión, hollín e hidrocarburos, entre otros.
2.
Cálculos de dispersión del SO2 expulsados por chimeneas
3.
Cálculos del radio de protección sanitaria
4.
Control del flujo de los vientos
5.
Localización de otras fuentes fijas de contaminación atmosférica
En esta institución se hace necesario estas mediciones, pues además de las
chimeneas de los grupos electrógenos, cuenta con un incinerador que además de
ser ineficiente en su combustión y contar con una sola cámara que en estos
momentos está afectando a los asentamientos poblacionales que les quedan al
suroeste.
En estudios realizados a escala mundial se ha comprobado que los gases
emanados por los incineradores de centros hospitalarios tienen entre otras las
siguientes características:
La emisión de bacterias o virases.
La emisión de moléculas orgánicas de bajo peso molecular (como el tricloroetileno y
el tetracloroetileno).
La emisión de moléculas orgánicas de alto peso molecular (también llamados
"productos de combustión incompleta", como los benzopirenos, los policloruros de
bifenilo, los hidrocarburos aromáticos polinucleares y otros orgánicos policíclicos,
muchos de estos cancerígenos)
La emisión de partículas tóxicas suficientemente pequeñas para ser aspiradas a lo
profundo de los pulmones.
Las pequeñas partículas respirables están cargadas de metales pesados
Los incineradores son un excelente generador de dioxinas y furanos (de la familia de
las dibenzodioxinas y dibenzofuranos, comúnmente aglutinadas bajo la denominación
de "dioxinas" y que son de las sustancias más cancerígenas que existen).
Atendiendo a lo antes expuesto para el caso del incinerador proponemos:
Modelación de las emisiones
El incinerador perteneciente al Hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero,
por su ubicación actual no cumple con lo establecido en cuanto a los requisitos higiénicos
sanitarios establecidos para este tipo de instalación. Ya que sus emisiones afectan de
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
forma
directa
a
los
pobladores
del
Reparto
Caribe,
los
cuales
se
quejan
fundamentalmente del mal olor de estas, pues los humos por la dirección predominante
de los vientos en el territorio se dirigen directamente hacia las viviendas ubicadas a partir
de la calle Carlos J. Finlay hasta el edificio 49, así como en las instalaciones de los
Combinados Lácteo y Cárnico, Acopio, CUBIZA y almacenes de la Unión de Empresas
del Níquel, por su cercanía a dicha fuente contaminante. En ocasiones al variar la
dirección del viento afecta las demás áreas del mencionado reparto.
La construcción de este incinerador se llevó a cabo por el centro de proyectos del níquel
(CEPRONI) en conjunto con la empresa de la construcción ECI # 3, el cual cuenta con
un área de aproximadamente 40 m2 y su principio de funcionamiento está basado en una
sola cámara para la quema de residuales hospitalarios (En la actualidad para estos
menesteres se utilizan incineradores de doble cámara).
En dicho incinerador desde su construcción hasta la fecha se han quemado los
residuales provenientes de diferentes áreas de la instalación hospitalaria. Por lo que
existe una gran variedad en los desperdicios que en él se incineran, generalmente de
origen orgánico.
Los principales materiales que en él se queman fueron obtenidos por entrevista con los
responsables de las áreas que tributan los residuales y el operador de dicha instalación y
están caracterizados fundamentalmente por: desechos provenientes de la morgue,
salones quirúrgicos, salón de parto, banco de sangre y laboratorios.
El estado técnico del equipamiento del incinerador es de forma general bueno, pero vale
destacar que no cuenta con un control de la temperatura para la quema de los residuales,
el mismo trabaja a una temperatura constante de alrededor de los 850 0C, lo que trae
consigo que no se tenga un control riguroso de la temperatura a la cual se queman los
diferentes materiales que se incineran en esta instalación, lo que pudiera traer consigo
que se emitan a la atmósfera diferentes contaminantes como consecuencia de una
quema incompleta.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Para tratar de mitigar el efecto del incinerador se propone, como una posible solución, el
cambio en la localización del mismo tratando por esta vía que las emisiones no afecten
de forma tan directa a la población del reparto Caribe y las instituciones antes
mencionadas, así como valorar la posibilidad de mejorar sus características técnicas.
Con el objetivo de validar la propuesta para una nueva localización del incinerador en el
presente trabajo se propone realizar un estudio del cálculo de la zona de protección
sanitaria para la nueva micro localización, partiendo del radio mínimo admisible de
protección sanitaria para esta clase de instalación y los parámetros meteorológicos de la
zona de estudio los cuales se pueden obtener por mediciones realizadas en la estaciones
meteorológicas ubicadas en el territorio (EPM y Aeropuerto Orestes Acosta).
También realizar el cálculo de la altura mínima admisible de la chimenea para la
expulsión de los diferentes contaminantes que son emitidos al aire, según la norma
vigente para tales efectos.
Cálculo de la zona de protección sanitaria
Para darle respuesta a la factibilidad de la nueva micro localización del incinerador, se
propone emplear una metodología de acuerdo con lo establecido en la norma cubana NC
93-02-202 ¨Requisitos Higiénicos Sanitarios: Concentraciones máximas admisibles,
alturas mínimas de expulsión y zonas de protección sanitarias.¨ (Modificada por la NC
39/1999)
Para el cálculo de la zona de protección sanitaria del incinerador o fuente contaminante
del aire se determina en su micro localización por la fórmula siguiente:
l = 0.5l0 (
p Ur
+ )
p0 Us
Donde:
Ur: Velocidad media anual del viento en el rumbo dado
Us: Velocidad media anual del viento en la región
L: Radio de protección sanitaria por rumbo
Lo: Radio mínimo admisible de protección sanitaria dependiente de la clase de industria
P: Frecuencia promedio anual del viento en el rumbo dado
Po: Frecuencia promedio de referencia del los vientos imaginaria circular
(Ver valores en anexo 2.3 y esquema en anexo 2.4)
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Cada radio de protección sanitaria calculado se traza desde el centro de la fuente
emisora en el sentido del viento. El contorno obtenido definirá la zona de protección
sanitaria de dicha fuente, siendo en este caso el mayor radio obtenido de 754 m.
Dentro de los límites de la zona de protección sanitaria se prohíbe la construcción de
viviendas, centros y áreas de recreación y descanso de la población, centros de estudio,
hospitalarios e instalaciones de carácter social o de similares características.
2º. El tratamiento de los residuales, fundamentalmente sólidos, aunque no debemos
descuidar el caso específico de la sangre, la cual en su mayoría en estos momentos
se está drenando por la mesa de preparación de cadáveres de la morgue diluida con
cloro, pues el incinerador no cumple con los requisitos para la quema de los
materiales plásticos (combustión incompleta), dejando una gran cantidad de residuos
sólidos y emanando gran cantidad de partículas de carbón y CO.
En el caso de los residuales sólidos no son clasificados y separados para darles el
destino final adecuado y se vierten en el vertedero municipal (ver fotos de anexo 3).
3.3 Plan de medidas para dar solución a los aspectos ambientales a resolver:
Para garantizar una adecuada Gestión Ambiental y el correcto tratamiento de los
residuales, se propone el siguiente plan de medidas:
Gestión Ambiental:
¾ Gestionar y garantizar la preparación de directivos y trabajadores en los aspectos
básicos de la Gestión Ambiental, para lo cual se cuenta con personal altamente
capacitado en el territorio, fundamentalmente en el ISMM.
¾ Incrementar la motivación y compromiso de directivos y trabajadores con la Gestión
Ambiental con acciones concretas de concientización y pertenencia.
¾ Realizar acciones de divulgación de los efectos nocivos que puede generar la
actividad asistencial hospitalaria y sus consecuencias.
¾ Crear un sistema de atención priorizada y personificada con los obreros y directivos
que deciden en la Gestión Ambiental y tratamiento de residuales que incluya la
alimentación, vestuario y los medios de protección mínimos adecuados.
¾ Independizar el traslado a través de los ascensores de los alimentos a las salas de
hospitalizados de el traslado de personal y otros servicios.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
¾ Realizar inversión en la adquisición de un nuevo incinerador de doble cámara y fijar
su ubicación fuera de los perímetros del hospital de forma tal que no afecte
comunidad alguna o realizar reformas sustanciales en el existente que mitigue la
situación actual, así como en los medios de transporte e instrumentos de medida
para cuantificar los residuales producidos y vertidos que si urge su adquisición.
¾ Implementar el sistema de control y monitoreo de la recolección, clasificación,
transporte y tratamiento final de los residuales producidos.
¾ Gestionar se garanticen los medios de protección e insumos necesarios para la
recolección, clasificación transporte y tratamiento final de los residuales producidos.
¾ Crear las condiciones necesarias para el tratamiento final de los residuales peligrosos
y eliminar de inmediato su depósito en el vertedero municipal.
¾ Crear una comisión conjunta de la institución, la Dirección Municipal de Salud,
Higiene y Epidemiología y la Dirección Municipal de Servicios comunales para el
monitoreo y control del vertimiento y tratamiento de los residuales en el vertedero
municipal.
3.4 Conclusiones del capítulo
En el presente capítulo fueron objeto de análisis las principales deficiencias desde el
punto de vista de la Gestión Ambiental y el tratamiento de residuales, mediante lo cual se
pudo constatar que las mayores dificultades están centradas en aspectos organizativos y
de gestión administrativa. Mediante la observación y contactos con los trabajadores y
directivos realizados se conocieron los problemas existentes con respecto al nivel de
conocimiento de los trabajadores sobre gestión energética y tratamiento de residuales, el
estado del equipamiento y las instalaciones, los cuales afectan la operatividad y fiabilidad
del sistema.
Las principales dificultades detectadas están referidas en lo fundamental a:
¾ Insuficiente dominio por trabajadores y directivos del SGE y tratamiento de
residuales.
¾ Falta de motivación y compromiso de estos con la GE en la institución.
¾ Carencia de divulgación del SGE y la implicación ambiental de la institución
¾ No existe atención priorizada a los trabajadores y directivos que deciden en la GA y
tratamiento de residuales.
¾ Carencia de ascensores para servicios especializados.
¾ Tecnología inadecuada para la incineración y el transporte de residuales.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
¾ No existe control y monitoreo en la recolección, clasificación, transporte y tratamiento
final de los residuales producidos.
¾ Carencia de insumos y medios de protección.
¾ .Desconocimiento y condiciones para el tratamiento final de residuales peligrosos.
¾ Vertimiento de residuales peligrosos en lugares inadecuados.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Conclusiones Generales:
Luego del análisis de las condiciones actuales, los resultados expuestos, las
medidas adoptadas y la realización del diagnóstico Energético y Ambiental en
el Hospital Guillermo Luis Fernández-Hernández Baquero, se llegó a las
siguientes conclusiones:
1. El diagnóstico energético y ambiental realizado, constituye una base
para su realización en instalaciones hospitalarias con características
similares, con el fin de valorar el consumo de los portadores energéticos
y su proyección ambiental.
2. Queda demostrado que aún existe un gran número de insuficiencias por
resolver, tanto en el control del consumo de los portadores energéticos,
como en la proyección ambiental de la institución.
3. Se evidencia que existe una reserva importante para el ahorro de estos
portadores y la necesidad apremiante de aplicar un sistema de gestión
ambiental que mejore la imagen de la institución, las que se resuelven
en su mayoría, aplicando el sistema de medidas propuesto en la
presente investigación, siendo aplicables a otras instalaciones con
características similares.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Recomendaciones:
1. Dar seguimiento por la institución de forma sistemática al diagnóstico
preliminar realizado, a través de un diagnóstico en profundidad,
evaluando como una prioridad de la administración, la solución a las
insuficiencias detectadas en el consumo de portadores energéticos y la
proyección ambiental de la institución y socializar la experiencia en el
sector, como vía de aplicación en otras instalaciones con características
similares.
2. Aprovechar las reservas de ahorro detectadas para mejorar los índices
económicos en la gestión energética, comenzando de forma inmediata
la aplicación del sistema de mejoras derivado de la presente
investigación, así como utilizar las herramientas del Sistema de Gestión
Ambiental propuestas para mejorar la proyección ambiental de la
institución.
3. Dejar abierto el horizonte a futuras investigaciones que puedan
profundizar en la aplicación consciente de los Sistemas Integrados de
Gestión Energética y Gestión ambiental.
Autor: Lic. Ramón Alberto Martija Herrera
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
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49. NORMA INTERNACIONAL ISO/FDIS 50001.Sistema de Gestión de la
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51. PEREZ ABRIL I. GONZALEZ QUINTERO J. A. Compensación de
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52. PERCY VIEGO FELIPE. DR. Temas especiales de sistemas eléctricos
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�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
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Configuration Considering Multiobjective in Distribution Systems. Using
Genetic Algorithms″. IEEE Transactions On Power Systems, Vol. 20, No.
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Adjusting the Control Devices″. IEEE Transactions on Power Systems,
Vol. 20, No. 3. August, 2005.
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
ANEXO A
TABLA 1
Consumo eléctrico hospital Guillermo Luís junio/2010-mayo/2011
Mes
Junio/2010
Plan (MW) Real (MW)
72,00
71,88
Julio/2010
75,00
68,68
Agosto/2010
Septiembre/2010
Octubre/2010
73,00
72,00
72,00
73,04
74,10
74,45
Noviembre/2010
72,00
61,52
Diciembre/2010
63,00
53,32
Enero/2011
Febrero/2011
Marzo/2011
Abril/2011
Mayo/2011
Promedio
55,46
55,02
56,07
62,19
65,10
66,07
60,14
38,83
42,42
46,74
68,47
61,13
Observaciones
Equipos de esterilización fuera de
servicio
Equipos de esterilización fuera de
servicio
Equipos de esterilización fuera de
servicio
Problemas con el contador
Problemas con el contador
Problemas con el contador
TABLA 2
Incremento de la demanda con las nuevas instalaciones de pediatría
Sistemas
Alumbrado
Tomacorrientes
Tomacorrientes
Climatización
Equipamiento
Totales
Potencia
instalada
(Kw)
12,50
35,25
2,25
5,36
0,00
55,36
Voltaje (V)
No. De
fases
127
127
220
220
127 y 220
1
1
2
2
2
Incremento
potencia
demandada
(Kw)
8,75
7,75
0,50
5,36
16,08
38,44
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo B
Esquema metodológico para la implementación del Sistema de GTEE
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo C
Representación gráfica de la implementación del Sistema de GTEE
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 1.1
Tabla 1.1 Índice de consumo.
MESES
Enero
Feb.
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agos
Sept.
Oct.
Nov.
Dic.
Total E. C.
Serv. (MWh)
Prest.
6913
6627
6415
6647
6160
5811
5782
5484
5859
6518
6187
5369
5495.
de
Cons
MWh/SP
55,171
53,405
59,514
61,718
67,671
71,878
68,683
73,039
74,101
65,389
67,58
78,952
0,0080
0,0081
0,0093
0,0093
0,0110
0,0124
0,0119
0,0133
0,0126
0,0100
0,0109
0,0147
PROMEDIO 73772 797,101
0,0110
Tabla 1.2 Energía Consumida contra Servicios Prestados 2010
SERVICIOS PRESTADOS
MESES
Enero
Feb.
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agos
Sept.
Oct.
Nov.
Dic.
P.
Cons.
C.
Total
Cama Ext. Guard.
907
762
817
732
745
692
709
752
796
808
791
689
768
789
838
1195
866
645
814
747
808
923
843
646
5238
5076
4760
4720
4549
4474
4259
3985
4255
4787
4553
4034
6913
6627
6415
6647
6160
5811
5782
5484
5859
6518
6187
5369
ENERGIA
Dif.
Serv. / CONSUMIDA
(MWh)
P.
Cama
6006
55,171
5865
53,405
5598
59,514
5915
61,718
5415
67,671
5119
71,878
5073
68,683
4732
73,039
5063
74,101
5710
65,389
5396
67,58
4680
78,952
PROMEDIO 766,7 823,5 4557,5 6147,7 5381,0
66,425
5496.
de
Cons
MWh
0,0080
0,0081
0,0093
0,0093
0,0110
0,0124
0,0119
0,0133
0,0126
0,0100
0,0109
0,0147
0,0110
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Tabla 1.2 Levantamiento de la carga instalada.
Familia de equipos
Consumo (kW)
Climatización y Refrigeración 1058,8
Caldera y Cocina
36,80
Somatón
60,00
Iluminación general
39,76
Electromedicina
26,00
Lavandería
26,00
Ascensores
24,00
Turbina y Esterilización
36,00
Tabla 1.3. Consumo de energía activa y reactiva en todo el año.
Pot. Act (kWh)
Meses
Pot. React ( va.)
Día
Día
Enero
30585
192.94
Febrero
30979
194.74
Marzo
35238
196.84
Abril
35721
187.65
Mayo
39409
200.90
Junio
40406
214.67
Julio
37675
189.96
Agosto
40660
197.71
Septiembre 40362
192.43
Octubre
40251
205.06
Noviembre 34269
187.28
Diciembre
177.03
28973
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Tabla 1.4. Importe por penalización del Factor de Potencia
Meses
Importe por Penalización
de Factor de Potencia.
Enero
549,22
Febrero
442,58
Marzo
396,11
Abril
277,42
Mayo
98,13
Junio
210,20
Julio
100,94
Agosto
107,02
Septiembre
589,81
Octubre
905,40
Noviembre
1223,82
Diciembre
1.427,90
Total
6328,55
Tabla 1.5. Análisis de la tarifa eléctrica por año
Año
Consumo
2008 99954,15
2009 130972,8
2010 109829,98
2011 48587,88
Tabla 1.6 Estructura de gasto de la facturación eléctrica.
Año
Demanda Contratada Día
Pérdida Penalizaciones
2008
450 643689
23098
4221,1
2009
300 491732
24068
3541,24
2010
300 449273
23724
6328,55
2011
250 107851
7709
9531,12
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Tabla 1.7. Historial del factor de Potencia
Año
2008
2009
2010
2011
Enero
0,84
0,84
0,84
0,75
Febrero
0,84
0,82
0,85
0,69
Marzo
0,86
0,82
0,86
0,67
Abril
0,86
0,50
0,87
0,78
Mayo
0,87
0,86
0,89
Junio
0,87
0,86
0,88
Julio
0,88
0,88
0,89
Agosto
0,88
0,88
0,89
Septiembre
0,92
0,88
0,85
Octubre
0,83
0,88
0,82
Noviembre
0,86
0,86
0,79
Diciembre
0,84
0,85
0,75
Tabla 1.8. Comportamiento de las potencias del sistema.
Comportamiento del consumo de energía en el 2010
Meses
P(kWh)
Q(kVArh)
S( va.)
Enero
54441
35165,41
38896,15
Febrero
52570
32579,96
70927,62
Marzo
60996
36192,9
67081,6
Abril
58361
33074,7
76583,14
Mayo
68159
34918,89
44831,42
Junio
71599
38645,05
78578,65
Julio
69935
35828,76
81538,2
Agosto
72569
37178,2
90669,76
Septiembre 77101
47782,91
83400,3
Octubre
68355
49479,27
80702,5
Noviembre 63755
44002,37
66588,29
Diciembre
49977
177.03
47871,6
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Tabla 1.9. Importe por penalización del Factor de Potencia
Año
2008
2009
2010
2011
Enero
523,83
733,54
549,22
2402,55
Febrero
549,47
911,50
442,58
2.643,78
Marzo
392,37
912,15
396,11
3.020,35
Abril
380,16
8.218,12
277,42
1.464,44
Mayo
315,59
493,18
98,13
Junio
285,68
413,24
210,20
Julio
214,10
226,83
100,94
Agosto
209,79
233,56
107,02
248,10
589,81
947,40
222,72
905,40
Noviembre 402,71
434,33
1.223,82
493,97
1.427,90
Septiembre
Octubre
Diciembre
-
-
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 1.2:
Tabla 1.2.1 Tabla de buscar el Factor K para el Cálculo de los Bancos de
Condensadores.
FACTOR
DE
POTENCIA
Factor de potencia que se desea (cosϕ2)
ORIGINAL
(cosϕ1)
1.00
0.99
0.98
0.97
0.96
0.95
0.94
0.93
0.92
0.91
0.90
0.65
1.169
1.027
0.966
0.919
0.877
0.840
0.806
0.774
0.743
0.714
0.685
0.66
1.138
0.996
0.935
0.888
0.847
0.810
0.775
0.743
0.712
0.683
0.654
0.67
1.108
0.966
0.905
0.857
0.816
0.779
0.745
0.713
0.682
0.652
0.624
0.68
1.078
0.936
0.875
0.828
0.787
0.750
0.715
0.683
0.652
0.623
0.594
0.69
1.049
0.907
0.846
0.798
0.757
0.720
0.686
0.654
0.623
0.593
0.565
0.70
1.020
0.878
0.817
0.770
0.729
0.692
0.657
0.625
0.594
0.565
0.536
0.71
0.992
0.849
0.789
0.741
0.700
0.663
0.629
0.597
0.566
0.536
0.508
0.72
0.964
0.821
0.761
0.713
0.672
0.635
0.601
0.569
0.538
0.508
0.480
0.73
0.936
0.794
0.733
0.686
0.645
0.608
0.573
0.541
0.510
0.481
0.452
0.74
0.909
0.766
0.706
0.658
0.617
0.580
0.546
0.514
0.483
0.453
0.425
0.75
0.882
0.739
0.679
0.631
0.590
0.553
0.519
0.487
0.456
0.426
0.398
0.76
0.855
0.713
0.652
0.605
0.563
0.526
0.492
0.460
0.429
0.400
0.371
0.77
0.829
0.686
0.626
0.578
0.537
0.500
0.466
0.433
0.403
0.373
0.344
0.78
0.802
0.660
0.599
0.552
0.511
0.474
0.439
0.407
0.376
0.347
0.318
0.79
0.776
0.634
0.573
0.525
0.484
0.447
0.413
0.381
0.350
0.320
0.292
0.80
0.750
0.608
0.547
0.499
0.458
0.421
0.387
0.355
0.324
0.294
0.266
0.81
0.724
0.581
0.521
0.473
0.432
0.395
0.361
0.329
0.298
0.268
0.240
0.82
0.698
0.556
0.495
0.447
0.406
0.369
0.335
0.303
0.272
0.242
0.214
0.83
0.672
0.530
0.469
0.421
0.380
0.343
0.309
0.277
0.246
0.216
0.188
0.84
0.646
0.503
0.443
0.395
0.354
0.317
0.283
0.251
0.220
0.190
0.162
0.85
0.620
0.477
0.417
0.369
0.328
0.291
0.257
0.225
0.194
0.164
0.135
0.86
0.593
0.451
0.390
0.343
0.302
0.265
0.230
0.198
0.167
0.138
0.109
0.87
0.567
0.424
0.364
0.316
0.275
0.238
0.204
0.172
0.141
0.111
0.082
0.88
0.540
0.397
0.337
0.289
0.248
0.211
0.177
0.145
0.114
0.084
0.055
0.89
0.512
0.370
0.309
0.262
0.221
0.184
0.149
0.117
0.086
0.057
0.028
0.90
0.484
0.342
0.281
0.234
0.193
0.156
0.121
0.089
0.058
0.029
-
0.91
0.456
0.313
0.253
0.205
0.164
0.127
0.093
0.060
0.030
-
-
0.92
0.426
0.284
0.223
0.175
0.134
0.097
0.063
0.031
-
-
-
0.93
0.395
0.253
0.192
0.145
0.104
0.067
0.032
-
-
-
-
0.94
0.363
0.220
0.160
0.112
0.071
0.034
-
-
-
-
-
0.95
0.329
0.186
0.126
0.078
0.037
-
-
-
-
-
-
0.96
0.292
0.149
0.089
0.041
-
-
-
-
-
-
-
0.97
0.251
0.108
0.048
-
-
-
-
-
-
-
-
0.98
0.203
0.061
-
-
-
-
-
-
-
-
-
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Tabla1. 2.2. Composición de portadores (tcc).
Portadores
tcc
%
% Acumulado
Energía Eléctrica
175
94.02
94.02
Fuel oíl
10.6
5.69
99.71
LPG
0.41
0.22
99.93
Diesel
0.13
0.07
100
Total
186.14
100
393.66
Tabla1. 2.3. Costos por Portadores.
Portadores
Costo (MP)
Electricidad
130972.8
Fuel oíl
13874.37
Gas licuado
27718.97
Diesel
5495.38
Tabla1. 2.4 Registro Histórico de Servicios contra Energía Eléctrica
Año
2006
2007
2008
2009
2010
Promedio
Consumo
(kWH)
813103
816023
905098
830503
827792
838503,8
Servicios
Prestados
72021
71823
71817
73133
73772
72513,2
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 1.3: Ubicación de los transformadores en el Hospital.
No
S, KVA
Up, V
Us, V
Is, A Conexión
Piso Ubicación
T
1
1000
13800
460
1250
∆/Υ
1
2
37
440
220/127
97
∆/Υ
1
3
15
440
220/127
39
∆/Υ
1
4
75
440
220/127
160
∆/Υ
1
5
16
440
220/127
42
∆/Υ
1
Cuarto subestación
Entrada
a
las
plantas
eléctricas
Al
lado
del
baño
de
mantenimiento
Al lado del taller de los
eléctricos “C”.
Al lado del taller de los
eléctricos “C”.
6
50
440
220/127
131
∆/Υ
1
7
45
440
220/127
118
∆/Υ
1
8
37
440
220/127
42
∆/Υ
3
Banco de la
Ortopedia. No 1
sala
de
9
16
440
220/127
42
∆/Υ
3
Banco de la
Ortopedia. No 2
sala
de
10
16
440
220/127
42
∆/Υ
3
Banco de
prematuros.
sala
de
11
16
440
220/127
42
∆/Υ
3
Banco de nefrología
12
10
440
220/127
26
∆/Υ
3
Banco al lado del salón de
operaciones.
13
150
440
220/127
131
∆/Υ
3
14
27
440
220/127
71
∆/Υ
3
Banco al lado del salón de
operaciones.
15
50
440
220/127
396
∆/Υ
3
Salón de operaciones
16
16
440
220/127
42
∆/Υ
4
Sala de obstetricia.
17
50
440
220/127
131
∆/Υ
4
Sala de puerperio.
la
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 1. 4: Monolineal Hospital
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 2. 1: Problemas fundamentales en la Gestión Ambiental del Hospital:
1. Los alimentos a las salas de hospitalizados se realizan por los mismos ascensores
por donde circula el personal, pues los ascensores de servicios están fuera de
funcionamiento.
2. No existe un sistema de control efectivo de los residuales patológicos y no
patológicos, pues no se carece de básculas, flujómetros u otros instrumentos para
su control. En este sentido los residuales generados en los salones quirúrgicos
como papel, gasa, algodón y otros son entregados a comunales para su posterior
procesamiento, sin existir un sistema de control adecuado de lo que se genera y
entrega, solo en el área de anatomía patológica se cuenta con un control de los
elementos físicos que se entregan para incinerar, los que se contabilizan de la
siguiente manera:
o De 10 a 15 unidades (bloques visearles) mensuales.
o De 90 a 100 placentas en dependencia del número de partos.
o Alrededor de 10 000 ml de sangre (por aproximación)
o Elementos de amputaciones (de acuerdo a las practicadas)
o Alrededor de 24 kg de residuos de biopsias mensuales. Al alcohol utilizado en
estas prácticas se les da otros usos y no se le da el tratamiento debido.
3. No todos los residuales generados en la instalación que deben ser incinerados se
incineran, pues el incinerador instalado no responde a las condiciones de quemado
de los mismos.
4. No existe la recirculación del aire en los salones quirúrgicos, pues no existe el
sistema de clima central.
5. Se ha creado una situación de insatisfacción en la población aledaña a la institución
por la contaminación atmosférica producida por el incinerador.
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 2. 2: Características técnicas del incinerador:
Características:
Marca: WEISKAUPT
Tipo: LIZ-B
Nacionalidad: Alemania
Año de fabricación: 2008
Potencia eléctrica: 1,64 Kw
Cámaras de combustión: 1
Potencia llama del quemador: 415 Kw
Control de temperatura: 0 a 800 oC
Capacidad de quemado: 10 bloques visearles (*)
(*) Es necesario señalar que con 10 bloques visearles o al introducirse los residuales de los
salones como papel, gasa, algodón u otros la incineración se hace incompleta.
Chimenea:
Altura (h): 25 m
Diámetro: 1 m en la base y 0,75 m en el cuerpo
Ventilador de la chimenea:
Potencia: 4,3 Kw
Voltaje: 220 V
Intensidad: 8,3 A
RPM): 1736
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 2.3: Datos para el cálculo del radio de la zona de protección sanitaria
(Aportados por el Departamento de Gestión Ambiental Industrial)
Zona de protección sanitaria
Radio mínimo admisible Lo para
Instalación de clase (3 )
Factores eólicos calculados por
rumbos:
Rumbo
Fact. eólico
N
0,73
L
300
NNE
0,62
300
NE
1,04
312
ENE
1,72
516
E
2,58
774
ESE
1,34
SE
0,94
402
300
SSE
0,48
300
S
0,47
300
SSW
300
SW
< 1,0
< 1,0
WSW
< 1,0
300
W
< 1,0
300
WNW
< 1,0
300
NW
< 1,0
300
NNW
< 1,0
300
300
Zona de protección sanitaria
1
N
16
NNE
15
NE
14
ENE
13
E
12
ESE
11
SE
10
SSE
9
S
8
SSW
7
SW
6
WSW
5
W
4
WNW
3
NW
2
NNW
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
402
774
516
312
300
300
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 2.4
Color
Colo
Colo
Colo
Color
Colo
0
150
metros
300
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Anexo 3: Testimonio Gráfico:
Medio de transporte para el traslado de los residuales sólidos
Estado del vertedero antes de la descarga del Hospital (28/09/2011)
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Procedimiento para la descarga de los residuales en el vertedero
Muestra de residuales vertidos
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Muestra de residuales vertidos
Muestra de residuales vertidos
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Muestra de residuales vertidos
Muestra de residuales vertidos
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Muestra de residuales vertidos
Muestra de residuales vertidos
�Diagnóstico energético - ambiental en Hospitales. Estudio de caso
hospital Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero
Muestra de residuales vertidos
Estado del vertedero posterior a la descarga del Hospital (28/09/2011)
�
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Diagnóstico energético-ambiental en hospitales. Estudio de caso hospital "Guillermo Luis Fernández Hernández-Baquero"
Creator
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Ramón Alberto Martija Herrera
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis maestría
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2013
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/9a563939af03a8c886cdfb2ac7fa920e.pdf
bf30e2b7fcb6888fc97ac6dcfa9c78a8
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Tesis doctoral
INDICACIONES METODOLÓGICAS PARA LA ELECCIÓN
DEL MÉTODO DE ARRANQUE DE LAS ROCAS DURANTE EL LABOREO
DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS HORIZONTALES DE PEQUEñA
Y MEDIANA SECCIÓN EN CUBA ORIENTAL
Rafael Rolando Noa Monjes
�INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
INDICACIONES METODOLÓGICAS PARA LA ELECCIÓN DEL MÉTODO DE ARRANQUE
DE LAS ROCAS DURANTE EL LABOREO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
HORIZONTALES DE PEQUEÑA Y MEDIANA SECCIÓN EN CUBA ORIENTAL
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
RESUMEN
Autor: MSc. Ing. RAFAEL ROLANDO NOA MONJES
Tutor: Dr C. Prof. Tit. Ing. Roberto Cipriano Blanco Torrens
Año de los Gloriosos Aniversarios de Martí y el Moncada
Moa – 2003
1
�INTRODUCCIÓN
Resulta impresionante la gran perseverancia y el desprecio por el riesgo que mostró el hombre desde los
orígenes de la historia, en sus intentos de realizar excavaciones; valiéndose inicialmente solo de sus
propias manos y la fuerza bruta, paso a paso fue confeccionando herramientas, rudimentarios martillos,
picos y cinceles, si a esta precaria situación de falta de utensilios de trabajo, le añadimos los elementos
que se emplean en la entibación y la ausencia de sistemas de ventilación, comprobamos que el laboreo de
túneles y galerías, implicaba en la antigüedad una enorme, formidable y sacrificada labor.
Los logros obtenidos pese a las carencias y dificultades, muestran lo que el género humano es capaz de
lograr cuando su mente está dispuesta a ello. No ha de ignorarse que la utilización masiva de esclavos,
sometidos a condiciones inhumanas y cuya supervivencia no importaba, fue una de las claves en el
laboreo de excavaciones en la antigüedad.
La utilización de los espacios subterráneos tiene sus inicios con el propio surgimiento del hombre, cuando
este de manera consciente comenzó a utilizar las cuevas y cavernas como refugios, para protegerse de las
lluvias, tormentas y de los animales, luego las utilizó como viviendas. Durante el proceso de utilización
de estos espacios el hombre sintió la necesidad de cambiar sus condiciones naturales (forma y
dimensiones) todo esto lo fue llevando de manera paulatina a que él mismo fuera perfeccionando las
herramientas y métodos de arranque de las rocas, comenzando con el empleo de los instrumentos más
rudimentarios hasta llegar a la utilización de equipos de alta productividad.
El desarrollo actual y el uso cada vez más frecuente de las excavaciones subterráneas por parte del
hombre, para la extracción de recursos minerales, para el paso de vehículos, para redes ferroviarias, para
el abastecimiento de agua, como almacenes, para la protección de las personas y otros fines, hace que este
se dedique de manera consciente e integral a mejorar los parámetros que caracterizan a estas obras,
conjuntamente con los índices técnico – económicos que influyen de una forma u otra en el desarrollo
eficiente de dicha actividad.
El primer método de laboreo de galerías de minas y luego de túneles, fue la técnica del fuego; la cual fue
introducida por primera vez por los antiguos egipcios, los que además de la fuerza bruta aplicaron la
ciencia, con la perspectiva de mejorar la eficiencia en la perforación de las rocas. Este método consiste en
provocar un incendio en el frente de trabajo y luego sofocarlo brúscamente con agua fría, (el uso del
vinagre no deja de pertenecer al dominio del mito), produciendo un brusco gradiente térmico que da lugar
al resquebrajamiento de la roca. Pero esta técnica también provoca, como no es difícil imaginar, una
atmósfera viciada, irrespirable, generando a menudo gases venenosos, lo que convierte al trabajo del
minero en una trampa mortal, a la que solo unos pocos afortunados sobreviven.
La construcción de excavaciones subterráneas se divide en dos ramas: Las laboreadas en rocas fuertes y
las hechas en rocas débiles. El principal objetivo del laboreo en rocas fuertes es horadar el macizo rocoso
mediante su fractura, tradicionalmente en la construcción de túneles y obras subterráneas, en este tipo de
rocas, el principal problema a resolver por el ingeniero era el arranque, porque en la mayoría de los casos
la excavación no precisaba de ningún tipo de sostenimiento.
2
�En nuestro país existe un gran número de obras subterráneas, las cuales han sido laboreadas sin llevar a
cabo la correcta elección del método de arranque de las rocas, y más aún sin un previo conocimiento de
los principales factores que influyen en este proceso, ni de las características reales del macizo rocoso,
haciéndose “a priori” el arranque de las rocas con trabajos de voladura.
El presente trabajo tuvo como punto de partida el estudio efectuado por el autor en su tesis de maestría, en
opción al título de “Máster en Construcción Subterránea”, así como las informaciones obtenidas durante
la revisión bibliográfica y el análisis de la situación actual del tema en nuestro país.
En este trabajo se estudian varias obras subterráneas, las cuales pertenecen a diferentes empresas o
entidades. Independientemente a que estas obras se ubican en la región Oriental de Cuba, no todas se
construyen en macizos rocosos con iguales características.
La información obtenida es amplia, debido a que muchos de estos macizos han sido estudiados por otros
investigadores de la rama, los que han enfocado el análisis desde el punto de vista ingeniero – geológico y
geomecánico; a estos estudios han contribuido significativamente los trabajos realizados por el grupo de
construcciones subterráneas del departamento de minería al que pertenece el autor de esta investigación y
por otros compañeros que investigan sobre esta problemática. Independientemente de esto es necesario
señalar, que en la bibliografía consultada no se encontraron referencias en las que se desarrollen
investigaciones para llevar a cabo la elección del método de arranque de la roca.
Objeto de estudio.
Diferentes obras subterráneas de la región Oriental del país, ubicadas en macizos con diferentes
características geomecánicas y que fueron laboreadas sin una previa o insuficiente fundamentación del
método elegido de arranque de las rocas.
De manera general se puede decir que de una forma u otra todos los trabajos e investigaciones que tratan
esta problemática a nivel mundial tienen una base en común, que no es más que realizar una valoración
geomecánica del macizo rocoso, donde se realizarán los trabajos.
En nuestro país cada entidad que se dedica a la proyección de obras subterráneas, en el mejor de los
casos, realiza un estudio ingeniero-geológico del macizo y hace la evaluación de su estabilidad, utilizando
las comúnmente denominadas "clasificaciones geomecánicas", pero esto resulta insuficiente para realizar
una correcta elección del método de arranque lo que provoca, en muchos casos, mayores costos o
condiciones más difíciles de trabajo.
La tecnología de arranque de las rocas para el laboreo de excavaciones subterráneas se ha desarrollado en
los últimos tiempos, pero esta ha adolecido de una estrategia para su aplicación y explotación, que
permita lograr un incremento en la productividad del trabajo durante la construcción de estas obras;
además, habitualmente a priori se eligen los trabajos de voladura para el arranque de la roca, lo que en
muchos casos, resulta inadecuado, afectando la eficiencia del trabajo y el costo de la obra.
Es por ello que se requiere que cuando se vaya a proyectar una obra subterránea, se defina, con el
suficiente rigor científico-técnico la forma en que se realizará el arranque de la roca.
3
�Problema: Necesidad de realizar la elección del método de arranque de la roca, durante el laboreo de
excavaciones subterráneas horizontales, con la adecuada fundamentación científico – técnica.
Hipótesis: Si se realiza una valoración de las características geomecánicas y estructurales del macizo, que
influyen en el arranque de la roca y de las clasificaciones de excavabilidad actualmente empleadas, se
puede obtener un sistema de indicaciones metodologícas que permiten elegir correctamente y con la
fundamentación científica necesaria, el método de arranque de la roca a emplear.
Objetivo general: Obtener un sistema de indicaciones metodologícas que permita elegir, con el rigor
científico – técnico necesario, el método más adecuado de arranque de las rocas, teniendo en cuenta las
características y el estado del macizo rocoso.
Objetivos específicos:
Caracterizar geomecánicanicamente a los macizos rocosos.
Determinar la bloquicidad de los macizos rocosos.
Evaluar las condiciones de estabilidad de los macizos rocosos, definiendo para cada tipo de
macizo, cuál de los métodos de evaluación empleados es el más adecuado.
Aportes de la tesis:
Se evalúa la bloquicidad del macizo, analizándose diferentes métodos existentes y definiéndose para
cada caso estudiado, cuál es el adecuado a partir de las características mecánico - estructurales del
macizo.
Se realiza un análisis de las insuficiencias que presenta cada clasificación de excavabilidad y se
define para cada tipo de macizo y obra, cuáles de ellas se pueden emplear para obtener criterios
preliminares en la elección del método de arranque.
Se propone un sistema de indicaciones metodologícas, que permite, con la suficiente fundamentación,
elegir el método adecuado de arranque de las rocas.
Los resultados de este trabajo han sido presentados en los siguientes eventos:
II Taller de Túneles populares y construcción subterránea, Moa. Julio 1995.
Primer Evento “La Geología y la Minería aplicada a la construcción”, Moa. Octubre de 1997.
XII Forum de Ciencia y Técnica, en el XXI aniversario del ISMM, Moa. Noviembre de 1997.
Ponencia: Criterios para la elección del método de avance en las excavaciones subterráneas.
Primer Evento Científico – Técnico del municipio de Moa. Diciembre 1997.
Tercer Congreso Cubano de Geología y Minería. Habana. Marzo 1998. Ponencia: Elección del
método de arranque más eficiente para el laboreo de excavaciones subterráneas en la región
Oriental.
Evento regional de Geomecánica y la Geodesia aplicada a las construcciones, Bayamo 1998.
Ponencia: Determinación del método de arranque de las rocas más eficiente para el laboreo de
excavaciones subterráneas horizontales en la región Oriental.
4
�II Conferencia Internacional de Aprovechamiento de los Recursos Minerales, CINAREN 2000.
Moa. Ponencia: Influencia de los parámetros
geomecánicos en la elección del método de
arranque de las rocas.
II taller “La Geología y la minería aplicada a la construcción”, Moa. Abril 2001. Ponencia:
Análisis de la bloquicidad y el grado de deterioro de las rocas en los macizos rocosos de los
yacimientos de cromo.
Primer taller “ La Geociencia y su desarrollo”, Moa. Octubre 2001.
XIV Forum de Ciencia y Técnica del ISMM de Moa. Septiembre del 2001.
III Conferencia Internacional de Aprovechamiento de los Recursos Minerales, CINAREN 2002.
Moa. Mayo 2002. Ponencia: Impacto Socio – Económico y Ambiental provocado por el laboreo
de excavaciones subterráneas, teniendo en cuenta la elección del método de arranque de las rocas.
XV Forum de Ciencia y Técnica del ISMM, Moa. julio del 2003. Ponencia: Propuesta de un
sistema de indicaciones metodologicas para la elección del método de arranque de la roca durante
el laboreo de excavaciones de pequeña y mediana sección.
Publicaciones realizadas:
Elección del método de arranque más eficiente para el laboreo de excavaciones subterráneas en la
región Oriental. Libro de Memorias. III Congreso Cubano de Geología y Minería, La Habana,
1998.
Influencia de los parámetros geomecánicos en la elección del método de arranque de las rocas.
Libro de memorias. II Conferencia Internacional de Aprovechamiento de los Recursos Minerales,
CINAREN 2000. Moa.
Impacto Socio – Económico y Ambiental provocado por el laboreo de excavaciones subterráneas,
teniendo en cuenta la elección del método de arranque de las rocas. Libro de memorias. III
Conferencia Internacional de Aprovechamiento de los Recursos Minerales, CINAREN 2002.
Moa. Mayo 2002.
Criterios para la elección del método de avance en las excavaciones subterráneas horizontales.
Revista Geología y Minería, XIX NO – 3 - 4 de 2003.
Análisis del grado de fracturación y deterioro del macizo rocoso de las minas Las Merceditas y
Amores. Revista Geología y Minería, XX No – 1 de 2004.
CAPITULO I. SITUACIÓN ACTUAL DEL TEMA Y METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN
I.1 Estado actual de esta problemática en el mundo
En la actualidad, las nuevas tecnologías abren inmensas posibilidades a la construcción de túneles y obras
subterráneas. A partir de conocer los avances que se han experimentado en el proceso de construcción de
excavaciones subterráneas y teniendo en cuenta, que la base para llevar a cabo este proceso lo representa
la geomecánica; aún se ponen de manifiesto algunos problemas en este aspecto; relacionados con la
caracterización geomecánica de los macizos rocosos y la cuantificación de los parámetros de resistencia y
de deformación; que gobiernan su comportamiento tenso – deformacional.
5
�Sin duda alguna un macizo rocoso es un medio heterogéneo y discontinuo, cuyas características
deformacionales no pueden ser medidas directamente en el laboratorio, existiendo una diferencia muy
apreciable entre los valores obtenidos mediante ensayos de laboratorio y los que se obtienen en
condiciones in situ; a esta diferencia se le conoce como efecto de escala. (Pinto Da Cunha, 1990 y 1993).
Con el surgimiento de la Geomecánica como ciencia, a finales de la década del cuarenta del pasado siglo,
es donde se recomienda el estudio de los macizos rocosos con el objetivo de obtener, con un determinado
grado de detalles, aquellos parámetros que influyen en el proceso de arranque de la roca.
La geomecánica está dando a la construcción de obras subterráneas un creciente soporte científico y
técnico, que ha encontrado su máximo exponente en el último cuarto del pasado siglo, hasta el punto de
que hoy en día, la mayoría de los túneles se construyen bajo la supervisión de un experto en geotecnia,
siendo uno de los objetivos, caracterizar geomecánicamente los macizos rocosos, constituyendo esto el
estudio integral del macizo en cuestión, lo que incluye tanto el modelo geológico como el geomecánico.
Esto permite abarcar aspectos tales como estructura del macizo, contactos y distribución de litologías,
geomorfologías, estudio hidrogeológico, análisis de discontinuidades, ensayos in situ y a escala de
laboratorio, clasificaciones geomecánicas entre otros. Convirtiéndose la caracterización geomecánica de
los macizos rocosos en una herramienta indispensable para pronosticar su comportamiento.
La primera clasificación geomecánica de los macizos rocosos, fue propuesta por Terzaghi en 1946
(Gonzáles de Vallejo, 1998. Moreno, 1998). El método, basado en trabajos experimentales tenía el
objetivo de facilitar el cálculo del sostenimiento en túneles; En el año 1964 Deere propone una
clasificación del macizo (Blanco, 1981,1998, Gonzáles de Vallejo, 1998 y López Jimeno, 1999). La cual
está basada en la recuperación de testigos de perforación, denominada como el sistema RQD(Rock
Quality Designation), índice de calidad de las rocas.
En esta etapa surgieron también los trabajos de T. Hagerman en 1966, el cual establece la diferencia de
cinco tipos de macizos, según su estabilidad, para llegar a esta definición el autor parte de la valoración
del grado de debilitamiento estructural de los macizos, desde macizos totalmente estables (macizos
homogéneos e isótropos) hasta macizos muy inestables, que presentan un gran número de
discontinuidades.
En 1972, surge un nuevo método para llevar a cabo una clasificación geomecánica de las rocas, la misma
fue propuesta por Wickham, Tiendemain y Skinner (Blanco 1998), esta clasificación surge con el nombre
de RSR(Rock estructure rating). En la misma década Bieniawski, propone su clasificación, la cual surgió
en 1973, (su modificación fue concluida en el año 1979), en ella se establece una cuantificación de la
calidad del macizo rocoso, mediante el índice RMR. (Blanco, 1998 y López Jimeno, 1997,1999).
En el año 1974 fue propuesto un sistema para valorar la calidad del macizo, por el Instituto Geotécnico
Noruego (Barton, Lien y Lunde, 1974), el cual se fundamenta en la determinación de un índice
denominado como Q. Para la determinación de este índice se parte del empleo del RQD de Deere,
conjuntamente con la utilización de otros parámetros del macizo rocoso. (Ramírez y Huerta, 1994;
Moreno, 1998; Gonzáles de Vallejo, 1998).
6
�Estas clasificaciones fueron creadas y comprobadas en macizos constituidos en su gran mayoría por
granitos, cuyas características son bastante diferentes a las que se presentan en nuestra región de estudio,
por lo que tanto los valores obtenidos de los parámetros estudiados, como el de los resultados finales
obtenidos con el empleo de estas clasificaciones se han de ajustar a nuestras condiciones concretas.
Bulichev en la década de los 70 del pasado siglo, desarrolló un método para valorar la estabilidad de los
macizos dado por el índice de calidad de las rocas (S) (Bulichev,1982. Martínez, 1999), esta clasificación
es bastante completa, en la misma se incorporan nuevos parámetros, como la fortaleza de las rocas.
En la década del 80 del siglo pasado surgieron nuevas clasificaciones, como el RMi (Rok Mass Index) ,
propuesto por Palmstrom en 1996, a partir de la resistencia a la compresión simple de las rocas. Este
índice permite caracterizar a los macizos rocosos y calcular el sostenimiento en las excavaciones
subterráneas. (López Jimeno, 1999).
En 1985, Vallejo propone una clasificación geomecánica, basada en la determinación del SRC (Surface
Rock Clasiffication), esta ha alcanzado gran popularidad en España, en ella el autor trata de integrar
determinados factores que otras clasificaciones no incluyen o que su valoración no es suficiente, como es
la geología, la tectónica, el estado tensional, la sísmica y las condiciones constructivas, pero no logra
establecer con claridad la influencia de las tensiones sobre las excavaciones.
La primera clasificación de los macizos rocosos respecto a la excavabilidad, fue propuesta por Franklin
en 1971, esta se basa en el espaciamiento entre fracturas y la resistencia a la compresión simple de las
rocas, estos parámetros son obtenidos de los testigos del sondeo.
Louis en 1974 presentó una
clasificación basada en el RQD y la resistencia a la compresión simple de las rocas, pero este criterio no
se puede utilizar en la actualidad a causa del bajo límite asignado a la excavación mecánica, pero en todo
caso el concepto en que se basa es correcto.
Basándose en la clasificación de Louis, Romana Ruiz en 1981 presentó una nueva clasificación, la cual
estaba más adaptada a las capacidades tecnológicas de la maquinaria de excavación, en 1993 esta
clasificación fue presentada en su versión más actualizada, con la cual se logró una mayor difusión del
método, (Romana, 1981, 1994). Según Romana esta clasificación es indicativa y debe usarse en la fase de
estudios previos o anteproyectos de obras.
En 1982 Kirsten propone un sistema de clasificación para la excavación de los macizos rocosos, basado
en la determinación de un índice de excavabilidad de estos. Abdullatif y Crudden, en 1983 en una
investigación llevada a cabo en 23 proyectos, donde se realizaba el arranque de las rocas con medios
mecánicos y voladuras, estimaron que la excavación es posible hasta un RMR de 30 y ripable hasta 60.
Los macizos clasificados como de calidad buena o mejores por el sistema RMR deben ser objeto de
perforación y voladura, estos autores observaron un salto en el valor de Q; a partir de 0,14 los macizos
eran excavables, y a partir de 1,05 debían ser ripados, lo que puede ser debido a la mala adecuación del
sistema de clasificación de Q a las operaciones de arranque.
En 1984 aparece un nuevo índice de excavabilidad (IE), el cual fue propuesto por Scoble y Muftuoglu,
esta clasificación consiste en la combinación de cuatro parámetros geomecánicos: resistencia a la
7
�compresión simple, extensión de la meteorización, distancia entre grietas y planos de estratificación. En
esta clasificación se tiene en cuenta el efecto reductor de la resistencia, de las discontinuidades o incluso
de la matriz rocosa, lo que se obtiene a partir de la meteorización, también se hace una valoración del
tamaño medio de los bloques, siendo este uno de los parámetros que mayor influencia tiene en la
excavación. (Scoble y Muftuoglu, 1984).
Otra clasificación de excavabilidad o método empírico, fue propuesta en 1988, por Hadjigeorgiou y
Scoble, la que se basa al igual que la clasificación anterior en la obtención de un índice de excavabilidad
(IE). Estos autores proponen la combinación de varios parámetros geomecánicos. (Hadjigeorgiou y
Scoble, 1990 ).
En estas dos últimas clasificaciones los autores tienen en cuenta dos factores que juegan un rol muy
importante en el proceso de laboreo, ya que estos condicionan la propagación de la rotura a través del
material, la resistencia de la roca y el tamaño de los bloques, los cuales constituyen el núcleo o estructura
básica del sistema de clasificación, pero no se tiene en cuenta al igual que en otras clasificaciones, el
coeficiente de abrasividad y otros parámetros que también influyen en el proceso de arranque.
I. 2 Situación actual del tema en nuestro país
En los últimos tiempos el proceso de excavación de las obras subterráneas ha alcanzado un desarrollo
considerable principalmente en el arranque de las rocas, pero todavía no se han logrado los resultados
deseados, fundamentalmente en la elección del método de arranque más eficiente.
Hasta la fecha no se conoce de ningún trabajo precedente en nuestro país que trate la problemática
relacionada con la elección del método de arranque de las rocas, a no ser aquellos trabajos dirigidos o
ejecutados por parte del autor de esta investigación y que se recogen en la misma.
La caracterización geomecánica de los macizos rocosos en los últimos años se ha incrementado
notablemente. Este incremento está dado, entre otras causas porque a partir del año 1994, se comienza a
impartir en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, dos maestrías, la de Geomecánica y la de
Construcciones Subterráneas y los cursantes de estas maestrías, conjuntamente con el grupo de
construcción subterránea del departamento de minería, se trazan como objetivo la realización de la
caracterización geomecánica de diferentes macizos rocosos de nuestro país.
Los resultados alcanzados en esos trabajos constituyen la base de esta investigación, dentro de ellos
tenemos: Elección del método de arranque a partir de la clasificación geomecánica del macizo (Noa,
1996); Caracterización geomecánica de los macizos rocosos de la mina Las Merceditas (Cartaya, 1996),
Mecanismo de acción de la presión minera en mina Las Merceditas (Mondejar, 1998), La geometría del
agrietamiento de la mina Las Merceditas y su estabilidad (Falero, 1996), así como otras investigaciones.
(Blanco, 1997 y 2000. Cartaya,1999 y 2000. Mondejar, 2000).
El Centro de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos y la Empresa Constructora Militar número 2, ambas
en Holguín, desarrollaron un importante trabajo en cuanto al análisis de las condiciones ingeniero geológicas y geomecánicas, en las zonas donde se construye el trasvase Este – Oeste, donde se utilizo
para la evaluación de la estabilidad del macizo la metodología de Bieniawski, modificada por Federico
8
�Torres 1989, las metodologías de Barton y la de Deere, así como otros métodos novedosos para el
estudio del macizo, el procesamiento de imágenes por teledetección y métodos geofísicos (Colectivo,
1991. Colectivo, 1992. Hidalgo, 1991. Pérez, 1991).
En el trabajo sobre la determinación de los principales índices técnico – económicos de los túneles de la
ciudad de Holguín (Acosta, 1996) se hace una valoración de los diferentes parámetros del agrietamiento,
los que permitieron conjuntamente con otros elementos llevar a cabo la determinación de la estabilidad en
estos macizos.
Teniendo en cuenta lo anterior, se puede observar que ninguna de estas investigaciones han enfocado el
problema o los análisis con el objetivo de mejorar el proceso de arranque de las rocas, a partir de la
correcta elección del método.
I.3 Elección y justificación de las obras a estudiar
En la región oriental de Cuba existen decenas de kilómetros de excavaciones subterráneas que han sido
laboreadas sin una fundamentación adecuada de la elección del método de arranque de las rocas.
Para llevar a cabo este trabajo se seleccionaron excavaciones subterráneas de pequeña y mediana sección
transversal, las que se encuentran ubicadas en las provincias de Holguín, Santiago de Cuba, Guantánamo
y Las Tunas. Estas excavaciones se laborean en macizos rocosos con diferentes características ingeniero geológicas, lo que hace posible que el arranque de la roca se pueda realizar por diferentes métodos.
Las obras seleccionadas para su estudio fueron:
La mina de cromo “Las Merceditas” ubicada cerca del poblado La Melba al suroeste de la
ciudad de Moa en la provincia Holguín.
La mina de cobre “El Cobre” que se ubica en el poblado El Cobre al oeste de la ciudad de
Santiago de Cuba.
Túneles del trasvase de Mayarí, ubicados en la región montañosa de este municipio perteneciente
a la provincia Holguín.
Túneles populares ubicados en la zona montañosa de la ciudad de Holguín, provincia Holguín.
Túnel hidrotécnico ubicado en la ciudad de Las Tunas, provincia Las Tunas.
Túneles populares ubicados en la zona montañosa de la provincia de Guantánamo.
Túneles populares diseminados en la ciudad de Moa perteneciente a la provincia Holguín.
La mina de cromo “Amores” ubicada cerca del poblado de Cayogüin en el municipio de Baracoa
en la provincia Guantánamo.
I.4 Planeación de la investigación
Para darle cumplimiento a los objetivos propuestos en este trabajo, se estableció una metodología integral
de investigación, en la que se utilizan varios métodos científicos de investigación, como son: Revisión
bibliografica y procesamiento de datos, muestreo, modelación matemática, recopilación y síntesis,
observación y experimentación.
Esta metodología de investigación cuenta con varias etapas (ver figura 1), dentro de las que tenemos:
Revisión bibliográfica, recopilación y procesamiento de la información.
9
�Definición del objeto de estudio y las tareas de investigación a realizar para cumplir los objetivos
propuestos.
Evaluación de las condiciones ingeniero – geológicas del macizo rocoso.
Evaluación de la bloquicidad del macizo rocoso.
Evaluación de la estabilidad del macizo rocoso.
Análisis de las clasificaciones de excavabilidad más utilizadas en la actualidad para la elección
del método de arranque de la roca.
Valoración de la aplicabilidad, de las clasificaciones de excavabilidad en cada tipo de macizo y
obra estudiada.
Propuesta de un sistema de indicaciones metodologícas, para la elección del método de arranque
de la roca.
Descripción de las diferentes etapas.
Revisión bibliográfica, recopilación y procesamiento de la información: En esta etapa se estudiaron:
diferentes textos en los que se aborda esta problemática, los artículos publicados en diferentes revistas,
varias tesis de maestrías y doctorados y varios trabajos de diplomas. También fueron consultados algunos
trabajos presentados en eventos, los informes geológicos y de propiedades de las rocas de diferentes
entidades, se hizo búsqueda en Internet.
Definición del objeto de estudio y las tareas de investigación a realizar para cumplir los objetivos
propuestos: En esta etapa se establecieron las áreas o zonas de investigación, lo que estuvo
condicionado, en todos los casos, a la existencia de excavaciones subterráneas y diferentes características
ingeniero – geológicas de los macizos rocosos.
Evaluación de las condiciones ingeniero - geológicas del macizo rocoso: En esta etapa se realizó un
análisis de cada macizo rocoso, teniendo en cuenta los aspectos que inciden en el proceso de elección del
método de arranque de las rocas, como son: condiciones geológicas e hidrogeológicas de los macizos,
características tectónicas de cada región de estudio, propiedades físico – mecánicas de las rocas,
agrietamiento y deterioro del macizo rocoso.
Evaluación de la bloquicidad del macizo rocoso: Para la valoración de la bloquicidad se utilizaron
varios métodos, los que se basan en las características del agrietamiento, a partir de este análisis se
determinó cuál de ellos es el más adecuado para cada tipo de macizo, teniendo en cuenta el estudio de la
correspondencia entre los resultados obtenidos por cada método y los obtenidos por el estudio del macizo
en condiciones in situ, la observación visual de estos y la evaluación de las condiciones geo estructurales que presenta cada uno de ello.
Evaluación de la estabilidad del macizo rocoso: La evaluación de la estabilidad se realizó por cuatro de
las clasificaciones más utilizadas en la actualidad, (Deere basada en los valores del RQD, Bieniawski,
basada en los valores del RMR, la del Instituto Noruego de Geotecnia, basada en el cálculo de la Q de
Barton y la clasificación propuesta por Bulichev, basada en los valores del índice S).
10
�Análisis de las clasificaciones de excavabilidad más utilizadas en la actualidad para la elección del
método de arranque de la roca: Se hace el estudio de varias clasificaciones de excavabilidad que
actualmente se utilizan para obtener criterios sobre la elección del método de arranque de la roca.
Valoración de la aplicabilidad, de las clasificaciones de excavabilidad en cada tipo de macizo y obra
estudiada: Se define cuáles de las clasificaciones de excavabilidad analizada se puede usar para cada tipo
de macizo y obra, con vista a obtener un criterio preliminar sobre el método de arranque que se debe de
emplear.
Propuesta de un sistema de indicaciones metodologícas, para la elección del método de arranque de
la roca: A partir del estudio realizado y de los resultados obtenidos, se propone un sistema de
indicaciones metodologícas, que permite realizar la elección del método de arranque de la roca.
Revisión bibliográfica, recopilación y procesamiento de la información.
Definición del objeto de estudio y las tareas de investigación a realizar para cumplir los objetivos
propuestos.
Evaluación de las condiciones ingeniero - geológicas del macizo.
Geología e
Hidrología.
Tectónica.
Propiedades
físico mecánicas.
Agrietamiento.
Deterioro.
Evaluación de la bloquicidad del macizo rocoso.
Evaluación de la Estabilidad del macizo rocoso.
Análisis de las clasificaciones de excavabilidad más utilizadas en la actualidad para la elección del
método de arranque de la roca.
Valoración de la aplicabilidad, de las clasificaciones de excavabilidad en cada tipo de
macizo y obra estudiada.
Propuesta de un sistema de indicaciones metodologícas, para la elección del método de arranque
de la roca.
Figura 1. Metodología de investigación.
11
�CAPITULO II: EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES INGENIERO GEOLÓGICAS DE LOS
MACIZOS ESTUDIADOS.
II.1 Ubicación geográfica de las zonas estudiadas y Características técnicas de las obras
Mina Las Merceditas
La mina Las Merceditas se encuentra ubicada en la parte Noreste de la provincia Holguín a 46 km de la
ciudad de Moa, en el macizo montañoso de Sagua - Baracoa, cerca de las márgenes del río Jaragua. La
vía de comunicación con el yacimiento es mediante terraplenes y carreteras.
Los trabajos de investigación fueron realizados en todo el sector de la mina, eligiéndose para el mismo las
excavaciones horizontales que se consideraron más representativas. Estas excavaciones están laboreadas
por diferentes tipos de rocas, tales como: el gabro, la peridotita y la dunita, las mismas tienen una longitud
variable, las cuales sobrepasan los 100m para todos los casos, generalmente su sección transversal es de
paredes rectas con techo abovedado, con un ancho entre 2 y 2,30m y una altura de 2,10 a 2,30m, la
profundidad de ubicación es variable llegando en algunos casos hasta los 600m.
Mina El Cobre.
La mina El Cobre se ubica en las estribaciones Norte del macizo montañoso de la Sierra Maestra, en la
parte Sur de la provincia de Santiago de Cuba, a 13 km y al oeste de esta ciudad, para la comunicación, la
región cuenta con un conjunto de carreteras, las cuales enlazan esta zona con la capital provincial y el
resto del país.
El trabajo se realizó en todo el sector de la mina, escogiéndose para el estudio las excavaciones
horizontales que fuesen más representativas para todo el sector de la mina. Estas excavaciones se
laborean en rocas del tipo tobáceas, las mismas tienen un ancho que oscila entre 2,2 y 2,3m y un alto entre
2,3 y 2,5m, la forma de la sección transversal es de paredes rectas con techo abovedado y se encuentran
generalmente a una profundidad de 200 a 400m. En algunos casos estas excavaciones se encuentran
fortificadas.
Túneles del trasvase de Mayarí.
Las obras estudiadas del municipio Mayarí, se encuentran situadas al Sur – Oeste del mismo, distribuidas
en el macizo montañoso de la sierra cristal, estas obras se encuentran ubicadas cerca de varios poblados
como son: Arroyo del Medio, Seboruco, Arroyo Seco y otros.
El trasvase de Mayarí está constituido por un gran número de tramos de excavaciones subterráneas
horizontales y por tramos de canales, para la realización de este trabajo fueron analizados varios tramos
de excavaciones subterráneas. En este caso los túneles son considerados como excavaciones de mediana
sección, con un área de 30 a 35m2, los mismos tienen una longitud variada, las que dependen de las
dimensiones de la elevación donde esté situado el mismo, la sección transversal es de paredes rectas con
techo abovedado o semicircular, su ancho es de 4 a 5m y tienen una altura de 5 a 6m, los mismos se
encuentran ubicados a una profundidad de 200 a 450m y se laborean con el método de perforación y
voladura. Estos túneles se fortifican con hormigón armado.
12
�Túneles populares de Holguín.
Las obras estudiadas se encuentran ubicadas en el extremo occidental de la provincia Holguín, en el
propio municipio cabecera, esta región tiene comunicación directa mediante carreteras y terraplenes con
los municipios de Gibara, Rafael Freyre, Calixto García, Cacocún, Cueto y Urbano Noris.
Para el estudio del macizo de Holguín, fueron analizadas varias excavaciones o túneles, los cuales se
laboreaban por rocas que pertenecen al grupo de las serpentinas. Estos túneles tienen una longitud muy
variada, así como su profundidad, la que oscila entre 200 y 300m, la forma de la sección transversal es de
paredes rectas con techo abovedado, el ancho de estas excavaciones es de 2 a 2,5 m y la altura es de 2,30
a 2,50m.
Túnel hidrotécnico de Las Tunas.
El túnel estudiado en la provincia de Las Tunas se localiza en el municipio cabecera de esta provincia. El
mismo fue construido en el macizo ofiolítico de la región Oriental del país.
Este túnel tiene una forma de la sección transversal de paredes rectas con techo abovedado, una longitud
aproximada de 500m, la profundidad a la que se encuentra esta excavación es de 30 a 50 m, esta tiene un
ancho de 2,20 a 2,40m y una altura de 2,30 a 2,50m.
Túneles populares de Guantánamo.
Los túneles estudiados de la provincia de Guantánamo, se encuentran ubicados en el macizo de rocas
sedimentarias de esta provincia.
Para el estudio de este macizo fueron analizados varios túneles, los que tienen una longitud muy variada y
la misma depende de las características del macizo rocoso. La forma de la sección transversal de estas
excavaciones es de paredes rectas con techo abovedado, con un ancho de 2,3 a 2,4m y una altura de 2,3 a
2,5m, las mismas se encuentran a una profundidad de 150 a 300m.
Túneles populares de Moa.
Los túneles estudiados se ubican en las cercanías de la ciudad de Moa, perteneciente al municipio de igual
nombre en la provincia de Holguín.
Para el estudio fueron analizadas varias excavaciones, las que se laborean por rocas perteneciente al
grupo de las serpentinas. Estos túneles tienen una longitud muy variada y su profundidad de ubicación
oscila entre 100 y 150m, la forma de la sección transversal es de paredes rectas con techo abovedado con
un ancho de 2,3 a 2,4m y una altura de 2,4 a 2,5m.
Mina Amores.
La mina Amores está ubicada en el municipio Baracoa, a 50 Km. de la planta de beneficio de los
minerales de cromo, la cual se encuentra cerca del poblado de punta Gorda en el municipio de Moa.
Para llevar a cabo el proceso de extracción del mineral en esta mina, existe un socavón, el que constituye
la única excavación que reúne las condiciones necesarias para los análisis realizados, esta excavación
tiene una forma de la sección transversal de paredes rectas con techo abovedado, con un ancho entre 2,2 y
2,5m y una altura entre 2,3 y 2,8m, la misma se encuentra a una profundidad de 200 a 350m
aproximadamente.
13
�II.2 Geología e hidrogeología de los macizos rocosos estudiados
Mina Las Merceditas.
Este macizo está formado por materiales serpentiníticos, los cuales son el producto resultante del proceso
de metamorfismo de las rocas ultrabásicas. Estas rocas ultrabásicas, que están generalmente representadas
por peridotitas serpentinizadas, raras veces por piroxenitas, gabros y olivinos normales, se encuentran
ampliamente distribuidas, formando una franja de aproximadamente 900 km de extensión a lo largo de
toda la costa Norte de la isla.
La red hidrográfica está representada por el río Jaragua, afluente del rió Jiguaní y algunas cañadas, las que
drenan
el
agua
en
épocas
de
lluvias,
permaneciendo
secas
en
la
época
de
escasas
precipitaciones,(colectivo, 1996. Proenza, 1997. Iturralde, 1978, 1990).
Mina El cobre.
Este macizo se relacionan con el producto de la actividad postmagmática de la instrucción de la Sierra
Maestra.(Barrabí,1994). El mismo es de tipo hidrotermal, los procesos de mineralización se manifestaron
en el período final de desarrollo del geosinclinal Cubano, en la etapa concluyente de la formación del
complejo de rocas Vulcanoplutónicas del Paleoceno – Eoceno.(Barrabí, 1994. colectivo, 1996).
La red fluvial está representada por los Ríos El Cobre, Melgarejo y otros afluentes pequeños los cuales
disminuyen considerablemente su caudal en época de sequía. Además de las aguas superficiales, en la
anegación del yacimiento participan las aguas de los horizontes acuíferos de los depósitos aluviales, las
aguas de la corteza de interperismo de las rocas efusivas – sedimentarias, y las aguas del horizonte de la
zona tectónica.
Túneles del trasvase de Mayarí.
La región de estudio, está constituida por dos grandes complejos bien definidos: El complejo clástico –
carbonatado y el complejo ultramáfico – serpentinizado.
El primer complejo está constituido por calizas, margas, conglomerados y otros; El complejo de rocas
ultramáficas serpentinizadas está representado por las serpentinitas brechosas y los gabroides. Este ocupa
toda la porción sur de la región contactando tectónicamente con la secuencia terrígeno – carbonatada
(colectivo, 1991, 1992; Pérez, 1991). A causa del proceso de meteorización se han afectado todos los
tipos litológicos presentes en el área en una mayor o menor intensidad, siendo este proceso de afectación
mas intenso en las capas superficiales, disminuyendo gradualmente con la profundidad. (Hidalgo, 1991;
Morales, 1990).
La red hidrográfica de esta región está representada fundamentalmente por el río Mayarí, el cual tiene un
caudal permanente durante todo el año, a este también llegan algunos arroyos y afluentes los que tienen
agua fundamentalmente en los meses de lluvia. Otra de las fuentes de suministro de agua es la presa
Melones, la cual tiene una gran capacidad de almacenamiento de agua. (Lovaina, 2000).
Túneles populares de Holguín.
La región de estudio de Holguín se encuentra ubicada en la zona estructuro – Facial Auras, constituida
por sedimentos vulcanógenos – sedimentarios y rocas que pertenecen al complejo ofiolítico. Por lo
14
�general estas rocas constituyen un melange de forma alargada, cóncava hacia el norte con buzamiento
hacia el Sur; su borde septentrional es la falla de Holguín.(Rosales, 1996).
Las características hidrogeológicas de la región de estudio, están muy relacionadas con las precipitaciones
atmosféricas, esta región se encuentra enmarcada en un relieve llano, la red hidrográfica de la región está
formada por varios ríos como son: río Yareyal, Matamoros, Marañón, y Mayabe, los cuales corren con
una dirección aproximada de Norte – Sur, en esta zona aparece una gran cantidad de cañadas las cuales
dependen del caudal de los ríos. En algunos lugares se observa que los ríos se unen formando entre si
ángulos rectos, lo cual evidencia la presencia de alineaciones tectónicas.
Túnel hidrotécnico de Las Tunas.
El macizo rocoso de la provincia Las Tunas, donde se realizaron los trabajos está constituido por andesita
y peridotita y se encuentra ubicado en una zona donde se manifiestan tensiones tectónicas. En este
macizo, existe un proceso de formación de grietas las que se comienzan a registrar a poca profundidad.
En esta zona no se manifiesta la influencia de ningún río afluente, por lo que se confirma que el agua que
llega a los frentes, a través de las grietas, se debe a que la cota de la zona es muy baja y gran parte del
agua que cae durante la época de lluvia se acumula en ella. Otra de las causas de la aparición de agua es,
que en esta zona se comunican algunas zanjas y tuberías del sistema de alcantarillado de la ciudad, lo que
provoca que esto sea un terreno húmedo.(Noa, 1996).
Túneles populares de Guantánamo.
Este macizo está conformado por varios tipos de rocas, arena, ceniza volcánica y determinadas sustancias
carbonosas, las cuales son el resultado de los procesos bioquímicos que ocurren por la meteorización del
macizo. Algunas de estas rocas depositadas en el macizo en forma de estratos, son productos de la
deposición en cuencas sedimentarias marinas, que se ubican a distintas profundidades, donde además
existe una fuente de suministro, que aporta el material volcánico.
Debido a las características higroscópicas de las rocas, gran cantidad del agua procedente de las
precipitaciones es almacenada en ellas, esto hace que la atmósfera que se desarrolla es muy húmeda y que
en algunos tramos de excavación se manifiesten algunos puntos de goteo de agua, durante la época de
lluvia se forman algunos arroyos o cañadas que solo permanecen con un caudal durante ese periodo,
(Noa, 1996).
Túneles populares de Moa.
El área se caracteriza, fundamentalmente por la intensidad con que actúan los procesos de meteorización,
destacándose en gran medida el interperismo de tipo químico y como resultado del mismo la formación
de una típica corteza laterítica dando lugar al yacimiento de tipo residual de Ni, Fe, y Co.
Estos túneles se encuentran ubicados en una zona montañosa; lo que ocasiona que durante la época de
lluvia se formen algunos arroyos o cañadas que solo permanecen con su caudal durante ese periodo.
Mina Amores.
En la región donde se ubica el yacimiento Amores, aparecen bien definidos varios complejos aunque muy
complicados por la tectónica y sin conductividad espacial. Una de las características geológicas que
15
�marca la cercanía de la transición entre los complejos es la aparición de numerosos diques de 5 a 20cm de
espesor, generalmente concordantes con las capas de ultramafitas.
La zona del macizo rocoso donde se encuentra la mina Amores está atravesada por el río Báez y sus
afluentes, esto provoca que esta sea una zona donde abundan las aguas subterráneas principalmente a
nivel del río.
II.3 Análisis de la tectónica de los macizos estudiados
Los macizos donde se ubican las obras estudiadas, por lo general presentan una gran actividad tectónica,
las dislocaciones están representadas por zonas de fragmentación y agrietamiento abierto, en los mismos
aparecen algunas fallas con direcciones muy variadas.
La tectónica de la región es compleja y muy variada respondiendo en primer lugar a la gran variedad de
litología del macizo y a los diferentes procesos de movimiento ocurridos en la corteza terrestre. En esta
zona se pone de manifiesto la superposición de fenómenos tectónicos originados en condiciones
geodinámicas contrastantes y en diferentes períodos, lo que provoca un intenso plegamiento, el cual
permite caracterizar la estructura geológica, (Campo, 1989).
II.4 Propiedades físico – mecánicas de las rocas
Los resultados de las propiedades que se utilizan en este trabajo fueron tomadas de diferentes informes,
Tesis de Maestrías y Doctorales [Colectivo,1996; Cartaya, 2001; Riverón, 1996; Rosales 1996; Acosta,
1996; Mondéjar, 2001; Falero, 1996; Cuesta 1997; Ugalde, 2000; Noa, 1996.] los cuales a su vez se
auxiliaron en los informes de los laboratorios de Santiago de Cuba, del CIPIM en La Habana y del
ISMMANJ. En todos los casos en estos informes, se señala que la confiabilidad de los resultados esta por
encima del 85%.
Diferentes propiedades fueron determinadas por el propio autor, con el objetivo de ampliar o mejorar la
información existente, sobre algunas de las propiedades ya determinadas y para obtener información, de
otras que no habían sido anteriormente determinadas y que se consideran importante en la investigación.
En aquellos casos donde las propiedades fueron determinadas por el autor se realizó el muestreo
siguiendo un criterio aleatorio y cuidando que las muestras fuesen representativas. Para la determinación
de la cantidad de muestras a ensayar, en cada caso, se utilizaron métodos estadísticos de planificación de
experimentos.
El análisis estadístico realizado, teniendo en cuenta el número de muestras tomadas y considerando un
error máximo permisible del 10% (igual al reportado en los informes analizados), muestra que en todos
los casos la confiabilidad de los resultados obtenidos esta por encima del 85%.
II.5 Evaluación del agrietamiento de los macizos estudiados
En el estudio ingeniero – geológico del macizo rocoso es importante la valoración detallada de su
agrietamiento, esto se debe a que a partir de él se puede determinar, su comportamiento mecánico estructural, su estabilidad y la deformación de la roca en su interacción con la obra. El agrietamiento,
conjuntamente con otras dislocaciones tectónicas (fallas) caracteriza la estructura del macizo rocoso que
influye en la anisotropía de sus propiedades y en su heterogeneidad.
16
�Para la valoración del agrietamiento en cada sector estudiado, se empleo el método geológico, el que
consiste en hacer un análisis detallado de todos los parámetros que lo caracterizan, a partir de los que se
pueden determinar algunos índices que influyen en la valoración de la estabilidad y comportamiento
mecánico – estructural de los macizos rocosos. Para el análisis del agrietamiento en todas las obras
estudiadas, se dividieron las excavaciones en tramos con características litológicas similares. Para
garantizar un muestreo correcto se utilizaron varios métodos de toma de muestras; el estratigráfico, el
grupal y el intencional. Otro de los aspectos analizado fue la direcciones de los sistemas de grietas, para
lo cual se construyo el diagrama de rocetas de cada obra estudiada, con la ayuda del programa georient.
Mina Las Merceditas.
Para la valoración del agrietamiento en esta mina se hizo un análisis de todas las excavaciones, en las
cuales se midieron más de 1200 grietas en 157 estaciones de mediciones, también se utilizaron 1854
mediciones realizadas por otros autores (Cartaya, 2001; Falero, 1996; Mondejar, 2001; Ugalde, 2000;
Gonzáles, 1995).
Dando una caracterización general del agrietamiento, se puede decir lo siguiente: El espaciamiento
mínimo entre grietas y sistemas de grietas oscila entre 20 y 50 mm y el máximo varía desde 150 a 350
mm Las grietas presentan superficies ligeramente rugosas, con una abertura mayor de 1mm, las que en
algunos casos pueden llegar hasta 5mm, generalmente son grietas limpias, variando desde discontinuas,
onduladas y rugosas hasta planas y lisas. Regularmente estas grietas no están rellenas y cuando existe
relleno es material de meteorización de la dunita, en muchos casos con carbonato de calcio con alto
grado de consolidación. La presencia de agua en las grietas, por lo general es poca, es conveniente
significar que existen zonas, donde la afluencia de agua es considerable, por ejemplo en algunos tramos
de las galerías 13 y 15, según se constató en los recorridos realizados por estas excavaciones.
Mina El Cobre.
Para el análisis de este macizo rocoso fue estudiado todo el sector de la mina El Cobre, donde se midieron
786 grietas en 42 estaciones de mediciones, se usaron también 466 mediciones realizadas por otros
autores (Joao, 1998; Cartaya, 2000; Mondejar); en el trabajo se muestran los resultados de algunas de las
excavaciones analizadas.
En este macizo aparecen de dos a tres sistemas de grietas principales, más algunas grietas aleatorias o
complementarias. La distancia promedio entre las grietas es de 300 a 500 mm, estas son continuas, planas
y rugosas y su grado de alteración es moderado, la abertura de las grietas está en el rango de 2 a 5 mm y
las mismas están rellenas con material arcilloso poco consolidado, la humedad es baja y sólo se logra
humedecer las paredes, aunque en algunos tramos aislados se manifiesta en forma de goteo constante.
Túneles del trasvase de Mayarí.
Teniendo en cuenta la gran extensión que tienen estas obras y la gran variedad de tipos de rocas, por las
que los túneles fueron laboreados, se hizo un análisis por separado en cada tramo o túnel que se laborea
en este macizo rocoso. Se midieron 978 grietas en 42 estaciones, también se utilizaron 739 mediciones
realizadas por otros autores (Cartaya, 2000; Lovaina, 2000).
17
�En este macizo podemos apreciar la existencia de tres sistemas de grietas, más algunas grietas aleatorias,
la distancia entre estas grietas es de 100 a 300m como promedio, las mismas se clasifican en grietas
continuas, onduladas y rugosas y están rellenas con partículas arcillosas consolidadas, las paredes están
ligeramente alteradas, la afluencia de agua es muy baja, excepto en algunos tramos donde el caudal es
elevado, las aberturas tienen un ancho de 2 a 6mm.
Túneles populares de Holguín.
En este macizo rocoso fueron estudiados varios túneles: túnel de ciencias médicas, túnel de Caguayo y el
túnel de Fundición, en los cuales se siguió el mismo procedimiento, que en los macizos analizados
anteriormente. En estos se realizaron 1349 mediciones de grietas en 153 estaciones de mediciones,
utilizando también 879 mediciones realizadas por otros autores (Acosta, 1996; Cuesta, 1996; Mondejar,
2001).
En este túnel se pueden encontrar de dos a tres sistemas de grietas principales, así como algunas grietas
complementarias, la distancia promedio entre las grietas es de 100 a 500 mm, las grietas se clasifican
como continuas, planas y rugosas o lisas y las mismas tienen una abertura de 1,30 a 4,5 mm estando
rellenas con material arcilloso, el grado de alteración es moderado y el de humedad es bajo o casi nulo y
solo en las épocas de lluvias se convierte en un flujo constante.
Túnel hidrotécnico de Las Tunas.
Para hacer una valoración lo más detallada posible de cada uno de los parámetros o índices que
caracterizan el agrietamiento en este macizo, se realizaron las mediciones en los dos tramos que forman
este túnel. Aquí se midieron 689 grietas en 78 estaciones de medición.
Este macizo se caracteriza por tener bien definido tres sistemas de grietas, la distancia promedio que
existe entre ellas es de 150 a 300 mm, las mismas se caracterizan por ser continuas, planas y rugosas, las
aberturas son menores de 5 mm y están rellenas con material arcilloso, sus paredes son blandas y en
cuanto a la humedad podemos decir que esta es media y se manifiesta en forma de goteo constante.
Túneles populares de Guantánamo.
En este macizo rocoso fueron analizados varios túneles, los cuales durante sus análisis presentaban
características muy similares, en cuanto al agrietamiento y otros factores que lo caracterizan. Para estos
túneles se realizaron 1367 mediciones en 126 estaciones de medición.
De manera general podemos decir, que en estos macizos se puede apreciar dos sistemas de grietas bien
definidos, con los cuales se encuentran asociadas algunas grietas aleatorias o complementarias. El espacio
entre las grietas es de aproximadamente 200 a 300 mm, las mismas son continuas, planas y lisas y en
algunos casos onduladas y lisas. La abertura de las grietas es de 0,2 a 5mm, estas aberturas están rellenas
con material desintegrado o poco consolidado, como el talco, yeso, arcilla entre otros, la humedad es muy
baja y en algunos casos llega a ser nula.
Túneles populares de Moa.
Los túneles de Moa se encuentran ubicados en el macizo ofiolítico de la región Oriental de nuestro país,
en estos se midieron 2174 grietas en 104 estaciones de medición.
18
�En este macizo aparecen de tres a cuatros sistemas de grietas y algunas grietas aleatorias, aunque en
algunos tramos aparece un agrietamiento caótico con intercalaciones de milonitas, el espaciamiento entre
las grietas varía de 100 a 500 mm, las grietas son discontinuas, con una ligera rugosidad, la abertura está
en el rango de 0,8 a 5mm. Estas aberturas están rellenas con material arcilloso. La humedad es muy baja y
solo en algunos tramos aparece en forma de goteo.
Mina Amores.
Para el análisis de este macizo rocoso se dividió el socavón en tres tramos, donde se midieron 351 grietas
en 23 estaciones de mediciones.
En este macizo se definen cuatro sistemas de grietas más algunas grietas complementarias, el
espaciamiento entre las grietas está en el rango de 200 a 300 mm, en este tramo las grietas son continuas,
onduladas y rugosas a lisas, el relleno es de material arcilloso, el espacio de las aberturas de las grietas es
menor de 5mm y la humedad o flujo de agua es nulo.
Los resultados obtenidos del estudio del agrietamiento para los diferentes macizos rocosos, se muestran
en las tablas de la 1 a la 8 del anexo, donde se señala el valor promedio de cada parámetro determinado.
El análisis estadístico se realizó a partir del criterio de lograr una confiabilidad en los resultados obtenidos
por encima del 85%.
II. 6 Determinación de la bloquicidad en los macizos estudiados
Para la determinación de la bloquicidad en cada macizo rocoso estudiado, se parte del análisis del
agrietamiento, de la existencia de fallas, de los planos de estratificación y de otros defectos estructurales,
que influyen en la valoración del tamaño, forma y disposición espacial de los bloques, al igual que en el
comportamiento del macizo. Palmstrφm,1986 y 1995. Hoek and Brawn, 1980, 1995 y 1999. Para llevar a
cabo este proceso, se utilizaron varios métodos, los cuales están basados en diferentes factores, que
caracterizan al macizo.
Para determinar el tamaño y forma de los bloques en cada macizo, según los análisis estadísticos se
realizaron de 15 a 25 determinaciones para lograr una confiabilidad mayor del 85%. Los resultados de la
valoración de la bloquicidad, para los macizos estudiados se muestran en las tablas de la 9 a la 16 del
anexo. En ellas se señala el valor promedio de los resultados obtenidos por cada método y su variación.
Teniendo en cuenta el análisis realizado y los resultados de cada método se obtiene que en los macizos
ofiolíticos y sedimentarios, para la determinación del volumen de los bloques se debe utilizar el método a
partir del número de grietas, en tanto que para la determinación de la forma y dimensiones de los bloques,
se debe emplear el método que se basa en la relación de la distancia entre las grietas y para la formación
El Cobre, el método que se debe de utilizar es la determinación del volumen de los bloques a partir del
número de grietas.
II.7 Análisis del grado de deterioro de los macizos rocosos
Para la valoración del grado de deterioro de los macizos rocosos son empleados numerosos criterios, los
que se basan en diferentes parámetros; como por ejemplo: grado de decoloración, grado de
descomposición química y física, en la relación roca – suelo (los que pueden ser obtenidos mediante
19
�observaciones visuales), pérdida de resistencia de la roca, disminución de su módulo de elasticidad,
incremento de la porosidad, humedad y variación del índice de calidad de las rocas RQD; (los que son
obtenidos por la realización de trabajos experimentales).(Barton N. 1985, Kilic R. 1995, Bieniawski.1967.
Almaguer, 2001).
Para el estudio del proceso de deterioro en primer término se realizaron observaciones visuales que
permitieron realizar la descripción del macizo rocoso, así como de las características de las rocas que
rodean las excavaciones.
II.8 Análisis de las condiciones de estabilidad en los macizos rocosos estudiados
Para la evaluación de la estabilidad de las excavaciones de las obras objeto de estudio se emplearon
cuatro de las clasificaciones más difundidas en el mundo y en nuestro país:
•
Clasificación de Deere, que se basa en la determinación de un índice de calidad de las rocas el
RQD.
•
Clasificación que se basa en el RMR ( Rock Mass Rating) propuesto por Bieniawski (versión
corregida de 1979) (Bieniawski, 1979; Moreno, 1998).
•
Clasificación del Instituto Noruego de Geotecnia, que se basa en el sistema Q de Barton, Lien y
Lunde de 1974 y está basada en seis parámetros (Barton, 1974 y Vallejo, 1998).
•
Clasificación basada en el índice S propuesto por Bulichev (Blanco,1998; Martínez
Silva, 2000).
Al analizar diferentes trabajos de evaluación de la estabilidad realizados en algunos de los
macizos de la Región Oriental de nuestro país por otros investigadores (Falero,1997; Cartaya,
1996, 2000,2001; Ugalde, 2000; Mondejar, 2001) se obtuvo que: para los análisis fueron
divididas las excavaciones en tramos con características litológicas similares, a partir de este
criterio, se puede observar que en algunas zonas, no es posible dar un criterio de estabilidad
debido a la variación de los resultados obtenidos por cada una de las metodologías mencionadas.
Por ejemplo para la mina Las Merceditas la diferencia de los resultados del RMR y de Q varían
en un amplio rango, esto implica que no se pueda realizar una caracterización del
comportamiento de la estabilidad del conjunto macizo excavación, ocurriendo así para otras
obras.
Utilizando algunos de los resultados de los trabajos mencionados anteriormente y otros obtenidos por el
autor y usando una combinación de los métodos de muestreo estratigráfico, grupal e intencional se
dividieron las excavaciones según tramos litológicos y se evalúo la estabilidad para cada tramo por
separado lo que permitió establecer un criterio de estabilidad de las excavaciones. Ver tablas de la 17 a la
40 del anexo, donde se ofrecen los resultados promedios y la variación según análisis estadísticos.
Como la evaluación de la estabilidad se realizó por cuatro de las metodologías existentes se hace
necesario conocer si los resultados obtenidos son diferentes estadísticamente, para esto se utilizó el test de
20
�la F de Fisher, para poder determinar sí existen diferencias entre las medias obtenidas en los diferentes
métodos con un nivel de significación de 0,05 (Bluman, 1995). El procesamiento de los datos arrojó que
los resultados obtenidos de los métodos son diferentes estadísticamente en algunas de las obras
estudiadas. El procesamiento estadístico se realizó con la ayuda del programa Microsoft Excel.
Para determinar si hay diferencia significativa en la clasificación de las rocas a través de los diferentes
métodos, se le asignó un código a cada clasificación, para poder aplicar un análisis de varianza de
clasificación doble que permita determinar si hay diferencias entre las clasificaciones de las rocas.
Codificación usada: Roca Muy Buena 1, Roca Buena 2, Roca Media 3, Roca Mala 4, Roca Muy Mala 5.
De los resultados del análisis de varianza realizado para las excavaciones laboreadas en los macizos
estudiados se deduce que existen diferencias significativas en la clasificación de las rocas obtenida por las
diferentes metodologías y que la calidad de las rocas difieren significativamente tanto para las filas
(metodologías) como para las columnas (tramos), las probabilidades son menores que el 5% (nivel de
significación que se usa generalmente).
De los resultados obtenidos por el análisis de varianza, se recomienda que para evaluar la estabilidad de
las obras en los macizos ofiolíticos, se puede utilizar la clasificación de Bieniawski, para las excavaciones
laboreadas en el macizo El Cobre, se puede utilizar cualquiera de las clasificaciones propuestas y para los
túneles populares laboreados en el macizo de rocas sedimentarias de la provincia de Guantánamo, se
recomienda que se puede utilizar cualquiera de las clasificaciones propuestas excepto la de Barton.
II.9 Conclusiones
Se hace un estudio detallado de las propiedades físico - mecánicas de las rocas, y en los casos que se
considera necesario se realiza por el autor, estudios adicionales de estas propiedades, y de otras que
anteriormente no habían sido determinadas en estos macizos (Dureza y Abrasividad). El estudio del
agrietamiento se debe realizar por tramos litológicos iguales, con una longitud de 9 a 25 m y el método
utilizado para el muestreo es la combinación del estratigráfico con el intencional y el grupal. Para la
valoración de la bloquicidad en los macizos ofiolíticos y en el macizo de rocas sedimentarias se debe de
emplear el método basado en el número de grietas y el método basado en la relación que existe entre la
distancia de las grietas, y para el macizo de la formación El Cobre, se debe de emplear el método basado
en el número de grietas, para los macizos ofiolíticos y el macizo de la formación el cobre el deterioro se
comporta entre bajo y moderado y para el macizo de rocas sedimentarias es alto.
El comportamiento de la estabilidad para las excavaciones laboreadas en el complejo ofilítico es de buena
a mala, en correspondencia con el tramo que se analice. Por su parte las laboreadas en la formación El
Cobre se clasifican de buenas a media y para el macizo de rocas sedimentarias la estabilidad de las rocas
se clasifica de media a mala.
CAPITULO III. DETERMINACIÓN DEL MÉTODO MÁS ADECUADO DE ARRANQUE DE
LA ROCA EN CADA MACIZO ESTUDIADO
III.1 Análisis de las clasificaciones de excavabilidad más utilizadas en la actualidad para la elección
del método de arranque de la roca
21
�Las clasificaciones de excavabilidad que más se emplean en la actualidad son: (Abdullatif y Crudden,
1983; Bell,1987; Franklin, 1971, 1997; Kirsten, 1982; Louis, 1974; Romana, 1981, 1997, 1994; López,
1997, 1999).
•
Clasificación propuesta por Abdullatif y Crudden, basada en la utilización de los valores del
índice (RMR) propuesto por Bieniawski y los valores del índice (Q) propuesto por Barton, ver
figura 1 del anexo.
•
Clasificación propuesta por Franklin, que se basa en los valores del espaciamiento entre las
grietas (Eg) y los valores de la resistencia a la compresión simple de las rocas (Rc), ver figura 2
del anexo.
•
Clasificación propuesta por Louis, basada en los valores del (RQD) propuesto por Deere y los
valores de la resistencia a compresión simple de la roca (Rc) en (Mpa), ver figura 3 del anexo.
•
Clasificación propuesta por Kirsten, basada en la determinación de un índice de excavabilidad
(N), el que se determina por la expresión que se muestra a continuación y la utilización de la
tabla 1.
N = Rc(
RQD jr
)( ) js
jn
ja
Donde: Rc - resistencia a la compresión de las rocas, Jn - cantidad de sistemas de grietas, Jr - rugosidad
de las grietas, Ja - grado de alteración de la roca y Js - resistencia estructural del macizo.
Tabla 1. Clasificación propuesta por Kirsten.
Método de excavación
(N)
Escarificación fácil
1 – 10
Escarificación difícil
10 – 100
Escarificación muy difícil
100 – 1000
Prevoladura o voladura
1000 – 10 000
Voladura
> 10 000
• Clasificación propuesta por Romana Ruiz, la que se basa en los valores del (RQD) propuesto
por Deere y los valores de la resistencia a compresión simple de las rocas (Rc) en (Mpa), así
como en una clasificación de los terrenos respecto a la excavabilidad mecánica en túneles ver
figura 4 del anexo y tabla 2.
Tabla 2. Clasificación de los terrenos respecto a la excavabilidad.
Zonas Topos
Fn >25 tn
A
Posible?
B
Adecuado
C
Adecuado
D
Adecuado
E
Posible
F
G
-
Rozadoras
Fn < 25 tn P > 80 tn
Posible?
Posible?
Adecuado Adecuado
Adecuado Adecuado
Posible
Adecuado
-
Martillo
80 >P>50 tn 50 >P>30 tn escarificador
Adecuado
Adecuado
Posible
Posible?
Adecuado
Adecuado
Posible?
Adecuado
Adecuado
Adecuado
Posible
Posible?
Pala Traílla
Posible?
Posible?
Adecuado
22
�•
Clasificación propuesta por Hadjigeorgiou y Scoble, la que se basa en la determinación de un
índice de excavabilidad del macizo rocoso, mediante la utilización de la expresión que se
muestra a continuación, y la tabla 3.
IE = ( Is + Bs)W × Js
Donde: Is - Resistencia bajo carga puntual, Bs - Tamaño de bloque, W - Grado de alteración del macizo
rocoso y Js – Índice de disposición estructural relativa.
Tabla 3. Valoración de la excavabilidad de los macizos rocosos en función de los valores del índice de
excavabilidad, propuesto por Hadjigeorgiou y Scoble.
Clases
I
II
III
IV
V
•
Facilidad de excavación
Muy fácil
Fácil
Difícil
Índice de excavabilidad
Menor de 20
20 – 30
30 – 45
Muy difícil
45 – 55
Voladura
Mayor de 55
Clasificación propuesta por Scoble y Muftuoglu, la que se basa en la determinación de un
índice de excavabilidad del macizo rocoso, mediante la utilización de la expresión que se
muestra a continuación y la tabla 4.
IE = W + S + J + B
Donde: W - Grado de alteración del macizo rocoso, determinado en las paredes de las excavaciones, S Resistencia de la compresión simple, J - Distancia entre grietas, B – Potencia de los estratos.
Tabla 4. Valoración de la excavabilidad de los macizos rocosos en función de los valores del índice de
excavabilidad, propuesto por Scoble y Muftuoglu.
Clase
Facilidad de excavación
Índice de excavabilidad
I
Muy fácil
Menor de 40
II
Fácil
40 – 50
III
Moderadamente difícil
50 – 60
IV
Difícil
60 –70
V
Muy difícil
70 –95
VI
Extremadamente difícil
95 –100
VII
Marginal sin voladura
Mayor de 100
III. 2 Análisis de la aplicación de las clasificaciones de excavabilidad en los macizos estudiados
El empleo de las clasificaciones de excavabilidad, resulta en cualquier caso insuficiente para fundamentar
la adecuada elección del método de arranque, aunque en ocasiones su empleo puede permitir obtener
criterios preliminares al respecto. A continuación se hace un análisis de los resultados obtenidos de la
aplicación de estas clasificaciones en los macizos estudiados.
Macizos ofiolíticos.
Se analizaron las características geo – estructurales de los macizos rocosos donde se ubican las obras
objeto de estudio y que pertenecen a este tipo de macizo: mina Las Merceditas, túneles del trasvase de
Mayarí, túneles populares de Holguín, túnel hidrotécnico de Las Tunas, túneles populares del municipio
23
�de Moa y la mina Amores, también se tuvo en cuenta los parámetros en los que se basa cada clasificación
de excavabilidad.
•
Abdullatif y Crudden, no es recomendable emplearla en este tipo de macizo, ya que presenta
una series de limitaciones: Los valores del RMR son estimados y no existe una adecuación
correcta del sistema Q, no se tiene en cuenta el valor de la resistencia del macizo, siendo usado
el valor de la resistencia lineal de las rocas, siendo este factor uno de lo que mayor influencia
tiene en el proceso de destrucción y por consiguiente en el arranque de las rocas.
•
La propuesta por Franklin, es muy limitada, debido a que en ella el autor propone voladura para
las rocas, a partir de valores del RQD alto y una resistencia muy baja y en este macizo estos
parámetros no se comportan de esta forma, lo que se debe a que la resistencia no varía con
facilidad, por el bajo índice de deterioro que ellos presentan, además el agrietamiento, que en la
mayoría de los casos es considerable afecta los valores del RQD, no se considera la resistencia
del macizo.
•
La clasificación propuesta por Louis, presenta las siguientes limitantes: En esta clasificación se
propone utilizar los valores de la resistencia de las rocas, cuando lo correcto sería emplear los
valores estimados de la resistencia del macizo que es mucho más confiable y que en este caso
permite valorar mejor el comportamiento real de estos durante el proceso de arranque, además
no se realiza un análisis de las maquinarias, lo que impide en caso de que el método de
arranque sea mecánico valorar el campo de aplicación de estas, independientemente que el
límite para su aplicación asignado en esta clasificación es muy bajo lo que no está en
correspondencia con la realidad de la tecnología ni de este macizo.
•
La clasificación propuesta por Kirsten presenta las siguientes limitaciones: Estos macizos
generalmente se encuentran muy agrietados, por lo que este parámetro juega un papel muy
importante en el proceso de laboreo de las excavaciones y en la determinación de su dirección,
siendo este último un factor que en esta clasificación no se tiene en cuenta con un nivel de
ponderación adecuado, además no se valora el grado de humedad de las rocas, la que en
algunos sectores de estos macizos es considerable y no se realiza un análisis que permita definir
el tipo de maquinaria a emplear en caso de que el arranque se realice con métodos mecánicos,
lo que en algunos casos o sectores es posible.
•
La clasificación de Romana, no tiene en cuenta factores importantes tales como: la humedad de
las rocas, la que en algunos sectores es considerable, por lo que tiene determinado grado de
influencia en el proceso de arranque, en esta clasificación independientemente que se valora el
agrietamiento del macizo, por la forma de manifestación del mismo y el rol que este juega en
este proceso se considera que el estudio es insuficiente.
•
La clasificación propuesta por Hadjigeorgiou y Scoble, no se puede aplicar con una buena
exactitud en los resultados, dado el hecho de que teniendo en cuenta las características del
24
�agrietamiento en estos macizos, la que en la mayoría de los casos es muy compleja, se hace
muy difícil establecer cual es la dirección correcta para el ataque de la roca, además la
valoración del grado de meteorización tampoco se manifiesta con claridad, lo que provoca una
mayor dificultad en la valoración de este parámetro, se propone utilizar como uno de los
factores básicos la resistencia de las rocas bajo carga puntual, cuando lo correcto sería utilizar
los valores de la resistencia del macizo que son mucho más confiables y no se considera la
capacidad tecnológica de la maquinaria que se emplea para el arranque de la roca, que en estos
momentos es muy amplia y que se puede adaptar con facilidad a estos macizos.
•
La clasificación propuesta por Scoble y Muftuoglu, presenta limitaciones muy parecidas a la
clasificación anterior, ya que en las diferentes zonas estudiadas el macizo no se manifiesta de
forma estratificada, además no se realiza una valoración detallada del agrietamiento, siendo este
otro de los parámetros que mayor influencia tiene en el comportamiento mecánico - estructural
de este macizo.
Macizo de la formación El Cobre.
Se realizó un estudio en todo el sector de la mina El Cobre con el objetivo de conocer su comportamiento
mecánico – estructural y poder tener un criterio de valoración, que nos permitiese definir como se
adecuan estas clasificaciones a este comportamiento.
•
La clasificación propuesta por Abdullatif y Crudden, no es recomendable emplearla en este
macizo. Los valores de los parámetros en los que esta se basa son estimados y para este tipo de
macizo estos factores varían considerablemente en correspondencia con las características del
tramo analizado, por lo que se puede decir que no existe una adecuación correcta del sistema Q,
en este macizo, otro de los parámetros que mayor influencia tienen en el arranque es su
resistencia y el agrietamiento y ninguno de los dos parámetros se tiene en cuenta como cuestión
básica en la clasificación.
•
Según los análisis de la clasificación propuesta por Franklin, se obtiene que su aplicación en
este macizo es muy limitada, debido a que en ella el autor propone voladura para las rocas, a
partir de valores del RQD alto y una resistencia muy baja, lo que en este macizo no se comporta
de esta forma.
•
La clasificación propuesta por Louis presenta las siguientes limitaciones: Se propone utilizar
los valores de la resistencia de las rocas, cuando lo correcto sería emplear los valores estimados
del macizo que es mucho más confiable y que en este caso permite valorar mejor el
comportamiento durante el proceso de arranque, no se tiene en cuenta la humedad de las rocas,
la que en algunos sectores se manifiesta con bastante intensidad afectando de esta forma la
resistencia del macizo, siendo este otro de los parámetros que mayor influencia tiene en el
proceso de arranque de la roca.
•
La clasificación de excavabilidad propuesta por Kirsten tiene también limitaciones, que se
relacionan con el comportamiento geo – estructural de este macizo. El agrietamiento en este
25
�macizo se comporta con determinado grado de intensidad en algunos sectores lo que provoca
que el mismo esté muy fragmentado, influyendo considerablemente en el proceso de arranque y
en esta clasificación esto no se tiene en cuenta, otro factor que limita la aplicación de esta
clasificación es que no se valora el grado de humedad de las rocas y este es otro de los
parámetros de este macizo que mayor influencia tiene en el proceso.
•
La clasificación de Romana, también se considera que presenta limitaciones, entre ellas: se
propone utilizar los valores de resistencia de las rocas, cuando lo correcto sería emplear los
valores estimados del macizo que en este caso es mucho más confiable y que permite valorar
con mayor exactitud el comportamiento real del macizo, no se tiene en cuenta la humedad de
las rocas, la que en algunos sectores es considerable, lo que provoca que la resistencia varíe en
determinada magnitud, por lo que este es otro de los parámetros de este macizo que mayor
influencia tiene en el proceso.
•
La clasificación propuesta por Hadjigeorgiou y Scoble, también presenta limitaciones. En este
macizo teniendo en cuenta las características del agrietamiento, el que se comporta con
determinado grado de intensidad en algunos sectores y en otros no, lo que provoca que la
bloquicidad como uno de los parámetros básicos de esta clasificación y que mayor influencia
tiene en el proceso de arranque, varíe considerablemente lo que atenta contra la efectividad del
proceso.
•
La clasificación propuesta por Scoble y Muftuoglu, presenta limitaciones muy parecidas a la
clasificación anterior; Este macizo no se manifiesta de forma estratificada, el grado de
alteración se recomienda valorarlo en las paredes de las excavaciones, lo que es muy difícil de
analizar, por el hecho de que este proceso en este macizo no se manifiesta con claridad o la
magnitud con que el mismo influye en el comportamiento de la roca es muy baja, no se realiza
una valoración detallada del agrietamiento, siendo este otro de los parámetros que mayor
influencia tiene en el comportamiento mecánico - estructural del macizo.
Macizo de rocas sedimentarias.
Se realizó un estudio de las características geo – estructurales del mismo, el que se llevó a cabo a través
del análisis de este comportamiento en varios túneles que se construyen en esta región.
•
La clasificación propuesta por Abdullatif y Crudden, basada en los valores de Q y del RMR,
presenta algunas limitaciones por lo que no es recomendable emplearla en este tipo de macizo.
En este caso uno de los parámetros que mayor influencia tiene en el arranque de la roca es la
resistencia y esta no se tiene en cuenta como cuestión básica en la clasificación, tampoco se
realiza un análisis que permita definir el tipo de maquinaria a emplear en caso de que el
arranque se realice con métodos mecánicos, lo que teniendo en cuenta las características geo –
estructurales del macizo es muy evidente su utilización, no se tiene en cuenta la estratificación
del macizo, la bloquicidad ni el grado de deterioro de las rocas.
26
�•
Según los análisis de la clasificación propuesta por Franklin, se obtiene que su aplicación en
este macizo es muy limitada, debido a que en ella no se realiza un análisis que permita definir
el tipo de maquinaria a emplear en caso de que el arranque se realice con métodos mecánicos,
lo que teniendo en cuenta las características geo – estructurales del macizo es muy evidente, no
se tiene en cuenta la estratificación del macizo, la bloquicidad, la humedad, ni el grado de
deterioro de las rocas.
•
Al igual que la anterior clasificación, la propuesta por Louis tampoco se puede utilizar en este
macizo; no se tiene en cuenta la humedad de las rocas, la que en algunos sectores se manifiesta
con bastante intensidad afectando de esta forma la resistencia, no se realiza una valoración de la
estratificación, la bloquicidad ni el grado de deterioro, que son los parámetros que realmente
controlan el comportamiento de este macizo.
•
La clasificación de excavabilidad propuesta por Kirsten tiene también limitaciones; no se
valora el grado de humedad de las rocas el que afecta considerablemente las características de
resistencia del macizo, no se tiene en cuenta la estratificación, la bloquicidad ni el grado de
deterioro de las rocas, siendo estos los elementos que mayor influencia tienen en el proceso de
arranque, tampoco se realiza un análisis que permita definir el tipo de maquinaria a emplear en
caso de que el arranque se realice con métodos mecánicos, lo que teniendo en cuenta las
características geo – estructurales del macizo es muy evidente.
•
La clasificación de Romana, presenta limitaciones, no se tiene en cuenta la humedad de las
rocas la que en algunos sectores es considerable, lo que provoca que la resistencia varíe en
determinada magnitud, no se realiza una valoración de la estratificación, la bloquicidad ni el
grado de deterioro, que son los parámetros que realmente controlan el comportamiento del
macizo.
•
La clasificación propuesta por Hadjigeorgiou y Scoble, también presenta algunas limitaciones.
En este caso uno de los parámetros que mayor influencia tiene en el arranque es la resistencia
del macizo y en esta clasificación no se tiene en cuenta como uno de los elementos básicos, no
se realiza un análisis que permita definir el tipo de maquinaria a emplear en caso de que el
arranque se realice con métodos mecánicos, lo que teniendo en cuenta las características geo –
estructurales del macizo es muy evidente, no se tiene en cuenta la estratificación del macizo.
•
La clasificación propuesta por Scoble y Muftuoglu, presenta limitaciones muy parecidas a la
clasificación anterior; no se valora el grado de humedad de las rocas el que afecta
considerablemente las características de resistencia del macizo, no se tiene en cuenta dentro de
sus parámetros básicos la bloquicidad, ni la dirección de los principales sistemas de diaclasas,
siendo estos algunos de los elementos que mayor influencia tienen en el comportamiento geo –
estructural y por consiguiente en el proceso de arranque, tampoco se realiza un análisis que
27
�permita definir el tipo de maquinaria a emplear en caso de que el arranque se realice con
métodos mecánicos, lo que es muy evidente.
Teniendo en cuenta los resultados de los análisis realizados anteriormente, para determinar cuáles son las
clasificaciones de excavabilidad que más se adecuan a las características de cada uno de los macizos
estudiados y poder contribuir con ello a la adecuada elección del método de arranque de las rocas en cada
caso, se hace un estudio del historial sobre la efectividad de los métodos de arranque empleados en estas
obras (durante 5 años), se tiene en cuenta las condiciones geo - estructurales de los macizos y la
correspondencia de estas condiciones con los parámetros que sirven de base para el empleo de cada una
de las clasificaciones de excavabilidad.
III. 3 Indicaciones metodológicas para la elección del método de arranque de las rocas durante el
laboreo de excavaciones horizontales de pequeña y mediana sección
A partir de los estudios realizados y los resultados obtenidos, se propone un sistema de indicaciones
metodológicas, que posibilitan con su empleo lograr una correcta fundamentación en la elección del
método de arranque de la roca.
Estas indicaciones se pueden resumir en lo siguiente:
1. Análisis de las características ingeniero- técnicas de la obra.
2. Caracterización geomecánica del macizo.
3. Determinación del grado de bloquicidad del macizo.
4. Evaluación de la estabilidad del macizo.
1. Análisis de las características ingeniero - técnicas de la obra.
La valoración de las características ingeniero – técnicas de la obra, se debe de realizar con el objetivo de
conocer los diferentes factores que influyen en el proceso de arranque de la roca.
Se debe de analizar su forma y dimensiones, para poder determinar las características de los instrumentos
de corte en la maquinaria de excavación, de forma tal que estos se adecuen a estas secciones, en el caso
de que el proceso se realice con métodos mecánicos, si lo que se usa es voladura esto permite valorar la
correcta ubicación de los barrenos según el contorno deseado, se puede valorar la profundidad de los
barrenos y determinar que correspondencia existe entre el tamaño de las excavaciones y el tamaño de los
bloques; se debe valorar la profundidad y lugar de ubicación de la excavación en el macizo, lo que
permite tener en cuenta la influencia de las direcciones de los principales sistemas de grietas, en la
dirección de laboreo de esta, pudiendo definir con esto el lugar más adecuado al respecto.
Se debe realizar un análisis para conocer el grado de influencia de excavaciones vecinas ó de obras de
superficie, en caso de que estas existan, para conocer el comportamiento del macizo y por consiguiente de
las excavaciones que se vayan a laborear.
2. Caracterización geomecánica del macizo.
Para ello se deben ponderar más las propiedades y características que influyen en la definición del método
de arranque a emplear, dentro de las que tenemos:
Valoración de las características geológicas e hidrogeológicas del macizo.
28
�Para valorar las características geológicas del macizo, se debe hacer un estudio o evaluación de la región,
que permita conocer el origen o génesis de este, los afloramientos o diferentes topos de rocas que lo
integran, las diferentes estructuras, los elementos de yacencia de estas estructuras, se debe realizar un
análisis de los fósiles para conocer la edad de las rocas y las características de estas. Hay que hacer
fundamental énfasis en el deterioro del macizo provocado por los diferentes agentes de interperismo y
como influye este proceso en el comportamiento de las propiedades y en el proceso de arranque de las
rocas.
En cuanto a las características hidrogeológicas, hay que conocer: Las principales direcciones de
movimiento de las aguas, tanto superficiales como subterráneas, la profundidad de estas y su
gradiente, la cantidad de horizontes acuíferos, sus características y conocer si se comunican entre
sí, además el tipo de roca donde se forman estos acuíferos.
Determinación y valoración de las propiedades físico – mecánicas de las rocas.
La valoración de las propiedades físico – mecánica de las rocas, se debe realizar a partir de la
determinación de las propiedades que sean de interés o necesario su conocimiento para llevar a cabo la
investigación, para ello se debe realizar el análisis de los trabajos realizados para macizos similares y en
el caso de que las propiedades sean determinadas por el propio investigador, se debe realizar la toma de
muestras a partir de un estudio para la determinación del número de muestras que hay que tomar en
condiciones naturales y que se establece en el diseño de experimentos, posteriormente se determinarán
sus propiedades, mediante ensayos de laboratorio o en condiciones naturales (in situ). La determinación
de las propiedades se debe de realizar cumpliendo rigurosamente los requisitos de las diferentes
metodologías existentes al respecto y en los laboratorios que reúnan las condiciones exigidas, todo esto
con el objetivo de obtener los resultados con el grado de confiabilidad requerido.
En este aspecto se considera que se debe prestar fundamental interés a las siguientes propiedades:
Resistencia del macizo, abrasividad, dureza, fortaleza porosidad y presencia de agua en las rocas.
Análisis del comportamiento mecánico – estructural del macizo.
Se debe realizar una valoración de los aspectos que caracterizan el agrietamiento y que mayor influencia
tienen en el proceso de arranque de la roca (Cantidad de sistemas de grietas, distancia entre las grietas,
ancho, relleno y características de estas, dirección de los principales sistemas, así como la existencia de
grietas complementarias), este análisis se debe realizar a partir de la utilización del método geológico en
excavaciones de exploración, el análisis de muestras de sondeo, los métodos geofísicos u otro de los
métodos empleados al efecto.
En caso de que el método empleado sea el geológico, el macizo se debe dividir en tramos con
características litológicas similares de 10 a 25m de longitud, logrando con esto una elevada
representatividad en el estudio, aquí se debe realizar un estudio de todos los parámetros que caracterizan
al agrietamiento y que influyen en el proceso de arranque. Si el método empleado es el geofísico, se debe
realizar un análisis que permita determinar cuales son las zonas de mayor o menor agrietamiento dentro
29
�de un área determinada, generalmente los métodos que más se emplean son los sísmicos y
fundamentalmente la variante de reflexión y refracción, este consiste en que en una zona determinada se
realiza una excitación y se mide como varía la velocidad de las ondas longitudinales y transversales, a
partir de lo cual se valora el agrietamiento. Cuando se emplean los testigos de sondeo, se debe realizar
una elección muy cuidadosa del testigo, mediante el cual se determinan los diferentes sistemas de grietas
así como la distancia entre ellas, de forma tal que no se cofundan las grietas relacionadas con la génesis
del macizo y las originadas por el proceso de perforación, este método tiene el inconveniente que no se
puede determinar las direcciones de los principales sistemas de grietas.
Para realizar también el análisis del comportamiento mecánico – estructural del macizo se debe realizar
un estudio de sus características de resistencia, como se pronostican estas y la construcción y valoración
del pasaporte de resistencia.
3. Determinación del grado de bloquicidad del macizo.
Para la determinación de la bloquicidad del macizo, se deben analizar los diferentes métodos existentes al
respecto y utilizar aquellos que más se adecuan a las características geo - estructurales del macizo
estudiado. Para lograr todo este análisis se debe hacer un estudio detallado del agrietamiento del macizo,
ya que el mismo en la mayoría de los casos constituye la base para valorar la bloquicidad, se debe de
analizar también la disposición estructural de los bloques y su influencia en el proceso de arranque de las
rocas.
Dentro de los métodos que se deben de emplear están: El método para determinar el volumen del bloque a
partir de la frecuencia de las grietas (Na), este se basa en analizar un área de observación, tiene en cuenta
también la longitud de las grietas y su correspondencia con el área de observación; El método para
determinar el volumen del bloque a partir del número de grietas por m3, este se basa en la distancia de las
grietas de cada familia y el numero de grietas aleatorias; El método para la clasificación del volumen de
los bloques relacionado con el tamaño de la partícula (método de Palmstrom) y se debe de determinar el
tipo y forma de los bloques teniendo en cuenta la distancia entre las grietas de cada familia.
4. Evaluación de la estabilidad del macizo.
La estabilidad del macizo se puede evaluar por diferentes vías a partir de las condiciones mecánico y geo
- estructurales del macizo y del equipamiento con que se cuente para ello.
Para tal fin se pueden emplear algunas de las denominadas clasificaciones geomecánicas, como la de
Bieniawski, Barton, Palmstrφm, Laubescher y Bulichev, entre otras, también pueden ser utilizados
criterios basados en los desplazamientos que sufre el macizo o en la formación de zonas de rocas
destruidas alrededor de las excavaciones. En todos los casos se deben evaluar los métodos que se
empleen y realizar el análisis estadístico de los resultados obtenidos con estos.
Para el análisis de la estabilidad se debe de dividir el macizo en tramos con similitud en cuanto a sus
características litológicas, expresando de esta forma los resultados de la estabilidad para cada uno de los
tramos analizados. Para el caso de que en la zona de estudio existan excavaciones subterráneas, el análisis
se puede realizar tanto por la evaluación de la estabilidad de estas obras ó el análisis de los testigos de
30
�sondeo, cuando se utilizan las excavaciones existentes se debe de prestar una especial atención a la
valoración del grado de deterioro de las rocas de forma tal que se pueda tener un criterio del nivel de
afectación que experimenta la estabilidad del macizo por este factor, también hay que tener en cuenta que
en el tramo analizado si existen inclusiones de otros tipos de rocas esto puede influir en la estabilidad;
Cuando el análisis se realiza mediante testigos de sondeo hay que tener en cuenta que el número de
parámetros que se pueden evaluar es muy limitado y que existen otros que no se pueden valorar por este
método y que influyen de manera decisiva en la estabilidad, por lo que se estima que por esta vía los
resultados obtenidos no son muy confiables.
III.4 Impacto socio – económico
Los resultados obtenidos en el presente trabajo permiten fundamentar de forma adecuada y con suficiente
rigor científico – técnico la elección del método de arranque de la roca durante el laboreo de excavaciones
horizontales, lo que sin duda tiene un significativo impacto socio – económico.
En la actualidad, en nuestro país, en muchos casos se emplea, a priori, el método de voladura para el
arranque de la roca, en condiciones, en que puede emplearse otra opción, lo que trae consigo un peor
contorneado de la excavación, una mayor afectación a la integridad del macizo y condiciones más
difíciles para el sostenimiento que se emplee, todo esto conduce al aumento de los costos y una
disminución en el nivel de confianza del personal que labora o se protege en estas obras.
Otro aspecto a tener en cuenta es que para poder implementar las indicaciones metodológicas propuestas,
surge la necesidad de elevar el nivel de los recursos humanos. En los resultados de este trabajo se
introducen elementos que no son del dominio del personal que está vinculado directamente a la
producción, por lo que este debe ser capacitado.
El trabajo representa una continuidad al conocimiento, por el hecho de que se aporta un sistema de
indicaciones metodológicas, que permiten determinar el método de arranque en otros macizos con
similitud en sus características. En nuestro país aun queda una gran cantidad de obras que no han sido
analizadas pero que presentan un determinado grado de semejanza, en cuanto a la geología, geomecánica,
condiciones constructivas entre otras, lo que permitiría el empleo en ellas de estas indicaciones.
III.5 Conclusiones
Se hace una valoración crítica de las clasificaciones de excavabilidad más conocidas, donde se
fundamentan sus insuficiencias, que limitan su empleo, para que por sí solas puedan ser empleadas para
elegir en forma fundamentada el método de arranque de la roca, se define para cada tipo de macizo rocoso
y obras estudiadas, cuales de estas clasificaciones, son factibles de empleo en el marco de contribuir con
una adecuada elección del método de arranque de la roca. Se propone un sistema de indicaciones
metodológicas que permite garantizar una adecuada y fundamentada elección del método de arranque de
la roca.
31
�CONCLUSIONES
Se define para cada tipo de macizo rocoso estudiado, cuáles son los métodos para determinar la
bloquicidad que se deben emplear: Para macizos ofiolíticos y macizos de rocas sedimentarias, se
debe emplear el método basado en el número de grietas y el método basado en la relación entre la
distancia entre grietas y para el macizo de la formación El Cobre, el método basado en el número
de grietas.
Se valora la estabilidad de los macizos por varios métodos y se define estadísticamente a partir de
los resultados obtenidos, cual método es el más adecuado en cada caso: Para el macizo ofiolítico,
el método de Bieniawski, para el macizo de la formación El cobre, el método de Bieniawski, el de
Bulichev y el de Barton y para el macizo de rocas sedimentarias, el método de Bieniawski y el de
Bulichev.
Se fundamenta el hecho de que ningunas de las clasificaciones de excavabilidad existentes, por sí
sola, permite elegir en forma adecuada y fundamentada el método de arranque de la roca, no
obstante se estima que ellas pueden ser utilizadas en estudios que se hagan con ese objetivo. Por
ello se define cuales de estas clasificaciones son factibles de usar en cada tipo de macizo rocoso
estudiado.
Se propone un sistema de indicaciones metodológicas, que posibilita con su empleo, lograr una
correcta fundamentación en la elección del método de arranque de la roca.
RECOMENDACIONES.
Aplicar el sistema de indicaciones metodológicas obtenido, para realizar la elección del método
más adecuado de arranque de la roca durante el laboreo de excavaciones subterráneas de pequeña
y medianas sección en el resto del país.
Valorar el desarrollo de un trabajo similar, pero orientado a los trabajos en canteras.
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39
�Tabla 1. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo
rocoso donde se ubica la mina Las Merceditas.
Parámetros o índices.
Socavón - 1
Espacios entre grietas,(m).
0,1 – 0,5
Sistemas de grietas
3
Rugosidad de las grietas
Rugosas
Alteración de las grietas Ligera alteración
Humedad de las grietas
Nula
Resultados de algunas Galerías estudiadas.
Galería - 4
Galería - 6
Galería -13
0,16 – 0,5
0,25 – 0,3
0,12 – 0,25
3
3
3
Rugosas
Rugosas
Rugosas
Ligera alteración Ligera alteración
Alteradas
Nula
Nula
Media
Galerí
0,1 –
3
Rugo
Alter
Ba
Tabla 2. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo rocoso
donde se ubica la mina El Cobre.
Parámetros o índices.
Espacios entre grietas,(m).
Sistemas de grietas
Rugosidad de las grietas
Alteración de las grietas
Humedad de las grietas
Resultados de algunas galerías estudiadas.
Galería principal
Galería de subnivel Galería de ventilación
0,3 – 0,5
0,2 – 0,4
0,22 - 0,27
2
3
3
Rugosas
Rugosas
Rugosas
Moderada
Ligera alteración
Ligera alteración
Nula
Nula
Media
Tabla 3. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo
rocoso donde se ubican los túneles del trasvase de Mayarí.
Parámetros o índices.
Sectores estudiados.
Túnel de Seboruquito
Túnel Enmedio –
Túnel Guayabo –
Túnel Gu
– Esperanza.
Guayabo.
Pontezuelo.
Manac
Espacios entre grietas,(m).
0,2 – 0,24
0,15 – 0,3
0,1 - 0,25
0,2 – 0
Sistemas de grietas
3
3
3
3
Rugosidad de las grietas
Lisas
Rugosas
Lisas
Rugosa
Alteración de las grietas
Ligera alteración
Ligera alteración
Ligera alteración
Ligera alter
Humedad de las grietas
Nula
Baja
Baja
Nulo - B
Tabla 4. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo rocoso
donde se ubican los túneles populares de Holguín.
Parámetros o índices.
Túnel de ciencias médicas
Espacios entre grietas,(m).
0,15 – 0,2
Sistemas de grietas
2
Rugosidad de las grietas
Lisas
Alteración de las grietas
Ligera alteración
Humedad de las grietas
Nula
Túneles estudiados.
Túnel de Caguayo
0,12 – 0,2
3
Rugosas
Ligera alteración
Baja
Túnel de Fundición
0,1 – 0,5
3
Lisas
Ligera alteración
Baja
40
�Tabla 5. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo rocoso
donde se ubica el túnel hidrotécnico de Las Tunas.
Parámetros o índices.
Espacios entre grietas,(m).
Sistemas de grietas
Rugosidad de las grietas
Alteración de las grietas
Humedad de las grietas
Túnel estudiado.
Tramo - 1
0,1 - 0,2
3
Rugosas
Ligera alteración
Media
Tramo - 2
0,15 - 0,3
3
Rugosas
Ligera alteración
Media
Tabla 6. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo
rocoso donde se ubican los túneles populares de Guantánamo.
Parámetros o índices.
Espacios entre grietas,(m).
Sistemas de grietas
Rugosidad de las grietas
Alteración de las grietas
Humedad de las grietas
Túnel - 1
0, 1 – 0,3
2
Lisas
Alteradas
Nula
Túneles estudiados.
Túnel - 2
0, 15 – 0,5
1
Lisas
Alteradas
Nula
Túnel - 3
0, 2 – 0,3
2
Lisas
Alteradas
Nula
Tabla 7. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo
rocoso donde se ubican los túneles populares de Moa.
Parámetros o índices.
Túnel del CAME.
Espacios entre grietas,(m).
Sistemas de grietas
Rugosidad de las grietas
Alteración de las grietas
Humedad de las grietas
0,15 – 0,5
3
Lisas
Ligera alteración
Baja
Túneles estudiados.
Túnel de
Túnel Empresa
Mantenimiento
Comandante E. Che
Constructivo.
Guevara.
0,1 – 0,35
0,1 – 0,5
4
3
Rugosas
Rugosas
Ligera alteración
Ligera alteración
Baja
Baja
Túnel Empresa
Mecánica del
Níquel.
0,15 – 0, 25
4
Rugosas
Ligera alteración
Nula
Tabla 8. Resumen de los resultados de los parámetros que caracterizan el agrietamiento del macizo rocoso
donde se ubica la mina Amores.
Parámetros o índices.
Espacios entre grietas,(m).
Sistemas de grietas
Rugosidad de las grietas
Alteración de las grietas
Humedad de las grietas
Tramo - 1
0,22 – 0,25
4
Rugosas
Ligera alteración
Nula
Tramos estudiados
Tramo - 2
0,25 – 0,3
4
Rugosas - Lisas
Ligera alteración
Baja
Tramo - 3
0,2 – 0,3
3-4
Lisas
Ligera alteración
Baja
41
�Tabla 9. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubica la
mina Las Merceditas.
Mina
Merceditas.
Socavón
Principal
Galería – 4
Galería – 6
Galeria – 13
Galeria – 15
Volumen de los
Bloques a partir
de la frecuencia
de grietas.
0,39 – 0,96 m3
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
número de grietas.
A; %
20,7
0,2 – 1,03 m3
25,31
Resultados.
Volumen de los
Bloques a partir del
tamaño de las
partículas
0,29 – 1,18 m3
0,33 – 0,96 m3
0,30 – 0,46 m3
0,31 – 0,55 m3
0,29 – 0,66 m3
18
21
19,77
19,8
0,4 – 0,8 m3
0,27 – 0,65 m3
0,29 – 0,63 m3
0,28 – 0,4 m3
18,04
22,4
19,3
27,45
0,31 – 0,78 m3
0,39 – 0,5 m3
0,3 – 0,58 m3
0,27 – 0,33 m3
A; %
F
19
Blo
20,12
15,09
23,06
18,54
Blo
Blo
Blo
Blo
Tabla 10. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubica la
mina El Cobre.
Mina El Cobre.
Volumen de los
Bloques a partir de
la frecuencia de
grietas.
Galería principal
0,26 – 0,66 m3
Galería de subnivel
0,4 – 0,57 m3
Galería de ventilación
0,5 – 0,58 m3
A; %
27,4
26
19,9
Volumen de los
Bloques a partir
del número de
grietas.
0,46 – 0,67 m3
0,36 – 0,57 m3
0,3 – 0,61m3
Resultados.
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
tamaño de las
partículas
16,4
0,37 – 0,58 m3
13,03
0,3 – 0,47 m3
21,8
0,3 – 0,45 m3
A; %
25,01
26,4
20,18
F
B
B
B
Tabla 11. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubican los
túneles del trasvase de Mayarí.
Túneles de
Mayarí.
Túnel de
Seboruquito –
Esperanza.
Túnel Enmedio –
Guayabo.
Túnel Guayabo –
Pontesuelo
Túnel Guaro Manacal.
Volumen de los
Bloques a partir
de la frecuencia
de grietas.
0,39 – 0,89 m3
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
número de grietas.
29,5
0,4 – 1,05 m3
Resultados.
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
tamaño de las
partículas
32,1
0,4 – 1,33 m3
A; %
For
parti
23,6
E
0,31 – 0,80 m3
23,05
0,27 – 0,98 m3
20,3
0,33 – 0, 953 m3
17
0,3 – 0,73 m3
19,88
0,24 – 0,89 m3
19,09
0,3 – 0,95 m3
16,53
20,33
3
0,26 – 0,75
0,33 – 0,80 m
E
E
21,24
0,31 – 0,78
19,7
E
42
�Tabla 12. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubican los
túneles populares de Holguín.
Túneles de
Holguín.
Túnel de ciencias
médicas
Túnel de
Caguayo
Túnel de
Fundición
Volumen de los
Bloques a partir de
la frecuencia de
grietas.
0,5 – 0,96 m3
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
número de grietas.
25,03
0,66 – 1,05 m3
Resultados.
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
tamaño de las
partículas
21,4
0,42 – 0,67 m3
0,4 – 0,84 m3
31,19
0,31 – 0,97 m3
23,03
0,4 – 0,77 m3
23,5
0,54 – 0,96 m3
14,5
0,26 – 0,89 m3
16,2
0,54 – 0,87 m3
19,05
A; %
Fo
par
19
Tabla 13. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubica el
túnel hidrotécnico de Las Tunas.
Túnel de
Las Tunas.
Tramo - 1
Tramo - 2
Volumen de los
Bloques a partir de
la frecuencia de
grietas.
0,3 – 0,83 m3
0,29 – 0,68 m3
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
número de grietas.
26
19,88
0,34 – 0,79 m3
0,30 – 0,67 m3
Resultados.
Volumen de los
Bloques a partir del
tamaño de las
partículas
24,01
0,35 – 0,68 m3
27,6
0,27 – 0,55 m3
A; %
A; %
Form
27
21,4
Bloqu
Bloqu
Tabla 14. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubican los
túneles populares de Guantánamo.
Túneles de
Guantánamo.
Túnel - 1
Túnel - 2
Túnel - 3
Volumen de los
Bloques a partir de
la frecuencia de
grietas.
0,3 – 0, 87 m3
0,43– 1,07 m3
0,31– 0,9 m3
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
número de grietas.
17,5
23,45
27,05
0,38 – 1,01m3
0,4 – 1,33 m3
0,38 – 1,05 m3
Resultados.
Volumen de los
Bloques a partir del
tamaño de las
partículas
18,99
0,32 – 1,01 m3
26,2
0,39 – 1,35 m3
24,02
0,34 – 1,01 m3
A; %
A; %
Form
18,9
18,4
21,53
Bl
43
Bl
�Tabla 15. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubican los
túneles populares de Moa.
Túneles de Moa.
Volumen de los
A; %
Bloques a partir de la
frecuencia de grietas.
Volumen de los
Bloques a partir del
número de grietas.
Resultados.
A; %
Volumen de los
Bloques a partir d
tamaño de las
partículas
19,2
0,3 – 1,0 m3
Túnel del CAME.
0,34 – 0,89 m3
29,03
0,32 – 0,9 m3
Túnel Mantenimiento
Constructivo.
Túnel Empresa Comandante E.
Che Guevara.
Túnel Empresa Mecánica del
Níquel.
0,23 – 0,62 m3
18,35
0,2 – 0,5 m3
21,45
0,2 – 0,5 m3
0,34 – 0,59 m3
20,66
0,36 – 0,59 m3
28,07
0,27 – 0,48 m3
0,2 – 0,54 m3
25,19
0,22 – 0,4 m3
21,3
0,3 – 0,4 m3
Tabla 16. Resultados de la valoración de la bloquicidad para el macizo rocoso donde se ubica la
mina Amores.
Mina Amores
Tramo - 1
Tramo - 2
Tramo - 3
Volumen de los
Bloques a partir de
la frecuencia de
grietas.
0,30 – 0, 87 m3
0,43– 0,87 m3
0,31– 0,9 m3
A; %
Volumen de los
Bloques a partir del
número de grietas.
A; %
19,5
23,45
21,05
0,33 – 086m3
0,3 – 0,76 m3
0,45 – 0,897 m3
16,88
23,7
20,06
Resultados.
Volumen de los
Bloques a partir del
tamaño de las
partículas
0,32 – 0,89 m3
0,39 – 0,85 m3
0,37 – 0,97 m3
A; %
17,91 Bloqu
25,04 Bloqu
21,53 Bloqu
Tabla 17. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina Las Merceditas, a partir de la
clasificación de Bieniawski.
Rocas
Cromita
Dunita
Microgabro
Peridotita
Peridotita
serpentinizada
Según
RQD
Espacio
Condiciones Existencia
Ajuste RMR
entre
de las grietas de aguas
grietas
A,% Clasificación
13
8
20
10
-2
49
0,75
Media
17
13
20
10
8
10
10
10
20
10
7
15
-2
-2
-2
45
36
63
1,2
2,36
0,17
Media
Mala
Buena
17
8
10
10
-2
43
0,95
Media
Form
44
�Tabla 18. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina Las Merceditas, a partir de la Q de
Barton.
Rocas
Cromita
Dunita
Microgabro
Peridotita
Peridotita
serpentinizada
RQD
Jn
Ja
Jw
SRF
Q
A,%
Clasificación
71
12
2
4
1
2,5
4,72
0,89
Media
86
65
98
12
12
9
2
4
2
3
3
4
1
1
1
2,5
2,5
5
4,32
1,62
108
2,23
1,06
0,31
Media
Mala
Buena
81
12
4
3
1
2,5
2,02
1,63
Mala
Jr
Tabla 19. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina Las Merceditas, según Bulichev.
Rocas
Cromita
Dunita
Microgabro
Peridotita
Peridotita
serpentinizada
Km
Kn
Kt
Kw Kr
Ka
Kα
f
7,6
12
1
1
7,8
7,7
8,5
12
12
9
1
1
1
8
12
1
A,% Clasificación
4
2
1
6,4
1,35
Media
1
1
1
3
3
4
2
4
2
1
1
1
7
6,8 0,31
7,77 3,73 1,16
8 15,04 0,97
Buena
Media
Buena
1
3
4
1
6,2
Media
S
2
3
3,05
Tabla 20. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina El Cobre, a partir de la clasificación de
Bieniawski.
Según
RQD
Rocas
Tobas de
diferentes
granulometría
Porfiritas
andesiticas
Tobas de granos
medios
Tobas andesiticas
Espacio
Condiciones Existencia
A,% Clasificación
entre
de las grietas de aguas Ajuste RMR
grietas
17
10
20
15
-2
60
0,70
Buena
20
10
20
15
-2
63
1,58
Buena
20
10
10
15
-2
53
1,29
Media
17
10
10
10
-2
45
1,52
Media
Tabla 21. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina El Cobre, a partir de la Q de Barton.
Rocas
RQD
Jn
Ja
Jr
Jw
SRF
Q
A,%
Clasificación
Tobas de diferentes granulometría
Porfiritas andesiticas
Tobas de granos medios
Tobas andesiticas
99,1
97,7
93,67
88,57
4
4
4
4
2
2
1
1
3
3
1
1
1
1
1
0,66
2,5
2,5
2,5
2,5
14,8
14,6
9,36
5,64
1,34
1,98
0,91
0,65
Buena
Buena
Media
Media
45
�Tabla 22. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina El Cobre, según Bulichev.
Rocas
Km Kn Kt Kw Kr
Tobas de diferentes
granulometría
Porfiritas andesiticas
Tobas de granos medios
Tobas andesiticas
9,1
4
1
8,66 1 1
4
9 3
4,9 10 1,5
Ka Kα
f
A,% Clasificación
S
1
3
2
1
7,2 24,56 3,01
Buena
3
1
1
2
2
2
2
2
2
1
1
1
6,54 9,30 1,98
6,05 2,01 0,09
5,65 1,13 0,06
Buena
Media
Media
Tabla 23. Resultados de la evaluación de la estabilidad en los túneles del trasvase de Mayarí, a partir de la
clasificación de Bieniawski.
Según
RQD
Rocas
Calizas Arcillosas
Estratificadas,
formación Bitirí.
Formación
Camazan.
Complejo
Ultramáfico
Brechas de
Gabros.
Espacio
Condiciones Existencia
Ajuste RMR
entre
de las grietas de aguas
grietas
A,% Clasificación
17
10
20
15
-2
60
0,13
Media
20
10
20
15
-2
63
0,32
Buena
20
10
20
10
-2
58
0,09
Media
17
10
10
10
-2
45
2,03
Media
Tabla 24. Resultados de la evaluación de la estabilidad en los túneles del trasvase de Mayarí, a partir de la
Q de Barton.
Rocas
RQD
Jn
Calizas Arcillosas Estratificadas,
92,2 12
formación Bitirí.
Formación Camazan.
99,3 4
Complejo Ultramáfico
97,71 4
Brechas de Gabros.
82
6
Ja
Jr
Jw
SRF
2
2
0,66
2,5
2,03 1,17
Mala
2
2
2
4
3
2
1
1
0,66
5
5
2,5
9,92 0,63
7,32 0,19
3,43 1,24
Media
Media
Mala
Q
A,% Clasificación
Tabla 25. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los túneles del trasvase de Mayarí, según
Bulichev.
Rocas
Km Kn Kt Kw Kr
Calizas Arcillosas Estratificadas,
9 12
formación Bitirí.
Formación Camazan.
7,2 4
Complejo Ultramáfico
8,1 4
Brechas de Gabros.
9,3 6
Ka Kα
f S
A,% Clasificación
1 0,66 2
2
1
3,1 1,534 0,57
Media
1 1 4
1 1 3
2 0,66 2
2
2
2
1
1
1
3,2 11,52 0,66
2 6,075 2,19
1,7 0,86 1,04
Buena
Buena
Mala
46
�Tabla 26. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los Túneles populares de Holguín, a partir de
la clasificación de Bieniawski.
Espacio
RMR
Condiciones Existencia
Ajuste
entre
de las grietas de aguas
grietas
Según
RQD
Rocas
Serpentinita de
color verde
grisáceo
meteorizada
Serpentinita de
color verde
oscuro
Peridotita
serpentinizada
fresca de color
verde oscuro
A,% Clasificación
17
8
20
15
-2
58
1,05
Media
17
10
20
15
-2
60
0,37
Media
17
8
20
15
-2
58
0,06
Media
Tabla 27. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los Túneles populares de Holguín, a partir de
la Q de Barton.
Rocas
RQD
Jn
Ja Jr
65
15
4
3
1
2,5
1,29 0,65
Mala
86
12
2
4
1
2,5
5,72 0,98
Media
65
12
2
3
1
2,5
3,25
2,6
Mala
Serpentinita de color verde grisáceo
meteorizada
Serpentinita de color verde oscuro
Peridotita serpentinizada fresca de
color verde oscuro
Jw SRF
A,% Clasificación
Q
Tabla 28. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los Túneles populares de Holguín, según
Bulichev.
Km Kn Kt Kw Kr
Rocas
Serpentinita de color verde
7,6 15
grisáceo meteorizada
Serpentinita de color verde
8,3 12
oscuro
Peridotita serpentinizada
7,9 12
fresca de color verde oscuro
Ka Kα
f
S
A,% Clasificación
0,3
2
1
3
4
1
1,5
0,91
Mala
1
1
4
2
1
5,56 7,68 0,77
Buena
1
1
3
2
1
7,1
Buena
7
2,62
Tabla 29. Resultados de la evaluación de la estabilidad para el túnel hidrotécnico de Las Tunas, a partir de
la clasificación de Bieniawski.
Rocas
Según
RQD
Andesitas
20
Peridotitas
20
Espacio
Condiciones de Existencia
Ajuste RMR
entre
las grietas
de aguas
grietas
10
20
15
-2
63
8
20
15
-2
61
A,% Clasificación
0,09
Buena
0,13
Buena
Tabla 30. Resultado de la evaluación de la estabilidad para el túnel hidrotécnico de Las Tunas, a partir de
la Q de Barton.
47
�Rocas
RQD
Jn
Ja
Andesitas
98,5
12
8
Peridotitas
93,22
15
8
Jw
SRF
Q
A,%
Clasificación
1,5
1
5
0,30
0,9
Mala
1,5
1
5
0,232 1,33
Mala
Jr
Tabla 31. Resultados de la evaluación de la estabilidad para el túnel hidrotécnico de Las Tunas, según
Bulichev.
Km
Kn
Kt Kw Kr Ka Kα
Andesitas
8,3
12
1
1
1,5
8
1
1,2
Peridotitas
9
15
1
1
1,5
8
1
1,3
Rocas
f
A,%
Clasificación
0,15
0,67
Mala
0,145
0,51
Mala
S
Tabla 32. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los túneles populares de Guantánamo, a
partir de la clasificación de Bieniawski.
Rocas
Según
RQD
Margas
Tufitas
Calizas
Tobáceas
Areniscas de
granos finos
20
17
Espacio
Condiciones Existencia
Ajuste RMR
entre
de las grietas de aguas
grietas
10
10
15
-2
53
10
10
15
-2
50
A,% Clasificación
3,18
1,02
Media
Media
13
10
10
15
-2
46
0,08
Media
13
10
10
15
-2
46
2,22
Media
Tabla 33. Resultado de la evaluación de la estabilidad para los túneles populares de Guantánamo, a partir
de la Q de Barton.
Rocas
RQD
Jn
Ja
Jr
Jw
SRF
Q
A,%
Clasificación
Margas
Tufitas
Calizas Tobáceas
Areniscas de
granos finos
91
86
75
3
2
2
4
4
4
2
2
1,5
1
1
1
5
5
5
3
4,3
2,77
0,34
0.98
0,54
Mala
Mala
Mala
67
3
4
2
1
2,5
2,23
1,05
Mala
Tabla 34. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los túneles populares de Guantánamo, según
Bulichev.
Rocas
Km
Margas
8,3
Tufitas
7,35
Calizas Tobáceas 8,3
Areniscas de
7
granos finos
Kn
Kt Kw
Kr
Ka
Kα
3
2
2
1
1
1
1
1
1
2
2
1,5
4
4
4
2
2
2
3
1
1
2
4
1,5
f
S
A,% Clasificación
1,3 0,9 0,23
2,5 2,3 0,75
1,73 1,35 2,07
Mala
Media
Media
2,3
Media
1,8
1,93
48
�Tabla 35. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los Túneles populares de Moa, a partir de la
clasificación de Bieniawski.
Según
RQD
Rocas
Serpentinita de color
verde grisáceo
meteorizada
Serpentinita de color
verde oscuro fresca
Espacio
Condiciones Existencia
Ajuste RMR
entre
de las grietas de aguas
grietas
A,% Clasificación
13
10
20
10
-2
51
0,32
Media
13
10
25
15
-2
61
0,71
Buena
Tabla 36. Resultado de la evaluación de la estabilidad para los Túneles populares de Moa, a partir de la Q
de Barton.
Rocas
Serpentinita de color verde
grisáceo meteorizada
Serpentinita de color verde
oscuro fresca
RQD
Jn
Ja Jr
75
15
4
71
12
2
Jw
SRF
3
1
5
3
1
2,5
Q
A,% Clasificación
0,75 0,56
3,6
0,09
Muy Mala
Mala
Tabla 37. Resultados de la evaluación de la estabilidad para los Túneles populares de Moa, según
Bulichev.
Km Kn Kt Kw Kr
Rocas
Serpentinita de color verde
grisáceo meteorizada
Serpentinita de color verde
oscuro fresca
8,1 15
9
12
Ka Kα
f S
A,% Clasificación
1
1
3
4
1
3,2 1,3 0,44
Media
1
1
3
2
1
4,1 4,5 0,69
Media
Tabla 38. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina Amores, a partir de la clasificación de
Bieniawski.
Rocas
Harzburgitas
Cromitas
Dunitas
Según
RQD
20
20
17
Espacio
Condiciones Existencia
Ajuste RMR
entre
de las grietas de aguas
grietas
10
20
15
-2
63
10
20
15
-2
63
10
10
10
-2
45
A,% Clasificación
0,97
1,03
0,18
Buena
Buena
Media
Tabla 39. Resultados de la evaluación de la estabilidad en la mina Amores, a partir de la Q de Barton.
Rocas
RQD
Jn
Ja
Harzburgitas
Cromitas
Dunitas
98,5
99,1
92,7
9
12
15
2
2
4
Jr
3
2
2
Jw
SRF
Q
1
1
1
5
2,5
2,5
3
3,3
1,23
S2
Clasificación
Mala
Mala
Mala
49
�Tabla 40. Resultados de la evaluación de la estabilidad de la mina Amores, según Bulichev.
Km Kn Kt Kw Kr
Rocas
Ka
Kα
f
S
Harzburgitas
9,1
9
1
1
3
2
1
4,27
6,5
Cromitas
9
12
1
1
2
2
1
6
4,5
7,5 15
2
1
2
4
1
6,3
0,78
Dunitas
S2
Clasificación
Estable
Medianamente
Estable
Inestable
Q
100
Voladura
50
10
Escarificación
5
1
Excavación
0.1
0.01
20
40
60
80
100 RMR
Figura 1. Clasificación propuesta por Abdullatif y Crudden.
Eg (m)
Leyenda
2.0
IV
I- Excavación con Pala
II- Escarificación
III- Voladura para aflojar
IV- Voladura
0.6
III
0.2
0.06
II
0.02
I
0.006
1.25
5
12.5 50
100
200
Rc (MPa)
50
�Figura 2. Clasificación propuesta por Franklin.
100
10
20
30
40
50
300
600 1200
90
60 100 200 400 500 1000 1400
Rc (Kg/Cm2)
Zonas:
A – Explosivos.
90
80
A
RQD (%) 70
B – Explosivos o
Escarificación.
B
60
50
C- Escarificación.
C
40
D- Excavación con Pala.
D
30
20
E
10
A
A
E- Excavación con Pala.
A
A
A
A
Figura 3. Clasificación propuesta por Louis.
0.2
100
90
0.6
2.0
6.0 12
20
60
200
Rc (MPa)
A
E
D
C
Excelente
B
Buena
75
RQD (%)
Mediana
50
F
Mala
25
G
0
Sueltos
Transición
Muy mala
Roca muy Roca
baja
Roca
Roca alta
Roca muy
alta
Figura 4. Clasificación propuesta por Romana Ruiz.
51
�
Dublin Core
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Tesis
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Dublin Core
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Title
A name given to the resource
Indicaciones metodológicas para la elección del método de arranque de las rocas durante el laboreo de excavaciones subterráneas horizontales de pequeña y mediana sección en Cuba Oriental
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Rafael Rolando Noa Monjes
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2003
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/acf61a8c4163578c2069c44812e70cc7.pdf
7ecc3d9416a0bdc11092252913aa84da
PDF Text
Text
TESIS
Estudio de la Contaminación por Metales Pesados
en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de
Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela
Persis Dulce Milagros González Maza
�Página legal
Título de la obra: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en
el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela, 62 pp. Editorial
Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN:
1. Autor: Persis Dulce Milagros González Maza
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
Título: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el
Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela
Tesis en opción al título académico de Máster en Geología
Autora: Ing. Persis Dulce Milagros González Maza. Esp.
Mayo, 2015
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
Título: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el
Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela
Tesis en opción al título académico de Máster en Geología
Autora: Ing. Persis Dulce Milagros González Maza. Esp.
Tutor: DrC. Gerardo Orozco
Mayo, 2015
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….……
1
CAPÍTULO I- CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES DEL
ÁREA DE ESTUDIO.............................................................................................
1.1. Introducción..………………………………………………………..………..….
1.2. Basamento teórico……………………………………………………….……….
1.2.1. Contaminantes…………………………………………………………….
1.2.2. Ciclo de metales pesados………………………………………………..
1.2.3. Origen de los metales en el medio acuático……………………………
1.2.4. Circulación de metales en ecosistemas estuariales………………….
1.2.5. Interacción metal-sedimento…………………………………………….
1.2.6. Eutrofización………………………………………………………………
1.2.7. Estuarios como ambiente adecuado para realizar estudios de
contaminación……………………………………………………………………..
1.3. Investigaciones precedentes…………………………………………………….
1.4. Aspectos geológicos regional……………………………………………………
1.4.1. Marco fisiográfico………………………………………………………….
1.4.2. Marco geológico estructural……………………………………………...
1.4.3. Aspectos geológicos locales……………………………………………..
1.4.4. Marco sedimentológico actual……………………………………………
1.4.5. Marco geológico ambiental por metales pesados……………………..
8
8
8
9
10
12
13
15
17
17
20
30
30
31
31
32
32
CAPITULO II. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN………………………...
2.1. Introducción.……………………………………………………………………….
2.2. Metodología de la investigación utilizada para la realización del trabajo de
investigación………………………………………………………………………
2.2.1. Recopilación y análisis de la información existente sobre el tema
en estudio………………………………………………………….......
2.2.2. Levantamiento de información geológica y ambiental del área de
estudio....…………………………………..……………………………….
2.2.3. Monitoreo de las muestras de sedimentos: Técnicas de monitoreo
utilizadas……………………………………………………………………
2.2.4. Análisis y determinaciones químicas: Método analítico e
Instrumentos de medición………………………………………………..
2.2.5. Análisis y determinaciones físicas: Método analítico e Instrumentos
de medición………………………………………………..
2.2.6. Cartografía geológica: mapas de distribución de elementos pesados
2.2.7. Evaluar los niveles de concentración de metales…………………….
34
34
CAPÍTULO III. RESULTADOS…………………………………………………….…..
3.1. Características geológicas ambientales del área de estudio………………....
3.1.1. Factores Geológicos………………………………………………………..
43
43
43
35
35
35
36
37
39
41
I
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
3.1.2. Factores Humanos……………………………………………………….....
3.1.3. Descripción de los Sedimentos superficiales del área de estudio…….
3.2. Identificación de la variedad y concentraciones de elementos metálicos
pesados existentes en los sedimentos del área de estudio y el factor de
concentración……………………………………………………………………....
3.2.1. Variedad de metales pesados y sus concentraciones………………….
3.2.2. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales
pesados contaminantes en sedimentos en el Campo Urdaneta de la
cuenca del Lago de Maracaibo…………………………………………...
3.3. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos….………….
CONCLUSIONES……………………………………………………………………..
RECOMENDACIONES………..……………………………………………………..
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………..…….…
ANEXOS…………………………………………………………………………….......
.
46
49
51
51
57
59
62
63
64
75
II
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. El sistema biológico de los elementos para plantas terrestres
(Glicofitas)……………………………………………………………………………..
Figura 2. Ciclo de metales entre los diferentes compartimientos de un
ambiente estuarino……………………………………………………………….....
Figura 3. Diagrama que representa un Sistema Natural Integral………………
Figura 4. Ubicación geográfica del Lago de Maracaibo, Estado Zulia
Venezuela……………………………………………………………………………..
Figura 5. Metodología de trabajo empleada para el desarrollo de este
estudio…………………………………………………………………………………
Figura 6. Ubicación de los puntos muestreados en la zona de estudio……….
12
15
20
30
Figura 7. Espectrómetro de absorción atómica……………………………..........
34
37
38
Figura 8. EstereomicroscopioZeiss, Discovery V12…………………………….
40
Figura 9. Mapa geológico de la Cuenca del Lago de Maracaibo……………….
44
Figura 10. Ríos que drenan a la Cuenca del Lago de Maracaibo………………
45
Figura 11. Imagen Satelital del área de estudio que refleja factores
antropogénicos y litogénico al 2001………………………………………………
48
Figura 12. Gráfico de ladistribución granulométrica de los sedimentos
superficiales de la zona de estudio………………………………………………..
Figura 13. Fotografía de la Muestra CU-1…………………………………………
50
51
Figura 14. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As(Evaluado
por EAA) vs valores de riesgo relativo (ER-L, NOOA)…………………………
54
Figura 15. Gráfico que muestra la comparación del resultado de Hg
(Evaluado por EAA) vs Valores de Riesgo Relativo (ER-L y EM-L,
NOOA)………………………………………………………………………………
55
Figura 16. Mapa de Distribución del Metal Arsénico en el área de
estudio………………………………………………………………………………
58
Figura 17. Mapa de Distribución del Metal Mercurio en el área de
estudio……………………………………………………………………………….
59
III
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Métodos analíticos empleados en la evaluación de los
parámetros físicos y químicos en los sedimentos superficiales del
Campo Urdaneta………………………………………………………………..
Tabla 3. Numeración y abertura de tamices…………………………………
35
36
40
Tabla 4. Límites máximos permisibles según la guía de calidad para
metales (ppm)…………………………………………………………………...
42
Tabla 5. Resultados del tamizado…………………………………………….
49
Tabla 6. Metales presentes en la zona de estudio………………………….
52
Tabla 2. Ubicación de los puntos muestreados……………………………..
Tabla 7. Comparación de la concentración de los metales obtenidos vs
ER-L y EM-L NOOA (1995)……………………………………………………
Tabla 8. Grado de contaminación……………………………………………
Tabla 9. Grado de contaminación por Arsénico en el área de estudio…..
Tabla 10. Grado de contaminación por Mercurio en el área de estudio...
53
60
60
60
IV
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
INTRODUCCIÓN
El Lago de Maracaibo, punto de partida para la evaluación de la contaminación
ambiental de esta investigación, ha sido tema de estudio en cuanto a la acción
litogénica, así como la antropogénica durante las últimas décadas por cientos de
científicos y organismos que pretenden proponer soluciones que mitiguen los efectos
negativos que hemos venido generando sobre este fenómeno geológico. Es por ello
que es necesario definir a través de una minuciosa revisión bibliográfica el tipo de
estructura y/o ambiente geológico al que se referirá este trabajo, puesto que de ello
dependerán las características que se le atribuyan para tal estudio.
Basado en los procesos geológicos que durante más de 40 millones
de años ha
evolucionado la cuenca del Lago de Maracaibo, estos han dado origen a su vez
diferentes aspectos geológicos a considerar dentro de su sistema.
El Lago de Maracaibo es una gran depresión estructural rodeada de montañas, en la
que confluyen diversos ríos, y se comunica con el Mar Caribe a través del Golfo de
Venezuela, y con este último, mediante un estrecho de 40 km de largo, 5-7 km de
ancho y 15 m de profundidad. Esta profundidad es consecuencia del dragado del canal
de navegación, a través del cual penetra agua salina a este cuerpo de agua (Sutton,
1976), este gran fenómeno natural la ha permitido definir como un estuario. Término
sustentado por las siguientes investigaciones:
Según Marcovecchio et, al. (2013), en su publicación titulada Procesos Químicos en
Estuarios expresa que la Zona Costera (ZC) es una región de transición entre los
componentes marino y continental del planeta. Es ampliamente reconocida como uno
de los más importantes elementos de la biosfera con una amplia diversidad de
ambientes y recursos.
Por su parte Carrasquel (2011) en su publicación el Lago de Maracaibo es un estuario,
manifiesta que ―es el único de su tipo en el país, y como referencia mundial. Lo define
como un bioma o ecosistema importantísimo para el desarrollo de diversas especies de
vida. En esta misma publicación explica ¿por qué es un estuario?,
definiendo la
palabra estuario, la cual vino a nuestro vocabulario del latín, estuarium, que quiere decir
1
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
un área bajo las influencias de las mareas. Hoy en día la definición más usada es que
un estuario es un área de la costa donde el agua dulce proveniente de la tierra se
mezcla con el agua del mar. Observándose en estos lugares dos factores ambientales
de gran importancia, las mareas, la cantidad y ritmo de flujo de agua dulce. Aquí los
nutrientes de la tierra se mezclan en el estuario con flujo de las mareas (tidal water),
resultando este lugar muy fértil y productivo.
En este mismo sentido, Antoranz, et, al. (2001), en su investigación Tidal currents and
mixing in the Lake Maracaibo estuarine system, dan lugar a la definición del Lago de
Maracaibo como un estuario, tal como sigue, ―El sistema estuarino del Lago de
Maracaibo es un sistema océano-lago oscila junto conectado a través de un
parcialmente mezclado estuario.
Finalmente, respecto a esta temática, Marcucci (2000) en el trabajo denominado
―Características de los estuarios de Venezuela y manejo ecológico de los sedimentos
dragados‖, expone el Lago de Maracaibo como un sistema estuarino, tal como se
muestra a continuación, "Los sistemas estuarinos de Venezuela, como los del mundo
entero, representan zonas ideales de desarrollo, debido a la facilidad de acceso y a la
presencia de agua dulce y de recursos pesqueros. Sus características de transición
entre los medios continentales y marinos, así como la complejidad de los procesos
físicos que allí ocurren son de gran interés para los hombres de ciencia.
Adicionalmente, en el caso de Venezuela, la presencia o cercanía de recursos tal como
el petróleo en el sistema estuarino del Lago de Maracaibo, proporciona importancia a
estas zonas con respecto al transporte por vía acuática y a los problemas de
sedimentación de las vías de navegación (ver anexo 1).
Basado en lo anteriormente expuesto, la importancia de este estudio sobre este
fenómeno geológico, radica, en que este tipo de ambiente constituye una de las áreas
más
perturbadas
del
planeta,
donde
la
contaminación,
la
eutrofización,
la
industrialización, los desarrollos urbanos, la reclamación de tierras, la producción
agrícola, la sobrepesca, entre otros factores, impactan de manera continua la
sustentabilidad de este tipo de ambiente.
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Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Así, el mayor reto que enfrenta la comunidad industrial y urbana hoy en día, es cómo
administrar correctamente el uso de esta importante y vital área, de tal manera que las
futuras generaciones puedan también disfrutar de sus recursos visuales, culturales,
ambientales, energéticos y alimenticios. Una reciente evaluación de los impactos de la
contaminación marina y costera desde fuentes terrestres, muestra que estos ambientes
están en constante degradación y en muchos sitios se ha intensificado este problema
(Vázquez et al., 2005).
Tomando lo referido en este último aporte y tal como se evidencia en los países del
mundo entero, son los problemas ambientales que dan lugar a la degradación y
deterioro de sus cuencas hidrográficas. Ya que grandes cantidades de contaminantes
se producen a diario sobre la superficie terrestre, ocasionando daños que podrían ser
irreversible sobre el ambiente, es así como día a día la llamada industrialización va
tomando más terreno en la naturaleza y a la propia humanidad, esta última cae
irremediablemente víctima de su propio consumo, contaminando desproporcionalmente
su hábitat y el de muchos seres vivos sobre la faz de la tierra.
Muchos de los avances tecnológicos han llevado al hombre a la utilización de
sustancias altamente contaminantes como lo son los metales pesados, es por ello que
hoy en día existen diversas ciencias, herramientas y estrategias que permiten
previamente identificar, valorizar y jerarquizar los impactos ambientales, así como el
diseño de medidas de control, mitigación o corrección, necesarios en toda evaluación
de impactos ambientales.
La ubicación del Lago de Maracaibo ha sido propicia desde el punto de vista industrial
ya que al borde de dicha cuenca se ubicaron las grandes industrias petroquímicas para
el procesamiento del petróleo extraído en ella y en consecuencia, empezaron a
desarrollarse de forma intensa otras industrias, de alimentos y construcción, como
respuesta a una población en crecimiento que demandó mayores recursos y viviendas.
De esta forma el litoral del lago se convirtió en lo que pudiera llamarse una ―herradura
industrial‖. Aunado a todo lo anteriormente expuesto el Ministerio del Ambiente (1995),
declaró que las fuentes de contaminación del Lago de Maracaibo, además de la
salinidad creciente, son seis:
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Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Residuos
petroleros: ocasionados por derrames debidos a fallas en las tuberías y en
las actividades de extracción y transporte de crudo.
Residuos
petroquímicos: los cuales se generan en el área de El Tablazo, muchos de
ellos de tipo eutroficantes o de acción tóxica y persistente, como fenoles, mercurio,
compuestos fosfatados y nitrogenados.
Residuos
orgánicos y fertilizantes: acarreados por los ríos y drenajes pluviales de las
áreas agropecuarias de la región.
Descargas
térmicas de ríos: como el Paraguachón y el Táchira, cuyas aguas son
utilizadas para la producción de energía eléctrica.
Residuos
líquidos industriales: los cuales van directamente al lago, provenientes
de industrias localizadas en los márgenes y de otras que drenan sus despojos en los
ríos de la hoya hidrográfica del lago.
Residuos
líquidos domésticos: descargados directamente al lago o sobre sus
tributarios.
Demostrando con ello que las fuentes de contaminación, han actuado durante años,
utilizado el lago como recipiente o almacén de desechos líquidos y sólidos, logrando
con ello la progresiva y constante alteración del hábitat de este inmenso recurso, que
no se podrá restaurar por procesos naturales a una velocidad
superior a la del
consumo por los seres humanos, es decir se ha convertido en un recurso no renovable.
En el lago se producen diversos productos, como rubros alimenticios, materiales de
construcción, extracción de minerales y recursos no renovables, entre otros, que
ocasionan altos niveles de desechos con variados niveles de toxicidad, al mismo tiempo
son cientos de fuentes hídricas que desembocan en este gran depósito de diversidad
de contaminantes, así mismo se plantea que la problemática puede estar directamente
responsabilizada por la carencia de conciencia de lo que significaba el medio ambiente
y el riesgo de su contaminación, así como la necesidad de políticas tributarias y
jurídicas que exigieran el respeto a la naturaleza, que involucra a entes productores
públicos y privados, que durante décadas han llevado a cabo la extracción y/o
producción de algún rubro comercial.
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Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Como parte del medio ambiente contaminado por las actividades socioeconómicas en
el Lago de Maracaibo y sus alrededores, se encuentran los sedimentos, a partir de la
incorporación de los mismos elementos químicos y compuestos contaminantes nocivos,
en concentraciones mayores de las habituales y con efectos adversos sobre algunos
organismos, incluido el hombre.
Tal es el caso de la contaminación que ha venido sufriendo el Lago de Maracaibo,
específicamente el campo Urdaneta ubicado al oeste, el cual se ha visto afectado por
los desechos/residuos, generados por el hombre o de génesis antropogénica, como los
desechos de la industria química, petrolera, minera y los residuos urbanos/domésticos o
sociales en general, por tanto, esta investigación aborda el estudio de la contaminación
por metales pesados, a través de los niveles de peligrosidad/toxicidad; y, a su vez, la
afectación que estos puedan llegar a causar sobre el medio.
En este mismo sentido el Lago de Maracaibo, se constituye en el cuerpo de agua más
grande del occidente de Venezuela y uno de los más grandes del continente americano,
ubicado al noroeste del país, y específicamente el campo Urdaneta que constituye el
área de estudio de la presente investigación, que a pesar de las diversas
investigaciones producto del impacto a nivel mundial hasta el presente, los trabajos
relacionados con las concentraciones de metales pesados en dicha área son escasos.
El desconocimiento de la magnitud de la contaminación de los sedimentos del campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo por metales pesados, constituye el problema de la
presente investigación, no hay suficiente información sobre la acumulación de los
metales pesados en los sedimentos superficiales de dicha área, así como la
proveniencia de los mismos y el riesgo que pudiera ocasionar la concentración de estos
elementos químicos.
Es importante el conocimiento de la contaminación por metales pesados en sedimentos
en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela,
con el propósito de identificar las concentraciones y distribución de los contaminantes y
lograr establecer estrategias de acción para que organismos gubernamentales o no,
logren implementar estrategias para minimizar los daños que se han producido sobre el
Lago de Maracaibo.
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Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Mediante el presente estudio se evaluara 16 metales pesados en el sedimento
superficial del área Urdaneta del lago de Maracaibo, seis (6) de los cuales ya se tiene
precedente en la cuenca: Cobre, Cadmio, Cromo, Plomo, Vanadio y Níquel, al mismo
tiempo se evaluará la presencia de otros elementos como Mo, Se, Zn, As, Co, Mg, Be,
Hg, Sb, Ti, sugeridos en la literatura de
Galán (2008).
El estudio comprende la
determinación de sus niveles de concentración y distribución, mediante la toma de
muestras de fondo del sedimento superficial para ser analizadas por medio del
espectrofotómetro de absorción atómica.
Esto con el propósito de identificar el riesgo que representa para la salud pública y el
efecto en las cadenas alimenticias, es decir, el riesgo potencial (concentración
perjudiciales) de los sedimentos de la zona de estudio, sobre el agua y los organismos
de este ecosistema, tomando otras referencias de estudios previos para comparar la
variabilidad o no de concentración y distribución de los metales presentes en las
muestras, debido al tipo de actividad comercial/industrial, así como cantidad de
asentamientos urbanos en las adyacencias del área de estudio. De manera que puedan
proponerse algunas acciones para que sean tomadas en cuenta por los entes
protectores del ambiente y que logren de esta manera mitigar dichos daños. En esta
investigación, se definieron los siguientes elementos:
Objeto: Los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta.
Campo de acción: La contaminación por metales pesados en los sedimentos del
campo Urdaneta.
Objetivos de la Investigación:
Para llevar a cabo tal estudio fue necesario plantear los siguientes objetivos:
Objetivo General: Determinar la contaminación por metales pesados en sedimentos en
el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo.
Objetivos Específicos:
1. Evaluar las características geológicas ambientales del área de estudio.
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Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
2. Identificar la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes
en los sedimentos del área de estudio y el factor de concentración.
3. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados contaminantes
en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo.
4. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos.
Hipótesis: si se identifica la variedad de elementos metálicos, se cuantifican sus
concentraciones y se evalúan los niveles de toxicidad, es posible determinar el grado de
contaminación por metales pesados en los sedimentos del campo Urdaneta del lago de
Maracaibo.
Variables: Identificar la variedad de elementos metálicos, cuantificación de sus
concentraciones, determinación de los factores de concentración, evaluación de los
niveles de toxicidad.
Unidad de observación: Recomendar en función de los resultados, acciones que
permitan mitigar la afectación del impacto ambiental.
Términos lógicos o relacionales: Contaminación del ambiente.
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Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
CAPÍTULO I.
CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES DEL ÁREA DE ESTUDIO
1.1. Introducción
La contaminación de los sistemas costeros es uno de los problemas ambientales más
frecuentes a escala mundial. Su origen puede ser atribuido a diferentes fuentes, entre
las que destacan la operación de refinerías, la actividad de tanqueros, los derrames, y
los aportes de desechos industriales que se originan en la costa o son transportados
por corrientes y ríos. Entre los diferentes contaminantes, los hidrocarburos y metales
pesados han sido de gran interés debido a su ubicuidad, concentración y toxicidad en
los organismos de los ambientes costeros marinos (Sadiq 1992, Grant 2002).
Tales elementos tienen lugar en el Lago de Maracaibo, donde se hace necesario el
estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta
del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. A continuación se presenta una serie
de basamento teórico referente a la contaminación por metales pesados a nivel
mundial, regional y local que aborda el área de estudio.
1.2. Basamento Teórico
La presencia en los sedimentos de contaminaciones nocivas de algunos elementos
químicos y compuestos (contaminantes) es un tipo especial de degradación que se
denomina contaminación. El contaminante está siempre en concentraciones mayores
de las habituales (anomalías) y en general tiene un efecto adverso sobre algunos
organismos. Por su origen puede ser geogénico (procede de la roca madre, actividad
volcánica o del lixiviado de mineralizaciones) o antropogénico (residuos peligroso
derivados de actividades industriales, agrícola, mineras, entre otras, así como residuos
sólidos urbanos), Galán (2008).
Una intensa interacción de ambientes caracteriza a las zonas costeras del mundo y el
balance de estas interacciones origina ecosistemas como son los estuarios y las
lagunas costeras, con características ambientales únicas (clima, geomorfología,
hidrología, circulación, procesos de mezcla), regidos a su vez por procesos físicos,
químicos y biológicos de una muy alta dinámica. Tanto los mencionados procesos como
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los propios ambientes costeros (lagunas y estuarios) están sujetos a cambios que
varían ampliamente en escala geográfica, tiempo y duración, y que al combinarse crean
sistemas biológicamente muy productivos, pero vulnerables a las presiones
ambientales, tanto naturales como generadas por diversas actividades humanas.
Los estuarios en la actualidad poseen una relevancia aún mayor en cuanto al desarrollo
socioeconómico de la humanidad. Grandes civilizaciones e importantes ciudades se
han fundado y han prosperado a la cercanía de un estuario. Los principales puertos del
mundo se encuentran en estuarios. Ello no sólo se debe a sus condiciones de
protección sino que a través de los ríos, los estuarios tienen una rápida llegada al
interior del continente. Una de las formas más económicas de transporte de
mercaderías es por agua, por lo tanto, aprovechar este recurso previo a la exportación
de los bienes de un país es sólo una consecuencia lógica de su ubicación.
La riqueza y diversidad de recursos presentes en los estuarios y en las lagunas
costeras conllevan la correspondiente concentración de actividades y asentamientos
humanos a lo largo de los litorales y estuarios en todo el mundo. Se estima que más de
la mitad de la población humana (65%), vive en (o cerca de) las costas (Small, 2003), y
a pesar de que la densidad varía ampliamente en las diferentes regiones del planeta,
hay una tendencia general de la gente a moverse desde regiones continentales hacia
las costas (Costanza, 1994).
1.2.1 Contaminantes
Constituyen compuestos tóxicos los que causan inhibición o destrucción de la actividad
biológica. La mayoría de estos materiales provienen de las descargas domésticas,
prácticas agrícolas o de origen natural. Entre estos contaminantes se encuentran
disolventes, detergentes, cianuros, metales pesados, ácidos minerales y orgánicos,
colorantes, herbicidas, plaguicidas entre otros (Tebbutt, 1990). Entre los contaminantes
habituales en los sistemas de agua superficiales pueden mencionarse:
- Contaminantes no conservativos: Incluyen a la mayoría de sustancias orgánicas,
algunas sustancias inorgánicas y muchos microorganismos, que se degradan por
los procesos naturales de autopurificación, de tal forma que sus concentraciones se
reducen con el tiempo. La descomposición de estos materiales depende de cada
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contaminante en particular, de la calidad del medio receptor, de la temperatura y de
otros factores ambientales.
- Contaminantes conservativos: Incluyen sustancias inorgánicas que no son
afectadas por los procesos naturales o de tratamientos de aguas, por lo que las
concentraciones de estos contaminantes solo se pueden reducir por dilución. Su
presencia en un sistema limita su uso. Un grupo que destaca en los sistemas
acuáticos en general, principalmente por su efecto nocivo en todos los eslabones
de la cadena trófica son los metales pesados, siendo unos de los más peligrosos
por sus efectos el cadmio y el plomo.
1.2.2. Ciclo de metales pesados
De los 89 elementos de origen natural solamente 10 (oxígeno, silicio, hierro, aluminio,
calcio, potasio, sodio, magnesio, titanio, e hidrógeno) representan más del 99% del
peso de la corteza de la Tierra. Los otros 79 (incluyendo los gases inertes) se conocen
como ―elementos traza‖ (Navrátil, 2002). Para la clasificación moderna son aquellos
cuyo contenido en la Tierra es aproximadamente 0,0001% o menos e incluso suele
usarse como sinónimo del término metal pesado (Bashkin, 2002). En Geoquímica los
elementos traza presentan una concentración en la corteza terrestre menor al 0,1% en
peso (Navrátil, 2002). A pesar de su baja abundancia muchos elementos traza poseen
implicancias substanciales a nivel químico y biológico en cualquier ecosistema acuático
o terrestre natural; algunos son esenciales y requeridos como micro-nutrientes para la
vida de las plantas, los animales o el Hombre (Soto-Jiménez, 2011; Bashkin, 2002);
también tienen roles importantes en la economía, la ecología, la agricultura, la
medicina, la toxicología, entre otros (Navrátil, 2002).
El término ―metal pesado‖ ha recibido muchas definiciones a lo largo del tiempo,
basadas en diferentes criterios tales como: densidad (ej.: mayor a 4 g/cm3, otros mayor
o igual a 5 g/cm3, etc.), número atómico (ej.: los que tienen número mayor a 20), peso
atómico (aquellos metales con un peso atómico alto, o con una alta masa atómica y que
incluye particularmente a los metales de transición que son tóxicos y no pueden ser
procesados por los organismos vivos), e incluso algunas propiedades químicas o la
toxicidad. Existe una tendencia a asumir que los llamados ―metales pesados‖
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(denominándose asi al grupo de metales y metaloides) y sus compuestos están
asociados con la contaminación y tienen propiedades potencialmente tóxicas o
ecotóxicas (Duffus, 2002).
De acuerdo a un reporte técnico de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada
(IUPAC) la clave para evaluar la toxicidad potencial de los elementos metálicos y sus
compuestos es comprender la biodisponibilidad, la cual depende de los parámetros
biológicos y de las propiedades fisicoquímicas de tales elementos, de sus iones y sus
compuestos (Duffus, 2002).
Los metales, componentes naturales de los ambientes (Prego, 2003) se encuentran
usualmente a bajas concentraciones y por ende no causan efectos deletéreos serios
sobre la salud humana (Zhou et al. 2008) ni sobre la biota en general. Incluso a muy
bajas concentraciones o disponibilidad para los organismos vivos puede indicar
deficiencia de ciertos elementos traza con consecuencias negativas sobre la estructura
y fisiología de los organismos.
Los metales pueden ser agrupados de diferentes maneras. Se tomará la clasificación
de Kennish (1998) y de Soto-Jiménez (2011), que considerando las siguientes
categorías:
-
Metales de transición (ej. Cu, Co, Fe, Mn, Zn) incluyen aquellos elementos
traza esenciales que se necesitan para realizar las funciones metabólicas vitales
en lo organismos, siendo requeridos a bajas concentraciones, aunque se
convierten en tóxicos a altas concentraciones.
-
Metaloides (semimetales) (Ag, As, Cd, Pb, Cr, Hg, Se, Sn) que incluyen los
elementos traza no esenciales o no requeridos para las actividades metabólicas,
es decir no tienen ninguna función biológica conocida, y que son tóxicos incluso
a bajas concentraciones.
En las células vegetales los elementos micronutrientes (Cu, Fe, Co, Mg, Mo, Ni y Zn)
cumplen funciones esenciales para la biosíntesis, formación de ácidos nucleicos,
substancias de crecimientos, clorofilas y metabolitos secundarios, carbohidratos y
lípidos, como también para la resistencia al estrés (Appenroth, 2010).
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1.2.3. Origen de los metales en el medio acuático
Los metales ingresan al ambiente acuático (ríos, estuarios, mares y océanos) a partir de
procesos naturales o geogénicos (incluyendo la erosión y desgaste de rocas, lixiviado o
lavado lento de suelos/rocas, sedimentación de unidades geológicas dentro de la
cuenca, actividades volcánicas, emisiones hidrotermales del mar profundo o incendios
forestales) y procesos antropogénicos (derivados de actividades humanas como
desarrollo y crecimiento de centros urbanos, actividades agrícolas-ganaderas,
hundimiento de residuos, accidentes de navegación, minería, refinerías-actividades
petroleras asociadas, fundición de minerales, galvanoplastia y otras operaciones
industriales), que llegan por medio del transporte atmosférico, descargas de ríos,
escorrentías difusas, o vertidos directos (Salomón, 1984; Franca et al., 2005; Zhou et
al., 2008; Du Laing et al., 2009b; Tijani et al, 2009; Viers et al 2009; Bai et al. 2011).
Figura 1. El sistema biológico de los elementos para plantas terrestres (glicofitas).
Fuente: Market (1994), tomado de Marcovecchio (2013).
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Las rocas y los suelos son considerados la principal fuente natural de metales en el
ambiente, metales están contenidos en la red cristalina mineral (litogénica) y pueden
quedar libres por efecto de la meteorización (proceso sinérgico de desgaste mecánico y
erosión química naturales). Cuanto menores sean los fragmentos mayor es la superficie
disponible para el ataque químico y cuanto más débiles sean las uniones de los
elementos trazas de las rocas es más común que formen minerales (Salomón, 1984).
Las actividades humanas son usualmente mayores en aguas estuarinas y costeras
como también en las cuencas fluviales, particularmente en aquellas localizadas cerca
de asentamientos urbanos y actividades industriales (Kennish, 1998; Prego y CobeloGarcía, 2003; Franca et al., 2005; Reboreda, 2007; Du Laing et al., 2009b; Duarte et al.,
2010). Se considera a los ríos como el principal vehículo de transporte del material
rodado desde los continentes hacia los océanos, que incluye metales pesados y otros
constituyentes químicos. Los ríos transportan estos materiales en forma disuelta y como
sólidos (suspendidos y como carga del sedimento del lecho).
La distribución relativa de los elementos entre las fases soluto y partículas depende de
la partición y movilidad de los componentes químicos (metales) durante el desgaste y el
transporte (Ip et al., 2007). Los mecanismos de transporte dependerán de la naturaleza
y concentración del mineral, de la presencia de ligandos orgánicos en la fase de
disolución, de la naturaleza y la cantidad de partículas minerales presentes (Viers et al.,
2009) y de la cantidad de materia orgánicas presentes (Du Laing et al., 2009a). Los
metales traza que están asociados con la materia orgánica son liberados durante el
proceso de degradación de la misma (Martínez, 2001; Duarte et al., 2010).
1.2.4. Circulación de metales en ecosistemas estuariales
Los estuarios son ambientes complejos y dinámicos (Ip et al., 2007), considerados
únicos entre los sistemas acuáticos, que presentan cambios graduales en variables
ambientales como la salinidad y variables biológicas, acoplados a un alto grado de
turbidez lo que conduce a la deposición de fango en las zonas intermareales (Elliot,
2002). A la vez son ambientes seleccionados para el desarrollo y crecimiento de
numerosas actividades humanas que generan en consecuencia aumento de la
población (Prego, 2003), aumento de la demanda de alimentos, mayor uso de
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fertilizantes, incremento de fábricas e industrias, entre otros, lo que hacen que dichos
sistemas se tornen sensibles a la contaminación por metales entre otras sustancias
inorgánicas y orgánicas (Botté et al 2007, Marcovecchio et al, 2010).
Los principales responsables del ingreso de metales a los estuarios son la deposición
atmosférica, los aportes fluviales (ríos, arroyos) y la descarga directa de efluentes, ya
sea como metales disueltos o particulados (materia suspendida); y cuyos efectos
iniciales se producen en la zona costera. Los metales traza disueltos pueden ser
adsorbidos sobre óxidos metálicos (ej. óxidos de hierro o aluminio) o ser captados por
los organismos (ingeridos con la dieta) (Borch et al, 2010). Como metales particulados,
pueden depositarse a través de condiciones de anoxia en los sedimentos desde donde
pueden ser liberados por disolución reductora, quedando entonces disponibles para la
precipitación o el reciclaje (Benjamín 1992, Blasco et al. 2000).
Numerosos estudios sobre el comportamiento de estos elementos químicos en
estuarios muestran que los procesos, físicos, químicos, biológicos e hidrodinámicos que
allí tienen lugar cumplen un papel fundamental y variable en relación con el flujo de
metales desde la tierra hacia el mar (Martínez, 2001), como se puede apreciar en el
diagrama de la Figura 2.
Es aún tema de discusión saber con certeza cuán rápido los metales pueden
acumularse en los organismos marinos o hasta dónde estás acumulaciones son
reversibles. En este punto es importante conocer como se transportan los compuestos
químicos sintéticos, se acumulan los elementos tóxicos en los sedimentos del fondo y
su forma de ingresar en las cadenas tróficas pudiendo terminar finalmente en el hombre
(Benjamín, 1992).
Los metales, incluyendo aquellos que aparecen a niveles traza son componentes
normales del agua de mar y son requeridos por la biota en cantidades muy pequeñas,
sin embargo algunos de ellos reciben un particular interés considerando su fuerte
toxicidad aún a concentraciones muy bajas (Hg, Pb, Cd) (Botté et al, 2007;
Marcovecchio et al., 2007).
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Figura 2. Ciclo de metales entre los diferentes compartimientos de un ambiente estuarino
Fuente: Marcovecchio J. (2013).
1.2.5. Interacción metal-sedimento
El principal depósito natural o reservorio para los metales en los ecosistemas
estuariales lo constituye el sedimento (Salomons, 1984), el cual actúa como un almacén
altamente concentrado de metales, con concentraciones de varios órdenes de magnitud
superior a los de las aguas adyacentes, tanto intersticiales como suprayacentes (Rubio
et al., 2000).
La acumulación de metales en los sedimentos se determina por los aportes debido a la
descarga de aguas residuales industriales y urbanas o la deposición atmosférica, pero
también por la capacidad de los sustratos a unir y liberar metales, que se rige por el pH
del sedimento, la capacidad de intercambio catiónico, el contenido de materia orgánica,
las condiciones redox y el contenido de cloruros. Estas propiedades determinan el tipo y
estabilidad del metal, y su absorción o precipitación, y también están relacionadas con
la movilidad, biodisponibilidad y toxicidad potencial del metal (Du Laing et al., 2008c).
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Por ello el estudio de metales en los sedimentos estuariales asi como sus
características fisicoquímicas (potencial redox, tamaño de grano) constituyen un rasgo
significativo ya que los sedimentos son la fuente secundaria (o en ocasiones primaria)
de metales para los ambientes acuáticos estuariales (Bufflap, 1995).
El origen de los sedimentos que se depositan en un estuario es variable, pueden ser
marinos, provenir de los sistemas terrestres adyacentes y llegar a través cursos de
agua dulce, o ser sedimentos orgánicos generados in situ. La sedimentación elimina
metales de la columna de agua (Bufflap, 1995) evitando de esta manera que sean
transferidos a la biota y/o que ingresen a las cadenas tróficas marinas.
La concentración y biodisponibilidad de metales encontrados en los sedimentos
estuarinos depende de varios factores incluyendo, potencial redox, pH, salinidad,
especies disueltas de metales y la composición del sedimento (Duquesne et al., 2006).
En algunos estuarios, las concentraciones de metales en las partículas en suspensión
no difieren significativamente de aquellas en el sedimento superficial bentónico, y ello
sería consistente con la presencia de partículas finas re-suspendibles (Langston et al.,
2010). El estudio de las concentraciones de metales asociados a diferentes tipos de
sedimento y a diferentes tamaños de grano tiene gran implicancia en la
biodisponibilidad de metales para los invertebrados bentónicos, particularmente
moluscos que se alimentan de los depósitos de partículas y de partículas en
suspensión, quienes a su vez constituyen importantes componentes de la dieta de
peces y aves estuarinas (Duquesne et al., 2006; Zhou et al., 2008).
Así, cambios en las condiciones ambientales (corrientes de marea, olas, vientos),
actividades
de
los
organismos bentónicos
o
bioturbación,
los
procesos
de
mineralización en la interface sedimento-agua (precipitación, adsorción, absorción,
solubilización, formación de sulfuros) (Duarte et al., 2010), procesos de oxidación
mediada por las raíces de las plantas (Reboreda, 2007) y las actividades humanas tales
como el dragado y refulado, pueden causar no solo la resuspensión del sedimento
estratificado (óxido-reductor) y la mezcla con el agua de columna oxigenada (Bufflap y
Allen, 1995) sino que también juegan un papel fundamental en la remobilización de los
metales acumulados (Salomons, 1984), con la consecuente redistribución de dichos
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metales en el ecosistema, la alteración en la fase disuelta y la posterior incorporación
biológica (Atkinson et al., 2007).
1.2.6. Eutrofización
Un incremento de nutrientes, especialmente de N y P, acelerado por el aporte de
fuentes antropogénicas, puede conducir a graves problemas de eutrofización en los
ambientes acuáticos (Raboubille et al., 2001; LOICZ, 2001; Ruttenberg, 2005, Lillebø et
al., 2005; Camargo y Alonso, 2007; Heisler et al., 2008). La eutrofización es la
producción acelerada de materia orgánica, particularmente algas, en un cuerpo de agua
(Briker et al., 1999).
Como resultado de este crecimiento desmesurado de las algas una gran variedad de
impactos en el ecosistema pueden ocurrir, incluyendo el florecimiento de algas tóxicas,
el agotamiento del oxígeno disuelto y la pérdida de la vegetación acuática sumergida.
Esto produce un efecto negativo en la calidad del agua y en la salud de los
ecosistemas.
Durante muchos años, la eutrofización ha sido reconocida como un problema en los
sistemas de agua dulce; y hace unas pocas décadas que fue creciendo la preocupación
de la presencia generalizada de las condiciones de eutrofización en los sistemas
estuarinos (Briker et al., 1999).
1.2.7. El Estuarios como ambientes adecuados para realizar estudios de
contaminación.
Los estuarios son un excelente ejemplo de las complejas interacciones que
normalmente se producen en ambientes costeros. Un gran número de factores
interactúan simultáneamente, haciendo más difícil la predicción exacta de los procesos
que los caracterizan (Perillo, 1995). La flora y la fauna que se desarrollan en un estuario
están bien adaptados a esa drástica variabilidad (por ejemplo, cambios en la salinidad,
períodos secos / húmedos, dirección de las corrientes de marea, etc.), pero sufren
significativamente los cambios artificiales que son inducidos por la siempre creciente
actividad humana, en y alrededor de los estuarios, o incluso a cientos o miles de
kilómetros
tierra
adentro.
Las
estructuras
artificiales
(por
ejemplo,
puertos,
17
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
embarcaderos), dragado de canales de navegación (incluida la eliminación de material)
o construcción de represas en el río son sólo ejemplos de las condiciones físicas que
tienen un gran impacto en la comunidad biológica. También hay que considerar el
impacto adicional que produce la entrada de contaminantes y las correspondientes
cargas de nutrientes y fertilizantes (Perillo et al., 2009). Tal y como se ha referido
previamente, los estuarios son importantes corredores para el intercambio de masa
entre las cuencas hidrográficas continentales y el mar.
Desafortunadamente, los ecosistemas estuariales ubicados río abajo (en el extremo de
la cuenca hidrográfica), con frecuencia sufren un significativo efecto de degradación
debido a desarrollos generados aguas arriba, asi como a la contaminación del agua de
la cuenca asociada. Por lo tanto, es importante que las causas de tales degradaciones
sean diagnosticadas y entendidas cabalmente, para poder tomar medidas adecuadas
para proteger y restaurar la salud de los ecosistemas estuariales (Meng y Liu, 2010).
Para considerar adecuadamente el tema en cuestión, es conveniente recordar la
definición científica de contaminación marina. Esta se define como la introducción por
acción del hombre de cualquier sustancia o energía en el medio marino (incluidos los
estuarios) que produzca (o pueda producir) efectos nocivos, tales como daños a los
recursos vivos y a la vida marina, peligros para la salud humana, obstaculización de las
actividades marítimas incluida la pesca y otros usos legítimos del mar, deterioro de la
calidad del agua de mar para su utilización y menoscabo de los lugares de
esparcimiento (GESAMP, 2011). Así, resulta muy importante tener presente esta
definición y aplicarla plenamente, teniendo siempre presente que la sola presencia de
una sustancia potencialmente tóxica en un sistema natural no determina la existencia
de contaminación, sino que resulta imprescindible la ocurrencia de efectos nocivos
(Bellas et al., 2011).
Esto no es, sin embargo, una tarea fácil, ya que los desechos industriales, agrícolas y
urbanos, dragados, y modificaciones en el sistema de reasignación de usos de suelos entre otros- han producido problemas de contaminación y eutrofización, y han afectado
18
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
a la composición y distribución de especies y el funcionamiento del sistema (Scheffer et
al., 2003 ; Atkins et al., 2007).
No sólo las actividades humanas directas son responsables de estas acciones
previamente mencionadas, ya que -por ejemplo- los cambios climáticos que conllevan
aumento de lluvias torrenciales y escorrentías asociadas, pueden estimular la
movilización de contaminantes antiguos retenidos en los sedimentos. De la misma
manera, eventos extremos de inundaciones de ríos en regiones mineras pueden
generar una considerable contribución al ingreso de Hg adsorbido en partículas hacia la
zona costera y sistemas (Figura 3).
El aumento de la urbanización y de la utilización de las zonas costeras para actividades
de recreación está acompañado por actividades tales como la reclamación
y
recuperación de tierras, dragado de canales de navegación, accesos y áreas de
maniobras de zonas portuarias, el bombeo de sedimentos y la construcción de
instalaciones
complementarias
de
los
puertos
comerciales
y/o
deportivos.
Consecuentemente, los efectos ambientales están aumentando continuamente.
Estos estudios hacen hincapié en que tanto los ecólogos estuariales como los
administradores de recursos necesitan: (i) un buen conocimiento de las características
ambientales de los sistemas bajo estudio o sometidos a su jurisdicción; (ii) los datos
cuantitativos sobre los conjuntos flori-faunísticos de aquellos sistemas, considerando las
escalas espaciales y temporales; (iii) la capacidad de predecir de modo confiable las
especies que puedan ocupar cualquier sitio de los estuarios; y, (iv) una comprensión
acabada de las consecuencias ecológicas del cambio ambiental (Valesini et al., 2010).
A manera de síntesis, la literatura internacional presenta numerosos trabajos en los que
se presentan informaciones sobre la presencia, concentraciones y distribución de
distintos grupos de contaminantes en ambientes estuariales, y sus componentes
abióticos y biológicos. Esto, junto con los análisis previamente comentados, indica que
estos ambientes resultan sumamente adecuados como para llevar adelante estudios de
contaminación. Simultáneamente, el intenso uso que hace la sociedad humana de los
estuarios determina la importancia de esas evaluaciones. Marcovecchio, et, al. (2013).
19
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Figura 3. Diagrama que representa un sistema natural integral. Se indican las influencias
naturales (líneas cortadas) y las antropogénicas (líneas llenas). A1 y A2: influencias naturales
y/o antropogénicas sobre el sistema físico. B1 y B2: Idem sobre el sistema físico-químico. C:
efectos humanos directos sobre el sistema biológico.
Fuente: Adaptado de Jonge et al. (2003) y Covelli et al. (2007).
1.3. Investigaciones Precedentes
El tema de contaminación ambiental generado por las elevadas concentraciones de
metales pesados, ha sido revisado y discutido en varias partes del mundo, incluyendo
Venezuela y concretamente el Lago de Maracaibo, tal como se muestra a continuación:
Agudelo L. et al. (2005), menciona la fitorremediación como la alternativa para absorber
metales pesados de los biosólidos, por medio de esta investigación, los autores
pretenden demostrar que la fitorremediación constituye una alternativa eficaz y
económica para realizar procesos de descontaminación de metales pesados en
biosólidos, los cuales provienen especialmente de los tratamientos de aguas residuales,
sin causar deterioro en los sedimentos en los que son aplicados, disminuyendo la
contaminación no solo de este, sino también del agua y de los que a partir del medio
donde se encuentre, puedan llegar a cualquier organismo vivo.
20
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Aguirre G. et al. (2009), evaluaron la toxicidad no específica en sedimentos portuarios,
una aproximación al contenido de contaminantes críticos, analizando la calidad de
sedimentos de cuatro puertos chilenos con diferentes actividades de cabotaje, en
función del contenido de materia orgánica (MOT), hidrocarburos aromáticos policíclicos
(HAPs), metales traza (Cd, Pb y Cu) y toxicidad no específica. El índice de
contaminación urbana e industrial (ICUI) referido al contenido de metales, reveló como
más contaminados a Iquique y Talcahuano; en cambio el índice de adición de HAPs a
San Vicente (IA HAPs), al igual que la toxicidad. En este sentido los autores exponen la
incidencia de múltiples actividades industriales que desarrollan en las adyacencias del
área de estudio, que mediante la implementación de puertos comerciales, pesqueros
y/o de cabotaje en el interior de las bahías.
Araúz D. et al. (2013), realizaron el estudio del ―Nivel de Contaminación y Distribución
Espacial de Metales Pesados en sedimentos superficiales de Bahía Damas, Isla Coiba‖
donde determinaron los metales pesados (Cr, Cu, Cd y Pb) en sedimentos superficiales
de Bahía Damas en Isla Coiba para establecer los niveles de línea base y de
contaminación. Las concentraciones medias de metales pesados en los sedimentos del
área de estudio oscilaron: Cr (88,32a 94,63 μg/g), Cd (1,84 -3,53 μg/g), Cu (41,47- 48,
7μg/g) y Pb (1,09 - 3,80 μg/g), siendo la distribución de estos metales gradual y
estacional, reflejando un incremento de la concentración hacia la parte de mar afuera
en periodo seco e intermedio.
Ávila H. et al (2010), en su estudio denominado ―Distribución de metales pesados en
sedimentos superficiales del Lago de Maracaibo, Venezuela‖, recolectaron 52 muestras
en 13 estaciones ubicadas estratégicamente a lo largo de la cuenca del Lago de
Maracaibo, durante 1999 a 2001, obteniendo como resultado la identificación de los
metales Cu, Cd, Cr, Pb, V y Ni, cuyas concentraciones de metales en sedimentos
superficiales del Lago de Maracaibo, son similares a las reportadas en sistemas
acuáticos con alta actividad petrolera.
Ávila, H; et al (2014), en su trabajo de ―Determinación de metales pesados en
sedimentos superficiales costeros del Sistema Lago de Maracaibo, Venezuela‖
establecieron como objetivo del estudio: Identificar áreas costeras con concentraciones
21
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
críticas de Pb, Cr, Cd, Ni y V en sedimentos superficiales costeros del sistema Lago de
Maracaibo, utilizando el Análisis de Componentes Principales (ACP). La tendencia en
los metales en la zona costera evaluada es de concentraciones altas hacía la zona de
desembocadura de los ríos tributarios de la zona sur del Lago y de manera puntual
algunas estaciones en la zona norte, estas últimas relacionadas con actividades
industriales. Al comparar las concentraciones de metales obtenidos en este estudio con
los valores de riesgo relativo para sedimentos de ambientes marinos y estuarinos (ERL, Environmental Response-Low), reportados por la NOAA. Porcentaje de excedencia
en cada punto muestreado (pm=8) al límite permisible por la ER-L (NOAA1995) para
Cd> 5; Cr>80; Ni>30; Pb > 35 mg/kg. Solo se muestran los metales que exceden la
norma.
Cañizares R. (2000), llevo a cabo el estudio de la Biosorción de metales pesados
mediante el uso de biomasa microbiana, este consiste en la utilización de
microorganismos como biosorbentes de metales pesados, ofrece una alternativa
potencial a los métodos ya existentes para la destoxificación y recuperación de metales
tóxicos o valiosos presentes en aguas residuales industriales.
Castañé P. et al. (2003), desarrollaron el trabajo titulado, ―Influencia de la especiación
de los metales pesados en medio acuático como determinante de su toxicidad‖, cuyos
resultados muestran que la concentración total del Cd no es un buen predictor de su
toxicidad para las algas y que su especiación puede afectar la disponibilidad del mismo
para los organismos en medio acuático y, consecuentemente, determinar la magnitud
de su toxicidad.
Cervantes Y. et al. (2011) en el artículo ―Metales traza en sedimentos de la Bahía de
Cayo Moa (Cuba): Evaluación de la contaminación‖ evalúan los niveles de cuatro
elementos traza arsénico (As), cobre (Cu), plomo (Pb) y zinc (Zn) en sedimentos
superficiales de la bahía de Cayo Moa, en la cual la actividad humana ha incidido desde
mediados del pasado siglo, paralelamente al desarrollo de una de las regiones mineras
más importante de Cuba. Para evaluar el grado de contaminación de los sedimentos se
utilizaron tres métodos fundamentales: la comparación con otros ecosistemas marinos,
la determinación del nivel de enriquecimiento metálico mediante el cálculo del Factor de
22
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Contaminación, y la interpretación de los datos obtenidos con base en criterios de
calidad. El rango de concentraciones varió entre 7-153 μgg-1 para As, 18-175 μgg-1
para Cu, 5-62 μgg-1 para Pb y de 46-527 μgg-1 para el Zn. La distribución espacial de
las concentraciones mostró valores altos en toda la bahía y zonas aledañas, con
variaciones según el elemento analizado; los mayores niveles de As se encontraron en
las desembocaduras de los ríos Moa y Cayo Guam. Los resultados muestran una
elevada concentración de As, Cu, Pb y Zn; los niveles de contaminación revelados en
este
estudio
permiten
clasificar
algunos
puntos
analizados
como
altamente
contaminados o con un potencial de riesgo biológico alto.
Corona J. (2012), en el documento presentado como ―Contaminación Antropogénica en
el Lago de Maracaibo, Venezuela‖, presenta una revisión bibliográfica exhaustiva sobre
el impacto ecológico de la contaminación antropogénica en aguas, biota y explotación
pesquera del sistema de Maracaibo. Donde establece que esta problemática ambiental,
ha generado un desequilibrio ecológico de los componentes bióticos y abióticos del
estuario; ofreciendo de esta manera una visión amplia sobre las repercusiones
ecológicas en el lago.
Díaz Rizo O. et al. (2008), realizaron el ―Análisis ambiental por activación neutrónica de
sedimentos de la Bahía de La Habana‖, a través de la activación neutrónica
instrumental de sedimentos superficiales de la bahía de La Habana, Cuba. Se
reportaron las concentraciones de 23 elementos (metales pesados y trazas),
reportándose, por primera vez un grupo importante de elementos tierras raras (La, Ce,
Nd, Sm, Eu, Tb, Yb y Lu). La normalización de los resultados a un metal de referencia
demostró la presencia antropogénica de Sb, Ba, As, Cr y Zn producto de la descarga de
residuales domésticos e industriales.
Farina O. et al. (2013) en su ―Evaluación de la Contaminación por Mercurio en la Biota
Acuática, Aguas y Sedimentos de la Cuenca Alta del río Cuyuní, Estado Bolívar,
Venezuela‖ evaluaron el alcance de la contaminación por mercurio en la cuenca alta del
rio Cuyuni, determinándose la concentración de mercurio en 36 muestras de agua, 25
muestras de sedimentos y 145 muestras de tejido de peces (n=131) e invertebrados
acuáticos (cangrejos, camarones y caracoles) (n=14), correspondientes a 56 especies
23
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
identificadas, provenientes de las estaciones ubicadas en las cinco áreas focales en la
cuenca alta del Cuyuni. El rango de valores de concentración de mercurio obtenidos en
los sedimentos fue de 6.55 a 421.53 ppb, con factores de enriquecimiento (FE) >1 en
16 estaciones, indicando una entrada de mercurio antropogénica. Las concentraciones
mínimas y máximas de Hg en agua fueron 2.01 y 20.13 ppb respectivamente, donde el
metal asociado a los sólidos suspendidos represento entre el 1.30 y 63.35%. Como
regla general, la concentración de mercurio en el tejido del musculo de peces fue mayor
que en invertebrados.
García N. et al. (2012) en su ―Evaluación Preliminar de Riesgos para la Salud Humana
por Metales Pesados en las Bahías de Buenavista y San Juan de los Remedios, Villa
Clara, Cuba‖ llevaron a cabo una caracterización de los principales focos contaminantes
de la bahía San Juan de los Remedios, fundamentalmente en las industrias que vierten
sus residuales directamente al mar sin tratamiento alguno y que contienen gran
variedad de sustancias tóxicas orgánicas y químicas. Estos residuales, son vertidos en
los ríos que desembocan en esta bahía. Se realizó una evaluación del riesgo que
constituye para la salud humana la presencia de metales pesados en los cuerpos de
agua poniendo en riesgo la vida de las personas que habitan en la ciudad de Caibarién.
Guzmán C. (2011) realizó la ―Evaluación de contaminantes en agua y sedimentos del
Río San Pedro en el estado de Aguascalientes‖ con la finalidad de estudiar el nivel de
contaminación del río y la probable infiltración de contaminantes al acuífero del Valle de
Aguascalientes, para ello tomó muestras de agua y sedimentos de 50 sitios
seleccionados a lo largo del río. Evaluó además 17 pozos aledaños al río (a menos de
300 m). Se realizaron dos campañas de muestreo, una en temporada de sequía y otra
posterior a las lluvias. Se determinó pH, oxígeno disuelto, DBO5, DQO, P-total, N-total,
fenoles, anilinas, detergentes (SAAM), coliformes fecales y metales pesados (Al, As,
Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb y Zn). El agua del río San Pedro presentó en algunos sitios
contaminación moderada por Al y Fe. De acuerdo con los criterios de la Agencia de
Protección al Ambiente de los Estados Unidos, todos los sedimentos presentaron
contaminación por As; el 50% de los mismos por Pb y Zn, el 25% con Cu y
24
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
aproximadamente el 13% con Mn y Cr. Tres sedimentos presentaron contaminación
moderada por Fe y otros tres por Hg.
Hansen M. (2013). Metodología para determinar la liberación de metales del sedimento
al agua en lagos y embalses. Aunque el sedimento en cuerpos de agua puede actuar
como fuente secundaria de contaminantes disueltos, no se conocen criterios que
establezcan esta relación. En este trabajo se propone una metodología para estimar los
riesgos de contaminar el agua por liberación de metales acumulados en sedimento. Se
evaluó la distribución de cadmio, cobre, cromo, hierro, manganeso, níquel, plata y zinc
entre agua y sedimento en ambientes experimentales que varían entre oxidados y
reducidos. La metodología desarrollada, que combina evaluación experimental con
modelación hidrogeoquímica, permite evaluar diferentes escenarios de contaminación
del agua en contacto con el sedimento. El conocimiento de la disolución reductiva de
metales es imprescindible para poder mitigar efectos a la salud y para la toma de
decisiones sobre tratamientos de agua.
Herrera J. et al. (2012) en la ―Evaluación de metales pesados en los sedimentos
superficiales del río Pirro. Laboratorio de Manejo del Recurso Hídrico, Escuela de
Química, Universidad Nacional, Costa Rica‖ analizaron por espectrofotometría de
absorción atómica la concentración de Cd, Ag, Se, Sn, Ni, Cr, Cu, B, Zn, Hg, Ba, Pb,
Mn, As y Al en los sedimentos superficiales del sector medio del río Pirro (Heredia,
Costa Rica). Las concentraciones de estos elementos fueron muy elevadas para la
mayoría de las sustancias analizadas en todos los puntos de muestreo seleccionados.
Su distribución no fue homogénea, ni presentó un patrón geográfico marcadamente
definido, pudiéndose encontrar altos niveles distribuidos a lo largo del transecto
estudiado.
Ibárcena L. (2011). Estudio de la Contaminación por Metales Ecotóxicos en Sedimentos
en la Bahía de Ite, Provincia de Jorge Basadre Grohmann de Tacna, determinando la
incidencia que tendrían los mismos sobre la fauna bentónica de la zona, como
consecuencia del vertimiento por más de 35 años de los relaves mineros provenientes
de las minas de Toquepala y Cuajone. Los resultados obtenidos de los metales
ecotóxicos Cu, Zn, As, Cd, Hg, Pb, Fe, analizados que se encuentran en los sedimentos
25
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
superficiales de la Bahía de Ite, en orden decreciente son: Fe > Cu > Zn > As > Pb > Cd
> Hg. Los valores promedios reportados son los siguientes: Cu = 608.063 mg/kg, Zn =
9.923 mg/kg, As = 8.66 mg/kg, Cd = 0.41 mg/kg, Hg < 0.01 mg/kg, Pb = 8.472 mg/kg,
Fe = 33078.63 mg/kg.
Luque C. (1993). Distribución de metales pesados en sedimentos de las Marismas del
Odiel (Huelva, So. España). Analizado la distribución y contenido total de metales
pesados (Co, Cu, Fe, Mn, Ni y Pb) en sedimentos de las Marismas del Odiel (SO
España). Las concentraciones de estos elementos, obtenidas por espectrofotometría de
absorción atómica, fueron muy elevadas para la mayoría de los elementos analizados.
Su distribución no es homogénea, ni presenta un patrón geográfico marcadamente
definido, pudiéndose encontrar altos niveles repartidos por toda la marisma. Existe
cierto gradiente topográfico, con mayores concentraciones en puntos de menor cota.
Los puntos de muestreo más aislados de la incidencia mareal y los más expuestos a
mar abierto registraron los niveles más bajos. Los metales que superaron los límites
máximos permisibles (según Long et al., 1995) en sedimentos fueron: Cd total (1.28 ±
0.77 μg g-1), Ni total (107.51 ± 23.02 μg g-1), Pb total (44.50 ± 18.97 μg g-1) y V total
(48.98 ± 6.88 μg g-1); en las almejas (según Nauen 1983): Cd (0.28 ± 0.13 μg g-1), Cr
(4.27 ± 2.29 μg g-1), Ni (2.83 ± 2.33 μg g-1), (2.29 ± 1.10 μg g-1) y V (1.85 ± 1.15 μg g1).
Machado A. et al. (2010). Influencia de una planta termoeléctrica en la concentración de
V y Ni en sedimentos en la ciudad de Maracaibo, Venezuela.
Márquez A. et al. (2008). Concentraciones de metales en sedimentos y tejidos
musculares de algunos peces de la Laguna de Castillero, Venezuela. Con el propósito
de detectar alteraciones en el productivo ecosistema de la Laguna de Castillero
(Caicara del Orinoco, municipio Cedeño del estado Bolívar, Venezuela), se presentan
resultados de mediciones granulométricas y de las concentraciones de los metales
pesados: Fe, Mn, Zn, Pb y Co realizadas en junio 2001 sobre los sedimentos
superficiales y del tejido muscular de varias especies autóctonas de peces (Plasgiosium
squamossimos, Pigocentrus cariba, Pheudoplastyloma fasciatum, e Hypostomus spp
realizadas en junio 2001. Utilizando técnica de espectrofotometría de absorción atómica
26
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
con llama de aire acetileno, se determinó que, las concentraciones de metales más
altas están representadas por manganeso, zinc y plomo. Se encuentran valores
elevados en la concentración de Pb y Zn, hecho atribuido al estrés que ejercen las
actividades antropogénicas circundantes sobre la Laguna de Castillero.
Menéndez M. (2004), realizo el estudio sobre la eutrofización y calidad del agua de una
zona costera tropical, donde determino que la calidad del agua costera está siendo
alterada por el incremento de los desechos propios de las actividades humanas; los
nutrientes nitrógeno y fósforo generados por estas fuentes pueden acrecentar el
desarrollo del proceso de eutrofización en el ambiente costero. El Estado de Yucatán,
México, es una zona tropical sometida a las presiones que representan su desarrollo
económico, por el crecimiento de la densidad de la población y el aumento del vertido
de desechos. El subsuelo de esta región es un sistema cárstico de carbonato de calcio
que favorece la infiltración del agua y de contaminantes al acuífero. Durante el año
2000, las principales fuentes de nutrientes de Yucatán, fueron en orden de importancia,
los aportes continentales procedentes de la porcicultura y avicultura, la agricultura, la
precipitación atmosférica y los desechos de origen humano -domésticos, públicos,
urbanos e industriales-; estos nutrientes ingresan al litoral de Yucatán por la descarga
del agua subterránea en la costa, con una proporción N:P =194,9:1.
Morán E. (2012). Impactos recientes de los cambios ambientales en los recursos
hídricos superficiales de la cuenca del Duero. La disponibilidad de recursos hídricos ha
sido históricamente un factor limitante de desarrollo en los países de la cuenca
mediterránea. En este trabajo se analizó la evolución y variabilidad recientes (19612005) de los recursos hídricos superficiales el caudal en los ríos en una de las cuencas
hidrográficas de mayor entidad de la Península Ibérica, y los factores ambientales
responsables de su evolución. Los resultados del trabajo muestran un descenso notable
y generalizado en los caudales en la región, acompañado de un cambio en los
regímenes fluviales. La evolución del clima, con unas precipitaciones muy variables
pero sin tendencias notables a largo plazo, y unas temperaturas en aumento, explica en
parte, pero no en su totalidad, el descenso hidrológico. En las cabeceras fluviales se ha
detectado un incremento significativo de la cubierta vegetal durante el periodo de
estudio, el cual parece estar participando en gran medida en el descenso de caudales.
27
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Por otro lado, la regulación por medio de embalses está incrementando en la cuenca y
con ello contribuyendo al cambio hidrológico en la región. Los resultados obtenidos
ofrecen la base conceptual para proyectar la disponibilidad futura de los recursos
hídricos en los escenarios de mayor escasez como consecuencia del cambio climático
venidero.
Ramos R. et al. (2012), mediante la investigación, ensayos de toxicidad con sedimentos
marinos del occidente de Venezuela, obtuvieron que la actividad de las refinerías es
una de las principales fuentes de contaminación marino costera a nivel mundial. En este
trabajo se evaluó la toxicidad de sedimentos potencialmente impactados por el Centro
Refinador Paraguaná, ubicado en la costa occidental de Venezuela, utilizando
bioensayos de toxicidad crónicos.
Dicha toxicidad se evaluó con larvas del camarón Litopenaeus vannamei y con
poliquetos Scolelepis texana durante 28 días y 10 días, respectivamente. Ambos
bioensayos indicaron una alta toxicidad para sedimentos aledaños a la refinería, con
respecto a sedimentos de la misma región con menor influencia de la refinería y a
sedimentos de una zona control. Los sedimentos aledaños a la refinería tuvieron
concentraciones relativamente elevadas de metales pesados como el cromo, níquel y
zinc; y presencia de hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs > 1000 ppb). Este
estudio está enmarcado dentro del primer trabajo de riesgo ecológico ambiental
realizado en Venezuela.
Sotero V. et al. (2013). Contenido de metales pesados en agua y sedimento en el bajo
Nanay. Se presenta en este estudio la evaluación de la concentración de metales
pesados en agua y mercurio en sedimentos del rio Nanay. Según los resultados de
análisis de agua el plomo y mercurio se encuentran presentes en concentraciones
mayores que lo indicado por las normas nacionales. El plomo tanto en creciente es en
promedio de 0,111 ppm y 0,053 ppm respectivamente y el mercurio en vaciante se
encuentra en 0,008 ppm. Del mismo modo la presencia de mercurio es alta en los
sedimentos que acompañan a este rio con 1,636 ppm en creciente y 3,03 ppm en
vaciante.
28
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Universidad del Zulia (2004).
importante mencionar que
Biodiversidad en el Campo Urdaneta Oeste, es
Evaluar la diversidad biológica en el Campo Urdaneta
Oeste, a fin de obtener y compilar información de línea base, y divulgar la diversidad
biológica, a través de la elaboración de catálogos y películas. Tal información es útil, no
solamente a Shell Venezuela, S.A. sino que aunado a ello sirve para establecer
proyecciones de los efectos naturales y antropogénicos sobre la biodiversidad en esta
área, pero también al público en general, para conocer y apreciar mejor la fauna que los
rodean. se explica la composición de esta biodiversidad en Campo Urdaneta Oeste, por
qué conservarla y cómo Shell Venezuela, S.A. funcionando en el área, está pendiente
del valor de esta biodiversidad para las futuras generaciones y se preocupa porque la
población de Campo Urdaneta Oeste, Estado Zulia, Venezuela, y el mundo preserve la
biodiversidad reinante.
Valdés J. et al. (2014), llevo a cabo la investigación sobre el contenido de Cu, Pb y Zn
en sedimentos y organismos bentónicos de la bahía San Jorge (norte de Chile):
Acumulación y biotransferencia en sistemas costeros submareales. Dicho trabajo
consistió en la medición del contenido de Cu, Pb y Zn para evaluar su enriquecimiento
en sedimentos y sus eventuales procesos de biomagnificación en cadenas tróficas
bentónicas de siete sectores de la bahía. Obteniendo que el contenido medio de Cu, Zn
y Pb fue 103.6, 72.6 y 38.6 mg kg–1, respectivamente, en los sedimentos y 28.3, 32.5 y
21.9 mg kg–1, respectivamente, en los organismos. Al mismo tiempo determino el índice
de geoacumulación, indicando algún grado de enriquecimiento de metales en los
sectores donde se realizan actividades industriales; Los resultados de este trabajo
sugieren una alta variabilidad temporal en el contenido de metales en los sedimentos y
organismos bentónicos, lo cual puede ser explicado por la modificación de factores
naturales y antrópicos dada por la actividad industrial y los asentamientos humanos
cercanos que controlan el ingreso y acumulación de estos metales en la zona costera
de la bahía San Jorge.
Zamora A. et al. (2010). Las actividades de la industria petrolera y el marco ambiental
legal en Venezuela. Una visión crítica de su efectividad. La explotación de petróleo y
gas natural tiene efectos ambientales específicos que dependen de la ubicación de los
yacimientos y de las técnicas utilizadas para extraer los productos brutos. La prevención
29
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
y control de los impactos ambientales generados por las actividades de la industria
petrolera es uno de los principales problemas que enfrenta la sociedad venezolana, por
tanto, la existencia de un marco legal que regule dichas actividades a fin de minimizar el
daño al ambiente se hace imprescindible. Este trabajo constituye un análisis del marco
ambiental legal vigente en Venezuela, en lo relativo a la industria petrolera, indicando
las fortalezas y debilidades de la normativa con el fin de ampliar el conocimiento del
derecho ambiental venezolano y contribuir con la inclusión de los aspectos ambientales
en la toma de decisiones para el desarrollo económico-social en un contexto de manejo
sustentable de los recursos energéticos del país y del mundo.
1.4 Aspectos geológicos regional
1.4.1 Marco fisiográfico
La cuenca del Lago de Maracaibo (Figura 4), limitada por la Sierra de Perijá al oeste y
el flanco occidental de Los Andes y la Serranía de Trujillo al este, ocupa una depresión
tectónica de unos 52.000 kilómetros cuadrados de extensión, donde se han acumulado
más de 10.000 metros de espesor de sedimentos cuyas edades se extienden desde el
Cretácico hasta el Reciente. Un fenómeno fisiográfico interesante es el hundimiento o
subsidencia de ciertas zonas costeras del Lago de Maracaibo como son Lagunillas y
Tía Juana.
Figura 4. Ubicación Geográfica del Lago de Maracaibo, Estado Zulia Venezuela.
Fuente: Google Eart (2015).
30
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
La región presenta gran variedad climática debido a la presencia del Lago y la influencia
de los sistemas montañosos vecinos. Las lluvias muestran gran variación espacial y
temporal; las mayores precipitaciones ocurren al sur-oeste del Lago (> 2800 mm/año),
pero disminuye progresivamente hacia el norte, hasta el clima semiárido de Maracaibo,
con menos de 600 mm/año, y el clima árido de la Península de Perijá (< 200 mm/año).
Sin embargo, en la misma zona norte, en las laderas de la Sierra de Perijá, se registran
más de 1500 mm/año, a una distancia en la horizontal de menos de 80 km.
La temperatura media varía de 27,5º C en la costa del Lago a 24º C hacia los
piedemonte de Perijá y los Andes. El mayor escurrimiento se registra al sur del Lago, en
la planicie del Catatumbo, con valores de 1000-1800 mm/año; el más bajo se presenta
en las áreas costeras del Golfo de Venezuela, con valores promedios anuales inferiores
a los 200 mm. En la planicie aluvial del Lago, el escurrimiento varía entre 600 y 1400
mm/año.
La vegetación en la región es muy variada: hacia el norte, en la Península de La Guajira
y la planicie de Maracaibo, prevalece el espinal tropical y el matorral tropical semideciduo; la planicie aluvial del lago está ocupada por bosque tropical; hacia el
piedemonte, el bosque tropical se encuentra en las partes más bajas; el bosque
premontano y montano siempre verde en las partes más altas.
1.4.2. Marco geológico estructural
Tectónicamente se relaciona con el levantamiento post-Eoceno de la Sierra de Perijá y
de la Cordillera de Los Andes. La gran mesa de agua que ocupa la parte central de la
cuenca está enmarcada por llanuras casi sin relieve, parcialmente anegadizas, que se
extienden hasta las estribaciones de las serranías circundantes, donde afloran rocas de
edad variable entre el Terciario Inferior y el Precámbrico (?).
1.4.3 Aspectos geológicos locales
El campo Urdaneta, ubicado en la región noroeste del Lago de Maracaibo, ocupa una
extensión de 1.682 kilómetros cuadrados, que representa el 11.73% de la superficie
total del Lago, que a su vez en un macro contexto está situada al oeste de Venezuela.
31
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
1.4.4 Marco sedimentológico actual
La composición granulométrica o tipos de sedimento varían ampliamente en el sistema
del Lago de Maracaibo. Aunque se puede decir que en la zona costera del sistema
predominan las arenas en sus diferentes tipos, esta proporción va a estar influencia por
varios factores en particular. Si se encuentran en una zona cerca a la desembocadura
de un río, se nota un incremento sustancial de las arcillas o en cambio en zonas muy
cercanas por ejemplo, la Laguna de Sinamaica, la predominancia es de suelos
netamente fangosos con un porcentaje alto de limo (Parra-Pardi, 1979; Rodríguez,
2000).
1.4.5. Marco geológico ambiental por metales pesados
El Lago de Maracaibo puede considerarse como un cuerpo de agua con un estado
trófico avanzado, debido a que en este sistema son descargados grandes volúmenes
de agua residuales urbanas e industriales sin tratamiento previo, que sumadas a las
descargas de nutrientes por escorrentía y a los eventuales derrames petroleros,
contribuyen a su deterioro ambiental (Rodríguez, 2000).
En la cuenca del Lago de Maracaibo, se puede detectar diferentes fuentes de metales,
desde las relacionadas con el uso de pesticidas y descargas domésticas e industriales,
hasta las actividades de la industria petrolera, la cual involucra además de la
producción y transporte de crudo, la industria Petroquímica, el procesamiento de gas y
la extracción de carbón en minas a cielo abierto (Rodríguez, 2000).
Con relación a las descargas domésticas e industriales, estas se encuentran
principalmente en Maracaibo, San Francisco, Mérida, Valera y Cúcuta y a excepción de
algunos reportes generados por organismos estatales (ICLAM, MARN) los cuales
realizan evaluaciones puntuales de algunas de estas fuentes, en la actualidad no existe
un inventario de su ubicación exacta y la caracterización de cada efluente (Rodríguez,
2000).
La presencia de metales pesados en agua, sedimentos y biota del Lago de Maracaibo
ha sido reportada por diferentes estudios, entre los más recientes están Ávila (2003),
32
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Esclapés y Galindo (2000), ICLAM (2001), Pardi y col. (1979), Rodríguez (2000) cuyos
valores se han venido incrementando, particularmente en las especies que integran la
cadena
trófica
del ecosistema,
llegándose
a
determinar en
algunos
casos
concentraciones que superan el límite permisible para consumo humano (ICLAM,
1988).
Diversos procesos específicos tales como difusión de sedimentos anóxicos,
resuspensión de sedimento y dragado entre otros, comúnmente reintroducen metales
concentrados en los sedimentos hacia la columna de agua (Kennish, 2002).
Lo anterior es particularmente importante en el Lago de Maracaibo donde existe un alto
aporte antropogénico y la influencia del intervalo de mareas, el cual posee un elevado
porcentaje de partículas finas que ayudan a la fijación de los metales y su transporte
hacia otras zonas.
Otro factor a considerar es la formación de zonas anóxicas, las cuales tienden a retener
metales y por cambios en las condiciones ambientales, se condiciona a la transferencia
de los metales a la columna de agua, actuando el sedimento como fuente de polución;
debido a que los metales no permanecen fijos y pueden ser liberados a la columna de
agua (Bautista, 1999).
Pardi (1986) mencionó ―Es evidente que el hipolimnio cónico es la porción del lago
donde ocurre la mayor acumulación de materia orgánica e intensos procesos de
reducción‖. Sin embargo, no solo ocurre la retención por las condiciones de anoxia
existentes en el cono hipolimnético, sino, también la liberación de nutrientes y metales,
los cuales son incorporados eventualmente al epilimnio, debido a la disminución del
hipolimnio salino.
33
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
CAPÍTULO II.
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
2.1. Introducción
Para la evaluación de la contaminación por metales pesados en sedimentos
superficiales del campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Venezuela, se estableció una
metodología de trabajo (figura 5) que permitiera reunir la información necesaria sobre el
área, los métodos y análisis a través de los cuales se han venido rigiendo las diversas
instituciones geológicas ambientales a nivel mundial/nacional.
Figura 5. Metodología de trabajo empleada para el desarrollo de este estudio.
Fuente: Elaboración propia (2015).
En este trabajo se definió las características geológicas ambientales del área en
estudio, se identificó la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados
existentes en los sedimentos del campo Urdaneta; y, a su vez, se evaluó los niveles de
toxicidad, a través del factor de concentración que producen esos elementos.
34
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
2.2. Metodología utilizada para la realización del trabajo de investigación
El plan de trabajo descrito anteriormente en la figura 5, fue planteado para cubrir a
través de trabajo de campo, laboratorio y oficina, la evaluación de la concentración y
variabilidad de metales pesados, que originan contaminación ambiental, estas etapas,
se describen, a continuación (tabla 1):
Tabla 1. Métodos analíticos empleados en la evaluación de los parámetros físicos y
químicos en los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta
Parametros
Unidades
Método
Ambientales
Adimensional
Observación
Textura
%Arena
%Arcilla
%Limo
Tamizado
mg.kg־¹
Espectrofotometria
de
Adsorción
Atómica
Metales
Descripción
Revisión bibliográfica de la geología ambiental local
y revisión histórica de la variación de relieve/aporte de
sedimentos, a través de Google Eart.
Descripción de la fraccion gruesa
a tráves de Lupa, con objetivo 10X y con fotografia acoplada.
Digestión con ácido nítrico y medición espectrofotométrica
por absorción atómica acoplado a un equipo de generación de
hidruros para el análisis de mercurio.
Fuente: Elaboración propia (2015).
2.2.1. Recopilación y análisis de la información existente sobre el tema en estudio
Esta etapa consistió en adquirir, recopilar y organizar las referencias bibliográficas
relacionadas con estudios sobre contaminación por metales pesados de autores
consultados y material utilizado, todo esto con la finalidad de complementar la
información necesaria para dar cumplimiento al trabajo de investigación.
2.2.2. Levantamiento de información geológica y ambiental del área de estudio
Para poder entender adecuadamente un problema de contaminación no basta con
realizar una campaña de toma de muestras para su estudio geoquímico, además debe
contarse con información sobre el clima, el marco geológico, y por supuesto, sobre la
actividad industrial que se realiza en la zona bajo estudio. Por ello se utilizó la
metodología descrita por Perillo (1995) y Perillo y Piccolo (2012), en cuanto a los
factores que controlan las características de los estuarios. Esta fase comprendió la
revisión bibliográfica sobre estudios previos realizados por instituciones tales como el
35
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Instituto para la Conservación y Calidad del Lago de Maracaibo (ICLAM), Universidad
del Zulia (LUZ), Ministerio del poder popular para el Ambiente (MPPA), así como toda la
información que describe la geología del área. Al mismo tiempo se utilizó la aplicación
computarizada Google Eart, versión 2015, con la finalidad de evaluar a través de las
bondades que brinda esta herramienta acerca de la posición geográfica y la
visualización del comportamiento topográfico y cantidad del aporte sedimentario de los
ríos que tributan a la zona objeto de estudio.
2.2.3. Monitoreo de las muestras de sedimentos: Técnicas de monitoreo utilizadas
Para este estudio se recolectaron ocho (8) muestras de sedimentos superficiales,
obtenidas durante octubre y noviembre de 2014, mediante buceo autónomo en la zona
de estudio ubicada entre las coordenadas UTM, N1134835-E194685 y N1109935177325 (tabla 2, figura 6). En este sentido es importante acotar que para llevar a cabo
este
estudio
de
contaminación
estuarial,
el
diseño
muestreal
aplicado
fue
representativo ya que cubrió longitudinalmente gran parte del área de estudio,
incluyendo la desembocadura del río El Palmar, el cual forma parte del sistema hídrico
del Lago de Maracaibo.
Tabla 2. Ubicación de los puntos muestreados
Nº Muestra
CU-1
CU-2
CU-3
CU-4
CU-5
CU-6
CU-7
CU-8
Coordenadas UTM
N
E
1134835 194685
1133225 193815
1131687 192659
1131221 192539
1129269 192038
1128803 190682
1124546 187897
1109935 177325
Prof, (Pies)
20
20
25
25
22
25
28
22
Fuente: Elaboración propia (2015)
El muestreo se llevó a cabo mediante la utilización de un tubo PVC (polietileno) de 15
cm de largo x 10 cm de ancho, colocando en ambos extremos tapones herméticos para
evitar la pérdida del material, debido a su traslado desde una profundidad promedio del
reservorio hídrico de 24 pies (tabla 2), hasta la superficie, debido a que fue removido
36
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
manualmente, elementos contaminantes y restos orgánicos. Posteriormente fueron
selladas, rotuladas y guardadas en frío (4ºC) hasta su traslado al laboratorio, donde
fueron secadas a 100ºC.
Figura 6. Ubicación de los puntos muestreados en la zona de estudio.
Fuente: Google Eart (2015).
2.2.4. Análisis y determinaciones químicas realizadas: método analítico e
instrumentos de medición
Para llevar a cabo dicha fase se estableció la evaluación de dieciséis (16) metales
pesados en el sedimento superficial del campo Urdaneta del lago de Maracaibo, seis (6)
de los cuales ya se tiene precedente en la cuenca: Cobre, Cadmio, Cromo, Plomo,
Vanadio y Níquel, a través de un estudio llevado a cabo por Ávila H. et al (2010), al
mismo tiempo se evaluó la presencia de otros elementos como Mo, Se, Zn, As, Co, Mg,
Be, Hg, Sb, Ti, sugeridos en la literatura de Galán E. y Romero A. (2008).
37
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Para la determinación de las concentraciones y de los elementos presentes, en función
de los ya establecidos para este estudio, estos estudios fueron desarrollados por medio
de espectrómetro de masas inducida por plasma, ICP-MS (figura 7), en la Facultad de
Ciencia, Escuela de Química de la Universidad del Zulia y se utilizó el Método EPA
3050 B para el tratamiento /digestión de la muestra.
Figura 7. Espectrómetro de masas inducida por plasma.
Fuente: Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015).
Es importante señalar que la determinación de metales mediante la técnica de
espectrometría de masas por plasma acoplado inductivamente (ICP) reúnen una serie
de factores, como la simultaneidad de la determinación analítica, el amplio rango lineal,
los bajos límites de detección con frecuencia requeridos en el análisis de muestras
medioambientales.
Este método tiene alta confiabilidad al contar con la elaboración de las curvas de
calibración; así como blancos pasados por las columnas antes de analizar las muestras,
por estas razones, no fue necesario realizar réplicas de análisis químicos a las mismas.
El procedimiento empleado en el ICP consistió en lo siguiente:
1. Mezclar y homogenizar la muestra.
2. Pasarla a través de un tamiz # 10.
38
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
3. Pesar entre 1 o 2 gramos de muestra en un beakers de teflón de 250 mL.
4. Agregar 10 mL de ácido nítrico (HNO3) 1:1; (es decir 5 mL de ácido concentrado + 5
mL de agua destilada).
5. Colocarlo en una planta de calentamiento a 95 ºC.
Nota 1: Se le colocó un reloj de vidrio para tapar el beakers, se calienta por 10 o 15
min sin hervir, para luego dejar enfriar a temperatura ambiente y agregarle 10 mL de
ácido nítrico concentrado y caliente por 2 horas, sin dejar secar el beakers; para eso
se le debe de estar agregando ácido nítrico en volúmenes no mayores de 5 mL.
Nota 2: Si se genera vapores marrones es señal que la muestra está siendo oxidada
por lo que se debe repetir el paso de la adición de 10 mL de ácido nítrico; hasta que
no se desprendan vapores marrones lo que indica que la reacción de la muestra con
el ácido nítrico es total.
6. Después de las 2 horas, sin dejar que el beakers llegue a sequedad sino que quede
alrededor de 5 mL; bajar en beakers de la plancha para dejar enfriar por especio de 30
min.
7. Filtrar la solución a través de un embudo en un balón de 100 mL.
8. Agite el balón para homogenizar la solución y afore con agua destilada.
9. Luego se procede a medir por Absorción Atómica.
2.2.5.
Análisis
y determinaciones físicas realizadas: Método analítico e
Instrumentos de medición
Se realizó la determinación de la textura del sedimento o granulometría, con el fin de
obtener a distribución por tamaño de los sedimentos superficiales del área de estudio.
Para ello fue necesario secar las muestras en un horno a 100ºC por 24 h. Luego se
tomaron 100 g de muestra y se pasaron a través de una serie de tamices (tabla 4) con
diferentes tamaños de abertura de poro de malla (4,76; 2; 0,84; 0,42; 0,25; 0,105 y
0,074 mm), seleccionados de esta manera, debido al tipo de material obtenido del
muestreo, seguidamente se pesó la fracción retenida en cada tamiz. Los resultados
39
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
finales se expresaron en porcentaje (%) de arena y limo-arcilla por cada estación y
muestreo.
Tabla 3. Numeración y abertura de tamices utilizados
.
Fuente: Espinace R. (1979).
En este mismo sentido, para el reconocimiento de las propiedades físicas de los
sedimentos se realizó la descripción mineralógica de la fracción gruesa y generalizada
de las ocho (8) muestras de sedimentos superficiales del área de estudio, a través del
Estereomicroscopio Zeiss, Discovery V12, con motor de enfoque y luz incidente,
variable LED (figura 8), se utilizaron herramientas como aguja de disección, bandeja de
reacción, bandeja metálica.
Figura 8. Estereomicroscopio Zeiss, Discovery V12.
Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015).
40
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
2.2.6. Cartografía geológica: mapas de distribución de los elementos pesados
Una vez obtenidos los resultados de la concentración de los metales pesados a través
de la Espectrofotometría de absorción atómica, se elaboraron los mapas de distribución
a lo largo del área de estudio para cada elemento cuya concentración fue >0,1; esto
debido a la detección de ese elemento por medio del método analítico antes
mencionado, permitiendo de esta manera visualizar el comportamiento distributivo en la
zona estudiada.
Esta operación se llevó a cabo a través de Surfer versión 12, este es un software
completo para la visualización en 3D, la creación de isolíneas, y el modelado de
superficies que se ejecuta bajo Microsoft Windows. Asimismo, se utilizó Didger 4, para
la digitalización de la línea de costa y el cauce principal del río El Palmar.
2.2.7. Evaluar los niveles de concentración de metales
El objetivo de este trabajo ha sido conocer el contenido total y la distribución de metales
pesados en los sedimentos superficiales del campo Urdaneta. Aunque no siempre el
contenido en metales pesados en los sedimentos refleja la cantidad disponible en la
biota, es muy interesante conocer el potencial contaminante que existe en los
sedimentos de esta zona estuarial. De esta forma se puede conocer el máximo grado
de toxicidad por metales pesados a la que podrían estar sometidos los seres vivos,
suponiendo condiciones ambientales en las que la biodisponibilidad sea máxima.
Es por ello que los resultados obtenidos del análisis químico de los sedimentos a través
de ICP se compararon con los límites máximos permisibles según la guía de calidad
sugerida por Long et al., (1995) para sedimentos (tabla 4), específicamente mediante
concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos y los que designan el
nivel en el cual la mitad de los estudios refirió efectos dañinos (ERL y EML
respectivamente) son las concentraciones de químicos específicos que se derivan de
los
ensayos
de
toxicidad
biológica
compilados
y
muestreo
sinóptica
de
sedimentos. Estos valores numéricos son directrices de calidad de sedimentos que
fueron desarrollados por Long (1990) de la Administración Oceánica y Atmosférica
Nacional Nacional Estados (NOAA).
41
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Estos investigadores estudiaron e identificaron los efectos que ocasionan en los
organismos y en el ecosistema la acumulación de nueve metales pesados (As, Cr, Cd,
Pb, Cu, Ni, Zn, Hg, Ag). Estos criterios han sido ampliamente aceptados y se refieren
en estudios realizados por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU (USEPA),
así como en los realizados por Accornero et al. (2008).
Tabla 4. Límites Máximos Permisibles según la guía de calidad para metales (ppm).
Fuente: Long et al., (1995).
En la tabla 4 aparecen los límites de evaluación ecotoxicológica propuestos para
sedimentos estuarinos por Long et al. (1995). Estos límites tienen dos valores de
referencia para la concentración de metales contaminantes en sedimentos: la
concentración más baja de un metal en sedimentos a partir de la cual se pueden
producir efectos adversos en seres vivos (ERL) y el nivel máximo tolerable (ERM);
valores superiores a este último son considerados muy tóxicos.
Según Long et al. (1995) cuando:
a. La concentración del metal sea menor que el ERL establecido para este, los niveles
de contaminación no son significativos.
b. La concentración del metal sea mayor que ERL y menor que ERM, significa ambiente
contaminado.
c. La concentración del metal sea mayor que ERM, el ambiente es tóxico.
42
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
CAPÍTULO III.
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
En esta sección se presentan los resultados del estudio de la contaminación por
metales pesados en sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado
Zulia, Venezuela, obtenidos de una serie de actividades, desde la búsqueda de
información, trabajo de campo, laboratorio y oficina, que conllevaron a la discusión y
entrega de los siguientes resultados, que darán a conocer si existe o no algún grado de
contaminación:
3.1. Características geológicas ambientales del área de estudio
Estas características se basaron en el modelo que describe los factores que controlan
las características de los estuarios, presentado por Perillo (1995) y Perillo y Piccolo
(2012), que involucra factores: geológicos (localización, tectónica, isostasia, etc.),
físicos (olas, mareas, atmósfera, etc.) biológicos y el factor humano. De este modo,
para el presente estudio fueron utilizados como patrón los factores geológicos y el
humano, los cuales son importantes en la definición de los procesos que actúan sobre
este estuario.
3.1.1. Factores Geológicos
Según la propuesta de esta metodología exponen como factores geológicos a los
procesos físicos que se encuentran controlados por el agua o el viento y que dependen
de las condiciones de contorno en el que estos factores están actuando. Por lo tanto,
las características básicas en cualquier estuario son el resultado de la historia geológica
de la zona, tanto a nivel regional como local. Aunado a ello se encuentran los factores
que determinan las características fisiográficas de los estuarios, tales como el relieve
costero y el tipo de rocas existentes en la costa y zonas donde los ríos desembocan en
el estuario.
En cuanto a esta declaración los diferentes eventos tectónicos ocurridos en la cuenca
del Lago de Maracaibo propiamente, le otorgan un carácter deprimido de la cuenca y su
cercado por los cordilleras andinas, definido por tres alineamientos orogénicos mayores:
43
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
la Sierra de Perijá al oeste, los Andes de Mérida al sureste y la Serranía de Trujillo al
este, completando con el sistema de la falla de Oca en el norte (figura 9). Estos
elementos tectónicos mayores fueron calificados por González de Juana et al. (1980)
como ―Cinturones Móviles‖.
Figura 9. Mapa geológico de la Cuenca del Lago de Maracaibo.
Fuente: U. S. Geological Survey (2006).
Otro factor geológico de relevancia en los últimos años también se ha puesto el énfasis
en el papel hidrológico de un proceso que se observa de forma generalizada en las
zonas de montaña de los países desarrollados. (Crockford & Richardson, 2000, Llorens
& Domingo, 2007).
44
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
En este sentido el aporte hídrico que recibe el Lago de Maracaibo, a este drenan los
siguientes ríos: Limón (drena a la bahía El Tablazo), Apón, Palmar, Santa Ana,
Catatumbo, Escalante, Chama, Motatán, Misoa, Machango, Pueblo Viejo, entre otros
(Figura 10) que a su vez drenan las aguas del ramal norte de la cordillera de Mérida en
su zona occidental y la zona oriental de la Cordillera de Perijá, el colector principal es el
Lago propiamente, cuya extensión es de unos ~12958,42 km 2 y está conformado por el
Golfo de Venezuela, la Bahía el Tablazo, el Estrecho de Maracaibo, el Lago en sí y los
ríos tributarios (Parra, 1979; Herman de Bautista, 1997).
Figura 10. Ríos que drenan a la Cuenca del Lago de Maracaibo, Venezuela. 1: Guasare, 2:
Sinamaica-La Boquita, 3: Palmar, 4: Apón, 5: Santa Ana, 6: Catatumbo, 7: Zulia, 8: Táchira, 9:
Escalante, 10: Chama, 11: San Pedro, 12: Torondoy, 13 Motatán, 14: Misoa, 15: Machango, 16:
Pueblo Viejo.
Fuente: Rivas Z. et al (2009).
45
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
En este mismo sentido, Rivas Z. et al (2005) realizaron un estudio sobre la contribución
de principales ríos tributarios a la contaminación y eutrofización del Lago de Maracaibo.
El objetivo de este estudio fue determinar los niveles de elementos eutroficantes en los
principales ríos tributarios de la zona sur del Lago de Maracaibo. Los muestreos se
realizaron en los ríos Santa Ana, Catatumbo, Birimbay, Bravo, Escalante, Chama y
Motatán, los cuales contribuyen con el 70% de agua dulce que entra al Lago.
Los resultados obtenidos indican un incremento del aporte en la carga másica de 1,06
veces para el NT y una disminución de 3,26 veces para el PT en relación a valores
reportados anteriormente. Los aumentos en las concentraciones de algunos elementos
como el NT y PT en los ríos, en comparación con estudios anteriores reflejan el
incremento de las actividades antrópicas asociadas a la deforestación, utilización de
agroquímicos, y otros, en las distintas subcuencas.
3.1.2. Factores Humanos
Los estuarios son el ambiente costero por excelencia donde se producen los mayores
impactos antrópicos. Ello se debe justamente a su ubicación privilegiada para el
desarrollo de ciudades y puertos, los que normalmente tienen asociados polos
industriales. La sumatoria de las descargas cloacales como industriales suelen ser
enviadas a los estuarios.
Respecto a esta temática (Gardner, 1998; Ledo, 2003), expuso en el Lago de
Maracaibo este factor unas 500 compañías, incluyendo refinerías químicas, tenerías,
mataderos, minas de carbón y actualmente sirve también como destino final de una
gran cantidad de aguas servidas. Por escorrentía llegan a través de los ríos tributarios,
entre ellos el rio Catatumbo, pesticidas disueltos en el agua producto de las actividades
agrícolas, así como también petróleo o sus productos derivados como consecuencia de
la explotación y traslado de este en la cuenca de este importante sistema acuático. Sin
embargo, la mayor contaminación proviene de las aguas residuales de alrededor de 5
millones de personas que viven a lo largo de sus costas
Sumado al factor humano sobre la afectación del Lago de Maracaibo, Corona (2012),
en el documento presentado como Contaminación antropogénica en el Lago de
46
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Maracaibo, Venezuela, llevo a cabo una revisión bibliográfica exhaustiva sobre el
impacto ecológico de la contaminación antropogénica en aguas, biota y explotación
pesquera del sistema de Maracaibo. Donde establece que esta problemática ambiental,
ha generado un desequilibrio ecológico de los componentes bióticos y abióticos del
estuario; ofreciendo de esta manera una visión amplia sobre las repercusiones
ecológicas en el lago.
A través de este aporte bibliográfico Corona, así como el resto de los autores que dan
soporte a dicha investigación mantienen en común sobre la trayectoria histórica del
Sistema del Lago de Maracaibo, el cual siguiere los orígenes de contaminación al
periodo de inicio de la explotación petrolera, a la cual se han ido sumando otros tipos de
actividades que han generado el desarrollo de la contaminación como lo es la industria
avícola, agrícola, porcina, camaronera, pecuaria, minera y urbanística. Conllevando de
esta manera a la destrucción del hábitat de los ecosistemas que coexisten en dicho
lago, evidenciado en la alteración de la calidad fisicoquímica del agua y del sedimento.
Finalmente considerando las características geológicas ambientales del área de
estudio, bajo el factor geológico y humano, que como ya bien es sabido, condicionan
los aspectos ambientales del mismo, alguno de ellos puede ser visualizado en la figura
11, donde se puede apreciar, lo siguiente:
1. Desembocadura del río El Palmar a una distancia de 2,17 Km del punto de muestreo
(P7). Respecto a este factor de aporte sedimentológico se evaluó el histórico de los
años 2001, 2004 y 2015. Observando el aumento de dicho aporte para el presente.
2. Actividad industrial, grandes camaroneras, estos se encuentran a una distancia
promedio de referenciados a la costa del NW del Lago de Maracaibo.
3. Otro punto importante es la cercanía a las diferentes estaciones de flujo y gabarras
petroleras, distribuidas en el área de estudio.
4. Bajo este instrumento también se logró observar la disminución de la zona de
manglares ubicada al borde de la cuenca, en la costa NW del Lago de Maracaibo.
5. En cuanto a la zona urbanizada al margen de costa que cubrió el estudio de P1 a P8,
son pequeños sectores no planificados y distantes que se lograron apreciar para la
actualidad.
47
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Al mismo tiempo cabe destacar, tal como se mencionó anteriormente, existen más de
500 compañías, incluyendo refinerías químicas, tenerías, mataderos, minas de carbón
que llevan a cabo sus actividades a lo largo del Lago de Maracaibo, dentro y fuera del
(su costa), sirviendo este último como destino final de una gran cantidad de los
residuales de estas actividades antropogénicas, sumando con ello daño a este
ecosistema y a la salud pública
.
Figura 11. Imagen satelital del área de estudio que refleja factores antropogénicos y
litogénica
Fuente: Google Eart (2015).
Sin embargo, para analizar correctamente las posibles fuentes de contaminación de
tomar en cuenta otro factor: una vez que comienzan los procesos erosivos de cuerpos
litológicos, los metales son lixiviados y transportados, dando lugar a lo que se podría
llamar un proceso de ‗contaminación natural‘ de los ríos, mientras más prolongado el
proceso, más grande serán los efectos.
48
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Tal como lo expresa Guillen (1982); Mogollón y Bifano (1985) y Zhang (1992): Los ríos
constituyen una de las principales vías de transporte de metales a las zonas costeras,
debido a la gran afinidad que tienen estos elementos para ser transportados en el
material suspendido. Así, las costas con influencia de ríos constituyen uno de los
ecosistemas más sensibles a ser afectados, ya que los metales, al entrar en contacto
con la zona marina, sufren procesos que, junto con algunos factores ambientales,
permiten su acumulación en los sedimentos.
3.1.3. Descripción de los Sedimentos superficiales del área de estudio.
En este contexto, la descripción litológica del muestreo de sedimentos superficiales
realizados en el Laboratorio Geológico La Concepción, perteneciente a Petróleos de
Venezuela (PDVSA), con el apoyo de analistas en Sedimentología, arrojo lo siguiente:
Inicialmente con base a los resultados obtenidos del tamizado de las muestras se
procedió a clasificar los sedimentos en función de su tamaño de grano utilizando el
Sistema Unificado de suelos (USCS), mostrando que los mismos corresponden en su
mayoría (93%) a arenas que van de grano grueso a fino y la fracción fina
correspondiente a limos y arcillas(7%). Dichos resultados se expresan en la siguiente
tabla y en la gráfica de la figura 12.
Tabla 5. Resultados del tamizado
Coordenadas UTM
N
E
1134835 194685
1133225 193815
1131687 192659
1131221 192539
1129269 192038
1128803 190682
1124546 187897
1109935 177325
CONTENIDO LITOLOGICO
%ARENA %LIMO Y ARCILLA
82
18
99
1
97
3
87
13
98
2
96
4
94
6
94
6
Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015)
Es importante señalar que en laboratorio fue descrita a detalle la fracción gruesa y fina
de estos sedimentos, se presenta a continuación la descripción del punto de muestreo
1, el resto de las muestras de sedimentos se encuentran descritas en anexo 3 al 9.
49
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Figura 12. Gráfica de la distribución granulométrica de los sedimentos superficiales de
la zona de estudio.
Fuente: Elaborado a partir de los datos proporcionado por el Laboratorio Geológico La
Concepción, PDVSA (2015).
La muestra analizada está conformado en orden de abundancia por una secuencia de
granos sueltos de cuarzo seguido Limos y arcillas así de fragmentos líticos de rocas
sedimentarias y en menor proporción como accesorios se presentan fragmentos de
concha partidas. Dichos sedimentos presentan las siguientes características:
-
Granos sueltos de cuarzo: frecuentemente fracturados de una variedad de
colores semicristalino, amarillento, ahumado, blanquecino de grano fino a grueso
de granos sub angulares a subredondeados de moderado a mal escogidos.
-
Fragmentos líticos: fragmentos líticos de rocas sedimentarias chert color negro
fractura concoidal brillo sedoso muy dura. Fragmentos de lutitas color negro
laminar fractura en bloque de aspecto limoso así como fragmentos de concha de
bivalvos de color blanco a amarillento fragmentadas. (Ver fotografía de la figura
13).
50
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Figura 13. Fotografía de la Muestra 1: granos de cuarzo
flechas Verdes. Fragmentos líticos flechas amarillas.
Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA
(2015).
3.3.
Identificación de la variedad y concentraciones de elementos metálicos
pesados existentes en los sedimentos del
área de estudio y el factor de
concentración.
3.3.1. Variedad de metales pesados y sus concentraciones.
Los resultados obtenido de la evaluación de los 16 metales pesados en el sedimento
superficial del Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, exponen la presencia ocho (8)
de ellos en la zona de estudio (tabla 6), Plomo (Pb), Vanadio (V), Selenio (Se), Zinc
(Zn), Arsénico (As), Magnesio (Mg), Berilio (Be) y Mercurio (Hg). Es importante señalar
que existen metales esenciales para mantener el equilibrio químico - biológico en este
estuario, sin embargo otros son considerados no esenciales y hasta tóxicos para el
medio y el hombre.
Marcovecchio J. (2013) expresa que los metales como el Cu, Co, Fe, Mn y Zn incluyen
aquellos elementos trazas esenciales que se necesitan para realizar las funciones
metabólicas vitales en los organismos, siendo requeridos a bajas concentraciones,
51
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
aunque se convierten en tóxicos a altas concentraciones. Por otro lado la (Ag, As, Cd,
Pb, Cr, Hg, Se, Sn) incluyen los elementos traza no esenciales o no requeridos para las
actividades metabólicas, es decir no tienen ninguna función biológica conocida, y que
son tóxicos incluso a bajas concentraciones. Y otros como él (Cu, Fe, Co, Mg, Mo, Ni y
Zn) cumplen funciones esenciales para la biosíntesis, substancias de crecimientos,
clorofilas y metabolitos secundarios, (Appenroth, 2010).
Tabla 6. Metales presentes en la zona de estudio
MP (mg.Kg¯¹)
Plomo (Pb) Vanadio (V) Selenio (Se) Cinc (Zn) Arsenico (As) Magnesio (Mg) Berilio (Be) Mercurio (Hg)
\ Nº Muestra
CU-1
3.5
10.17
3.21
< 0.1
4.22
133.29
0.36
3.96
CU-2
4.08
18.61
2.15
2.02
11.19
45.86
0.58
3.53
CU-3
4.06
25.16
2.28
1.1
13.7
64.14
0.54
3.68
CU-4
5.5
18.02
3.23
2.9
8.95
249.5
0.54
4.28
CU-5
2.76
8.72
2.92
< 0.1
5.44
64.01
0.33
5.48
CU-6
4.9
21.78
2.43
0.47
15.9
83.54
0.51
6.39
CU-7
4.17
23.35
2.09
0.83
15.55
72.45
0.51
3.58
CU-8
4.69
20.54
2.7
1.44
17.58
125.5
0.46
4.69
.
Fuente: Elaborado a partir de los datos proporcionados por la Escuela de Química,
Facultad de Ciencias, LUZ (2015).
Por otro lado metales como el arsénico (As), el zinc (Zn), el cobre (Cu) y el plomo (Pb)
son elementos recurrentes en los problemas derivados de la contaminación ambiental
en zonas cercanas a asentamientos humanos (Papakostidis et al. 1975; Grimanis et al.
1977: Amat et al. 2002; González et al. 2009; Galán et al. 2009), de ahí que la
cuantificación de estos metales en los sedimentos de dichas zonas permite establecer
los niveles de concentración característicos de ese ambiente y revelar situaciones
anómalas.
Apoyado en el anteriormente referido se puede evidenciar que existe una variabilidad
entre metales esenciales y otros no, pero el nivel de contaminación y/o toxicidad
dependerá de las concentraciones que arrojaron dichos elementos, que estarán en
función de la procedencia del sedimento y la intervención antropogénica.
Por otro lado respecto al resto de los elementos evaluados no fue detectada su
presencia debido a que los valores de los mismos fue <0,1, por lo cual no fue detectado
por el equipo ICP-MS.
52
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Para la determinación de las concentraciones y de los elementos presentes, el criterio
usado fue la comparación de los valores en los sedimentos estudiados con los valores
presentados por Long et al. (1995), NOOA (tabla 7).
Tabla 7. Comparación de la concentración de los Metales obtenidos vs ER-L y EM-L NOOA
(1995).
MP (mg,Kg¯¹) \ Nº Muestra
CU-1
CU-2
CU-3
CU-4
CU-5
CU-6
CU-7
CU-8
ER-L, NOOA EM-L, NOOA
Plomo (Pb)
3,50
4,08
4,06
5,50
2,76
4,90
4,17
4,69
46,50
218,00
Vanadio (V)
10,17
18,61
25,16
18,02
8,72
21,78
23,35
20,54
—
—
Selenio (Se)
3,21
2,15
2,28
3,23
2,92
2,43
2,09
2,70
—
—
Cinc (Zn)
< 0,1
2,02
1,10
2,90
< 0,1
0,47
0,83
1,44
150
410
Arsenico (As)
4,22
11,19
13,70
8,95
5,44
15,90
15,55
17,58
8,2
70
Magnesio (Mg)
133,29
45,86
64,14 249,50
64,01
83,54
72,45
125,50
—
—
Berilio (Be)
0,36
0,58
0,54
0,54
0,33
0,51
0,51
0,46
—
—
Mercurio (Hg)
3,96
3,53
3,68
4,28
5,48
6,39
3,58
4,69
0,15
0,71
Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela de Química, Facultad de
Ciencias, LUZ (2015).
Esta evaluación establece valores de referencia denominados efecto de rango bajo
(ERL) y efecto de rango medio (ERM), de los cuales se derivan tres categorías de
efectos
biológicos
adversos:
raramente
observados
(concentración
<
ERL),
ocasionalmente observados (concentración entre ERL y ERM) y frecuentemente
observados (concentración > ERM).
Se observó valores por debajo del ERL en la concentración de Pb y Zn, mientras que el
As, presento valores por encima del ER-L, pero por debajo del EM-L, lo que implica bajo
este metal, este estuario se encuentra contaminado. Por su parte el Hg, sobrepasa
ambos niveles, ubicándose dentro de los criterios de Long et al. (1995), como un
ambiente toxico.
Arsénico: Para este elemento se encontró en los puntos uno (1) y cinco (5), valores por
debajo de concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos (ER-L).
Mientras que para el resto de las muestras resulto contaminado (tabla 6 y figura 14). Al
mismo tiempo es importante señalar que el mayor valor de concentración de arsénico
está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU-8>CU-6>CU-7>CU-3>CU2>CU-4>CU-5>CU-1.
53
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Figura 14. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As (Evaluado por EAA) vs
Valores de Riesgo Relativo (ER-L, NOOA).
Fuente: Elaboración Propia (2015).
Al arsénico se le encuentra natural como mineral de cobalto, aunque por lo general está
en la superficie de las rocas combinado con azufre o metales como Mn, Fe, Co, Ni, Ag o
Sn.
El Arsénico es uno de los más tóxicos elementos que pueden ser encontrados. Debido
a sus efectos tóxicos, los enlaces de Arsénico inorgánico ocurren en la tierra
naturalmente en pequeñas cantidades. Los humanos pueden ser expuestos al Arsénico
a través de la comida, agua y aire.
La exposición al Arsénico puede ser más alta para la gente que trabaja con Arsénico,
para gente que bebe significantes cantidades de vino, para gente que vive en casas
que contienen conservantes de la madera y gente que viven en granjas donde el
Arsénico de los pesticidas ha sido aplicado en el pasado.
54
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Figura 15. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As (Evaluado por EAA) vs
Valores de Riesgo Relativo (ER-L, NOOA).
Fuente: Elaboración Propia (2015).
Mercurio: Para este metal se obtuvo que los resultados obtenidos de la evaluación de
los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta, superaron los valores por debajo de
concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos (ER-L) y los que
designan el nivel en el cual la mitad de los estudios refirió efectos dañinos (EM-L),
demostrando según Long, et al. (1995), toxicidad sobre este ambiente.
Los efectos del Mercurio sobre la salud de este elemento que puede ser encontrado de
forma natural en el medio ambiente. Puede ser encontrado en forma de metal, como
sales de Mercurio o como Mercurio orgánico.
El mercurio metálico es usado en una variedad de productos de las casas, como
barómetros, termómetros, bombillas fluorescentes. El mercurio en estos mecanismos
está atrapado y usualmente no causa ningún problema de salud. De cualquier manera,
cuando un termómetro se rompe una exposición significativamente alta al mercurio
55
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
ocurre a través de la respiración, esto ocurrirá por un periodo de tiempo corto mientras
este se evapora. Esto puede causar efectos dañinos, como daño a los nervios, al
cerebro y riñones, irritación de los pulmones, irritación de los ojos, reacciones en la piel,
vómitos y diarreas.
El mercurio no es encontrado de forma natural en los alimentos, pero este puede
aparecer en la comida así como ser expandido en las cadenas alimentarias por
pequeños organismos que son consumidos por los humanos, por ejemplo a través de
los peces. Las concentraciones de mercurio en los peces usualmente exceden en gran
medida las concentraciones en el agua donde viven. Los productos de la cría de
ganado pueden también contener eminentes cantidades de Mercurio. El mercurio no es
comúnmente encontrado en plantas, pero este puede entrar en los cuerpos humanos a
través de vegetales y otros cultivos. Cuando sprays que contienen Mercurio son
aplicados en la agricultura.
El mercurio tiene un número de efectos sobre los humanos, que pueden ser todos
simplificados en las siguientes principalmente:
Daño al sistema nervioso.
Daño a las funciones del cerebro.
Daño al ADN y cromosomas.
Reacciones alérgicas, irritación de la piel, cansancio, y dolor de cabeza.
Efectos negativos en la reproducción, daño en el esperma, defectos de nacimientos y
abortos.
Estos efectos se pueden ver reflejados en la Evaluación de la Contaminación por
Mercurio en la Biota Acuática, Aguas y Sedimentos de la Cuenca Alta del río Cuyuní,
Estado Bolívar, Venezuela, el objetivo de este trabajo fue evaluar la contaminación en
muestras de sedimentos utilizando el índice Cuota de Riesgo (HQ, de su siglas en
inglés) determinando el riesgo de la ingesta de metilmercurio (MeHg) proveniente del
consumo de pescado. El rango de valores de concentración de mercurio obtenidos en
56
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
los sedimentos fue de con factores de enriquecimiento (FE) >1 indicando una entrada
de mercurio antropogénica. Los valores HQ obtenidos sugieren una seria situación de
riesgo para la salud de las poblaciones locales, debido al consumo de pescado.
3.3.2. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados
contaminantes en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de
Maracaibo.
Aunado a la evaluación llevada a cabo a través de la comparación de los valores
obtenidos en este estudio y los enunciados por Long, et al. (1995), se presenta la
valoración del grado de contaminación a través de un método muy sencillo para
detectar si un sedimento está contaminado o no, que consiste en la elaboración de
mapas de concentración superficial del elemento o mapas de anomalías geoquímicas
(Chester y Voutsinou, 1981), que permiten identificar las áreas o regiones con
contenidos anómalos.
Arsénico: Los resultados obtenidos para este metal indican que el mayor valor de
concentración de arsénico está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU8>CU-6>CU-7>CU-3>CU-2>CU-4>CU-5>CU-1(figura 16).
Que según esta distribución geográfica de los puntos de muestreo refleja
de forma general que existe un creciente contenido/concentración desde la zona norte
(CU-1) del área de estudio al sur de los mismos (CU-8).
Mercurio: Para este metal respecto a la ubicación de dichas concentraciones en el área
de estudio, resulto que el mayor nivel de concentración de Hg, está ubicado en los
siguientes puntos de muestreo: CU-6>CU-5>CU-8>CU-4>CU-1>CU-3>CU-7>CU-2
(figura 17).
Cabe destacar respecto a la distribución geográfica de las muestras para ambos
metales (As y Hg) que no refleja un patrón marcadamente definido de la carga de
metales pesados en los sedimentos. No se ha encontrado un claro gradiente en el que
todas las muestras con las concentraciones más elevadas se localicen en una zona
concreta, y a medida que nos alejamos de ésta, las concentraciones fueran
disminuyendo. Sí es posible encontrar algunas muestras agrupadas con altas
57
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
concentraciones de metales, pero en sus proximidades se localizan otras muestras que
tienen un bajo contenido. La contaminación que refleja los sedimentos es difusa,
respecto a su ubicación y por ende definir una fuente de aporte a dicha alteración del
medio.
Figura 16. Mapa de Distribución del Metal Arsénico en el área de estudio
Fuente: Elaboración Propia (2015).
58
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Figura 17. Mapa de Distribución del Metal Mercurio en el área de estudio
Fuente: Elaboración Propia (2015).
3.3.
Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos.
Una vez comparados los resultados de los cuatro (4) metales pesados, con los niveles
ambientales permisibles según Long, et al. (1995). Se procedió a determinar el Factor
de Contaminación (FC) del Arsénico y Mercurio, el cual se define como la relación entre
la concentración del elemento en la muestra (Me) y la concentración del elemento
59
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
correspondiente a su valor de base (Me) BL (Rubio et al. 2000). Carballeira et al. (1997)
establecen los siguientes rangos de clasificación para este factor (tabla 8)
FC = (Me) / (Me)BL
Tabla 8. Grado de Contaminación
Fuente: Carballeira et al. (1997)
Tabla 9. Grado de Contaminación del Metal Arsénico
Nº Muestra
Coordenadas UTM
N
E
Arsenico (As)
mg,Kg־¹
FC
ER-L
0,51
1,36
1,67
1,09
0,66
1,94
1,90
2,14
CU-1
1134835
194685
4,22
CU-2
1133225
193815
11,19
CU-3
1131687
192659
13,70
CU-4
1131221
192539
8,95
CU-5
1129269
192038
5,44
CU-6
1128803
190682
15,90
CU-7
1124546
187897
15,55
CU-8
1109935
177325
17,58
Grado de
Contaminación
<1 Ausente a bajo
1-3 Moderado
1-3 Moderado
1-3 Moderado
>6 Muy alto
1-3 Moderado
1-3 Moderado
1-3 Moderado
Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela
de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015).
Tabla 10. Grado de Contaminación del Metal Mercurio
Nº Muestra
CU-1
CU-2
CU-3
CU-4
CU-5
CU-6
CU-7
CU-8
Coordenadas UTM Mercurio (Hg) FC FC
N
E
mg,Kg־¹
ER-L EM-L
1134835 194685
3,96
26,4 5,6
1133225 193815
3,53
23,5
5
1131687 192659
3,68
24,5 5,2
1131221 192539
4,28
28,5
6
1129269 192038
5,48
36,5 7,7
1128803 190682
6,39
42,6
9
1124546 187897
3,58
23,9
5
1109935 177325
4,69
31,3 6,6
Grado de
Contaminación
3-6 Considerable
3-6 Considerable
3-6 Considerable
>6 Muy alto
>6 Muy alto
>6 Muy alto
3-6 Considerable
>6 Muy alto
Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela
de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015).
Estos resultados finales (tabla 9 y 10) pueden ser atribuidos a diversas fuentes, tales
como la industria petrolera, industrial, urbanística o la actividad antropogénica en
60
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
general. La contaminación por metales de una amplia variedad de fuentes, permite
establecer que las variaciones de estos en el sedimento puede reflejar la mezcla de
sedimentos de diferentes orígenes, por lo que se requiere de mucho cuidado en la
interpretación de los resultados de niveles de metales en sedimentos acuáticos,
principalmente cuando son utilizados para identificar fuente de contaminación (Bartoli y
col., 2011). Sin embargo, el contenido de metales en sedimentos de ambientes
acuáticos se considera un buen indicador de contaminación antropogénica, debido a
que (Strady col., 2011):
1. Los cambios en el tiempo son mucho menor en relación al agua.
2. Los niveles de metales clarifican la distribución geográfica de contaminaciones en
diferentes áreas.
3. Representan datos integrados de tiempo sobre las condiciones locales en los
sistemas acuáticos y su cuenca, proporcionando información del aporte al sistema en
diferentes periodos de tiempo.
4. Las concentraciones altas en los sedimentos pueden asociarse con concentraciones
altas en biota.
5 .Las concentraciones se encuentran por encima de los límites de detección y las
muestras pueden guardarse y reanalizarse.
Sin embargo, el hecho de que un contaminante produzca la muerte de algunos
organismos de una población puede tener poca o ningún significado ecológico, mientras
que cuando un contaminante no produce la muerte de los individuos pero si el retardo
en el desarrollo puede tener considerable impacto ecológico (Besada y col., 2011).
Con relación a su extracción, la influencia de la industria petrolera sobre las
concentración de metales pesados en ambientes acuáticos ha sido ampliamente
documentada en distintos sistemas acuáticos, constituyendo las actividades de
explotación, refinación y transporte de crudo un aporte considerable de metales a los
sistemas acuáticos principalmente de Pb, V y Ni (Botello col., 1997; Metwally col., 1997;
Perceval y col., 2006; Sadiq col., 1992). Este trabajo pone de manifiesto un potencial y
grave problema ambiental, debido al elevado contenido de los metales pesados
registrados en los sedimentos de la zona de estudio.
61
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
CONCLUSIONES
En base a la revisión bibliográfica exhaustiva que partieron de estudios previos de la
zona, establece que esta problemática ambiental, ha generado un desequilibrio al
ecosistema del estuario. El factor geológico, los diferentes eventos tectónicos ocurridos
en la cuenca del Lago de Maracaibo, le otorgan un carácter deprimido y enmarcado por
los cordilleras andinas al E, S y W, otro FG de relevancia en los últimos años es el
papel hidrológico, que incide directamente en lago de Maracaibo, quien recibe un aporte
hídrico importante de mas de 16 ríos, en cuanto a los contaminantes de procedencia
humana, transportados por el río El Palmar, ubicado a 2,17 Km, cercano los puntos,
también la actividad industrial, grandes camaroneras, estaciones de flujo y gabarras
petroleras, distribuidas en el área de investigación, disminución de la zona de
manglares. Estos contaminantes pueden provenir de fuentes litogénicas, así como
antropogénica.
De los 16 elementos evaluados, Fue determinada la presencia de (Pb, V, Se, Zn, As,
Mg, Be y Hg). De los cuales el As y Hg, sobrepasaron los valores de referencia ERL
(criterios de Long et al., 1995). Por otro lado, los metales Sb, Ti, Mo, Co, Cu, Cd y Cr,
no fueron detectados.
Por otra parte, en la evaluación toxicológica el factor de concentración del As va de
ausente a bajo (P1), a muy alto en P5, mientras que para el mercurio de considerable
en P7, P2, P3 y P1, mientras que el grado de contaminación para P4, P8, P5 y P6, es
muy alto. Por ende este trabajo pone de manifiesto un potencial y grave problema
ambiental, debido al elevado contenido de los metales pesados registrados en los
sedimentos de la zona de estudio.
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�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
RECOMENDACIONES
Elaborar una propuesta de manejo adecuado de los residuos orgánicos, químicos e
inorgánicos en las distintas fases de las diversas actividades industriales o domesticas
que generen un menor impacto ambiental.
Además, sería muy valioso complementar el análisis de metales pesados en el
sedimento con el análisis de metales pesados en la columna de agua, para determinar
su remobilización y biodisponibilidad.
Definir estrategias de integración alrededor de los planes en formulación, mediante la
concertación de las capacidades de organismos locales y regionales, públicos y
privados con injerencia directa en la conservación del Lago de Maracaibo.
Evaluar Alternativas para la destoxificación del Lago de Maracaibo,
dentro de las
cuales la fitorremediación (phyto = planta y remediación = mal por corregir), es un
proceso que utiliza plantas para remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o destruir
contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en suelos, lodos y sedimentos, y puede
aplicarse tanto in situ como ex situ. La fitorremediación puede aplicarse eficientemente
para tratar suelos contaminados con compuestos inorgánicos como Cd, Cr (VI), Co, Cu,
Pb, Ni, Se y Zn. Se ha demostrado también su eficiencia en la remoción de metales
radioactivos y tóxicos de suelos y agua. Para que una tecnología sea sostenible, debe
ser económicamente viable y ambientalmente compatible.
63
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
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ANEXOS
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Anexo 1. Mapa del sistema estuarino Lago de Maracaibo con la ubicación de las
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Anexo 2. Área de estudio. Se muestra la ubicación nacional y regional de las
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ES: Escalante, CH: Chama, MO: Motatán.
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77
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 3. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-1.
78
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 4. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-2.
79
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 5. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-3.
80
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 6. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-4.
81
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 7. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-5.
82
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 8. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-6.
83
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 9. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-7.
84
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 10. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del
Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-8.
85
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 11. Mapa de Ubicación de los Puntos de Muestreos
86
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 12. Mapa de Distribución del Metal Berilio (Be) mg. Kg-1
87
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 13. Mapa de Distribución del Metal Magnesio (Mg) mg. Kg-1
88
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 14. Mapa de Distribución del Metal Plomo (Pb) mg. Kg-1
89
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 15. Mapa de Distribución del Metal Selenio (Se) mg. Kg-1
90
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 16. Mapa de Distribución del Metal Vanadio (V) mg. Kg-1
91
�Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo
Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.
Anexo 17. Mapa de Distribución del Metal Zinc (Zn) mg. Kg-1
92
�
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Estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta del lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela
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Persis Dulce Milagros González Maza
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis maestría
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2015
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/0d67b08a5bb2911ca86bfc366e50e6f5.pdf
1084d203280ab35304f32f822949bb66
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Tesis doctoral
DESARROLLO DE HERRAMIENTAS PARA LA CREACIÓN,
MODELACIÓN Y COMPROBACIÓN DE PROTECCIONES
ELÉCTRICAS
Orlys Ernesto Torres Breffe
�Resumen de la Tesis
1
MINI STER IO DE EDUCACI ÓN SUPE RIOR
INSTITU TO SUP ERIO R MINE RO MET ALÚR GICO “DR. ANTO NIO NÚÑE Z JIMÉNEZ ”
FACU LTAD DE MET ALUR GIA Y ELECTRO MEC ÁNIC A
DEP ARTAM ENTO DE EL ÉCTRI CA
TESI S PRES ENT ADA EN OPCI ÓN AL TÍTU LO ACAD ÉMICO DE DOC TOR EN
CIEN CIAS TÉCNI CAS
TÍ TULO: Desar roll o de herra mientas para la crea ción, model ación y comp roba ción de
prot ecci ones eléc tri cas
Auto r: MSc. Orl ys Ern esto Torr es Bre ffe
Tuto re s: Dr. Anto nio Martínez García
Dra. Mir iam Vilarag ut Llan es
2005
Año de la Alte rna tiva Boli vari ana par a las Amér icas
De sar ro ll o de he rr am ien ta s pa ra la cre ac ión ,
mo de la ci ón y com pr ob ac ión de Pr ot ec cio ne s Elé ct ri cas
M.Sc . Orlys Ernesto To rres Breffe
In st it ut o Sup er ior Mi ne ro Me ta lú rg ico de Mo a Dr. Ant on io Núñ ez Jim én ez
�Introducción General
2
Introducción General
La ciencia de las protecciones eléctricas tiene poco más de un siglo de existencia. Los
primeros dispositivos de protección surgen, por necesidad, al unísono con el primer
Sistema Eléctrico de Potencia a finales del siglo XIX. A lo largo del siglo XX, se desarrollan
sorprendentemente tanto los conceptos teóricos como la tecnología utilizada en los
dispositivos de protección. El siglo XXI augura cambios aún más sorprendentes con
modificaciones conceptuales y filosóficas para esta ciencia.
Los conceptos desarrollados a principios del siglo pasado, basados fundamentalmente en
el empleo de la lógica booleana (protecciones convencionales), aún son la base de la
filosofía empleada en la comprensión y el trabajo de los dispositivos digitales que se
emplean en la actualidad. La introducción de los Métodos de Inteligencia Artificial amenaza
con transformar radicalmente estos conceptos (protecciones inteligentes).
A finales del siglo XX tanto la modelación matemática y la simulación de los dispositivos de
protección comenzaron a ser una necesidad. Los dispositivos digitales, basados en
microprocesadores, han incorporado funciones de protección que evolucionaron en
numerosas y necesarias combinaciones lógicas, si se comparan con los clásicos
dispositivos de principios de siglo, aumentando las probabilidades de una selección y/o
ajuste incorrectos.
En la actualidad, un Relé Digital Multifunción, además de constituir la protección integral de
un elemento cualquiera del Sistema Eléctrico de Potencia, incluye los instrumentos de
medición y control necesarios. Esto ofrece numerosas ventajas en cuanto a la reducción
del tamaño de las instalaciones y el costo del mantenimiento, entre otras.
�Introducción General
3
Situación problémica
Los fabricantes de Relés Digitales modernos precisan de verificar adecuadamente el
correcto funcionamiento de cada una de las funciones de protección, medición y control, así
como sus combinaciones, antes de introducirlos al mercado.
Constantemente se están publicando nuevas versiones del software de bajo nivel de estos
dispositivos, ya sea para corregir determinado error encontrado, hacer determinada
modificación o mejorar una u otra función de protección, medición o control.
Los técnicos que proyectan y/o instalan los sistemas de protecciones digitales, necesitan
asegurar o garantizar la correcta selección de las funciones de protección y sus ajustes. De
la misma forma, en caso de que se presenten incorrectas operaciones, el problema radica
en determinar rápidamente las causas que las provocan.
Las numerosas combinaciones lógicas de las funciones de protección incluidas en los
Relés Multifunción, así como la complejidad de las mismas, hacen de este proceso de
selección, ajuste y búsqueda de las causas de operaciones incorrectas, un proceso lento y
costoso.
Este problema, tanto desde el punto de vista del fabricante como de los técnicos y
proyectistas, se incrementará con el empleo de los Métodos de Inteligencia Artificial en los
dispositivos de protección. Estos métodos sencillamente no pueden ser analizados sin la
ayuda de una computadora digital potente.
Problemas no resueltos
A finales del siglo XX las grandes compañías fabricantes de Relés comenzaron con la
aplicación de Simuladores Digitales en Tiempo Real que les permitieron verificar el
�Introducción General
4
comportamiento de sus Relés antes de introducirlos en el mercado, pero estos simuladores
no están al alcance de los técnicos y proyectistas en los países subdesarrollados. Estos
simuladores son de dos tipos: en un caso realizan la simulación del Sistema Eléctrico de
Potencia para verificar en la práctica los Relés Digitales simulados y en el otro caso, hacen
la simulación de las funciones del Relé Digital, utilizando modelos detallados del hardware,
el cual comprueban con parámetros de averías generadas en Simuladores Analógicos.
Por otra parte, hasta el momento los software que permiten hacer una simulación del
Sistema Eléctrico de Potencia y sus Protecciones (EMTP®) no incluyen las Técnicas de
Inteligencia Artificial, para estos análisis se emplean otras herramientas informáticas por
parte de los investigadores.
En nuestro país existe poco desarrollo en la modelación y simulación de protecciones
eléctricas. En escasas ocasiones prácticas se utilizan software con modelos fasoriales y
estos modelos no permiten hacer un análisis dinámico o transitorio de las instalaciones, el
resto no utiliza la simulación. Escasos investigadores han estudiado la modelación y
simulación transitoria de algunos dispositivos de protección, pero separando la operación
del sistema de potencia y las protecciones eléctricas. No se reportan trabajos de aplicación
de las Técnicas de Inteligencia Artificial en las protecciones eléctricas, por tanto no se
pueden hacer valoraciones técnicas profundas de las investigaciones realizadas por otros
autores. No se fabrican Relés de Protección ni se cuenta con las herramientas adecuadas
para hacerlo.
�Introducción General
5
Objetivo General
Crear una herramienta que permita simular el comportamiento de las funciones de
protección de un sistema convencional o inteligente, que esté instalado o se pretenda
instalar, a partir de los datos de averías simuladas (al unísono) en el propio Sistema
Eléctrico de Potencia, que permita predecir las operaciones incorrectas en las protecciones
y buscar sus soluciones.
Hipótesis
Si se crea una herramienta computacional que involucre no sólo la modelación y simulación
de los dispositivos de protección sino incluso, de los elementos del Sistema Eléctrico de
Potencia, se podrá facilitar el proceso de verificación del comportamiento de los sistemas
de protección instalados o que estén en proyección.
Adicionalmente, esta herramienta virtual ayudará a investigadores relacionados con las
protecciones eléctricas en la búsqueda de nuevas soluciones, tanto con la tecnología
convencional como con la aplicación de los Métodos de Inteligencia Artificial.
La herramienta a crear debe ser capaz de conectarse, mediante tarjetas interfases, a
señales eléctricas provenientes de simuladores analógicos o de instalaciones reales, para
así verificar el comportamiento de los métodos de medición utilizados en las nuevas
funciones de protección creadas.
Novedades del trabajo
1. La creación de una Biblioteca en el SIMULINK del MATLAB que incluya los
dispositivos de protección
más utilizados en la práctica, así como soportar los
dispositivos basados en técnicas de inteligencia artificial y que permita predecir el
�Introducción General
6
comportamiento ante fenómenos transitorios de los sistemas de protecciones
completos a partir de la simulación del sistema eléctrico de potencia y sus
protecciones eléctricas como una unidad.
2. Obtener los patrones de entrenamiento, entrenar una Red de Neuronas Artificiales
para ser utilizada en específico en la protección de Transformadores de Potencia y
que opere correctamente, para aquellos regímenes más difíciles de identificar,
incluso con determinados defectos en los instrumentos de medición como la apertura
de un conductor en el circuito secundario de los transformadores de corriente.
Tareas de la investigación:
Para hacer esta investigación el autor se propuso las siguientes etapas:
1. Investigar el desarrollo tecnológico y científico de las protecciones eléctricas desde
su surgimiento, para lograr una fundamentación coherente del por qué del empleo
de los simuladores digitales de protección, así como para hacer una valoración de
los trabajos anteriores relacionados con la modelación de dispositivos de protección.
2. Investigar el desarrollo y las aplicaciones de las Técnicas de Inteligencia Artificial en
las Protecciones Eléctricas.
3. Seleccionar la herramienta matemática o plataforma de programación y crear sobre
ella la Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas que permita simular al unísono un
Sistema de Potencia cualquiera y sus protecciones.
4. Hacer la modelación matemática de los dispositivos secundarios convencionales
mayormente utilizados en la práctica nacional.
�Introducción General
7
5. Validar en tiempo real los modelos matemáticos creados, empleando tarjetas
interfases, comparando su funcionamiento con el de los Relés reales.
6. Simular, con la herramienta creada, instalaciones importantes de protecciones
eléctricas reales del país y verificar sus comportamientos. En caso de encontrar
deficiencias concretas, verificar las soluciones antes de proponerlas, utilizando la
propia herramienta.
7. Proponer un Relé Inteligente basado en Redes de Neuronas Artificiales y comprobar
su funcionamiento comparándolo con una aplicación real de protecciones
convencionales.
El documento se divide en 4 capítulos en los cuales se resuelven las tareas anteriormente
enumeradas. El capítulo inicial se dedica a describir el estado actual de la modelación,
simulación y comprobación de protecciones eléctricas en el ámbito internacional. En el
segundo capítulo se desarrollan y comprueban los modelos de los dispositivos de
protecciones creándose una Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas. Estos modelos se
emplean en la simulación de las protecciones eléctricas de instalaciones industriales reales
del territorio de MOA (Cuba), lo cual se encuentra en el tercer capítulo. El último capítulo se
dedica a la creación, entrenamiento y verificación de un Relé basado en Redes de
Neuronas Artificiales para la protección de un transformador de potencia, mostrando sus
ventajas con respecto a los Relés convencionales simulados y estudiados en el tercer
capítulo.
�Resumen de la Tesis
8
Capítulo I. Actualidad en la Modelación y Simulación de Protecciones
Se presenta una panorámica del desarrollo actual de la modelación matemática de las
protecciones eléctricas en la que se destaca el desarrollo de software tales como EMTP® y
MATLAB®, para la simulación de Sistemas Eléctricos de Potencias con sus protecciones.
Se reconoce como modelo matemático de Relés de Protección al conjunto de ecuaciones
que describen las características de operación de los mismos. Estas características pueden
ser disímiles: corrientes versus tiempo, corriente diferencial versus corriente de retención,
resistencia versus reactancia, entre otras.
Hoy día, los fabricantes de Relés simulan sus diseños y nuevos métodos de protección en
las computadoras. Los modelos empleados en estos casos son modelos detallados del
hardware, que resultarían inadecuados para la simulación del comportamiento de un
Sistema Eléctrico de Potencia y sus protecciones.
Los modelos genéricos resultan suficientes para el análisis y prevención de las operaciones
incorrectas en sistemas de protecciones eléctricas instalados o que se pretendan instalar
en un Sistema Eléctrico de Potencia cualquiera. Estos modelos son mucho más
representativos que los modelos fasoriales que utilizan los valores eficaces calculados
mediante métodos matriciales.
En la modelación genérica de los dispositivos de protección se está empleando el método
de caja negra, donde se relacionan matemáticamente las entradas y salidas de un
dispositivo determinado. Esta variante, aunque es la más utilizada, presenta inconveniente
Desarrollo de herramientas para la creación,
modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas
M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez
�Capítulo I. Actualidad en la Modelación y Simulación de Protecciones Eléctricas
9
en la modelación de los Relés Electromecánicos; dado que en estos, influyen otras
variables en su funcionamiento.
Los dispositivos basados en técnicas de inteligencia artificial, ampliamente investigados en
la actualidad, pero de muy poca aplicación real o comercial, no pueden ser puestos en
funcionamiento sin el uso de simuladores. Muchos de estos dispositivos aprenden o
precisan de reglas de conocimientos, es decir, no necesitan de ser ajustados, por lo que el
empleo de simuladores que brinden los datos necesarios para el aprendizaje, son
imprescindibles.
Los actuales estudios de protecciones, basadas en Redes de Neuronas Artificiales (RNA),
emplean el simulador EMTP® y crean, entrenan y comprueban la RNA utilizando
MATLAB® u otras herramientas matemáticas.
�Resumen de la Tesis
10
Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de
Protección
Se construyeron los modelos matemáticos de varios dispositivos de protección y se
simularon utilizando el software MATLAB/Simulink. En la Biblioteca Power System Blockset
de Simulink existen varios modelos de los elementos del Sistema Eléctrico de Potencia
(transformadores, generadores, líneas, motores, entre otros) así como algunos dispositivos
de protección tales como los descargadores valvulares, interruptores de potencia, entre
otros que se utilizan en la modelación matemática de un sistema de protecciones.
En este capítulo se construyeron modelos para Transformadores de Corriente dado que no
existen en MATLAB, así como el modelo genérico de varios Relés de Protección de mayor
utilización en la práctica nacional.
Modelación y simulación de Transformadores de corriente
El conjunto de ecuaciones utilizadas para la modelación matemática de los transformadores
de corriente se muestra a continuación:
i' P =
iP
K TC
i0 = i ' P − iS
ψ = f (i0 )
I S (s) =
(RH
s
ψ (s)
+ s ⋅ LH )
Donde:
Ip:
corriente del devanado primario
Desarrollo de herramientas para la creación,
modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas
M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
11
I’p:
corriente del primario referida al secundario
Is:
corriente del devanado secundario
KTC:
relación de transformación de corriente
Io:
corriente de magnetización
ψ:
concatenaciones totales de Flujo
RH:
resistencia equivalente calculada a partir de la suma de la resistencia interna del devanado
secundario y la carga.
XH:
reactancia equivalente calculada a partir de la suma de la reactancia interna del devanado secundario
y la carga.
s:
operador de Laplace
Figura 1.0. Modelo en Simulink para la simulación de un TC monofásico considerando la saturación a través de
una sola curva de histéresis y la máscara dinámica para identificar el modelo con el TC que se
desea estudiar.
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
12
Estas ecuaciones se obtuvieron con la aplicación de las Leyes de Kirchhoff al circuito
equivalente
del
Transformador
de
Corriente.
Son
fundamentalmente
ecuaciones
diferenciales de primer orden, pero la relación entre las concatenaciones totales de flujo (ψ)
y la corriente de magnetización es una relación no lineal, que representa los fenómenos de
histéresis del núcleo.
Se construyó un modelo en Simulink (figura 1.0) para la simulación de los Transformadores
de Corriente el cual utiliza una sola curva para simular la histéresis del núcleo, mediante
una tabla de búsqueda (look up table). También se muestra la máscara dinámica creada
para que el usuario introduzca los datos que identifican el Transformador de Corriente que
se desea simular.
120
100
Corriente secundaria (A)
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Tiempo(s)
Figura 2.0. Corriente ideal (línea discontinua) y real (línea continua), simuladas
con el modelo del TC de 100/5, R = 1.58 y X = 4.52 utilizando la
función tangencial hiperbólica para simular la alinealidad del núcleo.
Devanado secundario en cortocircuito. La corriente simulada es de
10 veces la nominal.
También se creó un modelo de transformador de corriente trifásico, construido a partir de la
unión de tres transformadores de corriente monofásicos, en el que adicionalmente a la
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
13
curva de saturación del núcleo se permite cambiar la conexión de los devanados del
secundario. En la figura 2.0 se muestra los resultados de la simulación de un TC
monofásico con corriente mayores a 10 veces la nominal y con componentes de directa,
muy frecuentes en los cortocircuito de los sistemas eléctricos de potencia.
En la figura 3.0 se muestra la dependencia de la deformación de la onda de la corriente en
el
secundario con relación a la componente resistiva o reactiva de la impedancia
80
80
60
60
40
40
20
20
Corriente (A)
Corriente (A)
equivalente del circuito secundario del Transformador de Corriente.
0
-20
-40
-20
-40
-60
-60
-80
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Tiempo(s)
a)
Figura 3.0.
0.08
0.09
0.1
-80
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Tiempo(s)
b)
Corrientes secundarias, ideal y real simulada, de un TC, con una intensidad de 10 veces el valor nominal. Cargas
a) resistiva pura b) mayormente inductiva. El TC simulado posee los mismos datos que el utilizado en la figura 2.0
Cuando la componente resistiva es mayor (figura 3.0 a), la deformación es visualmente
menor y dura mucho menos ciclos si se compara con la corriente cuando la impedancia es
mayormente inductiva (figura 3.0 b). Adicionalmente se comprobó la validez de los modelos
comparándolos con los resultados de dos ensayos a Transformadores de Corriente reales y
las formas de onda son muy similares. Como curva de excitación se utilizó la función
tangencial hiperbólica.
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
14
Modelación y Simulación de Relés de protección
Los modelos de los Relés de Protección se realizaron según el método de caja negra,
tomando como señal de entrada los parámetros eléctricos que utilizan en su funcionamiento
y como señal de salida, el estado del contacto de disparo. La salida “0” significa que el
dispositivo virtual (modelo) ha operado.
Figura 4.0. Modelo en Simulink para un Relé de Porcentaje Diferencial de
doble rampa, pero representa la generalidad de los modelos
creados.
En la figura 4.0 se muestra el modelo de un Relé Porcentaje Diferencial donde se pueden
observar las características fundamentales de la modelación empleada en Simulink para
cualquier Relé. Las salidas del modelo son controladas por el estado de la variable A, la
cual es modificada por el usuario en las máscaras dinámicas que se crearon para este fin.
En este caso, el modelo utiliza tres señales de corriente y una salida. El bloque Trip Color
permite cambiar el color del modelo durante la modelación, si el dispositivo modelado ha
operado.
Se modelaron los siguientes dispositivos, que se enumerarán en forma general utilizando la
numeración ANSI/IEEE:
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
•
15
Relés de Magnitud
o Relés de Sobrecorriente (50 y 51)
o Relés de Baja y Alta Tensión (27 y 59)
o Relés de Baja y Alta Frecuencia (81 U/O)
•
Relés Direccionales (67 y 32)
•
Relés de Distancia (21)
•
Relés Diferenciales (87)
Los Relés de magnitud son aquellos que utilizan una sola variable o parámetro eléctrico
para su funcionamiento. Dentro de estos se modelaron varios tipos de Relés de
Sobrecorriente, Relés de Sobrecorriente de Tiempo Inverso y Tiempo Definido. Los Relés
de tiempo definido con tiempo cero, imitan los Relés de Sobrecorriente instantáneos.
Se crearon los siguientes modelos de Relés de Sobrecorriente:
•
Relés de fase de Tiempo Definido e Inverso.
•
Relés de Secuencia Cero de Tiempo Definido e Inverso.
•
Relés de Secuencia Negativa de Tiempo Definido e Inverso.
•
Relés con Restricción por Tensión.
Estos Relés pueden ser seleccionados en la biblioteca y ser instalados en un modelo de
Power System Blockset de Simulink, para ser una simulación de una instalación real
cualquiera. Todos los Relés de Sobrecorriente modelados son de amplia utilización en la
práctica nacional e internacional. Las curvas de tiempo contra corriente modeladas
responden a los estándares ANSI, IAC, IEC.
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
16
Se construyeron los modelos de varios Relés Direccionales, tanto los Relés Direccionales
de comparación de fase, como los Relés Direccionales de potencia. Adicionalmente se
incluyen los Relés Direccionales de Sobrecorriente (67). En sus variantes monofásicas y
trifásicas, así como los Relés Direccionales de Secuencia Cero. Las ecuaciones que
permitieron modelar estos Relés son las siguientes:
Cos (ϕ sm − ϕ r ) = Cos (ϕ sm − (ϕ u − ϕ i )) > 0
Pr = Ur ⋅ Ir ⋅ Cos (ϕ sm − ϕ r )
donde:
ϕ r:
ángulo de desfase entre las señales de tensión y corriente medidas por el Relé Direccional.
ϕu :
ángulo de desfase de la tensión medido por el Relé Direccional.
ϕi :
ángulo de desfase de la corriente medida por el Relé Direccional
ϕsm:
ángulo de máxima sensibilidad ajustado en el Relé Direccional o característico del mismo.
Ur:
valor eficaz de la tensión medida por el Relé Direccional.
Ir:
valor eficaz de la corriente medida por el Relé Direccional.
Pr:
potencia medida por el Relé Direccional.
Modelos de Relés de Distancia también fueron incluidos en la biblioteca creada. Se pueden
simular dos tipos fundamentales de Relés de Distancia, basado en un modelo de
comparación de fase, los del tipo MHO y los Elípticos. Las ecuaciones son las siguientes:
Z2 =
Ur
Ir
Z op = Z 2 − Z 1
Z pol = Z 2
Donde:
Ur:
valor complejo de la tensión medida en el Relé de Distancia.
Ir:
valor complejo de la corriente medida en el Relé de Distancia.
Z1:
valor complejo de la impedancia ajustada en el Relé de Distancia.
Z2:
valor complejo de la impedancia medida en el Relé de Distancia.
Zop:
impedancia de operación calculada en el Relé de Distancia.
Zpol:
impedancia de polarización calculada en el Relé de Distancia.
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
17
Igualmente se simularon varios tipos de Relés Diferenciales. Los Relés Diferenciales de
Sobrecorriente, así como los de Porcentaje Diferencial de una y dos rampas, con diferentes
comportamiento en dependencia de las corrientes de retensión.
Las ecuaciones para
modelar un Relé Diferencial de 2 rampas es la siguiente:
Iop = I 1 − I 2
Iret = máximo( I 1 , I 2 )
Si
Iret ≤ 1 pu
y Iop > Is1
entonces opera
Si
1 pu < Iret < Is 2
y Iop > K 1 ⋅ Iret
entonces opera
Si
Iret ≥ Is 2
y
Iop > K 2 ⋅ Iret
entonces opera
Donde:
Iop:
valor eficaz de la corriente diferencial calculada en el Relé Diferencial.
Iaj:
valor eficaz de la corriente preestablecida en el Relé Diferencial por encima de la cual opera.
I1:
valor complejo de la corriente medida por el Relé Diferencial en un terminal del elemento protegido.
I2:
valor complejo de la corriente medida por el Relé Diferencial en el otro terminal del elemento protegido.
Iret:
valor eficaz de la corriente de retención del Relé.
K1:
coeficiente de retención ajustable en el Relé.
Is1:
corriente ajustable que establece el mínimo valor de corriente de operación del Relé.
Is2:
corriente de retención del Relé Diferencial por encima de la cual se cambia a la segunda rampa
K2:
coeficiente de retención de la segunda rampa
Validación práctica los modelos de Relés de Protección
Para validar el funcionamiento de los Relés de Protección creados, se utilizó la posibilidad
de MATLAB para el trabajo en tiempo real a través del equipo dSPACE, que es una
interfase para la adquisición de datos. En la figura 6.0 se muestra un diagrama monolineal
de la instalación utilizada.
�Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas
18
a)
b)
Figura 6.0. a) Esquema simplificado del experimento para la protección digital de un motor de inducción. b) Vista frontal del dSPACE
Se experimentó con varios tipos de defectos y averías en el motor: cortocircuitos
multifásicos y monofásicos a tierra en el motor, sobrecargas simétricas y asimétricas, baja y
sobre tensión, entre otros, los cuales se repitieron más de 20 veces cada uno.
Los
resultados de la operación de la protección computarizada mostraron que los modelos
simulados en MATLAB responden como lo hacen sus homólogos en la práctica. En la figura
7.0 se muestra la forma de onda de la corriente del estator durante el proceso de arranque y
durante un cortocircuito bifásico en el terminal del motor que es desconectado.
a)
b)
Figura 7.0. Imagen capturada desde el osciloscopio digital, que presenta las corrientes en la fase A del motor referida al secundario del
TC a) durante el arranque b) durante un fallo bifásico a tierra que involucró las fases A y C.
�Resumen de la Tesis
19
Capítulo III. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de
Potencia
En este capítulo se simulan las protecciones instaladas en dos transformadores de potencia
diferentes correspondientes a subestaciones industriales reales. Los casos de estudios
corresponden con los Transformadores de Potencia de las empresas niquelíferas
Comandante Pedro Soto Alba y Comandante Ernesto Che Guevara.
En ambos Transformadores de Potencia, que tienen características diferentes en cuanto a
la potencia nominal, la conexión del neutro, entre otros aspectos, están siendo protegidos
por Relés basados en microprocesadores de la firma General Electric Power Management.
Los Relés SR-745 (protección integral de transformadores) y SR-750 (protección integral de
alimentadores) están interconectados para proteger a los transformadores contra todos los
defectos tanto interno como externos a los mismos.
Caso de estudio I. Protección del Transformador de Potencia perteneciente a la Empresa
Comandante Pedro Soto Alba (PSA).
En la figura 8.0 se muestra un diagrama monolineal de las funciones de protección
instaladas en los Relés SR-745 y SR-750. Este diagrama se construyó a partir de los
ficheros de ajustes extraídos de los Relés Digitales,
los planos de instalación y las
entrevistas con los técnicos y especialistas de la empresa.
A partir de los niveles de corrientes de cortocircuitos y los datos generales de la instalación,
se modeló el Sistema Eléctrico de Potencia y sus protecciones. Utilizando los modelos de
Relés de la Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas creada en MATLAB/Simulink, se
Desarrollo de herramientas para la creación,
modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas
M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez
�Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia
20
modelaron las funciones de protección de los Relés Digitales Multifunción SR-745 y SR750.
Figura
8.0.
Esquema
simplificado
del
sistema
de
protección
del
Transformador de la Subestación en la empresa Comandante
Pedro Soto Alba, utilizando la simbología ANSI.
En la figura 9.0 se muestra el modelo creado en Simulink para la simulación de las
protecciones eléctricas en el transformador de potencia de la PSA. Se simularon muchas
averías tanto internas como externas, se simuló la magnetización durante las condiciones
más severas, tanto por el primario como por el secundario, entre otros muchos regímenes
para verificar el comportamiento de las protecciones instaladas.
Luego de realizada la simulación, se detectaron las siguientes dificultades:
1. Ajustes incorrectos en la función de Porcentaje Diferencial
2. Ajustes incorrectos en la función Diferencial Instantánea
3. Demoras excesivas para la acción contra cortocircuitos externos en el secundario
�Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia
21
4. No existe protección contra Sobretensiones
A
A
A
B
B
B
C
C
C
No Fault
No Fault
3-Phase Fault5
A
A
N
B
3-Phase Fault1
A
A1
B
B1
C
com
C
C1
3-Phase Breaker
C
NOT
Out
In
C1
n
Scope1
A
B1
B
C
C
C1
I3f
Scope2
I3f
TC wye
1600/1
A
B
C
A
A
A
B
C
A
B
B
C
C
Vabc
com
Iabc
B
C
3-Phase Breaker1
Three-Phase
V-I Measurement
Iabc
1.048e-012
PQ
3-phase
Instantaneous
Active & Reactive Power
TP
Display1
Controlled Timer
A1
A
Vabc
If
Ground
Resistor
25.4 Ohm
1
NOT
Fault
ABC
3-Phase Fault6
A
TC wye
1600/5
Three-phase
T ransformer
Locker 1 (86)1
Timer2
B1
TC 1
A
200/5
Out
C
B
b
c
C
B
C
A1
a
B
A
B
3-Phase Fault3
I3f
TC wye
200/5
Start
Reset
A
B
A
No Fault
3-Phase Fault2
A
B
C
No Fault
u
O
u
O
u
O
1.434e-017
Display
A B C
c
b
a
U
A
B
C
3-Phase
Series RLC Load
0
Display2
NOT
In
NOT
Out
Start
Reset
Controlled Timer1
Out
Locker 2 (86)
Open wires
Timer1
Iabc_P
Out
Out
In
Iabc_S
AND
Uph
em
SR-745
Iabc
Out
In
SR-750
Figura 9.0. Esquema en Simulink para el análisis del comportamiento del transformador de la Empresa Comandante Pedro Soto Alba.
Las dificultades en la función de Porcentaje Diferencial se refieren a tres aspectos
relacionados con la corriente mínima, el nivel (%) de la segunda rampa y el mecanismo de
bloqueo por armónicos. La corriente mínima está ajustada a un valor muy pequeño y se
demuestra que este ajuste provoca la activación de esta función cuando un conductor del
secundario de uno de los TCs está abierto y la carga aumenta por encima del 30% de la
nominal. El ajuste relacionado con la segunda rampa es igualmente elevado y se
demuestra que provoca la insensibilidad de la función de protección para cortocircuitos
internos, si el interruptor del secundario está abierto. También se propone activar el
mecanismo de bloqueo por segundos armónicos solo durante la magnetización, evitando
con esto demoras de las protecciones si los cortocircuitos internos saturaran a los TCs.
�Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia
22
Todas las deficiencias encontradas fueron demostradas utilizando regímenes de máximas y
mínima sensibilidad a través de la simulación. Las recomendaciones no solo se limitaron al
reajuste de algunas funciones de protección sino incluso a la selección de otras funciones
que evitaran los retardos de tiempos. De la misma forma se ofrecieron otras sugerencias en
aspectos relacionados con el trabajo y la función de los Relés de la familia SR.
Caso de estudio II. Protección del Transformador de Potencia perteneciente a la Empresa
Comandante Ernesto Che Guevara (ECG).
El esquema de protecciones instalado en el Transformador de Potencia de esta empresa
fue facilitado por los técnicos (especialistas) de la misma. Las conexiones del neutro en
este caso son diferentes, así como existen
más funciones activadas en cada Relé
Multifunción. Se hicieron simulaciones a diferentes regímenes de los que se conocen que
pueden afectar el correcto funcionamiento de las funciones de protección activadas.
Luego de simulado el sistema y sus protecciones, se descubrieron las siguientes
dificultades:
1. No existe protección contra fallas a tierra en el devanado primario si el neutro está
desconectado.
2. Incorrecta selección de las funciones de protección contra fallas a tierra
devanado secundario.
3. Ajustes incorrectos en la función de Porcentaje Diferencial.
4. Ajustes incorrectos en la función Diferencial instantánea
5. No existe protección contra fallas multifásicas externas en el secundario
6. No existe protección contra Sobretensiones.
en el
�Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia
23
De la misma forma en que se realizó para el caso de estudio 1, todas las dificultades fueron
demostradas a través de la simulación y se ofrecieron variantes para cada una de ellas.
Igualmente cada una de las variantes fue verificada en las condiciones más severas de
operación. En cada caso se ofrecieron los valores de ajustes correspondientes.
En este capítulo se evidenció la necesidad del empleo de la simulación adecuada para
determinar las causas de las incorrectas operaciones de los sistemas de protecciones que
ya están instalados, así como para proponer mejoras de forma rápida y eficaz evitando que
se repitan en el futuro. Adicionalmente se muestra la eficacia del empleo de la Biblioteca
Virtual de Protecciones Eléctricas creada sobre MATLAB/Simulink para la validación y
comprobación de sistemas complejos de protecciones eléctricas, aún con la utilización de
Relés Multifunción.
�Resumen de la Tesis
24
Capítulo IV. Protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes de Neuronas
Artificiales
En este capítulo se muestra la propuesta de un Relé basado en Redes de Neuronas
Artificiales para la protección de un Transformador de Potencia, que no tiene las dificultades
que aún muestran las protecciones convencionales basadas en la lógica booleana.
Figura 10.0. Diagrama en bloques de los componentes del Relé basado en RNA
Se escoge un Relé para la protección del transformador de potencia considerado en el caso
de estudio II del capítulo III, que tiene el devanado del primario conectado en estrella y el
secundario está conectado en delta. El Relé propuesto se muestra en la figura 10.0, el cual
está conectado a los transformadores de corriente de las fases de ambos devanados y el
neutro. Como se observa, la RNA es solo un bloque dentro del Relé.
Desarrollo de herramientas para la creación,
modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas
M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez
�Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales
25
Estructura de la RNA
En este trabajo se hizo énfasis fundamentalmente en los últimos 3 bloques, lográndose a
través de subrutinas apropiadamente escritas en MATLAB. El bloque RNA está
representado por una RNA de 2 capas ocultas, con 35 neuronas en la capa de entrada y 3
neuronas en la capa de salida, con la que se puede diferenciar entre un régimen normal
(RN) un fallo interno (FI) o un fallo externo (FE). La primera capa oculta se construyó con
18 neuronas con función tangencial sigmoidal, al igual que la segunda capa oculta con 10
neuronas, pero en la capa de salida se utilizó la función logarítmica sigmoidal. Se empleo
una Red multicapa con propagación hacia delante (MFNN). Se empleó una ventana de
datos de 5 muestras para conformar la entrada de la RNA, a una frecuencia de muestreo de
960 Hz (16 muestras por ciclos)
Entrenamiento de la RNA
El entrenamiento se realizó a través de regímenes simulados en un modelo en
MATLAB/Simulink, utilizando el método de entrenamiento supervisado con propagación del
error hacia atrás. Las simulaciones fueron ejecutadas mediante el método ode23tb (stiff/TRBDF2) con intervalos de temporización variables, pero que lograban un muestreo mucho
más rápido que 6µs. Cada régimen fue almacenado en ficheros con nombres codificados y
almacenados en listas (celdas) de variables.
Se utilizaron 2652 regímenes entre cortocircuitos externos e internos que involucraron todas
las fases, procesos de magnetización, regímenes normales, con ambos interruptores
conectados o solo uno de ellos, el neutro desconectado o conectado y diferentes
�Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales
26
conductores del secundario de los TCs en estado abierto. Esto generó un entrenamiento de
678912 patrones.
Luego de entrenada la RNA se comprobó su operación para regímenes diferentes a los
que fue entrenada y su comportamiento fue satisfactorio. En ningún caso la red mostró
resultados inadecuados o diferentes a la condición comprobada.
En la figura 11.0 se muestra el comportamiento de la RNA para el caso de un cortocircuito
interno en el transformador que provoca la saturación profunda (errores de hasta el 20%)
del TC del primario. Este caso puede provocar demoras excesivas en las protecciones
convencionales dado que la onda deformada de la corriente del secundario, puede ser
fuente de armónicos de segundo orden que puedan bloquear la operación de la función de
Porcentaje Diferencial. En este caso, la RNA muestra claramente una salida indicando un
cortocircuito interno sin demoras, después de leer 5 muestras de las señales de corriente
de cada fase.
Azul (…) (FASE A)
Rojo ( - ) (FASE B)
Verde (- -) (FASE C)
Corrientes de fase (A)
60
1
0.9
40
0.8
0.7
20
Verde (ο) (RN)
Rojo (x) (FI)
Azul (∆) (FE)
0.6
0.5
0
0.4
-20
0.3
0.2
-40
0.1
-60
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
0.2
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0
140
Tiempo (s)
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
Ventanas de medición
Figura 11.0. Ensayo de la RNA para un régimen normal seguido por cortocircuito trifásico interno, en condiciones de
máxima generación que provocó la saturación profunda de los TCs del primario. a) Corrientes en las fases
del primario, b) Salidas de la RNA para este ensayo.
�Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales
27
En la figura 12.0 se muestra el comportamiento de la RNA para otro caso típico que puede
provocar el incorrecto funcionamiento de las protecciones convencionales, un cortocircuito
monofásico en el primario justo en el momento de la magnetización. En el proceso de
magnetización se genera una cantidad de armónicos que puede demorar la operación de la
protección de Porcentaje Diferencial. En este caso la RNA muestra claramente una salida
indicando Fallo Interno (x FI).
Azul (…) (FASE A)
Rojo ( - ) (FASE B)
Verde (- -) (FASE C)
1
15
0.9
Salidas de la RNA
Corrientes de fase (A)
20
10
5
0
-5
0.8
0.7
0.6
Verde (ο) (RN)
Rojo (x) (FI)
Azul (∆) (FE)
0.5
0.4
0.3
0.2
-10
0.1
-15
0
0.05
0.1
Tiempo (s)
0.15
0.2
0.25
0
0
5
10
15
Ventanas de medición
Figura 12.0 Ensayo de la RNA para un fallo monofásico en fase A, interno en el devanado primario, con el neutro
conectado a tierra justo en el momento de la energización para las condiciones de mayor generación
de armónicos. a) Corrientes referidas al secundario de los TC, b) Salidas de la RNA.
Un caso seguro de operación incorrecta de las protecciones convencionales son las
sobrecorrientes si existe un conductor en el devanado secundario de los transformadores
de corriente abierto. En la figura 13.0 se muestra la operación de la RNA para el caso de un
cortocircuito externo a máxima generación, pero la fase A del secundario de los
transformadores de corrientes está abierta. La salida de la RNA muestra claramente un
cortocircuito externo.
Muchos fueron los casos complejos en los que fue comprobada la RNA y en todos los
casos se comportó correctamente indicando el tipo de régimen que se estaba
�Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales
28
comprobando. Incluyendo los casos de apertura de conductores en el secundario de los
TCs que provoca inevitablemente disparos incorrectos en las funciones diferenciales.
30
1
0.8
Salidas de la RNA
Corrientes de fase (A)
0.9
Azul (…) (FASE A)
Rojo ( - ) (FASE B)
Verde (- -) (FASE C)
20
10
0
-10
0.7
0.6
0.5
0.4
Verde (ο) (RN)
Rojo (x) (FI)
Azul (∆) (FE)
0.3
0.2
-20
0.1
-30
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0
100
120
140
160
180
Tiempo (s)
Ventanas de medición
a)
b)
200
220
Figura 13.0. Ensayo de la RNA para una un cortocircuito trifásico externo en el secundario a 10 ciclos después de energizado el
transformador de potencia, con la fase A del secundario de los TC, abierta. a) Corrientes en las fases, la fase A está solo
mostrada virtualmente (línea de puntos). b) Salidas de la RNA para este ensayo.
En este capítulo se demuestra que los Relés basados en RNA son superiores a los
convencionales, dado que son más eficaces y pueden ser entrenados para las condiciones
más complejas y severas que pudieran provocar incorrectas operaciones en los dispositivos
convencionales. Adicionalmente se corrobora que MATLAB es una herramienta adecuada
para la implementación de la Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas, dado que posee
herramientas para el tratamiento de protecciones que utilizan las técnicas de Inteligencia
Artificial.
�Resumen de la Tesis
29
Conclusiones Generales
•
De los programas simuladores digitales analizados, MATLAB\Simulink fue
seleccionado y demostró ser un programa informático adecuado para la simulación
de modelos matemáticos de los dispositivos de protecciones tanto primarios como
secundarios más empleados en la práctica nacional y además permite crear
dispositivos virtuales basados en las Técnicas de Inteligencia Artificial.
•
Los modelos matemáticos creados que conforman la Biblioteca Virtual de
Protecciones en MATLAB\Simulink, demostraron operar iguales a sus homólogos
prácticos, utilizando para ello las tarjetas interfases del sistema dSPACE en la
protección computarizada de un motor de inducción.
•
La aplicación de la Biblioteca Virtual creada por el autor permitió detectar numerosas
deficiencias en las instalaciones de protección de los Transformadores de Potencia
de las Empresas Comandante Pedro Soto Alba y Comandante Ernesto Che
Guevara, así como proponer variantes de soluciones para cada deficiencia
encontrada.
•
Se confeccionó un Relé Inteligente para la protección del Transformador de Potencia
de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara. El Relé basado en una Red de
Neuronas Artificiales con ventana de tiempo, con un total de 35 neuronas en la capa
de entrada, 18 en la primera capa oculta, 10 en la segunda y con 3 neuronas de
salida. Este Relé demostró la capacidad de diferenciar entre los regímenes
normales, fallos internos y externos, incluyendo la apertura de un conductor en el
circuito diferencial secundario, cuestión no analizada con anterioridad por otro autor.
Desarrollo de herramientas para la creación,
modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas
M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez
�Resumen de la Tesis
30
Recomendaciones
Finalmente se recomienda lo siguiente:
•
Continuar las investigaciones para introducir otros modelos en la Biblioteca Virtual
representativos de nuevas funciones de protección como las Distancias dinámicas y
las Direccionales con memoria, así como modelos de Relés basados en Redes de
Neuronas Artificiales para la protección de redes y generadores eléctricos contra
fallas monofásicas en sistemas aislados, entre otros.
•
Continuar trabajando
y perfeccionando
la
modelación matemática de los
Transformadores de Corriente de tal forma que se pueda añadir a la Biblioteca
Virtual, un modelo de Transformador de Corriente genérico con un proceso de
histéresis que permita representar todos los fenómenos que ocurren en la realidad.
•
Lograr una modelación matemática menos rigurosa de los elementos del Sistema
Eléctrico de Potencia con el fin de ganar en velocidad de modelación y reducir las
exigencias del hardware de la PC que se utilice.
•
Adquirir un sistema dSPACE para fomentar la creación en el país de nuevos Relés
Digitales con novedosas funciones de protección e iniciar la producción nacional de
Relés Digitales Inteligentes.
•
Utilizar la herramienta creada en la verificación de los sistemas de protección
digitales multifunción, instalados en el Sistema Eléctrico de Potencia del país.
Desarrollo de herramientas para la creación,
modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas
M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez
�Resumen de la Tesis
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Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de protecciones eléctricas
Creator
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Orlys Ernesto Torres Breffe
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2005
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/5c707d0af2b5228ddc44beb2968dbbc9.pdf
5e501c21760b6340180f3e495acabfdf
PDF Text
Text
Tesis Doctoral: CIENCIAS TÉCNICAS
Vías para el perfeccionamiento del cálculo
de volumen de mineral extraído en los
yacimientos lateriticos cubanos
ORLANDO BELETE FUENTES
MOA 1998
www.ismm.edu.cu/edum
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
¨Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINAS
TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE
DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS
AUTOR: ING. ORLANDO BELETE FUENTES
MOA, 1998
�SINTESIS
En el trabajo se realiza un análisis crítico y detallado del control de volumen de mineral extraído
y de la masa volumétrica en los yacimientos estudiados, donde se reflejan los principales
trabajos relacionados con la temática en cuestión y el análisis de sus deficiencias.
Se refleja de manera crítica el estado de los trabajos topográficos y de la determinación de la
masa volumétrica, en el cual queda claro que el método empleado para el cálculo de la masa
volumétrica no refleja
su variabilidad, provocando grandes fluctuaciones del parámetro,
trayendo como consecuencia
que el resultado del cálculo de reservas sobrepase el error
permisible.
Es creada una metodología para la valoración de los errores topográficos cometidos durante la
realización del levantamiento taquimétrico, cuyos datos son obtenidos para calcular volumen.
Fue creada también una metodología para la toma de los datos para calcular volumen cuando se
utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico.
El método seleccionado para el perfeccionamiento de la elaboración de los resultados obtenidos
de la masa volumétrica fue el de las variables aleatorias, para ello fue necesario aplicar la teoría
del procesamiento de la información, comenzando por la filtración de los datos iniciales de los
valores de la masa volumétrica in situ y las cotas altimétricas de los puntos en los cuales fueron
excluidos sus valores extremos por reglas de observación existentes.
A partir de los resultados de la limpieza de los datos se estableció finalmente la zonificación
(división del yacimiento Punta Gorda en grupos homogéneos para la determinación de la masa
volumétrica).
Los resultados obtenidos de la aplicación de las metodologías propuestas y la determinación de
la masa volumétrica a través de la zonificación del yacimiento, permitieron obtener un efecto
económico para los yacimientos de la unión de Empresas del Níquel cerca de $391 000 al año.
4
�INTRODUCCION
La principal fuente de materia prima mineral conque cuenta la República de Cuba son los
yacimientos de la corteza de intemperismo de la rocas ultrabásicas que se distribuyen
ampliamente en la porción nororiental del país y yacen en las formaciones de enriquecimientos
hipergénicos de esa corteza de intemperismo laterítico desarrollada sobre el complejo ofiolítico.
En esta región existen importantes reservas minerales exploradas y usadas inicialmente como
menas de hierro, y desde hace medio siglo de forma extensiva como menas de níquel y
cobalto, de los que hoy el país es un importante productor.
Es importante aclarar que estos yacimientos fueron estudiados por primera vez en 1883 y
puestos en explotación por las compañías norteamericanas en 1943 hasta la nacionalización de
las empresas extranjeras por el gobierno revolucionario en 1960.
Después del triunfo de la Revolución Cubana la tecnología de prospección, extracción y
procesamiento del mineral tuvo que ser rediseñada y reinterpretada por los pocos especialistas
nacionales que quedaron atendiendo este trabajo, debido a que los empresarios capitalistas se
marcharon con una gran cantidad de información geólogo-tecnológica sobre los yacimientos y
el proceso industrial.
El éxito de la administración revolucionaria en esa tarea estuvo decisivamente condicionado por
una correcta utilización de la colaboración de especialistas extranjeros, quienes además de
realizar la exploración de las reservas y el mantenimiento y puesta en marcha de la industria,
ayudaron también a la preparación del personal cubano. Esto provocó que en la actualidad las
riendas de esta actividad sean conducidas por especialistas cubanos.
La política científica del estado con respecto a las investigaciones geológicas y mineras en esta
región ha sido priorizada, escalonada de modo coherente y se puede recorrer a través de las
etapas planteadas en los diferentes congresos del PCC.
El aumento de los volúmenes de producción de níquel es una dirección estratégica del desarrollo
de la economía de nuestro país, que posee una perspectiva duradera.
El desarrollo de la industria del níquel es posible no solamente a costa de la introducción en
explotación de nuevos yacimientos lateríticos, nuevas fábricas, sino también a costa del
mejoramiento y estabilización de la calidad de la materia prima que se entrega a las plantas
metalúrgicas, y el perfeccionamiento de los métodos de cálculo de volumen y de la
determinación operativa de la masa volumétrica (explotación racional de las reservas
5
�disponibles en los depósitos). Estas direcciones de trabajo poseen gran actualidad ya que este es
un país de recursos limitados, por lo que se debe hacer un uso racional de los mismos.
En este trabajo se hace un análisis de los errores topográficos cuando se utilizan los resultados
del levantamiento taquimétrico y como influyen en el cálculo de volumen. También se hace un
análisis de la determinación operativa de la masa volumétrica en el yacimiento para el cual se
propone el método
de las variables aleatorias, realizándose previamente un estudio del
procesamiento de la información para poder determinar la ley de distribución del conjunto
estadístico para la obtención de la masa volumétrica.
Existe una gran diferencia entre el mineral que se extrae de los frentes de extracción y el que se
alimenta a la planta metalúrgica, debido a que el método de levantamiento taquimétrico que se
utiliza para calcular el volumen viene acompañado de errores que lo hacen exceder de los
valores permisibles y a la insuficiencia del método de determinación de la masa volumétrica
que se aplica en estos yacimientos (Punta Gorda y Moa).
El método para la elaboración de los datos obtenidos de la masa volumétrica que se propone
tiene las siguientes ventajas:
- División del yacimiento en grupos homogéneos según la variabilidad de la masa volumétrica,
lo que permite eliminar del conjunto, la componente regular de variabilidad y obtener los
valores generalizado y de cálculo de la masa volumétrica, minimizando así los errores de la
determinación operativa del índice.
- Aumento de la exactitud del cálculo de reservas, conduciendo a la disminución de la
diferencia de
tonelaje entre el mineral que se extrae y el que se alimenta a las plantas
metalúrgicas.
La metodología para el perfeccionamiento de la toma de los datos iniciales para el cálculo de
volumen que se propone tiene las siguientes ventajas:
- Disminución de los errores durante la ejecución del levantamiento taquimétrico.
- Disminución de los errores al realizar la filtración de los valores iniciales de las cotas
altimétricas de los puntos.
- Existe mayor fiabilidad en el cálculo de volumen obtenido.
Estos problemas planteados han sido reflejados en los trabajos de los investigadores Bravo F.
L, Ferrera A. N. Pérez A. R., Polanco A. R., Reborido F. J., Rodríguez R. H., Rodríguez C. A.,
Serrano F. entre otros.
El método de cálculo de volumen que se aplica en el yacimiento Punta Gorda es controlado a
través de un proceso de pesaje del mineral que existe en la fábrica, esto implica que cuando la
6
�transportación del mineral se realiza directamente desde los frentes de arranque (cuando el
mineral transportado va directamente a los depósitos), no se realiza el pesaje.
Se compara la masa minera calculada por métodos topográficos con la estimada por camiones.
La red topográfica de apoyo que se utiliza para llevar a cabo el control de la extracción es
insuficiente porque no está lo debidamente densificada ni ajustada.
Se aplica el valor promedio de la masa volumétrica de las rocas mullidas por etapas de
explotación minera, donde no se realiza la filtración de los datos (filtros), no hay argumentación
de la determinación de la masa volumétrica que se aplica, lo que conduce a la obtención de
grandes errores.
OBJETIVO DEL TRABAJO
Establecer un método que permita elevar la precisión de los resultados obtenidos del cálculo
de la cantidad de mineral extraído en comparación con los métodos anteriormente usados.
FUNDAMENTACIÓN DEL TRABAJO
Durante la ejecución del levantamiento taquimétrico para calcular volumen, el topógrafo
minero se limita solamente a la realización de los cálculos sin considerar la valoración de la
exactitud, hecho que conduce en este trabajo a elevar la efectividad de la utilización de los
métodos topográficos empleados para calcular volumen (considerando los errores del
levantamiento topográfico) y de la determinación operativa de la masa volumétrica en estos
yacimientos sobre la base de su perfeccionamiento, teniendo en cuenta las condiciones de
explotación del yacimiento y las exigencias que son presentadas a los flujos de mena extraídas
por parte de las plantas metalúrgicas.
HIPOTESIS DEL TRABAJO
La diferencia de tonelaje que existe entre el mineral extraído de los frentes de extracción y el
alimentado a las plantas metalúrgicas disminuye con el aumento de la precisión del cálculo de la
cantidad de mineral extraído.
7
�NOVEDAD CIENTIFICA
La novedad científica del trabajo consiste en lo siguiente:
Argumentación de la determinación de los errores cometidos en el levantamiento taquimétrico
en estos tipos de yacimientos de compleja estructura de yacencia y enorme variabilidad y su
influencia en el cálculo de volumen.
Creación de una metodología de trabajo para la obtención de los datos iniciales para calcular
volumen cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico.
Creación de un modelo geométrico estructural (zonificación del yacimiento) para la
determinación de los resultados obtenidos de la medición de la masa volumétrica mullida en los
yacimientos lateríticos considerando la variabilidad natural de la composición cualitativa.
RESULTADOS CIENTIFICOS DEL TRABAJO
- Establecimiento de las principales deficiencias de la valoración y control del volumen de
mineral extraído en los yacimientos estudiados.
- Creación una metodología para la obtención de los datos iniciales para calcular volumen.
- Disminución en 80% con respecto al año que se analiza de la diferencia de tonelaje entre el
mineral que se extrae de los frentes de arranque y el que se alimenta a la planta metalúrgica.
- División del yacimiento en grupos homogéneos según los valores de la masa volumétrica
mullida con lo cual se elimina la variabilidad regular del parámetro, y los errores en su
determinación tienden a minimizarse.
-
El efecto de la aplicación de estas metodologías asciende a más de 391 000 pesos en un año
de producción.
SIGNIFICADO PRACTICO DEL TRABAJO
El significado práctico consiste en la posibilidad de solucionar la determinación operativa de la
masa volumétrica y elevar la precisión del levantamiento taquimétrico y su influencia en el
cálculo de volumen de mineral extraído, lo que permite sustancialmente disminuir las
diferencias de tonelaje obtenido entre el mineral extraído y el alimentado.
Los resultados de la investigación fueron analizados y valorados en el departamento de minería
del ISMM, en el colegio de minería (órgano local formado por todas las unidades de la Unión
de Empresas del Níquel).
8
�CAPITULO I. ESTADO ACTUAL DEL PROBLEMA Y DETERMINACION DE LAS
TAREAS DE INVESTIGACION
1.1 CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS YACIMIENTOS
Los yacimientos Punta Gorda y Moa están ubicados en la parte noreste de la provincia de
Holguin, en las costas del Océano Atlántico. Estos yacimientos comprenden las reservas de
minerales de níquel laterítico y serpentinítico, exploradas en ambas orillas del Río Moa. Su
frontera oriental está ubicada a lo largo del Río Cayo Guan, la parte norte limita con el Océano
Atlantico y con la curvatura en forma de codo del valle del Río Moa y como límite sur se puede
señalar el extremo trazado condicionalmente de occidente a oriente por el curso superior de los
Arroyos Veguita, Los Lirios, Río Yagrumaje , Arroyo Punta Gorda y Río Cabañas.
El relieve tiene una inclinación descendente en el territorio de los yacimientos
predominantemente al norte con cotas absolutas entre 0 y 30 m.
Los yacimientos se dividen en seis zonas principales: Yamaniguey, Atlántic, zona A, zona B,
Pronóstico y Punta Gorda.
La situación geográfica en el sistema de coordenadas de Lambert de las zonas es el siguiente:
Tabla 1.1 Sistema de coordenadas rectangulares de los yacimientos
SISTEMA DE COORDENADAS
ZONAS
NORTE
ESTE
desde-hasta
desde-hasta
Atlantic
214 110-216 540
692 750-695 550
Pronóstico
215 100-216 800
689 750-692 300
Zona Sur
217 900-219 100
692 300-694 200
Zona A
219 100-220 300
695 300-697 590
Zona B
219 000-221 350
692 310-676 310
Yamaniguey
216 300-223 400
691 300-696 600
Punta Gorda
217 200-222 500
669 000-707 000
La diferencia de niveles del relieve en la parte sur de los yacimientos es de 70-110 m.
9
�El clima de la región es tropical caracterizado por una temperatura media anual de 250C, y
dos períodos de lluvias en el año (Mayo-Junio y Octubre-Enero) y dos períodos de seca
(Febrero-Abril y Julio-Septiembre). La cantidad media anual de precipitaciones es de 2500
mm, teniendo en verano un carácter de aguaceros y en invierno estas precipitaciones son más
continuas, en forma de lloviznas densas generalmente. La humedad relativa del aire como
promedio es de 79% y en los períodos lluviosos aumenta a 82-85%.
La red fluvial de la región está orientada en dirección submeridional y está representada por
los ríos Moa, Cabañas, Yagrumaje, Punta Gorda, Cayo Guan y Los Lirios, los que
desembocan en el Océano Atlantico.
El Río Moa corre en los límites de los yacimientos Punta Gorda y Moa, es la fuente de
abastecimiento de agua para las empresas y la población, la velocidad promedio de la
corriente oscila alrededor de 1.5 m/s.
El espesor de estos yacimientos se representa por tres tipos genéticos de roca minera:
- Corteza de intemperismo regional
- Rocas sedimentarias
- Formación diluvial- preluvial.
A cada tipo de roca minera le corresponde un determinado tipo de mena. La composición
mineralógica es la siguiente:
- Goethita (Fe2O3H2O), 70-75%
- Alumogoethita (Al2O3H2O), 10%
- Serpentina (3MgO2SiO2H2O), 2.5%
- Cuarzo (SiO2), 2.5%
- Hidrogoethita.
La composición química se caracteriza por los siguientes contenidos medios: Níquel 1.5%,
Cobalto 0.12%, Fe2O3 60%, Al2O3 10%, Cr2O3 2.5%, SiO2 3%, MgO 0.5%.
Los minerales que contienen níquel y cobalto son en lo fundamental la goethita y la
hidrogoethita.
Estos yacimientos se encuentran en lugares montañosos cuyas particularidades son:
condición de yacencia no uniforme, relieve del terreno complejo, gran variabilidad de los
elementos tanto en la dirección horizontal como en la vertical.
Precisamente estas particularidades influyen sustancialmente en la tecnología de explotación,
es decir, en la extracción, carga y transporte del mineral útil y rocas estériles.
El cuerpo mineral de estos yacimientos está compuesto por los siguientes horizontes
10
�(ver fig 1.1):
-
Horizonte superior – limonítico, con potencia promedio de 0.5 - 2 m compuesto por
menas de hierro con fortaleza 1 (según la escala de Protodiákonov), de color rojizo o
pardo rojizo, pardo oscuro. En este horizonte se encuentran las concreciones ferruginosas
con medidas de 1 - 15 mm, formando bloques de hidróxido de hierro hasta 1m de
potencia. Este horizonte representa las rocas estériles con contenido mínimo industrial de
níquel menores de 0.9 % (para el yacimiento Punta Gorda) y de 1% (para el yacimiento
Moa).
-
Horizonte limonítico, se caracteriza por tener un contenido de hierro de 40 - 60%, níquel
entre 0.51 - 0.56% y cobalto alrededor de 0.07%. Macroscópicamente en este horizonte
se distinguen dos capas: la capa superior con potencia de 1.5 - 2.0 m representada por
laterita ferruginosa de color pardo rojizo. Las concreciones tienen un color oscuro y
componen hasta el 50% de toda la masa minera. Las dimensiones de las concreciones
varían desde 1-2mm desapareciendo gradualmente con la profundidad.
-
Horizonte inferior, con 2.0 metros de espesor, se caracteriza por un color pardo
amarillento y pardo verdoso, las lateritas ferruginosas están representadas por variedades
de hierro y arena.
El contacto de esta capa con la inferior de las lateritas de balance es no uniforme, para ella
es característico una superficie bastante variable, lo que a simple vista es muy difícil
diferenciar.
Esta particularidad exige una realización de los trabajos de exploración más detallada de la
cual se hablará más adelante. Los ángulos de yacencia de este contacto alcanzan una
magnitud de 1 - 400 aproximadamente.
- Horizonte de las lateritas de balance, tiene una potencia de 1 - 6 m con un valor medio de
2.64 m, su fortaleza es 1(según la escala de Protodiákonov), su color es rojizo.
En este horizonte existe una gran cantidad de rocas serpentiníticas y de arcillas interpuestas.
11
�Figura 1.1 Corte litológico de la parte central del yacimiento punta Gorda.
Donde:
ESC- Escombro, LB- laterita de balance, SB- serpentina blanda, SD- serpentina dura, Cot
Fond.- cota de fondo.
Las lateritas niquelíferas se consideran de balance, cuando el contenido de níquel supera el
0.9 % y el hierro más del 35%. El contenido medio de níquel es de 1.19%, del hierro 44% y
del cobalto 0.10%.
12
�En la parte inferior de este horizonte yacen las serpentinas blandas que se forman como
resultado de la intemperización de las serpentinas duras.
El contacto de estas dos capas está representado por una superficie irregular en el cual se
encuentran los bolsones mineros con alto contenido de níquel. La diferenciación del contacto
de las lateritas rojas y de las serpentinas blandas de color pardo verdoso y pardo amarillento
determina la posibilidad de dividir estas menas en el proceso de trituración.
Las propiedades físico - mecánicas de las serpentinas blandas son iguales que las lateritas
niquelíferas, su potencia varía de 1 - 15 m, el contenido de hierro es menor del 35% y el de
níquel mayor de 0.9 y 1.0%. En el contacto no uniforme de las lateritas de balance y de las
serpentinas blandas los ángulos de yacencia oscilan entre 1 y 450 y más.
- Horizonte de las serpentinas duras, su fortaleza alcanza hasta 7(por la escala de
Protodiákonov), la potencia media de este horizonte es de 4 m.
La serpentina dura contiene: menos de 12% de Fe, más de 0.9 - 1.0% de Ni y entre 15 - 20%
de Mg. El contacto de este horizonte con el suprayacente también es irregular.
Estos yacimientos tienen forma de bloque, ya que el cuerpo mineral se interrumpe por
sectores de rocas estériles en toda su extensión. Las dimensiones de estos bloques naturales
oscilan desde 100 x 100 m hasta 300 x 300 m. Ellos se dividen para su extracción en bloques
regulares de forma cuadrada con dimensiones de 300 x 300 m.
Las condiciones minero - geológicas de los yacimientos son variables, por lo general no
existen dos bloques de iguales características de mineralización ni de iguales condiciones de
yacencia.
La variabilidad del contenido de los principales componentes tanto en dirección horizontal
como en la vertical es bastante grande.
El contenido elevado de Fe se halla en el horizonte superficial con valores de 45 - 55%
disminuyendo con la profundidad hasta los valores de 6 - 7%. El contenido de níquel en el
horizonte superficial (lateríta ferruginosa) es de 0.3 - 0.7%, aumentando paulatinamente con
la profundidad hasta 2 - 2.5% y luego disminuye hasta 0.1 - 0.2%. El cobalto se distribuye de
forma irregular.
13
�1.2 PARTICULARIDADES DE LA VALORACION Y CONTROL DEL VOLUMEN
DE MINERAL EXTRAIDO
En las empresas del Níquel el volumen de mineral extraído se determina una vez al mes
luego de actualizados los planos de trabajo y los cortes por bloques por el método de las
áreas medias y secciones verticales.
La determinación del pozo para el cual es necesario realizar el cálculo, se hace mediante el
análisis del levantamiento topográfico a escala 1:500 y en los perfiles a escala 1:500 por
1:200.
Después de determinado el volumen total de mineral útil extraído por pozo, se determinan
sus componentes por tipo de mena, utilizando para ello los cortes verticales (perfiles) y las
cotas de los intervalos de muestreo, se determina el área promedio y los volúmenes de
extracción para cada intervalo. La suma de los volúmenes por cada intervalo debe coincidir
con el volumen total de extracción del pozo y con la suma por tipo de mena. No existe
ningún método de control de volumen.
El cálculo de la cantidad de masa minera extraída en estos yacimientos de la Unión del
Níquel se realiza con una precisión que supera el error mínimo permisible (2.5%), las áreas
con un error mayor de 10 m2, la potencia y la cota mayores de 0.1m.
Estos volúmenes de masa minera extraída además de no ser controlados por un método
efectivo alcanzan una diferencia en su determinación que varía desde 10 000 hasta 30 000
m3 y en ocasiones mayor de 30 000 m3 al mes, lo que conlleva consecuencias perjudiciales
para la Mina e influyen de manera directa en el salario del trabajador, porque estos errores a
veces son positivos y a veces negativos. Todos estos problemas surgen por la falta de
control operativo.
La masa volumétrica se determina por el método del pozo criollo, calicata que se realiza con
dimensiones de 1 x 1.5 m en el yacimiento con densidad de 10 - 12 pozos criollos por
kilometro cuadrado de área de mineral en el caso de mina Moa y casi uno por bloque en la
mina Che Guevara.
El cálculo de las reservas de metal existentes en el yacimiento se realiza aplicando el
contenido medio de metal al tonelaje total de las reservas de la mena, las cuales a su vez, han
sido calculadas sobre la base de la masa volumétrica establecida.
Existen zonas en las cuales la ejecución de los pozos criollos no alcanza la cantidad
necesaria, por tanto al obtenerse la masa volumétrica, no se logra la representatividad
necesaria en toda la zona estudiada. Esto conlleva un aumento brusco de las fluctuaciones de
14
�este parámetro ya que investigaciones antes realizadas demostraron que la masa volumétrica
es un indicador muy variable.
En el trabajo [9] se demostró que la masa volumétrica está por encima de su valor real, esto
evidencia la falta de control a la hora de determinarla y de su pronóstico al ser obtenida por
el método del pozo criollo.
Hasta el presente se han empleado dos métodos diferentes para la determinación de la masa
volumétrica en estos yacimientos. El primer método, que se está aplicando en la actualidad
en los yacimientos Moa y Punta Gorda, consiste en obtener un valor de masa volumétrica
promedio para cada uno de los horizontes tecnológicos de mineral. Esto significa que
mediante el pesaje y determinación de la humedad de todo el mineral de los pozos criollos
comprendidos en la zona que se haya clasificado como laterita de balance de acuerdo con el
resultado de la perforación, se establece un solo valor de masa volumétrica para ese mineral.
De la misma forma se procede con la serpentina.
En realidad, el mineral comprendido dentro del horizonte de serpentina blanda está
compuesto por fracciones de roca dura hasta terrosa, y por alguna laterita presente como
bolsones o desarrollada en grietas preexistentes. Pero aunque cada una de estas fracciones
posee de hecho un valor de masa volumétrica propio, se obtiene para todo el material un
promedio.
1.3 ESTADO DE LOS TRABAJOS TOPOGRAFICOS Y DEL CALCULO DE
VOLUMEN QUE SE REALIZAN EN EL YACIMIENTO
En la mina existen los sistemas de coordenadas local y nacional.
Durante la exploración por empresas norteamericanas de la mina Moa en 1958, se comienza
a realizar el primer trabajo topográfico en la zona A, lugar donde se inicia el origen del
sistema de coordenadas locales con X= 10 000, Y= 10 000, avanzando hasta una longitud de
8 km con una reserva de 2 km. Los puntos topográficos para desarrollar la red de apoyo
fueron ubicados al comienzo del yacimiento, se monumentaron con dimensiones de 0.40 m
por la base inferior y 0.20 m por la superior y 1.0 m de largo. El primer punto topográfico se
situó con coordenadas X1=10 000, Y2=10 000 y el segundo X2= 10 000 y Y2= 9900, esta
línea quedó orientada hacia el norte con una brújula. Las coordenadas debían disminuir a
medida que se alejaban del inicio del yacimiento hasta obtener valores de X= 0.00 y Y= 0.00
en los extremos del mismo, donde comienza la zona no mineral. Luego fueron trazadas líneas
perpendiculares con separación de 300 m formando bloques de 300 x 300 m. Este sistema
15
�local permitió además trazar redes de 100 x 100, 33.33 x 33.33 m hasta obtener una red
mucho más densa de 16.66 x 16.66 m para la extracción del estéril. Esto se hizo con el
objetivo de obtener una mejor planificación , orientación y cálculo de reservas, no siendo así
en el yacimiento Punta Gorda, donde los soviéticos utilizaron una microtriangulación para el
desarrollo de la red topográfica.
La existencia en estos yacimientos de redes de apoyo mal confeccionadas conlleva la
imposibilidad de hacer controles para
conocer la verdadera posición del frente de
excavación o de un pozo del bloque geológico, hecho que provoca que se cometan grandes
errores. Un ejemplo de ello es que con un determinado desplazamiento del frente de
arranque, se obtiene una información geológica no coincidente con la verdadera, ocurriendo
lo mismo con el volumen de masa minera que se extrae.
Existen zonas mineras con sus coordenadas locales desplazadas (yacimiento Moa), esto
provoca que al salir de una zona y entrar en otra se produzca una variación en los valores de
las coordenadas.
El departamento de minería del ISMM lleva a cabo trabajos de investigación sobre la
proyección de las redes topográficas en estos yacimientos [38].
El sistema local que se aplicaba en las minas carecía de relación con el nacional, hasta que
en 1961 el entonces Instituto Cubano de Recursos Mineros (ICRM) comienza a situar en el
yacimiento una serie de puntos topográficos de apoyo enlazados a dicho sistema de
coordenadas y a partir de ese momento se comienzan a relacionar entre sí a través de la
siguiente expresión:
..
x′ =
[x]
+ by r + ax r
N
y´=
[y]
+ ay r - bx r
N
.......................................................................(1.1)
........................................................................(1.2)
Donde:
X, Y - coordenadas de los puntos de los sistemas nacional y local;
X’ , Y’ - coordenadas de transformación;
Xr , Yr - Coordenadas reducidas;
16
�a, b – coeficientes de correlata;
N – número de puntos idénticos.
Desde entonces los planos topográficos
tienen señaladas las coordenadas en los dos
sistemas.
El altimétrico también tuvo el problema de estar en dos sistemas de coordenadas. Esto hizo
que se alcanzaran durante la determinación de la altura de un punto diferencias de hasta 20
cm.
Las Empresas norteamericanas, durante la exploración del yacimiento Moa realizaron
levantamientos topográficos, utilizando como método principal las poligonales con teodolito,
luego éstas se fueron dejando de realizar, centrando la mayor parte en la construcción de
perfiles y trabajos de nivelación. En la actualidad se realizan muy pocas poligonales, solo en
caso extremo, cuando es necesario.
Las poligonales que se realizan en la mina Moa son de enlace y de rodeo sin compensación.
El instrumento que se utiliza para medir los ángulos es el THEO 010 B y las distancias de las
líneas se miden con cintas metálicas sin comparar. La altura de los puntos se determina con
la utilización de la nivelación técnica a través de los pozos del bloque, con el inconveniente
de que cuando el frente de excavación es muy profundo esta nivelación no se puede realizar,
entonces se acude al método de la nivelación trigonométrica que tiene menor precisión en la
determinación de las cotas de los puntos. El instrumento que se utiliza es el Ni 040 para la
nivelación técnica y el DALHTA 010 B para la trigonométrica.
El método de levantamiento que se utiliza para calcular el volumen de masa minera extraída
de los frentes de excavación es el taquimétrico, con el cual se levantan las secciones
paralelas. El instrumento que se utiliza es el DALHTA 010 B. La distancia entre perfiles es
de 16.66 m.
En cambio en el yacimiento Punta Gorda si existe una red de apoyo, pero se utiliza poco,
tampoco hay control del avance del frente de excavación. Se realizan los mismos tipos de
poligonales y no se aplica la nivelación técnica. La nivelación que se usa para darle cota a
las estacas es la trigonométrica y el método para calcular el volumen es el de las áreas
medias apoyándose en el levantamiento taquimétrico.
El cálculo de las reservas y de componentes útiles se realiza en cada pozo por el método de
las secciones verticales en los yacimientos Moa y Nicaro. En el yacimiento Punta Gorda el
cálculo se realiza con la utilización de la computación, aplicando paquetes de programas,
algunos de ellos elaborados por los técnicos de la Empresa. Las áreas antes de ser
17
�introducidas en la computadora son obtenidas por el método de las cuadrículas. El método
mecánico (el planímetro) usado para calcular área se utiliza en muy pocas ocasiones.
En la mina mensualmente se realizan mediciones topográficas para calcular los volúmenes de
extracción y para controlar las reservas de minerales útiles. Estas mediciones sirven además
para controlar la realización de los trabajos mineros en correspondencia con el proyecto,
plano topográfico y las exigencias de la explotación, para la determinación de las
dimensiones del espacio laboreado como consecuencia del avance de los trabajos de
extracción del mismo, control de la calidad de la extracción de los recursos minerales del
subsuelo, determinación de los datos para el completamiento de la documentación gráfica
minera, determinación de las áreas desbrozadas, terrenos recultivados y rehabilitados para
otros fines de la economía.
La documentación minera principal se actualiza con los resultados de las mediciones y sirven
para el cálculo de volumen y contenidos utilizando los planos de los trabajos por bloque a
escala 1:500 (en el yacimiento Punta Gorda) y de perfiles cada 16.66 m. con escala
horizontal 1:500 y vertical 1:200 (en los yacimientos Moa y Nicaro).
En los planos mineros de cada bloque, durante su operación se sitúan los puntos de la red
geodésica ( si existen), los pozos de la red de desarrollo (81 pozos) señalando el número de
cada uno, la cota del techo del mineral, el volumen del mineral, los contenidos de hierro,
níquel y cobalto, si es necesario se sitúan los objetos existentes sobre la superficie del cuerpo
mineral.
En las secciones verticales (perfiles) se sitúan los pozos de la red de explotación con los
contenidos de níquel y hierro en cada intervalo de muestreo, los límites del cuerpo mineral
(techo y fondo) diferenciando la laterita de balance (lb) y serpentina de balance (sb) al igual
que la situación de la superficie en el momento de realización de los trabajos de extracción.
Si es necesario, pueden ser señalados otros objetos. El cálculo de las reservas se realiza con
ayuda de la computación.
Durante el análisis de las particularidades y estado del cálculo de volumen en estos
yacimientos se detectaron las siguientes insuficiencias:
- No existe ningún método de control efectivo de volumen (se compara el real minado con el
estimado).
- Los errores en la determinación del volumen basado en el levantamiento taquimétrico
sobrepasan sus límites permisibles.
18
�- La diferencia entre el real minado (topográfico) y el alimentado a la planta metalúrgica
oscila entre 8 y 16% del total en el mes.
- Se afecta el salario de los trabajadores por la presencia de estos errores.
- Se aplica una distribución irracional (poca cantidad) de los pozos criollos para determinar la
masa volumétrica sin tomar en cuenta su variabilidad.
- Se aplica un promedio de masa volumétrica mullida por etapa de preparación minera, sin
realizar limpieza de datos (filtros). No hay argumentación del modelo que se aplica, lo que
conduce a la obtención de grandes errores.
- Existe una insuficiente red topográfica de apoyo.
- No se realizan controles del avance de los frentes de extracción.
- La existencia de dos sistemas discordantes de coordenadas en el yacimiento Moa crea
problemas (no existen zonas de solape).
- La nivelación trigonométrica en el yacimiento Punta Gorda tampoco asegura la precisión
exigida.
- En el yacimiento Moa se mezclan la nivelación trigonométrica con la geométrica y tampoco
se logra la precisión.
1.4 SELECION Y FUNDAMENTACION DE LAS TAREAS DE INVESTIGACION
Como se había señalado antes, en estos yacimientos lateríticos no existen redes de apoyo
bien confeccionadas que permitan enlazar los puntos topográficos que determinan el avance
del frente de extracción. Eso impide conocer con precisión la situación de los puntos y
objetos, y que el volumen y la masa volumétrica que ahí se determinan no excedan del error
permisible. Esto provoca la discordancia entre los valores del tonelaje de mineral extraído de
los frentes de arranque y el reportado por las plantas metalúrgicas.
La preocupación por resolver esta tarea en estas minas aumenta cada año, estando ello de
acuerdo con el perfeccionamiento de la tecnología y mecanización de los trabajos mineros.
Para ello es imprescindible el aumento del estudio de los cuerpos minerales, una objetiva
valoración cuantitativa de la variabilidad y de la determinación operativa de la masa
volumétrica y una adecuada aplicación de las metodologías para calcular volumen, las
cuales existen con poca precisión.
La masa volumétrica no ha sido abordada por otros autores con suficiente claridad, la
cantidad de pozos criollos en el yacimiento no es representativa, además no se considera la
variabilidad del parámetro, lo que hace que se obtengan resultados diferentes.
19
�Considerando todos los factores antes señalados, se decide perfeccionar el método de cálculo
de volumen y proponer un método de análisis de los resultados obtenidos de la masa
volumétrica en estos yacimientos con el objetivo antes propuesto para resolver las siguientes
tareas:
- Comprobación de la homogeneidad estadística de las determinaciones de los valores de la
masa volumétrica mullida.
- Elaboración de métodos más fiables para el procesamiento de los resultados obtenidos de la
masa volumétrica.
- Caracterizar la exactitud de los métodos de levantamiento topográfico empleados.
- Comprobar teórica y experimentalmente los métodos propuestos de pronóstico de la masa
volumétrica y de perfeccionamiento del cálculo de volumen y determinar su efecto.
-
Comprobar teórica y experimentalmente la metodología propuesta para la toma de los
datos iniciales para calcular volumen y el método para la valoración de los resultados
obtenidos de la masa volumétrica.
CONCLUSIONES DEL CAPITULO I
1. Del análisis del estado y control del cálculo de volumen, se deduce que durante la
determinación de este parámetro ocurren errores que alteran los resultados.
2. No existe un modelo de determinación de la masa volumétrica que refleje la variabilidad
del índice, hecho que provoca grandes fluctuaciones del parámetro.
3. La deficiencia que existe en la aplicación de la red topográfica de apoyo provoca grandes
fluctuaciones de las reservas de mineral extraído.
20
�CAPITULO II. ANALISIS DE LOS ERRORES TOPOGRAFICOS COMETIDOS EN
LA DETERMINACION DE LOS VOLUMENES DE EXTRACCION CON LA
UTILIZACION DE LOS RESULTADOS DEL LEVANTAMIENTO TAQUIMETRICO
2.1 INTRODUCCION
Los volúmenes de masa minera extraída de las minas se determinan a partir de los resultados
del levantamiento topográfico con el objetivo de controlar el cumplimiento del plan de minería
y el control del movimiento de las reservas industriales, pérdidas y empobrecimiento del
mineral útil.
El levantamiento empleado para la determinación del volumen de los trabajos mineros
realizados sirve de base para la obtención del salario de los trabajadores y para el control de las
pérdidas y el empobrecimiento, debe realizarse con la mayor precisión posible. Los errores de
cálculo en estos yacimientos pueden conllevar grandes pérdidas inadmisibles tanto para la
empresa como para los obreros de las minas.
En consideración con lo planteado, el topógrafo de la mina debe determinar no solamente el
volumen de los trabajos mineros realizados, sino también valorar los errores de su cálculo.
Muchos de los factores que influyen en la diferencia de tonelaje que se obtiene entre el mineral
que se extrae de los frentes de excavación y el que se alimenta a las plantas metalúrgicas
investigados por diferentes autores no resaltan con claridad la esencia del fenómeno, por lo que
el problema no llega a resolverse.
Como el volumen que se calcula en estos yacimientos se fundamenta en los resultados del
levantamiento taquimétrico, se analizan aquí los errores que en él están presentes y su influencia
en el cálculo de volumen, obtenidos algunos de ellos por las metodologías expuestas en los
trabajos de Chaiko, 1969 y VNIMI, 1971, las mismas han sido modificadas por el autor de este
trabajo y adaptadas a los yacimientos lateríticos cubanos, y otros que han sido investigados por
él.
2.2 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE LA POSICION DE LOS PUNTOS EN
LA
RED DE LEVANTAMIENTO
Teniendo en cuenta que los puntos topográficos no pueden conservarse permanentemente en la
mina debido al avance de los frentes de explotación, el levantamiento taquimétrico al principio
y final de cada mes se realiza desde diferentes posiciones de los puntos de la red de apoyo,
hecho que provoca la obtención de grandes desviaciones en la determinación de los volúmenes
influenciado por el error de la posición del punto en la red de levantamiento.
21
�Se conoce que no todos los errores de posicionamiento de los puntos de la red de levantamiento
influyen sobre la determinación del volumen, sino aquel que se encuentra perpendicular a los
contornos de los bordes del escalón y que se representa por mc´ y se calcula según [ 34 ].
′
mc =
mc
...............................................................................................................( 2.1)
2
mvc c = ± m′ c L.h............................................................................................................( 2.2)
donde:
m c! - error de la posición del punto de la red de levantamiento.
Considerando la fórmula precedente, la magnitud relativa del volumen del frente de excavación
será:
′
M vc = ±
mc
.........................................................................................................( 2.3)
d
donde L, d, h - longitud, ancho y altura del frente de excavación.
Es evidente que si aumenta el ancho del frente de excavación, disminuye el error del cálculo de
volumen.
De la fórmula (2.3) se deduce que las exigencias para la exactitud en la determinación de los
puntos de la red de levantamiento deben ser diferentes en dependencia del ancho del frente de
excavación para cada mina.
Si el levantamiento del frente de
excavación se hace desde varios puntos determinados
independientemente, el error relativo en la determinación del volumen será [34]:
Mvc = ±
mc
........................................................................................................( 2.4)
d k
donde k - cantidad de puntos en la red de levantamiento.
De esta manera, al aumentar la cantidad de puntos de la red de levantamiento, el error en la
determinación del volumen disminuye en
k veces.
En fuentes de literaturas técnicas antes analizadas se plantea que la influencia principal sobre el
error de la determinación del volumen la ejercen los errores de la posición de los puntos de la
red de levantamiento, por lo que el error del cálculo de volumen será solamente igual al del
error de la posición del punto en la red de levantamiento, es decir:
22
�Mv = mvc
El autor de la Tesis plantea que aquí debe considerarse el error por la linearización de las formas
de los frentes de extracción (mvo), por tanto:
M v = ± m 2 vc + m 2 vo .........................................................................................( 2.5)
Aplicando el principio de las influencias semejantes y sustituyendo a m = mv c = mv0 , se obtiene
que Mv = ± m 2 .
El error medio en la determinación del volumen en (2.2) no debe superar el 2,5 %, entonces:
m= ±
2,5 2,5
=
= ±1,8%......................................................................................( 2.6)
2 1,41
Al utilizar en (2.3) la tolerancia obtenida con anterioridad, se logran los errores medios de la
posición de los puntos de la red de levantamiento para los frentes de excavación de diferente
ancho (ver tabla 2.1), considerando la variabilidad de la forma de los frentes de explotación. Así
para los frentes de 67.7 m de ancho:
mc = ± 0.018 * 67.7 = 1.22 m;
Para los frentes de 58.6 m de ancho:
mc = ± 0.018 * 58.6 = 1.05 m
TABLA 2.1 Determinación de los errores medios de la posición de los puntos en la red de
levantamiento
YACIMIENTO
m c , (m)
L , (m)
d , (m)
H, (m)
Mv , (m3)
Mvc (%)
Punta Gorda
0.86
80
67.7
9.35
643.28
1.87
Moa
0.74
80
58.6
15.28
904.57
2.00
Los valores de m’c se calcularon por (2.1), y los de mv y Mvc por (2.2) y (2.3) respectivamente.
La precisión en la determinación de los puntos de la red de levantamiento está condicionada por
la precisión necesaria en la determinación de los volúmenes de extracción de la masa minera y
el ancho de los frentes que se emplean en la mina.
23
�La determinación de los puntos de la red de levantamiento se recomienda realizar con
distanciómetro electro-óptico, empleando los métodos de microtriangulación, intersecciones,
poligonales con teodolito, estaciones totales, GPS, cumpliendo las exigencias de las
instrucciones técnicas de GEOCUBA, [46].
Estos errores topográficos disminuyen con la existencia de una adecuada red de puntos de
apoyo en las minas y con el aumento del ancho del frente.
En el caso que la longitud del frente tenga una magnitud de 33.0 m, el error de la posición del
punto de la red de levantamiento mc =0.018* 33.0 =0.59 m. Por tanto , el error del cálculo de
volumen para las minas se calcula según (2.3):
Che Guevara :
Mvc =0.59/67.7=0.87%
Moa:
Mvc =0.59/58.6=1.00%.
2.3
INFLUENCIA
DE
LOS
ERRORES
DE
DETERMINACION
DE
LOS
CONTORNOS DE LOS BORDES SUPERIOR E INFERIOR DE LOS ESCALONES
La realización del levantamiento taquimétrico de los bordes superior e inferior de los contornos
de los frentes de extracción siempre se lleva a cabo desde una superficie irregular y en ocasiones
con derrumbes, por ello los puntos taquimétricos se sitúan generalmente entre 20 y 40 m
aproximadamente, lo que conlleva la irregularidad de los contornos de los bordes y por
consiguiente errores de las áreas de las secciones.
Es evidente que la magnitud de los errores del cálculo de las áreas entre los bordes de los
contornos linearizado y real de la mina, depende ante todo de la distancia entre puntos del
yacimiento y de la irregularidad de los contornos de los bordes tanto superior como inferior.
Para poder determinar los errores producidos por la irregularidad de los contornos de los
bordes, en la fig. 2.1, a manera de ejemplo se muestra un sector del borde determinado para los
puntos 1, 2 y 3, donde los intervalos entre ellos se seleccionaron a una equidistancia (a) de 20 m
y se determinaron las longitudes de las ordenadas (b) en el plano entre los bordes superior e
inferior en el cual tomaron los siguientes valores: b1=8 m, b2=14 m, b3=10 m; a- distancia entre
puntos. El área real del sector limitado por el contorno del borde y la recta AB será igual a:
24
�S A 123 B =
a( b1 + 2 b 2 + b3 ) 20( 8 + 28 + 10 )
=
= 20 * 23 = 460 m 2 ............................( 2.7)
2
2
2
3
1
b2
b1
a
b3
a
A
B
Fig.2.1 Representación de un contorno limitado por tres puntos.
Si el contorno real 1- 2- 3 se sustituye por el contorno 1-3 entonces el área de la figura A13B
será la siguiente:
S A 13B =
2a( b1 + b 3 ) 40( 8 + 10 )
=
= 40 * 9 = 360 m 2 .............................................( 2.8)
2
2
La diferencia entre los valores de las fórmulas (2.7) y (2.8) será ∆ S , y se denomina
irregularidad del contorno y es igual a:
∆ s1 =
8 + 10 - 28
b1 + b 3 - 2 b 2
*2a =
* 40 = 100m 2 ..............................................( 2.9)
4
4
Al dividir el valor ∆ S1 entre la longitud del sector AB, es decir entre 2a:
∆s ( b1 + b 3 - 2 b 2 ) 100
=
=
= 2.5m 2 ....................................................................( 2.10)
2a
4
40
De donde se obtiene el error por la irregularidad (linearización) del contorno.
Para poder operar con los errores de la irregularidad de los contornos de los bordes al igual que
con los errores casuales es necesario conocer si existe una ley de distribución normal.
25
�Utilizando softwares especializados de estadística matemática se analizaron varios contornos,
las segundas diferencias de las ordenadas se distribuyen normalmente, se construyeron los
histogramas de frecuencia.
El histograma que se presenta (fig. 2.2) muestra que en el contorno del borde superior del sector
experimental número dos de la mina Moa, las segundas diferencias pueden considerarse
distribuidas normalmente
Histograma
12
Frecuencia
10
8
6
Frecuencia
4
2
y
mayor...
14.45
13.5
12.55
11.6
10.65
9.7
0
Clase
Fig.2.2 histograma de distribución de las segundas diferencias de las ordenadas.
Conociendo que en estos yacimientos los contornos son bastante irregulares, analizamos por
primera vez el área limitada por ”n” puntos (fig.2.3), el cálculo se realiza por la siguiente
fórmula [35]:
s = a(
b1
b
+ b2 + b3 + .... + bn + n +1 )........................................................................(.2.11)
2
n
como l= a * n y bmedia =∑ b/n
Entonces S = l* bmedia.
Donde:
l- longitud del sector levantado;
26
�a- distancia entre puntos.
El error de determinación del área en función de los errores producidos por la irregularidad del
contorno se determinó por la siguiente expresión:
ms = l * mbmedia..................................................................................................(2.12)
De la expresión (2.12) se evidencia que el error del área es proporcional al error de la ordenada
media (mbmedia) el cual depende de la magnitud del intervalo (a) y del carácter del contorno del
borde (fig. 2.3)
4
2
1
b1 b2
5
3
7
6
b3
b4
b5
b6
8
b7
bn-1
bn
l
Fig. 2.3 Representación de un contorno limitado por varios puntos
Al variar la magnitud del intervalo se pueden obtener diferentes magnitudes de mbmedia.
La determinación del error de mbmedia se puede realizar mediante la comparación de las
ordenadas medias obtenidas por el número limitado de puntos para los distintos intervalos de
distancia y las ordenadas más probables (bprobable) obtenidas por el levantamiento más detallado
(a intervalo de 5 m) de los contornos de los bordes (tablas 2.3 y 2.4) y se puede calcular por la
siguiente expresión:
mb media = ±
[δ * δ ]
................................................................................................( 2.13)
n
Donde:
ð = bmedia-bprob.
n- cantidad de diferencias de las ordenadas medias y las ordenadas más probables.
27
�El levantamiento de los contornos se realizó en un plano a escala 1:250 divididos en sectores
experimentales de longitud de 40 m. El valor más probable de las ordenadas se obtuvo a
intervalo de 5 m.
Los valores de bmedia para determinar el error del área por la irregularidad de los contornos de los
bordes se determinaron para los distintos intervalos de 10, 20 y 40 m por las siguientes fórmulas
[34]:
para intervalo de 10 m
b media =
( b1 + 2 b 2 + 2 b5 + 2 b7 + b 9 )
..............................................................................( 2.14)
8
para intervalo de 20 m
b media =
( b1 + 2 b 5 + b 9 )
................................................................................................( 2.15)
4
para intervalo de 40 m
b media =
( b1 + b 2 )
...........................................................................................................( 2.16)
2
El error del área (ms) para el sector elemental con longitud (l) considerando los errores de los
contornos de los bordes superior e inferior es igual a:
m s a = ± mb media * l * 2 ....................................................................................................(2.17)
y para el frente de excavación con longitud L= l*n
28
�m s a = ± mb media 2Ll ....................................................................................................( 2.18)
Al multiplicar y dividir la parte derecha de la expresión (2.18) por (a) se obtiene que:
ms a =
mb media
2l * a L ............................................................................................( 2.19)
a
Suponiendo que:
mb media
2L
a
m s a = K * a L ...........................................................................................................( 2.20)
K=
Donde:
K – coeficiente de irregularidad de los contornos de los bordes de los escalones.
De esta manera se puede afirmar que el error del área de la sección horizontal determinado por
el levantamiento taquimétrico depende del intervalo (a) entre puntos, de la longitud del frente de
excavación (L) y del coeficiente K.
El coeficiente K depende de mbmedia (error de la ordenada media) que es determinado por el
carácter de los contornos y de la magnitud (a): Cuanto más complejos sean los contornos,
mayores valores de mbmedia se obtendrán, y por tanto mayor será también el coeficiente K (tabla
2.3).
El error del volumen se determinó (según [34] para rocas blandas) por la siguiente ecuación:
(0.11* a1.1 * h L )
.........................................................................................( 2.21)
mv s =
2
29
�Donde:
a- intervalo entre puntos;
L- longitud del frente de excavación.
El error relativo de determinación del volumen se determinó por la siguiente relación [35]:
(0.11* a1.1 )
* 100...................................................................................( 2.22)
M vs =
d 2L
Donde:
d- ancho del talud.
En la tabla 2.2 se pueden apreciar los resultados de la determinación del coeficiente de
irregularidad (K) de los contornos superior e inferior de los escalones para diferentes distancias
entre puntos (a). Como se observa, los contornos del yacimiento Moa son más complejos que
los de Punta Gorda según el coeficiente de irregularidad (K) obtenido.
Tabla 2.2 Cálculo del coeficiente de irregularidad (K)
Yacimiento
Punta Gorda
Moa
Sector
Errores de mbmedia
Coeficiente de irregularidad , K
a=10
a=20
a=40
a=10
a=20
a=40
11
0.50
0.86
1.53
0.63
0.54
0.48
14
0.71
0.80
1.70
0.89
0.50
0.53
En la tabla 2.3 se presentan los errores relativos de determinación del volumen sin considerar el
coeficiente de irregularidad de los contornos (K).
Estos errores fueron calculados por las fórmulas (2.21) y (2.22) para rocas blandas con
coeficiente de fortaleza f=2 (según Protodiákonov).
30
�Tabla 2.3 Error relativo de determinación del volumen sin considerar el coeficiente K
Yacimiento
Sect.
Msa (m²)
10
Punta Gorda
Moa
20
Error relativo de determinación. del volumen.
m3
40
%
10
20
40
10
20
40
11
56
96.5
172
116
249
532
0.49
1.04
2.25
14
80
89.4
189.5
189
406
870
0.48
1.03
2.20
Se han introducido nuevas fórmulas (2.23), (2.24) y (2.25) creadas por el autor durante la
ejecución de este trabajo, que consideran el coeficiente de irregularidad de los contornos en el
cálculo de volumen. Los resultados obtenidos se aproximan con mayor exactitud al valor real.
Proponemos realizar el cálculo del error del volumen considerando la irregularidad del contorno
K por las siguientes fórmulas:
mvs =
K *a*h* L 3
, m ...............................................................................................(2.23)
2
el resultado se comprueba a través de la siguiente fórmula:
mvs =
ms * h 3
, m .......................................................................................................(2.24)
2
En ambas fórmulas se obtuvieron resultados idénticos.
En unidades relativas:
M vs =
K *a
*100;%.............................................................................................................(2.25)
d* L
Tabla 2.4 Error relativo de determinación del volumen considerando el coeficiente K.
Yacimiento
Sect.
msa (m²)
10
Punta Gorda
Moa
20
Error relativo de determinación. del volumen.
m3
40
%
10
20
40
10
20
40
11
56
96.5
172
371
637
1141
1.17
2.30
4.67
14
80
89.4
189.5
867
969
2053
1.35
2.70
5.40
31
�Estos errores disminuyen con la reducción de la distancia entre los puntos de detalle (a) y de la
ubicación correcta de la parte quebrada donde hace cambio de dirección el contorno del borde.
Si tomamos una distancia (a) de 10 y 20 m, el error disminuye hasta 1.17-1.35%.
2.4
INFLUENCIA DE LA IRREGULARIDAD DE LOS PERFILES DE LOS
TALUDES
Las configuraciones regulares del perfil del escalón son limitadas por la porción del contorno en
los bordes superior e inferior, suficiente para la representación gráfica en la proyección en el
plano horizontal y vertical, con la cual se determina el volumen de la masa minera extraída. Sin
embargo, en diferentes métodos de extracción y estabilidad de la rocas en el macizo, los ángulos
y perfiles de los taludes de los escalones son distintos e inclusive, más complejos, diferenciando
así el cálculo de volumen.
En la actualidad, los bordes de los taludes de los escalones se determinan en dos posiciones,
borde superior y borde inferior, con cuyas representaciones gráficas se calculan los volúmenes.
Considerando lo antes expresado, es necesario determinar un tercer punto en el escalón para
poder configurar bien el talud.
Si se calcula el volumen con relación a los puntos AC (volumen 1) y ABC (volumen 2), (ver
fig. 2.4), se obtiene una diferencia de volumen ocasionada por la configuración del talud del
escalón y ocurre el denominado error por la configuración del talud, que ejerce gran influencia
en el cálculo de volumen.
Se sabe que la forma de los frentes de excavación se determina no solamente por los contornos
de los bordes, sino también por la superficie de los escalones, sin embargo, durante la
realización del levantamiento taquimétrico del talud de los escalones estas superficies no se
levantan a causa de su inaccesibilidad para el portamira, como resultado de lo cual, en los
planos de las secciones verticales transversales éstos taludes se representan en forma de líneas
continuas que unen los bordes superior e inferior (fig. 2.4).
En la explotación de rocas relativamente blandas con la utilización de excavadoras, el
movimiento de la cuchara durante el arranque de la roca se realiza de abajo hacia arriba en tres
ciclos: arranque, arranque- izaje e izaje (fig. 2.4). Como resultado de la trayectoria de la
cuchara el perfil del talud va a tener forma cóncava aproximándose a una parábola.
32
�F
B
b1
b2
b3
b4
∆S1
C
b5
b6
A
∆S2
G
E
a
Fig.2.4 Configuración de los perfiles del talud.
Con relación a la fig. 2.4 donde ABC y EGF representan el perfil real del talud y AB y EF, el
linearizado, se tiene que:
S R = S g - ∆ S 1 + ∆ S 2 ......................................................................................................( 2.26 )
Donde:
SR y Sg - áreas de la sección transversal del perfil real y linearizado;
∆ S1 y ∆ S2 - áreas entre los perfiles real y generalizado de los taludes;
1 y 2 - posición inicial y sucesiva del talud.
De la expresión (2.26) se deduce que:
S g - S R = ∆ S 1 - ∆ S 2 ......................................................................................................( 2.27 )
33
�Si,S g - S R = ∆ ;entonces∆ S 1 - ∆ S 2 = ∆
En este caso ∆ representa la diferencia entre las áreas de las secciones de los perfiles linearizado
y real de los taludes y depende de la magnitud de las áreas ∆ S1 y ∆ S2.
Si ∆ S1 = ∆ S2, entonces ∆ =0 y por consiguiente, la posición de los puntos C y G no ejerce
influencia en el volumen del frente de excavación. Como demuestra la investigación realizada,
en la mayoría de los casos ∆ S1 y ∆ S2 no son iguales y tienen diferencias considerables.
Los trabajos experimentales para determinar los valores de ∆ S1, ∆ S2 y ∆ , se realizaron en
distintas minas de la Unión de Empresas del Níquel, con diferentes condiciones minerogeológicas en sectores experimentales de 80 m de longitud a ambos lados del frente de
excavación, a intervalos de 5 metros.
En los planos, a intervalos de 5 m se trazaron secciones transversales para medir las ordenadas
b1, b2, b3 ........bn-1 (fig. 2.4).
Para cada sección se calcularon las áreas de las figuras ABCA y EFGE y luego los valores de:
∆ S 1 = S abcd - S acd ......................................................................................................( 2.28 )
S abcd =
S acd =
b1
b1 + b2
b2
* h1 +
* h2 +...+bn-1 + * hn-1
2
2
2
bn
*h
2
Análogamente se determinó ∆ S2 para la siguiente posición del talud.
En cada sector experimental se determinaron las áreas ∆ S1, ∆ S2, ∆ y las medias aritméticas
34
�∆ S1 media, ∆ S2 media y ∆ media.
∆ media =
[ ∆i ]
..............................................................................................................( 2.29 )
n
La magnitud ∆
media
se puede analizar como las diferencias entre las áreas de la sección
transversal vertical del frente de excavación, obtenidas en los taludes linearizado y real
respectivamente.
La dispersión de los valores de ∆ i con respecto a ∆ media, se determinó como la desviación
medio cuadrática.
M∆ = ±
[( ∆i - ∆ media )2 ]
........................................................................................( 2.30 )
n-1
Donde:
n - cantidad de secciones al determinar
∆ media, donde el error del valor medio de la
diferencia ∆ media es ∆ M media = ∆ M/n
Todos estos resultados aparecen en la tabla 2.5 donde se observa que el valor medio de ∆ S1 y
∆ S2 tienen diferentes magnitudes.
La diferencia de los volúmenes del frente de excavación determinado en los taludes linearizado
y real respectivamente, es [35]:
V = Vg - VR ..........................................................................................................................(2.32)
Donde:
Vg - volumen linearizado del talud
VR - volumen real del talud
Como:V = [
( S1+ Sn )
+ S 2 + S 3 +..+ S n-1 ]* a
2
35
�entonces: ∆ v = (
∆1 + ∆ n
+ ∆ 2 + ∆ 3 +...+ ∆ n-1 )* a
2
Supongamos,que,
∆1 + ∆ n
= ∆1 ,entonces,
2
∆v = a * ( ∆1 + ∆ 2 + ∆3 + ...+ ∆ n-1 )......................................................................( 2.32)
Al dividir y multiplicar a (2.32) por n-1, se obtiene que
∆V = a* n - 1
( Σ∆ )
n -1
Donde:
Σ∆ = ∆ media
a(n-1)=L -longitud del frente de excavación.
Donde:
mvo = ∆V = ∆ media * L
El error relativo de determinación del volumen del frente de excavación se determinó por la
siguiente relación:
MVo =
∆ media .............................................................................................................( 2.33 )
S
Donde:
S- área media de la sección transversal del frente de excavación.
36
�Tabla 2.5 Determinación de los errores por la irregularidad de los perfiles de los taludes
YACIMIENTO
FRENTES
∆S1; m²
∆S2; m²
∆media
∆V; m3
Mvo %
Punta Gorda
1
9.54
11.56
-2.02
323.2
2.36
Punta Gorda
2
7.63
11.44
-3.31
609.6
3.56
Punta Gorda
3
5.69
9.56
-3.87
619.2
3.64
Moa
1
9.24
14.96
-5.72
192.0
4.07
Moa
2
8.5
11.00
-3.52
563.2
0.06
Moa
3
7.48
8.31
0.120
915.3
10.6
De la tabla 2.5 se observa que los errores del volumen por la influencia de la configuración del
talud son causados por la variabilidad de la forma de la superficie del talud y no por distancia
entre los puntos.
En investigaciones antes realizadas en las minas de Cobre, Hierro, Manganeso y otros, en la
antigua URSS, Checoslovaquia, Alemania, Afganistán, no se hace un análisis de la influencia de
este tipo de error, por la forma casi recta que deja el perfil del talud y su poca influencia en el
cálculo de volumen (<1%) , pero en estos yacimientos, donde el perfil del talud forma una
concavidad pronunciada (fig.2.4) el autor propone se consideren todos los errores obtenidos
(>3%).
Se realizó un análisis con el objetivo de obtener una ecuación para representar el perfil del talud
del escalón. Fueron ubicados varios puntos en la curva que forma el perfil (fig.2.4), pero sucede
que la ecuación obtenida del tipo Y=ax2 no puede ser considerada porque, en primer lugar,
todos los perfiles son diferentes debido a las condiciones minero-geológicas y a la tecnología de
extracción. Se debe señalar que destacar que todas estas curvas fueron bien ajustadas por el
método de los mínimos cuadrados.
Este problema puede ser resuelto con la introducción de una técnica nueva, el distanciómetro
electrónico sin el uso de reflectores (Dior, Wild, y el Rec Elta de la Karl Zeiss ). La utilización
de esta técnica permite al minero obtener una información del paramento más objetiva, lo que es
muy importante para los sectores de difícil acceso para el hombre por las condiciones de
seguridad (irregularidad de los fondos minados, taludes y contornos producidos por la
tecnología de extracción).
37
�La aplicación de este equipo electrónico en la minería contribuye a la elevación de la precisión
de los resultados.
Este equipo permite crear en las minas la red de puntos de la base de levantamiento topográfica.
La determinación de las coordenadas de los puntos de esas redes con la exactitud necesaria es
posible solamente con una fuerte elaboración matemática de las mediciones y la utilización de
los esquemas de construcción que garantizan la elevación de la precisión de la red.
Los puntos de detalle se miden sin necesidad de poner miras, por lo que se puede utilizar no
solamente para determinar los contornos de los bordes de los escalones, sino también para
determinar la concavidad que forma el talud.
El nuevo taquímetro universal del tipo Rec Elta RLR ofrece métodos de medición sumamente
económicos debido al módulo rápido de medición de impulsos que permite la medición de
distancias sin reflector.
Estos distanciómetros ( DIOR) permiten medir una distancia máxima de 2000 m con un error
medio cuadrático en la medición de la distancia de 1 cm en todo su diapasón, y en la medición
de la dirección 3 cc .
Las ventajas que ofrece esta novedosa técnica son las siguientes:
- Posibilidad de medir distancias sin el uso de reflectores.
- Mayor precisión en la realización de los trabajos.
- Menor costo en la realización de los trabajos.
- Mejor cumplimiento con las reglas de seguridad (al no usar portamiras se evita el riesgo de
caída por el talud).
- Mayor rapidez en la ejecución del levantamiento.
- Posibilidad de regulación de los errores de cálculo de área, ploteo de los puntos en el plano e
irregularidad del talud.
- Se puede realizar el levantamiento en condiciones hidrogeológicas desfavorables.
En este caso, los errores por la irregularidad de los perfiles de los taludes se reducen al mínimo.
2.5 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE LA POSICION DEL PUNTO EN EL
LEVANTAMIENTO TAQUIMETRICO
Los errores de la posición de los puntos durante el levantamiento taquimétrico surgen a causa
de los errores de la medición de los ángulos y distancias.
La magnitud de estos errores fue investigada por diferentes autores [34] y es de ± (0.30 - 0.40)
m.
38
�Estos datos fueron obtenidos por una investigación realizada por VNIMI (centro de
investigación de topografía, Rusia). El error medio de la posición del punto en la dirección del
contorno del borde se obtuvo para longitudes de rayos visuales de 20 - 240 m y fue de ± 0.30 m.
El error del área de la sección horizontal del frente de excavación a causa de los errores de la
posición de los puntos del levantamiento es:
ms t = ± mT * 2ah .........................................................................................................( 2.34 )
Donde:
mT - error de la posición del punto en la dirección al contorno del borde;
h - altura media.
El error del volumen del frente teniendo en cuenta las secciones horizontales en los bordes
superior e inferior es igual a:
mvT = ± mT * h * aL .....................................................................................................( 2.35 )
y en unidades relativas:
M vT = ±
mT * a
.........................................................................................................( 2.36 )
d L
El error del volumen del frente a causa de los errores de la posición de los puntos en la altura es:
mv h = ±
(m H )
n
* S......................................................................................................( 2.37 )
en unidades relativas:
mv h = ±
(m H )
h n
.............................................................................................................( 2.38 )
Donde:
mH - error de la posición del punto en el plano vertical. Esta magnitud ya fue investigada por
otros autores [34], [35] y fue de ± 0.1 m;
39
�n - número de puntos para la determinación de la altura media de un borde.
El error relativo total de determinación del volumen a causa de los errores de la posición de los
puntos es igual a:
M v T, h = ±
2
m 2 T * a + m H ......................................................................................( 2.39 )
d 2 * L n* h2
En la fórmula (2.39) se ve que el error de determinación del volumen del frente depende no
solamente de la magnitud mT y mH, sino de la distancia entre puntos, longitud y ancho del
frente.
En la tabla 2.6 se muestran los errores medios de determinación del volumen a causa de los
errores de la posición de los puntos para diferentes minas a intervalo de 10, 20 y 40 m.
Tabla 2.6 Errores medios de determinación del volumen causados por los errores de la
posición de los puntos a intervalos de 10, 20 y 40 metros para diferentes yacimientos
Yacimientos
Punta Gorda
Moa
Parámetros
a=10
a=20
a=40
msT, m2
4.1
5.8
8.2
mvT , m3
79.33
112.2
158.67
MvT , %
0.16
0.22
0.37
mvh , m3
127.73
171.39
221.06
Mvh , %
0.25
0.34
0.44
MvTh , %
1.10
1.16
1.25
msT , m2
5.24
7.41
10.49
mvT , m3
129.65
163.6
259.3
MvT , %
0.18
0.26
0.36
muh , m3
110.37
148.35
191.34
Mvh , %
0.15
0.21
0.27
MvTh , %
0.73
0.80
0.92
40
�Estos errores disminuyen su valor con la utilización de instrumentos topográficos de medición
de mayor precisión y también con la ubicación de los puntos del relieve a una menor distancia.
2.6 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE UBICACION DE LOS PUNTOS EN EL
PLANO
La determinación de los volúmenes de extracción de masa minera se realiza a base de la
documentación gráfica obtenida de los materiales del levantamiento topográfico. Sin embargo
la representación de los puntos en el plano se puede determinar por la siguiente fórmula:
2
2
m H i = ± (m H β i cos ∝i ) + (m H li sin ∝ i ) .................................................................( 2.40 )
Donde:
mHβi y mHli - errores de la determinación del punto a causa de los errores de construcción del
ángulo y de la distancia acumulada;
∝ i - ángulo formado entre el rayo visual y la dirección del borde, grados
La magnitud m H β i depende de la exactitud del transportador utilizado y de la distancia li del
instrumento hasta el punto y es de:
mH βi = ±mβi *
li
ρ
........................................................................................................( 2.41 )
El error medio mβ en base al estudio de los trabajos publicados e investigados [34] es de ± 10
minutos, de aquí:
m H β i = ±0.003 l i ......................................................................................................( 2.42 )
El error medio de la distancia acumulada mHl es igual a ± 0.25 mm, o sea:
mHli = ±0.00025M.................................................................................................................(2.43)
Donde:
M - denominador de la escala del plano.
41
�Los errores del ploteo de los puntos fueron calculados para diferentes minas a escala 1:250
situando el taquímetro del borde a las distancias de 10, 20, 30, 40 y 130 m.
Tabla 2.7 Errores de ubicación de los puntos en el plano para el yacimiento Punta Gorda
(mHβicosα)2
(mHβi senα)2
α
li
mHβi
mHli
1
119.30
10
0.03
0.062
0.0002
0.003
0.06
2
135.52
20
0.06
0.062
0.002
0.0009
0.06
3
151.30
30
0.09
0.062
0.006
0.0009
0.08
4
174.10
40
0.12
0.062
0.010
0.006
0.13
5
198.20
50
0.15
0.062
0.020
0.02
0.20
6
212.15
60
0.18
0.062
0.020
0.001
0.14
7
222.15
70
0.21
0.062
0.020
0.002
0.11
8
241.12
80
0.24
0.062
0.010
0.003
0.11
9
256.50
90
0.27
0.062
0.004
0.004
0.09
10
272.59
100
0.30
0.062
0.0002
0.003
0.06
11
281.30
110
0.33
0.062
0.004
0.004
0.09
12
298.10
120
0.36
0.062
0.03
0.003
0.18
13
312.12
130
0.39
0.062
0.007
0.002
0.09
N°
Suma
mH =
Σm H i
n
=
mHi
1.40
1.40
= ±0.33
13
42
�Tabla 2.8 Errores de determinación del volumen en el yacimiento Punta Gorda
Error determinación.
a=10
a=20
a=40
mvH , m3
29.83
42.19
59.63
MvH , %
0.15
0.21
0.29
Tabla 2.9 Errores de ubicación de los puntos en el plano para las condiciones del
yacimiento Moa
α
N°
li
mHβi
mHli
(mHβicosα)2
(mHβi senα)2
mHi
1
140.15
10
0.03
0.06
0.0005
0.002
0.05
2
152.12
20
0.06
0.06
0.003
0.0008
0.06
3
168.20
30
0.09
0.06
0.008
0.0002
0.28
4
176.35
40
0.12
0.06
0.01
0.0001
0.10
5
184.40
50
0.15
0.06
0.02
0.00004
0.14
6
198.43
60
0.18
0.06
0.03
0.0004
0.17
7
220.18
70
0.21
0.06
0.02
0.002
0.15
8
236.15
80
0.24
0.06
0.02
0.003
0.15
9
254.30
90
0.27
0.06
0.005
0.004
0.09
10
271.42
100
0.30
0.06
0.00008
0.004
0.06
11
298.50
110
0.33
0.06
0.020
0.005
0.16
12
50.30
120
0.36
0.06
0.005
0.002
0.23
13
75.42
130
0.39
0.06
0.009
0.004
0.11
suma
1.75
43
�mH =
1.75
= ±0.37
13
Tabla 2.10 Errores de determinación del volumen en el yacimiento Moa
Error de determinac.
a=10
a=20
a=40
mvH , m3
69.88
98.83
139.77
MvH , %
0.16
0.22
0.32
El error del volumen del sector elemental entre los puntos adyacentes, para las secciones
superior e inferior será:
mvi = ± m H i * a * h...................................................................................................( 2.44 )
El error de todo el volumen del frente es:
mv H = ± m2 H 1 * a 2 h2 + m2 H 2 * a 2 h 2 +...+m2 H n * a 2 h 2
= ± a 2 h 2 (m 2 H 1 + m 2 H 2 + ...+ m 2 H n ) ..............................................................( 2.45 )
Si se multiplica y se divide la expresión (2.45) por h² tenemos que:
mv H = ±
mH
n
* L * h..............................................................................................( 2.46 )
44
�Donde:
mH- error medio cuadrático de la ubicación de los puntos en el plano.
mH = ±
m12 + m22 + ...+ mn2
.......................................................................................( 2.47 )
n
La expresión mH/ n representa el error medio de la posición del contorno levantado del borde
con longitud Li producto a la ubicación de los puntos en el plano.
Al sustituir en la fórmula (2.46) h = L/a, se obtiene la expresión del error del volumen del
frente:
mv H = ± m H * h a * h .............................................................................................( 2.48 )
M vH = ±
mH a
L* d
........................................................................................................( 2.49 )
Se analiza como varía la relación mH/ n al variar L. Para los planos a escala 1:250 el error
medio cuadrático comenzando con L = 80 m aumenta, pero como
L también aumenta,
entonces la relación prácticamente no varía. Por eso al tomar el valor medio mH/ L = 0.037 y
0.041, la fórmula (2.49) se puede escribir:
M vH = ±0.02 *
a
* 100,%...................................................................................( 2.50 )
d
La fórmula (2.50) se obtuvo para los planos a escala 1:250 teniendo en cuenta que el error
relativo de determinación del volumen del frente provocado por los errores de ubicación de los
puntos en el plano no depende de la longitud del frente, de la distancia entre puntos y del ancho
del frente.
El análisis de los errores de ubicación de los puntos en el plano muestra que a pesar de las
magnitudes considerables, su influencia en la exactitud de determinación del volumen no es
45
�sustancial en comparación con otras fuentes de errores, por lo que no se pretende cambiar la
metodología de ploteo de los puntos en el plano.
Estos errores se atenúan al dibujar el plano en la computadora, permitiendo eliminar el
semicírculo y la regla. En este caso, los valores de los errores se minimizan.
2.7 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE MEDICION DE AREAS
En la determinación de los volúmenes de masa minera extraída, las áreas se calculan por el
método del planímetro el cual posee una gran sencillez y alta productividad.
El error mayor que se puede cometer con el planímetro es el que se produce cuando el
operador no sigue con exactitud el perímetro de la figura con el punzón trazador,
Independientemente del cuidado y destreza del operador, cuanto más pequeña sea la
superficie que se mide, mayor será s el error relativo de la medición.
Por esta razón es conveniente que la figura se dibuje a escala apropiada a la precisión con
que se quiere medir el área, ordinariamente las mediciones de pequeñas superficies con
planímetro tienen una precisión de 1% y tratándose de superficies de mayor tamaño, la
precisión puede ser de 0.1, ó 0.2%, [46].
En general una superficie medida directamente por la diferencia entre lectura inicial y final
de un planímetro, puede expresarse por tres cifras significativas. Las áreas deben medirse con
una aproximación de 0.01 cm2.
Además de la determinación de áreas pequeñas, hay que acortar la magnitud del brazo
trazador hasta 6-10cm.
La diferencia de las lecturas que se le determinan al área de un mismo sector, no puede
superar las siguientes magnitudes:
-
Hasta dos divisiones en áreas hasta 50 cm2;
-
Tres divisiones en áreas hasta 50-200 cm2;
-
Cuatro divisiones en áreas mayores de 200 cm2.
Es bueno señalar que durante la determinación del área en el plano por los métodos
gráficos, mecánico y de plantilla, los mayores errores surgen a causa de la deformación del
papel.
La deformación lineal del papel de alta calidad conservado por largo tiempo es de 1:500 1:400 y las de menor calidad 1:200 - 1:150. prácticamente no se deforman aquellos papeles
que se fijan a una base sólida.
46
�Las principales fuentes de errores que influyen sobre los resultados de las mediciones del
área son los errores instrumentales, los errores de representación de los contornos en el plano
(durante su confección), los errores de trazados y lectura, la inexactitud en la determinación
de la constante del planímetro, la configuración de los contornos, etc.
Con el objetivo de demostrar cuan importante es considerar la influencia de estos errores en
el cálculo de volumen se realizó un extenso trabajo experimental en los yacimientos
estudiados (Moa y Punta Gorda), en las cuales se determinaron las áreas a diferentes frentes
de excavación con distintas longitudes y ancho para los planos 1:250 (ver tablas 2.11. La
fórmula que se utilizó fue la del profesor W. Jordan.
∆S = ±0.0002M S ...................................................................................................( 2.51 )
Donde:
M - denominador de la escala del plano;
S - área de la sección;
∆ S - error del área calculada con el uso del planímetro.
La determinación de los errores del planímetro se hizo en comparación con las áreas
obtenidas por los métodos mecánico y el analítico.
En la tabla 2.11 se muestra la suma de los errores de las áreas calculadas para diferentes
intervalos de distancia. Como se puede apreciar, según aumenta el intervalo entre secciones,
las áreas aumentan y por consiguiente el error relativo disminuye.
47
�TABLA 2.11 Cálculo del error del área para diferentes intervalos de distancia en
secciones verticales en el yacimiento Moa
a=10
A=10
a=20
a=20
a=40
a=40
Sp (m2)
∆ s(m2)
Sp (m2)
∆ s(m2)
Sp (m2)
∆ s(m2)
70.81
0.42
70.81
0.42
70.81
0.42
100.74
0.5
114.76
0.54
140.01
0.6
114.76
0.54
140.01
0.6
114.12
0.53
159.6
0.65
70.47
0.42
148.45
0.61
140.01
0.6
114.12
0.53
149.77
0.61
97.34
0.5
125.03
0.56
total
total
70.47
0.42
148.45
0.61
623.16
2.77
110.62
0.5
139.59
0.58
104.12
0.53
149.73
0.61
84.6
0.46
Total
total
125.03
0.56
1073.41
4.88
137.08
0.58
148.45
0.61
133.05
0.58
139.99
0.59
166.68
0.64
149.77
0.61
total 2063.42
total 9.27
Donde:
Sp – Area medida con el planímetro;
∆S – Error del área.
48
�TABLA 2.12 Influencia del error del área en el cálculo de volumen para el yacimiento
Moa
Yacim.
∆S
A
d
(m2)
(m)
Intervalo
L
mvp
Mvp
(m)
(m)
(m3)
(%)
P. Gorda
a=10
11.77
9.35
67.7
80.0
110.04
0.22
P. Gorga
a=20
8.77
9.35
67.7
80.0
82.00
0.16
P. Gorda
a=40
5.86
9.35
67.7
80.0
54.75
0.11
Moa
a=10
9.27
15.28
58.6
80.0
741.6
1.03
Moa
a=20
4.55
15.28
58.6
80.0
364.0
0.51
Moa
a=40
2.27
15.28
58.6
80.0
181.6
0.25
Donde:
Mvp y Mvp – errores medio cuadrático y relativo del cálculo de volumen influenciados por el
error del área.
Hay que destacar que en la mina Moa se miden áreas con el planímetro menores de 9 cm2,
alcanzando errores sustanciales. Según los resultados de las mediciones obtenidas en la tabla
2.13, se muestra que estas áreas muy pequeñas no deben medirse con los planímetros polares
ordinarios, ya que resultan muy inexactas sus mediciones y cuanto mayor sea la escala del
plano más precisa ésta será.
TABLA 2.13 Cálculo de área con el planímetro
∆S
µ
-0.2
0.83
1.20
100.0
0.00
1.00
1.00
276.3
277.6
-1.3
1.67
0.60
20x20
395.8
400
-4.2
2.0
0.50
5
33x33
1105.3
1110.9
-4.6
3.33
0.30
6
40x40
1580
1600
-20.0
4.0
0.25
7
50x50
2479.2
2500
-20.8
5.0
0.20
8
66x66
4424.3
4443.6
-19.3
6.67
0.15
9
100x100
9930.0
10000
-70.0
10.0
0.10
Número
Dimensión
Sp
SR
Sp - SR
1
8.3x8.3
68.7
68.9
2
10x10
100.0
3
16x16
4
49
�Donde:
Sp – área medida con el planímetro;
SR – área real;
µ - error relativo del cálculo de área.
Conociendo que en la exactitud del cálculo de área ∆ S/S es menor que 1:200, las áreas hasta
400 m2 a escala 1:500 alcanzan una precisión de 1/200 y de ahí para abajo no cumplen con
este requisito, es decir, se hacen no permisibles.
En la tabla también se observa que en la medida que aumenta el área, disminuye el error
relativo, esto argumenta el aumento de la escala del plano para calcular volumen.
En la minería existen momentos en que se calculan áreas muy pequeñas (en el caso de los
perfiles), esto trae como consecuencia que aumenten los errores en el cálculo.
Estos errores se eliminan al calcular el área por computadora. En el caso del yacimiento
Punta Gorda, las áreas se miden por el método de las cuadrículas (la precisión que se obtiene
es similar a la del planímetro) y luego se introducen en la computadora para calcular el
volumen.
2.8 ERROR TOTAL DE DETERMINACION DEL VOLUMEN DEL FRENTE DE
EXCAVACION EN EL LEVANTAMIENTO TAQUIMETRICO
El error medio cuadrático de determinación del volumen del frente de excavación o del
bloque en relación con la investigación realizada es igual a:
2
2
2
2
2
2
M v = ± M vc + M va + M vo + M vt + M vh + M vp ............................................................( 2.52 )
Donde:
Mvc - error de la posición de los puntos en la red de levantamiento;
Mva - error de determinación de los contornos de los bordes superior e inferior de los
escalones;
Mvo - error por la irregularidad de los perfiles de los taludes;
Mvt - error de la posición de los puntos en el levantamiento taquimétrico;
Mvh - error de ubicación de los puntos en el plano;
Mvp - error de medición de áreas.
50
�De acuerdo al análisis realizado en los yacimientos Punta Gorda y Moa , como se puede
observar en la tabla 2.14, los errores en la posición de los puntos en la red de levantamiento
surgen debido a la insuficiente construcción de la red de puntos de apoyo en el yacimiento.
Los errores en la posición de los puntos del levantamiento taquimétrico en el yacimiento
Punta Gorda son mayores que en el yacimiento Moa, ya que las cotas en los puntos se le da a
través de la nivelación trigonométrica con menor exactitud que la nivelación geométrica.
También se puede observar que los errores de linearización de los contornos de los bordes
superior e inferior de los frentes de excavación surgen debido a las condiciones minerogeológicas y a la tecnología de extracción, y la magnitud de estos depende ante todo de la
distancia entre puntos y de la ubicación correcta del punto en la parte quebrada donde hace
el cambio de dirección el contorno del borde.
Los errores de linearización de los taludes de los frentes de excavación también surgen
debido a la tecnología de extracción y dependen de la variación de la forma, altura y ángulo
de inclinación del talud y de la ubicación del punto en la parte característica donde se
produce el cambio de inclinación del talud, y no de la distancia entre puntos en el
levantamiento.
Los errores de la posición de los puntos en el levantamiento taquimétrico surgen debido a los
errores en la mediciones angulares y lineales cuando estos son muy grandes y trae consigo
desplazamiento sistemático de los contornos.
Los errores de ubicación de los puntos en el plano se deben a los errores que se cometen
durante la ubicación de los puntos debido a la inexactitud de los materiales utilizados,
longitud de la distancia medida y escala del plano.
TABLA 2.14 Resumen de los errores de determinación del volumen de masa minera
extraída en diferentes yacimientos antes del perfeccionamiento
Yacim.
Mvc
Mva
Mvo
MvT
MvH
Mvp
Mv
1
2
3
4
5
6
7
P. Gorda
1.87
1.17
2.36
1.10
0.15
0.11
3.42
P. Gorda
1.87
2.30
3.56
1.16
0.21
0.16
4.78
P. Gorda
1.87
4.67
3.64
1.25
0.29
0.22
6.34
Moa
1.97
1.35
4.07
0.73
0.16
0.25
4.78
Moa
1.7
2.7
0.06
0.80
0.22
0.51
3.48
Moa
1.97
5.4
10.6
0.92
0.32
1.03
12.1
51
�Con relación a las investigaciones realizadas sobre la exactitud de determinación de los
volúmenes, se estableció que el levantamiento taquimétrico no garantiza la determinación de
los volúmenes de mineral extraído con la exactitud necesaria durante la extracción de las
lateritas con excavadoras con frentes de extracción mayores de 20 m de ancho, sobrepasando
así el límite permisible (2.5%).
2.9 APLICACIÓN DE LA CARTOGRAFIA DIGITAL ( MODELO DIGITAL DEL
TERRENO, MDT).
Hasta hace pocos años la confección de mapas topográficos operativos se realizaba por
métodos manuales y en el mejor de los casos semiautomáticos tanto en Cuba como en otros
países; a partir de los años 50, con el desarrollo de las técnicas informáticas se fueron
automatizando paulatinamente estas tareas y con el surgimiento y generalización del uso de
microcomputadoras surgieron programas (software) capaces de generar todo tipo de mapas a
partir de ciertos datos, con un alto nivel de confiabilidad, gran calidad y en muy poco tiempo.
La cartografía digital (en lo concerniente a modelo digital del terreno) se introduce en estos
yacimientos a partir de 1992 (con fines investigativos). Después del año 1997 se comienzan
a dar los primeros pasos para su aplicación en la planificación minera.
El modelo digital del terreno es un conjunto de elementos formados por la información
topográfico-geodésica del terreno y las reglas para su transformación. Representa un
conjunto de puntos del terreno con coordenadas espaciales conocidas y simbologías digitales
condicionales, que aproximan la superficie real del terreno con su objeto y condiciones
naturales. El modelo digital del terreno (MDT) y el modelo digital de elevación (MDE) se
aplican en la minería para conocer la forma del frente de explotación, construcción de
caminos, cálculo de volumen de mineral extraído, etc.
Para la determinación de la forma de la superficie del campo minero fueron utilizadas
diferentes expresiones de polígono de exponentes elevados.
En el proceso de resolución, con la utilización de los puntos con coordenadas conocidas
situados en los límites del contorno minado de cada forma homogénea, se creó un sistema de
ecuaciones en las cuales los coeficientes desconocidos deben satisfacer la condición de
garantizar la superficie de puntos ubicados en sus límites. Esta ecuación de la superficie de
cada sector homogéneo se expresa por la siguiente fórmula:
52
�{a0 + a1x1 + a2y1+ a3x21 + a4x1y1 + a5y21 + a6y31 + a7x1y1 + a8x2y31 + ..................+ akyn1 = Z1
a0 + a1x2 + a2y2 +a3x22 + a4x2y2 + a5y32 + a6x32 + a7x22y2 + a8x2y22 + a9y32 +.........+akyn2 = Z2
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
a0 + a1xm + a2ym + a3x2m + a4xmym + a5y2m + a6x3m + a7x2mym + a8xmy2m + a9y3m
+..........+akynm = Zm}.
Donde:
n- exponente del polinomio;
m- cantidad de ecuaciones (cantidad de puntos de partida);
k- cantidad de coeficientes desconocidos del polinomio.
La cantidad de coeficientes desconocidos debe ser igual o menor a la cantidad de ecuaciones:
k ≤ m.
Después de obtener los valores de los coeficientes del polinomio se sitúan en la línea del
polinomio con las coordenadas planas (Xi, Yi) del punto determinado, Se calcula su cota.
De esta manera se hallan las alturas de cualquier punto del terreno que se encuentre en su
superficie en los límites del sector que se analiza.
Considerando los valores tan exagerados obtenidos en el cálculo de los errores que influyen
en la determinación del volumen cuando se utiliza el levantamiento taquimétrico
(Yacimiento Punta Gorda, Mv = 4.8%, Yacimiento Moa, Mv = 6.8%) se decide aplicar el
MDT y el MDE para poder minimizar la influencia de estos errores.
Con la aplicación del MDT a los frentes de extracción se logra minimizar los errores por la
ubicación de los puntos en el plano y los del cálculo de área, no pudiéndose determinar los
demás errores debido a que el Surffer, Topoceiss y otros, (con ellos se crea el MDT) no
poseen las herramientas para determinar la cuantía de estos errores.
El error de determinación del volumen de masa minera extraída en diferentes yacimientos
después del perfeccionamiento que incluye entre otras cosas la aplicación del MDT en estos
yacimientos de complejas estructuras de yacencia se reduce a lo siguiente
(ver tabla 2.15):
53
�TABLA 2.15 Resumen de los errores de determinación del volumen de masa minera
extraída en diferentes yacimientos después del perfeccionamiento (con la aplicación del
modelo digital del terreno ( MDT).
Yacim.
Mvc
Mva
Mvo
MvT
MvH
Mvp
Mv
1
2
3
4
5
6
7
8
P. Gorda
0.87
0.75
-
1.17
-
-
1.64
Moa
1.00
0.74
-
0.82
-
-
1.50
Con un modelo maqueta construido a través de una simulación en computadora aplicando el
método Spline Cúbico natural Iterado [ 57 ], se logró calcular el volumen y compararlo con
el real, determinado por el Surfer [ 88 ], Volumoa [ 56 ]. El error obtenido durante la
comparación de ambos modelos fue de: MvModelo = 0.29%.
Entonces el error total del cálculo de volumen (MvT ), considerando los errores de campo
(MvC ) antes determinados (ver tabla 2.15) y los del modelo (MvM ) se obtiene por la
siguiente fórmula:
M vT = ± M 2 vC + M 2 v M ...................................................................................................(2.53)
Para el yacimiento Punta Gorda:
M vT = ± (1.64) 2 + (0.29) 2 = 1.66%
Para el yacimiento Moa:
M vT = ± (1.50) 2 + (0.29) 2 = 1.53%
Hasta aquí se ha abordado la influencia de estos errores en el cálculo de volumen,
permitiendo disminuirlos al aplicar las medidas de perfeccionamiento a 1.53%, en el caso
del yacimiento Moa y 1.66% en el yacimiento Punta Gorda.
En nuestro trabajo se analizó también la posibilidad de aplicación de los sistemas de
posicionamiento global (GPS) que en nuestra minería vendría a resolver un gran problema
relacionado no solamente con la precisión, sino también con la efectividad de realización de
los trabajos topográficos mineros y la disminución de los cotos.
Este sistema lógico GPS Survey se aplica en una gran cantidad de casos en la minería
mundial, por el momento en estos yacimientos lateríticos se está usando muy limitadamente.
Indudablemente, durante la última década, el avance tecnológico más importante en
topografía ha sido la creación del sistema de posicionamiento global (GPS), una constelación
54
�de 24 satélites dedicados a la navegación y posicionamiento, venciendo las limitaciones
lógicas inherentes al empleo de los sistemas topográficos basados en tierra. Los productos
basados en el GPS han revolucionado la manera en que los topógrafos realizan sus trabajos
geodésicos o fotogramétricos.
El sistema lógico GPS Survey se puede usar, aproximadamente, para suplementar el trabajo
topográfico GPS realizado en tiempo real, por ejemplo, para determinar líneas bases de más
de 10 km, o para obtener coordenadas aún con mayor precisión, en trabajos de apoyo
fotogramétrico, especialmente si se trata de grandes líneas bases, para el levantamiento de los
frentes mineros de extracción.
El Lógical GPS Survey es un conjunto completo de módulos, todos ellos corriendo sobre
Windows, diseñados para el tratamiento, en posprocesado de los datos de GPS. Sus diversas
funciones incluyen la planificación y análisis gráfico de las misiones (el módulo de alerta),
el posprocesado automático y/o manual de las líneas bases, el cierre gráfico, la transferencia
de datos a los sistemas lógicos topográficos y a los colectores de datos ya en uso, la
exportación de coordenadas, la creación de informes de datos procesados para su inclusión
en el proyecto en cuestión y el ajuste de la red geodésica mediante el nódulo Trimnet plus,
probado en el tiempo y homologado por las autoridades geodésicas del país de origen.
En esta investigación fue analizado también el método de levantamiento fotogramétrico
terrestre para valorar la influencia de estos errores en el cálculo de volumen, no pudiéndose
llegar a conclusiones importantes, por que según Rodiles y Chivúnishev, 1986, [ 72] este tipo
de levantamiento no puede aplicarse en los yacimientos lateriticos para calcular volumen de
extracción por la cantidad de zonas muertas que se obtienen.
Un resultado positivo dio este método de levantamiento al ser aplicado a la determinación de
los volúmenes de escombro removido en el yacimiento Moa.
Con los resultados antes elaborados se obtuvo la metodología que se describe a continuación
para la toma de los datos iniciales para calcular volumen.
55
�PROPUESTA DE
NUEVA METODOLOGIA PARA LA OBTENCION DE LOS
DATOS INICIALES PARA CALCULAR VOLUMEN.
Considerando que en estos yacimientos lateriticos no existe ninguna metodología para
calcular volumen que tenga en cuenta los errores topográficos cuando se aplica el método de
levantamiento taquimétrico, proponemos se aplique la siguiente metodología propuesta por el
autor de la tesis.
I.. Sobre la toma de los datos iniciales para calcular volumen.
1.1 Realizar el control sistemático de la extracción fundamentado en la red topográfica de
apoyo. Debe existir una red de apoyo densificada y ajustada en la cual se basará el
levantamiento para el control de la extracción mensual.
1.2 La determinación de los puntos de la red de levantamiento se recomienda realizar con
distanciómetros electro-ópticos, empleando los métodos de microtriangulación ,
intersecciones, poligonales con teodolito, cumpliendo las instrucciones técnicas de
Geocuba.
1.3 Los puntos de mira para la determinación del contorno de los bordes superior e inferior
de los escalones deben ubicarse cada 10 m aproximadamente, para poder obtener el
error mínimo. Deben ubicarse puntos en la parte quebrada donde el contorno del borde
hace cambio de dirección.
1.4 La distancia máxima del instrumento a la mira en estos levantamientos de contornos
blandos y sometidos a derrumbe y deslizamiento debe reducirse a 66 m.
1.5 Se deben determinar como mínimo tres puntos en la concavidad que forma el talud para
minimizar el error del área que influye en el cálculo de volumen.
1.6 Las áreas menores de 400 m2 a escala 1:500 no deben medirse con planímetro, porque
disminuye considerablemente su precisión (menor que 1/200).
1.7 Los frentes de explotación para la extracción de las lateritas deben ser mayores de 20 m.
Con ello se asegura que el levantamiento taquimétrico garantice la determinación del
volumen con la exactitud necesaria.
1.8 Los errores medio cuadráticos de la posición de los puntos del levantamiento no deben
superar la magnitud de ± 0.06 m para ancho del frente de 33 m.
1.9 Los datos obtenidos deben ser filtrados para poder determinar la ley de distribución de
las cotas altimétricas.
1.10 Realizar el perfeccionamiento constante de los trabajos topográficos mineros con el
objetivo de elevar la precisión en el cálculo de volumen.
56
�II. Sobre la determinación de los errores que influyen en el cálculo de volumen.
2.1 Los errores de la posición de los puntos en la red de levantamiento deben considerar la
irregularidad de la forma de los frentes de explotación, su influencia en el cálculo de
volumen quedará representada por:
M v = ± m 2 vc + m 2 vo
Donde:
mvc – error por la posición del punto en la red de levantamiento;
mvo – error por la irregularidad de la forma del frente de extracción.
2.2 El error por la posición del punto en la red de levantamiento quedará afectado por el
ancho del frente de explotación, de manera que con el aumento del ancho del frente,
disminuye este error.
m vc = ±
m!c
d
2.3 Los errores de determinación de los contornos de los bordes de los escalones deben ser
analizados a través de la representación de los contornos por más de tres puntos y no por
tres.
2.4 El error por la irregularidad de los perfiles de los taludes debe considerarse solamente en
el caso cuando las diferencias entre las áreas de los perfiles real y linearizado sea mayor o
igual 1, es decir, ∆S1 - ∆S2 ≥1.
2.5 El error de determinación de los contornos de los bordes de los escalones debe
contemplar su carácter, representado a través del coeficiente de irregularidad (K).
2.6 El coeficiente que representa el carácter del contorno debe oscilar entre 0.50 – 0.65,
cuando los puntos de mira sean cada 10 m.
2.7 La forma de la superficie de los escalones se determina con la aplicación del taquímetro
electrónico sin uso de reflectores, siempre y cuando se cumpla la condición de que,
∆S1 - ∆S2 >1.
2.8 La distancia del instrumento a la mira cuando se determinan los errores por la posición
de los puntos en el levantamiento taquimétrico debe aumentarse hasta 250 m. No se produce
alteración del error permisible del cálculo de volumen.
2.9 Cuando se midan distancias mayores de 100 m, las lecturas deben redondearse hasta los
centímetros, con dos cifras significativas.
57
�2.10 Los errores de ubicación de los puntos en el plano y los de cálculo de área son
eliminados al aplicar el modelo digital del terreno (MDT).
2.11 Los errores de la representación de los contornos que influyen en el cálculo de volumen
en estos yacimientos deben considerar la irregularidad del contorno (K).
2.12 El error medio cuadrático del volumen debe determinarse por las siguientes fórmulas:
mvs =
K *a*h* L 3
,m
2
y comprobarlo a través de la siguiente fórmula:
mvs =
ms * h 3
,m
2
En ambas fórmulas se deben obtener resultados idénticos.
En unidades relativas:
M vs =
K *a
* 100;%
d* L
III. Sobre la aplicación de taquímetro electrónico universal.
3.1. El levantamiento debe realizarse desde el punto más alto del frente de extracción para
asegurar la mayor visibilidad posible.
3.2. Realizar las mediciones en forma radial de manera tal que abarque la mayor parte del
sector a levantar ( en forma de estaciones totales).
3.3. Lograr la perpendicularidad entre la superficie del objeto que se levanta (superficie del
talud) y el de la visual del instrumento, ello posibilitaría mayor precisión en la determinación
de las coordenadas de los puntos.
3.4. Introducir las coordenadas del punto donde se ubica el instrumento.
3.5 Realizar el procesamiento de la información con la utilización de algún software
especializado.
IV. Sobre la confección automatizada de planos topográficos (cartografía digital).
4.1. Análisis de la fiabilidad de los datos de entrada.
Se relaciona con el análisis de los errores técnicos y reales de las mediciones de las variables
que se consideran en función de los métodos que se usarán para procesar estos y para
desarrollar los cálculos. A esto se refiere esencialmente nuestro trabajo.
4.2. Análisis de la representatividad de los datos de entrada.
58
�Se refiere a que se deben tomar las medidas necesarias para que los datos reflejen las
tendencias generales y particulares del fenómeno que se mide. Deben evitarse omisiones de
mediciones de zonas particulares donde el fenómeno presente características anómalas. De
ser posible las mediciones deberán desarrollarse sobre redes (lineales, planas o especiales)
“rectangulares”.
4.3. Solución del problema de la frontera.
Deberán tenerse a mano algoritmos que permitan obtener la frontera convexa de la región
donde se realizan las mediciones y otros algoritmos para procesar los datos en caso de que la
frontera esté dada junto con las mediciones.
4.4. Obtención de una red rectangular y completa mediante un método de estimación.
En la mayoría de los casos se hace necesario crear una red rectangular y completa (grid) a
partir de los datos dados. Esto se logra mediante la estimación de cada variable dependiente
en todos los puntos de la red a partir de los datos dados. Entre los métodos de estimación se
usan con frecuencia el de inverso de una potencia de la distancia, Kriging, míninos
cuadrados, interpolación lineal con triangulación, Spline, etc. Hay que destacar que se habla
de método de estimación como un concepto que incluye la interpolación (exacta o no) y la
extrapolación.
4.5. Obtención de isolíneas, isofranjas mapa de una superficie a partir ciertos algoritmos.
Existen diferentes opciones gráficas para representar los datos en un mapa, entre ellos se
unan mayoritariamente las isolíneas, isofranjas y las superficies tridimensionales. Para
generar isolíneas se utilizan diferentes algoritmos tales como proyección cilíndrica del grid,
TESELADO, cortes con planos horizontales, etc [64]; no debe olvidarse que la generación
de isolíneas no tiene una única solución: Las isofranjas (basadas en el hecho de que el grid
obtenido posee una alta densidad) es preferido por algunos por depender solo del método de
estimación utilizado. De la misma manera los mapas tridimencionales (usan “grid” menos
densos) dependen solo del método de estimación.
4.6. Dibujo automatizado del gráfico.
El dibujo automatizado se realiza mediante una impresora o un ploter conectado a una
computadora que mediante un programa procesa los datos en los pasos 4.3, 4.4 y 4.5.
Estos programas pueden ser confeccionados por el usuario en algunos de los lenguajes de
programación conocidos (Basic, Pascal, C, etc) o pueden ser obtenidos software de empresas
que se dedican al desarrollo de estos productos, entre ellos SURFER, SURPACK-2000,
GENCOM, DATAMINE, etc.
59
�CONCLUSIONES DEL CAPITULO II
1. Los errores de la posición de los puntos en la red de levantamiento, de la posición de los
puntos del levantamiento taquimétrico, de ubicación de los puntos en el plano y los de
medición de las áreas no ejercen influencia significativa en la exactitud de determinación del
volumen de la masa minera extraída, a diferencia de los errores de determinación de los
contornos de los bordes superior e inferior de los escalones y los de la irregularidad de los
perfiles de los taludes, que ejercen una influencia más significativa.
2. Los errores de determinación de los contornos de los bordes superior e inferior de los
escalones y de la irregularidad de los perfiles de los taludes en los frentes de excavación
surgen debido a las condiciones minero-geológicas y a la tecnología de extracción, y su
magnitud depende de la variación de la forma, altura y ángulo de inclinación del talud y de
la ubicación correcta en la parte quebrada donde hace cambio de dirección el contorno del
borde y no depende de la distancia entre puntos en el levantamiento.
3. Los errores de la posición de los puntos en el levantamiento taquimétrico surgen debido a los
errores en las mediciones angulares y lineales cuando estos son muy grandes y traen consigo
desplazamiento sistemático de los contornos.
4. Los errores de ubicación de los puntos en el plano se deben a la inexactitud de los materiales
utilizados, longitud medida y escala del plano.
5. Los errores de medición de las áreas con el planímetro dependen en elevado grado de la
dimensión de las áreas a medir y de la escala del plano.
6. A partir de los resultados de las investigaciones realizadas se comprueba que cuando
aumenta la longitud del frente de excavación, disminuye la precisión de las mediciones
topográficas, lo que indudablemente influirá de forma negativa en la calidad de la
determinación del volumen extraído.
7. Se obtiene una metodología para la toma de los datos iniciales para calcular volumen.
8. Fue investigada una nueva fórmula para calcular el error del volumen que considera la
irregularidad de los contornos.
9. Se aplica por primera vez en estos yacimientos el modelo digital del terreno (MDT) para
valorar los errores del cálculo de volumen.
60
�CAPITULO III. VIA PARA EL PERFECCIONAMIENTO DE LA ELABORACION
DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LA MASA VOLUMETRICA
3.1 INTRODUCCION
La importancia de dividir el yacimiento en grupos homogéneos para establecer una masa
volumétrica del mineral mullido correctamente para cada sector o yacimiento, la cual será
utilizada tanto en la etapa de cálculo de reservas como durante la etapa de extracción del
mineral, se hace evidente.
Si consideramos que el tonelaje (cantidad de mineral que ha sido extraída del área minada en el
período, según las mediciones de campo y los cálculos de gabinete que se utilizan a ese efecto)
existente en una zona o yacimiento mineral, se calcula aplicando la masa volumétrica
establecida, llegamos a la conclusión de que cualquier inexactitud existente en el cálculo de
volumen obtenido, existirá también en el tonelaje.
Debido a que el tonelaje obtenido según planos representa la cantidad de mineral que la mina da
por extraído, al no existir el método correcto de pesaje y muestreo, su comparación con el
mineral procesado ofrece la medida de las inexactitudes existentes en la evaluación del mineral
minado.
Al realizar esta comparación, es inevitable tomar en consideración las variaciones que puede
haber sufrido el mineral extraído, por la acción de cualquier operación intermedia entre la
extracción del mineral y su entrega a la planta.
La masa volumétrica en estos yacimientos se aplica con la utilización de su promedio por etapa
de desarrollo geológico sin la previa realización de limpieza de datos (aplicación de filtros) para
poder nominar la ley de distribución y sin la consideración de la variabilidad natural por tratarse
de un yacimiento de complejas estructuras de yacencia, este hecho conduce a la obtención de
errores.
La
tarea aquí radica en buscar un
modelo geométrico estructural
(zonificación del
yacimiento)que considere la variabilidad del índice y permita realizar el cálculo de la masa
volumétrica por zona según su variabilidad.
�3.2 EXCLUSION DE LOS VALORES EXTREMOS EN LA COLUMNA DEL POZO
CRIOLLO (DIRECCION VERTICAL) Y EN LOS VALORES PROMEDIOS
(DIRECCION HORIZONTAL) DE LA MASA VOLUMETRICA
POR TIPOS DE
MENA
Antes de comenzar el procesamiento
de la información minero-geológica es necesario
cerciorarse de su homogeneidad. En principio la homogeneidad de la información se garantiza
a través de reglas de observación rígidas sobre la constancia de los factores esenciales y de las
características fundamentales. En la aplicación al estudio de la masa volumétrica esto significa
que:
a) las muestras de rocas que son investigadas se eligen de un elemento del perfil, que se
caracteriza por la homogeneidad según la composición litológica, el estado físico y por otras
características;
b) se cumplen las instrucciones sobre las reglas de las tomas, transportación y conservación de
las muestras;
c) las investigaciones de laboratorio se ejecutan con la utilización de medios técnicos, y
procedimientos metodológicos iguales.
Si se conoce que aunque sea una de esas exigencias es violada, todos los resultados de la
investigación deberán ser excluidos del procesamiento estadístico general, independientemente
de sus magnitudes y de la semejanza o diferencia con todos los demás resultados.
Prácticamente no se logra cumplir con esto, ya que las causas de las violaciones de las
exigencias de los cálculos pueden ser muchas.
Estas exigencias pueden estar relacionadas con las mismas rocas mineras (presencia de
intercalaciones, grietas, lentes) y con la metodología de ejecución de la investigación (violación
de la estructura de las muestras, el trabajo incorrecto del equipamiento, los errores en la toma
de las lecturas, etc).
Por eso en la mayoría de los casos el explotador se acostumbra a relacionarse con materiales de
cifras listas, donde los distintos resultados de las determinaciones provocan dudas a causa de
que ellos notoriamente se diferencian según la magnitud de todos los demás. Dudosos son los
así denominados "valores extremos".
Para la solución del problema sobre el destino de estos valores la estadística propone una serie
de reglas y de procedimientos que están fundamentados en el principio de la imposibilidad
práctica de los sucesos de poca probabilidad. Como se cuenta con dos series de mediciones; una
dada por los valores de la masa volumétrica en la columna del pozo criollo (dirección vertical)
2
�y la otra dada por los valores promedios de los pozos criollos (dirección horizontal), ambos por
tipos de mena, se pasa al análisis de los valores de la masa volumétrica en la columna del pozo
criollo, para ello aplicaremos el método de la magnitud centrada (criterio de Shovens), ya que se
trata de una elección de pequeño volumen, como promedio n=10 mediciones.
En la tabla 3.1 se muestra la columna de las determinaciones de la masa volumétrica por tipos
de mena en el ejemplo del pozo criollo No61. Como desde el punto de vista de la explotación se
consideran dos tipos de menas industriales, la LB y SB, se respeta tal clasificación para la
determinación de la masa volumétrica, la que se realiza con una frecuencia de muestreo de un
metro.
En este criterio la valoración de los errores groseros se ejecuta con la utilización en calidad de
medida de la dispersión, la amplitud centrada ∆ n. Previamente todos los valores de las variables
aleatorias se disponen en una serie ordenada: x1, x2....xn y se calcula el volumen de la elección n.
Después en dependencia del volumen establecido de la elección n, se elige el criterio de la
desviación normada admisible (Z). Los resultados de las determinaciones, las cuales /D/>ZS,
deberán ser considerados como errores groseros y eliminarse del conjunto de mediciones.
También fue aplicado el método de la desviación normada (método de Grebbs) el cual se
explica en el epígrafe siguiente a manera de comprobación: los resultados se muestran en la
tabla 3.2.
TABLA 3.1 Valoración de la determinación de la masa volumétrica en la columna del
pozo criollo N°61
Tipos de mena
Laterita de Balance
No de intervalo
Serpentina Blanda
No de intervalo
Masa volum. Seca
Masa volum. Seca
1
1.55
1
0.95
2
1.78
2
1.03
3
1.10
3
0.88
4
0.96
4
0.95
3
�TABLA 3.2 Filtración de los datos en la columna de un pozo criollo por los métodos de la
magnitud centrada (Shovens) y desviación normada (Grebbs) para laterita de balance y
serpentina blanda
Tipo de
mena
Fe
%
Ni
%
Co
%
Humed. MvH
t/m3
%
MvS
t/m3
Métodos
de
filtración:
Mv filt..
Magnit
Desviac
Centrad Normad
LB
SB
46.6
0.92
0.123
22.18
2.12
1.65
1.65
1.65
46.1
0.97
0.118
21.41
2.14
1.58
1.58
1.58
46.3
1.26
0.170
21.20
2.20
1.73
1.73
1.73
47.3
0.93
0.143
16.91
2.48
2.26
-
-
47.2
0.96
0.204
21.67
2.31
1.81
1.81
1.81
47.0
0.94
0.160
29.59
2.22
1.53
1.53
1.53
47.6
0.78
0.130
32.93
1.84
1.23
1.23
1.23
46.5
1.44
0.102
39.77
1.70
1.02
1.02
1.02
45.0
2.13
0.107
46.71
1.55
0.62
-
-
37.8
2.38
0.079
42.36
1.66
0.95
0.95
0.95
21.1
2.04
0.037
35.12
1.61
1.04
1.04
1.04
16.5
1.25
0.028
37.26
1.53
0.76
0.76
0.76
Donde:
MvH y MvS – masas volumétricas húmeda y seca.
Durante el análisis de los valores dudosos en los promedios de la masa volumétrica (dirección
horizontal), es necesario garantizar también la homogeneidad de la información, en este caso
sobre la base de los principios teóricos y de la experiencia que se tiene se impone deducir del
análisis previo del material empírico, el tipo de distribución de la magnitud que se investiga.
La comprobación de la pertenencia al conjunto investigado se fundamenta en que en los
conjuntos de las distribuciones que son normales, la probabilidad de la desviación de un valor
independiente con variable aleatoria X de su esperanza matemática M que es igual o supera a
3s, es igual a 0.0027, es decir, menor del 0.3%. Esto permite considerar que tales desviaciones
4
�prácticamente no son posibles y si ellas se tienen en la elección se debe analizar como errores
groseros.
En la aplicación de ésta regla al material empírico no se utiliza la desviación estandar teórica,
sino su valoración calculada según la elección.
La comprobación se reduce al cálculo de los limites X±3S, que aparecen trazados en el gráfico
de dispersión, representando posteriormente en él los valores de la masa volumétrica. Los
puntos que resulten fuera de estos límites se excluyen de los cálculos posteriores (fig. 3.1).
La comprobación continúa hasta tanto todos los puntos resulten en el interior de los limites
trazados en el gráfico.
Indicamos ahora el cálculo realizado por tipos de mena:
Los parámetros de la distribución para la laterita de balance serán:
X=1.136 t/m3, S=0.2082 t/m3 y los límites reciben los valores:
Superior 1.788 t/m3 e inferior 0.519 t/m3.
Fuera del límite de las tres sigmas se encuentran dos variantes, la 2.16 t/m3 , y la 0.78 t/m3 ,
como se muestra en la figura 3.1.
Después de la exclusión de las elecciones, los parámetros de la distribución se hacen iguales a
X=1.126 t/m3 ,S=0.1593 t/m3 y los límites reciben valores superior 1.604 t/m3 e inferior 0.648
t/m3.
Todo el resto de los valores resultan dentro de estos límites y pueden examinarse como un
conjunto único según este criterio, por cuanto la comprobación de pertenencia de las distintas
variantes al conjunto se desarrolla en el mismo comienzo del procesamiento de la información
cuando todavía la ley de distribución no ha sido determinada.
En la distribución ligeramente asimétrica como el caso nuestro, la probabilidad del error puede
ser significativa, así, de acuerdo a la desigualdad de Chebyshev [87]:
P{X-m>3s}<0.111
Como se estableció, la probabilidad de la desviación de los distintos valores de la variable X con
respecto a la esperanza matemática M, que superan las 3s en la distribución de forma asimétrica
y distinta a la normal puede alcanzar el 10%, lo que es inadmisible para los cálculos ingenieros.
De ésta manera, lo realizado hasta aquí evidencia que la regla de las 3s disminuye la precisión
en las distribuciones de forma asimétrica, lo que puede conducir a conclusiones erradas; es por
lo que el procedimiento de la limpieza de datos debe realizarse en interrelación con la
determinación de la ley de distribución para analizar su asimetría con mayor exactitud.
5
�La regla de las tres sigmas se distingue por su simplicidad y comodidad en el trabajo, posee la
inconsistencia sustancial de no considerar la influencia de la cantidad de ensayos.
Al mismo tiempo es evidente que cualquiera que fuera la probabilidad de aparición de uno u
otro valor de la variable aleatoria, y pertenezca al mismo conjunto, al realizarse un gran número
de determinaciones, a medida que crezca la cantidad de ensayos, aumenta también el grado de
dispersión, circunstancia bien conocida por los investigadores.
En relación con esto, para un número elevado de observaciones n>30 se debe actuar no por la
regla de las 3s, si no por el criterio de la desviación normada o criterio de Grebbs, que
responde a una mayor exactitud.
!
!
.(2.16)
¡------.---------.--------.---------.--------X +3s=1.604
¡. . . ............
¡----------.---..--------.------.------------X=1.126
¡. .. . . . .. . .. . . ... ... ..
¡------.-....-----.--.---.---.---.---.....----X -3s=0.80
¡
¡
.(.078)
Fig. 3.1 Gráfico de control para la laterita de balance
En observaciones de gran volumen, la valoración de la pertenencia al conjunto que es
investigado se debe basar en la utilización del criterio de Grebbs, que está fundamentado en
la aplicación de la desviación normada t = (x-X)/S.
El criterio t tiene el siguiente sentido: si constituimos del conjunto normal un gran número de
elecciones con volumen N, entonces al nivel de significación en solamente en el 100 α % de
todas las elecciones pueden observarse las variantes que entran dentro del límite X ± t, S, en
los restantes 100(1-α)% de las elecciones, tales variantes no deberán observarse. Si la
magnitud alfa se toma suficientemente baja, se puede utilizar la regla de la imposibilidad
práctica de los sucesos de poca probabilidad y considerar que las elecciones con tales
desviaciones no deberán observarse. El nivel de significación habitualmente se acepta igual a
0.05. Los valores de t se encuentran tabulados [84 ].
6
�A demás de realizar la limpieza de los datos de la laterita de balance y de serpentina blanda,
se hizo también a los de las cotas altimétricas utilizando los métodos de la Tres Sigmas y de
la Desviación Normada (tabla 3.3), donde queda excluido el valor de la cota 359.10 m.
TABLA 3.3 filtración de los datos para las elecciones de los valores de las cotas
altimétricas de los puntos por el método de las tres sigmas y de la desviación normada
(Grebbs)
Numero de
Cotas, m
Cotas filtradas, m
orden
Tres Sigmas
Desviac. Normada
1
340.65
340.65
340.65
2
342.75
342.75
342.75
3
344.43
344.43
344.43
4
359.10
359.10
-
5
334.07
334.07
334.07
6
340.22
340.22
340.22
7
330.01
330.01
330.01
8
329.52
329.52
329.52
9
338.24
338.24
338.24
10
349.13
349.13
349.13
...
......
......
......
...
......
......
......
119
345.07
345.07
345.07
3.3 DETERMINACION DE LA LEY DE DISTRIBUCION DE LA MASA
VOLUMETRICA
Después de realizada la filtración de los datos se determinó la ley de distribución tanto para el
horizonte de laterita de balance como para el de serpentina blanda.
La comprobación de la correspondencia de la distribución empírica con la normal fue realizada
por el método de la asimetría y el exceso. En el caso del horizonte laterítico de balance el
7
�coeficiente de asimetría fue de (A=2.11) el cual supera su error (Sa=0.3) calculado según
Bondarenko, 1985 [25] en más de dos veces.
El exceso E=11.2 es también mayor que su error (Se =0.76), por consiguiente según este
carácter la distribución que es analizada se diferencia de la normal. Del mismo modo este
análisis fue realizado también para el horizonte de serpentina blanda.
Los valores de la asimetría (0.47) y exceso (3.25) fueron representados en un gráfico que
determina la ley de distribución, donde se ve claramente que estos se encuentran en la zona de
la distribución Beta, fronteriza con la distribución Gamma y la Normal. Esto fue determinado
por el criterio más flexible y efectivo para la comprobación de la hipótesis sobre la ley de
distribución, el cual puede aplicarse no solamente para la comprobación con la ley normal sino
también con cualquier otro tipo de distribución, y específicamente en conjunto de pequeño
volumen de datos, que es el criterio Kolmogorov-Smirnov .
El análisis se realizó por tipos de mena para las distribuciones normal, gamma y beta, de donde
se observa que la distribución que mejor se ajusta al proceso es la gamma (tablas 3.4 y 3.5.)
Al compararlo con el valor crítico dado en tabla, podemos inferir que Dmax.<0.181 con un
nivel de probabilidad de 0.95 y se acepta la hipótesis para todas las distribuciones analizadas.
Para decidir la ley se toma el menor valor de la diferencia.
Los parámetros de la distribución son los siguientes:
- Laterita de Balance (filtrados)
N=57; X=1.126; S=0.165 ; A=0.41 y E=2.9
- Serpentina Blanda (filtrados)
N=31; X=0.9435; S=0.1122; A=0.94 y E=3.4
Tabla 3.4 Prueba de la bondad de ajuste por el método Kolmogorov-Smirnov por tipos de
mena
Tipos de mena
Tipos de distribución
Normal
Gamma
Beta
LB
0.179
0.048
0.074
SB
0.116
0.113
0.072
Los valores críticos para ambos horizontes respectivamente son de 0.181 y 0.24.
8
�Además de la prueba realizada por el criterio Kolmogorov- Smirnov se aplicó también el
criterio propuesto por Pearson (criterio X2 también para cualquier tipo de distribución).
Todas las distribuciones analizadas cumplen con la condición de que la ley que mejor se ajusta
al proceso de determinación de la masa volumétrica es la Gamma muy cercana a la normal
según su asimetría .
Tabla 3.5 Prueba de la bondad de ajuste por el método Chi - Cuadrado por tipos de mena
Tipos de mena
Tipos de distribución
Normal
Gamma
Beta
LB
6.0
3.9
6.5
SB
6.9
1.9
2.5
Los valores críticos para ambos horizontes respectivamente son 7.81 para LB y 9.5 para SB
según tabla [25].
Como se ve de las investigaciones realizadas, el error relativo en el caso de dos grados de
libertad se aproxima más a la condición de la bondad de ajuste de que Xobs.<Xtab., tal como se
describe en [84].
Fueron procesados un conjunto de 57 datos de LB y 31 de SB. Se determinaron las
características estadísticas y se realizó el ajuste de las distribuciones normal, gamma y beta a los
datos de la masa volumétrica, se efectuó la estimación por el método de los momentos y el
ajuste de la distribución de acuerdo con los valores modales en su caso, utilizando propiedades
de las variables [91] y métodos no paramétricos según se describe en [25].
3.4 DETERMINACION DE LOS VALORES GENERALIZADOS Y DE CALCULO DE
LOS INDICES DE LA MASA VOLUMETRICA Y VALORACION DE SU
EXACTITUD
El método fundamental de estudio de las propiedades de las rocas y minerales que es aplicado
en la práctica moderna de la investigación, consiste en la toma de las muestras de los
desnudamientos naturales con cuyos índices que se han obtenidos de ésta manera se caracterizan
no todas las rocas o minerales en su conjunto, sino solamente sus volúmenes no grandes, lo que
habitualmente no superan algunas decenas de cm3.
9
�Para escapar de la influencia de los resultados de la determinación del efecto de escala y de la
categoría de ensayo, es decir, de las particularidades de la metodología que se utiliza, la
dimensión de las muestras se toma estandar, el procedimiento de todas las determinaciones y
ensayos se unifican rigurosamente.
En la práctica de campo, el volumen de masa minera para el cual se determinaron los índices de
cálculo, en ocasiones fue mayor, pero en la mayoría se mantuvo incomparable con la magnitud
de todo el mismo macizo o cuerpo mineral, el cual se hizo participar en interacción con la
instalación.
Los valores individuales o particulares de los índices de la masa volumétrica de las rocas y
minerales que fueron establecidos como resultado de las determinaciones únicas en el
laboratorio se diferenciaron siempre según su magnitud.
Para eliminar o disminuir la influencia en los cálculos, habitualmente se utilizan
los
denominados valores generalizados y no lo valores individuales del índices.
En calidad de valor generalizado del índice se recomienda elegir el valor medio de la
característica que fue obtenida en los datos muestrales en cantidad suficiente.
El promedio de los resultados de las determinaciones permite hasta un nivel conocido eliminar
la influencia de diferentes factores aleatorios y obtener un valor, el cual se puede considerar
característico para todo el macizo de roca o de homogeneidad estadística de su parte, es decir,
del elemento minero geológico.
Se debe no obstante considerar que la exactitud del cálculo de la media depende en mucho del
volumen de la elección (n>30), la media de las elecciones se aproxima a su análogo general y
puede analizarse como característica fiable por completo, en conjunto pequeño el error puede
resultar significativo.
Por esa causa la utilización de los valores en los cálculos siempre va asociado a un riesgo
conocido y puede introducir consigo deformaciones peligrosas de la instalación que se
construye.
Es necesario aclarar que los valores extremos como habíamos señalado antes, siempre pueden
resultar errores groseros, ellos provocan una disminución (aumento) del índice. Se recomienda
previamente excluir del análisis los puntos que se encuentran fuera de los límites de las tres
sigmas o desechar el 10% de los puntos extremos en la parte superior e inferior del gráfico de
dispersión.
Este método de determinación de los valores de cálculo se utiliza habitualmente solo en las
determinaciones previas más argumentadas, como es el caso del método de la media ponderada.
10
�Para el cálculo se aplica el valor del índice que corresponda al cuantil inferior (superior) en
dependencia de los cuales estos valores son menos favorables.
La determinación de los errores estandar permite llegar a la elección de los valores de cálculo de
la masa volumétrica, los cuales se establecen según el método de los límites de confianza en
correspondencia con la confiabilidad que fue anteriormente establecida (la probabilidad de
confianza).
En nuestro caso, después de excluidas las variantes extremas, para el horizonte de laterita de
balance se obtuvo: Valor medio (X)=1.1256, Desviación Estándar ( s)=0.1594, Número de
muestras (N)=57.
El intervalo de confianza se obtuvo a través del valor medio.
Entonces:
tcal =1.1256 t/m3
y en el caso del horizonte de serpentina blanda con X=0.937, s=0.1167, y n=32, :
tcal =0.937 t/m3.
De tal manera, quedan establecidos para los dos horizontes analizados los valores generalizados
(media aritmética):
tlb =1.126 t/m3 y tsb =0.937 t/m3 y los valores de cálculo:
tcallb =1.126 t/m3 y tcal =0.937 t/m3.
Es conocido que todas las características estadísticas se calculan con un determinado error. Por
eso, simultáneamente con la característica estadística se acostumbra indicar su error, por
ejemplo x ± Sx
La magnitud del error estandar de la media aritmética se calcula según la fórmula:
Sx =S/ n .................................................................................................................... (3.1)
Ella tiene la misma dimensión que la media aritmética, esto dificulta la comprobación de los
valores medios de distintos índices según la exactitud de su cálculo. Por eso, en la práctica se
utiliza también una magnitud adimensional que es obtenida por la división del error estandar
entre la magnitud de la media
ðx =Sx/x ..................................................................................................................(3.2)
Tal magnitud se denomina índice de la exactitud y en la mayoría de los casos se expresa en por
ciento.
De la expresión (3.1) se ve que el error de la media aritmética es n veces menor que la
determinación por separado y disminuye a medida que la cantidad de observaciones aumenta.
11
�Se debe no obstante tener en cuenta que la disminución notable del error se observa solamente
en una cantidad comparativamente pequeña de determinaciones, aproximadamente hasta 15-20,
y en grandes cantidades es insignificante.
Por eso no tiene gran sentido aumentar la cantidad de observaciones más allá de la indicada.
Estos errores fueron calculados separadamente por horizontes de mena:
- Para el horizonte laterítico:
Sx =0.027 y ðx =2.4%
Después de filtrados los datos, es decir, al eliminar los valores extremos se obtuvo que:
Sx =0.021 y =1.94%
- Para el horizonte de Serpentina blanda:
Sx =0.025 y ðx =2.7%
Después de excluido los valores extremos se obtuvo que:
Sx =0.019 y ðx =2.1%
De las cifras mostradas, todavía se ve claramente la influencia de las grandes desviaciones en
los resultados de los cálculos. La precisión se obtuvo para el horizonte limonítico bastante
aceptable (Por debajo del 2%), no así para el horizonte serpentinítico (Por encima del 2%), ello
se debe a que el horizonte serpentinítico es más heterogéneo que el limonítico,
analizado
anteriormente y comprobado a través del criterio de Fisher [25], por lo tanto la cantidad de
pozos criollos que se realizan para determinar la masa volumétrica de la laterita de balance no
debe ser la misma que para determinar la masa volumétrica de la serpentina.
3.5 DIVISION DEL YACIMIENTO EN GRUPOS HOMOGENEOS POR TIPOS
LITOLOGICOS DE MENA
La masa volumétrica al igual que todos los parámetros y fenómenos tiene sus leyes de
distribución, pero sucede que al analizar el método de las funciones aleatorias para el estudio del
yacimiento se obtuvo un radio de autocorrelación mucho menor que el paso de la red de
muestreo(R=240). La red de muestreo de los pozos criollos es de 300 x 300 m.
Este análisis indica que el modelo no puede estar formado por todos los valores de la masa
volumétrica de yacimiento, sino que hay que ir a una cierta división.
El coeficiente de autocorrelación obtenido fue r = 0.67, esto demuestra que existe cierto enlace
con las coordenadas de los pozos criollos, que no permite que el modelo esté formado por toda
la representación espacial de los valores de la masa volumétrica. La tendencia es ir a una cierta
agrupación.
12
�Esto obliga a pasar al modelo de las variables aleatorias que es puntual.
Al existir ciertas correlaciones con las coordenadas de los pozos, se justifica entonces la
zonificación. Sobre estas bases, si bien no se han aproximado las leyes, se hacen mínimas las
desviaciones debido a las fluctuaciones que tiene el parámetro.
Si se considera la variación espacial de la masa volumétrica en condiciones reales, entonces es
necesario realizar la agrupación de los datos estadísticos en grupos homogéneos atendiendo a
las coordenadas del parámetro, recordando que estas agrupaciones son procedimientos
principales que sirven de instrumentos básicos de generalización de los datos estadísticos.
Las agrupaciones se realizaron en grupos de 5 a 7 muestras representados en el plano (fig. 3.2).
Después de determinado el valor medio ponderado de cada uno de ellos, la media en general a
los 10 subgrupos, fueron representados en un gráfico de control, donde con anterioridad se
trazaron líneas que fijaron el valor medio del conjunto general y los intervalos de confianza
dados para una probabilidad de 95% y un nivel de significación de 0.05.
Como resultado se obtuvo que los grupos 6, 8 para el caso laterita de balance y 1, 2, 6 para
serpentina blanda (fig. 3.3 y 3.4) se encuentran dentro del intervalo, representando la zona No 1;
a los demás se le repitió el proceso, pero en este caso la línea del valor medio y de los intervalos
de confianza fueron trazados con los nuevos valores promedios (fig. 3.5 a y b) obteniéndose dos
zonas más, la No 2 y la No 3. El control indica que existe alguna condición estática, y que
estamos variando los valores de la masa volumétrica.
Si existe una variación muy grande de los valores de la masa volumétrica, se dice que está fuera
de control y por lo tanto pertenece a otro grupo. El gráfico se realizó de la siguiente manera:
En el eje vertical se tiene una escala con los valores observados de la masa volumétrica, en el
eje horizontal, a escala, los subgrupos obtenidos. Se trazó una línea horizontal por la media
supuesta, y dos líneas paralelas de puntos por encima y por debajo de la línea continua
(intervalo de confianza). Si el punto está entre las líneas de trazo discontinuo, se dice que los
valores de la masa volumétrica están bajo control, es decir, pertenecen a un grupo; y si está por
encima o por debajo, entonces pertenece a otro grupo.
13
�W
V
U
T
S
1.12
1.19
1.3
R
1.15
0.90 1.05 1.3
Q
1.08 1.43 1.09 1.12 1.39 1.1
P
1.20 1.54 1.03 1.2
0.92 1.10 O
0.96 1.07 1.15 1.13 1.13 1.3 1.16
0.86 1.12
0.92 0.93
1.16 0.98 1.0 1.33
0.93
1.18 N
0.96 0.78
1.38 1.2 0.95
1.08
1.04 M
1.06
L
1.00 1.02 1.08 1.16 1.15 1.2 1.18 1.35 1.03 1.15 1.19 1.21
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
K
54
56
Fig. 3.2 Representación espacial de la masa volumétrica
!
!
.3
.5
!
.4
.7
!--------------------------------------X+ 3S =1.167
!
.6
.8
!--------------------------------------X=1.126
!
!---------------------------------------X- 3S=1.085
!
! .10
.2
.1
.9
!
Fig. 3.3 Gráfico de control para la determinación de las zonas de laterita de balance.
14
56
�!
!
!
.3
!---------------------------------------X+ 3S=0.98
!
.2
!----------------------------------------X=0.937
!
.1
.6
!----------------------------------------X- 3S=0.895
! .4
!
.5
!
Fig. 3.4 Gráfico de control para la determinación de las zonas de serpentina blanda.
a)
!
!
!
!----------------------------------------X+ 3S=1.253
! .3
.7
!----------------------------------------X= 1.208
!
.5
.4
!----------------------------------------- X- 3S= 1.163
!
!
!
15
�b)
!
!
!
!-------------------------------------X+ 3S=1.083
!
.1
. 10
!-------------------------------------X=1.011
!
.2
.9
!------------------------------------X- 3S=0.94
!
!
!
Fig. 3.5 Gráficos de control para la comprobación de las restantes zonas: a) para el grupo 2; b)
para el grupo 3 de laterita de balance respectivamente.
Las características estadísticas de las zonas por tipos de mena se encuentran en la tabla 3.6, y las
zonas obtenidas para ambos horizontes litológicos se muestran en las figuras 3.6 y 3.7.
W
V
U
T
S
R
Q
zona # 3
zona # 1
zona # 2
zona # 1
zona # 3
42 43
44
45
46
47
P
O
N
N
L
K
zona # 2
48
49
50
51
52
53
54
55
56
Fig. 3.6 División del yacimiento en grupos homogéneos (vistos para la laterita de balance)
16
�W
V
U
T
S
R
Q
zona # 1
P
O
N
M
L
K
zona # 1
zona # 3
zona # 2
42 43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
Fig. 3.7 División del yacimiento en grupos homogéneos (vistos para la serpentina)
Para conocer si las zonas elegidas son realmente heterogéneas entre si, o si cabe la posibilidad
de unir una zona con otra se comprobó la homogeneidad estadística, aplicando el criterio t de
Student para las zonas obtenidas, en las cuales las tres zonas pueden considerarse
aproximadamente heterogéneas, dando la posibilidad a la agrupación por zonas.
( Por ejemplo, en las zonas 2 y 3 se obtuvo que t2-3 calculado es igual 2.8, y el tabulado es igual
tα = 1.68, se rechaza la hipótesis de que t2-3 es menor que tα).
TABLA 3.6 Principales características estadísticas de la distribución de las zonas por tipos
de mena
Menas
Zonas
X
s
A
E
Xcal.
LB
1
1.022
0.193
0.29
2.9
1.022
1.137
0.1765
0.82
0.2340
0.41
0.867
0.146
0.30
3.4
0.867
0.915
0.115
0.11
3.18
0.915
1.045
0.204
0.23
2
3
SB
1
2
1.208
17
3.25
2.61
1.137
1.208
1.045
�3
2.00
La división del yacimiento en grupos homogéneos fue comprobada por el método paramétrico
de Student para k objetos [25] en la cual la muestra inicial se subdividió en distintos grupos y
mediante éstos se calcularon las estimaciones de las medias aritméticas y las varianzas
muestrales.
Como resultado de este tratamiento, se pudieron distinguir los grupos estadísticos homogéneos
por la magnitud de su masa volumétrica, o bien se demostró que todos los k objetos ( entiéndase
por k objeto a los subgrupos del 1-10 vistos en el caso anterior) están caracterizados por la
diferencia significativa de los valores de sus masas volumétricas promedios.
De esta manera, la investigación efectuada con los 10 subgrupos de muestras permitió dividir el
yacimiento en tres grupos de objetos por el valor medio de la masa volumétrica: el grupo 1 une
a los subgrupos 6 y 8 con una estimación de la masa volumétrica promedio de 1.022 ; el grupo
2 el cual está compuesto por los subgrupos 3, 4, 5 y 7 con una estimación de 1.137
y el grupo
3 formado por los subgrupos 1, 2, 9 y 10 con una estimación de la masa volumétrica de 1.208.
Del mismo modo se realizó para la serpentina blanda.
3.6 EFECTO DE LA APLICACIÓN DE LAS METODOLOGIAS ELABORADAS
El efecto se obtuvo en función del volumen calculado y la masa volumétrica obtenida según
la zonificación creada. Para ello fue necesario tener en cuenta los datos de la extracción de
un año en el yacimiento Punta Gorda, para poder compararlo con los resultados obtenidos
con la aplicación de las metodologías propuestas de determinación del volumen de mineral
extraído y masa volumétrica mullida.
a) Efecto considerado por los errores del levantamiento taquimétrico:
-
Producción anual de la mina 1 147 748.4 m3 al año;
-
Error obtenido en el yacimiento Punta Gorga 3.3%;
Por tanto, 1 147 748.4 * 0.033 = 37 876 m3
-
Masa volumétrica (promedio de LB y SB)= 1,105 t/m3 ;
Entonces 37 876 * 1.105 = 41 853 t.
b) Efecto producido por la aplicación de la filtración de los datos a las cotas altimétricas:
1 147 748.4 * 0.016 = 18 364 m3
18364 * 1.105 = 20 292 t
18
�Efecto total: 41 853 + 20 292 = 62 145 t en un año.
Si a la diferencia hallada le aplicamos las correcciones por el modelo geométrico estructural
(zonificación de yacimiento) de la masa volumétrica para el año analizado se obtiene lo
siguiente:
c) Balance anual del mineral calculado según propuesta del modelo para el año 1994.
MES
Real minado, t
Según modelo, t
Diferencia, t
%
ENERO
128 652
116 075
12 575
9.8
FEBRERO
128 646
114 931
13 715
10.0
MARZO
113 694
102 154
11 540
10.1
ABRIL
64 036
60 689
3 347
5.2
MAYO
72 796
67 665
5 131
7.0
JUNIO
123 927
112 805
11 122
9.0
JULIO
146 979
134 909
12 070
8.2
AGOSTO
83 179
76 799
6 380
7.7
SEPTIEMBRE
81 947
75 258
6 689
8.2
OCTUBRE
134 946
123 359
11 587
8.6
NOVIEMBRE
89 538
81 902
7 636
8.5
DICIEMBRE
99 926
91 379
8 547
8.5
TOTAL
1 268 262
1 157 923
110 339
8.7
Real minado
1 268 262
Alimentado a hornos
1 055 736
diferencia
212 526
Según los cálculos realizados en el yacimiento Punta Gorda, se obtiene una disminución de
casi el 50% de la diferencia total anual considerado solo por esta causa.
Conociendo que la excavadora estuvo trabajando en el año que se analiza en los bloques P51 y P-52 (fig. 3.6 y 3.7), se aplica la masa volumétrica promedio de la zona homogénea
obtenida (para ambos tipos de mena). Como resultado se obtiene una diferencia de 110 339 t
con respecto al real minado(1 268 262 t).
A las diferencias obtenidas según modelo (zonificación) se le suman las obtenidas por los
errores topográficos (62 145 t) que hacen un total de 172 484 t, que con respecto a la
diferencia inicial (212 526 t) se logra disminuir en un 81 %.
19
�CONCLUSIONES DEL CAPITULO 11I.
1. De los métodos de filtración de los datos aplicados a los valores iniciales de la masa
volumétrica y las cotas altimétricas resulta que el criterio de la desviación normada es más
exacto que el de las tres sigmas.
2. Se comprueba que los datos iniciales de la masa volumétrica se aproximan mejor a la
distribución gamma que a la normal, demostrado a través de la prueba de la bondad de
ajuste(criterio de Kolmogorov-Smirnov, tablas 3.4 y 3.5).
3. En la valoración de la exactitud del cálculo de las características estadísticas generales, según
datos empíricos, se demostró que los horizontes de laterita de balance y serpentina blanda, son
de diferente precisión, por lo que la masa volumétrica debe determinarse por separado, para
cada tipo litológico de mena.
4. Se obtuvo la división del yacimiento en grupos homogéneos por tipos litológicos de mena en
las cuales disminuyen las fluctuaciones del parámetro.
20
�CONCLUSIONES
1. Fue investigada la valoración y control del volumen y masa volumétrica en los
yacimientos estudiados reflejando de manera crítica el estado de los trabajos topográficos y
el comportamiento de la masa volumétrica. Se pudo establecer que el cálculo de volumen
exceder de su valor permisible.
2. De acuerdo a las investigaciones realizadas se aplicó una metodología para la filtración de
los datos iniciales a los valores de la masa volumétrica y de las cotas altimétricas de los
puntos en las cuales quedan excluidos los valores extremos. De aquí se deduce que la ley de
distribución debe ser determinada después de realizada la filtración de los datos. En base al
método elegido fueron determinados:
- Valores generalizados y de cálculo de la masa volumétrica.
- Valoración de la exactitud del cálculo de las características estadísticas generales según
datos empíricos.
- Zonificación del yacimiento por tipos litológicos de mena en los cuales disminuyen las
fluctuaciones del parámetro.
3. Se aplicó una metodología para la valoración de la influencia de los errores topográficos
cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico en el cálculo de volumen en
dos minas de la Unión del Níquel obteniéndose valores que sobrepasan del límite permisible
(2,5%).
4. De acuerdo a las investigaciones realizadas en estas minas los errores de la posición de los
puntos en la red de levantamiento, de la posición de los puntos del levantamiento
taquimétrico y los de la medición de las áreas, no ejercen influencias significativas en la
exactitud de la determinación de volumen, a diferencia de los errores de determinación de
los contornos de los bordes superior e inferior de los escalones y los de la irregularidad de los
perfiles de los taludes que ejercen una influencia mucho mayor.
5. Los errores de la ubicación de los puntos en el plano y los de medición de área surgen
debido a las condiciones minero-geológicas y a la tecnología de extracción, y la magnitud de
ellos depende ante todo de la distancia entre puntos y de la ubicación correcta del punto en la
parte quebrada donde hace cambio de dirección.
6. De los resultados de la investigación realizada se comprueba que en la medida que
aumenta el ancho del frente de extracción aumenta la precisión de las mediciones
21
�topográficas lo que indudablemente influirá de forma positiva en la calidad de la
determinación del volumen extraído.
7. Se argumenta científicamente la determinación de los errores cometidos en el levantamiento
taquimétrico en estos tipos de yacimientos de estructura variable de yacencia y su influencia en
el cálculo de volumen.
8. Fue creada una metodología para la toma de los datos iniciales para calcular volumen
cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico.
9. Fue creado un modelo geométrico estructural (zonificación) para la determinación de la
masa volumétrica del mineral mullido en los yacimientos lateriticos.
10. Se perfecciona el cálculo de volumen y el levantamiento taquimétrico con la aplicación
de nuevas técnicas y tecnologías.
11. Se crearon
tres nuevas fórmulas para el cálculo del error del volumen cuando se
considera la irregularidad de los contornos de los bordes de los escalones.
12. La aplicación del modelo digital del terreno (MDT) a la determinación de los errores del
levantamiento taquimétrico permitió elevar la precisión del cálculo de volumen de mineral
extraído de los frentes de arranque estudiados.
13. Las medidas del perfeccionamiento del cálculo de volumen cuando se utilizan los datos
del levantamiento taquimétrico permitieron disminuir el error total de 4,85 % a 1.64 % en el
yacimiento Punta Gorda, y de 6,8 % a 1,5 % en el yacimiento Moa, alcanzándose un efecto
de alrededor de 391 000 pesos al año.
22
�RECOMENDACIONES
1. Determinar la masa volumétrica a los distintos tipos de horizontes por separado: para
laterita de balance y para serpentina blanda de balance.
2. Considerar el índice de exactitud para determinar la cantidad necesaria de observaciones
de la masa volumétrica.
3. Aplicar el método propuesto de zonificación de la masa volumétrica para minimizar las
oscilaciones que tiene el parámetro.
4. Aplicar las metodologías propuestas para disminuir los errores que influyen en la
determinación de la masa volumétrica y cálculo de volumen.
5. Aplicar las medidas de perfeccionamiento antes propuestas para la disminución de los
errores.
6. Realizar el cálculo de volumen aplicando el modelo digital del terreno (MDT) y el modelo
digital de elevación (MDE) con la utilización del SURFFER, TOPOCEISS, TIERRA.
7. Aplicar cuando sea oportuno la técnica GPS para la obtención de los datos primarios para
la creación del MDT.
23
�BIBLIOGRAFIA
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��
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Vías para el perfeccionamiento del cálculo de volumen de mineral extraído en los yacimientos lateríticos cubanos
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Orlando Belete Fuentes
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
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1998
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Tesis doctoral
-
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TESIS
Evaluación del impacto ambiental por
presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos.
Omer Enrique Vílchez Fernández
�Página legal
Título de la obra: Evaluación del impacto ambiental por presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos,61pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN:
1. Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
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Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
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Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
Evaluación del impacto ambiental por presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos.
Tesis en opción al título académico de Máster en Geología
Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández
Maracaibo, 2014
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
Título: Evaluación del impacto ambiental por presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos.
Tesis en opción al título académico de Máster en Geología
Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández
Tutor: Dra. C. Mayda Ulloa C
Maracaibo, 2014
�ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
1
CAPÍTULO I – MARCO TEÓRICO
6
1.1
1.2
1.3
6
7
8
9
9
11
13
14
16
16
17
17
19
19
20
20
20
22
22
23
23
23
24
28
39
Antecedentes de la investigación
Área de estudio.
Instrumento legal y normativo de la investigación
1.3.1Constitución de la República Bolivariana de Venezuela
1.3.2 Decreto 883 Articulo 10
1.3.3 Decreto 2635 Articulo 50
1.4 Menes
1.5 Métodos de evaluación de impacto ambiental
1.6 Método de criterios relevantes integrados (CRI )
1. 6.1 Identificación de impacto
1. 6.2 Indicadores de impacto
1. 6.3 Valor de impacto ambiental
1. 6.4 Ponderación de los indicadores de impacto
1. 6.5 Ficha descriptiva de los resultados de la evaluación
1. 6.6 Jerarquización de impacto ambiental
1. 6.7 Aplicación de medidas de prevención, mitigación o corrección
1.7 Análisis SARA
CAPÍTULO II –MARCO METODOLOGICO
2.1 Tipo de investigación.
2.2 Nivel de la investigación.
2.3 Metodología aplicada.
2.3.1 Observación de campo.
2.3.2 Caracterización del área de estudio.
2.3.3 Toma de muestras.
3.3.4 Aplicación del Método de los criterios relevantes integrados.
CAPITULO III- ANALISIS DE RESULTADOS
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
48
59
60
61
VII
�ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1
Ubicación geográfica del área de estudio
8
Figura 1.2
Mene cerro la estrella mene grande
14
Figura 1.3
Diagrama del VIA
18
Figura 1.4
Diagrama ternario SARA
21
Figura 2.1
Etapas metodológicas de la investigación
22
Figura 2.2
Cauce de agua
24
Figura 2.3
Estación de flujo concordia
24
Figura 2.4
Pozo abandonado T-194
24
Figura 2.5
Mene 1
24
Figura 2.6
Mapa del distrito colon
25
Figura 2.7
Columna estratigráfica de los campos de distrito colon
27
Figura 2.8
Mapa estructural campo las cruces
28
Figura 2.9
Corte geológico campo las cruces
28
Figura 2.10
Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de suelo
30
Figura 2.11
Toma de muestra suelo 1
30
Figura 2.12
Toma de muestra suelo 2
30
Figura 2.13
Ubicación geográfica de los puntos de muestreo del agua
33
Figura 2.14
Toma de muestra de Agua de Mene
33
Figura 2.15
Muestra de Agua Caño 1
34
Figura 2.16
Muestra de Agua Caño 2
34
Figura 2.17
Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de menes
37
Figura 2.18
Toma de muestra Mene 1
37
Figura 2.19
Toma de muestra Mene 2
37
Figura 3.1
Diagrama ternario SARA de las muestras M1 y M2
54
VIII
�INDICE DE TABLAS
Tabla 1.1.
Límites máximos de calidad de líquidos vertidos.
10
Tabla 1.2.
Anexo D Concentraciones máximas permisibles en lixiviados.
12
Tabla 1.3.
Límites permisibles de la mezcla suelo/desecho.
13
Tabla 1.4.
Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales.
15
Tabla 1.5.
Escala de clasificación de impactos.
18
Tabla 1.6.
Criterios de evaluación y peso asignado
19
Tabla 1.7.
Jerarquización de impactos.
20
Tabla 2.1.
Identificación de la Muestras de suelo.
29
Tabla 2.2.
Análisis de las Muestras de Suelo.
31
Tabla 2.3.
Identificación de las Muestras de Agua.
33
Tabla 2.4.
Resultados de las muestras de agua.
35
Tabla 2.5.
Identificación de las muestras de Mene.
37
Tabla 2.6.
Resultados análisis SARA.
38
Tabla 2.7.
Impactos de Ambientes a Evaluar.
39
Tabla 2.8.
Jerarquización del impacto sobre el suelo.
40
Tabla 2.9.
Jerarquización del impacto sobre los cauces de agua.
42
Tabla 1.10.
Jerarquización del impacto sobre el aire.
43
Tabla 2.11.
Principales representantes de la vegetación del Fundo los Clavelitos.
44
Tabla 2.12.
Jerarquización del impacto sobre la flora.
45
Tabla 2.13.
Principales representantes de la fauna en el Fundo los Clavelitos.
46
Tabla 2.14.
Jerarquización del impacto sobre la fauna.
47
Tabla 3.1.
Comparación de las muestras de suelo con parámetros permisibles
49
Tabla 3.2.
Comparación de las muestras de agua con parámetros permisibles.
51
Tabla 3.3.
Resumen del método CRI
57
IX
�INTRODUCCIÓN
Los hidrocarburos
son compuestos químico-orgánicos que resultan de la
combinación del carbono (C) con el hidrogeno (H), abarcan los cuatro estados:
Gaseosos, líquidos, semisólidos y sólidos, como aparecen en la superficie terrestre,
o gaseosos y líquidos en las formaciones geológicas en el subsuelo.
La fuente de los hidrocarburos tiene una procedencia de tipo orgánico, lo que indica
que la materia orgánica tuvo que ser sintetizada por organismos vivientes y por lo
tanto debió depositarse y preservarse en sedimentos. Dependiendo de las
condiciones geológicas dadas parte de este material se transforma en compuestos
de naturaleza petrolera.
La base fundamental para la producción masiva de materia orgánica fue la
fotosíntesis, la cual apareció aproximadamente hace 2000 millones de años en
tiempos precámbricos. Desde esa época a la era devónica la primera fuente de
materia orgánica fue el fitoplancton marino. A partir del devónico, la mayor
contribución a la materia orgánica fue por parte de plantas terrestres. Algunos
animales grandes como peces, contribuyeron muy poco a la generación de materia
orgánica. En resumen, los principales contribuidores de material orgánico en los
sedimentos fueron las bacterias, fitoplancton, zooplancton y plantas de mayor
tamaño.
Los escudos continentales en áreas de aguas tranquilas, como lagos, cuencas
profundas y pendientes continentales, poseen las condiciones favorables para la
deposición de los sedimentos ricos en materia orgánica. Las tres etapas principales
para la evolución de la materia orgánica son diagénesis, catagénesis y metagénesis.
La diagénesis toma lugar en sedimentos recientemente depositados donde se
presenta actividad microbial. Al finalizar la diagénesis, la materia orgánica consta
principalmente de un residuo fosilizado e insoluble llamado kerógeno. La catagénesis
resulta de un incremento en la temperatura durante el sepultamiento del material en
las cuencas sedimentarias. La mayor parte de la generación de hidrocarburos se
debe a la descomposición térmica del kerógeno.
1
�La metagénesis toma lugar a altas profundidades, donde tanto la presión como la
temperatura son altas. En esta etapa, la materia orgánica está compuesta solamente
de metano y carbono residual. Los constituyentes del kerógeno residual se
convierten en carbono granítico. (Escobar, 2004)
El origen del hidrocarburo radica, en la existencia de una cuenca sedimentaria donde
exista la posibilidad de acumulación de sedimentos. La roca madre es una de las
partes más importantes de una cuenca sedimentaria; es la responsable de la
generación del hidrocarburo. Una vez formado migra en el subsuelo por medio de
rocas permeables y porosas, así como también por la acción de factores
estructurales (fallas, diaclasas, pliegues, etc.), hasta conseguir en su trayecto rocas
impermeables o arreglos estructurales que permitan el entrampamiento del mismo.
De esta manera, se constituye tanto la roca almacén, donde se acumulan los
hidrocarburos que se extraen comercialmente, también conocida como yacimiento
petrolífero y la roca sello, secuencia litológica de porosidad y permeabilidad
reducidas, la cual sirve como sello a la migración del hidrocarburo, y soporta la
constitución de una trampa petrolífera.
Los menes nombre dado en Venezuela por los incas Copey, son
emanaciones
naturales de hidrocarburos, las cuales afloran a la superficie por medio de fracturas
(fallas y diaclasas), estos dieron origen a los nombres de campos petroleros
como Mene Grande, en el estado Zulia y Mene Mauroa, en el Estado Falcón. Los
romanos los llamaron Lacus Asfaltitus, los egipcios mumiya (árabe), Los persas le
decían mum. Los indios precolombinos mexicanos los llamaban chapapoteras y de
allí chapapote, Los colonos de los hoy Estados Unidos los denominaron seepages.
Puede decirse que, en mayor menor escala, en muy variados sitios de la Tierra
existen emanaciones o rezumaderos que atrajeron la atención de los exploradores
en busca de posibles acumulaciones petrolíferas comerciales. Los recientes
adelantos científicos tecnológicos empleados en exploraciones costa fuera han
permitido detectar emanaciones petrolíferas en el fondo de los mares. Tal es caso de
2
�hallazgos hechos frente a las costas de California en el océano Pacífico y en las de
Louisiana y Texas en el golfo de México. (Barberii, 1998)
La presencia comercial de hidrocarburos en Venezuela data desde principios de
siglo XX con el descubriendo del pozo Zumaque 1 en 1914 en Mene Grande, Estado
Zulia, esto conllevó al estudio geológico de todo el territorio nacional en busca de
nuevos yacimientos petrolíferos.
La actividad petrolera ha generado presencia de hidrocarburos en diversas áreas
como la exploración, producción, transporte y almacenamiento.
En la región de Casigua El Cubo, específicamente en el Campo Las Cruces, existen
yacimientos de petróleo y por ende numerosos pozos, algunos de estos depletados
con el pasar del tiempo lo cual ha traído como consecuencia su abandono. En dicho
campo se han realizado algunos estudios geológicos que tuvieron como finalidad la
búsqueda de hidrocarburos lo cual ha permitido obtener información sobre el mismo,
tal como: Estratigrafía de la zona, Corte Geológico, Mapa Estructural.
La zona presenta una geología compleja “El Campo Las Cruces es un domo fallado
alargado en dirección NE-SO sobre el corrimiento de tarra. El corrimiento determina
tres unidades tectónicas. El flanco este sobrecorrido, una cuña de falla entre dos
planos convergentes. Se aprecia un sistema de fallas inversas transversales, de
rumbo Noreste-Suroeste y buzamiento oeste con desplazamientos de 100 hasta
1000 pies.” (PDVSA- Intevep, 1997)
La problemática planteada en dicha investigación radica en que existe presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, Casigua El Cubo, Municipio Jesús María
Semprún del Estado Zulia, lo cual está generando un impacto ambiental. Dicho
Fundo se encuentra dentro del Campo petrolero denominado Las Cruces. Las
posibles causas de la presencia de hidrocarburo en la zona, son pozos petroleros
abandonados, específicamente el T-194, T-219 y el T-184, la estación de flujo
Concordia, así como también afloramientos naturales de hidrocarburos (Menes). Esto
trae como consecuencia la afectación de la flora, fauna, aire, suelos y cauces de
3
�agua. Cabe destacar que el propietario de la finca reporta que en los últimos 14 años
se ha incrementado la presencia hidrocarburos lo que ha ocasionado la muerte de
varios animales, entre ellos ganado vacuno de su propiedad.
Por los motivos antes expuestos el problema de la investigación es la presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, por lo que se desea conocer el impacto
ambiental, así como también los factores que lo generan, para de esta manera
proponer medidas que permitan mitigar la contaminación.
Debido al problema planteado el presente trabajo tiene como objetivo general
Evaluar el Impacto Ambiental por presencia de Hidrocarburos en el Fundo Los
Clavelitos.
Para dar cumplimento con el objetivo general planteado nos trazamos una serie de
objetivos específicos:
•
Identificar los principales elementos causales que generan la presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos.
•
Caracterizar los rasgos geológicos del área de estudio.
•
Analizar la composición físico química de las muestras de agua, suelo e
hidrocarburos obtenidas en el en el Fundo Los Clavelitos y comparar con la
normativa ambiental Venezolana.
•
Aplicar el método de los criterios relevantes integrados para la determinación
del impacto ambiental.
•
Proponer un sistema de medidas mitigantes y correctoras de la contaminación.
El objeto de la investigación es la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los
Clavelitos el cual se encuentra dentro de la estructura geológica del Campo Las
Cruces, dicho campo está ubicado en la parte suroeste del Lago de Maracaibo.
Para lograr el objetivo planteado se parte de la hipótesis de que, a través, de los
datos obtenidos mediante la toma de muestras en el Fundo Los Clavelitos y el
levantamiento geológico del área afectada es posible saber el origen y la magnitud
del impacto generado por el hidrocarburo en el Fundo.
4
�Los principios metodológicos que se aplicaran serán la observación de campo, lo
cual nos permitirá saber de dónde proviene la presencia de hidrocarburo, la
caracterización del área de estudio, la tomas de muestras representativas de suelo,
agua de cauce y menes necesarias para la aplicación del método de evaluación del
impacto ambiental seleccionado, para posteriormente proponer el sistemas de
medidas mitigantes y correctoras en el Fundo Los Clavelitos.
Por otro lado, cabe señalar que
los análisis de saturados, aromáticos, resinas
asfáltenos (SARA), realizadas nos permitirán determinar la naturaleza fisicoquímica
del hidrocarburo existente en el Fundo Los Clavelitos, a través del diagrama de
tisott, para así poder diferenciar si el crudo es normal o pesado biodegradado.
Con relación a la justificación del tema de estudio es de mencionar que en la
actualidad no se conocen estudios previos realizados sobre la contaminación e
impacto ambiental generados por la presencia de Menes en Venezuela, así como
referencias del mismo en otras partes del mundo, solo han sido estudiados desde el
punto de vista de la geoquímica, lo cual permite determinar a través de la
distribución de biomarcadores el origen de la roca madre que los genero. De allí, la
importancia de llevar a cabo dicha investigación, dando así un aporte significativo en
el conocimiento de las acciones mitigantes y correctivas que se pueden aplicar para
minimizar la contaminación
que ellos generan. Cabe destacar que el presente
estudio servirá de antecedente para investigaciones futuras relacionadas con el
tema.
5
�CAPÍTULO I – MARCO TEORICO
Este capítulo contiene la sustentación teórica de los objetivos planteados en la
investigación, en el mismo el investigador realiza una revisión
y análisis de las
teorías desarrolladas y demostradas por autores dentro del área de estudio, así
como antecedentes de otras investigaciones referentes al tema investigado.
1.1 Antecedentes de la investigacion.
La presencia de menes en Venezuela constituyeron un atractivo en la exploración
de hidrocarburos a principios del siglo XX, las investigaciones relacionadas con los
mismos han dado como resultado aportes importantes
con respecto a su origen.
Como soporte para esta investigación se consultaron algunos trabajos relacionados
con los mismos.
El estudio de Rojas (2008), sobre la Geoquímica de los menes y relación GeológicaEstructural con la falla El Tigre, sector Cachiri, Estado Zulia.
Con este estudio geoquímico detallado, se logró caracterizar los biomarcadores
presentes en las fracciones de hidrocarburos saturados y aromáticos; así como
determinar los niveles de metales trazas (vanadio y níquel) y las concentraciones de
azufre presentes en los crudos. Esta última información fue interpretada, utilizando
herramientas de la geoquímica orgánica del petróleo. Esto
permitió realizar un
sistema de clasificación de crudos (Hunt, 1996; Tissot y Welte, 1984; Moldowan y
Peters, 1993) para establecer el ambiente deposicional de la roca madre que generó
estos fluidos orgánicos; así como los vínculos genéticos que tienen entre si las
muestras analizadas. Paralelamente, se realizó la interpretación geológico-estructural
de la falla El Tigre y su relación con las emanaciones de hidrocarburos, en el área de
estudio.
Este estudio represento un aporte importante a la investigación, ya que se tomo
como guía para la clasificación del hidrocarburo presente en el Fundo Los Clavelitos
6
�a través del diagrama ternario SARA de Tissot y Welte, 1984 el cual es utilizado en el
mismo., el crudo presente es normal o es un crudo pesado alterado.
Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA) en 2011, La División costa oriental del lago
Exploración
y
Producción
Occidente
presentó
el
Proyecto
Abandono
y
desincorporación de pozos del campo Mene de Acosta en 2011.
En este proyecto PDVSA comprometida con el ambiente y los recursos naturales,
profundizó su gestión en salvaguardar la flora y fauna autóctonas de las áreas de
desarrollo de interés petrolero y en especial, en el Centro Occidente del País se
incrementa su potencial sin que esto signifique una afectación cuantiosa de los
recursos naturales de la región, por lo cual se
planificó la desincorporación del
Campo Mene de Acosta, en el Estado Falcón.
En virtud de que se trata de disminuir los impactos ambientales en las áreas a través
de la implementación de tecnologías más amigables con el entorno se integró este
adendum al Estudio de Impacto Ambiental y Socio Cultural, para describir de manera
detallada los aspectos considerados a implementar en la desincorporación,
cementación y abandono definitivo de los pozos existentes en el campo Mene de
Acosta del Estado Falcón.
En el proyecto se aplicó el método de los criterios relevantes integrados para la
evaluación del impacto ambiental y se estableció un programa de medidas para
aminorar los efectos al ambiente, por tal motivo fue de gran ayuda para la
investigación debido a que se utilizó el mismo método.
1.2 Área de estudio.
El Fundo Los Clavelitos se encuentra ubicado al suroeste del Lago de Maracaibo en
el municipio Jesús María Semprún específicamente en la capital Casigua El Cubo el
Cubo, posee una intensión de 50 hectáreas, en la figura 1.1 se muestra su ubicación
geográfica.
7
�División política territorial mapa 16 1995
Figura. 1.1 Ubicación geográfica del área de estudio.
Fuente: Vílchez 2013.
Datos de Casigua El Cubo.
� Temperatura del área: En la zona de se registra una temperatura anual
promedio de 24ºc.
� Precipitaciones: El promedio anual es de 2334mm.
� Tipo de Clima: Tropical lluvioso de selva con fuerte e intensas
precipitaciones todo el año.
1.3 Instrumento
to legal y normativo de la investigacion.
Para esta investigación se consideraron algunas disposiciones establecidas por el
estado venezolano en materia ambient
ambienta tales como: La Constitución de la República
Bolivariana de Venezuela, Decreto 883 y el decreto 2635
8
�1.3.1 Constitución de la República Bolivariana de Venezuela.
En referencia al trabajo de investigación la Constitución de la República Bolivariana
de Venezuela de 1999 en el Capítulo IX de los derechos ambientales en su Artículo
129 reza “Todas las actividades susceptibles de generar daños a los ecosistemas
deben ser previamente acompañadas de estudios de impacto ambiental y socio
cultural. (....).
1.3.2 Decreto No. 883 “Normas para la clasificación y control de la calidad de
los cuerpos de agua y vertidos o afluentes líquidos”. Gaceta Oficial
Extraordinaria Nº 5.021 de fecha 18 de diciembre de 1995
En el decreto se señala la
calidad de un cuerpo de agua a través de la
caracterización física, química y biológica de aguas naturales para determinar su
composición y utilidad al hombre y demás seres vivos. El mismo considera que la
contaminación de las aguas es la acción o efecto de introducir elementos,
compuestos o formas de energía capaces de modificar las condiciones del cuerpo
de agua superficial o subterráneo de manera que se altere su calidad en relación
con los usos posteriores o con su función ecológica para el desarrollo de la vida
acuática y ribereña.
Sección III De las Descargas a Cuerpos de Agua.
Artículo 10.
A los fines de este Decreto se establecen los siguientes rangos y límites máximos de
calidad de vertidos líquidos que sean o vayan a ser descargados, en forma directa o
indirecta a ríos, estuarios, lagos y embalses ver (Tabla 1.1.)
9
�Tabla. 1.1 Límites máximos de calidad de líquidos vertidos.
Parámetros Físico-Químicos
Aceites minerales e hidrocarburos
Aceites y grasas vegetales y animales.
Alkil Mercurio
Aldehídos
Aluminio total
Arsénico total
Bario total
Boro
Cadmio total
Cianuro total
Cloruros
Cobalto total
Cobre total
Color real
Cromo total
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20)
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Detergentes
Dispersantes
Espuma A
Estaño
Fenoles
Fluoruros
Fósforo total (expresado como fósforo)
Hierro total
Manganeso total
Mercurio total
Nitrógeno total (expresado como nitrógeno)
Nitritos + Nitratos (expresado como nitrógeno)
pH
Plata total
Plomo total l
Selenio
Sólidos flotantes
Sólidos suspendidos
Sólidos sedimentables
Sulfatos
Sulfitos
Sulfuros
Zinc
Límites máximos o rangos
20 mg/l
20 mg/l
No detectable (*)
20 mg/l
5 mg/l
0,5 mg/l
5 mg/l
5 mg/l
0,2 mg/l
0,2 mg/l
1000 mg/l
0,5 mg/l
1 mg/l
500 Unidades de Pt-Co
2 mg/l
60 mg/l
350 mg/l
2,0 mg/
2,0 mg/l
Ausente
5,0 mg/l
0,5 mg/l
5,0 mg/l
10 mg/l
10 mg/l
2,0 mg/l
0,01 mg/l
40 mg/l
10 mg/l
6-9
0,1 mg/l
0,5 mg/
0,05 mg/l
Ausentes
80 mg/l
1,0 ml/l
1000 mg/l
2,0 mg/l
0,5 mg/l
5,0 mg/l
Fuente: Vilchez 2013
10
�1.3.3 Decreto 2635 “Normas para el control de la recuperación de materiales
peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos”. Gaceta Oficial
Extraordinaria No 5245 del 3 de agosto de 1998.
Este decreto considera que un desecho peligroso es un desecho en cualquier estado
físico sólido, líquido o gaseoso, que presenta características peligrosas o que está
constituido por sustancias peligrosas y que no conserva propiedades físicas ni
químicas útiles y por lo tanto no puede ser rehusado, reciclado, regenerado u otro
diferente.
Artículo 50.- La práctica de esparcimiento en suelos se llevará a cabo cumpliendo
con las siguientes condiciones:
1) El área de disposición final debe estar alejada por lo menos 500 m de cuerpos
de agua o fuera de la planicie de inundación de dichos cuerpos, de acuerdo a la
información hidrológica existente.
2) La topografía del área de disposición final deberá tener una pendiente menor
de 3 %, orientada hacia el cuerpo de agua superficial más cercana.
3) El desecho no debe exceder las concentraciones máximas permisibles en
lixiviados, establecidas en el Anexo D. (Tabla. 1.2)
11
�Tabla. 1.2 Anexo D Concentraciones máximas permisibles en lixiviados.
ANEXO D
CONCENTRACIONES MAXIMAS PERMISIBLES EN LIXIVIADOS
Constituyente
Arsénico
Bario
Cadmio
Cromo hexavalente
Níquel
Mercurio
Plata
Plomo
Selenio
Acrilonitrilo
Clordano
O-cresol
M-cresol
P-cresol
Acido 2,4- diclorofenoxiacetico
2,4-dinitrotolueno
Endrin
Hexacloroetano
Lindano
Metoxicloro
Nitrobenceno
Pentaclorofenol
2,3,4,6-tetraclorofenol
Toxafeno (canfenoclorado tecnico)
2,4,5-triclorofenol
2,4,6-triclorofenol
Acido 2,4,5-tricloro
fenoxipropionico (silvex)
Concentración
máxima
permitida
(mg/l)
5.0
100.00
1.0
5.0
5.0
0.2
5.0
5.0
1.0
5.0
0.03
200.0
200.0
200.0
Constituyente
10.0
Benceno
Eter bis (2-cloro etilico)
Clorobenceno
Cloroformo
Cloruro de metilo
Cloruro de vinilo
1,2-diclorobenceno
1,4-diclorobenceno
1.2-dicloroetano
1.1-dicloroetileno
Disulfuro de carbono
Fenol
Hexaclorobenceno
Hexacloro-1,3butadieno
Isobutanol
0.13
0.02
3.0
0.4
10.0
2.0
100.0
1.5
0.5
Etilmetilcetona
1.1.1.2-tetracloroetano
1.1.2.2-tetracloroetano
Tetracloruro de carbono
Tetracloroetileno
Tolueno
1.1.1-tricloroetano
1.1.2-tricloroetano
Tricloroetileno
Concentración
máxima
permitida
(mg/l)
0.5
0.05
100.0
6.0
8.6
0.2
4.3
7.5
0.5
0.7
14.4
14.4
0.13
0.5
36.0
200.0
10.0
1.3
0.5
0.7
14.4
30.0
1.2
0.5
400.0
2.0
1.0
Fuente: Decreto 2635. Modificado Vílchez 2013
12
�4. La mezcla suelo/desecho debe cumplir con los parámetros establecidos en la lista
siguiente. (Tabla. 1.3).
Tabla. 1.3 Límites permisibles de la mezcla suelo/desecho.
pH
Conductividad eléctrica (mmhos/cm)
Cloruros totales (ppm)
Relación de adsorción de Sodio (RAS)
Aluminio intercambiable (meq/100 gr)
Saturación con bases (%)
Aceites y grasas (% en peso)
Arsénico
Bario
Cadmio
Mercurio
Selenio
Plata
Cromo
Cinc
Plomo
5-8
< 3,5
< 2.500
<8
< 1,5
> 80
≤1
25 mg/kg
20.000 mg/kg
8 mg/kg
1 mg/kg
2 mg/kg
5 mg/kg
300 mg/kg
300 mg/kg
150 mg/kg
Fuente: Vílchez 2013
1.4 Menes.
El petróleo se menciona desde la llegada de los españoles a Venezuela. Al recorrer
las costas de Maracaibo a la Isla de Cubagua y llegando a esta última, es donde
descubren ese “Licor Verde”. Desde esa fecha, se empieza hablar de un aceite de
olor desagradable que fluye de manera natural “junto al mar”, al que los aborígenes
dan diversos usos: Calafatear sus barquichuelos, proteger ciertos enseres, hacen luz
quemándolo y en aplicación con fines medicinales.
Este mineral que describe Fernández de Oviedo G. y Valdez (1535), en su Historia
Natural de los Indios y Tierra Firme del Mar Océano, lo llama “según los naturales
starcus daemonii o Mene, como lo denominan los indígenas del Lago de Maracaibo.
Es el emperador Carlos V quien, en 1539, recibe el primer barril de petróleo
exportado por un país, enviado desde la isla de Cubagua por el Tesoro de Nueva
13
�Cádiz Francisco de Costellao, para aliviar la gota del emperador. Es una señal de lo
que sería el signo de la Venezuela del siglo XX
XX. (Muñoz, 1987).
Los menes son emanaciones petrolíferas que provienen del subsuelo y afloran o
salen
len a la superficie de forma natural, a través, de la porosidad de la roca o fracturas
abiertas. El termino mene es el nombre que le asignaron nuestros indígenas. La
existencia de un mene podría ser los primeros indicios de la presencia de
hidrocarburos en el subsuelo, los primeros geólogos exploradores de petróleo lo
usaban como signo de la existencia de un posible yacimiento petrolífero.
petrolífero (Figura. 1.2)
Figura. 1.2 Mene cerro la estrella mene grande.
Fuente: Vílchez 2013
1.5 Métodos de evaluación de impacto ambiental.
Los métodos y técnicas usualmente aceptadas están destinados a medir tanto los
impactos directos, que involucran pérdida parcial o total de un recurso o el deterioro
de una variable ambiental, como la acumulación de impactos ambientales y la
inducción de riesgos potenciales.
La utilización de métodos para identificar las modificaciones en el medio, es una
tarea relativamente fácil. Pero otra cosa es la calificación de esas modificaciones:
todos los aspectos y parámetros pueden medirse; la dificultad está en valorarlos.
La medición puede ser cuantitativa o cualitativa; ambas son igualmente importantes,
aún cuando requieren de criterios específicos para su definición adecuada. La
14
�predicción implica seleccionar los impactos que efectivamente pueden ocurrir y que
merecen una preocupación especial por el comportamiento que pueda presentarse.
Es importante contrastarlos con indicadores de la calidad ambiental deseada.
Algunos de los métodos utilizados permiten identificar los impactos. A continuación
se muestran en la tabla. 1.4 los principales métodos para la evaluación de impactos
ambientales.
Tabla 1.4 Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales.
Métodos
1.- Reuniones de expertos. Solamente a considerar cuando se trata de estudiar un impacto
muy concreto y circunscrito. Si no ocurre así, no se puede pretender ni rapidez ni exhaustividad,
a causa de los cruces interdisciplinarios. El método Delphi ha sido de gran utilidad en estos
casos.
2.- Lista de Chequeo “check lists”. Son listas exhaustivas que permiten identificar
rápidamente los impactos. Existen las puramente “indicativas”, y las “cuantitativas”, que utilizan
estándares para la definición de los principales impactos (por ejemplo contaminación del aire
según el número de viviendas).
3.- Matrices simples de causa-efecto. Son matrices limitadas a relacionar la variable
ambiental afectada y la acción humana que la provoca.
4.- Grafos y diagramas de flujo. Tratan de determinar las cadenas de impactos primarios y
secundarios con todas las interacciones existentes y sirven para definir tipos de impactos
esperados.
5.- Cartografía ambiental o superposición de mapas (overlay). Se construyen una serie de
mapas representando las características ambientales que se consideren influyentes. Los mapas
de síntesis permiten definir las aptitudes o capacidades del suelo ante los distintos usos, los
niveles de protección y las restricciones al desarrollo de cada zona.
6.- Redes. Son diagramas de flujo ampliados a los impactos primarios, secundarios y terciarios.
7.- Sistemas de Información Geográficos. Son paquetes computacionales muy elaborados,
que se apoyan en la definición de sistemas. No permiten la identificación de impactos, que
necesariamente deben estar integrados en el modelo, sino que tratan de evaluar la importancia
de ellos.
8.- Matrices. Consisten en tablas de doble entrada, con las características y elementos
ambientales y con las acciones previstas del proyecto. En la intersección de cada fila con cada
columna se identifican los impactos correspondientes. La matriz de Leopold es un buen ejemplo
de este método. En matrices más complejas pueden deducirse los encadenamientos entre
9.- Criterios relevantes integrados. El método consiste en asignar valores a los efectos
adversos relevantes de acuerdo a los criterios de probabilidad , intensidad, duración, extensión
y reversibilidad del efecto , para obtener un valor de impacto ambiental por efecto y la
jerarquización de los mismos
Fuente: Espinoza 2001 Modificada Vílchez
15
�Como se aprecia en la tabla 4 existe una amplia variedad de métodos que permiten
la evaluación de impacto ambiental en una determina área o actividad. La selección
del método apropiado
a utilizar es un punto crucial en los resultados de la
evaluación. No es posible establecer una formula única para emplear un método en
particular en una evaluación de impacto ambiental, por lo tanto ningún método por sí
solo, puede ser utilizado para satisfacer la gran variedad y tipos de actividades que
intervienen en un estudio de impacto ambiental, por lo tanto la clave está en
seleccionar adecuadamente el método más apropiado de acuerdo a las necesidades
de cada estudio.
Por lo antes expuesto en el presente estudio se aplicará el método de los Criterios
relevantes integrados (CRI) formulado por Buroz en Venezuela en 1990, el mismo
requiere de un grupo multidisciplinario de profesionales, consiste en establecer la
identificación del impacto a estudiar, con sus indicadores ponderados y su respectiva
tabla de valoración para dichos indicadores, para posteriormente aplicar una series
de medidas de prevención, mitigación o de corrección. Se decidió utilizar dicho
método debido a los antecedentes del mismo aplicado por PDVSA en relación a los
casos de abandono y desincorporación de pozos petroleros en razón de derrames
de hidrocarburos provocados por estos debido a filtraciones de los revestidores.
1.6 Método de los criterios relevantes integrados (Buroz, 1990).
El método a utilizar para la evaluación de los impactos ambientales denominado
Criterios relevantes integrados (Buroz, 1990) está basado en un análisis multicriterio,
partiendo de la idea de que un impacto ambiental se puede estimar a partir de la
discusión y análisis de criterios con valoración ambiental, de los cuales se
seleccionan dependiendo de la naturaleza del proyecto.
1.6.1 Identificación de los impactos.
Para identificar los impactos que están operando o interactuando sobre el área
previamente seleccionada, es requisito indispensable conocer las diferentes
16
�actividades que se generan durante la ejecución del proyecto y las cuales producen
efectos sobre el medio físico, biológico y socio-económico.
Se mantiene un orden consecutivo según el medio afectado.
Medio Físico
MF - 01
Medio Biológico
MB - 01
Medio Socioeconómico
MSE – 01
1.6.2 Indicadores del impacto.
� Intensidad (I): Cuantificación de la fuerza, peso o rigor con que se manifiesta
el proceso o impacto puesto en marcha.
� Extensión (E): Influencia espacial o superficie afectada por la acción
antrópica. Es decir, Medida del ámbito espacial o superficie donde ocurre la
afectación.
� Duración (D): Lapso o tiempo que dura la perturbación. Período durante el
cual se sienten las repercusiones del proyecto o número de años que dura la
acción que genera el impacto.
� Reversibilidad (Rv): La posibilidad o dificultad para retornar a la situación
actual.
� Riesgo (Ri): Probabilidad de que el efecto ocurra.
La escala de valores para todos los indicadores estará comprendida entre 1 y 10.
1.6.3 Valor de impacto ambiental (VIA).
Este método considera que el valor del impacto ambiental (VIA), es generado por
una acción es producto de las siguientes variables tal como se muestra en la figura
1.3.
17
�MÉTODO DE LOS CRITERIOS RELEVANTES INTEGRADOS
Intensidad
Extensión
Duración
Reversibilidad
Riesgo
Valor de Impacto Ambiental (VIA)
Figura 1.3 Diagrama del VIA
Fuente: Buroz, (1990).
En la tabla 1.5 se muestra la clasificación de los impactos según su valor
Tabla. 1. 5 Escala de clasificación de impactos
Valor
6-10
Intensidad
Alta
Extensión
Generalizada
> 75%
Duración
Larga
(>5años)
3-5
Media
Local o
Extensiva
10% - 75%
Media
(2>5 años)
1-2
Baja
Puntual
< 10 %
Corta
(<2 años)
Reversibilidad
Irreversible
(baja capacidad
o irrecuperable)
Medianamente
reversible de 11
a 20 años, largo
plazo
Reversible (a
corto plazo <de
10 años
Riesgo
Alto
(>50%)
Medio
(10 a
50%)
Bajo
(<10%)
Fuente: Buroz, (1990).
Posterior a la asignación de valores para cada una de las variables antes descritas
se procede a introducir esos datos en la siguiente formula, para asignarle una
categoría:
VIA = I x Wi + E x We + D x Wd + Rv x WRv + Ri x WRi (1)
Donde,
I = Intensidad
E = Extensión
D = Duración
18
�Rv = Reversibilidad
Ri = Riesgo
Wi = Peso con que se pondera la intensidad
We = Peso con que se pondera la extensión
Wd = Peso con que se pondera la duración
WRv = Peso con que se pondera la reversibilidad
WRi = Peso con que se pondera el riesgo
1.6.4 Ponderación de los indicadores de impacto.
La prueba del método en numerosos proyectos indicó la necesidad de diferenciar el
peso de cada indicador. Los diferentes análisis indicaron que los mejores resultados
se obtenían con la ponderación mostrada en la siguiente tabla 1.6
Tabla 1.6. Criterios de evaluación y peso asignado.
Indicador
Peso (%)
Intensidad
30
Extensión
20
Duración
10
Reversibilidad
20
Riesgo
20
Fuente: Buroz, (1990).
Los resultados de la evaluación se reflejan en la ficha descriptiva que se muestra a
continuación
1.6.5 Ficha descriptiva del resultado de la evaluación
Jerarquización de los impactos
Nombre / Código
Descripción
19
�1.6.6 Jerarquización de impacto ambiental (JIA).
Una vez que se han aplicado las metodologías pertinentes, para identificar los
impactos ambientales, los ordenamos de mayor a menor valor, con el fin de
establecer prioridades, en cuanto a las propuestas y ejecución de medidas.
La siguiente tabla, presenta la Jerarquización de los impactos a partir del valor de
impacto ambiental (VIA). (Tabla 1.7)
Tabla 1.7 Jerarquización de impactos.
Categoría
I
II
III
IV
Ocurrencia
Muy alta
Alta
Moderada
Baja
Valor de VIA
VIA >8
6< VIA ≤ 8
4< VIA ≤ 6
VIA ≤ 4
Fuente: Buroz, 1990.
1.6.7 Aplicación de medidas ambientales de prevención, mitigación o
corrección.
� CATEGORÍA I. Probabilidad de ocurrencia muy alta. VIA ≥ 8. Máxima atención.
Medidas preventivas para evitar su manifestación.
� CATEGORÍA II. Probabilidad de ocurrencia alta. 6 <VIA < 8. Medidas mitigantes
o correctivas (preferiblemente estas últimas). Normalmente exigen monitoreo o
seguimiento.
� CATEGORÍA III. Probabilidad de ocurrencia moderada. 4 < VIA < 6. Medidas
preventivas, que pueden sustituirse por mitigantes, correctivas o compensatorias
cuando el impacto se produzca, si aquéllas resultaran costosas.
� CATEGORÍA IV. Probabilidad de ocurrencia baja o media. VIA ≤ 4. No se aplican
medidas, a menos que se trate de áreas críticas o de medidas muy económicas.
1.7 Análisis S.A.R.A.
Consiste en la determinación de las cuatro familias de compuestos químicos que
conforman el crudo, en términos de la concentración de hidrocarburos saturados,
aromáticos, resinas y asfáltenos.
20
�La
representación
de
estas
variables,
en
un
diagrama
ternario
de
las
concentraciones en % en peso que incluye hidrocarburos saturados, aromáticos y
resinas más asfáltenos en los tr
tres vértices del mismo (Figura. 1.4),
), posibilitó a Tissot
y Welte (1984) la inclusión de 636 muestras de crudos de todo el mundo, incluyendo
incluye
algunos crudos pesados y a
asfaltos de arenas bituminosas. El gráfico permite
reconocer:
En primer término un campo de isofrecuencias, correspondiente a una concentración
de hidrocarburos saturados en el orden de 60% en peso, que determina la familia de
crudos normales (maduros, no alterados) que generalmente son del tipo parafínicoparafínico
nafténico (Tissot y Welte, 1984).
Un segundo grupo de crudos, normales, con tenores de saturados en el orden de 3535
40%
en
peso,
representan
crudos
de
carácter
más
aromático.
El tercer grupo, con valores de resinas más asfáltenos superiores a 40% en peso,
constituyen una familia de crudos pesados y asfaltos, muy probablemente alterados,
aunque este subgrupo abarca también crudos pesados inmaduros térmicamente
(Tissot y Welte, 1984).
Figura. 1.
1.4 Diagrama ternario SARA
Fuente: Tissot y Welte, 1984
21
�CAPÍTULO II – MARCO METODOLOGICO.
Para toda investigación es importante que los hechos y relaciones que establecen los
resultados obtenidos tengan el grado máximo de confiabilidad, es por ello que se
plantea una sistematización de la información que servirá para establecer los hechos
y fenómenos hacia los cuales está orientada nuestra investigación. En la figura 2.1
se muestra el procedimiento para el desarrollo las etapas metodológicas de la
investigación.
Observación de campo
Caracterización del área de estudio
Toma de muestras
Procesamientos de la información
Evaluación del impacto ambiental
Determinación del sistema de medidas mitigantes y correctoras
Figura. 2.1 Etapas metodológicas de la investigación
Fuente: Vílchez 2013
2.1 Tipo de investigación.
La investigación de campo es aquella que consiste en la recolección de datos
directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos
(Datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador
obtiene la información pero no altera las condiciones existentes. De allí su carácter
22
�no experimental. (Arias, 2006).
De acuerdo a lo planteado anteriormente podemos decir que este estudio es de tipo
investigación de campo ya que en la misma se toma y recopila toda la información
requerida directamente de los menes los cuales son nuestra objeto de estudio, todo
esto a través de la observación directa, hojas de registro de datos y la toma de
muestras, sin la manipulación de las variables asociadas.
2.2 Nivel de la investigación.
El nivel de investigación tal como lo plantea (Arias, 2006). “se refiere al grado de
profundidad con que se aborda un fenómeno u objeto de estudio”.
En virtud de lo antes expuesto podemos decir que el tema de estudio es de nivel
(exploratorio, transversal), se considera exploratorio en virtud de que el tema elegido
ha sido escasamente estudiado, carente de antecedentes previos, atendiendo al
tiempo de recolección de los datos es transversal ya que los mismos fueron
recolectados en un solo momento (muestras de agua, suelo y menes), con la
finalidad de describir las variables y analizar su incidencia e interacción en un
momento dado.
2.3 Metodología aplicada.
2.3.1 Observación de campo.
Se realizó un recorrido por el Fundo Los Clavelitos específicamente por las áreas
afectadas por la presencia de hidrocarburos, se observó el estado en que se
encontraban los cauces de agua, los árboles, la fauna, los pozos petroleros
abandonados, así como también la estación de flujo concordia. Algunos de estos se
aprecian en las figuras. 2.2, 2.3, 2.4, y 2.5
23
�Figura. 2.2 Cauce de agua
Figura. 2.3 Estación de flujo concordia
Fuente: Vílchez 2013
Fuente: Vílchez 2013
do T-194
Figura. 2.4 Pozo abandonado
Figura. 2.5 Mene 1
Fuente: Vílchez 2013
Fuente: Vílchez 2013
2.3.2 Caracterización del área de estudio
estudio.
Los campos de área de Casigua El Cubo se encuentran 100 km al oeste del extremo
sur del Lago de Maracaibo tal como se muestra en la figura.. 2.6. El pozo que
descubrió la producción del área fue el T
T-1 (Toldo-1)
1) localizado por geología de
superficie en el Campo Las Cruces
Cruces.. Perforado a percusión fue completado por la
Colón Development Company en la Formación Carbonera el 16 de Julio de 1916,
con producción
oducción de 800 B/D.
24
�Figura. 2.6 Mapa del distrito colon
Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997
Estratigrafía Regional.
La columna estratigráfica comprende formaciones del Cretáceo, Paleoceno, Eoceno
y Post-Eoceno, sobre la formación Mucuchachí (Carbonífero). En la concesión Barco
la clasificación estratigráfica fue establecida por el Dr. H.D. Hedberg, quien publicó
un mapa geológico detallado de los anticlinales de Petrólea y de Río de Oro.
Se inicia el Cretáceo con un ambiente fluvio-continental de areniscas cuarzosas de
grano grueso, formación Río Negro. Sigue el Grupo Cogollo, con las calizas de la
formación Apón (miembros Tibú, Guáimaros y Mercedes); y continúa la transgresión
cretácica a las formaciones Aguardiente y Capacho (miembros La Grita, Seboruco,
25
�Guayacán), que culminó con las calizas La Luna del Cretáceo medio y las lutitas
masivas de la formación Colon. Termina el Cretáceo con la formación Mito Juan de
lutitas con capas de arenisca.
Se presenta después un ciclo regresivo Orocué-Mirador y un ciclo transgresivo
Mirador-Carbonera.
El Paleoceno está representado por el Grupo Orocué con sus tres formaciones
(Catatumbo, Barco y Los Cuervos) de lutitas y limolitas, depositadas en ambiente de
plano deltáico bajo a alto de un ciclo regresivo, granocreciente.
Discordantemente, continúan las formaciones eocenas Mirador y Carbonera, de
areniscas, lutitas, limolitas y carbón. Mirador, de ambiente fluvial de ríos
meandriformes y Carbonera de plano deltáico medio-alto en un ciclo transgresivo
granodecreciente.
La formación Carbonera fue mencionada por Kehrer en 1930 como “Lutitas
Arenosas”. La empresa Shell la llamó “Primer horizonte de carbón”, nombre inválido
aplicado en la región de Cúcuta, reemplazado en 1944 por Carbonera. Se compone
principalmente de arcilitas y lutitas con areniscas arenosas. Presenta una notoria
capa de carbón sub-asfáltico de uno a tres metros de espesor, excelente estrato-guía
en pozos y afloramientos desde Colombia hasta el campo Los Manueles, recubierto
por el intervalo petrolífero de 500’ denominado informalmente “areniscas de El
Cubo”.
Sigue la columna estratigráfica con la formación León del Oligoceno tardío y Mioceno
temprano (latitas y areniscas carbonáceas); y el Grupo Guayabo (Formaciones
Palmar, Isnotú y Betijoque) representando la sedimentación miocena con areniscas,
arcillas carbonáceas y conglomerados que se extienden hasta el Plioceno. Figura 2.7
26
�Figura. 2.7 Columna estratigráfica de los campos de distrito colon
Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997
Estructura del Campo Las Cruces.
El Campo Las Cruces es un domo fallado alargado en dirección NE-SO sobre el
corrimiento de Tarra. El corrimiento determina tres unidades tectónicas: el flanco
oeste sobrecorrido, una cuña de falla entre dos planos convergentes, y un flanco este
afectado a su vez por fallas convergentes. Se aprecia un sistema de fallas inversas
transversales, de rumbo noreste-suroeste y buzamiento oeste con desplazamiento
de 100 hasta 1.000 pies. Figura. 2.8
27
�Figura. 2.8 Mapa estructural campo las cruces
Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997
En la Figura. 2.9 Se muestra un corte geológico del Campo Las Cruces.
Figura. 2.9 Corte geológico campo las cruces
Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997
2.3.3 Toma de Muestras.
La muestra es una porción representativa de la población, que permite generalizar
sobre ésta, los resultados de una investigación. Su propósito básico es extraer
28
�información que resulta imposible estudiar en la población, porque esta incluye la
totalidad. (Chávez, 2004)
Para esta investigación se tomaron siete (7) muestras, a tres (3) de agua y dos (2)
de suelo se le realizaron análisis físico químico para fundamentar los criterios de
valoración sobre el factor agua y suelo respectivamente y a dos (2) muestras de
menes se le realizo el análisis SARA para determinar a través de diagrama de Tissot
la clasificación del hidrocarburo presente en los menes. En este sentido, el muestreo
es no probabilístico intencional ya que no se determinará probabilidad alguna y el
investigador establece previamente las unidades de análisis. (Stracuzzi ,2010)
Análisis de las muestras.
La empresa PDVSA a través del convenio con la Fundación Instituto Zuliano de
Investigaciones Tecnológicas (INZIT), solicitó realizar una serie de análisis al agua,
suelo y hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos.
Identificación de las muestras de Suelo.
Se captaron por el personal del INZIT, dos (02) muestras de sedimento el día
30 de julio del año 2013. La muestra 1 se codifico bajo las ordenes Nº 1802
(anexo D) y 1803 (artículo 50), figura 2.11, y la muestra 2 bajo las ordenes No
1819 (anexo D) y 1818 (artículo 50), figura 2.12. Se
identificaron como se
indica en la Tabla 2.1.
Tabla 2.1 Identificación de la Muestras de suelo.
Código INZIT
Descripción
Coordenadas
1803-36-13-13328
1802-36-13-13327
1818-36-13-13357
1819-36-13-13358
Suelo 1 (S1)
Suelo 1
Suelo 2 (S2)
Suelo 2
N: 08°35'32,73"
W: 72°31'59,33"
N: 08°35'42,11"
W: 72°31'55,11"
Fuente: Vílchez 2013
En la figura 2.10 se muestra la ubicación geográfica de las muestras de suelo
29
�Figura. 2.10 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de suelo
Fuente: Vílchez 2013
Suelo contaminado
Suelo contaminado
Figura. 2.11 Toma de muestra suelo 1
Figura. 2.12 Toma de muestra suelo 2
Fuente: Vílchez 2013
Fuente: Vílchez 2013
Metodología.
La muestra se analizó siguiendo los procedimientos descritos en EPA (1997) Test
Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods SW-846.
SW
Método de muestreo.
Las muestras de sedimento se captaron siguiendo los procedimientos descritos en el
"ENVIRONMENTAL PROTECT
PROTECTION AGENCY / SW 846(EPA)".
30
�Parámetros analizados.
Según lo referido en el Decreto
2.635, articulo 50; Para esparcimiento en suelos,
publicados en la Gaceta Oficial N° 5.245 "Normas para el control de la recuperación
de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos".
Cuantificación de Arsénico, Bario, Cadmio, Cromo, Mercurio, Plata, Plomo, Selenio,
Zinc, Porcentaje de Saturaci6n de Bases, Aceites y Grasas, Aluminio Intercambiable,
Cloruros totales, Conductividad eléctrica 1:2 agua/suelo, relación de Adsorción de
Sodio, medición de pH. En Lixiviado; cuantificación de Arsénico, Bario, Cadmio,
Cromo, Mercurio, Níquel, Palta, Plomo, Selenio.
Resultado de los parámetros analizados.
La tabla 2.2 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de las
muestras de suelo y anexo D.
Tabla. 2.2 Análisis de la Muestras de Suelo.
Código muestra
Orden
Descripción
Determinación de aceites
minerales e hidrocarburos
Determinación de aceites
y grasas
Determinación de aluminio
intercambiable
Determinación de cloruros
totales
Determinación de
conductividad eléctrica 1:2
agua/suelo
Determinación de relación
Absorción de sodio
Determinación de PH
Preparación de muestra
por digestado
Suelo 1
1803-36-13-13328
1803
Límites Articulo 50
Decreto No. 2635
Mezcla sueloHidrocarburos
Suelo 2
1818-36-13-13357
1818
Resultado
Suelo 1
Suelo 2
....
1.02% en peso
1.02% en peso
<= 1 % en peso
1.87 % en peso
0.69 % en peso
< 1.5 meq/100
< 0.01 meq/100
< 0.01 meq/100
< 2500 ppm
< 161 ppm
< 161 ppm
< 3.5 mS
< 0.13 mS
< 0.13 mS
<8
0.22
0.20
5-8
6.66
6.35
....
Realizada
Realizada
31
�(Cont…)
Descripción
Determinación de
porcentaje de saturación
de bases
Determinación de plata
Determinación de
arsénico
Determinación de cadmio
Determinación de cromo
Determinación de
mercurio
Determinación de plomo
Determinación de selenio
Determinación de zinc
Determinación de bario
Límites Articulo 50
Decreto No. 2635
Mezcla sueloHidrocarburos
Suelo 1
Resultado
Suelo 2
>= 80
100
100
<= 5 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 25 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 8 mg/Kg
<= 300 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 1 mg/Kg
<= 0.1 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 0.1 mg/Kg
<= 150 mg/Kg
<= 2 mg/Kg
<= 300 mg/Kg
<= 2000 mg/Kg
<= 34.6 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 31.7 mg/Kg
<= 99 mg/Kg
Muestra
Código
Orden
Suelos 1
1803-36-13-13327
1802
Suelos 2
1819-36-13-13358
1819
Descripción
Anexo D
Suelo 1
Preparación de la muestra
solida por lixiviados
Determinación de
arsénico
Determinación de bario
Determinación de cromo
Determinación de cadmio
Determinación de
mercurio
Determinación de plata
Determinación de selenio
Determinación de Níquel
<= 34.9mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 56.8 mg/Kg
<= 150 mg/Kg
Resultado
Suelo 2
...
Realizada
<= 5 mg/L
<= 0.01mg/L
<= 100 mg/L
<= 5 mg/L
<= 1 mg/L
<= 2.4 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.2 mg/L
<= 0.001mg/L
<= 5 mg/L
<= 1 mg/L
<= 5 mg/L
<= 0.01mg/L
<= 0.01mg/L
<= 0.02 mg/L
Realizada
<= 0.01mg/L
<= 2.6 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.001mg/L
<= 0.01mg/L
<= 0.01mg/L
<= 0.02 mg/L
Fuente: Vílchez 2013
Identificación de las muestras de Agua.
Se captaron por el personal del INZIT, tres (03) muestras de agua el día 30 de Julio
del año 2013, fig. 16, 17,18. Las muestras fueron codificadas bajo la orden N° 1806 e
identificadas como se indica en la Tabla 2.3
32
�Tabla. 2.3 Identificación
dentificación de las Muestras de Agua
Agua.
Código INZIT
Descripción
Coordenadas
1806-02-13-13335
Agua de mene (Am)
N:08°35'14,1"
W:72°31'56,3"
1806-02-13-13336
Agua de caño 1 (Ac1)
N:08°35'17,0"
W:72°32'52,2"
1806-02-13-13337
Agua de caño 2 (Ac2)
N:08°36'15,0"
W:72°31'36,8"
Fuente: Vílchez 2013
En la figura 2.13 se muestra lla ubicación geográfica de las muestras de agua.
Figura. 2.13 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo del agua
Figura
Figura. 2.14 Toma de muestra de Agua de Mene
Fuente: Vílchez 2013
33
�Figura. 2.15 Muestra
uestra de Agua Caño 1
Figura. 2.16 Muestra
uestra de Agua Caño 2
Fuente: Vílchez 2013
Fuente: Vílchez 2013
Metodología.
Las muestras de agua fueron analizadas siguiendo los procedimientos descritos en el
"Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" 20th Edition,
mientras que las de sedimento, se analizaron siguiendo los procedimientos descritos
en EPA (1997) Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/
Physical/Chemical
Chemical Methods
SW-846.
Método de muestreo.
Las muestras fueron tomadas en envases plásticos y de vidrio de diferentes
capacidades (500 mL y 1L). Las muestras se preservaron con los reactivos
necesarios (ácido etilendiaminotetraacé
etilendiaminotetraacético EDTA, ácido sulfúrico H2SO4, ácido
nítrico HNO3, hidróxido
xido de sodio NaOH, acetato de zinc (CH3
(CH3COO
COO) 2Zn) para evitar
fenómenos de adsorció
adsorción de elementos traza en Ia superficie de los envases en
algunos casos, y en otros, adecuar las condiciones fisicoquímicas y evitar perdida o
contaminación del analito durante el almacenaje y transporte. Una vez tomadas y
preservadas con los reactivos correspondientes, el conjunto de muestras fue
conservado
vado a temperatura controlada ((-4
4 °C) y trasladadas en el menor tiempo
posible
ible al laboratorio para los análisis respectivos.
34
�Parámetros analizados.
Muestras de agua: Art. 10 decreto Nº 883. Normas para la clasificación y el control de
la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos: aceites minerales e
hidrocarburos, aceites y grasas, demanda bioquímica de oxígeno, demanda química
de oxígeno, detergentes, espuma, nitrógeno total, pH, sólidos sedimentables, sólidos
flotantes, sólidos suspendidos, color real, cuantificación de metales: fosforo, hierro,
manganeso, cromo, estaño, aluminio, arsénico, bario, boro, cadmio, cobalto, cobre,
mercurio, plata, plomo, selenio, zinc, fenoles, sulfuros, fluoruros, nitritos+nitratos,
sulfatos, sulfitos, cloruros, cianuros, coliformes totales.
Resultado de los parámetros analizados.
La tabla 2.4 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de la
muestra de agua.
Tabla. 2.4 Resultados de las muestras de agua.
Agua de mene
Código muestra
1806-02-1313335
Orden
1806
Descripción
Determinación de aceites
minerales e hidrocarburos
Determinación de aceites y
grasas
Determinación de cloruros
Determinación de color real
Determinación de demanda
bioquímica de oxigeno
Determinación de demanda
química de oxigeno
Determinación de
detergentes
Límites
Articulo 10
Decreto No.
883
Agua de caño 1
Agua de caño 2
1806-02-1313336
1806
1806-02-1313337
1806
Resultados
Agua de
mene
Agua de
caño 1
Agua de
caño 2
<= 20 mg/l
I57 mg/l
0.31 mg/l
0.51 mg/l
<= 20 mg/l
191 mg/l
I.13 mg/l
1.72 mg/l
<= 1000 mg/l
<= 500 Pt-Co
4 mg/l
11 Pt-Co
7 mg/l
5 Pt-Co
5 mg/l
9 Pt-Co
<= 60 mg/l
19 mg/l
6 mg/l
8 mg/l
<= 350 mg/l
98 mg/l
28 mg/l
42 mg/l
<= 2 mg/l
< 0,05 mg/l
< 0,05 mg/l
< 0,05 mg/l
35
�(Cont…)
Descripción
Determinación de cianuros
Determinación de sólidos
suspendidos
Determinación de aluminio
Determinación de arsénico
Determinación de bario
Determinación de boro
Determinación de cobalto
Determinación de cobre
Determinación de cromo
Límites
Articulo 10
Decreto No.
883
<= 0,2 mg/l
Resultados
Agua de
mene
< 0,05 mg/l
Agua de
caño 1
< 0,05 mg/l
Agua de
caño 2
< 0,05 mg/l
<= 80 mg/l
156 mg/l
26 mg/l
38 mg/l
<= 5 mg/l
<= 0,5 mg/l
<= 5 mg/l
<= 5 mg/l
<= 0,5 mg/l
<= 1 mg/l
<= 2 mg/l
< 0,1 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,1 mg/l
< 0,3 mg/l
< 0,03 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,02 mg/l
< 0,002
mg/l
< 0,8 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,1 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,1 mg/l
< 0,30 mg/l
< 0,03 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,02 mg/l
Determinación de cadmio
<= 0,2 mg/l
Determinación de estaño
Determinación de plata
Determinación de plomo
Determinación de fosforo
total
Determinación de nitritos +
nitratos
Determinación de nitrógeno
total
Determinación de sólidos
flotantes
Determinación de sólidos
sedimentables
Determinación de sulfatos
Determinación de sulfitos
Determinación de sulfuros
Presencia de espuma
Medición de pH
Determinación de fenoles
Determinación de fluoruros
Determinación de hierro
Determinación de
manganeso
Determinación de selenio
<= 5 mg/l
<= 0,1 mg/l
<= 0,5 mg/l
< 0,1 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,1 mg/l
< 0,30 mg/l
< 0,03 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,02 mg/l
< 0,002
mg/l
< 0,8 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,01 mg/l
<= 10 mg/l
< 0,05 mg/l
< 0,05 mg/l
< 0,05 mg/l
<= 10 mg/l
9.43 mg/l
7.15 mg/l
10.5 mg/l
<= 40 mg/l
9.43 mg/l
7.15 mg/l
10.5 mg/l
Ausentes
0.4 mg/l
< 0.1 mg/l
0.1 mg/l
<= 1 mg/l
< 0.5 mg/l
< 0.5 mg/l
< 0.5 mg/l
<= 1000 mg/l
<= 2 mg/l
<= 0,5 mg/l
Ausente
6-9
<= 0,5 mg/l
<= 5 mg/l
<=10 mg/l
< 5 mg/l
< 0.5 mg/l
< 0.2 mg/l
Ausente
6
0.13 mg/l
0.16 mg/l
0.23 mg/l
< 5 mg/l
< 0.1 mg/l
< 0.2 mg/l
Ausente
5.98
< 0.05 mg/l
0.44 mg/l
1.23 mg/l
< 5 mg/l
< 0.1 mg/l
< 0.2 mg/l
Ausente
6
< 0.05 mg/l
0.07 mg/l
1.62 mg/l
<= 2 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,01 mg/l
<=0,05 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,01 mg/l
Determinación de zinc
<= 5 mg/l
<=0,01 mg/l
Determinación de bacterias
coliformes totales
<=1000NMP/
100m
< 0,01 mg/l
< 0,001
mg/l
2400
NMP/100m
< 0,01 mg/l
Determinación de mercurio
< 0,01 mg/l
< 0,001
mg/l
4
NMP/100m
< 0,002 mg/l
< 0,8 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,01 mg/l
< 0,001 mg/l
2400
NMP/100
Fuente: Vílchez 2013
36
�Identificación
entificación de muestra de hidrocarburos provenientes de los menes.
Se captaron por el personal del INZIT dos (02) muestras de hidrocarburos
provenientes de los menes
menes, el día 01 de agosto de 2013, tal como se muestra en las
figuras 2.18 y 2.19 las mismas fueron y entregadas
tregadas al Laboratorio de Petróleo
Petró
el
mismo día para sus respectivos análisis, las muestras fueron
eron codificadas con la orden
Nº 1804 e identificadas
ificadas de la siguiente manera. (Tabla 2.5)
2.5).
Tabla. 2.5 Identificación
dentificación de la
las muestras de Mene.
Código INZIT
1804-06-13-13329
1804-06-13-13330
Descripción
Mene 1 (M1)
Mene 2 (M2)
Coordenadas
N:08°35'13,23"
N:08°35'44,54"
W:72°31'57,23"
31'57
W:72°31'54,84"
31'54,84
En la figura 2.17 se muestra lla ubicación geográfica de las muestras de menes
Figura. 2.17 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de menes
Suelo contaminado
Figura. 2.18 Toma de muestra Mene 1
Figura. 2.19 Toma de muestra Mene 2
Fuente: Vílchez 2013
Fuente: Vílchez 2013
37
�Metodología.
Para realizar los análisis correspondientes se siguieron los procedimientos descritos
en el "Standard ASTM for Petroleum Products and Lubricants"
Método de muestreo.
Las muestras fueron captadas atmosféricamente en el Fundo Los Clavelitos
y
colocadas en envases plásticos de 500 ml de capacidad, estas fueron tapadas
inmediatamente para evitar cualquier posible contaminación de algunos elementos
traza debido a fenómenos de adsorción. Conservadas a temperatura ambiente
fueron trasladadas al laboratorio para sus respectivos análisis.
Parámetros analizados.
A las muestras se le realizaron los análisis de: saturados, aromáticos, resinas y
asfáltenos (SARA)
Resultado de los parámetros analizados.
La tabla 2.6 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de la
muestra de menes
Tabla. 2.6 Resultados Análisis SARA.
Muestra % Saturados % Aromáticos % Resinas % Asfáltenos
Mene 01
26,47
23,53
39,78
10,22
Mene 02
26,67
30,00
27,23
16,10
Fuente: Vílchez 2013
3.3.4 Aplicación del Método de los criterios relevantes integrados.
Los impactos a ser evaluados por el método CRI se dividen en dos impactos del
medio físico y del medio biológico tal como se muestra en la tabla 2.7.
38
�Tabla. 2.7 Impactos de Ambientes a Evaluar.
Impactos
Medio Físico-Natural
MF-01 Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes de
menes
MF-02 Afectación de cauces (Afluentes) de agua por presencia de
hidrocarburos provenientes de menes
MF-03 Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de
menes
Medio Biológico
MB-01 Afectación de la flora (Cobertura vegetal) por presencia de hidrocarburos
provenientes de menes
MB-02 Alteración del habitad para la fauna (Migración y muerte) por presencia
de hidrocarburos provenientes de menes
Fuente: Vilchez 2013
Componente Medio Físico-Natural.
Código MF-01: Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes
de menes.
� Medio Afectado: Suelo.
� Localización: Fundo Los Clavelitos, Áreas de los menes M1 y M2.
� Acción generadora: Emanaciones de hidrocarburos naturales (Menes).
� Efectos: Alteración en la composición del suelo, afectación a la flora y fauna
asociada al mismo.
� Descripción del impacto: Los menes afectan la capa superficial de los suelos
del Fundo Los Clavelitos compactándolos, reducen el espacio poroso, la
composición, producen cambios de la geomorfología y también alteran el paisaje.
Cabe destacar que los suelos son de gran importancia tanto para el desarrollo
de la flora como para la diversidad de fauna de la zona.
Criterios de valoración del impacto.
� Intensidad: Esta afectación está asociada con el caudal y el grado de
contaminación del hidrocarburo que brota del mene, en este caso por ser la
descarga continua y de poco caudal, se considera como de media intensidad (4).
39
�Este
� Extensión:
impacto
se
presenta
en
diversas
áreas
del
fundo;
principalmente donde se encuentran los menes M1 y M2, y se extiende
en
dirección de la menor de pendiente de estos. La superficie afectada es de
aproximadamente 4.5 hectáreas. Por lo tanto, el nivel de extensión se considera
como local o extensiva (4).
� Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de
duración del
agente contaminante. Debido a que existen reportes de la
presencia de hidrocarburos de por lo menos 10 años, La misma se considera
como larga (10).
� Reversibilidad: La reversibilidad estará asociada a los correctivos necesarios a
implementar para lograr que el medio retome su condición original. Por ser el
mene un fenómeno natural que siempre afectara el suelo. Se deben perforar
pozos de petróleo para disminuir su caudal, Su efecto se considera
medianamente reversible con un valor de (5).
� Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo contamine el suelo
por la continua descarga, los resultados de los parámetros aceites y grasas
cercanos a los menes arrojaron que no cumple con la normativa legal vigente,
pero para las zonas alejadas a los menes se cumplen todos los parámetros, por
lo tanto se considera el riesgo como focalizado alto (8).
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.8.
Tabla. 2.8 Jerarquización del impacto sobre el suelo.
Medio
Afectado
Suelo
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
4
4
10
5
8
5,6
III
Fuente: Vilchez 2013
Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18)
VIA = 4 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 8 x 0.2 = 5,6
40
�Código MF-02: Afectación de cauces de agua por presencia de hidrocarburos
provenientes de menes.
� Medio Afectado: Cauces de agua.
� Localización: Fundo Los Clavelitos, diversos Cauces.
� Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos
provenientes
principalmente de los menes M1 y M2.
� Efectos: Alteración de las propiedades físico químicas del agua de los cauces,
afectación a la flora y fauna asociada a los mismos.
� Descripción del impacto: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes de
los menes M1 y M2 afectan los cursos de agua del Fundo Los Clavelitos,
alteran la composición físico química de los mismos. Estos cauces son de gran
importancia tanto para las plantas acuáticas y peces, como para la diversidad
de fauna de la zona.
Criterios de valoración del impacto
� Intensidad: La intensidad de la afectación está asociada con el caudal y el grado
de contaminación del hidrocarburo proveniente de los menes el cual llega hasta
los diversos cauces de agua del Fundo Los Clavelitos, la descarga
no es
continua y de poco caudal. Se considera como de baja intensidad (2).
� Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los cauces de
agua que se encuentran ubicados por debajo de la pendiente de los menes M1 y
M2; Sin embargo, El proceso de escorrentía se expande aguas abajo
aproximadamente hasta un 1 Km, esto de acuerdo a lo observado en el estudio
de campo. Por lo tanto, el nivel de afectación por extensión se considera como
local o extensiva (4).
� Duración: Este criterio está asociado al tiempo de duración del
agente
contaminante, la presencia de hidrocarburos en los cauces de agua ha estado
presente en un periodo mayor a 10 años, la duración se considera como larga
(10).
� Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a
implementar para lograr que el medio retome su condición original. Se deben
41
�colocar barreras de contención de tierra alrededor de los menes lo cual reduciría
considerablemente la probabilidad de contaminación de los cauces, por lo antes
expuesto se considera medianamente reversible (5).
� Riesgo: La probabilidad de que el hidrocarburo contamine los cauces de agua
por el continuo brote es baja, ya que los análisis físicos químicos del agua de los
caños 1 y 2 arrojaron que los parámetros aceites minerales e hidrocarburos, y
aceites y grasas se encontraban en el rango de la normativa nacional vigente,
solo estaban fuera de parámetros el agua de mene, por lo tanto en el riesgo se
considera como medio (4).
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.9.
Tabla. 2.9 Jerarquización del impacto sobre los cauces de agua.
Medio
Afectado
Cauces
de agua
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
2
4
10
5
4
4,2
III
Fuente: Vilchez 2013
Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18).
VIA = 2 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 4 x 0.2= 4,2
Código MF-03: Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de
menes.
� Medio Afectado: Aire.
� Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas cercana a los
menes M1 y M2.
� Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos volátiles provenientes
principalmente de los menes M1 y M2
ocasionan variaciones en la calidad del
aire.
� Efectos: Afectación a la flora y fauna cercana a los menes M1 y M2.
� Descripción del impacto: La liberación de los hidrocarburos volátiles
provenientes principalmente de los menes M1 y M2 afecta la calidad del aire y
42
�por ende la flora y fauna del Fundo Los Clavelitos.
Criterios de valoración del impacto.
� Intensidad: La
afectación de este parámetro se relaciona con el caudal de
hidrocarburos volátiles que se libera y su grado de contaminación, por presentar
una descarga continua de poco caudal. Se considera como de media intensidad
(3).
� Extensión: La superficie afectada directamente es la zona cercana a los menes
M1 y M2, en un área aproximada de 6 hectáreas. Por lo tanto, el nivel de
afectación por extensión se considera como local o extensiva (4).
� Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de
duración del agente contaminante. Debido a que la presencia de hidrocarburos
en el Fundo Los Clavelitos es mayor a 10 años,
se considerara de larga
duración (10).
� Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a
implementar, medidas que permitan que el medio retome su condición original.
El mene es un fenómeno natural activo y la liberación de hidrocarburos volátiles
continua. Se recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir la
liberación de los componentes volátiles a la atmósfera. Su efecto se considera
medianamente reversible (5).
� Riesgo: Existe una gran
probabilidad de que los hidrocarburos volátiles
provenientes principalmente de los menes M1 y M2 contaminen el aire por la
continua liberación, por lo tanto se considera el riesgo como alto (10).
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.10.
Tabla. 2.10 Jerarquización del impacto sobre el aire.
Medio
Afectado
Aire
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
3
4
10
5
10
5,7
III
Fuente: Vilchez 2013
43
�Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18)
VIA = 3 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 10 x 0.2= 5,7
Componente Medio Biológico.
Código MB-01: Afectación de la flora (cobertura vegetal) por presencia de
hidrocarburos provenientes de menes.
� Medio Afectado: Flora.
� Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas de los menes M1 y
M2, la zona cercana a los mismos y la zona de los cauces de agua.
� Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos
provenientes
principalmente de los menes M1 y M2.
� Efectos: Afectación a la flora por impregnación y filtración del suelo por
hidrocarburos, lo cual ocasiona sequía de la diversidad de plantas, esto ocurre
principalmente en las áreas de los menes M1, M2 y sus alrededores.
� Descripción del impacto: La vegetación que se encuentra el
Fundo Los
Clavelitos son principalmente las que se muestran en la tabla 2.11. Estas son
afectadas por infiltración de los suelos y por impregnación de hidrocarburos
provenientes principalmente de los menes M1 y M2, lo cual
trae como
consecuencia su deterioro y sequía.
Tabla 2.11 Principales representantes de la vegetación en el Fundo Los Clavelitos.
Nombre común
Nombre científico
Pasto guinea
Palo maría
Escobilla
Yagrumo
Pega pega
Helechos
Palma curuba
Lengua de suegra
Pira
Mocote
Junco de agua
Rabo de zorro
Estoraque
Panicum máximum
Triplaris caracasana
Scoparia dulcis
Cecropia peltata
Desmodium spp
Pteridium spp
Attalea butyracea
Dieffenbachia spp
Amaranthus
Cassia alata
Cyperus ligularis
Setaria geliculata
Vernonia brasiliana
Fuente: Vilchez 2013
44
�Criterios de valoración del impacto.
� Intensidad: La afectación de este parámetro es consecuencia del caudal de
hidrocarburos que se infiltra en los suelos e impregna la vegetación de la zona
de los menes M1, M2 y sus alrededores. Por presentar los resultados de los
análisis de lixiviados en las muestras de suelos en el rango de la normativa
venezolana. (Tabla. 2.2, Anexo D, pág. 30). Su intensidad se considera baja y
continua (1).
� Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los menes M1,
M2 y la zona cercana, así como también la vegetación en los afluentes con un
área aproximada de 6 hectáreas. El nivel de afectación por extensión se
considera como local o extensiva (4).
� Duración: El criterio de duración del impacto se asocia al tiempo de duración del
agente contaminante. Se reporta la presencia
de hidrocarburos en el Fundo
Los Clavelitos en un periodo mayor a 10 años, la duración se considera larga
(10).
� Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a
implementar, medidas que permitan que el medio retome su condición original.
Por ser el mene un fenómeno natural activo y de presencia
continua, se
recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir su brote y la
colocación de barreras de tierra alrededor de los menes M1 y M2. En los cauces
de agua se recomienda colocar barreras tipo cortina para evitar que la cobertura
vegetal se impregne de hidrocarburos. Se considera que este fenómeno naturall
puede ser en la flora medianamente reversible (4).
� Riesgo: Existe una gran
probabilidad de que el hidrocarburo contamine la
vegetación por la continua impregnación y en los suelos, por lo tanto se
considera el riesgo como alto (8).
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.12.
Tabla. 2.12 Jerarquización del impacto sobre la flora.
Medio Afectado
Flora
I
1
E
4
D
10
Rv
4
Ri
8
VIA
4,5
Categoría
III
Fuente: Vilchez 2013
45
�Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18)
VIA = 1 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 4 x 0.2 + 8 x 0.2 = 4,5
Código MB-02: Alteración del habitad de la fauna (Migración y muerte) por presencia
de hidrocarburos provenientes de menes.
� Medio Afectado: Fauna
� Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas de los menes M1 y
M2, la zona cercana a los mismos y la zona de los cauces de agua.
� Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos
provenientes
principalmente de los menes M1 y M2.
� Efectos: Afectación a la fauna por impregnación y liberación de hidrocarburos
volátiles, esto trae como consecuencia la migración y muerte de las diversidad
de especies que habitan en la zona.
� Descripción del impacto: La fauna que habita en el Fundo Los Clavelitos se
afecta por impregnación de hidrocarburos, así como también por la evaporación
de los componentes volátiles de los mismos, lo que trae como consecuencia la
migración y muerte de las especies que habitan en la zona, en la misma existen
una gran diversidad. (Tabla 2.13)
Tabla. 2.13 Principales representantes de la fauna en el Fundo Los Clavelitos.
Nombre común
Nombre científico
Chiguire o piropiro
Rabipelados
Lapa
Cunaguaro
Picure
Vaca
Morrocoy
Baba
Iguana
Dormilona
Mono de noche
Oso melero
Oso frontino
Hydrochanis esthmius
Didelfus
Agotipaca
Felis perdatis
Desaprocta agutí
Bos primegenius Taurus
Geochelone carbonara
Caimán cocodrilus
Iguana
Epicrates concharia
Actus trivigatus
Tamandúa mexicana
Tremaretos ornatus
Fuente: Vilchez 2013
46
�Criterios de valoración del impacto
� Intensidad: La afectación de este parámetro está asociada con el caudal de
hidrocarburos que se esparce en la zona, específicamente donde se encuentran
los menes M1, M2 y en las aguas de los cauces donde hay presencia del mismo.
En la zona de los menes los animales son
impregnados al caminar o posarse
en dichos sitios. Se observa poca presencia de animales, por lo que la intensidad
se considera como alta (6).
� Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los menes M1,
M2 y la zona de los cauces de agua que contienen presencia de hidrocarburos.
El
área es
aproximadamente
de 6 hectáreas. El nivel de afectación por
extensión se considerara como local o extensiva (4).
� Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de
duración del agente contaminante. Se reporta la presencia
de hidrocarburos
en el Fundo Los Clavelitos en un periodo mayor a 10 años, esta se considera
como larga (10).
� Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a
implementar medidas que permitan que el medio retome su condición original. El
mene un fenómeno natural activo y la presencia de hidrocarburos continua, se
recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir el brote de los
menes, y permitir que la fauna regrese al Fundo Los Clavelitos, se considera el
impacto medianamente reversible (5).
� Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo impregne y afecte
a la fauna, por lo tanto se considera el riesgo como alto (9).
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.14.
Tabla. 2.14 Jerarquización del impacto sobre la fauna.
Medio Afectado
Fauna
I
6
E
4
D
10
Rv
5
Ri
9
VIA
6,4
Categoría
II
Fuente: Vilchez 2013
Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18).
VIA = 6 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 9 x 0.2= 6.4
47
�CAPÍTULO III – ANALISIS DE RESULTADOS.
En este capítulo se presentan y analizan los resultados obtenidos durante el
desarrollo de la investigación, siguiendo la metodología expuesta en el capítulo II,
Marco metodológico, así como su relación con los objetivos específicos.
Siguiendo la secuencia de los objetivos planteados en la investigación
para la
Identificación de los principales elementos causales que generan la presencia de
hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, se realizaron dos visitas de campo al
Fundo Los Clavelitos, con la presencia del propietario del mismo y con un equipo
multidisciplinario conformado por el Ing. Luis duarte perteneciente a la gerencia de
ambiente de PDVSA y técnicos de INZIT los días 31 de julio y 01 de agosto de
2013, la cual arrojo como resultado que los pozos petroleros que ese encuentran
dentro del fundo el T-194, T-219 ,T-184, y la Estación de Flujo Concordia se
encontraban desincorporados de producción y los mismos no presentaban derrames,
por lo que se descartó que estos fueran los causantes de la presencia de
hidrocarburos. Es de señalar que durante todo el recorrido se pudo visualizar una
serie de manchas de hidrocarburos por donde no existían ningún tipo de tuberías,
estas
fluían naturalmente (Menes), siendo la más notorias
dos manchas de
aproximadamente 4.5 hectáreas.
En relación al segundo objetivo sobre la caracterización geológica de la zona
podemos decir que el Fundo Los Clavelitos se encuentra dentro del campo petrolero
conocido como Las Cruces el cual presenta una estructura tectónica compleja, con
fallas convergentes y fallas inversas transversales, lo cual pudiera explicar la
presencia de los menes en diversas áreas, ya que las fallas son la principal vía por
donde el hidrocarburos migra a la superficie.
Los resultados de los análisis de la composición físico química de las muestras de
suelo obtenidas en el Fundo Los Clavelitos y su posterior comparación con la
normativa ambiental Venezolana decreto 2635 artículo 50 se muestran en la tabla
3.1
48
�Tabla. 3.1 Comparación de las muestras de suelo con los parámetros permisibles.
Muestras
Suelo 1
Suelo 2
Código muestra
1803-36-13-13328
1818-36-13-13357
Orden
1803
1818
Descripción
Límites
Articulo 50
Decreto No. 2635
Suelo 1
Comparación
Suelo 2
Comparación
Mezcla sueloHidrocarburos
Determinación de aceites minerales e hidrocarburos
....
1.02% en peso
...
1.02% en peso
...
Determinación de aceites y grasas
<= 1 % en peso
1.87 % en peso
No Cumple
0.69 % en peso
Cumple
Determinación de aluminio intercambiable
< 1.5 meq/100
< 0.01 meq/100
Cumple
< 0.01 meq/100
Cumple
< 2500 ppm
< 161 ppm
Cumple
< 161 ppm
Cumple
< 3.5 mS
< 0.13 mS
Cumple
< 0.13 mS
Cumple
Determinación de relación Absorción de sodio
<8
0.22
Cumple
0.20
Cumple
Determinación de PH
5-8
6.66
Cumple
6.35
Cumple
Preparación de muestra por digestado
....
Realizada
...
Realizada
...
Determinación de porcentaje de saturación de bases
>= 80
100
Cumple
100
Cumple
Determinación de plata
<= 5 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
Cumple
<= 1.0 mg/Kg
Cumple
Determinación de arsénico
<= 25 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
Cumple
Cumple
Determinación de cadmio
<= 8 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
Cumple
<= 1.0 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
Determinación de cloruros totales
Determinación
agua/suelo
de
conductividad
Determinación de cromo
Determinación de mercurio
Determinación de plomo
Determinación de selenio
Determinación de zinc
Determinación de bario
eléctrica
1:2
<= 300 mg/Kg
<= 1 mg/Kg
<= 150 mg/Kg
<= 2 mg/Kg
<= 300 mg/Kg
<= 2000 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 0.1 mg/Kg
<= 34.6 mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 31.7 mg/Kg
<= 99 mg/Kg
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
<= 1.0 mg/Kg
<= 0.1 mg/Kg
<= 34.9mg/Kg
<= 1.0 mg/Kg
<= 56.8 mg/Kg
<= 150 mg/Kg
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
49
�(Cont…)
Muestra
Suelo 1
Código
Orden
1803-36-13-13327
1802
Descripción
Suelo 2
1819-36-13-13358
1819
Articulo 50
Resultado
Anexo D Decreto No. 2635
Suelo1
Comparación
Preparación de la muestra solida
por lixiviados
...
Realizada
...
Determinación de arsénico
<= 5 mg/L
<= 0.01mg/L
Cumple
Determinación de bario
Determinación de cromo
Determinación de cadmio
Determinación de mercurio
Determinación de plata
Determinación de selenio
Determinación de Níquel
<= 100 mg/L
<= 5 mg/L
<= 1 mg/L
<= 0.2 mg/L
<= 5 mg/L
<= 1 mg/L
<= 5 mg/L
<= 2.4 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.001mg/L
<= 0.01mg/L
<= 0.01mg/L
<=0.02 mg/L
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Resultado
Suelo 2
Comparación
Realizada
<= 0.01mg/L
<= 2.6 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.02 mg/L
<= 0.001mg/L
<= 0.01mg/L
<= 0.01mg/L
<= 0.02 mg/L
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Del cuadro anterior podemos señalar que los resultados obtenidos para muestra de suelo 1 código 1803-36-13-13328,
indican que el parámetro aceites y grasas, no cumplen con la normativa legal vigente, cabe destacar que esta muestra
fue tomada cercana a los menes. Los obtenidos para la misma muestra anexo D código 1802-36-13-13327, indican que
todos los parámetros cumplen con la normativa legal vigente.
Los resultados obtenidos para muestra de suelo 2 código 1818-36-13-13357 y código 1819-36-13-13358 anexo D, indican
que todos los parámetros cumplen con la normativa legal vigente.
Los resultados de los
análisis de la composición físico química de las muestras de agua obtenidas en el Fundo Los
Clavelitos y su posterior comparación con la normativa ambiental Venezolana decreto 883 artículo 10, se muestran en la
tabla 3.2.
50
�Tabla. 3.2 Comparación de las muestras de agua con los parámetros permisibles.
Descripción
Límites
Articulo 10
Decreto No.
883
Resultado
Agua de
Mene
Comparación
Resultado
Agua de
Caño 1
Comparación
Resultado
Agua de
Caño 2
Comparación
Determinación de aceites
minerales e hidrocarburos
<= 20 mg/l
I57 mg/l
No Cumple
0.31 mg/l
Cumple
0.51 mg/l
Cumple
Determinación de aceites
y grasas
<= 20 mg/l
191 mg/l
No Cumple
I.13 mg/l
Cumple
1.72 mg/l
Cumple
Determinación de cloruros
<= 1000 mg/l
4 mg/l
Cumple
7 mg/l
Cumple
5 mg/l
Cumple
Determinación
real
<= 500 Pt-Co
11 Pt-Co
Cumple
5 Pt-Co
Cumple
9 Pt-Co
Cumple
Determinación
de
demanda bioquímica de
oxigeno
<= 60 mg/l
19 mg/l
Cumple
6 mg/l
Cumple
8 mg/l
Cumple
Determinación
demanda
química
oxigeno
de
de
<= 350 mg/l
98 mg/l
Cumple
28 mg/l
Cumple
42 mg/l
Cumple
Determinación
detergentes
de
<= 2 mg/l
< 0,05 mg/l
Cumple
< 0,05 mg/l
Cumple
< 0,05 mg/l
Cumple
Determinación de cianuros
<= 0,2 mg/l
< 0,05 mg/l
Cumple
< 0,05 mg/l
Cumple
< 0,05 mg/l
Cumple
Determinación de sólidos
suspendidos
<= 80 mg/l
156 mg/l
No Cumple
26 mg/l
Cumple
38 mg/l
Cumple
Determinación de aluminio
<= 5 mg/l
< 0,1 mg/l
Cumple
< 0,1 mg/l
Cumple
< 0,1 mg/l
Cumple
Determinación de arsénico
<= 0,5 mg/l
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
Determinación de bario
<= 5 mg/l
< 0,1 mg/l
Cumple
< 0,1 mg/l
Cumple
< 0,1 mg/l
Cumple
Determinación de boro
<= 5 mg/l
< 0,30 mg/l
Cumple
< 0,3 mg/l
Cumple
< 0,30 mg/l
Cumple
Determinación de cobalto
<= 0,5 mg/l
< 0,03 mg/l
Cumple
< 0,03 mg/l
Cumple
< 0,03 mg/l
Cumple
de
color
51
�(Cont…)
Descripción
Límites
Articulo 10
Decreto No.
883
Resultado
Agua de
Mene
Comparación
Resultado
Agua de
Caño 1
Comparación
Resultado
Agua de
Caño 2
Comparación
Determinación de cobre
<= 1 mg/l
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
Determinación de cromo
<= 2 mg/l
< 0,02 mg/l
Cumple
< 0,02 mg/l
Cumple
Determinación de cadmio
<= 0,2 mg/l
< 0,002 mg/l
Cumple
< 0,002 mg/l
Cumple
< 0,002 mg/l
Cumple
Determinación de estaño
<= 5 mg/l
< 0,8 mg/l
Cumple
< 0,8 mg/l
Cumple
< 0,8 mg/l
Cumple
Determinación de plata
<= 0,1 mg/l
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
Determinación de plomo
<= 0,5 mg/l
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
Determinación de fosforo
total
<= 10 mg/l
< 0,05 mg/l
Cumple
< 0,05 mg/l
Cumple
< 0,05 mg/l
Cumple
Determinación de nitritos +
nitratos
<= 10 mg/l
9.43 mg/l
Cumple
7.15 mg/l
Cumple
10.5 mg/l
No Cumple
Determinación
nitrógeno total
<= 40 mg/l
9.43 mg/l
Cumple
7.15 mg/l
Cumple
10.5 mg/l
No Cumple
Determinación de sólidos
flotantes
Ausentes
0.4 mg/l
No Cumple
< 0.1 mg/l
Cumple
0.1 mg/l
Cumple
Determinación de sólidos
sedimentables
<= 1 mg/l
< 0.5 mg/l
Cumple
< 0.5 mg/l
Cumple
< 0.5 mg/l
Cumple
Determinación de sulfatos
<= 1000 mg/l
< 5 mg/l
Cumple
< 5 mg/l
Cumple
< 5 mg/l
Cumple
Determinación de sulfitos
<= 2 mg/l
< 0.5 mg/l
Cumple
< 0.1 mg/l
Cumple
< 0.1 mg/l
Cumple
Determinación de sulfuros
<= 0,5 mg/l
< 0.2 mg/l
Cumple
< 0.2 mg/l
Cumple
< 0.2 mg/l
Cumple
Presencia de espuma
Ausente
Ausente
Cumple
Ausente
Cumple
Ausente
Cumple
Medición de pH
6-9
6
Cumple
5.98
No Cumple
6
Cumple
Determinación de fenoles
<= 0,5 mg/l
0.13 mg/l
Cumple
< 0.05 mg/l
Cumple
< 0.05 mg/l
Cumple
Determinación de fluoruros
<= 5 mg/l
0.16 mg/l
Cumple
0.44 mg/l
Cumple
0.07 mg/l
Cumple
de
< 0,01 mg/l
< 0,02 mg/l
Cumple
Cumple
52
�(Cont…)
Descripción
Límites
Articulo 10
Decreto No.
883
Resultado
Agua de
Mene
Comparación
Resultado
Agua de
Caño 1
Comparación
Resultado
Agua de
Caño 2
Comparación
<=10 mg/l
0.23 mg/l
Cumple
1.23 mg/l
Cumple
1.62 mg/l
Cumple
<= 2 mg/l
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
Determinación de selenio
<=0,05 mg/l
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
Determinación de zinc
<= 5 mg/l
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
< 0,01 mg/l
Cumple
Determinación de mercurio
<=0,01 mg/l
< 0,001 mg/l
Cumple
< 0,001 mg/l
Cumple
< 0,001 mg/l
Cumple
Determinación
bacterias
totales
<=1000NMP/100m
4 NMP/100m
Cumple
2400 NMP/100m
No Cumple
Determinación de hierro
Determinación
manganeso
de
de
coliformes
2400 NMP/100
No Cumple
Al realizar la comparacion de los limites permisibles de las muestras de agua con la normativa ambiental Venezolana
decreto 883 articulo 10 en la tabla 3.2 nos dio como resultado para muestra de agua de Mene, código 1806-02-13-13335,
que los parámetros: aceites minerales e hidrocarburos, aceites y grasas, sólidos suspendidos y sólidos flotantes no
cumplen.
Los resultados obtenidos para muestra de agua de caño 1, código 1806-02-13-13336, indican que los parámetros :
sólidos flotantes pH, bacterias coliformes totales no cumplen con la normativa legal vigente
Los resultados obtenidos para muestra de agua de caño 2, código 1806-02-13-13337, indican que los parámetros: nitritos
+ nitratos, sólidos flotantes, coliformes totales no cumplen con la normativa legal vigente.
53
�El análisis SARA realizado a las muestras de menes M1 y M2 arrojaron a través del
diagrama ternario de Tissot y Welte, 1984 que los hidrocarburos
s presentes en los
menes se clasifican como
pesados alterados o biodegradados, con valores de
resinas más alfártenos entre 43.33 y 50 % en peso, tal como se muestra
mues en la figura.
3.1
Figura. 3.1 Diagrama ternario SARA de las muestras M1 y M2
Dando cumplimiento al cuarto objetivo sobre lla aplicación del
el método de los CRI para
la determinación del impacto ambiental podemos decir que se realizó una evaluación
final sobre cada uno de los medios afectados la cual se muestra a continuación.
Evaluación final del impacto
mpacto sobre el medio afectado s
suelo.
Este impacto de clasifica
a como de categoría III, posee una probabilidad de ocurrencia
moderada, Se recomienda como medida mitigante realizar una barrera (muro de
54
�contención de tierra), alrededor de los menes M1 y M2 con la finalidad de retener el
hidrocarburo y minimizar su avance, así como también realizar perforaciones de
pozos petroleros para aliviar las presiones del yacimiento y de esta manera disminuir
el caudal de salida del mene y minimizar su afectación al suelo.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado agua.
Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es
moderada, como medida mitigante se recomienda colocar una barrera tipo cortina,
las mismas se utilizan para bajas profundidades en los cauces de agua afectados,
con la finalidad de retener el hidrocarburo y de esta manera minimizar la
contaminación aguas abajo.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado aire.
Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es
moderada, como medida correctivas se recomienda la perforación de pozos
petroleros cerca de los menes M1 y M2, con la finalidad de disminuir el caudal de
descarga de estos a la superficie y por consiguiente la liberación a la atmósfera de
los hidrocarburos volátiles.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado flora.
Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es
moderada, como medida mitigante o correctiva se recomienda la perforación de
pozos petroleros cercanos a los menes M1 y M2 para de esta manera disminuir su
presencia, así como también colocar muros de contención de tierra alrededor de los
mismos con la finalidad de contener su avance y confinarlo a la hora de un incendio.
En los cauces de agua se recomienda colocar las barreras tipo cortina esto con la
finalidad de evitar la impregnación y posterior sequia de la vegetación tanto de la
zona de los suelos como la acuática del Fundo Los Clavelitos.
55
�Evaluación final del impacto sobre el medio afectado fauna.
Este impacto se clasifica como de categoría II, la probabilidad de ocurrencia es alta,
se recomienda la máxima atención para este medio afectado. En la visita al zona de
estudio se evidencio poca presencia de animales en los suelos, árboles y en los
cauces de agua, se consiguieron restos de animales en los menes M1 y M2. Se
recomienda como medida correctiva la perforación de pozos petroleros cercanos a
los menes M1 y M2 para de esta manera disminuir el brote de estos, barreras de
tierra
cercadas alrededor de los menes M1 y M2 para evitar que los animales
queden atrapados en ellos, así como también barreras tipo cortina cercadas. Cabe
destacar que la fauna es el medio más afectado.
Para finalizar con los análisis de resultados se elaboró
una tabla resumen del
método CRI en la cual se ordenaron los impactos del medio físico y biológico de
mayor a menor VIA, con la finalidad de proponer que se ejecuten las medidas
mitigantes y correctivas priorizando el orden que ellas presentan. (Tabla 3.3)
56
�Tabla. 3.3 Resumen del método
Código
Nombre del Impacto
Descripción
Medio
Afectado
VIA
Probabilidad
de
Ocurrencia
Aire
5,7
Moderada
Suelo
5,6
Moderada
Medidas a Aplicar
Componente Medio Físico-Natural
MF-03
MF-01
MF-02
Afectación del aire por
presencia de hidrocarburos
provenientes de menes
La liberación de los hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de
los menes M1 y M2 afecta la calidad del aire y por ende la flora y fauna del
Fundo Los Clavelitos.
Afectación de suelos por
presencia de hidrocarburos
provenientes de menes
Los menes afectan la capa superficial de los suelos del Fundo Los Clavelitos
compactándolos, reducen el espacio poroso, la composición, producen
cambios de la geomorfología y también alteran el paisaje. Cabe destacar que
los suelos son de gran importancia tanto para el desarrollo de la flora como
para la diversidad de fauna de la zona.
Afectación del agua de los
cauces (afluentes ) por
presencia de hidrocarburos
provenientes de menes
Las emanaciones de hidrocarburos provenientes de los menes M1 y M2
afectan los cauces de agua del Fundo Los Clavelitos, alteran la composición
físico química de los mismos. Estos cauces son de gran importancia tanto
para las plantas acuáticas y peces, como para la diversidad de fauna de la
zona.
Correctivas:
Perforación de pozos
petroleros cerca de
los menes M1 y M2
Mitigante:
Muro de contención
de Tierra
Correctiva:
Perforación de pozos
de petróleo.
Agua
4,2
Moderada
Mitigante:
Se recomienda
colocar una barrera
tipo cortina.
Componente Medio Biológico
MB-02
Alteración del habitad para
la fauna ( Migración y
muerte) por presencia de
hidrocarburos provenientes
de menes
La fauna que habita en el Fundo Los Clavelitos se afecta por impregnación
de hidrocarburos y también por la evaporación de los componentes volátiles
de los mismos, lo que trae como consecuencia la migración y muerte de las
especies que habitan en la zona, en la misma existen una gran diversidad tal
como se muestra en la tabla 2.13.
Tabla 2.13 Principales representantes de la fauna
Clavelitos.
Nombre común
Chiguire o piropiro
Rabipelados
Lapa
Cunaguaro
en el Fundo Los
Nombre científico
Hydrochanis esthmius
Didelfus
Agotipaca
Felis perdatis
Correctiva:
Perforación de pozos
petroleros cerca de
los menes M1 y M2
Fauna
6,2
Alta
Mitigante :
Barreras de tierra
57
�Picure
Código
Nombre del Impacto
Vaca
Morrocoy
Baba
Iguana
Dormilona
Mono de noche
Oso melero
Oso frontino
Desaprocta aguti
(Cont…)
Descripción
MB-01
Afectación de la flora
(cobertura vegetal) por
presencia de hidrocarburos
provenientes de menes
VIA
Probabilidad
de
Ocurrencia
Bos primegenius taurus
Geochelone carbonara
Caimán cocodrilus
Iguana
Epicrates concharia
Actus trivigatus
Tamandúa mexicana
Tremaretos ornatus
La vegetación del Fundo Los Clavelitos son
muestran.( Tabla. 2.11)
Nombre común
Pasto guinea
Palo maría
Escobilla
Yagrumo
Pega pega
helechos
Palma curuba
Lengua de suegra
Pira
Mocote
Junco de agua
Rabo de zorro
Estoraque
Medio
Afectado
Medidas a Aplicar
cercadas alrededor
de los menes M1 y
M2
Mitigante:
Barreras tipo cortina
cercadas.
principalmente las que se
Nombre científico
Panicum máximum
Triplaris caracasana
Scoparia dulcis
Cecropia peltata
Desmodium spp
Pteridium spp
Attalea butyracea
Dieffenbachia spp
Amaranthus
Cassia alata
Cyperus ligularis
Setaria geliculata
Vernonia brasiliana
Estas son afectadas por infiltración de los suelos y por impregnación de
hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2, lo cual
trae como consecuencia su deterioro y sequía.
Flora
4,5
Moderada
Mitigante:
Muros de contención
de tierra.
Mitigante: Barreras
tipo cortina.
58
�CONCLUSIONES
1.- Los principales elementos causales que generan la presencia de hidrocarburos en
el Fundo Los Clavelitos son los menes.
2.- Los resultados del análisis SARA y el diagrama de Tissot y Welte permitieron
determinar que el hidrocarburo de los menes del Fundo Los Clavelitos son crudos
pesados alterados.
3.- Los resultados de los análisis de las muestras de agua y suelo y su comparación
con la normativa venezolana
permitieron fundamentar la evaluación del impacto
ambiental sobre los factores agua, suelo y flora.
4.- La aplicación del método CRI arrojo que los impactos MF-03 (Aire) y
MB-
02(Fauna), poseen un VIA de 5.7 y 6.2 respectivamente, por lo que presentan una
mayor probabilidad de ocurrencia.
5.-El sistema de medidas propuestas permitirá mitigar
y corregir los impactos
ambientales presentes en el Fundo Los Clavelitos
59
�RECOMENDACIONES
1.- Realizar un estudio de mayor profundidad sobre el efecto de la presencia de los
menes en la fauna del Fundo Los Clavelitos, en virtud de ser la más afectada.
2.- Utilizar un equipo para determinar el nivel de contaminación sobre el factor aire.
3.- Realizar un estudio geoquímico detallado para determinar el ambiente
deposicional de la roca madre que genero los fluidos orgánicos de los menes
presentes.
60
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Extraordinaria No 5245
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62
�
Dublin Core
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Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos
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Tesis maestría
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TESIS
PLAN DE MANEJO DE DESECHOS PARA
INSTALACIONES EN LA
COORDINACIÓN OPERACIONAL DE PDVSA E & P
OCCIDENTE
Norka Moran Castillo
�Página legal
Título de la obra:
Plan de manejo de desechos para instalaciones en la coordinación operacional de
PDVSA E & P Occidente ,81 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015-- ISBN:
1. Autor: Norka Moran Castillo
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
PLAN DE MANEJO DE DESECHOS PARA INSTALACIONES EN LA
COORDINACIÓN OPERACIONAL DE PDVSA E & P OCCIDENTE
Tesis en opción al título académico de Máster en Geología,
Mención Geología Ambiental
Autora: Ing. Norka Moran Castillo
Tutor: DrC. Alina Rodríguez Infante
Mayo, 2015
�Plan de Manejo de Desechos
ÍNDICE
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
CAPTÍTULO 1. Contenidos teóricos de un estudio de manejo de
desechos
1.1
Desecho. El manejo de desecho como proceso tecnológico
……
……
……
5
6
13
……
14
1.1.1
Manejo de los desechos peligrosos
……
14
1.1.2
Recuperación de materiales peligrosos
……
15
1.1.3
peligrosos ……
18
1.2
Almacenamiento y transporte de materiales
recuperados
Marco legal relacionado con el manejo de desechos
……
21
1.2.2
Constitución de la República, Leyes y Normas
……
23
……
28
……
29
……
……
……
32
34
35
……
36
……
43
……
……
……
……
……
……
……
47
48
48
49
49
58
62
……
……
……
……
……
72
75
76
77
81
1.2.3
Registro de actividades susceptibles a degradar el ambiente
(RASDA)
1.3
Caracterización de las instalaciones objeto de estudio de la
Coordinación Operacional de PDVSA E & P
1.4
Caracterización geólogo ambiental
CAPÍTULO 2.
2.1
Inventario de desechos generados en la Coordinación
Operacional PDVSA E & P.
2.1.1 Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos
almacenados no tratados y desechos no peligrosos en Patios de
Tanques
2.1.2 Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos
almacenados no tratados y desechos no peligrosos en los
Terminales de Embarque.
2.2
Estudio geólogo ambiental de la zona
CAPÍTULO 3. Resultados y Discusión
3.1
Objetivos y Estrategia específica
3.2
Identificación de las corrientes de desechos
3.3
Plan de manejo de Efluentes
3.4
Plan de manejos de desechos sólidos no peligrosos
3.5
Plan de manejo de desechos peligrosos y material peligroso
recuperable
3.6
Consideraciones derivadas del estudio ambiental de la zona
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
2
�Plan de Manejo de Desechos
INTRODUCCIÓN
La industria petrolera desarrolla una serie de actividades y operaciones típicas que se
consideran implícitas en todos los proyectos. Actividades, tales como: la sísmica, la
perforación de pozos, la producción y la conducción, implican múltiples interacciones
con el entorno natural, por lo que representan una oportunidad para prevenir, minimizar
o mitigar los impactos ambientales causados por la industria petrolera por medio de la
implementación de planes de manejo ambiental basados en buenas prácticas
ambientales y la implementación de tecnologías ambientales costo eficientes.
Este panorama plantea la necesidad de evaluar con practicidad, claridad y
conocimiento, los efectos causados por las actividades de la industria petrolera y
proponer soluciones ajustadas a la normatividad ambiental existente y a los avances
tecnológicos disponibles. La afectación que puede causar al medio ambiente la
industria petrolera por no implementar planes de manejo adecuados puede ser
considerable (Rasgos fisiográficos, 2011). Los daños ambiéntales en la mayoría de los
casos, se deben principalmente a la falta de conocimiento e investigación por parte de
las entidades involucradas en el manejo del medio ambiente intervenido.
La implementación de nuevos procedimientos y tecnologías ofrecen una mejor relación
entre las petroleras y el medio ambiente. De acuerdo a lo anterior, es importante
destacar, los posibles impactos ambientales que puede causar la no implementación de
planes de manejo ambiental adecuados al entorno ambiental. En efecto, la explotación
petrolera es un proceso que se lleva a cabo por métodos de perforación, técnicas de
completamiento y métodos de producción, que a pesar de ser tan complejos tienen una
misma finalidad, la obtención del petróleo (Alfaro, 2009).
Durante el desarrollo de estas actividades, se obtienen diversos desechos que pueden
impactar negativamente al ambiente, si el manejo y tratamiento de los mismos no es
adecuado o se violan las normas y regulaciones establecidas. En el mundo se
desarrollan actividades petroleras que han ignorado estas regulaciones donde se ha
podido demostrar que existió una mala disposición y tratamientos de los desechos
3
�Plan de Manejo de Desechos
generados, y han provocado una mayor contaminación ambiental, afectando zonas
marítimas, de bosques y otras cercanas a asentamientos humanos. Los estudios de
esta problemática relacionado con el manejo de los desechos son de mucha
importancia ya que la contaminación genera la degradación de los ecosistemas y con
ello la alteración del medio físico, también afectaciones a la biodiversidad del medio,
generando enfermedades en los humanos y pérdida de la calidad de vida (Alfaro,
2009).
Desde hace algunos años, se ha tomado conciencia de los efectos negativos sobre el
medio ambiente que trae la industrialización y el desarrollo económico, como son la
contaminación atmosférica, vertidos a mares y ríos, residuos tóxicos, entre otros, en
virtud de ello, la sociedad y los gobiernos están empezando a tomar medidas efectivas
al respecto (Quesada, 2007). Venezuela que es uno de los principales productores de
petróleo, también ha puesto atención al cumplimiento de estas medidas.
La Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente ( E: Exploración y P:
Producción), está ubicada en el estado Zulia, conformada por diecisiete instalaciones:
Patios de Tanques (13): Bachaquero, Lagunillas Norte, Lagunillas Sur, Tasajeras, Ulé,
Taparito, Punta Gorda, H7, F6, Altagracia, Bajo Grande, Punta de Palmas y Palmarejo
de Mara; Terminales de Embarque (03): Puerto Miranda, La Salina y Bajo Grande;
Estaciones de Refuerzo (01): Pajuizal, cuya ubicación geográfica se puede apreciar en
la figura N° 1 en la página siguiente.
La Coordinación Operacional, no escapa de esta realidad,
conforme lo exige la
normativa ambiental. En el año 2011 se elaboró un Plan de Manejo de Desechos en
esta empresa (Plan de Supervisión Ambiental PDVSA, 2011), sin embargo en la
actualidad los inventarios de desechos peligrosos recuperables y almacenados no
tratados, así como de desechos no peligrosos en las instalaciones que conforman esta
coordinación, muestran un incremento considerable, razón por la cual se decidió
desarrollar una investigación con el propósito de perfeccionar el manejo para minimizar
el impacto de estos desechos en el medio ambiente (Zea, 2010).
4
�Plan de Manejo de Desechos
CRP
CARDÓN
PDT PALMAREJO
AMUAY
TDE PTO
MIRANDA
PDT ALTAGRACIA
BAJO GRANDE
TDE LA
ER PAJUIZAL
PDT H-7
SALINA
PDT PTA PALMAS
PDT PTA GORDA
PDT ULE
PDT F-6
PDT TAPARITO
PDT LL NORTE
PDT TASAJERA
PDT LL SUR
PDT BCH
Figura N° 1. Ubicación de las instalaciones Coordinación Operacional de PDVSA E & P
Occidente.
En la actualidad, la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente no cuenta
con un plan de manejo de desechos que considere los inventarios actualizados de
desechos peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y
desechos no peligrosos en las diecisiete instalaciones que conforman esa
Coordinación, a fin de establecer los procedimientos para su recolección, transporte,
tratamiento y disposición final, de acuerdo a los lineamientos establecidos en la
normativa ambiental vigente (Ley N° 55 Sobre Sustancias, Materiales y Desechos
Peligrosos, 2001).
5
�Plan de Manejo de Desechos
Las actividades en Patios de Tanques y Terminales de Embarque generan grandes
volúmenes de desechos contaminantes que pueden impactar negativamente el
ambiente y a la salud de los trabajadores, bien sea, por aquellos materiales
impregnados con hidrocarburos, dispersión muy generalizada de desechos sólidos
industriales que puedan generar riegos, así como también, otros desechos de origen
doméstico e industrial como lo son: baterías usadas, efluentes industriales, aceites
lubricantes, entre otros. Generalmente estos desechos deben ser tratados a través de
diferentes técnicas y procesos que disminuyan su grado de contaminación para
después ser depositados en fosas destinadas para éste fin.
Actualmente se observan algunas dificultades de las empresas de servicio en cuanto al
manejo de los desechos peligrosos en la industria, debido a que en algunos casos se
les da el mismo manejo y tratamiento a todos los residuos por igual, bien sea porque la
empresa operadora recolecta y mezcla todos los desechos en un mismo sitio de
almacenamiento, o porque la empresa de servicio encargada del manejo de estos
productos no cumple las normativas (García, 2011).
El incremento considerable de los desechos y las violaciones detectadas en los sitios
de acumulación de los mismos, en instalaciones de la Coordinación Operacional de
PDVSA E & P Occidente, permiten definir el siguiente problema científico: Existe un mal
manejo de los desechos e indicadores de la poca efectividad de la estrategia anterior
utilizada, así como de errores en la gestión de los procesos destinados a la recolección,
transporte, tratamiento y disposición final de los desechos que se generan (Ley
Orgánica, 2006). Por esta razón se definen
Objeto de Estudio
El objeto de estudio de la investigación es la efectividad en los procedimientos para la
recolección, transporte, tratamiento y disposición final de las corrientes de desechos.
Campo de acción
6
�Plan de Manejo de Desechos
La evaluación de la gestión del medio ambiente, específicamente en la temática manejo
de desechos, en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de
Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo.
La Hipótesis es la siguiente
Si se realizara una investigación medio ambiental, partiendo de un diagnóstico con
alcance para evaluar los procedimientos para la recolección, almacenamiento y
disposición final de los desechos empleados en Patios de Tanques, Terminales de
Embarque y las Estaciones de Refuerzo se podría diseñar un nuevo plan de manejo de
desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente.
Objetivo General
Diseñar un plan de manejo de desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E
& P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de
Refuerzo para garantizar el cumplimiento de la legislación ambiental Venezolana, la
seguridad del personal y mínimo impacto al ambiente.
Objetivos Específicos
1.- Diagnosticar la situación actual de los desechos peligrosos y no peligrosos en los
Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo en la
Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente.
2.- Evaluar los procedimientos para la recolección, almacenamiento y disposición final
de los desechos.
3.- Proponer una estrategia para el desarrollo de los controles ambientales pertinentes
para la recolección, transporte y disposición final de los desechos peligrosos, a fin de
garantizar la seguridad del personal y mínimo impacto al ambiente.
El Plan de manejo de desechos que se propone realizar en la presente investigación,
será ejecutado en diecisiete instalaciones de Coordinación Operacional de PDVSA E &
P Occidente, a partir de los diagnósticos técnicos ambientales realizados en ellas,
donde se identificaron las corrientes de desechos, las cuales han sido clasificadas de la
7
�Plan de Manejo de Desechos
siguiente manera: efluentes líquidos domésticos; efluentes líquidos industriales;
desechos sólidos no peligrosos; desechos y materiales peligrosos recuperables; y
emisiones atmosféricas en fuentes fijas.
En el desarrollo de la investigación se utilizaron diferentes métodos y técnicas para
cumplir con los objetivos propuestos.
Métodos teóricos: permiten la interpretación conceptual de los datos empíricos
encontrados, revelando las relaciones y cualidades del objeto de investigación, y entre
ellos:
Análisis y síntesis de la información obtenida a partir de la revisión de la
documentación y literatura especializada para analizar los diferentes conceptos
asociados a la investigación, la documentación existente, así como de las
experiencias de directivos, especialistas y funcionarios consultados.
Histórico – lógico: para hacer un recorrido cronológico de los antecedentes del
objeto de estudio hasta llegar a la situación actual y fundamentar el problema
relacionado con devenir histórico, de la evolución y desarrollo de la incorporación
de la mujer a los procesos sociales venezolanos.
Inductivo – deductivo: para decidir sobre la selección del objeto de trabajo para
llevar a cabo la investigación; para diagnosticar el conocimiento sobre el desecho,
su clasificación e identificar la fuente generadora.
Métodos empíricos: permiten revelar y explicar las características fundamentales y
relaciones esenciales del objeto de estudio, a partir de una serie de procedimientos
prácticos y los medios de investigación. En la presente investigación se aplican:
La observación: permitió reunir toda la información visual sobre el objeto de estudio
y el desarrollo del proceso de investigación.
Las entrevistas: proporcionaron elementos necesarios para que a través de los
criterios de profesionales de experiencia, llegar a conocer los elementos que
caracterizan la situación actual y futura del objeto de investigación. Igualmente,
8
�Plan de Manejo de Desechos
ofrecen una gran cantidad de datos para el procesamiento de resultados y arribar a
conclusiones sobre el problema de investigación.
El trabajo desarrollado tiene importancia práctica, ya que con los resultados de la
investigación se perfeccionan procedimientos y maneras de hacer las acciones en el
manejo de los desechos, contribuye a la disminución de riesgos tanto humanos como
tecnológicos y actualiza la información existente en esta temática (Plan de manejo de
desechos sólidos y peligrosos, 2009).
Tiene importancia social debido a que la puesta en práctica del plan de mejora en el
manejo de los desechos garantizará disminuir las afectaciones a la atmósfera, la
superficie terrestre (área de trabajo) a las aguas del Lago y al subsuelo, por lo tanto,
significa un beneficio para todas las personas que desarrollan su vida doméstica y
laboral.
La redacción de los resultados se estructuró del siguiente modo: una introducción, a
continuación tres capítulos: el primero destinado a presentar la información relacionada
con los contenidos, elementos y materias que intervienen en un estudio de manejo de
desechos. El segundo capítulo abordó materiales y métodos utilizados; el tercer
capítulo se denominó Resultados y Discusión. Se incluyen las conclusiones,
recomendaciones y la bibliografía, así como un conjunto de anexos que representan un
importante apoyo a los resultados de la investigación.
9
�Plan de Manejo de Desechos
CAPÍTULO 1: CONTENIDOS TEÓRICOS DE UN ESTUDIO DE MANEJO DE
DESECHOS
INTRODUCCIÓN
Con el objetivo de reimpulsar la gestión ambiental en las operaciones de Occidente, y la
Gerencia de Ambiente, el plan de manejo de las corrientes de desechos generadas en
las instalaciones de Coordinación Operacional, resultantes de las actividades de
almacenamiento, tratamiento y transporte del crudo, mantenimiento de las instalaciones
y eventos no deseados (derrames y filtraciones), debe contemplar los procedimientos
para su recolección, transporte, tratamiento y disposición final, de acuerdo a los
lineamientos establecidos en la normativa ambiental vigente y en las Normas internas
PDVSA.
La elaboración del plan de manejo de las corrientes de desechos generadas en las
instalaciones de Coordinación Operacional, se encuentra fundamentado en la
legislación ambiental venezolana y en las normas y procedimientos internos de PDVSA,
las cuales se mencionan a continuación:
Ley Orgánica del Ambiente
Decreto 883 (Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos
de agua y vertidos o efluentes líquidos).
Decreto 2.635 (Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos
y el manejo de los desechos peligrosos).
Ley 55 (Sobre el Manejo de Sustancias, Materiales y/o Desechos Peligrosos).
Decreto 638 (Normas sobre calidad del aire y control de la Contaminación
Atmosférica).
Decreto 2216. (Normas para el manejo de los desechos sólidos de origen
doméstico, comercial, industrial, o de cualquier otra naturaleza que no sean
peligrosos.)
Normas y Procedimientos internos PDVSA:
- MA-01-02-04. Manejo de aguas de producción.
- MA-01-02-02. Manejo de aceites usados y aceites fuera de especificaciones.
10
�Plan de Manejo de Desechos
- MDP-09-RS-05. Diseño de centro de almacenamiento temporal de desechos
peligrosos.
- AHO-ATE-PG-02 INTEVEP. Procedimiento para el manejo de desechos peligrosos
recuperables y desechos peligrosos.
1.1 Desecho. El manejo de desecho como proceso tecnológico
Desecho, es el material, sustancia, solución, mezcla u objeto para los cuales no se
prevé un destino inmediato y deba ser eliminado o dispuesto en forma permanente.
(Decreto 2635, 1998). De igual manera, se considera desecho, el material, sustancia,
solución, mezcla u objeto para el que no se prevé un destino inmediato y debe ser
eliminado o dispuesto en forma permanente. (Ley N° 55 Sobre Sustancias, Materiales y
Desechos Peligrosos, 2001). Asimismo, se entiende como desecho, el material o
conjunto de materiales resultantes de cualquier proceso u operación que esté destinado
al desuso, que no vaya a ser utilizado como materia prima para la industria reutilizado,
recuperado o reciclado. (Normas para el Manejo de los Desechos Sólidos de Origen
Doméstico, Comercial, Industrial o de Cualquier otra Naturaleza que No Sean
Peligrosos, 1992).
Existen diferentes tipos de desechos entre los cuales se pueden mencionar,
los
desechos domésticos, que son aquellos desechos sólidos de origen doméstico,
comercial, industrial, o de cualquier otra naturaleza no peligrosa, típicamente la fracción
orgánica de los residuos sólidos domésticos y comerciales, formada por materiales
como residuos de comida, papel de todo tipo, plásticos de todos los tipos, textiles,
goma, madera, cuero y residuos del jardín, (Decreto 2216, 1992).
Desecho peligroso: material simple o compuesto, en estado sólido, liquido o gaseoso
que presenta propiedades peligrosas o que está constituido por sustancias peligrosas,
que conserva o no sus propiedades físicas químicas o biológicas y para el cual no se
encuentra ningún uso, por lo que debe implementarse un método de disposición final.
El término incluye los recipientes que los contienen o los hubieren contenido. (Ley N°
55 Sobre Sustancias, Materiales y Desechos Peligrosos, 2001).
1.1.1 Manejo de los desechos peligrosos
11
�Plan de Manejo de Desechos
Es el conjunto de operaciones dirigidas a darle a las sustancias, materiales y desechos
peligrosos el destino más adecuado, de acuerdo con sus características, con la
finalidad de prevenir daños a la salud y al ambiente. Dentro del manejo de los desechos
peligrosos existen diferentes técnicas (Decreto 2635, 1998):
Almacenamiento de desechos peligrosos: es el depósito temporal de los desechos
peligrosos bajo condiciones controladas y ambientalmente seguras, sin que se
contemple ninguna forma de tratamiento ni transformación inducida de los
desechos almacenados.
Tratamiento de desechos peligrosos: operaciones realizadas con la finalidad de
reducir o anular algunas de las características peligrosas del desecho, a los fines de
facilitar su manejo.
Disposición final de desechos peligrosos: es la operación que permite mantener
minimizadas las posibilidades de migración de los componentes de un desecho
peligroso al ambiente, en forma permanente, de conformidad con las normas
establecidas.
Aprovechamiento de materiales peligrosos recuperables: es la operación realizada
con el fin de extraer y utilizar materias primas o energía de materiales recuperable.
Eliminación de desechos peligrosos: es el proceso de transformación de los
desechos peligrosos, previo a la disposición final, cuyo objetivo no sea el
aprovechamiento de alguno de sus componentes, ni de su contenido energético, ni
conduzca a la recuperación de los elementos resultantes.
Reciclaje de materiales peligrosos: empleo de materiales peligrosos recuperables
en el mismo ciclo de producción que le dio origen.
Regeneración de materiales peligrosos: es el proceso o purificación o reelaboración
de materiales peligrosos, para restablecer las mismas características del material
en su estado original.
1.1.2 Recuperación de materiales peligrosos
La recuperación de los materiales peligrosos tendrá como objetivo fundamental el
reutilización, el reciclaje, la regeneración o el aprovechamiento de dichos materiales a
escala industrial o comercial, con el propósito de alargar su vida útil, minimizar la
12
�Plan de Manejo de Desechos
generación y destrucción de desechos peligrosos y propiciar las actividades
económicas que empleen estos procesos o se surtan de estos materiales. (Decreto
2635, 1998).
Las operaciones de recuperación de materiales peligrosos que conducen a la
regeneración, reutilización, reciclado o cualquier otra utilización de los mismos son:
empleo como materia prima para otros procesos; utilización como combustible o
cualquier otro medio de producción de energía; regeneración de solventes,
regeneración de sustancias orgánicas no usadas como solventes; reciclaje y
aprovechamiento de metales o compuestos metálicos; regeneración, reutilización y
reciclaje de sustancias y materias inorgánicas; regeneración , reutilización y reciclaje de
ácidos o de bases. (PDVSA AHO-ATE-PG-02, 2008).
Así como elaboración de nuevos productos a partir de materiales peligrosos
recuperados; regeneración de productos que sirven para captar contaminantes;
regeneración de catalizadores o aprovechamiento de compuestos que provienen de
ellos; regeneración, reutilización y reciclado de aceites; esparcimiento en el suelo de
materiales y productos con fines agrícolas o forestales; utilización de los materiales
obtenidos por cualquiera de las operaciones anteriores, tratamiento biológicos o físicoquímicos aplicados como acondicionamiento previo a las operaciones anteriores;
recolección, comercio y transporte de materiales peligrosos recuperables con el objeto
de someterlos a cualquiera de las operaciones antes indicadas y almacenamiento
temporal con objeto de someterlos a dichas operaciones; cualquier otra operación de
manejo que conduzca a la recuperación (Aguilar, 2008).
La recuperación de los materiales peligrosos, sólo podrá llevarse a cabo, si el producto
resultante reúne las condiciones sanitarias, de seguridad y de calidad, exigidos por los
usuarios directos o por las normas de fabricación existentes, el proceso se realiza en
concordancia con las regulaciones ambientales y cumple con las demás regulaciones
establecidas para materiales controlados por motivos de seguridad, defensa y usos
restringidos. (Decreto 2635, 1998).
13
�Plan de Manejo de Desechos
Cuando el material peligroso recuperable no esté envasado, ni plenamente identificado
o presente contaminación se exigirá una caracterización donde se determine su
factibilidad, como requisito para su recuperación. A tales fines, se harán los análisis
necesarios
para
determinar
la
inflamabilidad,
corrosividad,
reactividad
y
su
composición, en función de las materias primas y procesos que le dieron origen; la
composición será reportada por lo menos hasta el 0,1% en peso o en volumen,
dependiendo si se trata de un sólido o un líquido. (Artículo 12º Decreto 2635, 1998).
Adicionalmente se establecen las condiciones específicas aplicables a los siguientes
materiales peligrosos recuperables: (Decreto 2635, 1998).
1. Los aceites lubricantes, aceites de motor y solventes orgánicos podrán ser
recuperados para su reutilización, reciclaje o regeneración cuando contengan menos
del 10% en volumen de pentaclorofenol, plaguicidas organoclorados o cualquiera de los
solventes no halogenados indicados; menos de 1000 ppm de los solventes
halogenados; menos de 50 ppm de bifenilos o terfenilos policlorados ni cualquier otra
de las sustancias del que no pueda ser removida mediante los procesos de
recuperación previstos a utilizar (PDVSA MA-01-02-02, 2006).
2. Los aceites y solventes que presenten niveles de contaminación iguales o superiores
a los indicados, podrán ser recuperados para aprovecharlos en la fabricación de otras
sustancias, previa presentación de los documentos que avalen la eficiencia de la
tecnología a emplear y el cumplimiento de las normas ambientales vigentes.
3. Los materiales peligrosos recuperables para aprovecharlos como combustible,
deberán tener un valor calórico neto superior a 30 MJ/kg o una potencia térmica
superior a 3 MW y no presentar contaminación por encima de los límites establecidos.
4. Los sólidos y líquidos generados en los sistemas de depuración de vertidos y
emisiones, podrán ser recuperados si se presentan las pruebas de la factibilidad de uso
o aprovechamiento, bajo condiciones que no representen peligro a la salud ni al
ambiente.
14
�Plan de Manejo de Desechos
5. Los solventes usados halogenados y no halogenados, se podrán recuperar para
reutilización, reciclaje y regeneración, cuando se garantice que el producto resultante
alcanza un nivel de pureza igual o superior a 95% y hayan sido removidos los
contaminantes peligrosos presentes; asimismo, las instalaciones donde se efectúe la
operación o tratamiento deben estar dotadas de sistemas de detección de fugas,
control de derrames, emisiones y vertidos que sean necesarios para prevenir la
contaminación del ambiente.
6. Los solventes referidos los puntos 1, 2, 3 y 5 son: tricloroetileno, cloruro de metilo,
tricloroetano,
tetracloruro
de
carbono,
0-diclorobenceno,
tetracloroetileno,
clorobenceno, clorofluorocarbonos, bromofluorocarbonos, xileno, acetona, etilacetato,
etilbenceno, etileter, metilisobutilcetona, alcohol n-butílico, ciclohexanona, metanol,
cresol, ácido cresílico, piridina, benceno, etoxietanol, nitropropano.
7. Cualquier otro material peligroso recuperable que no sea solvente o aceite, pero que
se presente contaminado o mezclado con otras sustancias, podrá ser recuperado para
reutilización, reciclado o regeneración si se garantiza que el producto resultante
presenta condiciones seguras para su uso, de lo contrario no podrá realizarse el
proceso, a menos que se conozca que la impureza o el contaminante no afecta el uso
posterior del producto, no constituye causa de peligro adicional para los usuarios, ni
contradice las normas sanitarias y de fabricación o las que fije el usuario del producto.
Todo material peligroso que no pueda ser objeto de recuperación se considera un
desecho peligroso y su manejo estará sujeto a las condiciones establecidas para
desechos peligrosos. (Artículo 14º Decreto 2635, 1998). Artículo 15.- Todo material
peligroso recuperable que al cabo de tres (3) años de su generación no haya sido
objeto de ningún procedimiento para reutilizarlo, reciclarlo o aprovecharlo, será
manejado como desecho peligroso. En el caso de materiales generados con
anterioridad a la fecha de publicación a este Decreto, el lapso de almacenamiento se
definirá de acuerdo al plan de cumplimiento. (Decreto 2635, 1998).
1.1.3 Almacenamiento y transporte de los materiales peligrosos recuperables
15
�Plan de Manejo de Desechos
El almacenamiento de los materiales peligrosos recuperables debe cumplir con las
siguientes condiciones: (Decreto 2635, 1998).
1. El área destinada al almacenamiento de los materiales y el diseño y construcción de
dichas instalaciones debe reunir las características y la capacidad acorde con el tipo de
material a almacenar, su clase de riesgo, las condiciones peligrosas presentes, la
cantidad a almacenar y el tiempo que permanecerá almacenado.
2. El almacenamiento de estos materiales debe estar separado del almacenamiento de
desechos y de otros materiales incompatibles, de acuerdo a las condiciones de
incompatibilidad, que forma parte integrante de este Decreto y se publicará a
continuación de su texto en la Gaceta Oficial.
3. El material debe mantenerse protegido de la intemperie, para que no sea factible su
arrastre por el viento, ni el lavado con la lluvia; se deberá contar con sistemas de
drenaje que conduzcan a un tanque de almacenamiento de vertidos y con el sistema de
tratamiento correspondiente.
4. Si el material presenta riesgo de la clase 3 en adelante, el área de almacenamiento
estará provista de las medidas de seguridad necesarias para este tipo de riesgos y
deberá contar con los equipos de protección para el personal que maneje dichos
materiales.
5. El área de almacenamiento debe estar demarcada e identificada, con acceso
restringido
sólo
a
las
personas
autorizadas,
indicando
con
los
símbolos
correspondientes el peligro que presentan dichos materiales, de acuerdo a la Norma
COVENIN 2670 Materiales Peligrosos. Guía de Respuestas de Emergencias e
Incidentes o Accidentes.
6. El piso o la superficie donde se almacenen materiales líquidos debe ser
impermeable, cubierto con un material no poroso que permita recoger o lavar cualquier
vertido, sin peligro de infiltración en el suelo.
16
�Plan de Manejo de Desechos
Los envases rígidos para contener materiales peligrosos recuperables deben ser
resistentes a los efectos del material, provistos de tapa hermética y en condiciones que
no presenten riesgos de fugas, derrames ni contaminación. Cada envase debe tener la
etiqueta que indique nombre del producto, condición peligrosa con su símbolo
correspondiente, estado físico, cantidad, procedencia y fecha de envasado. (Decreto
2635, 1998).
Los
tanques
para
almacenar
materiales
peligrosos
recuperables
deben
ser
impermeables y resistentes al material almacenado, colocados en fosas con capacidad
suficiente para una contingencia de derrame. El tanque estará identificado con su
capacidad, contenido y símbolo de peligro. (Decreto 2635, 1998).
Los materiales peligrosos recuperables que se presenten desagregados, deben ser
almacenados en silos, sacos u otros recipientes resistentes, señalizados con el nombre
del producto, peso, procedencia y símbolo de peligro. No podrán ser colocados en pilas
al aire libre a menos que se trate de sólidos que no puedan ser transportados por el
viento, ni desprendan gases o vapores y no ofrezcan peligro de accidentes ni
contaminación al ambiente por efecto de lixiviación. (Decreto 2635, 1998).
El transporte o acarreo de materiales peligrosos recuperables se llevará a cabo
cumpliendo con las siguientes medidas: (Decreto 2635, 1998).
1. El transporte dentro de la industria generadora o recuperadora podrá ser realizado
con los equipos y vehículos de la misma empresa, adecuados para transportar el tipo
de material de que se trate, cumpliendo con las medidas de seguridad y vigilando que
durante el transporte no se produzca contaminación al ambiente por fugas, derrames o
accidentes ni daños a la salud.
2. El transporte fuera de la industria, se podrá realizar utilizando los vehículos de la
empresa, si son adecuados para el tipo de material a transportar y cumplen con las
medidas de seguridad, vigilando que no se produzcan fugas, derrames, pérdidas ni
incidentes o accidentes que puedan liberar la carga, contaminar el ambiente y causar
daños a la salud.
17
�Plan de Manejo de Desechos
3. La movilización de materiales peligrosos que presenten riesgos de Clase 3 en
adelante, se llevará a cabo cumpliendo con las mismas normas de seguridad
establecidas para el transporte terrestre, almacenamiento e instalación de sistemas de
combustibles.
4. No se podrá transportar materiales peligrosos recuperables en vehículos de
empresas dedicadas al transporte de pasajeros, alimentos, animales, agua potable u
otros bienes de consumo que puedan contaminarse con los materiales peligrosos.
Tampoco se podrán trasladar en el mismo vehículo simultáneamente materiales
peligrosos incompatibles.
5. El transporte de materiales peligrosos recuperables que presenten riesgos Clase 4 ó
5 deberá realizarse por empresas especializadas en el manejo de materiales
inflamables, explosivos, sustancias químicas peligrosas u otros materiales de riesgos
similares y contar con una póliza de seguro de amplia cobertura que cubra los daños a
terceros y los daños al ambiente.
6. El transporte de materiales peligrosos recuperables que presenten riesgos de Clase
1 y 2 podrá realizarse por transportistas no especializados en la materia.
7. Los transportistas que movilicen materiales recuperables, fuera del área de la
industria, deberán portar entre sus documentos, la planilla de seguimiento referida en el
artículo 24, la póliza de seguro si se requiere y el registro ante el Ministerio del
Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, establecido en el artículo 121,
según el tipo de material a transportar y el procedimiento y equipos necesarios para
atender una contingencia. Asímismo, deberán portar los documentos exigidos por otros
organismos del Estado, cuando los materiales transportados estén controlados por
motivos de seguridad, defensa u otros usos restringidos.
1.2 Marco Legal relacionado con el manejo de desechos
1.2.1 Estudios Precedentes
El manejo apropiado de los desechos es un problema poco abordado en la gestión de
residuos en el país. Quesada Hilda, Salas Juan Carlos, Romero Luis Guillermo, llevaron
18
�Plan de Manejo de Desechos
a cabo en el 2007, un estudio en el que se realizó una búsqueda de información
disponible en cuanto a la generación y manejo a nivel interno y externo de los desechos
peligrosos por parte de las industrias nacionales. Además, en esa investigación, se
trabajó con once empresas de diferentes tipos de actividades industriales para,
mediante un cuestionario, entrevistas y visitas, determinar el grado de manejo integral y
adecuado de los desechos que generan.
Las empresas consultadas presentaron deficiencias en todas las etapas del manejo de
sus desechos, a saber: generación, acumulación y almacenamiento, transporte,
tratamiento y disposición final. La falta de conocimiento de la legislación y del manejo
apropiado de los desechos se como la principal causa del mal manejo de los residuos.
Pero, también, fue evidente la falta de entidades estatales o privadas encargadas de
dar servicios de almacenamiento, transporte, tratamiento y disposición final de
desechos peligrosos en el país.
La perforación de pozos direccionales es la técnica más usada para la extracción de
petróleo en la Faja Petrolífera del Orinoco, sin embargo, estas actividades llevan
asociadas la generación de un gran volumen de desechos y residuos que por lo general
son peligrosos para el medio ambiente (Giusti, 1996). En un trabajo realizado por
Carlos Hernández en el 2013, se hace una descripción geográfica completa del área de
estudio y se añade un estudio de sensibilidad ambiental que identifica las zonas más
susceptibles de sufrir alteraciones por la actividad petrolera, se mencionan los
desechos generados por la perforación de pozos direccionales y se clasifican según su
peligrosidad, para después proponer un plan de manejo individual a cada corriente de
desecho identificado que involucran las etapas de recepción, almacenamiento,
tratamiento, reúso, recuperación y/o disposición final, acompañado de un sistema de
registro y control de cada volumen de desecho generado, disminuyendo con estos
procesos el nivel de impacto ambiental negativo asociados a la perforación petrolera.
Por otra parte García Suarez, Francy Yenniffer (2011) en la publicación “Plan de gestión
integral para los residuos y desechos sólidos y peligrosos que se generan en los
diferentes procesos de un complejo industrial del sector químico y metalmecánico”
utilizaron la recolección directa de la información de generación de los residuos y
19
�Plan de Manejo de Desechos
desechos sólidos y peligrosos en los procesos productivos y con la participación de los
trabajadores involucrados directamente en el manejo, transporte y almacenamiento de
los mismos. El plan de gestión integral está conformado por los programas de acción en
las áreas de educación ambiental, sistematización y gestión de la información,
solvencia ambiental, fortalecimiento institucional y gerencial, manejo de desechos y
control administrativo (NOPCO, 2010).
1.2.2 Constitución de la República, Leyes y Normas
La Constitución de la Republica Bolivariana de Venezuela (2000) constituye la base
donde se soportan las leyes venezolanas en materia de protección y recuperación
ambiental. En el capítulo de los derechos ambientales, en los artículos 127,128 y 129,
se otorga a los ciudadanos el derecho a un ambiente protegido:
Articulo 127
“Es un derecho y un deber de cada generación proteger y mantener el ambiente en
beneficio de sí misma y del mundo futuro. Toda persona tiene derecho individual y
colectivamente a disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente
equilibrado. El Estado protegerá el ambiente, la diversidad biológica, los recursos
genéticos, los procesos ecológicos, los parques nacionales y monumentos naturales y
demás áreas de especial importancia ecológica. El genoma de los seres vivos no podrá
ser patentado, y la ley que se refiera a los principios bioéticos regulará la materia”.
“Es una obligación fundamental del Estado, con la activa participación de la sociedad,
garantizar que la población se desenvuelva en un ambiente libre de contaminación, en
donde el aire, el agua, los suelos, las costas, el clima, la capa de ozono, las especies
vivas, sean especialmente protegidos, de conformidad con la ley”.
Articulo 128
“El Estado desarrollará una política de ordenación del territorio atendiendo a las
realidades ecológicas, geográficas, poblacionales, sociales, culturales, económicas,
políticas, de acuerdo con las premisas del desarrollo sustentable, que incluya la
información, consulta y participación ciudadana. Una ley orgánica desarrollará los
principios y criterios para este ordenamiento”.
20
�Plan de Manejo de Desechos
Articulo 129
“Todas las actividades susceptibles de generar daños a los ecosistemas deben ser
previamente acompañadas de estudios de impacto ambiental y socio cultural. El Estado
impedirá la entrada al país de desechos tóxicos y peligrosos, así como la fabricación y
uso de armas nucleares, químicas y biológicas. Una ley especial regulará el uso,
manejo, transporte y almacenamiento de las sustancias tóxicas y peligrosas”.
Ley Orgánica del Ambiente (LOA)
Aprobada en la Gaceta Oficial N° 5.833 de fecha 22 de diciembre de 2006, tiene como
objeto establecer las disposiciones y desarrollar los principios rectores para la gestión
del ambiente, en el marco del desarrollo sustentable como derecho y deber
fundamental del estado y de la sociedad; en ella es importante destacar los siguientes
aspectos:
Articulo 11
“Corresponde al estado, por órgano de las autoridades competentes, garantizar la
incorporación de la dimensión ambiental en sus políticas, planes programas y proyectos
para alcanzar el desarrollo sustentable”.
Articulo 12
“El estado, conjuntamente con la sociedad, deberá orientar sus acciones para el lograr
una adecuada calidad ambiental que permita alcanzar condiciones que aseguren el
desarrollo y el máximo bienestar de los seres humanos, así como el mejoramiento de
los ecosistemas, promoviendo la conservación de los recursos naturales, los procesos
ecológicos y demás elementos del ambiente, en los términos establecidos en esta Ley”.
Articulo 80
“Se consideran actividades capaces de degradar el ambiente:
- Las que directa e indirectamente contaminen o deterioren la atmósfera, agua, fondos
marinos, suelo y subsuelo o incidan desfavorablemente sobre las comunidades
biológicas, vegetales y animales.
- Las que aceleren los procesos erosivos y/o incentiven la generación de movimientos
morfodinámicos, tales como derrumbes, movimientos de tierra, cárcavas, entre otros.
- Las que produzcan alteraciones nocivas del flujo natural de las aguas.
- Las que generen sedimentación en los cursos y depósitos de agua.
21
�Plan de Manejo de Desechos
- Las que alteren las dinámicas físicoquímicas y biológicas de los cuerpos de agua.
- Las que afecten los equilibrios de la humedales.
- Las vinculadas con la generación, almacenamiento, transporte, disposición temporal o
final, tratamiento, importación y exportación de sustancias, materiales y desechos
peligrosos, radiactivos y sólidos.
- Las relacionadas con la introducción y utilización de productos o sustancias no
biodegradables.
- Las que produzcan ruidos, vibraciones y olores molestos o nocivos.
- Las que contribuyan con la destrucción de la capa de ozono.
- Las que modifiquen el clima.
- Las que produzcan radiaciones ionizantes, energía térmica, energía lumínica o
campos electromagnéticos.
- Las que propendan a la acumulación de residuos y desechos sólidos.
- Las que produzcan atrofización de lagos, lagunas y embalses.
- La introducción de especies exóticas.
- La liberación de organismos vivos modificados genéticamente, derivados y productos
que lo contengan.
- Las que alteren las tramas tróficas, flujos de materia y energía de las comunidades
animales y vegetales.
- Las que afecten la sobrevivencia de especies amenazadas, vulnerables o en peligro
de extinción.
- Las que alteren y generen cambios negativos en los ecosistemas d especial
importancia.
- Cualesquiera otras que puedan dañar el ambiente o incidir negativamente sobre las
comunidades biológicas, la salud humana y el bienestar colectivo
Ley Penal del Ambiente (LPA)
Publicada en la Gaceta oficial N° 4.358 extraordinaria del 3 de enero de 1992. El
capítulo VI de la Ley Orgánica del Ambiente, tipifica como delito aquellos hechos que
violen las disposiciones relativas a la conservación, defensa y mejoramiento del
ambiente, y establece las sanciones penales correspondientes. Asimismo, determina
las medidas precautelarías, de restitución y de reparación a que haya lugar.
22
�Plan de Manejo de Desechos
La Ley Penal del Ambiente pretende ser un elemento disuasivo y de toma de
conciencia, cuyo objetivo es evitar daños irreversibles al ambiente, sancionando
hechos, conductas o actividades que implican, riesgo para el ambiente. Además,
persigue el respeto y cumplimiento de la normativa ambiental, razones por las cuales la
auditoría ambiental se convierte en una herramienta de inmensa utilidad para prevenir a
tiempo y reconocer cualquier violación o riesgo, impidiendo o minimizando la posibilidad
de cometer un delito ambiental y por lo tanto ser penalizado. Para tipificación del delito
ambiental, la Ley Penal del Ambiente remite a las normas técnicas ambientales,
vigentes en el marco legal venezolano.
Ley N°55 sobre Sustancias, Materiales y Desechos Peligrosos
Publicada en Gaceta Oficial N° 5.554 extraordinario, de fecha 13 de noviembre de
2001, tiene por objeto regular la generación, uso, recolección, almacenamiento,
transporte y disposición final de las sustancias, materiales y desechos peligrosos, así
como cualquier otra operación que los involucre, con el fin de proteger la salud y el
ambiente. Dentro de los aspectos más resaltantes de la misma son:
Articulo 13
“Las personas naturales o jurídicas, públicas o privadas responsables de la generación,
uso y manejo de sustancias, materiales o desechos peligroso están obligadas a:
Utilizar las sustancias y materiales peligrosos de manera segura a fin de impedir
daños a la salud y al ambiente.
Desarrollar y utilizar tecnologías limpias o ambientalmente seguras, aplicadas bajo
principios de prevención que minimicen la generación de desechos, si como
establecer sistemas de administración y manejo que permitan reducir al mínimo los
riesgos a la salud y al ambiente.
Aprovechar los materiales peligrosos recuperables permitiendo su venta a terceros,
previa aprobación por el Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales, por
medio de reutilización, reciclaje, recuperación o cualquier otra acción dirigida a
obtener materiales reutilizables o energía.
Disponer
de
planes
de
emergencias
y
de
contingencias,
diseñados
implementados de conformidad con la reglamentación técnica sobre la materia.
23
e
�Plan de Manejo de Desechos
Disponer de los equipos, herramientas y demás medios adecuados para la
prevención y el control de accidentes producidos por sustancias, materiales o
desechos peligrosos, así como para la reparación de los daños causados por tales
accidentes.
Constituir garantías suficientes y asumir los costos de cualquier daño que pueda
producir como consecuencia del manejo de sustancias, materiales o desechos
peligrosos, incluyendo los derivados de los diagnósticos, que permitan cuantificar
los daños causados por el accidente”. Entre otras disposiciones, que se encuentran
en esta.
Normas Técnicas Ambientales
Las Normas Técnicas Ambientales, tienen su origen en la previsión del artículo 21 de la
Ley Orgánica del Ambiente. Define la situación entre una alteración, afectación o daño
ambiental permisible o un delito ambiental según un límite establecido. Las Normas
Técnicas están reflejadas en forma de Decretos, dentro de los cuales se pueden
mencionar:
Decreto 2635. Norma para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el
manejo de los desechos peligrosos
Publicado en Gaceta Oficial 5.245 del 3 de agosto de 1998, establece los lineamientos
para regular la recuperación de materiales y el manejo de desechos, cuando los
mismos presenten características, composición o condición peligrosas, representando
una fuente de riesgo a la salud y al ambiente.
En él se definen los siguientes aspectos:
La recuperación de los materiales peligrosos está enfocado hacia la implantación
de su reutilización, el reciclaje, la regeneración o el aprovechamiento de dichos
materiales a escala industrial o comercial, con el propósito de alargar su vida útil,
minimizar la generación y destrucción de desechos peligrosos y propiciar las
actividades económicas que empleen estos procesos o se surtan de estos
materiales.
El almacenamiento de materiales y desechos peligrosos
24
�Plan de Manejo de Desechos
El control administrativo de los recuperadores y manejadores de materiales y el
comercio de materiales peligrosos.
Lineamientos para el manejo de desechos peligrosos.
Requisitos para incineración de desechos peligrosos desde el punto de vista
técnico y operativo.
Decreto 1257. Norma sobre evaluación ambiental de actividades susceptibles de
degradar el ambiente.
Publicado en Gaceta Oficial 54.772, de fecha 9 de agosto de 1991, tiene por objeto
establecer los procedimientos conforme a los cuales se realizará la evaluación
ambiental de actividades susceptibles a degradar el ambiente, que permita la toma de
decisiones durante la formulación de políticas, planes, programas y proyectos de
desarrollo, a los fines de la incorporación de la variable ambiental en todas sus etapas.
En él se especifican los siguientes aspectos:
Las personas naturales y jurídicas, públicas y privadas, interesadas en desarrollar
programa,
proyectos,
ampliaciones,
reactivación,
clausura,
cierre
y
desmantelamiento de actividades susceptibles a degradar el ambiente que
impliquen ocupación del territorio deberán notificar de un Documento de Intención
al MPPA. A los efectos de la determinación por el señalado Ministerio de la
metodología a seguir para la evaluación ambiental correspondiente.
Requiere de la presentación de un estudio de impacto ambiental para programas y
proyectos relativos a minería, exploración o producción de hidrocarburos,
forestales, agroindustria, acuicultura, producción de energía o industria, transporte,
disposición de desechos, desarrollo de infraestructura generales, turísticas o
residenciales.
1.2.3 Registro de actividades susceptibles a degradar el ambiente (RASDA)
Es el registro que otorga el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente, a las
personas naturales o jurídicas que desarrollen actividades o procesos, como
generadores potenciales de materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos.
Existen dos tipos de registro, como empresa Generadora y como Manejadora de
25
�Plan de Manejo de Desechos
Desechos Peligrosos, dependiendo de la actividad a realizar cómo manejadora o
generadora, las cuales deben consignar una serie de documentos tal cómo: Plan de
manejo de desechos, Plan de contingencia, Inspección a sus instalaciones (patio),
Póliza y Fianza Ambiental (RASDA, 2008).
Requisitos para el registro de una empresa generadora de desechos peligrosos:
La inscripción se realiza en la Dirección Estatal Ambiental del Ministerio del Poder
Popular para el Ambiente respectivo, de acuerdo a la ubicación geográfica donde
se pretenda realizar la actividad.
Planilla de datos generales.
Número de Registro de Información Fiscal (RIF) y de Información Tributaria (NIT).
Registro mercantil de la empresa.
Lista de sustancias, materiales o desechos peligrosos que pretende generar.
Plan de manejo de desechos.
Plan de contingencia.
Inspección a sus instalaciones.
Póliza y Fianza ambiental.
1.3 Caracterización de las Instalaciones objetos de estudio de la Coordinación
Operacional de PDVSA E & P
1.3.1 Patio de Tanques
Son estructuras de mediana complejidad, donde se recolecta la producción de crudo
proveniente de las estaciones de flujo y segregaciones asociadas a él. Dentro del
proceso de manejo de crudo, un Patio de Tanques es una de las instalaciones más
importantes para la limpieza del petróleo (Castillo, 2006).
Estos sirven para el recibo, tratamiento, almacenamiento y bombeos de sus diferentes
tipos de crudos, desde los centros de producción hasta los terminales de embarque y
refinerías.
El crudo producido es enviado desde los pozos hacia las estaciones
recolectoras, de allí es bombeado en forma continua a los patios de tanques en donde
generalmente se procede a almacenarlo, tratarlo (mediante un proceso de
26
�Plan de Manejo de Desechos
deshidratación para adecuarlo a las condiciones de calidad exigidas por el mercado),
aforarlo y bombearlo hacia los terminales, a su vez a la refinería para su proceso o en
buques – tanqueros para su exportación (La comunidad petrolera, 2009).
Además de las actividades descritas anteriormente, en los patios de tanques, se
realizan otras muy relacionadas con las operaciones y entre las cuales se podría
señalar el sistema de clarificación de agua, donde su función principal es la de
mantener los equipos y procesos en forma armónica tal, que permita que las aguas
provenientes del proceso de deshidratación sean acondicionadas hasta un grado
optimo para ser usadas en los procesos para disposición, inyectándola en los pozos
previamente
seleccionados.
Estas
aguas
deben
cumplir
las
especificaciones
establecidas por el Ministerio del Ambiente, en la protección del ambiente y la ecología
(Castillo, 2006).
El Patio de Tanques constituye “el último punto de llegada del crudo antes de los
terminales de embarque. Aquí se trata el crudo para liberarlo del agua y sedimentos
mediante el proceso de deshidratación o por medio de decantación.
El crudo se
almacena en tanques donde se fiscaliza para ser enviado a las refinerías o terminales
de embarque” (La comunidad Petrolera, 2009).
Debido a que sus operaciones son continuas veinticuatro horas diarias al año, se hace
necesario tomar todas las precauciones de mantenimiento, seguridad y protección, para
minimizar los riesgos de accidentes y altos costos de producción. Entre los programas
de mantenimiento que se efectúan en los patios están los trabajos de mantenimiento de
tanques, pintura y limpieza de los fondos.
1.3.2 Terminales de Embarque
Los terminales de embarque son instalaciones que reciben los crudos provenientes de
los patios de tanques y los productos elaborados por las refinerías con el fin de
almacenarlos y luego embarcarlos hacia distintos sitios del país (cabotaje) o del mundo
(exportación). Como se ha podido apreciar la Flota Petrolera mundial está compuesta
27
�Plan de Manejo de Desechos
de una cantidad de buques de variado tonelaje y características que hacen imposible
que todos los puertos y terminales puedan recibir a los todos los buques.
Hay limitaciones de calado y de muelles que imposibilitan atender a todos los buques y
más al tratarse de los supertanqueros de dimensiones y características excepcionales.
Para estos supergigantes existen contados terminales que en si representan puntos de
trasbordo de carga, donde pueden almacenarse varios millones de barriles de petróleo
para luego cargar con tanqueros de menor tonelaje con destino a otros puertos (García,
2012).
Los terminales de embarque son construidos en lugares donde los buques-tanque
transoceánicos pueden cargar y zarpar para su destino sin pérdida de tiempo. La
mayoría de los terminales de embarque constan de dos tipos de instalaciones
principales:
1. Los tanques de almacenamiento, para recibir, aforar y examinar crudos o los
productos refinados, si el terminal es de una refinería, para luego ser embarcados en el
buque-tanque.
2. El conjunto de muelles, atracaderos y diques. La operación de carga puede ser
realizada mediante gravedad, si lo permiten las condiciones físico topográfico del
terminal, pero en la mayoría de los casos se utilizan poderosas bombas para acelerar
este proceso.
Adicionalmente, algunos terminales modernos de embarque están dotados de muelles
en aguas profundas que requieren en muchos casos ser mantenidos por dragado
extenso y costoso. Además, cuentan con dispositivos mecánicos que permiten la rápida
manipulación de mangueras de gran diámetro, de tuberías de gran capacidad y de
potentes bombas que aseguran cargar el barco con rapidez (Dragado de
mantenimiento, 2011). Si manejan crudos pesados se cuenta con calentadores que
ayudan en la manipulación del cargamento. Para asistir a los buques en sus maniobras
se dispone de remolcadores y otros equipos modernos. Al mismo tiempo la mayoría de
los terminales modernos cuentan con servicios de abastecimiento de combustible para
28
�Plan de Manejo de Desechos
los buques-tanque. El abastecimiento puede hacerse directamente o por medio de
barcazas.
1.3.3 Estaciones de Refuerzo
Una estación de bombeo utilizada para aumentar la presión del petróleo recibido a
través de un oleoducto principal para transportarlo a la estación o terminal siguiente (La
comunidad petrolera, 2009).
1.4 Caracterización geólogo ambiental
Una caracterización geólogo ambiental contribuye a la identificación de los principales
problemas ambientales que afectan a una región o zona determinada, la información
que se obtenga no solo apunta al conocimiento da la situación del medio ambiente
también al manejo de los recursos naturales de una región. Este estudio según la
información revisada incluye:
Estudio de las condiciones climáticas. Incluye el estudio de lo registrado a lo largo de
un tiempo que permita definir un comportamiento coherente. Caracterización de los
suelos, incluye la descripción del estado actual de la vegetación, evaluar una posible
transformación.
Características geológicas principales de la zona, vista en un espacio regional más
abarcador. Localizar los registros de fenómenos geológicos anteriores. Construir un
esquema del desarrollo hidrográfico del territorio. Se incluyen las fuentes de abasto de
agua, a la población (Anguita, 1993).
Caracterización geomorfológica. Incluye los efectos de la erosión.
Estudio de las cuencas hidrográficas. La valoración del estado actual de las aguas
superficiales y subterráneas su calidad y efectos que puedan provocar afectaciones
al medio. Realizar un muestreo hidroquímico. Hacer una clasificación de las aguas,
determinándose su grado de contaminación (Geología de Venezuela, 2011).
Si hay resultados positivos tratar de localizar los principales focos de contaminación.
29
�Plan de Manejo de Desechos
Establecer un orden de aspectos relacionados con el medio natural y el antrópico que
permitan la identificación de los principales problemas ambientales que afectan el área
implicada. Si existe una comunidad incluida, la identificación de los principales peligros
naturales y antrópicos a los que se exponen la población (Gerard, 1999).
30
�Plan de Manejo de Desechos
CAPÍTULO 2: MATERIALES Y MÉTODOS
Introducción
En la realización de cualquier investigación es de vital importancia la utilización de las
metodologías y métodos apropiados para lograr una mayor veracidad de los resultados
esperados. Los métodos empleados en el objeto de estudio permiten detectar de forma
preliminar las diferentes características e interacciones que existen entre los múltiples
elementos que están presentes en la investigación (Metodología para la ejecución de
los diagnósticos ambientales, 2012).
Se partió de un diagnóstico para obtener los datos fundamentales con el propósito de
conformar el diseño de un plan de manejo de desechos en la Coordinación Operacional
de PDVSA E & P Occidente: patios de tanques, terminales de embarque y las
estaciones de refuerzo, el mismo será ejecutado en dicisiete instalaciones: Patios de
Tanques (13): Bachaquero, Lagunillas Norte, Lagunillas Sur, Tasajeras, Ulé, Taparito,
Punta Gorda, H7, F6, Altagracia, Bajo Grande, Punta de Palmas y Palmarejo de Mara.
Terminales de Embarque (03): Puerto Miranda, La Salina y Bajo Grande. Estaciones de
Refuerzo (01): Pajuizal (Flujograma de procesos, 2009).
El orden seguido en el diagnóstico fue el siguiente:
1. Se realizó el inventario de desechos generados en la Coordinación Operacional de
PDVSA E & P Occidente. Se utilizaron las fichas oficiales de la empresa. Se visitaron
12 Patios de tanques; 2 terminales de embarque.
2.- Se realizó la clasificación de los desechos: Efluentes domésticos e industriales,
desechos no peligrosos, materiales peligrosos recuperables y emisiones atmosféricas.
3.- Se identificaron las fuentes generadoras de desechos y se evaluó cuales podían
provocar un impacto asociado a las cercanías de las comunidades.
La investigación se completó con un estudio geólogo ambiental de la zona de estudio.
Finalmente se elaboró el Plan de Mejoras estructurado semejante a un manual,
siguiendo los componentes de la corriente de desechos (Mejia, 2011).
31
�Plan de Manejo de Desechos
2.1. Inventario de desechos generados en la Coordinación Operacional
de
PDVSA E & P Occidente
Cada ficha se elaboró con los datos específicos de cada una de las instalaciones
visitadas. Se tomaron notas de los siguientes aspectos para cada uno de los desechos:
El tipo de desecho generado
el volumen
el año de generación
el origen o procedencia
alternativa prevista para su manejo y
la descripción del sitio donde está ubicado el desecho.
A continuación se presentan las fichas elaboradas en el siguiente orden: primero las
fichas relacionadas a materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos
almacenados no tratados y desechos no peligrosos en los Patios de tanques; le siguen
las fichas de materiales peligrosos ubicados en los Terminales de Embarque y
finalmente los materiales y desechos generados en la Estación de Refuerzo. Se decidió
mostrar en la memoria de la tesis, el cuerpo de fichas de los Patios de Tanques
ubicados en Bachaquero y Lagunillas Norte y Lagunilla Sur, el resto de las fichas
correspondientes a los Patios de Tanques F6, Punta Gorda y H7 aparecen en los
Anexos 1, 2 y 3 respectivamente. También se decidió presentar en la tesis parte de las
fichas correspondientes al Terminal de Embarque Puerto Miranda. Las otras fichas de
esta instalación aparecen en el Anexo 4. Las fichas del Terminal de Embarque La
Salina están ubicadas en el Aneo 5; las del Terminal de Embarque Bajo Grande,
aparecen en el Anexo 6.
32
�Plan de Manejo de Desechos
2.1.1. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques.
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Bachaquero.
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Suelo sin protección
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
Si
No
X
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Suelo Contaminado con Hidrocarburos
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
460 m3
2010 - 2013
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
ESTE (m)
240 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Filtraciones y mantenimiento Operacional de tanques e
instalaciones.
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo: Tratamiento y Disposición Final.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón
Fecha de Elaboración: 23/07/2013
Pág.1
Figura N° 2. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
ÁREA
OPERACIONAL
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Bachaquero
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Material Ferroso
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
240 ton.
SUPERFICIE (m 2)
NORTE (m)
AÑOS DE GENERACIÓN
1800 m2
2007 - 2013
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Reemplazo de tuberías y mantenimiento operacional.
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Reciclaje: Convenio Recuvensa (Reciclaje Cuba
Venezuela), actualmente en ejecución del convenio.
Elaborado
Revisado
Aprobado
Aprobado
por: Alfredo Romero
por: José M. Bracho
por Ambiente: Luís Corredor
por Coordinación Operacional:
Carlos Rincón
Fecha de Elaboración: 23/07/2013
Pág.2
Figura N° 3. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero.
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
33
�Plan de Manejo de Desechos
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Bachaquero
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Trapos impregnados con Hidrocarburos
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
12 m3
2013
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
ESTE (m)
10 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Mantenimiento de las Operaciones del Patio de Tanque
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo: Incineración.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón
Fecha de Elaboración: 23/07/2013
Pág.3
Figura N° 4. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Techado
Patio de Tanques Bachaquero
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
Condiciones del sitio
X
Suelo sin protección
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Cubierto con lona /Plástico
Suelos con revestimiento
(impermeable)
No
Si
X
Área no demarcada/
fácil acceso
X
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Desecho Electrónico
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
1 unidad
2013
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
2 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Rectificador APC
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón
Fecha de Elaboración: 23/07/2013
Pág.4
Figura N° 5. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
34
�Plan de Manejo de Desechos
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Bachaquero
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
Desechos Domésticos (Material No Peligroso)
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
4 m3
2013
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
ESTE (m)
8 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Consumo Humano
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Relleno Sanitario
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón
Fecha de Elaboración: 23/07/2013
Pág.5
Figura N° 6. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Norte
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Suelo sin protección
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Si
No
X
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Suelo Contaminado con Hidrocarburos
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
2000 m3
2010
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
1200 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Derrames y mantenimiento Operacional de tanques e
instalaciones.
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo: Tratamiento y Disposición Final.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.1
Figura N° 7. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
35
�Plan de Manejo de Desechos
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Norte
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
Área no demarcada/
fácil acceso
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Material Ferroso
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
160 ton.
2011 - 2013
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
ESTE (m)
1800 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Reparación de cerca y reemplazo de algunas tuberías en
diferentes áreas del PDT.
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Reciclaje: Convenio Recuvensa (Reciclaje Cuba
Venezuela)
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.2
Figura N° 8. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Norte
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Trapos impregnados con Hidrocarburos
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
10 m3
2013
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
12 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Mantenimiento de las Operaciones
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo: Incineración.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.3
Figura N° 9. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
36
�Plan de Manejo de Desechos
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Norte.
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
Desechos Domésticos (Material No Peligroso)
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
ESTE (m)
AÑOS DE GENERACIÓN
9 m2
2013
8 m3
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Consumo Humano
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Relleno Sanitario
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.4
Figura N° 10. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Sur
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Suelo sin protección
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Si
No
X
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Suelo Contaminado con Hidrocarburos
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
400 m3
2007
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
80 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Desborde de fosas por efecto de escorrentía y derrame por
ruptura de calentador.
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo: Tratamiento y Disposición Final.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.1
Figura N° 11. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
37
�Plan de Manejo de Desechos
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Sur
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
Si
No
X
Suelo sin protección
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
Escombros no Contaminado con Hidrocarburos
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
NORTE (m)
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
24 m3
2012
SUPERFICIE (m2)
30 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Reparación de Calentadores
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Relleno Sanitario
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.2
Figura N° 12. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Sur
DESCRIPCIÓN DE SITIO
No
Condiciones del sitio
Desechos acumulados a la
intemperie
Condiciones del sitio
Si
X
Suelo sin protección
Techado
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Cubierto con lona /Plástico
Suelos con revestimiento
(impermeable)
Si
X
X
Área no demarcada/
fácil acceso
X
No
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Batería
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
4 unidades
2010
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
9 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Unidad de respaldo de energía
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.3
Figura N° 13. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
38
�Plan de Manejo de Desechos
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Sur
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
Área no demarcada/
fácil acceso
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Material Ferroso
NORTE (m)
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
SUPERFICIE (m2)
AÑOS DE GENERACIÓN
3000 m2
2007
400 ton.
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Cambio de tuberías de serpentines, calentadores y
reemplazo de algunas tuberías en diferentes áreas del
PDT.
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Reciclaje: Convenio Recuvensa (Reciclaje Cuba
Venezuela)
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.4
Figura N° 14. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Sur
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
Suelos con revestimiento
(impermeable)
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
Trapos impregnados con Hidrocarburos
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
AÑOS DE GENERACIÓN
30 m2
2012
80 m3
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Mantenimiento de las Operaciones del Patio de Tanque
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Centro de Manejo: Incineración.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.5
Figura N° 15. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
39
�Plan de Manejo de Desechos
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
ÁREA
OPERACIONAL
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques Lagunillas Sur
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
X
No
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Techado
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
Área no demarcada/
fácil acceso
No
X
X
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Envases Contaminados con Hidrocarburos
ESTE (m)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
10 m3
2012
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
12 m2
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Envases de tomas de muestra diaria de crudo
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Reutilización y Centro de Manejo: Incineración.
Elaborado por: Alfredo Romero
Revisado
por: José M. Bracho
Aprobado por Ambiente: Luís Corredor
Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta
Fecha de Elaboración: 18/07/2013
Pág.6
Figura N° 16. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
2.1.2 Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no
tratados y desechos no peligrosos en el Terminales de Embarque.
Figura N° 17. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
40
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 18. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 19. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
41
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 20. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 21. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
42
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 22. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 23. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
43
�Plan de Manejo de Desechos
2.2 Estudio Geólogo ambiental de la zona de trabajo
Para realizar este estudio se hizo una revisión de artículos publicados por autores
venezolanos. También se tuvieron en cuenta experiencias venezolanas sobre
caracterizaciones medio ambientales de zonas naturales y socioeconómicas (Anguita,
1993). Fueron útiles los informes relacionados con las prospecciones geológicas para
yacimientos de petróleo y gas discutidos en PDVSA. También se tuvieron en cuenta
registros de pozos de perforación cercanos al área de investigación. Este estudio
abarcó el perfil geológico de una franja lo más cercana posible al Lago de Maracaibo
incluyendo estudios hidrológicos y geomorfológicos (Informe Geoambiental, 2008). La
columna estratigráfica de la zona de trabajo reportada aparece en el Anexo 8.
Se revisaron documentos pertenecientes a entes gubernamentales del Zulia
relacionados con la caracterización medio ambiental, así como las consideraciones
sobre afectaciones ambientales de las industrias dentro de la zona objeto de estudio.
Los documentos revisados para la descripción del clima se realizaron por consulta
directa a expertos de dos Universidades del País (comunicación privada, 2014).
44
�Plan de Manejo de Desechos
CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Introducción
Luego de haber realizado la descripción, caracterización y clasificación de los desechos
que se generan en las actividades que lleva a cabo la Coordinación Operacional de
PDVSA E & P Occidente, conformada por dieciséis (16) instalaciones: Patios de
Tanques (13): Bachaquero, Lagunillas Norte, Lagunillas Sur, Tasajeras, Ulé, Taparito,
Punta Gorda, H7, F6, Altagracia, Bajo Grande, Punta de Palmas y Palmarejo de Mara.
Terminales de Embarque (03): Puerto Miranda, La Salina y Bajo Grande. Estaciones de
Refuerzo (01): Pajuizal, el objetivo de este capítulo es analizar los resultados expuestos
en el capítulo precedente, para lo cual se describe el diseño del Plan de Manejo de
Desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de
Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo.
3.1 Objetivos y Estrategia específica del Plan de Manejo de Desechos
1. Establecer los procedimientos para la recolección, transporte, tratamiento y
disposición final de las corrientes de desechos generadas en las instalaciones de
Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, resultantes de las
actividades de almacenamiento, tratamiento y transporte del crudo, mantenimiento
de las instalaciones y eventos no deseados
(derrames y filtraciones);
en
concordancia con lo establecido la normativa ambiental venezolana.
2. Aplicar una adecuada gestión ambiental, según la normativa Ambiental Venezolana
y la Política Ambiental de Petróleos de Venezuela, S.A.
Estrategia Específica
El correcto manejo de los desechos es resultado de la gestión integrada de los
procesos (Salas, 2008), donde funciona como coordinador la gerencia responsable del
cumplimiento de las Normas de Calidad (Acosta, 2012).
Tareas de mayor prioridad
45
�Plan de Manejo de Desechos
Capacitar al personal que ejecuta las actividades para minimizar la generación
y manejo de los desechos y al personal administrativo en el significado dela
gestión integrada de los procesos.
Definir los procedimientos para la recolección, almacenamiento y disposición
final de desechos no peligrosos, aguas residuales domésticas e industriales.
Elaborar los manuales de procedimientos para la recolección, transporte,
almacenamiento y el aprovechamiento de materiales recuperables.
Definir las condiciones para la recolección, transporte y disposición final de los
desechos peligrosos, a fin de garantizar la seguridad del personal y mínimo
impacto al ambiente.
Generar registros en relación con los volúmenes de desechos generados, los
controles de descarga, caracterizaciones físico – químicas y bacteriológicas.
Controlar y evaluar los registros con relación a las hojas de seguimiento y
certificados de tratamiento y disposición final, para validar la gestión ambiental
llevada acabo.
3.2. Identificación de las corrientes de desechos
De la elaboración de los diagnósticos técnicos ambientales realizados en las
instalaciones de Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, se
identificaron las corrientes de desechos, las cuales han sido clasificadas de la
siguiente manera:
Efluentes líquidos domésticos.
Efluentes líquidos industriales.
Desechos sólidos no peligrosos.
Desechos y materiales peligrosos recuperables.
Emisiones atmosféricas en fuentes fijas.
3.3 Plan de manejo de efluentes
El Plan de Manejo, se aplicará sobre los efluentes generados durante las actividades y
procesos asociados al almacenamiento, tratamiento, transporte y despacho de crudo
dependencia de la Gerencia de Coordinación Operacional (C.O.) PDVSA Exploración y
Producción Occidente.
Las descargas o efluentes deberán cumplir con los límites
46
�Plan de Manejo de Desechos
permisibles establecidos en el Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control
de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”, de fecha 11 de
octubre de 1.995, publicado en Gaceta Oficial No. 5.021 Extraordinario de fecha 18 de
diciembre de 1.995.
El manejo de los efluentes y desechos, tiene como objetivo evitar en lo posible un
deterioro de las condiciones ambientales, minimizando los posibles efectos que estos
pudieran ejercer sobre el ambiente, mediante la implementación de medidas de control
y técnicas de tratamiento, lo que garantiza que el almacenamiento, tratamiento,
transporte
y disposición
final de
los
desechos
generados sea
eficiente
y
ambientalmente seguro.
El custodio de la instalación con el apoyo del equipo de gestión ambiental será
responsable por el óptimo y eficiente funcionamiento de las unidades para el
tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales.
Cada facilidad, tanto temporal como definitiva, tendrá su sistema de drenaje
perfectamente identificado y su unidad de tratamiento que aplique. Todos ellos serán
independientes y se clasifican en:
•Efluentes domésticos, constituidos por:
-
Aguas negras y grises (Baños de oficina y laboratorios, comedores, salas
de operaciones).
•Efluentes industriales, constituidos por:
-
Aguas de lluvia (contaminadas con hidrocarburos) provenientes de las
hoyas y drenajes de los tanques de almacenamiento.
-
Aguas de producción generadas por deshidratación del crudo.
Efluentes domésticos
Se refiere a las aguas resultantes de las salas sanitarias y comedores, producidas por
cada persona, estos efluentes serán tratados mediante sistemas de tratamiento
biológicos, a través de una planta de tratamiento con capacidad de acuerdo al caudal y
concentración de contaminantes generados en las instalaciones; de igual manera se
pueden disponer los efluentes domésticos de acuerdo a la infraestructura de cada
instalación en pozos sépticos como manejo temporal de desechos.
47
�Plan de Manejo de Desechos
Manejo y disposición final de los efluentes domésticos
Los efluentes domésticos, serán recolectadas y conducidas a las plantas de
tratamiento instaladas en los patios de tanques (PDT) pertenecientes a la gerencia
de Coordinación Operacional, serán canalizados a través de tuberías hacia la
planta de tratamiento biológico. Este sistema utiliza el método extendido de
aireación; el mismo comprende el contacto del desecho con colonias de bacterias
capaces de degradar la materia orgánica, luego es pasado a la unidad de
clarificación y por último a la de desinfección donde el agua clarificada se pone en
contacto con pastillas de cloro hasta obtener un desecho ambientalmente
aceptable.
Se tomarán muestras de los efluentes domésticos, a la salida de la planta de
tratamiento, luego serán analizadas en un laboratorio. Si cumplen con la normativa
ambiental (Decreto 883 sobre Normas para la Clasificación y el Control de la
Calidad de los Cuerpos de Aguas y Vertidos o Efluentes Líquidos), Sección III,
Artículo 10 “De las descargas a cuerpos de agua”, ver tabla N° 1, se podrán
descargar y/o serán asperjadas en áreas adyacentes a la instalación (zona de
seguridad). De no estar bajo norma, se reincorporarán al proceso de tratamiento
hasta alcanzar los parámetros exigidos en la legislación ambiental Venezolana.
El volumen total (Todas las instalaciones de Coordinación operacional) estimado de
efluentes domésticos a procesar es el siguiente:
Número de personas estimadas: 600/día
Volumen estimado a procesar en m3: 240
Volumen estimado por persona: 400 L/día
Los productos secundarios generados por este sistema de tratamiento, tales como:
lodos sedimentados, resinas saturadas, etc., deberán ser evaluados de acuerdo a
lo establecido en el decreto No. 2.635 contentivo a las “Normas para el Control de
la Recuperación de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos”,
publicado en Gaceta Oficial No 5245 de fecha 03 de Agosto de 1998, artículo 49
para la disposición mediante técnicas de confinamiento.
48
�Plan de Manejo de Desechos
Si se desea aplicar la técnica de esparcimiento en suelos, se deberá aplicar el
artículo 50; de no cumplir con los parámetros establecidos, estos desechos deberán
ser incinerados y/o enviados a centros de manejo autorizados para tales fines.
Aquellas instalaciones que no poseen sistemas de tratamiento de aguas residuales
domesticas (plantas de tratamiento), dispondrán dichas aguas en pozos sépticos
como manejo temporal de las mismas bajo condiciones especificas.
El pozo
séptico coadyuva a remover los sólidos sedimentarios y flotantes del agua negra, a
su vez que remueve materia sólida (cieno). También permite digestión anaeróbica
de una porción de la materia sólida y almacena la porción no digerida.
El proceso de remoción de la materia sólida (cieno) se lleva a cabo por decantación, al
detener agua residual en el tanque, que permite que precipiten los sedimentos y que
flote la capa de impurezas. Para que esta separación ocurra, agua residual debe
retenerse en el tanque por un mínimo de 24 horas hasta que el 50 % de los sólidos
retenidos en el tanque se descomponen. La materia sólida (cieno) restante se acumula
en el tanque. No se necesitan aditivos biológicos ni químicos para ayudar o acelerar la
descomposición. El cieno continúa acumulándose en el fondo del pozo mientras se usa
el sistema séptico, sin ningún tipo de intervención.
Los pozos sépticos deben estar diseñados debidamente para la acumulación de al
menos, tres años de materia sólida (cieno) en un espacio seguro junto con un
volumen de agua residual no tratada.
Cuando el nivel de materia sólida (cieno) sobrepasa el límite volumétrico del diseño
del pozo y/o tanque séptico, las aguas negras tienen menos tiempo para separar la
materia sólida del agua antes de salir del tanque, por lo que el proceso deja de
realizarse con eficacia. Mientras sube el nivel del materia sólida (cieno), más
materia sólida entra en el área de filtración. Si el cieno se acumula durante
demasiado tiempo, no ocurre ninguna separación de materia sólida del agua; para
prevenir esto, el tanque tiene que ser vaciado de materia sólida (cieno),
normalmente con una bomba de un vehículo especial para el achique de Pozos
Sépticos.
El plazo para el achique de un Pozo Séptico depende, básicamente de:
49
�Plan de Manejo de Desechos
- La capacidad del tanque séptico.
- La cantidad de aguas residuales (relacionado con la población que genera los
efluentes)
- El volumen de materia sólida en el agua residual.
Se debe contratar a una empresa especializada, que realice el vacío mediante
bombeo, y transporte el agua residual y la materia sólida (cieno) de los pozos o
fosas sépticas, a plantas de tratamiento y/o centros de manejo cumpliendo con las
normas y legislación ambiental vigente.
Se debe supervisar la limpieza para asegurar que se haga debidamente. Para
extraer todo el material del pozo, se tiene que dispersar la capa de impurezas y
mezclar las capas de materia sólida (cieno) con la parte líquida del tanque (aguas
residuales no tratadas), para facilitar su vaciado lo más completo posible. La tabla a
continuación muestra un segmento de los parámetros físicos y químicos con sus
respectivos rangos. La tabla completa puede verse en el Anexo 7.
Tabla N° 1. Rangos y límites máximos de calidad de las descargas a cuerpos de agua
artículo 10, sección III.
PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
LÍMITES MÁXIMOS O RANGOS
Aceites minerales e hidrocarburos
Aceites y grasas vegetales y animales
Alfil Mercurio
Aldehídos
Aluminio total
Arsénico total
Bario total
Boro
Cadmio total
Cianuro total
Cloruros
Cobalto total
20 mg/l
20 mg/l
No detectable (*)
2,0 mg/l
5,0 mg/l
0,5 mg/l
5,0 mg/l
5,0 mg/l
0,2 mg/l
0,2 mg/l
1000 mg/l
0,5 mg/l
Fuente: Decreto n°. 883, Artículo 10.
La caracterización físico-química y biológica del efluente tratado, lo realizará un
laboratorio ambiental autorizado por el MPPA. Este laboratorio será
el
encargado de captar, preservar y analizar las muestras, cumpliendo con lo
establecido en el Decreto No. 883, Gaceta Oficial No. 5.021 Extraordinario, Sección
VI, Artículo 16 “De las descargas o infiltraciones en el subsuelo” y siguiendo la
metodología estándar establecida.
50
�Plan de Manejo de Desechos
El efluente tratado podrá ser descargado al suelo o cuerpo de agua, luego de medir
los parámetros y verificar que cumple con los requisitos establecidos por la
legislación ambiental venezolana.
Los resultados de estas mediciones serán
presentados al MPPA.
Efluentes industriales
Son aquellos efluentes constituidos por: las aguas de lluvia contaminada dentro de la
instalación con derrame de aceite, gasoil ó cualquier hidrocarburo confinada en hoyas y
drenajes de los tanques de almacenamiento, así como también las provenientes de los
procesos de deshidratación del crudo. Las aguas de producción son aquellas extraídas
en conjunto con el hidrocarburo, en las operaciones de producción de un yacimiento,
separadas en superficie mediante el proceso de deshidratación, presentan composición
fisicoquímica variable, incluyendo sales, metales pesados, hidrocarburos y otros
compuestos orgánicos disueltos. La norma PDVSA MA-01-02-04 establece los
lineamientos, criterios, consideraciones y responsabilidades para el manejo de las
aguas de producción generadas durante el proceso de exploración y producción de
hidrocarburos, a fin de prevenir, minimizar, controlar y mitigar los riesgos e impactos
socio–ambientales.
Manejo y disposición final de los efluentes industriales (Aguas de lluvia contaminadas
con hidrocarburos) (PDVSA MA-01-02-04, 2006).
Estos son recolectadas en la red de los canales internos que existen alrededor de
la instalación, lo que permite confinar todas las áreas de operación conteniendo
cualquier desecho líquido accidentalmente derramado, siendo luego conducidos a
las tanquillas de recolección y luego hacia los separadores API, donde son tratados
físicamente retirando la fracción de hidrocarburo y el agua continua en el proceso
para su adecuación para inyección en la recuperación secundaria de hidrocarburos
con un remanente que debe ser tratado y descargado hacia cuerpos de aguas o
transportados a un sitio autorizado por el Ministerio del Poder Popular para el
Ambiente (MPPA).
51
�Plan de Manejo de Desechos
Las aguas de lluvia contaminadas con hidrocarburos deben ser enviadas o
incorporadas a las tanquillas y separadores API, para ser sometidas al proceso de
tratamiento.
Si el agua de lluvia no se ha contaminado podrá ser descargada previa verificación
del personal de operaciones o custodio de la instalación, observando la presencia
de algún brillo aceitoso u otra evidencia de contaminación.
Manejo y disposición de las aguas de producción (PDVSA MA-01-02-04, 2006).
Durante todas las etapas del manejo de las aguas de producción se debe diseñar,
implantar y mantener las medidas preventivas necesarias para evitar derrames de
aguas de producción fuera de especificación al ambiente.
El agua de producción debe ser recolectada, caracterizada, tratada y dispuesta de
acuerdo con lo establecido en la legislación ambiental vigente y en la presente
norma.
Se debe mantener la integridad mecánica de toda instalación y el equipo necesario
para el manejo de aguas de producción, a través de un plan de mantenimiento
predictivo, preventivo y correctivo, según lo indicado en la Norma PDVSA IR–S–14.
Se debe registrar, en el libro o bitácora de operaciones, la información generada del
control de funcionamiento de los sistemas de tratamiento de aguas de producción.
Se debe buscar la minimización de los caudales de las aguas de producción en la
fuente, para lo cual se promoverá la aplicación de procesos y equipos de
separación en fondo de pozo, tales como: hidrociclones, bombas duales, geles,
polímeros, entre otros.
Se debe diseñar y construir la infraestructura requerida para el tratamiento de las
aguas de producción, considerando su calidad y el volumen asociado a los
estimados de producción de hidrocarburos, basados en los estudios integrales de
yacimiento y los planes de desarrollo.
En el caso de instalaciones existentes, se debe adecuar la infraestructura en
función de la calidad y el volumen de aguas de producción generados y del plan de
negocio.
Recolección, Transporte y Almacenamiento de Aguas de Producción
52
�Plan de Manejo de Desechos
La recolección y transporte de las aguas de producción hasta su área de
tratamiento debe realizarse a través de un sistema cerrado. Si las aguas son de
baja salinidad, su recolección y transporte hasta el área de tratamiento, podrá
realizarse a través de un sistema abierto.
En el caso que aplique el transporte con vehículos, el transportista debe portar la
siguiente documentación vigente:
a. Copia de la póliza del seguro ambiental.
b. Copia del RASDA de Manejador de Sustancias, Materiales y/o Desechos Peligrosos,
así como autorización de cómo transportista de aguas de producción.
c. Hoja de seguimiento, debidamente firmada por el generador y el transportista.
d. Plan de ruta, aprobado por PDVSA.
e. Plan de emergencia específico para la actividad aprobado por PDVSA.
f. Documentación del conductor del transporte (Licencia, certificado médico).
g. Seguro de responsabilidad civil del vehículo.
h. Constancia de Revisión Técnica Parcial, otorgada por el Instituto Nacional de
Transporte y Tránsito Terrestre.
i. Otras consideraciones establecidas en la Norma PDVSA SI–S–04 “Requisitos de
Seguridad Industrial, Ambiente e Higiene Ocupacional en el Proceso de Contratación”.
La infraestructura de almacenamiento temporal debe estar construida con material
impermeable para evitar la percolación del agua de producción.
Se deben construir pozos piezométricos o de monitoreo, aguas arriba y aguas
abajo en dirección de las aguas subterráneas, para el seguimiento de su calidad en
el área de influencia del sitio de almacenamiento. En las áreas donde se utilicen
tanques para el almacenamiento de aguas de producción, se evaluará la necesidad
de construir pozos de monitoreo.
Caracterización y Clasificación de Aguas de Producción
Las aguas de producción deben ser caracterizadas de acuerdo con los parámetros
establecidos en la legislación ambiental vigente y en la presente norma, pudiendo
incluirse cualquier otro parámetro que propicie la selección de opciones de uso y/o
53
�Plan de Manejo de Desechos
disposición de las aguas, contemplando aquellas que conduzcan al beneficio socio–
ambiental del entorno.
Se deben realizar caracterizaciones periódicas de las aguas de producción,
enmarcadas en el Programa de Seguimiento Ambiental aprobado por la Autoridad
Ambiental Nacional, por un laboratorio autorizado por dicha Autoridad. Los
resultados de la caracterización deben ser remitidos a la Gerencia de Ambiente e
Higiene Ocupacional y demás gerencias involucradas.
Los criterios para clasificar las aguas de producción, para seleccionar la opción de
disposición final, se basan en la salinidad y compuestos orgánicos disueltos,
indicados en los siguientes puntos:
a. Baja salinidad: Aquellas cuyo contenido de Cloruros o Sulfatos es inferior al límite
que establezca la legislación ambiental vigente (Valor actual Cloruros: 1000ppm y
Sulfatos 1000ppm).
b. Alta salinidad: Aquellas cuyo contenido de Cloruros o Sulfatos sea superior al límite
que establezca la legislación ambiental vigente (Valor actual Cloruros: 1000ppm y
Sulfatos 1000ppm).
c. Baja carga orgánica: Aquellas cuya contenido de la Demanda Química de Oxígeno
(DQO) sea inferior a 1000 ppm y/o 10 ppm de fenoles.
d. Alta carga orgánica: Aquellas cuyo contenido de la Demanda Química de Oxígeno
(DQO) sea superior a 1000 ppm y/o 10 ppm de fenoles.
Nota 1: Los valores descritos son únicamente para la clasificación de las aguas de
producción y definición de opciones de tratamiento, en ningún caso para su disposición
final.
Nota 2: Independientemente del resultado de clasificación del agua de producción, es
obligatorio que el tratamiento seleccionado asegure el cumplimiento de los límites de
todos los parámetros o contaminantes indicados en la legislación ambiental vigente,
para el tratamiento y selección de su disposición.
Nota 3: Esta clasificación no sustituye la indicada en el Decreto Nº 883 y tiene como
única finalidad facilitar la selección del tratamiento.
54
�Plan de Manejo de Desechos
Tratamiento, Reutilización y Disposición Final de Aguas de Producción
Basado en la caracterización de las aguas de producción, se debe establecer el
tratamiento necesario para su disposición final que, permita el cumplimiento de la
legislación ambiental vigente y de la presente norma, asegurando la protección del
ambiente.
En aquellos casos que se requiera la inyección de aguas para los procesos de
recuperación secundaria, se le debe dar prioridad al uso de las aguas de
producción.
Figura N° 24. Esquema general para el manejo y disposición final de las aguas de
producción
Fuente: Norma PDVSA MA-01-02-04
55
�Plan de Manejo de Desechos
3.4 Plan de manejo de desechos sólidos no peligrosos
Los desechos sólidos de naturaleza no peligrosa generados durante las operaciones en
las instalaciones de coordinación operacional, han sido clasificados en desechos
sólidos no peligrosos de origen domestico y no peligrosos de origen industrial, según lo
establecido en el Decreto No. 2.216 relativo a las “Normas para el Manejo de los
Desechos Sólidos de Origen Doméstico, Comercial, Industrial o de Cualquier otra
Naturaleza que no sean Peligrosos”.
Este plan de manejo de desechos pretende inicialmente identificar los tipos de
desechos
generados
y
establecer
los
procedimientos
para
su
recolección,
almacenamiento temporal, transporte y/o disposición final (Costa, 2011).
Desechos sólidos no peligrosos de origen doméstico
Estos desechos son generados producto de la actividad humana en las áreas de
oficinas administrativas, salas de control, comedores y baños, y están constituidos por
restos de alimentos, envases plásticos, cartón, vidrio, residuos de papelería, restos de
vegetación del corte de maleza, entre otros. La figura a continuación muestra lo que se
ha descrito.
Figura N° 25. Desechos Domésticos (papel, cartón, vidrio)
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Recolección, almacenamiento, transporte y disposición final de desechos sólidos no
peligrosos
Para la recolección de restos de alimentos, envases plásticos, cartón, vidrio y
residuos de papelería colocarán en las oficinas, comedores, baños y salas de
control, papeleras de 40 litros de capacidad, contentivas de bolsas negras de igual
56
�Plan de Manejo de Desechos
volumen. Estas papeleras deben ser de color verde y estar plenamente
identificadas y bajo ningún concepto se podrán disponer desechos de otra
naturaleza, es decir, que no sean peligrosos.
En las áreas del patio o donde los volúmenes de generación sean mayores se
dispondrán de contenedores metálicos de mayor capacidad (200 litros), con sus
respectivas tapas para protegerlos de las aguas de lluvia,
de color verde y
plenamente identificados. Igualmente con bolsas negras de gran resistencia para su
facilitar su manejo.
Los contenedores de desechos se llenarán hasta su capacidad antes de su
disposición final, de manera de optimizar los recursos.
Se prohibirá colocar en
estos contenedores, recipientes o bolsas que contengan o hayan contenido
productos químicos, o cualquier desecho de clasificado como peligros. Para esto se
debe realizar la divulgación de este plan al personal obrero, supervisor y
administrativo de todas las instalaciones involucradas. (Responsable: Ambiente
Coordinación Operacional)
Los desechos serán trasladados hasta los rellenos sanitarios autorizados por el
MPPA más cercanos a cada una de las instalaciones, a través del servicio de aseo
urbano de cada municipio. En aquellos sitios donde este servicio no sea eficiente,
se realizará con esfuerzo propio en vehículos de PDVSA. La frecuencia de traslado
dependerá de la cantidad de desechos generados. Sin embargo, se estima un
traslado de dos (2) veces a la semana.
Específicamente para los restos de vegetación generados durante los cortes de
maleza, serán depositados en los camiones volteos de las empresas o cooperativas
responsables de la actividad, inmediatamente luego de ser cortados. Los camiones
deben disponer de lonas o cubiertas durante el transporte de los residuos hacia los
botaderos de escombros autorizados por el MPPA más cercanos.
Se llevarán registros y reportes de los desechos generados en cada instalación
(Planilla de Registro de desechos sólidos no peligrosos). El personal de control de
acceso a cada instalación (PCP) será el responsable de llenar estos registros y
semanalmente los entregará al supervisor de la instalación para ser archivado.
57
�Plan de Manejo de Desechos
Desechos sólidos no peligrosos de origen industrial
Durante las actividades de mantenimiento y construcción de nuevas obras se generan
numerosos materiales que pueden ser reutilizados en otros procesos industriales, tales
como: válvulas, secciones de tuberías, chatarra, electrodos usados, mangueras de
muelle, desecho electrónico, entre otros.
La cantidad de estos desechos variará,
puesto que dependerá de la operación que se ejecute en un momento dado. Los
mismos se clasificarán y almacenarán en áreas a cielo abierto plenamente identificadas
y serán trasladados a los Patios de Salvamento y Chatarra de PDVSA ubicados en
Bachaquero y la Salina, allí serán dispuestos de forma temporal, hasta tanto se decida
la viabilidad de los métodos de recuperación y/o reutilización, o por el contrario, el
procedimiento a seguir para ser desechados de forma definitiva. La figura a
continuación se refiere a esta chatarra.
Figura N° 26. “racks” de tuberías
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
El material ferroso y otros metales como cobre y aluminio, son acumulados y puestos a
la venta mediante un proceso licitatorio, algunos materiales como tubería y válvulas
podrán ser recuperados para otros proyectos. Aquellos materiales que se encuentren
en condiciones adecuadas podrán ser reparados y reutilizados (andamios, “racks” de
tuberías, etc), mientras que aquellos que hayan perdido sus propiedades por completo
debido al avanzado estado de deterioro podrán ser trasladados hasta diferentes acerías
para su posterior fundición y reutilización como materia prima. Aquellos que carezcan
de cualquier valor comercial deberán ser trasladados hasta rellenos sanitarios
debidamente autorizados por el MPPA para ser dispuestos en cumplimiento de las
58
�Plan de Manejo de Desechos
normativas ambientales correspondientes y de las condiciones que impongan las
autoridades competentes (Decreto 2.216). La figura a continuación muestra desechos
recuperables.
Figura N° 27 Patios de Salvamento PDVSA “racks” de tuberías
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
3.5 Plan de manejo de desechos peligrosos y material peligroso recuperable
Los desechos y materiales peligrosos recuperables generados en las instalaciones de
Coordinación Operacional producto de las actividades mantenimiento y eventos no
deseados (derrames o filtraciones), han sido clasificados de acuerdo a su disposición
final.
Desechos sólidos peligrosos para Biotratamiento
En las instalaciones de coordinación operacional se generan sedimentos petrolizados
durante el mantenimiento de los tanques, fosa de almacenamiento temporal de
hidrocarburos (ATHI), tanquillas, fosas de retrolavado de los DAL’s y separadores API y
por la ocurrencia de eventos no deseados como derrames y/o filtraciones por fallas en
líneas de flujo, tanques de almacenamiento, separadores API, calentadores entre otros.
Por este motivo se establece el procedimiento para sanear las áreas afectadas y
manejar los volúmenes de sedimentos petrolizados generados:
Cuando se produzcan sedimentos a raíz de un evento no deseado se realizará la
etapa de remoción de los sedimentos y suelo impactado, a través de las
contratistas que prestan servicio a la Unidad de Prevención y Control de Derrame
(PCD) de la Gerencia de Ambiente. Para esto se utilizarán equipos pesados como
59
�Plan de Manejo de Desechos
cargador frontal, retroexcavadora y camiones volteos que trasladarán los
sedimentos removidos hasta un área acondicionada dentro de la instalación para su
apilamiento
Durante el mantenimiento de tanques y/o separadores API la empresa contratista
encargada de la actividad, dispondrá de personal obrero que realizará la remoción
de los sedimentos del interior de los tanques. Una vez fuera se utilizarán equipos
pesados para su recolección y traslado al área de apilamiento.
El área de apilamiento debe estar acondicionada con material de textura franco
limosa o franco arcillosa, en un área no inundadle, distanciada de cursos de agua y
claramente demarcada e identificada como área de disposición temporal para
garantizar condiciones ambientalmente seguras hasta el momento de realizar la
disposición final.
Los sedimentos se trasladaran a centros de manejo autorizados por al MPPA, o
aplicando la técnica de biotratamiento en sitio cuando exista disponibilidad de
espacio dentro de las instalaciones.
Traslado a centros de Manejo
La carga y el transporte de los sedimentos petrolizados se realizará a través de
terceras empresas, contratadas por la Gerencia de Coordinación Operacional y
bajo la supervisión del personal de ambiente. La empresa responsable de estas
actividades dispondrá del RASDA y la autorización vigente como manejador,
también será responsable de llenar las hojas de seguimiento y entregarlas a los
custodios junto con los certificados de tratamiento del centro de manejo autorizado
por el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente.
El transporte de realizará en camiones volteos cerrados herméticamente con
perfiles de acero en las esquinas y lonas o cubiertas en la parte superior, con lo que
se garantizará un traslado ambientalmente seguro desde las instalaciones de
coordinación operacional hasta los centros de manejo.
El custodio de la instalación será responsable de archivar y resguardar las hojas de
seguimiento y los certificados, como evidencia de una disposición final adecuada de
60
�Plan de Manejo de Desechos
estos desechos ante el organismo competente (Ministerio del Poder Popular para el
Ambiente).
Biotratamiento en Sitio
La etapa de homogenización se realizará con la mezcla de los sedimentos y las
capas de suelo afectado con aporte de material limpio hasta alcanzar el 10% de
hidrocarburos totales.
Para el mezclado y homogenización se utilizará equipos tipo motoniveladora,
tractores de oruga, cargador frontal, retroexcavadora, entre otros y para alcanzar la
humedad necesaria en el biotratamiento se suministrará agua mediante el uso de
camiones cisternas y fertilizantes como aporte de nutrientes de las bacterias
encargadas de biodegradar los hidrocarburos.
El
seguimiento
y
control
del
biotratamiento
se
realizará
a
través
de
caracterizaciones en las siguientes etapas: Al inicio del proceso de biotratamiento
de acuerdo con lo establecido en el artículo n° 53 del Decreto n° 2.635. Durante el
proceso de biotratamiento. Los parámetros a evaluar serán: contenido de Aceites y
Grasas, pH y Contenido de Humedad. Al final del proceso de biotratamiento de
acuerdo con lo establecido en el artículo
n° 50 del Decreto n° 2.635.
La práctica de esparcimiento en suelos se llevará a cabo cumpliendo con las
condiciones establecidas en el artículo n° 50 del Decreto n° 2.635:
1. El área de disposición final debe estar alejada por lo menos 500 m de cuerpos de
agua o fuera de la planicie de inundación de dichos cuerpos, de acuerdo a la
información hidrológica existente.
2. La topografía del área de disposición final deberá tener una pendiente menor de 3 %,
orientada hacia el cuerpo de agua superficial más cercana.
3. El desecho no debe exceder las concentraciones máximas permisibles en lixiviados.
4. La mezcla suelo/desecho debe cumplir con los parámetros establecidos en la lista
siguiente:
61
�Plan de Manejo de Desechos
Tabla N° 2. Valores permisibles articulo 50 Decreto 2.635.
pH
5–8
Conductividad eléctrica (mmhos/cm)
< 3,5
Cloruros totales (ppm)
< 2.500
Relación de adsorción de Sodio (RAS)
<8
Aluminio intercambiable (meq/100 gr)
< 1,5
Saturación con bases (%)
> 80
Aceites y grasas (% en peso)
≤1
Arsénico
25 mg/kg
Bario
20.000 mg/kg
Cadmio
8 mg/kg
Mercurio
1 mg/kg
Selenio
2 mg/kg
Plata
5 mg/kg
Cromo
300 mg/kg
Cinc
300 mg/kg
Plomo
150 mg/kg
Fuente: Decreto 2.635
Desechos sólidos peligrosos para Incineración
Durante las actividades de mantenimiento de las instalaciones y equipos como válvulas,
tuberías, calentadores, hornos y bombas entre otros, se generan ciertos volúmenes de
trapos y guantes impregnados con hidrocarburos, los cuales son considerados como
desechos peligrosos según lo establecido en el Decreto 2.635 referente a las “Normas
para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos
peligrosos” ya que el mismo plantea que todo aquel material que se ponga en contacto
o se impregne de una sustancia peligrosa es considerado peligroso, y debe darse un
manejo adecuado en cuanto a su recolección, almacenamiento temporal y disposición
final. De igual manera los envases capta muestras de crudo requeridos para análisis de
laboratorio son considerados como desecho peligroso.
Recolección, almacenamiento, transporte y disposición final de desechos sólidos
peligrosos
62
�Plan de Manejo de Desechos
Para su recolección se dispondrán en distintas áreas de los patios y durante la
ejecución de actividades de mantenimiento, contenedores metálicos de 200 litros
de capacidad. Bajo ningún concepto deben depositarse en estos contenedores
desechos sólidos no peligrosos, ya que al mezclarse, estos también se
considerarán desechos peligrosos.
El
sitio
de
almacenamiento
temporal
debe
cumplir
con
las
siguientes
características:
- Los contenedores metálicos serán de color rojo, rotulados con la identificación del
desecho, el nombre del generador, fecha en la cual fueron envasados, cantidad
contenida y símbolo de peligrosidad ajustados a la Norma COVENIN venezolana 3060
sobre “Materiales Peligrosos. Clasificación, Símbolos y Dimensiones de Señales de
Identificación” y la Nacional Fire Protecion Association (NFPA).
- Los desechos sólidos impregnados con hidrocarburos se clasifican: Inflamables (3),
Riegos a la salud (1) y Reactividad (0), mediante el símbolo o rombo de seguridad.
Figura N° 28. Rombo de seguridad de la NFPA
(Sólidos impregnados con hidrocarburos)
- El área de almacenamiento estará separada de las áreas de producción, servicio,
oficinas y de los almacenes de materias primas, excedentes y productos terminados.
Alejado de fuentes de calor u otras fuentes de energía, ubicado en una zona no
inundable, no expuesto a contingencias como derrumbes, descargas, emisiones u otros
vertidos industriales.
- En este mismo deposito se almacenarán desechos líquidos peligrosos como aceites
gastados, por lo cual se colocarán muros de contención, sistemas de drenaje y fosas
de captación para impedir el arrastre de derrames, vertidos o lixiviados fuera del área
63
�Plan de Manejo de Desechos
de almacenamiento, la capacidad de las fosas debe ser por lo menos la quinta parte de
todo el volumen almacenado.
- El piso debe ser de material impermeable o impermeabilizado con canales de
desagüe que conduzcan a la fosa de retención; y los envases deben colocarse sobre
paletas de madera.
- Las instalaciones deben contar con sistemas de detección y extinción de incendio,
adecuados para el tipo de desecho almacenado.
- Según el artículo No 35 del Decreto 2.635 los desechos no podrán permanecer en el
sitio de almacenamiento temporal por más de 5 anos.
- El supervisor de la instalación es responsable de mantener un inventario actualizado
de los desechos peligrosos almacenados.
- El transporte e incineración de estos desechos se realizará a través de terceras
empresas, contratadas por la Gerencia de Coordinación Operacional y bajo la
supervisión del personal de ambiente. La empresa responsable de estas actividades
dispondrá del RASDA y la autorización vigente como manejador, también será
responsable de llenar las hojas de seguimiento y entregarlas a los custodios junto con
los certificados de incineración del centro de manejo autorizado por el MPPA.
- El custodio de la instalación será responsable de archivar y resguardar las hojas de
seguimiento y los certificados de incineración, como evidencia de una disposición final
adecuada de estos desechos ante el organismo competente (Ministerio del Poder
Popular para el Ambiente).
Material peligroso recuperable
Producto del mantenimiento de los equipos existentes en los terminales de embarque,
patios de tanques y estaciones de refuerzo, se generan ciertos volúmenes de aceites
lubricantes gastados, los cuales serán incorporados a la producción de cada instalación
o manejados a través de terceras empresas y centros de manejos autorizados por el
Ministerio del Poder Popular para el Ambiente.
Recolección, almacenamiento, transporte y disposición final del material peligroso
recuperable
64
�Plan de Manejo de Desechos
Para su recolección durante la ejecución de actividades de mantenimiento se
dispondrán
contenedores
metálicos de 200 litros de capacidad sellados
herméticamente, de color rojo, rotulados con la identificación del desecho, el
nombre del generador, fecha en la cual fueron envasados, cantidad contenida y
símbolo de peligrosidad ajustados a la norma COVENIN venezolana 3060:2002
sobre “Materiales Peligrosos. Clasificación, Símbolos y Dimensiones de Señales de
Identificación” y la Nacional Fire Protection Association (NFPA).
Figura N° 29. Rombo de seguridad de la NFPA (Aceites lubricantes gastados)
Según el artículo 35 del Decreto 2.635 este material peligroso no podrá permanecer
en el sitio de almacenamiento temporal por más de 5 años PDVSA, MDP-09-RS05.
El supervisor de la instalación es responsable de mantener un inventario
actualizado de los volúmenes almacenados.
La disposición final se estos aceites gastados puede efectuarse incorporándolo a la
producción del patio de manera dosificada, sin que este altere las especificaciones
requeridas del crudo.
El transporte a los centros de manejo se realizará a través de terceras empresas
contratadas por la Gerencia de Coordinación Operacional y bajo la supervisión del
personal de ambiente. La empresa responsable de estas actividades dispondrá del
RASDA y la autorización vigente como manejador, también será responsable de
llenar las hojas de seguimiento y entregarlas a los custodios.
Desecho solido peligroso (asbesto)
Otros tipos de desechos peligrosos como:
Asbesto: se detectaron techos con láminas asbestos en los Patios de Tanques La
Salina, Lagunillas y Ulé. Se observa que varias de las láminas han sido retiradas o se
65
�Plan de Manejo de Desechos
han caído por acción del tiempo y de la intemperie, provocando el esparcimiento de
trozos y polvo de asbesto en el suelo adyacente a dichas áreas.
Manejo, Recolección y Disposición:
El asbesto es considerado como un material que debe ser manejado con estrictas
medidas de seguridad debido al carácter altamente cancerígeno del mismo. Su manejo,
recolección y disposición deberá realizarse en concordancia con la Norma Covenin
2251-98 y con el Decreto Nº 2635.
El personal que realice las labores de limpieza debe ser dotado del equipo de
protección personal y respiratoria adecuada y garantizada contra fibras de asbestos. El
empleador debe garantizar la existencia en el centro de trabajo, de un inventario de
respiradores para fibras de asbestos.
PDVSA está en la obligación de adiestrar a los trabajadores expuestos a asbestos y
productos que lo contengan, en todos los aspectos relacionados con:
- Conocimientos del riesgo y efectos en la salud.
- Uso del equipo de protección personal.
- Procedimientos adecuados de trabajo.
- Medidas de higiene ocupacional y saneamiento básico industrial.
- Medidas de higiene personal y saneamiento básico industrial.
Los desechos de asbestos y productos que lo contengan, deben colocarse en bolsas
plásticas de resistencia mecánica adecuada, debidamente sellada y con su respectiva
nota de advertencia y posteriormente eliminadas de acuerdo a lo establecido en la
normativa vigente para disposición de desechos peligrosos. Lo mismo debe hacerse
con los empaques y sacos vacíos que se usaron para su transporte o movilización. La
disposición final de estos desechos deberá hacerse únicamente en los Centros de
Manejo especializados y autorizados por el MPPA para tal fin.
Productos químicos desconocidos
Se observaron varios contenedores metálicos y plásticos contentivos de sustancias
químicas en estado líquido y de características físico químicas desconocidas en
diferentes áreas del complejo.
66
�Plan de Manejo de Desechos
Manejo, Recolección y Disposición:
Debido al desconocimiento de las características físico químicas de estos materiales,
los mismos deberán ser manejados utilizando medidas extremas de seguridad
industrial, mediante la utilización de equipos de protección personal, y evitando en todo
momento el contacto directo con los mismos.
Inicialmente deberá realizarse una caracterización física química completa de todos
estos químicos, para de esta manera determinar cual deberá ser su disposición. Los
desechos deben ser dispuestos en cumplimiento de las normativas ambientales
correspondientes y de las condiciones que impongan las autoridades competentes
(Decreto 2.635). La solución o alternativa que se seleccione debe garantizar una
disposición ambientalmente segura.
La disposición final de los desechos líquidos peligrosos se efectuará transportándolos
desde el sitio de disposición temporal hasta un Centro de Manejo especializado,
seleccionado de acuerdo a las características de cada sustancia identificada, y
debidamente autorizado por el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente para tal
fin.
Cuando se realizan trabajos de mantenimiento se generaran desechos sólidos
impregnados con hidrocarburos, estos serán identificados y almacenados en
contenedores o recipientes que garanticen la integridad y permitan ser manipulados con
seguridad y facilidad, para luego ser ubicados en área adecuadas de forma temporal,
para ser transportados y tratados por los centros de manejos autorizados para tales
fines, en concordancia lo tipificado en la normativa ambiental venezolana.
Los envases vacíos (como tambores, cuñetes, contenedores plásticos ó metálicos u
otros) que hayan contenido sustancias químicas, no podrán ser retirados por personas
no autorizadas y en ningún caso el personal podrá entregarlas a los pobladores. Una
vez limpios los contenedores podrán ser rehusadas para el almacenamiento de basura,
chatarra, aceites usados y otros desechos sólidos. Los empaques de químicos deben
ser retirados por las empresas suplidoras de este tipo de material.
67
�Plan de Manejo de Desechos
Otros desechos peligrosos que puedan generarse en el desarrollo de estos trabajos
como por ejemplo: baterías gastadas de plomo, níquel/cadmio, filtros, trapos con aceite
u otros, serán recolectados por separados y almacenados temporalmente en los talleres
de las contratistas para planificar y tramitar su tratamiento o disposición final en lotes y
apoyándose en empresas manejadoras de desechos autorizadas por el MPPA
Emisiones atmosféricas
Las fuentes fijas de emisiones atmosféricas identificadas en las instalaciones de
Coordinación Operacional están constituidas por hornos y calentadores empleados en
la deshidratación del crudo ubicados en los Patios de Tanques, y las bombas de los
terminales de embarque. En la actualidad se trabaja en la elaboración del inventario de
estas fuentes, el cual tiene como propósito, contabilizar el número de fuentes
existentes, activas y no activas. Así mismo permitirá conocer las que se encuentran
adecuadas
según
la
“Norma
COVENIN
1649:2006:
Chimeneas
y
Ductos.
Determinación de la ubicación y número mínimo de puntos de muestreo”.
Como resultado de este inventario se elaborará el plan de adecuación para aquellas
fuentes que no posean el punto de muestreo de acuerdo a la referida Norma y el plan
de monitoreo para las fuentes adecuadas, de acuerdo a lo señalado en el Decreto 638
referente a las “Normas sobre calidad del aire y control de la contaminación
atmosférica”, el cual establece las siguientes premisas:
Realizar la caracterización de las emisiones al menos una vez por año (Artículo 26).
La caracterización de las emisiones provenientes de chimeneas o ductos se llevará
a cabo mediante un mínimo de tres corridas en cada punto de captación
seleccionado, cuando el estudio se realiza por primera vez, y de un mínimo de dos
corridas, en los casos de fuentes evaluadas con anterioridad. (Artículo 13).
La determinación de la concentración de los contaminantes en emisiones
provenientes de chimeneas o ductos se realizará según métodos aprobados por las
Normas COVENIN o por métodos autorizados por el MPPA.
Los límites máximos para emisión de contaminantes son los establecidos en el
artículo 10 del mencionado Decreto.
68
�Plan de Manejo de Desechos
La tabla N° 3, a continuación, muestra la identificación de las corrientes de desechos
que incluye la fuente de generación, la práctica de manejo propuesto para los desechos
y la disposición final de los mismos.
Tabla N°3. Identificación de las corrientes de desechos.
CORRIENTE DE
DESECHOS
FUENTE DE
GENERACIÓN
PRÁCTICA DE MANEJO
PROPUESTO
UBICACIÓN FINAL
Aguas Residuales
Domésticas (negras y
grises)
Baños de oficinas y
laboratorios, comedores y
salas de operaciones.
Planta de tratamiento de
aguas residuales Domésticas
y pozo séptico.
Descarga a cuerpo de agua o red
de cloacas.
Aguas Residuales
Industriales.
Hoyas y drenajes de los
tanques de almacenamiento,
deshidratación del crudo,
laboratorios.
Plantas de tratamiento de
Aguas Industriales.
Inyección para recuperación
secundaria y descarga a cuerpos
de agua.
Desechos Sólidos No
Peligrosos de Origen
Domésticos.
Desechos Sólidos No
Peligrosos de Origen
Industrial.
Restos de comida
Papel, cartón, latas, plástico
de oficinas y comedores.
Residuos vegetales producto
del corte de maleza.
Chatarra ferrosa y material
recuperable, envases de
pintura
Recolección y
almacenamiento temporal de Rellenos sanitarios autorizados
acuerdo a lo establecido en el por el MPPA.
Decreto 2.216.
Propiedad de PDVSA.
Posterior venta
Patios de salvamentos de PDVSA
Desechos Sólidos
Peligrosos de Origen
Industrial.
Trapos, guantes y envases
capta muestras impregnados
con hidrocarburos producto
de actividades de
mantenimiento y laboratorios.
Sedimentos petrolizados
provenientes de
mantenimiento de tanques y
separadores API o por
derrames o filtraciones.
Fosas recolectoras de crudo.
Asbesto
Materiales peligrosos
recuperables
Aceites lubricantes usados
provenientes de motores,
compresores, bombas y
otros.
Recolección y
Recuperación a través de centros
almacenamiento temporal de
de manejo autorizados por
acuerdo a lo establecido en el
MPPA.
Decreto 2.635.
Emisiones Atmosféricas.
Calentadores, hornos,
bombas de transferencia de
crudo.
Según control y regulación
establecida en el Decreto 638 Atmósfera.
y normas COVENIN.
Recolección y
almacenamiento temporal de Incineración en centros de manejo
acuerdo a lo establecido en el autorizados por el MPPA.
Decreto 2.635.
Recolección y
almacenamiento temporal de
acuerdo a lo establecido en el
Decreto 2.635.
Tratamiento en centros de manejo
autorizados por el MPPA.
Tratamiento en sitio
(biorremediación).
Fuente: PDVSA, Moran, (2015).
3.6 Consideraciones derivadas del estudio geólogo ambiental de la zona
La zona se caracteriza por un clima seco, con escasos periodos de lluvia, que suceden
sin periodicidad. La vegetación propia de sabanas; el relieve es llano con algunas
ondulaciones, donde las elevaciones tienen muy poca altura. La temperatura es alta y
es caracterizada con vientos que no son fuertes ni perennes El elemento fundamental
que caracteriza el medio ambiente es el Lago de Maracaibo, que por su extensión
69
�Plan de Manejo de Desechos
marca los elementos antes señalados (Rasgos fisiográficos, 2011). Los asentamientos
urbanos están ubicados alrededor de los objetos de estudio sin un patrón uniforme, por
ejemplo en la ciudad de Cabimas y Lagunillas las instalaciones están dentro del
perímetro urbano (Síntesis estadística Estado Zulia, 2010). Existen áreas ocupadas por
granjas agropecuarias destinadas a la cría de animales que su modo de trabajo no
invade la zona ocupada por la empresa incluyendo la zona ocupada por los desechos.
Esta zona se caracteriza por la no ocurrencia de eventos como huracanes, ni trombas
marinas, etc.
El perfil geológico de la zona muestra la presencia de areniscas con algunas
intercalaciones de arcilla sobre horizontes de lutitas con calizas en la base (Ver anexo
8). Hay pocos reportes de fallas, pero no hay reportes de fallas notorias ni de
movimientos sísmicos de mediana y alta intensidad en lo que va de siglo. También se
caracteriza por ser una zona petrolífera con yacimientos en explotación (González de
Juana, 1980). El tipo de roca en el subsuelo, el clima y las pocas pendientes del relieve
asegura un comportamiento normal en la penetración del escurrimiento superficial.
Se caracterizaron los principales aspectos relacionados con el medio natural, como
son: las condiciones climáticas, características geológicas, geomorfológica fenómenos
físicos-geológicos, por otro lado el estado actual de la vegetación, la caracterización de
los suelos, desarrollo hidrográfico de la zona y las fuentes de abasto de agua en
algunos asentamientos. Esta información y los resultados obtenidos de las
observaciones realizadas durante los recorridos por la zona, para estudiar los lugares
de acumulación de desechos y reconocimiento del medio natural y socio económico,
permitieron identificar los principales problemas ambientales y los diferentes focos de
contaminación.
Las influencias negativas sobre el medio ambiente que pudieran afectar, la calidad del
suelo y la calidad de las aguas están dadas en forma general, por la ubicación de tipos
de desechos en los sitios actuales de recolección de manera indebida, también en
menor medida por la actividad de mantenimiento a instalaciones, fosas de residuales
de hidrocarburos en laboratorios, roturas casuales en el sistema de distribución de
fluidos. También es una influencia negativa sobre el medio ambiente, la contaminación
70
�Plan de Manejo de Desechos
de las aguas del lago por discontinuidades que se presentan en el proceso de
tratamiento de las aguas residuales peligrosas (Bolaño-Rodríguez Y, 2011).
Los cursos de aguas superficiales no tienen presencia en los sitios donde se acumulan
los desechos, aún en los cortos períodos lluviosos se ven pocas afectaciones por el
arrastre por lo que resulta poca la contaminación industrial por esta causa. Otros
aspectos evaluados fueron:
Alteraciones a la salud del hombre.
No hay reportes de afectaciones que puedan considerarse relacionados con derrames
de hidrocarburos, pero no hay estudios sistemáticos.
Posibles afectaciones por el uso reactivos químicos utilizados en el proceso de
tratamiento de las aguas residuales en las Plantas de tratamiento.
No se detectaron.
Daños a los organismos y ecosistemas marinos.
No hay reportes de estudios anteriores y no se realizaron estudios.
Alteraciones del suelo y modificación de sus propiedades.
De no dársele solución a los errores detectados incluidos en el Plan de mejoras
propuesto, algunos suelos pudieran verse afectados.
Cambios geomorfológicos e impacto paisajístico.
No son de magnitud considerable.
71
�Plan de Manejo de Desechos
CONCLUSIONES
1. El resultado del diagnóstico permitió sentenciar lo siguiente:
La Coordinación Operacional
de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques,
Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo, presenta deficiencias en lo que
respecta al cumplimiento de las normativas de seguridad ambiental y el manejo de los
materiales y desechos.
2. La evaluación de los procedimientos para la recolección, almacenamiento y
disposición final de los desechos permitió detectar los errores en la ruta que va desde la
generación de los desechos, hasta su colocación en las zonas destinadas a ellos y el
tratamiento final de los mismos. Esto contribuyó a conformar una estrategia especifica
donde se establece la necesidad de gestionar los procesos de manera integrada y que
la coordinación sea responsabilidad de la subdirección que atiende la Calidad en la
empresa.
3. Se realizó el inventario de desechos generados en la Coordinación Operacional de
PDVSA E & P Occidente, para ello se visitaron una Estación de Refuerzo, doce Patios
de tanques y dos Terminales de embarque. Se construyeron las fichas de cada uno de
estos objetos de la empresa. Se identificaron las fuentes generadoras de desechos y se
detectaron cuáles podían provocar un impacto asociado a las cercanías de las
comunidades.
4. Se diseñó un plan de manejo de desechos en la Coordinación Operacional de
PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las
Estaciones de Refuerzo. Este plan perfeccionó el concepto anterior de la corriente de
desechos incorporando desechos no identificados. Como parte del plan presentado se
propusieron nuevos controles ambientales pertinentes para
la recolección y las
consideraciones para la disposición final de los desechos peligrosos, a fin de garantizar
el cumplimiento de la legislación ambiental, la seguridad del personal y mínimo impacto
al ambiente.
72
�Plan de Manejo de Desechos
RECOMENDACIONES
1. Desarrollar un plan de saneamiento ambiental que logre minimizar las acumulaciones
de desechos que constituyen violaciones hoy, con plazos específicos en la
Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales
de Embarque y las Estaciones de Refuerzo, considerando los factores socioeconómicos del sitio donde se vaya a aplicar el plan.
2. Llevar a cabo auditorias internas para supervisar la calidad de las actividades que se
lleven a cabo y poder ejercer un eficiente control y vigilancia de las mismas.
3. Realizar un estudio de factibilidad relacionado con la propuesta de establecer
espacio limite alrededor de cada patio de tanque donde se colocará el desecho, y por
otro lado ampliar las posibilidades de reciclaje y comercialización con otras empresas
venezolanas y foráneas.
4. Estudiar la posibilidad de llevar a cabo la señalización de cada área de
almacenamiento de desechos.
73
�Plan de Manejo de Desechos
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�Plan de Manejo de Desechos
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77
�Plan de Manejo de Desechos
ANEXOS
Anexos del Capítulo 2
Anexo N° 1. Fichas correspondientes al Patio de Tanques F6
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
ÁREA
OPERACIONAL
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Desechos acumulados a la
intemperie
Techado
Cubierto con lona /Plástico
Patio de Tanques F6
Suelos con revestimiento
(impermeable)
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
ESTE (m)
AÑOS DE GENERACIÓN
20 Tn
1.995
No
X
X
X
X
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Área no demarcada/
fácil acceso
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Material ferroso (chatarra)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
Si
No
X
X
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Operaciones del Patio de Tanques
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Convenio RECUVENSA
Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez
Revisado por: Luis Corredor
Aprobado por: Luis Corredor
Custodio Instalación: Marcos Montilla
Pág.1
Figura N° 30. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques F6
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 31. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques F6
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
I
78
�Plan de Manejo de Desechos
Anexo N° 2. Fichas correspondientes al Patio de Tanques Punta Gorda
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
ÁREA
OPERACIONAL
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Desechos acumulados a la
intemperie
Techado
Patio de Tanques Punta Gorda
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
Material ferroso (chatarra)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
AÑOS DE GENERACIÓN
Ver ficha anterior
Ver ficha anterior
Si
No
X
X
Cubierto con lona /Plástico
X
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Área no demarcada/
fácil acceso
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
ESTE (m)
No
X
X
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Operaciones del Patio de Tanques
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Convenio RECUVENSA
Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez
Revisado por: Luis Corredor
Aprobado por: Luis Corredor
Custodio Instalación: José Ramos
Pág.2
Figura N° 32. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Punta Gorda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
79
�Plan de Manejo de Desechos
Anexo N° 3. Fichas correspondientes al Patio de Tanques H7
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
ÁREA
OPERACIONAL
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Si
Desechos acumulados a la
intemperie
No
X
Techado
Patio de Tanques H7
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
Cubierto con lona /Plástico
X
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
AÑOS DE GENERACIÓN
Ver ficha anterior
2009
Si
Suelo sin protección
X
No
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
X
Área no demarcada/
fácil acceso
X
SUPERFICIE (m2)
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
Envases plásticos impregnados de crudo
VOLUMETRIA/ UNIDAD
Condiciones del sitio
X
NORTE (m)
ESTE (m)
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Laboratorio Tía juana
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Debe ser dispuesto en centro de manejo
Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez
Revisado por: Luis Corredor
Aprobado por: Luis Corredor
Custodio Instalación: Alfredo López
Pág.3
Figura N° 33. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques H7
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Dirección Ejecutiva de Ambiente
MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y
DESECHOS NO PELIGROSOS
Dirección Ejecutiva /Filial
/División/Organización
Producción EyP Occidente
ÁREA
OPERACIONAL
Coordinación Operacional
PATIO DE ALMACENAMIENTO
Patio de Tanques H7
TIPO DE MATERIALES Y DESECHO
DESCRIPCIÓN DE SITIO
Condiciones del sitio
Desechos acumulados a la
intemperie
Techado
X
X
Suelos con revestimiento
(impermeable)
X
80 ton
2009
Condiciones del sitio
Si
Suelo sin protección
X
Área resguardada con
acceso restringido/
demarcada
Área no demarcada/
fácil acceso
UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN)
ESTE (m)
AÑOS DE GENERACIÓN
No
X
Cubierto con lona /Plástico
Material ferroso (chatarra)
VOLUMETRIA/ UNIDAD
Si
No
X
X
SUPERFICIE (m2)
NORTE (m)
FOTOS
ORIGEN (Procedencia)
Operaciones del Patio de Tanques
ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO
Convenio RECUVENSA
Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez
Revisado por: Luis Corredor
Aprobado por: Luis Corredor
Custodio Instalación: Alfredo López
Pág.4
Figura N° 34. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques H7
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
80
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 35. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos
almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques H7
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
81
�Plan de Manejo de Desechos
Anexo N° 4. Fichas correspondientes al Terminal de Embarque Puerto Miranda
Figura N° 36. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 37. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
82
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 38. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 39. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
83
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 40. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 41. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
84
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 42. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 43. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
85
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 44. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 45. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
86
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 46. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
87
�Plan de Manejo de Desechos
Anexo N° 5. Fichas correspondientes al Terminal de Embarque La Salina
Figura N° 47. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 48. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
88
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 49. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 50. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
89
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 51. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 52. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
90
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 53. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 54. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
91
�Plan de Manejo de Desechos
Anexo N° 6. Fichas correspondientes al Terminal de Embarque Bajo Grande
Figura N° 55. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 56. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
92
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 57. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 58. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
93
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 59. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 60. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
94
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 61. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 62. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
95
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 63. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 64. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
96
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 65. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 66. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
97
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 67. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 68. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
98
�Plan de Manejo de Desechos
Figura N° 69. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
Figura N° 70. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados
no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande
Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA
99
�Plan de Manejo de Desechos
Anexos del Capítulo 3
Anexo 7. Rangos y límites máximos de calidad de las descargas a cuerpos de
agua artículo 10, sección III.
PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
LÍMITES MÁXIMOS O RANGOS
Aceites minerales e hidrocarburos
Aceites y grasas vegetales y animales
Alfil Mercurio
Aldehídos
Aluminio total
Arsénico total
Bario total
Boro
Cadmio total
Cianuro total
20 mg/l
20 mg/l
No detectable (*)
2,0 mg/l
5,0 mg/l
0,5 mg/l
5,0 mg/l
5,0 mg/l
0,2 mg/l
0,2 mg/l
1000 mg/l
Cloruros
Cobalto total
0,5 mg/l
Cobre total
1,0 mg/l
Color total
500 Unidades de Pt-Co
Cromo total
2,0 mg/l
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20)
60 mg/l
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
350 mg/l
Detergentes
2,0 mg/l
Dispersantes
2,0 mg/l
Espuma
Ausente
Estaño
5,0 mg/l
Fenoles
0,5 mg/l
Fluoruros
5,0 mg/l
Fósforo total (expresado com Fósforo)
10 mgl
Hierro total
10 mg/l
Manganeso total
2,0 mg/l
Mercurio total
0,01 mg/l
Nitrógeno total (expresado en Nitrógeno)
40 mg/l
Nitritos + Nitratos (expresados como Nitrógenos)
10 mg/l
pH
6–9
Plata total
0,1 Mg/l
Plomo total
0,5 mg/l
Selenio
0,05 mg/l
Sólidos flotante
Ausente
Sólidos suspendidos
80 mg/l
Sólido sedimentables
1,0 mg/l
Sulfatos
1000 mg/l
Sulfitos
2,0 mg/l
Sulfuros
0,5 mg/l
Zinc
5,0 mg/l
Biocidas
Órgano fosforados y carbonatos
0,25 mg/l
Órgano clorados
0,05 mg/l
Radioactividad
Actividad α
Máximo 0,1 Bq/l
Actividad β
Máximo 1,0 Bq/l
Parámetros Biológicos
Número más probable de organismos coniformes totales no mayor de 1.000 ml, en el 10% de una serie de
muestras consecutivas y en ningún caso será superior a 5.00 por cada 100 ml.
Fuente: Decreto n°. 883, Artículo 10.
100
�Plan de Manejo de Desechos
Anexo 8. Columna Estratigráfica Generalizada de la Cuenca de Maracaibo
*
DISCORDANCIA
UNIDAD INFORMAL
Fuente: PDVSA (2012)
Figur a 2.1 Columna Estr atigráfica Gener alizada de la Cuenca de Marac ai bo
101
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Tesis
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Dublin Core
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Title
A name given to the resource
Plan de manejo de desechos para instalaciones en la coordinación operacional de PDVSA e & P Occidente
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Norka Moran Castillo
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis maestría
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2015
-
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Title
A name given to the resource
Pensamiento complejo. Base teórica para la cultura ambiental en las comunidades
Creator
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Noralis Columbié Puig
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Libro
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2014