marzo 2010www.ciemi.com

4 Congreso ProteCCión integral de la vida y las edifiCaCiones-viedCosta riCa 2010

6 Consideraciones básicas de diseño en sistemas de transporte de información (cableado estructurado)

12 Procesos y modelos matemáticos de erosión superficial

a revista Ciemi es la publicación oficial del Colegio de Ingenieros Electricistas, mecánicos e Industriales de

Costa rica (Ciemi). Es una revista técnica, especializada en el campo de la ingeniería, que se publica cada tres meses. Nuestra revista llega a las manos de más de 3800 ingenieros eléctricos, mecánicos, industriales y ramas afines que son miembros del Ciemi y que tienen a su cargo el diseño, instalación, soporte y consultoría en proyectos de ingeniería en todo el país. Por contar con el reconocimiento de un público bien segmentado y exclusivo desde 1991, somos la mejor opción para obtener el reconocimiento y posicionamiento de sus productos y servicios en electricidad, mecánica e ingeniería industrial.

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revista Líder en eL campo de La ingeniería con doce años de pubLicación continua

anúnciese en la

VENtajas dE la rEVIsta CIEmI

dé a conocer sus productos y soluciones a todos los ingenieros con una sola inversión publicitaria.destaque su anuncio colocándolo en la revista de ingeniería que cuenta con el mejor diseño gráfico, contenidos e impresión en el mercado.Nuestra condición de publicación técnica y la inclusión constante de edictos, comunicados y reglamentos técnicos hace que nuestros contenidos no pierdan vigencia y sean de consulta frecuente. la revista Ciemi es dirigida por la Comisión de Comunicaciones del Ciemi, ente que vela por la calidad de sus contenidos.

tIrajE y CIrCulaCIóN

la publicación cuenta con un tiraje de 4100 ejemplares y es distribuida entre los profesionales que son miembros activos del Ciemi.

PróxImos CIErrEs dE PublICIdad

número cierre de circulación publicidad

65 2 marzo 2010 31enerode 2010

66 12 mayo 2010 12 abril 2010

67 10 agosto 2010 11 julio 2010

68 23 nov. 2010 24 octubre 2010

EsPECIfICaCIoNEs dE Pauta PublICItarIa

El tamaño de los anuncios de una página debe ser 8.5 x11 pulgadas, excedentes de 0.5 cm, guías de corte, formato Pdf o EPs, con una resolución mínima de 250 dpi y color CmyK.

los anuncios se pueden enviar por correo electrónico a la dirección ccciemi@cfia.or.cr, con copia a lsomarriba@cfia.or.cr o enviar en un disco compacto a la dirección:

Laura somarribaComisión de ComunicacionesColegio de Ingenieros Electricistas, mecánicos e Industrialesapartado postal 2346-1000 san josé, Costa rica

si usted tiene alguna duda o consulta o desea obtener más información acerca de la revista Ciemi puede llamarnos al teléfono +506 2281-2062 o escribirnos un mensaje a la dirección de correo electrónico ccciemi@cfia.or.cr y con gusto le atenderemos.

Contáctenos al correo electrónico: ccciemi@cfia.or.cr

tarIfas PublICItarIas

revista revista impresa virtual

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Contraportada: $900 $450

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índice4 VIEd-2010 / Congreso “Protección integral de la vida y las edificaciones, Costa rica 2010”6 Consideraciones básicas de diseño sistemas de transporte de Información (Cableado Estructurado)11 Celda de diamantes para pruebas a ultra-alta presion12 Procesos y modelos matemáticos de erosión superficial17 Energía desde el municipio18 tips para ahorrar energía en el hogar19 Comision Ingenieria Eléctrica Cursos y seminarios Programados 201020 Comisión de Ingeniería Industrial Programa de actualización Profesional en Ingenieria Industrial 22 Palmatec: El logro de un profesional destacado

créditos

Publicación oficial del Colegio de Ingenieros Electricistas, mecánicos e Industriales de Costa rica (CIEmI)

apartado Postal 2346-1000, san josé, Costa ricatelefax: +506 2202-3914, Correo eléctronico: ccciemi@cfia.or.cr Portal electrónico: www.ciemi.com

Número 64. marzo 2010IssN 1659-0783

Junta directiva del CiemiIng. felipe Corriols morales. PresidenteIng. fernando Escalante Quirós. VicepresidenteIng. Víctor Herrera Castro. tesoreroIng. luis fdo. andrés jácome. secretarioIng. leonora de lemos medina. Vocal IIng. roger soley brenes. Vocal IIIng. mauricio santamaría Castro. fiscal

director ejecutivolic. jorge Hernández acosta

Consejo editorComisión de ComunicacionesIng. miguel Golcher Valverde, coordinadorIng. laura somarriba soleyIng. luis Incer ariasIng. alexandra arias alvarado

Envíenos sus comentarios y sugerencias a ccciemi@cfia.or.cr

diseño gráfico y producciónEsteban lópez meoñofilisgráfica s.a.

foto de portadaCortesía Ing. miguel Golcher Valverde

las opiniones expuestas en los artículos firmados, son responsabilidad exclusiva de sus autores y no corresponden necesariamente con la posición oficial del Ciemi. Copyright © 2009 por Colegio de Ingenieros Electricistas, mecánicos e Industriales de Costa rica. todos los derechos reservados. los contenidos de la revista podrán ser reproducidos únicamente con autorización escrita del Consejo Editor de esta publicación.

editoriaL

3

año 2010, año que se inicia con grandes Logros.

ste año se inicia con acontecimientos importantes para nuestro Colegio federado en los cuales una vez más el

CIEmI es protagonista. El primero de ellos es que el CIEmI ha organizado el primer congreso; denominado “Congreso Protección Integral de la vida y las edificaciones Costa rica VIEd 2010”. durante esta actividad se pretende propiciar un cambio cultural entre los profesionales para que la protección de la vida y las edificaciones forme parte del diario quehacer de todos nosotros. se desea promover la aplicación de los códigos y normas vigentes para el diseño de las edificaciones de todo tipo, ya sean nuevas o que se vayan a remodelar, teniendo siempre como objetivo principal la preservación de la vida de las personas en primera instancia y la protección de la propiedad. Es fácil entender que lo que se nos mostrará en el Congreso, no solamente tiene que ver con las especialidades adscritas al CIEmI, la ingeniería civil, estructural y la arquitectura tienen mucho que aprender y sin duda alguna sus criterios de diseño se verán beneficiados. El segundo hecho relevante es que, coincidentemente con la organización del congreso, el CIEmI logra en la asamblea de representantes del 23 de febrero, con no poca discusión, que se apruebe la adopción de la norma NfPa 70- NEC 2008 en español, con la adenda especial para Costa rica, un logro que viene indudablemente a mejorar las pautas para el diseño y construcción de las instalaciones eléctricas. Este es el último paso para que el Código Eléctrico que actualmente es obligatorio para los ingenieros, sea elevado a Norma Nacional lo cual lo hace de acatamiento obligatorio para los costarricenses. El tercer hecho de importancia es que la Comisión de Ingeniería Industrial, por primera vez logra que el CIEmI apruebe un programa integral de capacitación el cual dará inicio en este mes de marzo. Esperamos que este sea un primer paso para lograr una participación más activa de los ingenieros industriales en todas las actividades del CIEmI. Extendemos nuestra felicitación a la junta directiva, a la Comisión del Congreso, a la Comisión del Código Eléctrico, a la Comisión de Ingeniería Industrial y a la administración por los logros alcanzados. Instamos de igual a manera a las demás Comisiones del CIEmI a desarrollar actividades que serán noticia en esta revista.

Comisión de Comunicaciones.

e

INVItaCIóN VIEd-20104 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

invitaCión vied-2010Congreso “ProteCCión integral de la vida y las edifiCaCiones, Costa riCa 2010”

urante los días 23 al 26 de marzo, se nos presenta la oportunidad de encontrarnos con el VIEd 2010, una ventana

que el CIEmI abre para refrescar nuestros conocimientos sobre cómo garantizar la protección de la vida y las edificaciones en nuestro diario quehacer. la oferta incluye una ExPo de 35 stands con empresas que muestran materiales y equipos de último desarrollo, empresas constructoras nacionales especialistas e instituciones costarricenses que desean compartir su valiosa experiencia en este tema tan apasionante; todo ello, complementado con más de 30 charlas técnicas impartidas por los mejores profesionales de dentro y fuera del país, lo cual dará como resultado la satisfacción de descubrir y ampliar conocimientos en relación a esta materia. Visite nuestra página webb www.ciemi.com/vied para conocer más detalles acerca del evento que se llevará a cabo del 23 al 26 de marzo en el Hotel real Intercontinental, al oeste de la ciudad de san josé. ya Emmanuel Kant dijo que “la buena educación es precisamente la fuente de la que emanan todos los bienes de este mundo“, por eso, no dejemos pasar la oportunidad de asistir a un Congreso que a pocos kilómetros y a precios realmente accesibles, nos trae la actualización profesional que usualmente se obtiene a horas de vuelo de distancia.

a continuación se listan las ponencias, y los expositores con una breve reseña de su curriculum:

sIstEmas dE ProtECCIóN CoN EsPuma

ing. maximiliano r. oyolab.s. fire & safety management. Gerente Internacional Chemguard. superintendente Protección integral de Petróleos de Perú, Gerente de operaciones latinoamérica y el Caribe National foam, Kidde PlC, utC fire & safety. amplia experiencia como instructor en eventos de NfPa, National foam y Chemguard.

ProtECCIóN dE traNsformadorEs

ing. david Leiva Loaizalicenciado en Ingeniería mecánica universidad de Costa rica. Certificado de Especialista en Protección contra Incendios (CEPI-NfPa), más de 15 años de experiencia en diseño, especificación y pruebas de sistemas de protección contra incendios en plantas de generación

sIstEmas dE ProtECCIóN dE INCENdIos CoN aGua NEbulIzada

ing. eduardo armijo carvajalIngeniero Electricista universidad de Costa rica. maestría en sistemas de Protección contra Incendios universidad de Edimburgh. Consultor Independiente con amplia experiencia en el diseño de sistemas de supresión y detección de Incendios.

Profesor del Instituto tecnológico de Costa rica en el área de riesgos Industriales. Instructor NfPa en la norma NfPa 72 "Código Nacional de alarmas".

ProtECCIóN dE bodEGas CoN líQuIdos INflamablEs

ing. danilo rodríguez ariaslicenciatura en Ing. mecánica u.C.r. -Grado de maestría en Ing. mecánica de la universidad de Concepción, Chile. Certificado especialista en protección contra incendios otorgado por el CfIa, CEPI ante Ifst-NfPa . Egresado del programa PIPCI en protección contra incendios dictado por la uCr en convenio el Worcester Polytecnic Institute, usa. más de 10 años de experiencia en el diseño y dirección de proyectos de sistemas de protección contra incendios

INCENdIos ComPartImENtados y ProGramas dE sImulaCIóN

ing. Jorge uribe enríquezIngeniero Electromecánico, licenciatura en mantenimiento Industrial. amplia experiencia en el diseño de sistemas de Protección contra Incendios con rociadores automáticos, detección temprana y protección pasiva en edificaciones. Certificaciones NfPa 101, 20 y 13

PrEsurIzaCIóN dE EsCalEras Como mEdIo dE EGrEso sEGuro, Caso rEal EdIfICIo dE 20 PIsos EN Costa rICa

ing. eduardo armijo carvajalIngeniero Electricista universidad de Costa rica. maestría en sistemas de Protección contra Incendios universidad de Edimburgh. Consultor Independiente con amplia experiencia en el diseño de sistemas de supresión y detección de Incendios. Profesor del Instituto tecnológico de Costa rica en el área de riesgos Industriales. Instructor NfPa en la norma NfPa 72 "Código Nacional de alarmas".

INstalaCIoNEs EléCtrICas ComErCIalEs, INdustrIalEs E INstItuCIoNalEs y la salVaGuarda dE la VIda y la ProPIEdad

ing. victor rojas castrodoctorado en Ingeniería Electromecánica, Politécnico de milán Italia. Catedrático en las Escuelas de Ingeniería mecánica e Ingeniería Eléctrica de la universidad de Costa rica en el área de diseño Eléctrico Industrial, residencial y Comercial. Ingeniero Consultor. Presidente de rEProCoN s. a., compañía consultora en Ingeniería Eléctrica y mecánica. Posee más de treinta años

d

INVItaCIóN VIEd-2010 5rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

de experiencia en análisis, diseño, inspección e instalación de obras eléctricas y mecánicas en el campo comercial, residencial e industrial, así como en la puesta en marcha y operación de variado equipo de control y proceso industrial

sEGurIdad basada EN la CoNduCta/ImPlEmENtaCIóN EN PHElPs dodGE Costa rICa.

ing. vinicio Zamorajefe de seguridad y salud ocupacional Phelps dodge Costa rica. amplia experiencia en auditoría de sistemas de Gestión Preventiva de riesgos laborales, Gestión ambiental y sistemas de Gestión Empresarial

NuEVas tENdENCIas EN sEGurIdad ElECtróNICaing. Javier Fiatt Jiménez

Ingeniero de sistemas. amplia experiencia en seguridad electrónica.Empresa: GE security, Inc.

sEGurIdad HumaNa y EdIfICIos altosing. Juan José gutiérrez saxe

master of science Washington university ,st.louis, missouri, EE.uu, con énfasis en Control del ambiente Interno de Edificios.miembro del CfIa desde 1969. Inscrito como especialista en aire acondicionado y refrigeración. Profesor de la Escuela de Ingeniería mecánica, universidad de Costa rica de 1968 hasta 2002.actualmente profesor retirado, con el grado de Catedrático.fue promotor y coordinador académico del programa de Ingeniería en Protección Contra Incendios (PIPCI) de la facultad de Ingeniería, universidad de Costa rica.Ingeniero consultor, servicios de Ingeniería ltda.

sIstEmas dE suPrEsIóN dE fuEGos EN CoCINas INdustrIalEs

ing. Federico vázquezIngeniero mecánico con énfasis en seguridad Industrial. Postgrado en sistemas de Protección contra siniestros de la universidad de buenos aires. Egresado de la academia de protección al fuego de ansul. amplia experiencia en el diseño y dirección de proyectos de sistemas de supresión para instalaciones Públicas y privadas. Ha brindado clases magistrales a nivel universitario sobre riesgos Industriales y sistemas automáticos de Protección contra siniestros en la universidad de Costa rica y universidad Veritas.

sIstEmas dE suPrEsIóN dE fuEGos CoN GasEs lImPIos

ing. Federico vázquezIngeniero mecánico con énfasis en seguridad Industrial. Postgrado en sistemas de Protección contra siniestros de la universidad de buenos aires. Egresado de la academia de protección al fuego de ansul. amplia experiencia en el diseño y dirección de proyectos de sistemas de supresión para instalaciones Públicas y privadas. Ha brindado clases magistrales a nivel universitario sobre riesgos Industriales y sistemas automáticos de Protección contra siniestros en la universidad de Costa rica y universidad Veritas.

ImPortaNCIa dE la aPlICaCIóN dEl EstáNdar NfPa 20 EN sIstEmas dE bombEo CoNtra INCENdIo

ing. rodolfo cuéllar villanuevaIngeniero Químico Industrial, graduado de la Escuela superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas, del Instituto Politécnico Nacional en la Cd. de méxico 1980. más de 10 años de experiencia en Ingeniería de Proyectos del Instituto mexicano del Petróleo. trece años de experiencia para Itt como responsable de la venta y asistencia técnica de equipos de bombeo incluyendo la línea de Itt aC fire Pump para aplicaciones contra incendio.

ProtECCIóN dE la VIda mEdIaNtE la arQuItECturaarq. Hernán Hernández

licenciatura en arquitectura (uaCa)Presidente y Propietario de HErIEl s.a. y GIa s.a.miembro CfIa – miembro NfPa – miembro aIa (amican Institute of architecture)Experiencia en diseño y desarrollo de proyectos de inversión para la construcción

sEGurIdad dE la INformaCIóN

ing. allan vargas moraIngeniero en Informática, Especialista en seguridad Informática y seguridad de la Información.fundador de la unidad de Informática del oIj - Ha colaborado como perito en casos judiciales.oficial de seguridad de la Información del banco CItI banksocio fundador de la empresa armaximus especializada en la norma Iso 27001, e Iso 27002.

VENtIlaCIóN EN EstaCIoNamIENtos, CálCulos y sImulaCIóN

ing. david ortizIngeniero mecánico Egresado del Instituto tecnológico de Puebla, cuenta con vasta experiencia en el análisis de sistemas de ventilación, fft, Vibraciones mecánicas, y análisis estructural modal, métodos fluodinamicos (Cfd) análisis de elementos finitos.Especializándose en el campo de la acústica. miembro activo del technical advisor Commite of sound, (Comité de amCa especializado en la acústica en Ventilación). desarrollo y revisión de Publicaciones técnicas y Normas amCa.Colabora actualmente y desde hace 10 años para la empresa soler y Palau méxico como jefe del laboratorio de aerotécnica.

NfPa 850 y 851 - sIstEmas CoNtra INCENdIos EN PlaNtas dE GENEraCIóN

ing. marco saavedra marínIngeniero mecánica- bachiller uCrlicenciatura en Ingeniería mecánica – universidad InteramericanaCPI-NfPa. amplia experiencia en diseño en sistemas de Protección contra Incendios – sistemas de rociadores con espuma en tanques de almacenamiento de combustible – rociadores automáticos Cursos con Ifst/NfPa sobre las normas NfPa 850 – 851 – 13 – 30 – 25 11 y 15

Los esperamos.

Ing. Efrén Vargas, rCdd, lEEd aP director del departamento técnico Circuito, s.a.

artíCulo téCNICo6 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

ConsideraCiones BásiCas de diseñosistemas de transPorte de informaCión (CaBleado estruCturado) Parte i

esde hace unos años se volvió común escuchar acerca de “cableado estructurado” pero la mayoría de los usuarios de

estos sistemas e incluso muchos profesionales no tienen claro a qué se están refiriendo con este término. de manera muy resumida, un cableado estructurado consiste en una infraestructura de telecomunicaciones que nos permite integrar dentro de un mismo sistema: voz, datos, video, alarmas, control de acceso o cualquier otro sistema de señales que transporten información. Para ello se estaría utilizando un medio de transmisión que puede ser cobre, fibra óptica, inalámbrico o una combinación de estos. además, el sistema como un todo deberá cumplir con lo dispuesto en estándares internacionales tales como: aNsI/tIa/EIa 568-C, 569-b, 606-a y j-std-607-a por destacar los principales. la principal diferencia entre un sistema de cableado estructurado y los sistemas eléctricos o mecánicos es que estos dos últimos se utilizan para transportar potencia, en forma de corriente eléctrica o vapor por ejemplo, mientras que los primeros se utilizan exclusivamente para transportar datos (información), de ahí que hoy en día el término correcto para nombrarlos es “sistemas de transporte de información”. los principales objetivos de un sistema de transporte de información (dejaremos ya de lado el término cableado estructurado) son: asegurar que el sistema sea flexible, es decir, que se puedan realizar movimientos, adiciones y cambios (maC´s) en el sistema con relativa facilidad y sin incurrir en grandes gastos económicos o períodos extensos fuera de operación; asegurar un desempeño mínimo de la red y establecer una manera simple y repetitiva para medirlo y por último; garantizar estas características de la red por un período de tiempo de al menos 10 años. la enseñanza de los estándares que rigen los sistemas de transporte de información pero principalmente de las técnicas de instalación, es un asunto del que históricamente se han ocupado los diversos fabricantes de productos relacionados. El CIEmI brinda un curso al respecto pero este se orienta en el diseño e inspección de estos sistemas más que en productos y técnicas de instalación. a nivel internacional, existen organismos que se dedican por completo al desarrollo de documentación relacionada con los estándares de sistemas de transporte de información y al entrenamiento de personas y compañías en materia de telecomunicaciones. tal es el caso de bICsI (www.bicsi.org) que es una de las organizaciones más reconocidas en esta área. El conocimiento general de los estándares que rigen los sistemas de transporte de información no se puede resumir en unas pocas páginas y escapa al alcance de esta publicación. Nuestro objetivo con este artículo y el siguiente es crear un caso de estudio en donde se pueda apreciar paso a paso el proceso de determinar las necesidades particulares de un cliente; seleccionar un sistema que satisfaga esas necesidades; instalarlo satisfactoriamente y finalmente; determinar las pruebas necesarias para garantizar el funcionamiento y desempeño del sistema. En este primer artículo nos enfocaremos en determinar las necesidades del cliente y buscar la manera de satisfacerlas, dejando para el siguiente artículo los temas relacionados con la cuantificación de materiales, instalación y certificación de la red. Como caso de estudio proponemos un tipo de negocio que desde hace unos años se ha vuelto común en nuestro medio. muchas

compañías transnacionales han decidido establecer operaciones en nuestro país con este fin, estamos hablando de los “Call Centers”. Vamos a utilizar como base para este ejemplo un edificio de cuatro pisos, actualmente desocupado donde van a iniciar operaciones únicamente con los dos primeros pisos; dependiendo del rendimiento de la operación se expandirán a los otros dos.

paso 1: dEtErmINar las NECEsIdadEs dEl ClIENtE.

aunque el paso de determinar las necesidades del cliente parece obvio, muchas veces los ingenieros tendemos a olvidarlo parcial o completamente. El principal problema es que tendemos

d

foto con caracter ilustrativo

Cortesía Ing. Efrén Vargas

artíCulo téCNICo 7rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

a seleccionar lo que consideramos como mejor, sin preguntar cuáles son las necesidades del cliente y muy importante, cuál es el presupuesto con que él cuenta. En el otro extremo de la balanza, por no perder un negocio, le planteamos el uso de productos de baja calidad y bajo desempeño, normalmente a un precio muy bajo, sin analizar siquiera las consecuencias que podría traer para nuestro cliente una caída del sistema o su bajo rendimiento. mediante una corta reunión con nuestro cliente podemos averiguar: los tipos de equipos activos que va a utilizar (switches, hubs, routers, servers, etc.); el tipo de central telefónica; los planes para migrar a redes de mayor desempeño o a voz sobre IP; el número y distribución deseada de las áreas de trabajo y de los cuartos de telecomunicaciones; los tipos de sistemas que va a instalar tales como CCtV, control de acceso, etc. y por último, los planes de crecimiento de la compañía. siempre que sea posible, recorra cada parte del edificio; si se trata de un edificio nuevo, revise con sumo cuidado los planos constructivos y asegúrese de evacuar con el cliente todas las dudas existentes y anticipe aquellas que pudiesen surgir más adelante. Evite llevarse sorpresas posteriores ya que en este negocio las sorpresas normalmente son bastante caras y poco placenteras. Como base para este ejemplo vamos a establecer que en el primer piso se van a instalar 80 áreas de trabajo, 20 en oficinas permanentes y 60 en muebles modulares (cubículos). En el segundo piso se instalarán 120 áreas de trabajo, 20 en oficinas permanentes y 100 en muebles modulares. también establecemos que de expandirse a los pisos 3 y 4 la distribución será semejante a la del piso 2. su equipo activo les permite actualmente trabajar a una tasa de transmisión de datos de 1000mbps (1000basE-t) hasta cada área de trabajo y están pensando pasarse a 10 Gigabit Ethernet (10GbasE-t) en el mediano plazo. Cuentan con una central telefónica IP y no tienen planes de cambiarla. revisando los planos del edificio encontramos que no tiene divisiones en los pisos; que el área utilizable de cada piso es de 570m2; el cielo es suspendido y el piso es la losa de concreto. No se dejó prevista entre los pisos para cableado de telecomunicaciones (solo para los sistemas eléctricos y mecánicos como suele suceder) y existen dos baterías de servicios sanitarios por piso, ubicados al centro del piso. Con esta información básica a la mano procedemos a hacer a nuestro cliente las siguientes preguntas:• La cantidad y tipo de servicios que tendrá cada área de trabajo.• Tipos de sistemas de transporte de información que desea integrar dentro de la red.• Los medios de transmisión que se utilizarán para llegar a cada área de trabajo. • Los medios de transmisión que se utilizarán en el cableado vertebral (Cu ó f.o.).• El nivel de desempeño que deben cumplir los diversos componentes de la conectividad.• Los fabricantes o marcas aceptadas.• La distribución exacta de las áreas de trabajo.• La localización, tamaño, características y necesidades de los cuartos de telecomunicaciones.• Las formas de canalización aceptadas para los cableados horizontal y vertebral.• Los materiales aceptados para las rutas de cables horizontales y vertebrales.• El tipo de conexiones cruzadas que se harán en los cuartos de telecomunicaciones.• El tipo de administración deseada en el cableado.• El tiempo estimado dentro del cual debe estar listo el proyecto. muy probablemente nuestro cliente no nos pueda contestar todas estas preguntas en nuestra primera reunión e incluso, habrá algunas que no podrá contestar del todo y, seremos nosotros como ingenieros y como sus consultores, los que tendremos que dar respuesta y solución a esas inquietudes.

paso 2: ¿Cómo satIsfaCEr las NECEsIdadEs dEl ClIENtE?

1. salidas de telecomunicaciones en las áreas de trabajo y en las áreas de cobertura. aun y cuando parecería lógico empezar el diseño de este sistema en el corazón del mismo, o sea, en los cuartos de telecomunicaciones, la verdad es que son los servicios requeridos en cada área de trabajo los que determinan las necesidades de dichos cuartos. El área de trabajo se define como el espacio en el cual los usuarios interaccionan con el equipo conectado a la red (normalmente la PC y el teléfono), es decir, un cubículo, una oficina, una sala de reuniones, etc. Por otra parte, el área de cobertura se define como el área de acción de un dispositivo como una cámara de CCtV o de un control de acceso de una puerta, etc. Para efectos de diseño, tIa/EIa-568-C establece que se debe considerar un área de 10m2 por área de trabajo, sin embargo, la realidad es que en nuestro medio, esta área va a estar entre 5 y 7m2. El estándar tIa/EIa-568-C recomienda un mínimo de dos enlaces (nodos) por cada área de trabajo. En muchos casos esta cantidad es suficiente: una salida para datos y otra para voz o si es VoIP como en nuestro ejemplo, una salida para datos y la otra de respaldo, sin embargo, dependiendo de las necesidades del cliente, esta cantidad se puede incrementar. En el caso de otros sistemas como CCtV y control de acceso por ejemplo, la cantidad de enlaces requeridos va a depender del equipo que se vaya a instalar. muy importante aquí es tomar en cuenta las necesidades futuras del cliente pues en la mayoría de los casos es más económico y menos

Ing. Efrén Vargas, rCdd, lEEd aP director del departamento técnico Circuito, s.a.

artíCulo téCNICo8 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

incómodo dejar un enlace adicional previsto que instalar este enlace adicional más adelante. Para efectos de nuestro ejercicio, vamos a considerar dos enlaces por salida para los muebles modulares y tres enlaces por salida para las oficinas permanentes. un enlace para las ubicaciones de las cámaras de CCtV y un enlace a cada puerta que requiera de control de acceso.

1. categoría de los enlaces.

dado que ya está aprobada oficialmente la categoría 6a, y en vista de que nuestro cliente piensa migrar a tecnologías más avanzadas (lo averiguamos durante la reunión inicial), hacemos la recomendación de que para todos los enlaces utilice como mínimo esta categoría. El hecho de utilizar categoría 6a además le da la ventaja de tener una red con una vida útil mucho más larga pues es una tecnología recién aprobada en los estándares y es hacia donde van a migrar las aplicaciones actuales y en donde se van a mantener por algún tiempo. otro factor importante a considerar a la hora de tomar la decisión es si el edificio en el que se van a establecer es propio o alquilado. un buen sistema de transporte de información agrega

valor a la propiedad. En caso de que nuestro cliente sugiera utilizar un cableado de inferior categoría, siempre vale la pena hacerles esta pregunta: ¿cuál sería el impacto de suspender sus operaciones para realizar la migración a categoría 6a en el futuro, cuando sus aplicaciones así lo requieran? Esta simple pregunta puede ayudarnos a orientar al cliente a que tome la mejor decisión para su empresa.

2. ¿cuál es el presupuesto de nuestro cliente?

si nuestro cliente tiene un presupuesto limitado que le impide del todo utilizar categoría 6a debemos enfocarnos en la alternativa de categoría 6 como mínimo. sin embargo si la razón para no utilizar categoría 6a es lograr algún ahorro en la construcción de la red (tal vez son directrices del departamento financiero que no está al tanto de las ventajas tecnológicas de esta inversión), entonces es nuestro deber resaltar algunos aspectos que le pueden ayudar a nuestro cliente a justificar la inversión adicional en esta categoría:• Determinemos el costo total de los sistemas de transporte de información como un porcentaje de la inversión total en telecomunicaciones. Para satisfacer las necesidades iniciales de este proyecto, el cliente estará adquiriendo, además de la red

foto con caracter ilustrativo

Cortesía Ing. Efrén Vargas

artíCulo téCNICo 9rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

en cuestión, por lo menos 200 computadoras, servidores, equipo activo, software de aplicaciones y sistemas operativos, cámaras, etc. Como ya podemos ir intuyendo, el cableado representa un pequeño porcentaje del monto total de la inversión en telecomunicaciones (normalmente entre un 5% y un 10%). si además consideramos que la diferencia en costo entre un cableado categoría 6 y uno categoría 6a es de máximo un 15%, vemos que esta diferencia, con respecto a la inversión inicial en telecomunicaciones es menor al 1,5%, ni que decir del porcentaje que esto representa versus la totalidad de la inversión para habilitar el edificio. Concluimos entonces que el “ahorro” es insignificante si se compara con el sacrificio en desempeño de la red que obtenemos a cambio.• Otro enfoque que puede ayudar es estimar la diferencia de precio que existe actualmente entre un cableado en categoría 6 y otro en categoría 6a y determinar cuánto nos costará realizar esta actualización dentro de algunos años (considerando el costo de tener fuera de operación los sistemas durante el tiempo que dure la remodelación, además del incremento en los precios de los materiales). traigamos esa cantidad de dinero a valor presente y fácilmente veremos que es más rentable hacer la inversión de una vez y no incurrir en costosas remodelaciones futuras.

3. salidas de telecomunicaciones en localizaciones especiales.

Cómo ya lo habíamos adelantado, los cubículos y las oficinas no son los únicos sitios que necesitan salidas de telecomunicaciones. Existen otros lugares donde son necesarias estas salidas y es importante determinar cuántos enlaces se requerirán en cada uno de estos espacios. las salas de conferencias son uno de estos sitios, ya que en ellas se puede necesitar desde una única salida para teléfono hasta varias salidas telefónicas y de datos si tiene usos alternativos como por ejemplo sala de capacitación, por lo tanto es importante que el cliente determine de antemano cuántos enlaces va a necesitar en este lugar. tenemos que considerar aquí también todos los sistemas de multimedia que va a requerir y determinar que tipo de cableado van a requerir. otro sitio especial es la recepción ya que en este lugar se pueden instalar equipos adicionales como el fax, una impresora centralizada, o incluso una segunda recepcionista si el crecimiento de la operación así lo requiere. la cocina es otro sitio en dónde sería deseable instalar al menos una línea telefónica, pero al igual que en las salas de conferencias hay que preguntar si tendrá usos secundarios que requieran de más enlaces. Normalmente, las personas de seguridad también necesitan acceso a salidas telefónicas y de datos como mínimo por lo que también hay que determinar sus necesidades. Por último, hay que considerar las salidas para los puntos de acceso inalámbricos. Estas salidas normalmente van a estar instaladas en los cielos y su ubicación va a depender del diseño de la red “Wireless” del cliente. Es importante recalcar que muchos de estos lugares requieren salidas diferentes a voz y datos, por ejemplo, en la sala de conferencias y en la cocina podrían necesitar acceso a televisión por cable. En la recepción podría necesitarse una salida para un monitor del circuito cerrado de televisión, y en los cuartos de telecomunicaciones podrían necesitarse controles de acceso. todas estas salidas forman parte del sistema de transporte de información y no deberían considerarse como sistemas independientes.

4. espacios (cuartos) de telecomunicaciones.

los espacios de telecomunicaciones, sean estos cuartos, gabinetes o closets, se definen como los espacios dónde se va a terminar el cableado vertebral y horizontal y en dónde se harán las conexiones entre este cableado y el equipo activo. El estándar tIa/EIa-569-b da los requerimientos y recomendaciones para los cuartos de equipos y cuartos y espacios de telecomunicaciones. En la vida real es muy común que las

funciones de estos espacios se traslapen, es decir, el cuarto de equipos es a su vez un cuarto de telecomunicaciones, por ejemplo. algunos de los requerimientos mencionados por el estándar para estos espacios y que más comúnmente se emplean son:• Debe ser un espacio exclusivo para la instalación del equipo de telecomunicaciones o de soporte a estos equipos. otros sistemas no deben estar o pasar por el cuarto, por ejemplo, transformadores, tuberías de agua, canalizaciones de potencia, etc. los cuartos de telecomunicaciones de los diferentes pisos deben unirse al cuarto de equipos mediante una canalización aprobada y de las dimensiones indicadas por el estándar.• Deben ubicarse de forma tal que permitan que la distancia entre este espacio y cualquiera de las áreas de trabajo no exceda los 90m.• No se recomienda el uso de cielos suspendidos y la iluminación debe ser como mínimo de 500 lux a un metro del suelo.• Las paredes, pisos y cielos deben ser tratados para eliminar el polvo y deben pintarse de un color claro, al menos dos de las paredes deben ser cubiertas con láminas de “plywood” de 19m.m. de espesor para instalar paneles o equipos.• Deben contar con al menos dos salidas eléctricas dobles, provenientes de diferentes circuitos ramales, con una protección de 20 a.• Debe tener acceso al sistema de aterrizamiento de telecomunicaciones, cumpliendo con lo establecido en el estándar j-std-607-a.• Cualquier perforación en las paredes, cielo o piso del cuarto debe ser adecuadamente sellada con una barrera contra fuego.• El tipo de aire acondicionado con que contarán estos espacios va a depender del tipo de equipos activos que se instalen en ellos. El hecho de que no se cumpla una o varias de estas condiciones no debe desanimarnos pues es más la regla más que la excepción. sin embargo, como ingenieros y como consultores de nuestro cliente, estamos en la obligación de hacerle ver las posibles consecuencias de no cumplir con alguno de los requerimientos establecidos en los estándares. regresando a nuestro ejercicio, como el edificio no tiene separaciones en los pisos, debemos de planear una ubicación estratégica en conjunto con nuestro cliente y el resto del equipo de diseño. El primer aspecto a considerar es que debemos ubicar un cuarto de telecomunicaciones en cada piso y debemos interconectarlos con el cuarto de equipos (normalmente en el nivel inferior), por esta razón, siempre es deseable que los cuartos estén uno encima del otro. dado que en nuestro ejemplo no existía un ducto previsto para telecomunicaciones, debemos consultar con un ingeniero estructural en dónde sería más factible realizar estas perforaciones y eso nos dará una buena idea de dónde ubicar los cuartos. una vez hecho esto debemos dimensionarlos de acuerdo a los requerimientos del estándar tratando de cumplir al máximo con todos los requisitos que éste establece.

5. rutas de cables.

El cableado horizontal y vertebral deberá estar canalizado y soportado desde su punto de origen hasta su destino. En el caso del cableado vertebral, este puede ser canalizado a través de tuberías, tipos permitidos de canasta, escalera, ducto metálico o plástico u otros métodos aceptados. de igual forma, el cableado horizontal desde los cuartos de telecomunicaciones hasta las áreas de trabajo puede ser canalizado utilizando los medios antes mencionados más otros como los “j-Hooks” y la canaleta. la canasta es el método de canalización más ampliamente utilizado para el cableado vertebral dentro del edificio y para la canalización primaria o de distribución del cableado horizontal. la tubería subterránea continúa siendo el medio más utilizado para la acometida de telecomunicaciones en edificios nuevos. la forma más común de llegar a cada área de trabajo desde la canalización empleada para distribución es la tubería Emt. Esta

tubería comienza normalmente en la canasta y llega a una caja metálica de 100 mm x 100 mm en las paredes. En el caso de que las salidas estén en muebles modulares la situación es diferente. En este caso se utiliza un bajante para un determinado número de áreas de trabajo por lo que la salida de la canasta será en conduit hasta estos bajantes donde el cable continuará por los espacios destinados para tal fin en los muebles modulares. Es importante verificar que estos espacios en los muebles cumplan con lo establecido por la norma tIa/EIa-568-C en cuanto a: separación física de conductores eléctricos y cables de telecomunicaciones; los radios de curvatura permitidos y la capacidad máxima de almacenamiento de cables. los diámetros de tubería que se deben emplear están en función de la cantidad y diámetro exterior de los cables que van a viajar dentro de ella. El estándar tIa/EIa-569-b establece claramente estos diámetros.

6. cableado vertebral.

El cableado vertebral es el cableado que enlaza los distintos cuartos de telecomunicaciones con el cuarto de equipos (cuarto principal) y éste a su vez con la entrada de servicios que es dónde los Proveedores de servicio entrega los servicios solicitados por el cliente. No existe una fórmula universal para el diseño del cableado vertebral ya que este depende de varios factores tales como la velocidad de transmisión, las distancias entre cuartos de telecomunicaciones y el tipo de equipo activo con que se cuenta. Por lo tanto, cada cableado vertebral debe ser diseñado para ajustarse a las necesidades particulares del cliente. En nuestro ejercicio, disponemos de un cuarto de

telecomunicaciones en cada piso. dados los requerimientos de ancho de banda del cliente se utilizará fibra óptica entre cada cuarto de telecomunicaciones y el cuarto de equipos. los requerimientos actuales de los equipos activos nos permiten determinar el tráfico de datos de cada piso y con base en este tráfico podemos determinar cuántos hilos de fibra requerimos para satisfacer este tráfico más un porcentaje para redundancia y/o crecimiento. actualmente la fibra óptica multimodo de 50/125μm (om3) es capaz de manejar tasas de transmisión de datos de 10Gbps por par hasta distancias de 550m. si tomamos en cuenta que en el segundo piso, por ejemplo, se instalarán 120 PC’s con tarjetas de red de 1000mbps, esto nos da un tráfico de 120Gbps, aplicando un factor de utilización de la red de 0.4 (el análogo al factor de utilización en los diseños eléctricos) que se considera como alto ya que normalmente las redes trabajan a mucho menos que esto, tendríamos un tráfico estimado de 48Gbps el cual podría ser fácilmente manejado con 5 pares de fibras, es decir, con una fibra de 12 hilos sería suficiente y aun tendríamos un par de respaldo. Hay que tener mucho cuidado pues esta estimación es para los requerimientos actuales, siempre tenemos que determinar a qué plazo podría realizarse una actualización de equipos activos y qué tan fácil o difícil sería instalar nuevas fibras para satisfacer las necesidades de ancho de banda futuras. dado que cuentan con una central telefónica IP, no hay que hacer diferencia entre el cableado vertebral para datos y para voz pues ambos consisten en tráfico de datos y viajan por la misma fibra óptica que ya calculamos. 7. conexiones cruzadas e interconexiones en los cuartos de telecomunicaciones.

ahora que el cableado horizontal y vertebral está especificado, necesitamos determinar que hardware es necesario en los espacios de telecomunicaciones para terminar estos cableados y hacer las conexiones con los equipos activos. Para terminar el cableado horizontal del primer piso, necesitamos alojar los cables correspondientes a las 80 áreas de trabajo, 20 de ellas con tres enlaces y 60 con dos enlaces, para un total de 180 cables. además debemos de considerar los enlaces utilizados para las cámaras de CCtV, para control de acceso y para los puntos de acceso inalámbricos. Con esta información podemos determinar la cantidad de paneles de parcheo requeridos así como la cantidad de organizadores horizontales y en función de esto, la cantidad de racks necesarios en el cuarto. siempre se debe tener en cuenta una previsión para crecimiento futuro. además tenemos que determinar la cantidad de equipo activo que irá en cada cuarto porque con base en estas cantidades determinamos cuantos racks o gabinetes adicionales necesitamos para alojarlo. la terminación de las fibras ópticas en cada cuarto de telecomunicaciones se realiza utilizando un organizador diseñado para tal fin. mediante un cordón de parcheo de fibra óptica se hace la interconexión entre estas bandejas de fibra y el equipo activo y mediante cordones de parcheo de cobre se hace la interconexión entre el equipo activo y los paneles de parcheo en donde se finalizó el cableado horizontal de cada piso. Para los pisos 2, 3 y 4 se procede de igual forma que para el piso 1 y se determina el número de paneles de parcheo necesarios, al igual que el resto de los componentes necesarios para terminar los cuartos de telecomunicaciones. además de todo lo anteriormente mencionado se deben considerar otros elementos como el sistema de puesta a tierra y los elementos necesarios para realizar la identificación de los elementos de la red (administración). Con todas estas decisiones tomadas, el diseño básico del sistema de cableado estructurado está finalizado. En el siguiente artículo veremos algunas consideraciones para seleccionar los productos para implementar esta solución, veremos cómo crear una lista de materiales, mencionaremos algunas consideraciones importantes durante la instalación, pruebas y certificación de esta red.

Ing. Efrén Vargas, rCdd, lEEd aP director del departamento técnico Circuito, s.a.

artíCulo téCNICo10 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

foto con caracter ilustrativo

Cortesía Ing. Efrén Vargas

Celda de diamantes Para PrueBas a ultra-alta Presion

l estudio de compuestos bajo condiciones de presión extrema, ha adquirido notoriedad en las últimas décadas. descubrimientos

en áreas como almacenamiento de hidrógeno y aislamiento térmico, manifiestan el potencial de estas investigaciones. Esencialmente, se quiere observar el comportamiento de un compuesto bajo presiones extremas, del orden de 5 a 15 GPa aproximadamente. El reordenamiento en la estructura molecular (cambios de fase) que se detecte en la muestra es de suma importancia, a la hora de evaluar sus características. En la celda de diamante para altas presiones (conocida además como celda de yunque de diamante), se reduce en forma drástica el área en que se aplica la fuerza. de este modo, se logra con una fuerza relativamente baja, condiciones que pueden ir comúnmente hasta los 20 GPa, existiendo celdas de mayor capacidad. Este aparato ideado originalmente en 1959, ha evolucionado para favorecer enormemente el campo de la investigación por su ventajoso tamaño y características. la utilización de diamantes se debe a sus variadas ventajas, tales como que la deformación a altas presiones y su expansión térmica son casi nulas, por lo cual no interfieren en los resultados de las pruebas. su transparencia a la luz posibilita el uso de varios métodos de caracterización como espectrometría raman e infrarroja, así como el uso de rayos x. la celda posee un par de diamantes cónicos opuestos, donde el vértice se encuentra reducido a una superficie aproximadamente plana para situar allí la muestra de material. El diámetro de esta superficie va de las 600 hasta las 200 micras, dependiendo de la celda. El cuerpo exterior metálico encapsula al conjunto, siendo los tornillos externos quienes regulan la fuerza a aplicar. Este artefacto ostenta dimensiones típicas aproximadas de 50 mm de diámetro exterior, 20 mm de altura y 150 gramos de peso.

una lámina metálica perforada y colocada entre ambos diamantes, evita derrames laterales del espécimen por estudiar, generando a su vez condiciones hidrostáticas. materiales tales como inconel, renio, o acero inoxidable son utilizados en láminas metálicas, dependiendo de las particularidades de cada experimento. la muestra se coloca en forma de pequeñas partículas con ayuda de agujas y un microscopio, dentro del espacio correspondiente al orificio en la lámina metálica y el diamante base. En el otro diamante, con la finalidad de censar la presión que se ejerce dentro de la celda, se colocan partículas de rubí. Este material, al encontrarse bajo condiciones de presión y temperatura varía en forma proporcional su espectro luminoso cuando es excitado con láser. de este modo, se procede a cerrar la celda de diamantes y a iniciar el trabajo experimental.

e

Figura 1

esquema de Funcionamiento de La ceLda de diamante

Figura 2

ceLda de diamante abierta y Lámina metáLica

Como se mencionó al inicio, pruebas de este tipo se realizan en materiales para almacenamiento de hidrógeno en aplicaciones vehiculares. dada la alta volatilidad de este gas, así como los costos asociados a su extracción y confinamiento en cilindros, se desea crear una celda sólida que por medio de presión y temperatura, ceda de su estructura molecular el hidrógeno, y este sea utilizado en la respectiva propulsión automotriz. Esta tecnología al mismo tiempo puede ser compatible con el uso de celdas electrolíticas para el mismo fin. materiales como lialH4, o liNH2 son sujeto de estas investigaciones, donde básicamente se busca conocer los cambios de fase del material al ser sometido a altas presiones y temperaturas. Posteriormente, interesa saber la forma en que cada fase libera el hidrógeno, con el fin de establecer cuál es la más conveniente para su utilización en los sistemas vehiculares, y cuál debe ser por otra parte evitada, para disponer siempre de la mejor eficiencia. la celda de diamante es ampliamente utilizada también en departamentos de geofísica o geología con el fin de conocer el estado de materiales a grandes profundidades en la tierra, o en otros planetas.

juan Carlos fallas Chinchilla Ingeniero mecánico Egresado del programa de maestría en Ciencia e Ingeniería de materiales Im-17049 universidad de Nevada, EE.uu.

artíCulo 11rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

vista superior de ceLda de diamante típica

vista LateraL de ceLda de diamante típica

dr. Walter f. silva-araya Instituto de Investigaciones sobre recursos de agua y el ambiente de Puerto rico universidad de Puerto rico, mayaguez, Puerto rico.

artíCulo téCNICo12 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

ProCesos y modelos matemátiCos de erosión suPerfiCial

rEsumEN los mecanismos de erosión son responsables de la formación del suelo agrícola y del transporte del mismo hacia los embalses u océanos. los mecanismos de transporte se asocian con la interacción entre un fluido y los sedimentos. desde el punto de vista de ingeniería y de producción agrícola, el movimiento de las partículas provocado por la erosión representa la pérdida de uno de los recursos naturales más valiosos: el suelo fértil. desafortunadamente la formación de suelo nuevo es mucho más lenta que la razón a la cual el suelo se erosiona, lo cual representa un problema serio para la sostenibilidad de los recursos naturales. El mecanismo de erosión principal sobre la superficie de la tierra es la escorrentía superficial. Este artículo presenta un resumen descriptivo de los mecanismos de erosión provocados por el agua, desde el desprendimiento de las partículas del suelo debido a las gotas de lluvia, hasta su movimiento a lo largo de los ríos. se introducen las variables que afectan cada uno de los procesos y algunas de las relaciones matemáticas utilizadas para intentar cuantificar los volúmenes de material desprendido y transportado. se describe brevemente la integración de los diferentes procesos en un modelo dinámico y se finaliza con una aplicación donde se cuantifica la contribución de los diferentes componentes y se integran las diferentes fuentes de erosión para determinar el posible impacto de los sedimentos en la agradación o degradación del cauce de los ríos. las aplicaciones de estos modelos van desde evaluación de prácticas de manejo de conservación de suelos en cuencas hidrográficas hasta impactos de proyectos de ingeniería tales como extracciones de material y socavación en estructuras hidráulicas.

INtroduCCIóN En 1999 se estimó que 2 billones de toneladas de suelo fértil se perdían anualmente en los Estados unidos. El departamento de agricultura informó que 30% de las tierras cultivables están sufriendo una tasa de erosión acelerada. Este problema afecta muchos países del mundo, entre ellos cabe mencionar India (singh, G. et al., 1992), el noreste de China (Wu, y. et al., 2008), y la región del mediterráneo. En el continente europeo la erosión va en aumento, principalmente en austria, la república Checa, en norte de francia y bélgica. actualmente se considera que la erosión es un problema a nivel de la unión Europea, con diferentes niveles de severidad. se estima de 26 millones de hectáreas en los países de la unión Europea sufren de problemas de erosión por escorrentía (Commision of European Communities, 2002). los problemas asociados con la erosión son múltiples y su efecto sobre el ambiente, la agricultura y el desarrollo son palpables. la formación y el desarrollo de los surcos por erosión es uno de los procesos geomorfológicos que alteran el paisaje y las áreas agrícolas en todo el mundo. El impacto de las intervenciones humanas juega un papel importante en el control o la aceleración de estos problemas, tanto en los sitios donde se llevan a cabo proyectos locales como a nivel de la cuenca hidrográfica. la erosión acelerada se espera que afecte la producción de alimento en el sureste de Nigeria, Haití, las colinas de los Himalayas, algunas partes del sur de China, el sureste de asia y america Central. algunos autores reconocen la erosión como un factor que afectarála producción de alimento en el futuro y que forma parte de un “asunto global” (seitz, j., 2008). bajo condiciones normales se toma entre 200 y 1000 años formar una capa de suelo de 2.5 cm, sin embargo, la erosión puede ser decenas de veces mayor en muchos

lugares, con lo que el suelo fértil se pierde cada día. a continuación se introducen algunos modelos matemáticos para la descripción de los procesos de erosión pluvial. las formulaciones propuestas son abundantes; sin embargo, el artículo enfatiza formulaciones utilizadas en los modelos basados en la física de los procesos.

mECaNIsmos dE ErosIóN

erosión por goteo

El primer proceso de la erosión es el impacto de las gotas de agua sobre la superficie del terreno. Este impacto causa el desprendimiento de las partículas de suelo. la energía cinética de las gotas, asociada con la masa y la velocidad de caída, puede serhasta 1000 veces mayor que la energía cinética del flujo sobre la superficie del terreno. la energía cinética de las gotas se relaciona de manera empírica con la intensidad de la lluvia en forma logarítmica mediante la ecuación:

Ke=a+blogi(1)

donde es la i intensidad de la lluvia. Wischmeier and smith (1965) propusieron los valores de a=916 y b=330 cuando la intensidad de la lluvia se da en pulgadas/hora y la energía cinética se obtiene en pie-ton/acre-pulgada de lluvia. brandt (1989) propuso a=8.95 y b=8.44 cuando la intensidad de la lluvia se da en mm/hr y la energía cinética en j/m2-mm. Esta expresión es usada por algunos modelos de erosión. la energía cinética debe relacionarse con las propiedades del suelo para estimar la cantidad de material separado por el impacto. los coeficientes anteriores se refieren a suelo desnudo donde, no se considera el efecto de las hojas que interceptan las gotas. Existen correcciones empíricas por efectos de la cubierta vegetal. diversos investigadores han propuesto relaciones empíricas para relacionar la energía o la intensidad de la lluvia con la cantidad de material desprendido por las gotas, en un intento por cuantificar esta componente de la erosión. la relación general es:

Dl=k Kee-bh

(2)

donde k recibe el nombre de índice de separación del suelo y varía entre 1.7 para arcillas y 3.0 para arenas, h = profundidad de la capa de agua superficial y b es un exponente que varía entre 0.9 y 3.1. se sabe que el coeficiente b depende de la textura del suelo (torri et. al, 1994; torri et al.,1987). Esta relación, con correcciones por efecto del tamaño de las parcelas, es la utilizada por el modelo EurosEm, desarrollado bajo el auspicio de la unión Europea y mantenido por la universidad de Cranfield en Inglaterra. Por otra parte, el modelo KINEros, desarrollado por el servicio de Investigación agrícola de los Estados unidos, utiliza una ecuación empírica que no utiliza la energía cinética directamente sino que relaciona la erosión directamente con la intensidad de lluvia. la relación es:

Es=ce-c h(3)

h i

artíCulo 13rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

donde c es una constante asociada con las propiedades del suelo y la superficie, Ch es un coeficiente de amortiguamiento por efecto de la profundidad del agua e, i es la intensidad de la lluvia. En ambas fórmulas se observa que la cantidad de material desprendido disminuye exponencialmente con la profundidad del agua.

erosión Laminar

El impacto de las gotas sobre las partículas del suelo es despreciable cuando la profundidad del agua es mayor de tres veces el diámetro de las gotas (julien, 1998). En estas condiciones el agua escurre sobre el terreno en forma de una lámina. las variables que afectan la erosión ahora incluyen la profundidad del agua, h, la velocidad de la escorrentía, u, la intensidad de la lluvia, i, la longitud de la superficie del terreno, L, el esfuerzo cortante provocado por el agua sobre la superficie del terreno, τo, el esfuerzo cortante crítico responsable del inicio del movimiento, τC, la pendiente del terreno, S, la densidad del agua, ρa, la densidad de la partículas de suelo, ρs, el diámetro de las partículas, ds, y la viscosidad del agua, uw. Como se puede apreciar, el problema se complica considerablemente. la relación funcional de las variables anteriores para el transporte de sedimento por unidad de ancho de la superficie puede expresarse como (julien and frenette, 1985):

qs=f(h,u,i,q,L,τO,τc,S,ρw,uw,dg,ρs)

(4)

En general se pueden plantear tres formas generales de atacar este problema.

uso de ecuaciones empíricas para estimar erosión promedio anuaL

la ecuación más representativa para estimar erosión promedio anual es la llamada Ecuación universal de Pérdida de suelo (uslE por sus siglas en inglés) la cual data de principios de la década de 1960 (Wischmeir and smith, 1978). Esta ecuación ha evolucionado con el tiempo y sus aplicaciones se han expandido. En los años 1990 se introdujo la Ecuación universal de Pérdida de suelo revisada (ruslE) y, más recientemente, ruslE2. En todas las versiones se obtiene el valor promedio anual de la erosión, las diferencias son en mejoras de los datos disponibles y expansión de las aplicaciones hacia zonas urbanas, áreas perturbadas por construcción u otras actividades humanas. tanto uslE como ruslE tienen la siguiente expresión:

Es=RKLSCP(5)

donde Es= erosión promedio anual en ton/año, A = índice que representa la pérdida de suelo por unidad de área, R = índice de erosión producido por lluvia; K = índice de erosibilidad del suelo; L = índice relativo al largo de la ladera; S = índice relativo a la inclinación de la ladera; C = índice relativo al factor uso y manejo del suelo; P = índice relativo a la práctica conservacionista adoptada. “la determinación de los valores de pérdida de suelo provocados por la erosión laminar, representados en ton/ha, se realiza a partir del cálculo de los índices de cada componente de la ecuación, a través de fórmulas empíricas.“ (ogura y soares macedo). Para conversiones de unidades se puede consultar foster et al, 1981. Continuamente se presentan interpretaciones y métodos para obtener los valores de los coeficientes de la ruslE y se han realizado estudios para estudiar sus errores. risse et al, 1993 utilizaron una muestra de 208 parcelas y concluyeron que el método funciona mejor estimando la erosión promedio anual que la erosión para un año en particular. además, los valores calculados fueron mayores que los medidos en parcelas donde la tasa de erosión era baja y son

sobreestimados en parcelas con tasas de erosión altas. del total de parcelas estudiadas (208), en 95 se subestimó y en 113 se sobreestimó. sin embargo, en aquellas donde la razón de erosión anual fue mayor de 0.90 kg/m2 un 80% fueron sobreestimadas. la parcela más grande en la muestra analizada fue de 1920 m2 lo cual limita el estudio a cuencas muy pequeñas. los factores que más afectan la sensibilidad de los resultados son el índice de uso y manejo (C) y la topografía (ls). Esto explica porque los esfuerzos en la investigación parecen haberse concentrado en estos parámetros. Cuando se refiere a cuencas, julien y tanago (1991) concluyen que las predicciones de la uslE son menores que los valores medidos. la subestimación depende principalmente del tamaño de la cuenca. Estos autores proponen un factor de corrección por el área de la cuenca. la forma original de la ecuación universal de pérdida de suelo no parece discriminar entre erosión por carriles, surcos o canales, sin embargo, ruslE2 argumenta que se puede estimar erosión por carriles y entre carriles causadas por la lluvia, así como, dividir la cuenca en sub-cuencas más pequeñas: (http://www.ars.usda.gov/research/docs.htm?docid=6010). En la Internet hay una extensa literatura sobre el uso de la ruslE : (http://www.iwr.msu.edu/rusle/, http://www.ars.usda.gov/research/docs.htm?docid=5971entre otros).

modeLos basados en Los procesos Físicos de erosión y sedimentación

Este tipo de modelo se ha ido desarrollando a partir de los años 1980. dentro de esta categoría se halla una subdivisión más; la de modelos estocásticos y modelos determinísticos. los modelos determinísticos se pueden a su vez subdividir en aquellos que estiman la erosión promedio por un periodo de tiempo predeterminado, que puede ser un evento de lluvia solamente y, los que estiman valores promedio anuales.

erosión producida por un evento de LLuvia

Para estimar la cantidad de material transportado sobre la superficie del terreno durante un evento de lluvia se requieren dos elementos: un hidrograma para el flujo superficial y una ecuación de transporte de sedimentos sobre la superficie. la cantidad de masa erosionada será el flujo de sedimento que sale de la parcela durante el tiempo de duración de la escorrentía superficial. En términos matemáticos esto es:

ms=w o qsdt(6)

donde w es el ancho de la parcela, qs es la descarga de sedimento por unidad de ancho y th es el tiempo de duración del hidrograma. asumiendo que la profundidad del flujo sobre la superficie aumenta linealmente con el tiempo, utilizando la ecuación de conservación de la masa para el flujo provocado por una lluvia de intensidad uniforme, y considerando que la resistencia al flujo es igual a la fuerza de fricción provocada por el terreno, julien (1982) obtuvo el hidrograma de escorrentía para flujo en la superficie. la parte ascendente del hidrograma tiene la siguiente relación:

q=a(iet)b(7)

En esta relación se despreció la infiltración, sin embargo, la misma podría incluirse mediante un coeficiente de escorrentía similar al de la fórmula racional. Por otra parte, un análisis dimensional de las variables contenidas en la ecuación (4) permite llegar a la siguiente expresión general para calcular el flujo de sedimento por erosión:

qs=aSbqcid

(8)

-

-

artíCulo téCNICo14 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

donde los coeficientes a, b, c y d deben ser obtenidos experimentalmente. la forma de la ecuación (8) refleja un producto de variables que asemeja remotamente la forma de la uslE. la masa de sedimento se obtiene sustituyendo las ecuaciones (7) y (8) en (6). julien (2002) presenta los detalles de la solución. a pesar de ser un modelo muy sencillo, el mismo contiene los elementos necesarios para cualquier otro modelo determinístico, sin embargo, el mecanismo de producción y transporte de sedimentos es más complejo, las abstracciones hidrológicas pueden detallarse más para reproducir más fielmente los hidrogramas y la representación de cuencas más complejas es necesaria para la mayoría de las aplicaciones en ingeniería.

modeLos estocásticos

Poco trabajo se ha realizado en el enfoque de la erosión como un problema estocástico. Por su carácter probabilístico, estos modelos estiman el valor esperado de la erosión durante eventos de lluvia en un periodo de tiempo. los modelos estocásticos hacen uso de las distribuciones probabilísticas para simular el tiempo entre eventos de lluvia, la duración de la lluvia y su intensidad. la primera variable se considera un proceso de Poisson y las dos últimas distribuciones exponenciales. julien y frenette (1985) desarrollaron un modelo de este tipo. El valor esperado de la erosión producido por una tormenta es obtiene calculando la probabilidad de que ocurra una lluvia de determinada duración y determinada intensidad (asumida uniforme) durante la cual se transporte una cantidad de sedimento ms. si la función de densidad de probabilidad para la duración de las tormentas es p(tr) y la de la intensidad de la lluvia es p(i), el valor esperado de la erosión provocada por una tormenta es:

ms= o o ms p(tr)p(i)dtrdi(9)

finalmente, el valor esperado de la cantidad de suelo erosionado durante un periodo de tiempo es igual al valor esperado en un evento multiplicado por el número promedio de eventos durante ese periodo. de esta manera se obtiene, por ejemplo, la erosión promedio anual o mensual.

modeLos de erosión dinámicos

los modelos presentados anteriormente ilustran los conceptos fundamentales para estimar la erosión laminar sobre la superficie. sin embargo, no incluyen detalles importantes dentro de la erosión laminar tales como la deposición y la contribución de los carriles formados por la concentración del flujo laminar en las laderas. además, no incluyen los detalles para una simulación dinámica de periodo prolongado.

ECuaCIoNEs Para El moVImIENto dEl aGua

El movimiento del agua sobre la superficie del terreno se es flujo no-uniforme y no permanente. la ecuación de continuidad para estas condiciones es (Chaudhry, 2008):

A dQt dx

(10)

donde a es el área de flujo, Q es el flujo volumétrico y ql es cualquier contribución adicional, principalmente la lluvia efectiva, x es la coordenada espacial y t es el tiempo. Para flujo laminar sobre la superficie del terreno el balance de fuerzas dinámicas puede reducirse a un equilibrio entre la fuerza de gravedad y la fuerza de fricción. Este balance permite expresar el caudal sobre el terreno y sobre los carriles mediante la expresión general.

Q=jPRm

(11)

donde P es el perímetro húmedo y r es el radio hidráulico. los coeficientes j y m dependen de la ecuación de resistencia que se desee utilizar. Por ejemplo, si se utiliza la ecuación de manning entonces , j=s1/2/n,y m = 5/3, siendo s la pendiente del terreno y n el coeficiente de rugosidad de manning para flujo sobre el terreno. Combinando las ecuaciones 10 y 11 se obtiene lo que se conoce como la ecuación de onda cinemática. Esta ecuación es la que se usa en los modelos dinámicos de erosión para simular flujo sobre la superficie incluyendo planos, carriles y también canales. si se combina con la ecuación de manning, la aplicación es estrictamente válida solo para flujos turbulentos y superficies rugosas. la ecuación general de onda cinemática es:

y R Px x x

(12)

Esta ecuación diferencial es utilizada para el rastreo hidráulico en dos de los modelos dinámicos más conocidos: KINEros y EurosEm. las ecuaciones son resueltas numéricamente mediante esquemas de diferencias finitas.

balaNCE dE masa dE sEdImENto

El balance de masa debe incluir el sedimento removido de la superficie más el sedimento proveniente de otros sitios, por ejemplo una ladera fuera de la zona del proyecto. debe considerarse que no solo ocurre erosión sino que también puede haber una parte del sedimento que se deposita, por lo tanto, se utiliza el término “razón de desprendimiento neto” para indicar el resultado de ambos procesos. la razón de erosión neta, dn, donde Et es la erosión y d es la deposición es:

Dn=Et - D(13)

El balance de masa de sedimento suspendido es descrito por la siguiente relación:

Cambio de la masa de sedimento con respecto al tiempo + flujo neto de masa de sedimento en suspensión = razón de entrada de partículas de sedimento producto del desprendimiento – razón de deposición de partículas sobre el terreno En forma matemática esto es:

qs t x

(14)

donde dl es la erosión por impacto de las gotas, dada por la ecuación (2), qs es la tasa de transporte de sedimento por unidad de ancho, c es la concentración promedio de sedimento. alternativamente puede usarse la ecuación (3) en lugar de (2). El sedimento en suspensión es transportado por la turbulencia del flujo, por lo tanto, el valor de c es un promedio de las fluctuaciones turbulentas instantáneas. la integración a través de la profundidad del flujo, h, se puede simplificar utilizando la expresión

w ho cdz=whC=AC

(7)

donde w es el ancho de la superficie de flujo, h es la profundidad del agua y C es la concentración de sedimento promediada a través

+ ql

+j[mPRm-1 +Rm =ql

( ho cdz)+ =Dn+Dl

artíCulo 15rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

de la profundidad. similarmente, el flujo de sedimento wqs es QC donde Q es el caudal. tanto el agua como el sedimento son transportados sobre la superficie de la cuenca a través de una serie de planos de pendiente uniforme interconectados mediante canales. las pérdidas de suelo se calculan como el producto de la escorrentía por la concentración de sedimento. de esta manera se obtiene la masa de sedimento que pasa a través de una sección en un tiempo específico. tanto el desprendimiento como la deposición de partículas dependen de la velocidad de sedimentación de las partículas. una forma general para dn es:

Dn=wvs (E-C)(16)

donde E es una función de suspensión y transporte de sedimentos, la cual puede asumir diferentes formas, siendo las más comunes para aplicaciones de flujo sobre superficie las siguientes:

E=f(τ-τc)(17)

E=f(w-16 wc)(18)

donde τ es el esfuerzo cortante sobre el terreno, τc es el esfuerzo cortante crítico correspondiente a movimiento inminente, w es potencia unitaria de la corriente del agua (stream power) definida como el producto de la velocidad por la pendiente y, wces la misma variable correspondiente a las condiciones de movimiento inminente. El modelo KINEros utiliza una ecuación de la forma 17 propuesta por julien y simons (1985), mientras que EurosEm utiliza una de la forma 18 similar a la propuesta por yang (2003). En ambos casos se deben ajustar coeficientes mediante experimentación. finalmente la erosión se obtiene en función del tiempo y del espacio resolviendo la ecuación diferencial 14 con la ecuación 16 la cual queda en la forma:

(AC) (CQ) t x

(19)

otras fuENtEs dE sEdImENto

si la erosión en los carriles aumenta se producen concentraciones del flujo que van profundizando y aumentando el tamaño de los carriles hasta convertirlos en surcos o zanjones. una vez que se forma una zanja, la erosión continua de abajo hacia arriba agrandando los carriles. las variables que afectan este tipo de erosión se pueden resumir en: tipo de suelo, uso del terreno, tamaño de la cuenca, tamaño de las zanjas y la cantidad de movimiento del flujo. Existen algunos modelos empíricos que incorporan la contribución de los zanjones. todos estos modelos consisten en una multiplicación de algunas de estas variables, algunas veces elevadas a un exponente. El uso de estos modelos para uso general no se ha evaluado y, en cualquier caso, deben ser calibrados antes de aplicarlos para estimar erosión en zanjas. otras dos fuentes de erosión que impactan directamente los cuerpos de agua son la erosión de los bancos de los ríos y el sedimento o material transportado en el fondo. akode et al. (1988) presentan un método para estimar la estabilidad de los bancos delos ríos el cual es de fácil aplicación. Existen muchas referencias sobre transporte de sedimentos en los ríos, el cual es un tema que sale del alcance de artículo.

ImPaCto dE la ErosIóN EN ProyECtos dE INGENIEría: uN EjEmPlo la evaluación del impacto de la erosión superficial en el ambiente se refleja de manera evidente en la agradación y degradación de los ríos. los impactos ambientales deben estudiarse tanto para proyectos abarcadores, a nivel de cuencas hidrográficas, como a nivel de proyectos locales tales como puentes y zonas de extracción de material. los estudios de socavación de puentes deben considerar la agradación o degradación del lecho del río debido a la contribución del sedimento proveniente de la cuenca. Estos estudios requieren estimar la cantidad de sedimento que llega al río y, la producción proveniente de otras fuentes tales como los bancos. En este ejemplo se estudia el comportamiento del río en las cercanías de un puente. aguas arriba del puente confluyen dos tributarios. Cada cuenca contribuye con su propia producción de sedimento. la figura 1 muestra las cuencas y la ubicación del puente. se desea realizar un balance de sedimentos para determinar si en la zona del puente el lecho se erosiona o se rellena. los datos de las tres cuencas (tx1, tx2 y tx3) se presentan en la tabla 1. ahí también se detallan los datos usados para estimar la erosión anual por la ruslE. Estos datos fueron obtenidos de los mapas de suelos y fotografías aéreas de la zona. se siguió la metodología de estimación de ruslE descrita en lal, 1994.

No todo el sedimento producido por la erosión superficial llega a río ya que parte queda atrapado o depositado en la superficie. la razón de cantidad de sedimento que llega al sitio del proyecto entre la erosión total se estima utilizando curvas de duración de flujo y de sedimento.

+ =wvs (E-C)+Dl

Figura 1

cuencas HidrográFicas y LocaLiZación de puente

tabLa 1

cáLcuLos de producción de sedimento anuaL

sub-cuenca tX1 tX3 tX2

r = 350 350 350 K = 0.54 0.65 0.61 t = 0.4 0.25 0.25 c* = 0.001 0.00016 0.00016 p = 1 1 1 e (ton/acre/yr) = 0.0762 0.0091 0.0085 area (acres) 2,688.68 1,737.93 1,312.80 producción de sedimento (ton/año) 205 16 11

artíCulo téCNICo16 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

Este parámetro depende del área de drenaje, la pendiente de la cuenca, la densidad de los drenajes y la escorrentía superficial. ante la escasez de datos de flujo y sedimento en muchos sitios algunos se utilizó la relación de boyce (1975) como aproximación. la relación propuesta es:

Sd=0.31 A-3

(20)

donde a es el área de la cuenca en km2. las cantidades de sedimento que entran al rio proveniente del terreno para las cuencas tx1, tx2 y tx3 son 86.8 ton/año, 12.7 ton/año y 0.49 ton/año respectivamente. se observa que tx1 contribuye con la Puentmayoría de sedimento en el río. Para obtener el balance estimado de sedimentos se necesita además la distribución anual de los flujos promedios en el río, la granulometría del terreno, y del lecho del río. la carga potencial de sedimento en el río se estima utilizando alguna ecuación de transporte de sedimentos adecuada a las condiciones del río. En este proyecto se seleccionó la ecuación de laursen-Copeland (us army Corp of Engineers, 2006). los cálculos se realizaron con el modelo HEC-ras de Cuerpo de Ingenieros del Ejército Norteamericano. los resultados del balance de sedimentos provenientes de la cuenca y del río se resumen en la figura 2 la cual muestra el balance local del sedimento en cada sub-cuenca en toneladas por año. si el balance es positivo, como en el caso del puente, se producirá agradación en esa zona (cuenca tx3). si el balance es negativo, como en el caso de tx2, se producirá degradación en el tramo del río que pertenece a esa sub-cuenca. la cuenca tx1 entrega más sedimento al río lo cual, sumado a la contribución del lecho, permite un balance estable, comparado con el cuenca tx2. Esta cuenca produce menor cantidad de sedimento y el lecho del río no suple lo suficiente para mantener equilibrio provocando que el tramo sufra degradación. finalmente, la cuenca tx3, donde se ubica el puente, tiene mayor capacidad de recibir material que de transportarlo, por lo que el lecho del río sufrirá agradación. El valor de este análisis radica en que, con relativamente poca información, se puede concluir que el puente no se erosionará por desequilibrio en las cuencas, por lo tanto, no es necesario realizar un estudio más abarcador de transporte de sedimentos. Por otra parte, se podrán analizar alternativas para reducir la degradación de la sub-cuenca tx2 mediante prácticas de cultivo o medidas de protección que se incorporen en el modelo de erosión. análisis similares pueden realizarse para eventos específicos utilizando modelos de erosión dinámicos como EurosEm o KINEros.

referencias

1. akode, m., osman, m. and thorne, C. r., riverbank stability analysis: theory, jour. Hydr.Engrng., asCE, Vol 114, No. 2, 1988.2. brandt, C.j., the size distribution of throughfall drops under vegetation canopies, Catena 16, 507-524. 1989.3. boyce,r., sediment routing and sediment delivery ratios, in present and prospective technology for predicting sediment yield and sources, usda-ars-s-40, usda, Washington, d.C., 1975.4. Chauhdry, m.H., open Channel flow, 2nd. Ed., springer, 2008.5. Commission of the European Communities, Communication from the Commission to the Council, the European Parliament, the Economic and social Committee and the Committee of the regions: towards a thematic strategy for soil Protection, brussels, 2002.6. foster, G.r., mc.Cool, d.K., renard, K.G. and moldenhauer W.C., Conversion of the universal soil loss Equation to sI metric units, journal of soil and Water Conservation, 36 (3) 355-359, 1981.7. jetten, V., Govers, G., Hessel, r., Erosion models: quality of spatial predictions, Hydrological Processes, 17, 887-900, 2003.8. julien, P.y., river mechanics, Cambridge university Press, Cambridge, N.y., 2002.9. julien, P.y., Prediction d’apport solide pluvial et nival dans les cours d’eau Nordiques a partir du ruisselement superficiel, Ph.d. dissertation, department of Civil Engineering, laval university, Quebec, 1982.10. julien, P.y. and frenette, m., modeling of rainfall Erosion, jour. Hydr. Engrng., asCE, Vol. 111, No. 10, 1985.11. julien, P. y. and Gonzáles del tanago, m., spatially-varied soil erosion under different climates, Hydrolog. sci., j., 36, 511-524, 1991.12. julien, P.y. and d. b. simons, sediment transport Capacity of overland flow, transactions of the american society of agricultural Engineers, 28 (3): 755-761, 1985.13. lal, r., Ed., soil Erosion research methods, 2nd. Ed., soil and Water Conservation society, ankeny, Ia, 1994.14. ogura a. y soares macedo, E., Curso Internacional de aspectos Geológicos de Protección ambiental, división de Geología, Instituto de Investigaciones tecnológicas de são Paulo- IPt15. risse, l.m., Nearing, m.a., Nicks, a.d., and laflen, j.m., Error assessment in the universal soilloss Equation, journal of soil science society of america, Vol. 57, No. 3, may-june 1993.16. seitz, j.l., Global Issues: an Introduction, blackwell Publishing, 3rd Ed. 2008.17. singh, Gurmel; babu, ram; Narain, Pratap; bhushan, l.s.; abrol, I.P., soil erosion rates in India,journal of soil and Water Conservation, jan-feb 1992 v47 n1 p97 18. torri, d., sfalanga, m. and del sette, m., splash detachment: runoff depth and soil cohesion.Catena 14, 149-155, 1987.19. torri, d., Poesen. j., monaci, f. and busoni, E., rock fragment content and fine soil bulk density. Catena 23, 65-71, 1994.20. u.s. army Corps of Engineers, HEC-ras river system analysis: user’s manual, November 2006.21. Wischmeier, W. H. and d.d. smith, Predicting rainfall-Erosion losses from Cropland East of the rocky mountains, agriculture Handbook #282, u.s. dept.of agriculture, Washington, dC, 1965.22. Wischmeier, W.H. and smith, d.d. Predicting rainfall erosion losses, usda, agricultural Handbook No. 537, 1978.23. yongqiu Wu, Qiuhong zheng, yongguang zhang, baoyuan liu, Hong Cheng and yanzai Wang, development of gullies and sediment production in the black soil region of northeastern China, Geomorphology, Volume 101, Issue 4, 1 November 2008, Pages 683-691.24. yang, C. t., sediment transport: theory and Practice, Krieger Publishing Co., malabar, florida, 2003.

Figura 2

baLance de sedimentos en eL LecHo deL río por cada tributario (ton/año)

3,00E+06

2,00E+06

1,00E+06

0,00E+06

-1,00E+06

-2,00E+06

-3,00E+06

-4,00E+06

TX3TX2 TX2

TX3

TX2

TX2

CoNClusIóN

se ha realizado un esfuerzo significativo en la modelación de los procesos de erosión pluvial durante las últimas décadas. la utilización de modelos empíricos de estimación de erosión promedio anual, como la ruslE, siguen siendo la herramienta más directa para los estudios a nivel de cuencas y de proyectos locales. Estos modelos asumen pendientes uniformes del terreno pero pueden aplicarse en topografías complejas.. los esfuerzos actuales se concentran en modelos que incluyan la descripción matemática de los procesos de erosión en sus diferentes etapas. Estos modelos son adecuados para simulación de eventos discretos y de eventos continuos de lluvia donde se incluya la aportación dinámica del hietograma de la lluvia, la infiltración y la escorrentía con mayor detalle. los avances en los sistemas de Información Geográfica (sIG) han facilitado los estudios a nivel de cuencas hidrográficas con numerosos elementos tales como canales y charcas. algunos de estos modelos son lIsEm, ErosIoN3d y mIKE-sHE; sin embargo, que aún quedan asuntos por resolver, principalmente relacionados con la dependencia de los resultados con el tamaño de la celda, lo cual afecta la escorrentía, la erosión y la deposición. según jetten et al. (2003) los modelos de erosión, ofrecen resultados que, en su mejor condición son moderadamente aceptables; tanto aquellos que utilizan sIG como los que son discreteados manualmente. la razón principal es la variabilidad espacial y temporal de la erosión y el transporte de sedimentos, así como, la falta de capacidad para evaluar los parámetros utilizados en estos modelos. los modelos físicos distribuidos más detallados y complejos no necesariamente funcionan mejor que los modelos no-distribuidos o aquellos basados en regresiones empíricas ya que los errores aumentan con la complejidad del modelo. un conocimiento detallado del área de estudio es siempre requerido para delinear áreas críticas donde ciertos procesos de erosión son predominantes.

automática, recuerde descongelarlo regularmente. más de 0.5 cm. de hielo en el congelador hace ineficiente el sistema de frío.e. ubíquelo en sitios ventilados y frescos. si lo coloca cerca de aparatos que generen calor como la cocina o el horno consumen más energía.f. limpie el condensador (serpentín en la parte de atrás del refrigerador) por lo menos dos veces al año para evitar la acumulación de polvo.g. Para evitar acumulación de humedad dentro del refrigerador procure almacenar los alimentos en recipientes con cierre hermético. al mismo tiempo logrará que se mantengan frescos por más tiempo.h. No introduzca alimentos calientes. Espere a que se enfríen antes de guardarlos.

3. la PlaNCHa.

a. Planche durante el día. Planchar de noche le obligará, como complemento, a encender una luz para ver qué está haciendo.b. junte la mayor cantidad de ropa posible para planchar por tanda. de este modo evitará el desperdicio de energía asociado con el encendido y apagado de la plancha.c. organice la ropa por la temperatura de plancha. Empiece con la ropa que requiere menos calor, así dará tiempo a que la plancha vaya calentando y aprovechará esa energía; igualmente cuando vaya a terminar desconéctela y use el calor residual con artículos que

requieran poco calor o calidad de acabado.d. No use la plancha para secar la ropa.e. mantenga limpia la plancha, así se transmitirá mejor el calor.

4. la laVadora

a. llene la lavadora hasta la capacidad máxima permitida.b. remoje la ropa por lo menos 15 minutos, de esta forma podrá utilizar ciclos de lavado más cortos.c. si tiene secadora, aproveche el sol, no la use en días soleados.

5. otras rEComENdaCIoNEs:

a. revise el cable y los conectores de los electrodomésticos. así evitará pérdidas de corriente y sobre todo riesgos de incendio.b. recuerde que existen “vampiros de electricidad”, revise cuáles aparatos consumen energía aunque esten apagados y desconéctelos si no los está utilizando.

tiPs Para aHorrar energÍa en el Hogar

l sector residencial utiliza un 47% de la electricidad que se utiliza a nivel nacional. Existe una serie de medidas que

pueden aplicarse para reducir en forma sustancial el consumo de energía y por lo tanto la factura eléctrica que recibimos mes a mes. He aquí algunas recomendaciones de fácil aplicación:

1. IlumINaCIóN:

a. Permita el ingreso de la luz natural. abra las cortinas y persianas. la luz solar es gratis.b. apague las luces que no esté utilizando. No las deje encendidas para “cuando vuelva”.c. dentro de lo posible utilice luz general en el techo o paredes para la iluminación de espacios amplios. Para trabajos específicos prefiera la luz directa.d. utilizar colores blancos o pastel ayuda a reflejar la luz, por lo que con menos bombillos obtendrá una mejor

iluminación.e. Instale fotoceldas para controlar la iluminación en áreas externas. las fotoceldas encienden la luz automáticamente cuando baja la iluminación natural y de igual forma las apagan. de este modo ahorrará en horas de electricidad y no deberá preocuparse por encenderlas y apagarlas. si además coloca un sensor de presencia las luces se encenderán únicamente cuando realmente vayan a ser utilizadas.f. use bombillos de ahorro de energía. Esto le provee dos beneficios: ahorra energía y mejora su economía familiar.

2. El rEfrIGErador:

a. mantenga los empaques en buen estado. Cuando se deterioran dejan que se filtre el aire por lo que el refrigerador consume más energía para mantener la temperatura programada. Para verificar el estado de los empaques de la puerta coloque una hoja de papel entre la puerta y el cuerpo del refrigerador, si la hoja se desliza suavemente hacia afuera significa que: ¡urge mantenimiento!. Igualmente verifique si hay humedad en las paredes del aparato; si es así es factible que tenga filtraciones internas que requieren de mantenimiento.

b. Nivele el refrigerador de acuerdo con las especificaciones del aparato. No hacerlo puede hacer que los empaques se deformen o que se dañe el cierre de la puerta.c. decida lo que va a utilizar antes de abrir la puerta, saque o meta lo que requiera y vuélvala a cerrar. El refrigerador consume menos energía conforme menos se habra la puerta.d. si su refrigerador no tiene sistema de descongelación

e

artíCulo téCNICo18 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

Información tomada de www.grupoice.com

Ext. total CalENdarIo curso sem. Horas inicio FinaL Lugar proFesor cursos para cap diseño eléctrico módulo 1 7 21 16-feb-10 13-abr-10 CfIa K VrC módulo 2 8 24 20-abr-10 8-jun-10 CfIa K VrC módulo 3 8 24 15-jun-10 3-ago-10 CfIa K VrC Coordinación de protecciones 8 24 10-ago-10 5-oct-10 CfIa K VrC análisis armónico 9 27 19-oct-10 14-dic-10 CfIa K VrC taller de código eléctrico I 7 21 12-ago-10 30-sep-10 CfIa j rtd taller de código eléctrico II 7 21 7-oct-10 25-nov-10 CfIa j rtd Cableado estructurado 10 30 6-may-10 15-jul-10 CfIa j EVC cursos para renovación de cap temas especiales de diseño eléctrico 8 24 6-may-10 1-jul-10 CfIa j VrC arc-flash y seguridad eléctrica 8 24 8-jul-10 26-ago-10 CfIa j VrC seminarios para apLicacion de renovacion de cap Cálculos eléctricos, de pararrayos y mallas de tierra 3 24 22-abr-10 24-abr-10 audIt. joa Código eléctrico 2008 y sus diferencias con 1999 3 24 22-jul-10 24-jul-10 audIt. joa Instalaciones eléctricas hospitalarias y peligrosas 3 24 23-sep-10 25-sep-10 audIt. joa Puesta a tierra de instalaciones eléctricas 2 16 25-jun-10 26-jun-10 audIt. fCo

Cursos y sEmINarIos 19rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

Comision ingenieria eleCtriCaCursos y sEmINarIos ProGramados 2010

PrImEra CarrEra atlétICa régimen de mutuaLidad- cFiadEdICada al arQuItECto rafaEl aNGEl “fElo” GarCía PICado.aValada Por la fECoa.

FecHa: domingo 30 de mayo.Hora: 8:30 a.m.

Circuito de 10.5 Km, sale de las instalaciones del CfIa en Curridabat, costado oeste.

le invitamos a participar, patrocinar o colaborar con los comités organizadores.

Para mayor información o si desea colaborar contactar a la srta. dahiana quirós bonilla.tel. 2527-5000dquiros@rmutual.co.crPortal electrónico del régimen: www.rmutual.co.cr

felicitamos al equipo de baloncesto ciemi 2009por haber logrado el título de

campeones en los juegos interprofesionales del 2009

Cursos20 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

ComIsIóN dE INGENIEría INdustrIal INVItaN a los mIEmbros dEl CfIa, al:

Programa de aCtualiZaCión Profesional en ingenieria industrial

Fechas: 16 de marzo, 06 y 27 de abril, 18 de mayo y 06 de junio de 2010Lugar: Centro de Capacitación del CIEmI Horario: 6:00 pm a 9:00 pm / 15 Horas

Fechas: 18, 23 y 25 de marzo dE 2010 Lugar: Centro de Capacitación del CIEmI Horario: 6:00 pm a 9:00 pm / 9 Horas

Fechas: 08, 13 y 15 de abril de 2010 Lugar: Centro de Capacitación del CIEmI Horario: 6:00 pm a 9:00 pm / 9 Horas

En aras de continuar con la política de actualización, ofrece a los Ingenieros Industriales una “Constancia de actualización Profesional” en cinco diferentes especialidades a saber:

1- Gestión logística 2- Gestión de Calidad3- localización y optimización de Planta4- diseño de Puestos de trabajo5- Gestión ambiental Para lo cual se estaría iniciando con un módulo base a las Especialidades que incluye los siguientes cursos:

1. CoNCEPtos básICos EN PErItajE y aValúos Para INGENIEría INdustrIal

temario· El peritaje y la ingeniería industrial.· Principios del peritaje.· Procedimientos para el peritaje.· técnicas para el peritaje.

2. ENfoQuE basado EN ProCEsos

temario· modelo de proceso.· análisis de los procesos.· Elemento de un proceso.· Características de los procesos.· diseño y representación de procesos.· tipos de procesos.· documentación de procesos.· Identificación y secuencia de los procesos: mapa de procesos.· descripción del proceso.· seguimiento y control de procesos.· mediciones del desempeño del proceso.· Herramientas para la mejora de procesos.

3. GEstIóN INtEGral dE rIEsGos

temario · Introducción a elementos de control del riesgo.· organización administrativa para el control del riesgo en planta.· El análisis del riesgo; el peor de los escenarios, máxima pérdida probable, máxima pérdida posible.· El mapeo del riesgo y el desarrollo del bIa (business Impact analysis)· transferencia del riego.· sEVrI

Cursos 21rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

Fechas: 29 de abril, 04 y 06 de mayo de 2010 Lugar: Centro de Capacitación del CIEmI Horario: 6:00 pm a 9:00 pm / 9 Horas

Fechas: 20, 25 y 27 de mayo de 2010 Lugar: Centro de Capacitación del CIEmI Horario: 6:00 pm a 9:00 pm / 9 Horas

Fechas: 10, 15 y 17 de junio de 2010 Lugar: Centro de Capacitación del CIEmIHorario: 6:00 pm a 9:00 pm / 9 Horas

Cancelar el monto respectivo en las oficinas del CIEmI o hacer depósito a la cuenta corriente del

banco nacional de costa rica n° 100-01-147-000119-2, enviar copia del depósito al fax: 2202-3914, si paga con tarjeta de crédito habrá un recargo del 5%

ultima fecha de pago el día miércoles 10 de marzo de 2010Para mayores detalles llamar a los teléfonos 2202-3914

4. GEstIóN dE ProyECtos temario· El ciclo de vida de los proyectos.· administración de proyectos.· formulación de proyectos.· Planificación de proyectos.· Herramientas utilizadas en la planificación: PErt y GaNtt· dirección y ejecución de proyectos· Control de proyectos· factibilidad de proyectos: economía, ambiental, otros factores para evaluar la factibilidad.

5. téCNICas dE audItoría dE sIstEmas dE GEstIóN

temario · definición y conceptos de auditoría.· objetivos de la auditoría.· beneficios de la auditoría.· tipos de auditoría.· Principios generales de la auditoría.· Herramientas y técnicas de auditoría.· tipos de hallazgos de las auditorias.· Participantes de la auditoría.· Calificaciones de las personas auditoras· funciones y responsabilidades de quienes participan en una auditoría.

6. mEjoramIENto CoNtINuo

temario· marco conceptual del mejoramiento continuo.· El ciclo de demming.· Indicadores de productividad.· Visión global de las técnicas de mejoramiento de la productividad.· técnicas para iniciar un proceso de mejoramiento· Ingeniería de mejoramiento.· técnicas para identificar oportunidades de mejorar y analizar causas de problemas de productividad.· técnicas para el desarrollo del proceso de mejoramiento.

INformaCIóN GENEral días: martes y juevesduración: 60 HorasHorario: de 6:00 p.m. a 9:00 p.m.Lugar: Centro de Capacitación del CIEmIdireccion: de la entrada principal del CfIa, 50 metros este y 25 metros norte, residencial la alameda, Edificio color verde, mano derecha.incluye: material didáctico, certificado y refrigerios.

inversión de los 6 cursos: miembros CIEmI $ 360 miembros CfIa $ 400

Ing. laura somarriba soley, Ing. miguel Golcher Valverde

22 rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

PalmateC: el logro de un Profesional destaCado

econocemos el aporte del Ing. johnny Gamboa acuña al desarrollo de la zona sur de nuestro país por medio de la

construcción y puesta en marcha de la planta extractora de palma aceitera, denominada Palmatec Corporation de Costa rica s.a., la cual se inauguró el pasado 26 de febrero de 2010. la formación del Ing. Gamboa es como ingeniero mecánico, incorporado al Ciemi; en sus inicios trabajó como inspector de calderas. fundador de la empresa jG Ingenieros asociados s.a., cuyo mercado son las instalaciones electromecánicas,

r destacando en proyectos de empresas reconocidas como: Polifim s.a., Componentes Intel de Costa rica, Hospira s.a. (laboratorios abbott s.a.), dos Pinos, banco Nacional de Costa rica, multimix s.a., merk sharp and dome, del oro s.a., entre otras. según el lic. javier Gutiérrez, asegurador de la empresa, “la filosofía del Ing. Gamboa es un enfoque hacia el factor humano”, lo que durante el período de construcción de la planta se tradujo en cero accidentes. Esta filosofía es reconocida por su personal, como comentó el Ing. luis solís, representante de la fuerza laboral

Vista de la planta procesadora.

Cortesía Ing. miguel Golcher Valverde

artíCulo

artíCulo 23rEVIsta CIEmI No 64 marzo 2010

de PalmatEC quien enfatizó durante la inauguración de la planta: “Para nosotros es un orgullo ser parte de una empresa que ayuda al desarrollo de una zona deprimida”. Quienes lo conocen recuerdan que desde 1996 escuchaban al Ing. johnny Gamboa acuña hablar sobre una planta procesadora de aceite de palma en la zona sur que sirviera para ayudar al desarrollo de una zona económicamente deprimida. El resultado de este sueño, aunado a mucho trabajo fue la inauguración de Palmatec s.a. en el poblado de Caracol de la Vaca. En 1999 luego de muchos años como ingeniero y propietario de jG Ingenieros asociados s,a. crea la empresa j y l Ingeniería s.a., por medio de la cual y con el objeto de cumplir su sueño inicia la compra, las primeras 50 hectáreas de plantaciones de palma aceitera. actualmente, esta empresa es propietaria de 550 hectáreas de este cultivo, con excelente producción. apoyándose en el éxito de jG Ingenieros toma la decisión de no ser sólo proveedores de fruta, sino ir un poco más allá y darle valor agregado procesado su propia producción, es decir, convirtiéndola en aceite crudo de palma. Con una idea ya concreta inicia los trámites en sEtENa, dónde luego de dos años de esfuerzo, con ayuda de Proamsa en el 2004 se logra la aprobación del Estudio de Impacto ambiental. a partir de este punto se procedió a buscar los equipos con las características y capacidades adecuadas para el proyecto. En la búsqueda por el equipo se localizó en miami a la empresa Ga Expertise quien suministró una planta llave en mano de tecnología proveniente de malasia. los equipos fueron seleccionados en 2008. Con recursos propios se inicio la construcción de las obras, como: malla perimetral, iluminación exterior, calles internas, la balanza camionera con capacidad de 80 toneladas, rampa de descarga y preparación del terreno que albergaría lel edificio principal de la planta. simultáneamente se estaba negociando con el bNCr el préstamo necesario para completar la construcción de la planta (60% del valor de la obra) finalmente en enero de 2009 se aprobó el préstamo bancario y un año y un mes después se inaugura la planta. Es importante resaltar no sólo el aspecto económico, sino también el social, pues ha logrado dar trabajo a la fuerza laboral de la zona e incorporarlos como socios de acuerdo con sus posibilidades. En este momento PalmatEC paga los mejores precios por fruta de la zona como parte de sus objetivos de ayudar al desarrollo social.

uN brEVE rECuENto dEl ProCEso dE ProduCCIóN dE aCEItE dE Palma afrICaNa.

según nos comentó el Ing. Gamboa es importante para la definición del rendimiento tomar en consideración dos factores. la plantación debe producir como promedio, 24 toneladas de fruta fresca al año por hectárea, y la planta procesadora obtener un rendimiento del 23% de aceite crudo para que esta actividad se considere rentable. una característica importante de esta planta es que se diseñó bajo el concepto de cero residuos/desechos por lo que todas las etapas se llevaron a un punto donde el último desecho es como mínimo utilizado para producir algo más. a la entrada de la planta se cuenta con una balanza en la cual se pesa el camión con la fruta y una vez descargada la fruta ,a la salida, se pesa de nuevo, el camión vacio, y la diferencia de peso, establece la cantidad de producto recibido y se le paga al productor en forma inmediata. una vez recibido el producto que se compone de la fruta y el racimo, es enviado a la planta a través de bandas transportadoras. aunque la mayor cantidad de aceite se encuentra en la fruta también se procesa el racimo para extraerle el aceite que contiene,

para esto se utiliza una prensa. la fibra proveniente de la fruta, que es un subproducto, se aprovecha, pues es el combustible que utiliza la caldera para la producción de vapor y con ese vapor, se genera la energía eléctrica que requiere la planta. a su vez, la fibra que se produce de la extracción de aceite de los racimos vacios, se utiliza para preparar compostaje para abonar las plantaciones. Con respecto a la fruta, esta se carga en esterilizadores (cocinadores) donde se cocina y luego se prensa para extraer el aceite que es filtrado y tamizado antes de enviarse al tanque de aceite. del coquito de la fruta se extraen otros dos subproductos, la cáscara negra (cascarilla) que por su contenido calórico, mejora el rendimiento de la caldera y la almendra que se utiliza para sacar aceite de alta calidad; el residuo de la almendra se transforma en harina de coquito, que se utiliza para producir alimento para ganado. En el proceso de la extracción de aceite, se genera agua y lodos que contienen aceite. Estos tres diferentes componentes, se recogen en tanques separadores (florentinos aéreos) para luego ser reprocesados separando el lodo, el agua y el resto de aceite. El aceite se recupera y los lodos se utilizan como materia prima para el compostaje mientras que el agua se utiliza para regar el material en procesos de compostaje.

datos GENEralEs PalmatEC

# empleados directos: 44# empleos indirectos: 1501 turno de 12 horas.Has. de fruta propias: 550Has. de fruta de asociados: 700# productores asociados: 8Capacidad de producción: 15 ton. fruta fresca / horarendimiento: 23% aceite crudore-utilización del material del desecho: 100%

Ing. johnny Gamboa acuña durante la inaguración.

Cortesía Ing. miguel Golcher Valverde