SENNOVA-Vol1-No2

8/10/2019 SENNOVA-Vol1-No2

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Producción pecuaria • Agroindustria • Electrónica • TIC aplicada a la industria • Industria y biotecnología

Nuevo conocimiento

y tecnologíaspara la industria colombiana

y el mundo del trabajo

ISSN: 2389-9573Vol. 1, No. 2, julio-diciembre de 2014ISSN: 2389-9573

Revista



Nuevo conocimiento

y tecnologíaspara la industria colombiana

y el mundo del trabajo

Revista SENNOVA Vol. 1, No. 2, julio-diciembre de 2014



Servicio Nacional de Aprendizaje-SENANuevo conocimiento y tecnologías para la industria

colombiana y el mundo del trabajo Revista SENNOVA Vol. 1, No. 2, julio-diciembre de 2014

COMITÉ CIENTÍFICO

Prof. Dr. Herrn TippeltProfesor y Director del Instituto de Educación de la Ludwig-Maximilians,

Universidad de Múnich, Alemania

Prof. Dr. Aiga von HippelProfesora e investigadora en Educación en el Departamento de Estudios

en Educación de la Universidad de Berlín, Alemania

Carolina Caicedo CanoPh.D. en Ciencia e Ingeniería de Materiales. Investigadora del Centro

Astin del Servicio Nacional de Aprendizaje, Cali, ColombiaAndrés Alarcón Ramírez

Ph.D. en Ingeniería Eléctrica y de Computadores. Profesor de planta dela Universidad Industrial de Santander, Santander, Colombia

Dan Harry BarragánPh.D. en Ciencia y Tecnología Agroalimentaria (materiales poliméricos).

Investigador posdoctoral en el Departamento de HortofruticulturaBotánica y Jardinería de la Universidad de Lleida, España

Ittalo PezzottiPh.D. en Ingeniería de Sistemas Sensoriales y de Aprendizaje. Ingenieroinformático del Instituto de Tecnología Biomédica del Consejo Nacional

de la Investigación, Milán, Italia

COMITÉ EDITORIAL

Lina Marcela AgudeloPh.D. en Química Industrial. Docente de la Universidad de Buenos Aires

e investigadora del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas yTécnicas (Conicet), Buenos Aires, Argentina

Diana Blach VargasPh.D. en Ciencias Químicas. Docente en Química General, Química

Inorgánica, Química Orgánica y Técnicas Bromatológicas, Departamentode Química, Universidad Nacional de Río Cuarto, Córdoba, Argentina

Cristian Camilo Villa ZabalaPh.D. en Ciencias Químicas. Auxiliar de Docencia en Química Generaly Química Analítica en la Universidad Nacional de Río Cuarto, Córdoba,

Argentina

Martha Andrea Merchán MerchánPh.D. en Química y Tecnología de Materiales. Docente e investigadora

Universidad Sergio Arboleda, Bogotá, Colombia

María Patricia Rodríguez RojasPh.D. en Ingeniería de Procesos y Ambiente. Docente tiempo completo

en la Universidad Santo Tomás, Villavicencio, Colombia

Juan Eduardo Domínguez DelgadoPh.D. en Ciencia e Ingeniería de Materiales. Senior Package Quality and

Reliability Engineer en Intel, California, EE. UU.



La Revista SENNOVA es una pu-blicación del Sistema de GestiónEstratégica de la Investigación, De-sarrollo Tecnológico e Innovacióndel SENA para fortalecer y visibili-zar la investigación en Colombia.

Misión: publicar artículos de altacalidad científica para promovery divulgar los resultados de la in-vestigación aplicada, el desarrollotecnológico y la innovación, enfo-cados hacia la industria.

Visión: establecer un intercambiocientífico activo a escala local, re-

gional y global.

Evaluación de artículos: la RevistaSENNOVA cuenta con un sistemade evaluación a ciegas conformadopor expertos académicos e investi-gadores de trayectoria en el campode estudio de la investigación. Todoslos manuscritos serán leídos por el

equipo editorial para su aprobación.Se autoriza, para fines académicos,la reproducción de artículos y con-tenidos de la Revista SENNOVA,citando la fuente.

Revista SENNOVA is a publicationfrom the SENA Strategic ManagementSystem for Research, TechnologicalDevelopment and Innovation tostrengthen and visualize researchin Colombia.

Mission: Revista SENNOVA seeks topublish high-quality scientific papersin order to promote and divulgeapplied research, technologicaldevelopment and innovation resultsfocused on national industry.

Vision: Establish a local, regional, andglobal active scientific exchange.

Article evaluation: Several academ-ic experts, and researchers formRevista SENNOVA with impec-cable career paths in the researchstudy field. All the manuscripts willbe read by the editorial team forapproval without any informationof the authors.

For academic purposes, article andcontents reproduction of RevistaSENNOVA is authorized, citing thesource.



TABLA DE CONTENIDO

Editorial ................................................................................................................7

Producción pecuaria .....................................................................................11

Análisis comparativo de dos protocolos de sincronizacióne inseminación artificial con semen fresco en hembras ovinasde pelo (Ovis aries) tipo carneNelson Gómez Sánchez, Germán Darío Gómez Amaya,Adrián Bernardo García Guarín .......................................................................12

Agroindustria .................................................................................................... 29

Los servicios ecosistémicos en arreglos agroforestales de café bajoescenarios de cambio climático: caso departamento del Huila Claudia Mercedes Ordoñez Espinosa, Fredy Oyola Polanía,

Juan Carlos Suárez, Gustavo Vega Orozco ......................................................30

Efecto de la edad de corte en la producción de forraje y calidadnutricional del pasto angleton climacuna (Dichanthium annulatum -Forssk- Stapf) para la producción de heno en La Dorada (Caldas) Roberto Angulo-Arroyave, Ricardo Rosero-Noguera ....................................... 48

Diseño de un diagrama académico para la interrelación de los ciclosbiogeoquímicos en el cultivo de cacao del Centro de FormaciónAgroindustrial “La Angostura” de Campoalegre - Huila Sergio Andrés Orduz Tovar, Paula Andrea Beltrán Polanía,Miguel Ángel Perdomo Cuéllar ........................................................................62

Electrónica ..........................................................................................................77

Regulación automática de corriente en una celda de Hidrógeno parala aplicación en Motores HíbridosAdrián Fernando Chavarro, Javier Humberto Rubio, Diego Sierra Daza,Yuliana Betancourt Serna, Juan Pablo Romero, Andrés Gonzalo Ríos ..............78

Servicio Nacional de Aprendizaje-SENANuevo conocimiento y tecnologías para la industria

colombiana y el mundo del trabajo Revista SENNOVA Vol. 1, No. 2, julio-diciembre de 2014



Inserción del PLM en el SENA Regional Santander como estrategiade diseño e innovación para la fabricación de vehículos de carrerasen proyectos de formación

Luis David Flórez Melgarejo, Jesús David Rojas Esparza,Leydi Bibiana González Pardo .......................................................................96

TIC aplicadas a la industria .........................................................................119

Diseño de una red de telecomunicaciones de banda ancha inalámbrica.Caso de estudio situaciones de emergencia

Alexánder López, Henry Zárate Ceballos, Jimmy Alexánder Núñez ................ 120

Industria y biotecnología ..............................................................................139

Obtención de biomasa funcional probiótica a partir de suero lácteo parasu aplicación en el diseño de alimentos funcionales con alto valor agregadoKarina Edith Motato, Jessica Liliana Campo, Sandra Milena Suárez,César Augusto García, Lisset Vanesa Wilches, María Isabel Gaviria ...............140

Determinación de los parámetros cinéticos de la fermentación en batchde una bebida de panela con gránulos de kéfir de agua nativoLaura Jassiel Muñoz Puerta, Karina Edith Motato Rocha .................................. 154

Biorremediación de suelos contaminados con plaguicidas: caso realen el SENA. Una opcion tecnológica para el manejo de pasivos ambientalesMarta Lucia Hernández Ángel, Juan Pablo Salazar Giraldo,Ferney Mauricio Betancur, Daniel Escobar Correa, Catalina García ................162



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El SENA dentro de su proceso de formación integralvincula los componentes investigación aplicada, desarrollo

tecnológico e innovación. Esto es resultado de los procesosde autoevaluación y mejora continua, en busca de la altacalidad de los programas de formación, el fomento a laproductividad académica y como aporte al desarrollocientífico del país.

Con el fortalecimiento de la investigación en el procesode formación profesional, se articula la gestión delconocimiento y se desarrolla la Política Nacional deInvestigación del SENA. Esto se replanteó como resultadode los estudios realizados durante los años 2012 y 2013,que condujeron a darle una mayor importancia a temascomo desarrollo de líneas de investigación, la propiedadintelectual, la transferencia de conocimiento, las redes deconocimiento y las publicaciones científicas.

Una constante en el SENA ha sido la potencializacióndel talento humano dedicado a la formación, a travésdel enriquecimiento académico de los instructores que se

forman en los niveles de maestría y doctorado, pertinentes yadecuados con la misión de la entidad y con las necesidadesde los diferentes sectores económicos del país, permitiendo

ALFONSO PRADA GIL Director General del SENA

EDITORIAL



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que el nivel de formación de la institución se cualifique,sea más eficiente y reconocido. En consecuencia, lainvestigación aplicada en el SENA es una de sus mayoresfortalezas y motor generador de conocimiento.

La Revista científica SENNOVA refleja los resultadostangibles de los procesos de investigación en el SENA,pone en evidencia el desarrollo de proyectos productivosy de formación generados por su comunidad académica

y formativa en todo el territorio nacional. En este númerose muestran resultados de las investigaciones asociadas alas industrias pecuaria, agroindustrial, electrónica, de TICsaplicadas a la industria y la biotecnología.

Para dar continuidad a los procesos de investigación, elSENA está implementado 6 nuevas tecnoacademias, cuyosambientes de aprendizaje son dotados de tecnologíasemergentes, que permite desarrollar competenciasorientadas a la innovación, a través de la formación por

proyectos, para optimizar el conocimiento útil que habiliteal aprendiz para el mundo del trabajo. Así mismo, dentrodel programa Tecnoparque, se adelanta un procesode repotencialización de 4 ambientes de aprendizajeespecializados para la apropiación de innovación ytecnología, con el objetivo de constituirlos en los primeroscentros de innovación del SENA.

Toda investigación, básica o aplicada, se mide por

sus resultados. Sin embargo, las exigentes rutas de unproyecto de investigación pueden conducir a dos posiblesescenarios: el primero, al fracaso, pues no siempre que seinvestiga se obtienen resultados inmediatos ni a tiempo. Lamayoría de las grandes conquistas de la humanidad hanrequerido de tiempo, recursos, paciencia, perseverancia einteligencia humana. El segundo, al éxito, que es el sueñode los investigadores, para poder transformar, mejorar yresolver los problemas de una empresa o de la sociedadpara hacerlas más productivas, competitivas y felices.



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Para exaltar el esfuerzo y dedicación de la labor deinvestigación, el SENA otorga como máximo reconocimientola publicación de resultados de dichas investigaciones enla Revista científica SENNOVA, reconociendo su éxitoy generando la difusión del conocimiento de los altosestándares de calidad que ellas contienen.



Producción

pecuaria



Análisis comparativo de dos protocolos desincronización e inseminación artificial con

semen fresco en hembras ovinas de pelo(Ovis aries) tipo carneComparative analysis of two syncronization protocols

and artificial insemination with fresh semen of the

female hair sheep (ovis aries) for meet production

Nelson Gómez Sánchez, Médico Veterinario,[email protected]

Germán Darío Gómez Amaya, Médico Veterinario Zootecnista,[email protected]

Adrián Bernardo García Guarín, Tecnólogo Veterinario,[email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro AgroturísticoRegional Santander

FECHA DE RECEPCIÓN: 5 DE MAYO DE 2014FECHA DE ACEPTACIÓN: 11 DE JULIO DE 2014



Vol. 1, No. 2, julio-diciembre de 2014, pp. 12-27

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Revista (Colombia)

RESUMEN

En la región de las provincias Comunera y de Guanen-tá (Santander) no se le ha dado el suficiente impulso aluso de biotecnologías reproductivas, como la aplicaciónde protocolos de sincronización con progestágenos e in-seminación artificial con semen fresco, para la produccióntecnificada de ovinos de pelo (Ovis aries ) tipo carne. Sepropone evaluar y comparar la aplicación de dos proto-colos de sincronización de celos, utilizando implantes de

esponjas intravaginales impregnadas con agentes proges-tagénicos en un lote de 14 hembras ovinas primerizas (sinparto previo) y de primer y segundo parto. De este lote dehembras, a 7 se les aplicó un protocolo en el que se haceel retiro de las esponjas a los 9 dds (días después de lasincronización) y a las 7 restantes otro protocolo a los 12dds. Para ambos protocolos el día de retiro de los dispo-sitivos se le aplicó a cada hembra gonadotropina por víaintramuscular. Entre 48 y 56 horas después de estos retirosse extrajo el semen de dos machos ovinos puros de la raza

santa inés. Finalmente, se realizó la inseminación artificialcon el semen extraído (fresco), comparando la efectividaddel procedimiento entre las aplicaciones con estas fuentesseminales. Pasados 45 ddi (días después de la insemina-ción) se realizó en las hembras un chequeo reproductivo,mediante ecografía, verificando preñez. Se evaluó la efec-tividad de ambos protocolos de sincronización comparan-do el porcentaje de celo externo y de IATF (inseminaciónartificial a término fijo) mediante el diagnóstico de gesta-

ción. De ser eficiente la inseminación con semen fresco alos 9 ddi, se espera estandarizar estos procedimientos y suposterior implementación, siendo promisorio para los pro-ductores de especies ovinas, teniendo en cuenta la mayorfacilidad de adquisición de semen a menores costos conmiras al desarrollo de programas de mejoramiento genéti-co en la región.

Palabras clave: ovinos, celo, progestágenos, fertilidad, sin-cronización.



Análisis comparativo de dos protocolos de sincronización e inseminación artificial con semenfresco en hembras ovinas de pelo (Ovis aries ) tipo carne, N. Gómez, G. Gómez, A. García

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ABSTRACT

In the region of the Comunera provinces and Guanentá(Santander) has not been given enough impetus to use ofreproductive , such as the implementation of synchronizationprotocols progestogen and artificial insemination with freshsemen, for tech sheep production biotechnologies hair(Ovis aries ) meat type. It is proposed to assess and comparethe application of two estrus synchronization protocolsusing implants intravaginal sponges impregnated with

progestogenic agents, in a batch of 14 ewes gilts (withoutdelivery) and first and second birth. From this set offemales, 8 we applied a protocol in which the withdrawalof the sponges at 9 DAP (days after synchronization)and the remaining 7 other protocol at 12 dds is. Forboth protocols on retirement device was applied toeach female gonadotropin intramuscularly. After 48 to56 hours after these withdrawals semen two male sheeppure race "Santa Inés" was extracted. Finally, artificialinsemination with sperm extracted (fresh) was performed,

comparing the effectiveness of the process between theapplications with these seminal sources. He spent 45days (days after insemination) was performed in females areproductive screening, ultrasound, pregnancy checking.The effectiveness of both synchronization protocols wasevaluated by comparing the percentage of external heatand TAI (Artificial Insemination Fixed Term) by pregnancydiagnosis. If insemination with fresh sperm at 9 daiefficient, is expected to standardize these procedures and

its implementation being promising for producing sheepbreeds, considering the ease of acquisition of sperm atlower costs for the development of breeding programs inthe region.

Keywords: Sheep, Zeal, Progestins, Fertility, Timing.




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Revista (Colombia)

INTRODUCCIÓN

En la región de las provincias Co-munera y de Guanentá (Santander)se viene impulsando por mediode los programas formativos delSENA el uso de biotecnologías re-productivas, como la aplicación deprotocolos de sincronización conprogestágenos e inseminación arti-

ficial con semen fresco en hembrasovinas de pelo (Ovis aries ) tipo car-ne, utilizando elementos y equiposfabricados artesanalmente por losinstructores y aprendices. El objeti-vo del presente trabajo es compararla presentación de celo y la efecti-vidad de la inseminación artificialcon semen fresco en ovejas prime-rizas utilizando 2 tratamientos in-travaginales con MAP y aplicaciónde 300 UI de eCG con diferenteduración sobre la tasa de preñez yconcepción bajo condiciones deltrópico colombiano en la provinciade Guanentá (Santander).

En las provincias de Guanentá yComunera se ha evidenciado la fal-

ta de implementación en tecnolo-gías reproductivas teniendo comoconsecuencia la baja efectividady productividad, incrementandolos costos y bajando los benefi-cios. Entre otros inconvenientesse encuentran: escasez de bio-tecnología reproductiva, machosreproductores de baja condicióngenética, hembras ovinas tipo pelode baja productividad, tiemposprolongados abiertos en hembras,

incrementos en intervalos de par-tos, bajos pesos al nacimiento y aldestete, baja conversión alimenti-cia debido a un deficiente manejonutricional y condición genética,producciones de manejo intensivoy rutinarios, falta de registros y ma-nejo sanitario deficiente.

La venta de carne ovina se estáhaciendo cada día más atractiva;

diversos organismos a nivel mun-dial, como la Food and AgricultureOrganization de las Naciones Uni-das (FAO) y la consultora francesaGIRA Ltda., estiman que su con-sumo aumentará sostenidamentea nivel mundial en los próximosaños. Esto se explica por dos facto-res: el crecimiento de la poblaciónmundial y el aumento en el ingresoper cápita, por lo que la crisis eco-nómica en muchos países tiende amejorar, los consumidores de paí-ses en vías de desarrollo comen-zarán a cambiar sus preferenciasalimenticias, de productos de ori-gen vegetal a productos de origenanimal, lo cual está directamenterelacionado con el consumo de

carne (TAFRA, 2011).Para abastecer el mercado nacionaly poder en un futuro competir inter-nacionalmente, se deben cumplirunos requisitos de calidad, como elpeso de los ejemplares por comer-cializar, que debe oscilar entre los35 y 40 kg antes de cumplir los 8meses de edad, así como el marmó-reo de la carne, entre otros, los cualesnecesariamente se logran mejorando




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genéticamente los ejemplares que

actualmente se encuentran en laregión.

En las provincias de Guanentá yComunera, la aplicación de téc-nicas reproductivas en el ganadoovino es escasa; se necesita imple-mentar cada vez más esquemas desincronización de celos, con el finde obtener un mejoramiento gené-

tico que nos lleve a mayores rendi-mientos en canal y en calidad decarne que demanda el mercado, ya la vez evitar patologías reproduc-tivas en machos puros y mejoradosque están en la zona.

Además de ser Santander el quin-to productor ovino del País (ICA,

2013) y debido a su situacióngeográfica favorable para la pro-ducción de esta especie, se hacenecesario mejorar genéticamenteestas producciones para generar unimpacto económico en los produc-tores ovinos de la región que losbeneficie.

La sincronización de celo facilita

el manejo reproductivo y la inse-minación artificial en pequeñosrumiantes (Abecia et al. 2002;Martínez-Álvarez et al., 2007). Laaplicación de progesterona o susanálogos sintéticos es el métodomás comúnmente utilizado para elcontrol del ciclo estral en ovinos ycaprinos (Viñoles et al. 2001; Holtz,

2005). Existen varios métodos y es-tudios realizados sobre protocolosde sincronización en otros países

utilizando diferentes protocolos

para obtener en un corto periodoun importante número de ovejascon signos de estro; dentro de estosse puede mencionar el uso de pro-gestágenos, los cuales han arrojadoresultados positivos en otros paí-ses con producciones ovinas tec-nificadas (Contreras, 2009; Ortega,2006). Los tratamientos con dispo-sitivos intravaginales impregnados

con acetato de medroxiprogeste-rona (MAP) por un periodo de 10a 16 días en ovinos denominadosgenéricamente como tratamien-tos largos (Ainsworth y Wolynetz,1982; Rubianes et al., 2001) hansido exitosamente usados para lasincronización del estro en la ove-ja durante la estación reproductiva

y el anestro (Farfán et al., 2009).Por otra parte, Viñoles (2011) yLozano et al. (2012) argumentanla importancia de la duración delos tratamientos hormonales conesponjas intravaginales, ya queempleando tratamientos largos, de12 a 16 días, se ha observado unenvejecimiento de aquellos folícu-los dominantes y preovulatorios,

que al estar fisiológicamente aptospara la ovulación se ven retenidospor la presencia de progestágenosliberados por las esponjas, por loque dichos folículos pueden conte-ner ovocitos envejecidos o puedenpresentar falla ovulatoria debido ala degeneración de su estructura yde los receptores para la hormona

luteinizante. Estas técnicas presen-tan ventajas y desventajas en elmomento de utilizarlas, debiendo




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Revista (Colombia)

adecuarse al sistema de produc-

ción por establecer.Dentro de las principales ventajasde un programa de sincronización einseminación artificial están: la pro-gramación y calendarización de lospartos en la época más propicia delaño, en cuanto a necesidades delmercado, condiciones climáticas,disponibilidad de forraje y alimen-

tos; la posibilidad de incrementar latasa reproductiva de las hembras, yaque permite llevar a cabo el empa-dre en épocas consideradas tradi-cionalmente como de anestro, asícomo incrementar el tamaño de lacamada; mayor facilidad en la pro-gramación de las actividades de unaexplotación y por lo tanto uso más

eficiente de la mano de obra y delas instalaciones; la programaciónde la alimentación de los animalesen sus diferentes etapas fisiológicas;prevención de problemas de con-sanguinidad; y aumento de la rela-ción costo-beneficio.

El objetivo del presente trabajo fueevaluar el uso de 2 tratamientos de

sincronización utilizando proges-tágenos con retiros a 9 y 12 díasen la inducción del estro en ovejasde pelo primerizas, evaluando susefectos en la presentación de celos,influencia del tiempo de retiro delas esponjas sobre el porcentaje defertilidad de las ovejas utilizando latécnica de inseminación artificial

en fresco, para mejorar las caracte-rísticas del pie de cría existente enla provincia de Guanentá.

1. Materiales y métodos

El estudio propuesto se llevó a caboen el municipio de Pinchote, pro-vincia de Guanentá (Santander -Colombia), en la hacienda La Rayade la vereda El Cucharo (6° 33’ La-titud Norte, 73° 12´ Longitud Oeste)con una temperatura promedio de17 °C.

Las variables estudiadas fueron elíndice de preñez en hembras pri-merizas con inseminación artificialcon semen fresco utilizando los dosprotocolos de sincronización a 9 y12 días, intervalo en horas del ini-cio del estro después del retiro deesponjas y la efectividad de equiposfabricados artesanalmente con equi-

pos elaborados comercialmente.Se seleccionaron para este estudio14 hembras ovinas de pelo tipocarne, primerizas (que no habíantenido partos) con edades que osci-laron entre 10 y 18 meses con unacondición corporal de 3 - 4, un pesocorporal promedio de 38,5 kg. Lashembras presentaron celos norma-les, lo que se comprobó medianteseguimiento de la presentación decelo externo durante la etapa nu-tricional en ciclos con duraciónnormal (16 a 20 días). Todos losanimales fueron manejados en unsistema semiestabulado en dondese alimentaron en praderas estable-cidas con pasto estrella (Cynodon

plectostachyus ) y recibieron una su-plementación que consistió en 2 kgde ensilaje de maíz, 2 kg de pasto




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de corte (Pennisetum purpureum) y0,2 kg al día de concentrado hechocon sorgo y soya principalmente(18% proteína cruda), agua y sal mi-neralizada a libre acceso. Se realizóuna desparasitación gastrointestinalcon Ivermectina, solución inyecta-ble al 1% (10 mg/ml) vía intramus-cular a dosis de 1 ml/50 kg de pesovivo (PV) a todas las hembras ovinas,y una vitaminización con fosforilco-

lamina (producto a base de fósforo),1 ml por cada 10 a 20 kg de PV porvía intramuscular, única aplicación,20 días antes del inicio de los pro-tocolos.

Protocolos de sincronización conretiro de esponjas intravaginales a9 y 12 días: Para la aplicación delos tratamientos se conformaron 2grupos de 7 animales cada uno, alos que se les aplicaron los siguien-tes tratamientos:

Día 1, aplicación del dispositivointravaginal (esponja con proges-tágeno): Las esponjas fabricadasartesanalmente contienen 60 mgde acetato de medroxiprogestero-

na, se introdujeron en la vagina pormedio de un aplicador fabricadoartesanalmente un tubo de mediapulgada de diámetro por 30 cm delongitud y una punta biselada de-bidamente desinfectado a base deantibiótico. La esponja se insertóen el aplicador por su lado bisela-do, con el hilo que la sujetaba fue-ra del mismo y sobre el aplicadorse esparció clotrimazol (antimicóti-co de amplio espectro). Finalmen-

te, se introdujo el aplicador hastael fondo de la vagina y se retirósuavemente, asegurando que la es-ponja quedase en el sitio correcto.

Días 9 y 12, retiro de esponjas in-travaginales: Se retiró la esponjaintravaginal halando el hilo del quependía de la vulva; posteriormentese le aplicaron a cada hembra ovina300 UI (unidades internacionales)

de gonadotropina sérica equina,vía intramuscular profunda.

Días 11 y 14, detección de celo, ex-tracción de semen e inseminaciónen fresco: Una vez retiradas las es-ponjas se procedió a la deteccióndel celo después de 12 horas has-ta las 48 horas. Las ovejas fuerondistribuidas en corrales de manejoy puestas con machos adultos en-teros experimentados, los cualesse prepararon con un peto o man-dil de tela para evitar la cubriciónde las hembras, lo cual se realizópor períodos de 30 minutos cada 6horas, con el fin de determinar elinicio del celo. Se observó la con-ducta de receptividad por parte de

la oveja, caracterizada por su quie-tud ante la presencia del macho,observando a la oveja, con movi-miento repetido de la cola, miradafrecuente de la oveja al macho. Elcriterio de celo se determinó cuan-do las hembras permitían la montay permanecían inmóviles.

Preparación del reproductor y re-

colecta del semen: Los reproduc-tores se seleccionaron teniendo en




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Revista (Colombia)

cuenta su habilidad reproductivamediante registros y exámenes re-productivos negativos a enferme-dades de transmisión sexual; seobservó el fenotipo del reproduc-tor, se examinaron los testículos,verificando su posición normal, sininflamaciones, sin signos de dolora la palpación. Para la recoleccióndel semen, se utilizó una hembraen celo, para la cual se dejó que

el macho intentara montarla por 2o 3 ocasiones, procurando que nohubiese penetración ni eyacula-ción. Antes de iniciar la recolectadel semen, se lavó el abdomen yel prepucio con agua tibia y jabónneutro, cortando los pelos que seencontraran en la parte final delprepucio, logrando de esta manera

una mejor higiene durante la reco-lección.

Preparación de la vagina artificial(VA): La VA fue una imitación de lavagina de la hembra, que medianteun estímulo térmico y mecánico,desencadenó la eyaculación. LaVA fue fabricada artesanalmenteutilizando materiales más econó-

micos que cumplieran la mismafunción. Se colocó la camisa den-tro del cilindro externo, aseguran-do los extremos con una bandade sujeción (Aguilar, 2013). Se in-corporó el cono por base y en suextremo agudo se colocó el tubocolector. Abriendo el robinete secargó de agua, completándose elllenado con aire hasta que la luz dela VA prácticamente desapareciera

(Aguilar, 2013). Se colocó la fundapara evitar un choque térmico enel tubo colector, la temperatura a laque debía encontrarse era de unos40 - 42 °C; necesariamente se de-bía cargar con agua a una tempera-tura más alta (70 °C), dependiendoesto además de la temperatura am-biente (INTA, 2004). En uno de losextremos se colocó la copa reco-lectora de semen seca y graduada

para conocer el volumen de semenextraído. El volumen del semendependió del método de recolec-ción, la edad y estado del carnero,la habilidad del recolector y la fre-cuencia de obtención de muestras4 a 5 en un un día (INTA, 2004);el volumen de eyaculado por car-nero adulto es de 0,5 ml a 2 ml yen carneros jóvenes de 0,5 ml a 0,7ml (Hafez et al., 2004; Evans et al.,1990). El color del semen es unparámetro que se toma en cuentabajo condiciones de campo y serealiza observando la opacidad dela muestra dentro del tubo de re-colección; una muestra se clasificacomo buena cuando es de colorcrema y de consistencia espesa;

regular cuando tiene una tonalidadgrisácea; y mala cuando la colora-ción es blanco diluido. El semendel carnero es de color crema pá-lido o lechoso. La coloración rosá-cea indica presencia de sangre; elsemen gris significa contaminacióndel tracto reproductivo. El semenamarillento y diluido es indicativode contaminación con orina (Hafezet al., 2004; Evans, et. al., 1990).




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Dilución del semen e insemina-

ción artificial con semen fresco: Elproceso de dilución se realizó utili-zando 100 ml de leche descremada(UHT), sin utilizar los medios HAMy FISER. Fernández et al. (2003)mencionan que para la utilizacióndel diluente se utilizó (UHT) parasemen refrigerado, ya que fue la demejor rendimiento comparado conel medio FISER modificado (lechedescremada – citrato de trisódico) +yema de huevo al 20% (FernándezAbella et al., ,1998), resultados si-milares son reportados por Maxwe-ll y Salamons (1993). La UHT paraeste estudio se hirvió previamente,conservándola posteriormente auna temperatura de 32 °C en un en-vase de vidrio durante 8 a 10 minu-

tos, se vertió con una pipeta en lacopa recolectora en una proporciónde 4:1 (4 de diluente: 1 de semenfresco). Los reproductores a los cua-les se les recolectó el semen y quese utilizaron fueron uno de la razasanta inés de 4 años de edad, 80 kgde peso, y uno de la misma raza de3 años de edad con pedigrí de 90

kg de peso. Se procedió a inseminarartificialmente aplicando una dosisde 2 ml de la dilución por hembra.

Diagnóstico de gestación: 45 díasposinseminación artificial, se ve-rificó el estado de preñez de lashembras mediante el uso de ecó-grafo. De acuerdo con el resulta-do, las hembras preñadas siguieronestabuladas bajo cuidado nutricio-

nal; a las hembras diagnosticadasvacías se les realizó una segundainseminación bajo celo natural ymonta natural.

Análisis estadístico de datos: Losdatos de campo se introdujeron enhojas electrónicas de Microsoft Ex-cel para su posterior análisis en elpaquete estadístico SAS 9.3 (Sta-tistical Analysis System). El dise-

ño experimental utilizado fue unDCA; los datos se analizaron con elPROG GLM de SAS 9.3. A su vez,se realizaron análisis de varianza yanálisis de comparaciones múltiplesde media (Tuckey) para cada una delas variables en estudio descritas eneste documento, con el objeto dedeterminar diferencias significativas

entre tratamientos y el mejor com-portamiento de estos. Además, sehicieron análisis descriptivos usan-do el paquete estadístico SPSS 15.0.

El modelo matemático utilizado fue:

Yij = µ + Ti + €ij

donde

µ = Media general

Ti = i-ésimo efecto de cada uno delos tratamientos (1, 2, 3)

€ij = Error residual aleatorio

Las variables evaluadas fueron elporcentaje de hembras en celocon retiro de esponjas a los 9 y 12días (en periodos de 24 y 48 horas




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Revista (Colombia)

posaplicación del tratamiento hor-monal), porcentaje de preñez y por-centaje de efectividad dependiendodel tiempo de retiro.

2. Resultados y discusión

López (1997) menciona que losprogestágenos inducen la apari-ción de celos entre las 32 y 36 ho-

ras; Gutiérrez (2009) obtuvo 80%de manifestación de celo a las 30horas siguientes de retirado el dis-positivo intravaginal. González(1993) y otros autores, como Moli-na (2005) y Godfrey et al. (1999),combinando dispositivos intravagi-nales a base de progesterona y PG-F2α en ovejas, obtuvieron un 100%de celo a las 72 horas posretiro del

CIDR. Galina y Valencia (2006),al aplicar eCG (400 a 600 UI IM)y un progestágeno de 8 a 14 díasen ovejas en anestro estacional,obtuvieron porcentajes de hasta el

90% de efectividad. Es importantemencionar que las que presentaronsignos de estro dentro de las pri-meras 48 horas después de retira-do el progestágeno (FGA), lo quecoincide con Fukui et al. (1999),quienes reportaron el 100% de pre-sentación de estros en ovejas razasuffolk cíclicas dentro de las prime-ras 48 horas después de retirado elprogestágeno (FGA).

Los resultados encontrados en elpresente estudio muestran que lapresentación del celo se observaen los dos grupos, principalmenteentre las 30 y 48 horas posretiro delas esponjas. No se observan dife-rencias significativas desde el tiem-po de retiro de la esponja hasta la

presentación del celo; sin embar-go, la mayoría de animales presen-taron celo dentro de las 48 horassiguientes al retiro del progestáge-no y aplicación de eCG (Tabla 1).

Tabla 1. Presentación del celo en las 48 horas con intervalo de tiempo de 12 horas ydistribución de la frecuencia con respecto al retiro de la esponja a 9-12 días (n = 7para los 2 tratamientos)

Intervalos de tiempo, hora

Tratamiento 12-24 25-36 37-48

Grupo 1 Frecuencia 0/7 0/7 6/7

Grupo 2 Frecuencia 0/7 0/7 7/7

El diagnóstico de gestación evalua-da como tasa de concepción se rea-

liza a los 48 días posinseminación

artificial con semen fresco (númerode animales diagnosticados gestan-

tes a los 48 días sobre el número




22

de animales que presentaron celode cada grupo), en donde el grupo1, tratamiento a 9 días, mostró una

mejor respuesta (33%) comparadocon el tratamiento a 12 días reali-zado al grupo 2 (28,5%). (Tabla 2).

Tabla 2. Tasas de preñez y concepción para los dos grupos de tratamientos en hembrasovinas tipo pelo.

TratamientoTasa de preñez* Tasa de concepción**

Frecuencia Porcentaje Frecuencia Porcentaje

Grupo 1 2/7 28,5% 2/6 33

Grupo 2 2/7 28,5% 2/7 28,5

*Tasa de preñez: número de hembras gestantes/número de hembras totales.

**Tasa de concepción: número de hembras gestantes/número de hembras con celo manifiesto.

Para las variables de tasa de pre-ñez no se encontraron diferenciassignificativas respecto al tiempode retiro de los dispositivos intra-

vaginales en los dos grupos, obser-vándose que en el grupo 1 (retirode esponjas a los 9 días) hubo

presentación de celo en 6 anima-les y se obtuvo el mismo númerode gestación, comparadas con elgrupo 2 (retiro de esponjas a los

12 días), presentando celo los 7animales y el mismo número depreñez.

Tasa de celo* Tasade preñez**

Tasa deconcepción ***

Resultados cada 12 horas %Resultado

%Resultado

%

Individuos 12-24 24-36 36-48 PHC PHP PDC

Grupo 1 7 0 0 6 85,7 2 28,6 2 33,3Grupo 2 7 0 0 7 100,0 7 100,0 2 28,6

* Tasa de celo: número de hembras en celo/ número de hembras totales.

** Tasa de preñez: número de hembras gestantes/ número de hembras totales.

*** Tasa de concepcion: número de hembras gestantes / número de hembras con celo manifiesto.

PHC: Porcentaje de hembras en celo.

PHP: Porcentaje de hembras preñadas.

PDC: Porcentaje de concepción.




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Revista (Colombia)

Luego de diagnosticado el estadode gestación, a las hembras diag-nosticadas vacías se les realiza unasegunda inseminación bajo celo na-

Gráfica 1. Tasas de celo, preñez y concepción

85,7

100,0 100,0

28,6 28,633,3

PHPPHC PDC

tural y monta natural con machos dela misma raza; al hacerse un nuevodiagnóstico a los 45 días, el restantede hembras estaban preñadas.

3. Conclusiones

Los tratamientos realizados en eseestudio con retiro a los 9 días tie-nen una efectividad para inducircelo comparable a la del trata-miento con retiro a los 12 días, sinpresentar diferencias significativasen características como intervaloen presentación del celo. Se ob-serva además que el tratamientoa 9 días, aunque logra menor pre-sentación de celos, es más fértilque el presentado por hembras so-

metidas a tratamientos a 12 días.

El porcentaje de preñez de hembrasovinas mejora en el tratamiento reali-zado a 9 días vs. el tratamiento a los 12días, teniendo en cuenta la presenta-ción de celo, e índice de preñez, sien-do esto de importancia, ya que 3 díasde adelanto en la preñez de hembrasprimerizas de un aprisco significaríauna ganancia en tiempo de produc-ción cárnica de cada futura cría.

El protocolo de sincronización noalteró en las hembras negativas eldiagnóstico de gestación, la presen-tación de celos ni los índices de pre-

ñez cuando se realizó monta natural.




24

Al fabricar artesanalmente los equi-pos y utilizarlos para este estudiose obtienen resultados parecidosa los de otros autores utilizandoequipos comerciales.

Esta técnica, sirve para hacer in-seminaciones con machos purosde otras fincas, pudiendo hacercolecta de semen de otros repro-ductores, sin necesidad de monta

natural, previniendo problemas re-productivos patológicos y de con-sanguinidad.

Se recomienda utilizar una mayorcantidad de animales para evaluarlos efectos de los tratamientos a di-ferentes retiros de días y mirar susefectos en las variables reproduc-tivas y determinar qué tiempos deretiro son los ideales en la región.




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Revista (Colombia)

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Los servicios ecosistémicos en arreglosagroforestales de café bajo escenarios decambio climático: caso departamento del Huila

Ecosystem services in agricultural and forestry coffeearrangements under climate change scenarios:

case Huila

Claudia Mercedes Ordóñez Espinosa, Magíster en Sistemas Sosteniblesde Producción – Universidad de la Amazonía, DinamizadoraTecnoparque Nodo [email protected]

Fredy Oyola Polanía,Ingeniero Agrícola, Estudiante de Maestría enIngeniería y Gestión Ambiental, Universidad Surcolombiana,Extensionista Federación Nacional de Cafeteros

Juan Carlos Suárez, Magister en Agroforestería Tropical,Docente Universidad de la Amazonía

Gustavo Vega Orozco, Magíster en Sistemas Sostenibles de Producción –Universidad de la Amazonía, Gestor Nacional Red ConocimientoAmbiental – Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro de Formación Agroindustrial La AngosturaRegional Huila

FECHA DE RECEPCIÓN: 30 DE ABRIL DE 2014FECHA DE ACEPTACIÓN: 25 DE JULIO DE 2014



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Revista (Colombia)Vol. 1, No. 2, julio-diciembre de 2014, pp. 30-47

RESUMEN

El departamento del Huila es el primer productor a nivelnacional en volumen de café de alta calidad y el segundoen área de cultivo; la actividad cafetera es desarrolladaen 35 municipios por más de 68.000 caficultores, en unárea establecida de 120.508 ha, con tamaño promediode cafetales de 1,4 ha, equivale al 16% de la producciónnacional. El impacto generado por esta actividad sobre ladiversidad biológica del departamento se refleja en la de-

forestación para la ampliación de la frontera agrícola y elestablecimiento de sistemas de producción de café a libreexposición de alto impacto. El objetivo de la presente revi-sión es analizar desde la óptica de la economía ecológicala relación entre la rentabilidad, biodiversidad y sostenibi-lidad con la valoración de bienes y servicios ecosistémicosasociados a sistemas agroforestales con café, bajo escena-rios de cambio climático, en el departamento del Huila.Lo anterior, enmarcado en el proyecto Huila 2050, queestablece la necesidad de poner condiciones que mitiguen

el cambio climático.

Palabras clave: biodiversidad, economía ecológica, eco-nomía ambiental, agro ecosistemas.

ABSTRACT

Huila department is the first producer at National levelby volume of high quality coffee and the second in crop

area; the coffee industry is developed in 35 municipalitiesfor over 68 thousand coffee farmers in an established areaof 120,508 hectares, with an average size of 1.4 hectaresof coffee plantations. This equates to 16 % of nationalproduction. However, the impact generated by thisactivity on biodiversity in the department is reflected indeforestation for the expansion of the agricultural frontierand the establishment of coffee production systems freeexposure to high impact. The objective of this review was

to analyze from the perspective of ecological economics,how a relationship between profitability, biodiversity andsustainability, with the valuation of ecosystemic goods and



Los servicios ecosistémicos en arreglos agroforestales de café bajo escenarios de cambio climático:caso departamento del Huila, C. Ordóñez, F. Oyola, J. Suárez, G. Vega

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services associated with coffee agroforestry systems underclimate change scenarios in the department of Huila canbe stated; foregoing framed in Huila 2050 project thatestablishes the need to establish conditions that mitigateclimate change.

Keywords: Biodiversity, Ecological Economics, EnvironmentalEconomics, Agroecosystems.



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INTRODUCCIÓN

El café es uno de los productos pri-marios más importantes en cerca de70 países de los trópicos húmedos(Anuario estadístico de América La-tina y el Caribe - CEPAL 2002) y seencuentra entre las cinco exporta-ciones agrícolas más valiosas de lospaíses en desarrollo (Ricketts et al.,

2004). La producción de café pre-senta una relación directa con lascondiciones climáticas de cada re-gión, debido a que influyen sustan-cialmente sobre la floración (Arcila,2007); sin embargo, la amenaza delcambio climático global ha causa-do preocupación en la producciónagrícola donde se incluye el culti-vo de café, especialmente por elcambio generado en las principalesvariables climáticas (lluvia, tempe-ratura y humedad del suelo), queinfluyen en la producción de culti-vos (Slingo, 2005; Alurralde, 2010;Rozensweig et al., 2004).

Las alteraciones en el clima generanalta vulnerabilidad en los sistemas

de producción, debido al incremen-to en temperatura y cambios en losregímenes de lluvias, que aumentanlas probabilidades de fracaso de lascosechas a corto plazo y reduc-ción de la producción a largo plazo(Nelson et al., 2009). Lo anterior,relacionado con un incremento enla competencia por agua y su bajadisponibilidad, así como cambios enprecipitación, especialmente perju-dicial para la producción en el tró-

pico, sobre todo para para sistemasde producción que dependen delos periodos de lluvia (Rozensweiget al., 2004). En el cultivo de café elagua debe estar disponible a partirde la etapa de floración, para ase-gurar un alto rendimiento, especial-mente durante el periodo de llenadodel grano (Carr, 2001); los periodossecos prolongados son el principalfactor limitante de la productividad

del café, al provocar una reducciónhasta del 80% de las cosechas (DaMatta et al., 2006), debido al efectosobre las relaciones hídricas de lasplantas por modificar su metabolis-mo (Abbud et al., 2008). El déficit hí-drico genera una baja disponibilidadde este líquido en el suelo. El aguaes necesaria para romper la latenciade yemas florales, crecimiento de losbrotes e inducción en la formacióndel fruto (Dave et al., 2003).

En la zona Andina de Colombia elcultivo de café es el más importan-te, se establece en cuatro regiones(Norte, Oriental, Central y Sur).Actualmente involucra a 587 mu-nicipios con un área de 974.000

ha (SICA, 2013). En términos terri-toriales, el departamento del Hui-la está dedicado a la producciónagrícola en un 53%, con más de unmillón de ha (ONF Andina, 2014);la actividad agropecuaria aporta un14,4% del PIB del Huila, 46% delcual proviene de la actividad cafe-tera (DANE, 2011). El Huila es elprimer productor en volumen decafé de alta calidad y segundo enárea de cultivo (Fedecafé, 2010);




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el grano es producido en 35 mu-nicipios por más de 68.000 cafi-cultores, en un área establecida de154.000 ha, con tamaño promediode cafetales de 1,4 ha (Sistema deInformación Cafetera [Sica], 2013).

De acuerdo con el contexto na-cional y regional, el Huila es undepartamento con vocación agro-pecuaria, el cual no es ajeno a es-

tos cambios en el clima, según laCorporación Autónoma Regionaldel Alto Magdalena (CAM) en elmarco del proyecto Huila 2050:Preparándose para el CambioClimático, donde se expone que“80% del área del departamentodel Huila tiene un grado de vulne-rabilidad ambiental alta frente a

los efectos potenciales del cambioclimático, debido principalmentea la disminución de la precipita-ción media anual del 30% y au-mento de temperatura en 2 oC. Parael año 2014, según proyeccionesdel Ideam, el índice de cambio detemperatura para los años 2000-2040 en el departamento refleja

que de los 37 municipios del de-partamento, 7 presentan riesgomuy alto frente a esta variable,10 muy alto, 9 mediano, 9 bajoy 1 muy bajo; respecto al índiceen cambio de precipitación paralos mismos años, 10 municipiospresentan riesgo muy alto, 7 alto,10 mediano, 8 bajo y 2 muy bajo(Avances plan de acción de cam-bio climático para el Huila, 2014).

Los efectos anteriores se reflejan en“desplazamiento altitudinal de losecosistemas naturales así como unafuerte presión sobre los de mayoraltura (bosques alto-andinos y pá-ramos). El cambio del clima podríadesplazar hacia mayores altitudes alos cultivos de café y la ganaderíaextensiva. Las consecuencias deldesplazamiento altitudinal se refle-ja en sus efectos sobre los frágiles

ambientes alto-andinos represen-tados por bosques de niebla, hu-medales y páramos, reconocidoscomo unos de los más grandesreservorios de biodiversidad delplaneta” (Plan de cambio climáticoHuila 2050: preparándose para elcambio climático, 2014).

Por lo anterior, el objetivo del pre-sente artículo de revisión es hacerun análisis crítico e interpretativosobre la utilidad de los serviciosecosistémicos en arreglos agrofo-restales de café como estrategia deadaptación en el sector agrícolaal cambio climático en el depar-tamento del Huila acorde con loplanteado por el marco del proyec-

to Huila 2050: Preparándose parael Cambio Climático.

1. Los ecosistemas

En la actualidad, el estudio, mane-jo y aprovechamiento sosteniblede los ecosistemas se encuentranbajo un escenario dinámico de la

ecología contemporánea. La cien-



35


cia de los ecosistemas ha permitidorealizar una vinculación en inves-tigación de diferentes disciplinas,como la ecología (fundamental,ambiental, del paisaje, acuática yglobal), biogeoquímica, cienciadel suelo, hidrología, biología dela conservación y economía eco-lógica (EE), en busca de la resolu-ción de problemas que surgen enel uso de los ecosistemas y su im-

pacto sobre los usos que proveenal hombre.

En contexto, un agroecosistema o“ecosistema agrícola” es un ecosis-tema con frecuentes modificacio-nes en sus componentes bióticos yabióticos generados por el hombre,que afectan los procesos estudia-dos por ecólogos, e incluyen desdeel comportamiento de individuos,dinámica de poblaciones, com-posición de comunidades y flujosde materia y energía (Arcila et al.,2007).

A nivel de agroecosistemas cafe-teros, el interés mundial de las di-ferentes disciplinas sobre estos se

basa en su importancia socioeco-nómica y ecológica; sin embargo,su atención se genera por la rela-ción y las vías opuestas entre laecología (diversidad biológica) yla economía tradicional (rentabi-lidad), que por lo general suponeun negocio: “si desea conservarsela diversidad biológica, debe pa-gar por ello, por el contrario losmayores beneficios económicos seobtienen de ecosistemas con baja

biodiversidad como los agroeco-sistemas convencionales o bioló-gicamente simplificada”(Gordon,Manson, Sundberg, & Cruz-Angón,2007).

Los agroecosistemas cafeteros seencuentran establecidos de dosformas: tradicionales y tecnificadosen monocultivo a libre exposición;los tradicionales se asocian al Sis-

tema Agroforestal (SAFC), “dondese combinan especies arbóreas enasocio con el café o en arboriza-ción de las fincas” (Farfán, 2012),para permitir un manejo de los re-cursos de forma dinámica y eco-lógicamente sostenible, “con elfin de incrementar los beneficiossociales, económicos y ambienta-les” (Beniest, J.; Franzel, S, 2000;Farfán, 2013), a diferencia de siste-mas agrícolas menos diversificados(Schroth et al., 2004).

El café cultivado bajo árboles desombra en sistemas agroforestales(SAF), puede proporcionar mayoresbeneficios económicos y ambien-tales comparado con los sistemas

en monocultivo (MC), Beer et. al.,(1998); Vaast et. al., (2007); Sileset. al., (2010).

El SAFC desempeña funciones den-tro de los agroecosistemas, comola conservación de biodiversidady germoplasma de especies sensi-bles, además de su aporte a la re-ducción en las tasas de conversióndel hábitat natural, la conectividadmediante la creación de corredores




36

entre los remanentes de hábitatpara la conservación de flora y fau-na, control de la erosión, recargade agua (Shibu, 2012).

Sin embargo, la mayor parte deagroecosistemas cafeteros se haconvertido a sistemas tecnificadosen monocultivo o biológicamentesimplificada; a principios de 1990en países como México y Colom-

bia, en el Caribe y Centroaméricaexistían 2,8 millones de ha de caféen sistemas tradicionales, de lascuales 1,1 millones fueron con-vertidas a sistemas de produccióna libre exposición (Rice y Ward,1996; Lin, 2007). En Colombiaactualmente existen de 974.000ha de café establecidas; de estas,553.000 se encuentran a libre ex-posición (56,7%), frente a las sem-bradas con algún grado de sombrío(421.000, 43,22%). En el contextoregional, de 154.500 ha (86,6%)establecidas en café, se encuentrana libre exposición 133.900 y consombra o sombra parcial 20.600(Sica, 2013).

Lo anterior indica que en Colombia“el café se establece a plena expo-sición solar, pero es común obser-var plantaciones establecidas convarios tipos y cantidades de co-bertura arbórea, y existe una grancultura agroforestal con café, dadaslas diversas condiciones climáticasy de suelo de nuestras zonas cafe-teras” (Farfán, 2013).

Sin embargo, en los agroecosiste-mas cafeteros se consideran aspec-tos técnicos de manejo del cultivo,en los que se encuentra el grado deexposición o luminosidad (sol, se-misombra o sombra), relacionadoscon aspectos de tipo económicocomo la rentabilidad, sobre la cuallos caficultores toman sus decisio-nes. Entre los aspectos de tipo téc-nico se encuentra el grado y tipo

de sombrío por establecer con elcafé; este se considera importantepor su efecto en la producción delgrano. En relación con lo anterior,Farfán (2014b) sugiere un máximode 45% de sombrío arbóreo de-pendiendo de la zona, dado queel sombrío natural generado porla nubosidad y el sombrío de los

árboles puede variar en cada zonay el porcentaje de sombra se debeajustar en cada región.

Según Farfán et al. (2009), “la zonacafetera Colombiana presenta altanubosidad en el día, estimadapor registros de brillo solar, y dis-ponibilidad de agua en el suelo”;

las dos condiciones determinan laproducción del grano y por endese deben considerar en el manejotécnico del cultivo, en especial elsombrío, para que no se afecte laproducción. En resumen, el por-centaje de sombrío según el núme-ro de horas de brillo solar (Farfány Jaramillo, 2009; Farfán 2014a) sepresenta en el Cuadro 1.



37


Cuadro 1. Sombrío según número de horas de brillo solar

Porcentaje de sombrío (según número de horas de brillo solar al año)

0% Menos de 25% Entre 25% y 45% de 45%

Libre exposiciónsolar

Sombrío ralo oheterogéneo

Sombrío óptimo oadecuado

Sombrío denso uhomogéneo

Fuente: Adaptado de Farfán (2013).

Para el departamento del Huila,autores como Farfán et al. (2009)

sugieren un porcentaje de sombríoen cafetales del 23,2% al 29,3%para la cordillera Central vertienteoriental (localidades Gigante y LaPlata); para el caso de la cordilleraOriental vertiente occidental (Nei-va, Garzón y Gigante) entre 29,4%,23% y 22,3% respectivamente.

Según investigación realizada en

el municipio de Pitalito (Huila)por Vega et al. (2013), se encon-traron cinco tipologías de sombraasociadas a café en arreglos agro-forestales: 1. Plátano con baja di-versidad de árboles (12,07% decobertura arbórea); 2. Alta den-sidad de árboles con sombra di-versificada (55,69% de cobertura

arbórea); 3. Nogal en alta densi-dad (13,23% de cobertura arbó-rea); 4. Guamo en alta densidad(50,16% de cobertura arbórea); y5. Sombra compleja diversificadade (42,86% de cobertura arbórea).Según Bosselmann et al. (2009) yEscobar (2007), la especie arbóreamás común en arreglos agrofores-tales en fincas cafeteras del sur del

Huila es el cachimbo (Erythrinapoeppigiana).

A nivel nacional, se ha registradocambio en los sistemas de produc-

ción de café en relación con el gra-do de luminosidad de los lotes decafé. Según Farfán (2013), entre1923 y 1925 en los 450 municipioscafeteros todas las plantaciones decafé se establecían bajo sombrío;las especies más utilizadas eran:Inga edulis (guamo santafereño),Inga spuria (guamo bejuco), Ingaursi pitlier (guamo cacho de cabra),

Inga marginata (guamo churimode ribete), Calliandra lehmannii(carbonero morado), Pseudoacaciaspectabilis (canofístulo macho, va-nillo o vainillo), Erythrinapoeppi-giana (cámbulo, ceiba, cachimbo,anaco, pisamo), Erythrina corallo-dendro (chocho, peonia, madreca-cao), Albizia carbonaria (carbonero)

y Anacardium excelsum (caracolí),con densidades entre 50 y 400 ár-boles por ha. Para 1980 y 1981, de1.009.572 ha de café, el 65,9% eracaficultura tradicional y el 16,7%caficultura bajo sombra.

2. Los servicios ecosistémicos

Los servicios que proveen los agro-ecosistemas son llamados servicios




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ecosistémicos o servicios ecológi-cos, definidos como beneficios quelas personas obtienen de los mismosclasificados como de provisión (p. e.,producción de alimentos, agua, fi-bra, madera), regulación (clima,plagas, calidad de agua), culturales(beneficios recreativos, estéticos yespirituales) y de soporte (p. e., for-mación suelo, polinización, ciclode nutrientes) (Millennium Ecosys-

tem Assessment, 2005).

El concepto de servicio ecosistémi-co se ha citado desde 1970, pero anivel científico solo desde 1990 ypor diferentes autores desde 1992,posteriormente en la Evaluación delos Ecosistemas del Milenium en losaños 2003 y 2005 (De Groot, Alke-made, Braat, Hein, & Willemen,2010), donde los clasifican en losservicios anteriormente descritos.

Los servicios ecosistémicos quegeneran los sistemas agroforestalesincluyen el mantenimiento de lasfunciones climáticas, retención decarbono en el sistema suelo-planta,reducción de la erosión, la veloci-

dad del viento, reciclaje de nutrien-tes, aporte de materia orgánica,conservación de la diversidad bio-lógica y mejoras en característicasfísico-sensoriales del grano (Farfán,2007; Mcneely et al., 2006; Schro-th et. al., , 2004; McNeely et al.,2003; Beer, 1987). Para el caso dela calidad física-sensorial del café,esta se refleja con mejor peso y ta-maño de la cereza, más acidez ycuerpo en taza, debido a que las

condiciones de sombra permitenque el fruto de café madure lenta-mente por menor temperatura pro-ducida por el sombrío (Santoyo etal., 1996, Vaast et al., 2005).

En estudios desarrollados por Vega(2013) en el municipio de Pitalito(Huila) para cinco tipologías desombra (Alta densidad de árbo-les con sombra diversificada [Alt.

Dens], Guamo en alta densidad[Guam.Ad], Nogal en alta densidad[Nog.Ad], Plátano con baja diversi-dad [Plat.Bdiv], Sombra complejadiversificada [Com.Div]), se en-contró que los atributos sensorialesque presentaron mejor calificaciónfueron balance (10), taza limpia(10) y uniformidad (10), correspon-dientes a las tipologías Com.Div,Guam.Ad, Alt.Dens, Nog.Ad, Plat.Bdiv, respectivamente. La tipologíaL.Expos presentó menor puntaje enbalance (9,15); sin embargo, no sepresentaron diferencias significati-vas según el análisis de varianza;en relación con el tamaño del gra-no, de acuerdo con Bosselmann etal. (2009), los estudios donde se

han encontrado las mayores dife-rencias en tamaño de grano (Guyotet. al., 1996; Muschler, 2001; Vaastet al, 2005) se han desarrollado enzonas con temperaturas altas o conniveles de sombra más densa.

En lo relacionado con el almace-namiento de carbono como otroservicio ecosistémico, Vega (2013)determinó la cantidad de carbonoalmacenado en cinco tipologías de



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sombra descritas anteriormente me-diante el uso de ecuaciones alomé-tricas; las tipologías con mayor tasade almacenamiento de carbonofueron: Com.Div y Guam.Ad, con87,37 y 58,11 Mg de C ha-1, respec-tivamente. Las tipologías Alta.Densy Guam.Ad presentaron menor tasade almacenamiento de carbono, esdecir, que existe una relación entreel porcentaje de cobertura de las

tipologías y el aumento en la acu-mulación de carbono. Sistemas conmayor diversificación presentaronmayores valores de acumulación decarbono.

Los anteriores servicios ecosisté-micos pueden ser evaluados eco-nómicamente según investigacióndesarrollada por Ordóñez (2013)para valorar económicamente losservicios ecosistémicos en arreglosagroforestales de café en fincas depequeños productores del muni-cipio de Pitalito (Huila). Se com-pararon las variables financieras(valor actual neto [VAN] esperadoy tasa interna de retorno [TIR]) yse compararon entre dos modelos

(sistema tecnificado de café a libreexposición y sistemas agroforesta-les con sombra compleja diversifi-cada - Erythrina fusca) en relacióncon los servicios ecosistémicos(biodiversidad - bono amigo de lasaves, atributos sensoriales en taza yalmacenamiento de carbono). Losresultados del análisis financieroindican que el arreglo agroforestalcon sombra compleja diversificadageneró un VAN de $28 millones y

TIR del 30% para biodiversidad, se-guido de atributos en taza, con VANde $28 millones, TIR del 29% VANde $7,5 millones y TIR del 15% paraalmacenamiento de carbono, frentea lo generado por el modelo de sis-tema a libre exposición: VAN $31millones y TIR 30%.

3. Dinámica de los agroeco-

sistemas y su relacióncon el cambio climático

Desde 1950, los seres humanoshan transformado significativa-mente los ecosistemas debido alas demandas crecientes de ali-mentos, agua dulce, madera, fibra

y combustible, y por ende sobresus servicio ecosistémicos. Los ser-vicios de provisión son afectadosen algunas regiones por el uso deprácticas agrícolas desarrolladas deforma insostenible, por uso excesi-vo de fertilizantes, degradación delsuelo y deforestación; en serviciosde regulación, la modificación dela regulación del clima, por alte-ración en niveles de dióxido decarbono, alteración en patronesde enfermedades y modificaciónde habita y alcance de límites enlas capacidades de los ecosistemaspara eliminar toxinas y exceso denutrientes son algunos efectos porlos cambios en este tipo de servi-cios (Millennium Ecosystem Assess-ment , 2005). Las transformacionesmás rápidas de los servicios ecosis-




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témicos se han dado en los paísesen desarrollo como Colombia.

De acuerdo con lo planteado en losmodelos de predicción de cambioclimático, se presentará en las zonascafetaleras un aumento en la tempe-ratura de 0,9 ºC en el 2020 y 2,2ºC en el 2050; la precipitación serámás estacional con un acumulativode 5 meses secos y una reducción

en 72 mm anuales (Laderach et al., 2012). Lo anterior implica un cam-bio en áreas con vocación agrícolay cafetera para el año 2050, con unamigración a áreas hacia arriba en elgradiente altitudinal (trashuman-cia), que supone cambios ambien-tales y socioeconómicos, condiciónque podría ser mitigada al cultivarcafé con asocio de árboles (Farfán,2013).

En el departamento del Huila, “el28,3% de la superficie departamen-tal corresponde a clima cálido, el40% a clima medio, el 23,2% a cli-ma frío y el 8,6% a clima muy frío”(Corporación Autónoma del AltoMagdalena [CAM], 2011), los cuales

determinan las áreas de producciónagropecuaria. Según el diagnósticoagropecuario desarrollado por elCIAT/CATI, para el departamento delHuila “se prevé que el ambiente físi-co-ecológico para 2030 y 2050 parala producción agropecuaria cambia-rá drásticamente”, debido a que lasáreas potenciales de los cultivos re-presentativos, como el café, serán laprincipal producción agropecuariaamenazada por el clima. En la actua-

lidad existe un 76,4% de área conactitud para el cultivo, por lo que lacaficultura del departamento se de-sarrolla en 35 municipios de los 37;pero en los próximos 15 años, segúnel diagnóstico, perderá un área po-tencial del 23,6% (Plan de CambioClimático Huila 2050: Preparándosepara el Cambio Climático, 2014).

Según el Plan de Cambio Climáti-

co Huila 2050, algunos municipios(Acevedo, Altamira, Guadalupe,Hobo, Palestina, Suaza, Tarqui yTimaná, seguidos de Elías, Gar-zón, Isnos, La Argentina, La Plata,Nátaga, Pital, Saladoblanco, SanAgustín, Santa María y Yaguará)presentarían cambios en tempe-ratura en un 30% de su área, conmayor efecto en municipios comoSuaza y Timaná, con cambios enla temperatura de alrededor del50% de su área. En relación conla precipitación anual, los munici-pios de Acevedo, Isnos, Oporapa,Palestina, Pitalito, Saladoblanco,San Agustín, Teruel, Timaná y Ya-guará, seguidos de Aipe, Hobo, LaArgentina, La Plata, Palermo, Pital

y Santa María, presentarían áreasafectadas con cambio en esta va-riable del 50% al 96%, con mayorimpacto en municipios como Is-nos, San Agustín Timaná y Yaguará(Plan de Cambio Climático Huila2050: Preparándose para el Cam-bio Climático, 2014).

En los agroecosistemas cafeteros,recientemente se han percibidodos formas contrastantes de afectar



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los servicios ecosistémicos y porende la biodiversidad: una formala presentan los sistemas tradicio-nales (plantados por debajo deun dosel o sotobosque con altadiversidad de especies arbóreas)(Muschler, 2004), con múltiplesbeneficios descritos anteriormentefrente a lo generado por sistemas alibre exposición. En Colombia, enel departamento del Huila “el sec-

tor cafetero ha venido cambiandosu método de producción tradicio-nal basado en cultivos de sombrapor variedades que, además deno requerir este tipo de cobertura,ofrecen mayor resistencia fitosani-taria, se cultivan en áreas de mayordensidad, producen más cantidad,a la vez que generan un gran im-

pacto ambiental y de biodiversi-dad en el territorio cafetero” (Plande Cambio Climático Huila 2050:Preparándose para el Cambio Cli-mático, 2014).

En relación con lo anterior, loscambios generados en los serviciosecosistémicos de los agroecosiste-mas cafeteros aumentan el riesgo

de vulnerabilidad de estos fren-te al cambio climático, generan-do problemas en la resiliencia deesos ecosistemas. Según Slingo etal., (2005), la amenaza del cambioclimático global ha generado pre-ocupación en regiones del mundopor la producción agrícola, en es-pecial por las modificaciones que

se puedan dar en las principalesvariable climáticas que influyen

sobre los cultivos (precipitación,temperatura y humedad del suelo)y alteran la dinámica de los siste-mas de producción, lo que se co-rrobora cuando los productores delgrano afirman que han observadocómo se han modificado algunasvariables climáticas, como la tem-peratura y el régimen de lluvias,que amenazan el ciclo reproducti-vo (floración ) y productivo del café

(Rice, 2008).

Para el caso de la caficultura co-lombiana, esta se ha enfrentado afuentes de variabilidad climáticainteranual como los fenómenos deEl Niño y La Niña, los cuales in-ciden en el comportamiento devariables hidrometeorológicas del

país, con alteraciones en el clima(precipitación, temperatura, hume-dad atmosférica y brillo solar) queacarrean consecuencias directas enlos agroecosistemas cafeteros (Ra-mirez et al., 2012).

Según Jaramillo et al. (2009), lavariación climática en la zona ca-fetera colombiana por efectos del

fenómeno de El Niño se ha pre-sentado con una deficiencia mo-derada de la precipitación entreel 20% y 40% en la región Andi-na (Nariño, Valle del Cauca, nortedel Huila, occidente de Antioquia,Tolima, Cundinamarca, Boyacá,Santander). Los principales efectosen disminuciones de precipitación

se dan en deficiencias hídricas enel suelo y sus posteriores efectos




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en el cultivo de café; sin embargo,los efectos de El Niño en las zonascafeteras (Norte, Oriente, Centroy Sur) no son iguales. Para el casode regiones con bajo brillo solar yaltas precipitaciones es condiciónbenéfica para la producción delcafé el aumento del brillo solar; porel contrario, en zonas cálidas (llu-vias menores a 1.500 mm al año)con suelos de baja retención de hu-

medad, su efecto en la producciónes negativo.

El impacto potencial de los fenó-menos de El Niño y La Niña sobreel cultivo de café se observa enla disminución del crecimiento yacumulación de biomasa (encarga-da de la producción del café, por

efectos en la reducción de la can-tidad de nudos para la floración).Lo anterior implica que el riesgo depasar de un nivel de productividada otros por este fenómeno, para elcaso del departamento del Huila,se clasifica en un nivel de riesgoalto en potencial productivo enaños respecto a los fenómenos deEl Niño y La Niña (Ramírez et al.,

2012). En relación con lo anterior,Farfan et al. (2008) plantean conque una de las estrategias para dis-minuir los efectos que los periodossecos prolongados causan al culti-vo de café en las regiones norte ysur de Colombia es la siembra deárboles para sombra, con el propó-sito de conservar la humedad del

suelo y moderar las temperaturasextremas.

4. Los sistemas agroforestales

y sus servicios ecosistémicoscomo estrategia de adapta-ción al cambio climático

A nivel mundial se plantea evaluarel valor real asociado a bienes yservicios proporcionados por laagrobiodiversidad; esto implica untrabajo interdisciplinario entre ecó-logos, economistas, investigadores,agricultores y otros interesados enintegrar la investigación ecológicay socioeconómica para evaluar losservicios de los sistemas agrícolas,los beneficios del manejo de estosen diferentes escenarios y su va-loración económica (MillenniumEcosistema Assessment, 2005).

Los agroecosistemas o sistemas ca-feteros con arreglos agroforestalesson una alternativa para la solucióndel problema por tener el potencialde proveer servicios ecosistémicosde manera eficiente (Perfecto et al.,1996). Los arreglos agroforestalesoptimizan la producción a travésde una explotación diversificada

(Arcila et al., 2007), debido a susdiferentes aportes al sistema, comoel mantenimiento de la fertilidad desuelos, evitar la erosión, suministraragua, capturar carbono, regular elclima y la calidad del aire, proveerproductos como madera, alimen-to, forraje, leña, postes, suministrarhábitat para la conservación de la

biodiversidad regional (Beer et al.,2003; Arcila et al., 2007; Moguel



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et al., 1999; Perfecto et al., 1996Farfán, 2013).

La agroforestería como estrategiaadaptativa a posibles cambios ex-tremos en microclimas en los agro-ecosistemas cafeteros se da por larelación directa entre la cantidadde cobertura de sombra y su nexocon la variabilidad en el microcli-ma y humedad del suelo. Según Lin

(2007), en investigaciones realiza-das en Chiapas (México), durantefebrero a mayo de 2005, la hume-dad, temperatura y radiación solarson significativamente diferentesen la temporada de lluvias, comoen la estación seca en los diferentessistemas de sombra.

De acuerdo con la cuantificación yanálisis de las emisiones de gasesde efecto invernadero por sectory subsector del departamento delHuila, el sector agropecuario y elcambio de uso de la tierra son direc-tamente responsables del 58,5% delas emisiones de gases efecto inver-nadero (GEI) (ONF Andina, 2013);estos sectores, incluido el cafetero,

tienen alta capacidad de reducirsus emisiones y contribuir a la cap-tación de GEI a través del fomentoy la implementación de sistemasagroforestales asociadas al cultivode café (Plan de Cambio Climáti-co Huila 2050: Preparándose parael Cambio Climático, 2014). Porlo anterior, este Plan, define entre

sus cinco ejes la biodiversidad ylos servicios ecosistémicos; comosegundo eje, la agricultura y segu-ridad alimentaria, donde las líneasde acción se enfocan en buenasprácticas de agricultura climática-mente inteligentes, como los siste-mas agroforestales.

5. Recomendaciones

Se deben estudiar mediante investi-gaciones las condiciones agroclimá-ticas del Huila y sus agroecosistemascafeteros, para evaluar el comporta-miento productivo del café, su diná-mica hídrica y la valoración de losservicios ecosistémicos, bajo diversossistemas agroforestales que orienten

las decisiones técnicas de los pro-ductores y contemplen una relaciónsocial, ambiental y económica.

Orientar estudios comerciales y demercados para determinar la opor-tunidad de las fincas cafeteras conarreglos agroforestales, en planes ypotenciales negocios que midan el

impacto de estos en huella de car-bono, atributos sensoriales y biodi-versidad.

Se deben promocionar en mercadosde cafés producidos bajo arreglosagroforestales los bonos voluntariosde carbono que aporten al ingresode las fincas cafeteras.




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Efecto de la edad de corte en la producción

de forraje y calidad nutricional del pasto angletonclimacuna (Dichanthium annulatum -Forssk- Stapf )para la producción de heno en La Dorada (Caldas)

Effect of cutting age on forage production and nutritionalquality of grass angleton climacuna (Dichanthium annulatum-Forssk- Stapf) for hay production in La Dorada (Caldas)

Roberto Angulo-Arroyave, investigador Grupo de Investigaciónen Ciencias Animales (GRICA), Universidad de Antioquia [email protected]

Ricardo Rosero-Noguera, investigador Grupo de Investigaciónen Ciencias Animales (GRICA), Universidad de Antioquia

[email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro Pecuario y AgroempresarialRegional Caldas




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RESUMEN

El trabajo se realizó en la hacienda Rancho Claro, ubicadaen el municipio de La Dorada (Caldas) en la región delMagdalena Medio colombiano. El objetivo fue conocer elefecto de la edad de corte sobre la producción de forra-je y la calidad nutricional del pasto angleton climacuna(Dichanthium annulatum -Forssk- Stapf ) utilizado para laproducción de heno. Fue seleccionado un potrero previa-mente establecido, en el cual se delimitaron 21 parcelas

de 100 m2

, a las cuales se les asignó al azar cada una delas edades de corte utilizadas (40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100días). De esta manera, los tratamientos se organizaron enun diseño completamente al azar con 3 repeticiones paraevaluar 7 edades de corte y se analizó el efecto de la edadde corte sobre la producción y la composición química delpasto mediante un análisis de varianza (Anova) y pruebade Tukey. Se realizó análisis de regresión simple utilizan-do la edad de corte como variable independiente y unaprueba de Pearson para conocer la correlación entre las

variables analizadas. Se observó que la producción de fo-rraje verde se encuentra entre 5,8 y 23,6 t ha-1 con la cualse pueden obtener hasta 1.220 pacas ha-1 a los 100 díasde cosecha. De igual forma, el mayor valor de proteína seencontró a los 40 días de corte (7,9%) y presenta valoressuperiores al 5% hasta los 70 días. El porcentaje de mate-ria seca (MS) y de fibra detergente neutra (FDN) aumentacon la edad, y los mayores contenidos se reportan despuésde los 80 días. Los valores de energía bruta (EB) son simi-

lares en todas la edades evaluadas. Se observó que la ca-lidad disminuye con la edad de corte, pero la producciónde forraje aumenta. Adicionalmente, se estableció que sepuede conocer la producción y la calidad de forraje encualquier edad de corte si se conoce alguno de los valoresde altura y producción de forraje por m2 en los primerosestadios de crecimiento.

Palabras clave: Angleton, edad de corte, crecimiento, ca-lidad nutricional, Dichanthium annulatum -Forssk- Stapf ,

producción de forraje.



Efecto de la edad de corte en la producción de forraje y calidad nutricional del pastoangleton climacuna (Dichanthium annulatum -Forssk- Stapf ) para la producción de henoen La Dorada (Caldas), R. Angulo, R. Rosero

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ABSTRACT

This work was developed in Rancho Claro Farm, it is locatedin La Dorada (Caldas), the Colombian Magdalena MedioRegion. The objetive was to determine the productionof forage and the nutritional quality of Marbel Grass(Dichanthium annulatum -Forssk- Stapf); it was cut takinginto account its stages of maturity. A previously establishedpasture was selected for getting it, it was parceled up in21 plots of 100 m2 each one. Each stage of maturity for

cutting (40, 50, 60, 70, 80, 90 and 100 days) was randomlylocated in each pot with three repetitions. In this way, thestage of maturity was completely organized at random withthree repetitions in order to evaluate seven stages of cuttingand the effect of the stage of maturity over the productionand the chemical composition of the Marbel grass wasanalyzed thought the variance analysis (Anova) and theTukey test. Simple regression analysis was realized usingthe stage of maturity of cutting as an independent variableand a Pearson's test to know the correlation between the

analyzed variables. We found that the production of greenforage is between 5.8 and 23.6 t ha-1 which can obtainup until 1,220 bales ha-1 just after 100 days of harvest.Likewise, the major value of protein was found after 40days of harvest (7,9 %) and it presents the higher values to5 % after 70 days. The percentage of Dried Matter (DM)and of Neutral Detergent Fiber (NDF) increase with thestate of maturity and, the highest contents are brought after80 days. The values of Gross Energy (GE) are similar in all

evaluated stages. It was observed that the quality decreaseswith the maturity of cutting, but the production of forageincreases. Additionally it was found that it is possible toknow the production and the quality of forage in any ageof cutting when some values of height and production offorage for m2 are known in the first stadiums of growth.

Keywords: Marvel Grass, Cute Age, Growth, Nutrition-al Quality, Forage Production, Dichanthium nnulatum-Forssk- Stapf.



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INTRODUCCIÓN

La conservación de forrajes se ha con-vertido en una alternativa importantepara la suplementación de rumiantesen diferentes épocas del año cuandola disponibilidad de alimento se dis-minuye por factores ambientales, yen estados fisiológicos en los cualesel requerimiento de fibra aumenta,

principalmente en vacas de alta pro-ducción de leche, mejorando así lasalud ruminal (García y Kalscheur,2006; Kendall et al ., 2008; West etal ., 1999). Dentro de este contexto,la cosecha de forraje para la con-servación en forma de heno se haconvertido en una estrategia impor-tante para la producción de fuentesalimenticias con niveles altos de fibra

y en una práctica que complementalos arreglos productivos en muchossistemas ganaderos del país, forjandoasí explotaciones más competitivas.

El pasto angleton climacuna (Di-chanthium annulatum -Forssk- Stapf )es una especie forrajera originaria deÁfrica oriental y la India, y ha sido

uno de los principales recursos forra-jeros utilizados para la producción deheno en el Magdalena Medio colom-biano, debido a que es una gramí-nea perenne, de crecimiento erectoo semierecto, cobertura de media aalta y presenta una alta producciónde forraje (Lara-Mantilla et al ., 2010).Adicionalmente, es un pasto que seadapta muy bien a las condiciones

climáticas y edafológicas de la zona(Estrada-Álvarez, 2002).

Varios estudios han demostrado quela calidad nutricional de los forra-jes disminuye con la madurez de laplanta; pero, igualmente, a medidaque esta crece, la producción de ma-teria seca aumenta y por ende la pro-ductividad de la pastura por unidadde área también (Van Soest, 1994;Davis et al., 2001). En condicionesnormales, la cosecha del pasto parala producción de heno se realiza en-

tre los 90 y 120 días después del úl-timo corte, ya que se debe hacer unasincronización entre la época seca yla altura ideal para que la máquina lopueda cortar correctamente, afectan-do este factor la calidad nutricionaldel forraje conservado (Tallowin y

Jefferson, 1999).

Por tal razón, el objetivo de este tra-bajo fue determinar la producciónde forraje y la calidad nutricional delpasto angleton climacuna (Dichan-thium annulatum -Forssk- Stapf ) co-sechado a diferentes edades, para asítener una idea clara sobre el estadioóptimo de corte en condiciones nor-males desde los puntos de vista pro-ductivo y nutricional.


1.1 Localización

El trabajo de campo se realizó en lahacienda Rancho Claro, ubicada enel municipio de La Dorada (Caldas)

en la región del Magdalena Mediocolombiano, a 190 msnm, carac-




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terizada por presentar precipitaciónpromedio anual de 1.900 mm, distri-buidos entre marzo-junio y septiem-bre-diciembre, con temperaturapromedio anual de 28 °C, humedadrelativa del 85% y temperatura pro-medio anual de 28 °C, clasificadacomo zona ecológica de BosqueSeco Tropical (bsT) (Holdridge,1987).

1.2 Diseño experimental

En este centro de producción seseleccionó un potrero previamen-te establecido con pasto angletonclimacuna (Dichanthium annula-tum -Forssk- Stapf ) con un área de11.000 m2, en el cual se delimitaron21 parcelas de 100 m2 con divisio-

nes de 1 metro entre cada parcela, alas cuales se les asignó al azar cadauna de las edades de corte evalua-das (40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100días) con tres repeticiones respecti-vamente. El área de estudio se ais-ló del resto del potrero por mediode una cerca eléctrica y una vezdemarcada se realizó un corte de

emparejamiento a 10 cm del suelo.De esta manera los tratamientos seorganizaron en un diseño comple-tamente al azar con 3 repeticionespara evaluar 7 edades de corte.

1.3 Toma de la muestra

Una vez cumplida la edad de cor-te, se realizaron cuatro muestreosal azar en cada parcela. Se utiliza-

ron marcos de 0,25 m2, los cualesse lanzaron por transecto en cadaparcela. Para conocer el comporta-miento en el crecimiento (CTO) dela planta, se determinaron la alturade la planta (cm) desde la base deltallo hasta el último ápice meris-temático, la producción de forrajeverde (PFV) (t FV ha-1) y la produc-ción de pacas (PPC) (und ha-1), asu-miendo un peso de 12 kg, con un

desperdicio de 5% por procesos detransformación y una humedad del13% (Suttie, 2003). Se cortó el pas-to a una altura de 5 cm del suelo,se pesó en campo con una báscu-la de reloj y se empacó en bolsasplásticas herméticas, las cuales secongelaron y se transportaron allaboratorio integrado de nutriciónanimal, bioquímica y de pastosy forrajes de la Facultad de Cien-cias Agrarias de la Universidad deAntioquia. Luego, un kg de forrajefue colocado en una estufa de ven-tilación forzada a una temperaturade 60 °C, durante 48 horas y sepesó nuevamente para determinarel contenido de MS. Las muestrasobtenidas fueron almacenadas en

frascos de vidrio rotulados para serutilizadas en los análisis químicos.

Se analizó químicamente la pro-teína cruda (PC) por el método demicro-Kjeldahl (AOAC, 2012), y laenergía bruta (EB) se determinó através del empleo de una bombacalorimétrica. El contenido de FDNse realizó de acuerdo a la técnicapropuesta por Van Soest (1994).



53


1.4 Análisis estadístico

Se utilizó un diseño de clasificaciónexperimental completamente alea-torizado, balanceado, efecto fijo yun número de tres repeticiones portratamiento. Los tratamientos con-sistieron en las edades de corte 40,50, 60, 70, 80, 90 y 100 días.

Se analizó el efecto de la edad de

corte sobre los parámetros produc-ción y de calidad nutricional delpasto mediante una análisis de va-rianza (Anova), comparación delefecto promedio por tratamiento-por medio de la prueba de Tukeyal 5% de significancia, validaciónde los supuestos de normalidad,análisis descriptivo por tratamien-

to y análisis de correlación simpleutilizando la edad como varaiableindependiente. Para el análisis dela información se utilizó el paqueteestadístico SAS (Statistical AnalysisSystem, versión 8.02) (SAS, 2001).El modelo empleado fue:

Yij = μ + A

i + ε

j(i)

dondeY

ij = Observación de la i-ésima uni-

dad experimental

μ = Media general

Ai = Efecto de la edad de corte

ε j(i)

= Error experimental asociadocon la i-ésima unidad experimental


2.1 Crecimiento y producciónde forraje

El hábito de crecimiento y el de-sarrollo de las gramíneas son fac-tores que afectan directamente laproducción de forraje y son indi-cadores importantes para la eva-

luación de la eficiencia productivade los pastos en condiciones tro-picales. En la Tabla 1 se observanlos parámetros de crecimiento yde producción de forraje del pastoangleton climacuna (Dichanthiumannulatum) cosechado a diferentesedades. Se encontró que el CTOdel forraje no presenta diferencias

significativas (P < 0,05) entre losperiodos consecutivos evaluados.Las diferencias se notan a medidaque el forraje aumenta su edad.Un comportamiento similar se ob-serva para la PFV y PPC. Se obser-vó que las variables de CTO, PFVy PPC se ven afectadas en granmedida por la edad de cosecha delpasto, alcanzando valores máxi-mos de 61,9 cm, 23,6 t FV ha-1 y1.220 und ha-1, respectivamente.Estos resultados son productos dela pluviosidad de la región, queimpide el crecimiento progresivoy constante del forraje y se con-vierte en un factor negativo parael mejoramiento la productividadpor unidad de área.




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Tabla 1. Crecimiento y producción del pasto Dichanthium annulatum (Forssk) Stapf

utilizado para la producción de heno en La Dorada (Caldas)

Edad de corte CTO PFV PPC

Días cm t FV ha-1 Und ha-1

40 20,4 a 5,87 a 166 a

50 24,0 a 7,29 a 167 a

60 30,0 ab 12,58 b 342 ab

70 42,0 cb 14,53 bc 487 b

80 45,8 c 19,42 cd 778 c90 53,9 cd 19,96 d 911 c

100 61,9 d 23,60 d 1.220 d

Letras diferentes en las columnas demarcan diferencia estadística (P < 0,005)

CTO: Crecimiento de la planta (cm); PFV: Producción de forraje verde (t FV ha -1); PPC: Producción de pacas (Und ha-1).

Los resultados encontrados en elcomportamiento del crecimiento

y la producción siguen el mismopatrón que los reportados por La-ra-Mantilla et al . (2010), Laredo yArdila (1984) en la costa norte co-lombiana, Cruz (1996) en las Anti-llas Francesas, Sultan et al . (2008)en Pakistán, Ramírez et al . (2005)en México y Sultan y Kundu (2010)en la India. Sin embargo, los valores

de CTO y PFV son mayores a los en-contrados en este trabajo. Es impor-tante considerar que el crecimientode los forrajes está determinado porla calidad del suelo y por el com-portamiento de las lluvias durantela época de producción. Jiménez yMármol (2005) plantean que el cre-cimiento de los forrajes se ve limita-do por la compactación del suelo,la erosión, el déficit de humedad,las deficiencias en el drenaje y de

fertilidad, lo que afecta directamen-te la producción de biomasa en los

sistemas de producción en pasto-reo. La aireación mecánica es unapráctica importante para mejorar laproductividad de forrajes en condi-ciones tropicales (Estrada-Álvarez,2002; Lascano y Euclides, 1992). Eneste trabajo, las condiciones edáfi-cas y la pluviosidad no favorecieronel desempeño productivo del forra-je, asumiendo que este forraje encondiciones ideales de producciónpuede alcanzar valores superiores alos encontrados.

2.2 Calidad nutricional

La calidad nutricional de los forra-jes es un factor determinante parael desempeño productivo de losanimales que lo consumen. Losresultados encontrados se obser-



55


van en la Tabla 2. La PB presentadiferencias significativas (P < 0,05)cuando aumenta la edad de cor-te del forraje, mostrando una ten-dencia de a mayor edad de corte,menor cantidad de PB. El compor-tamiento fue decreciente, obser-vando que hasta los 70 días el valorde proteína es superior al 5%, cum-pliendo así con el requerimientomínimo de proteína para rumiantes

en sistemas tropicales (NRC, 2001;Ørskov, 1982; Poppi y McLennan,1995). En cuanto a la MS y FDN seencontraron diferencias significativas(P < 0,05) con respecto a las edadesevaluadas. Se observó un compor-tamiento creciente a medida quela edad aumenta. Los valores máxi-mos encontrados para MS y FDNfueron 51,7% y 84,6%, respectiva-mente. Los menores porcentajes de

FDN fueron encontrados antes delos 70 días. Los resultados encon-trados son similares a los reporta-dos por Lara-Mantilla et al . (2010)Laredo y Ardila (1984) en la costanorte colombiana, Cruz (1996) enlas Antillas Francesas, Sultan et al .(2008) en Pakistán y Ramírez et al .(2005) en México. Se encontró quela calidad nutricional del forraje esafectada directamente por la edad

de corte, encontrándose los ma-yores valores cuando la planta esmás joven. Este comportamientoestá asociado al engrosamiento dela pared celular, la cual genera enel protoplasma menor depósito deproteína y energía de fácil diges-tión, afectando de forma drásticalos contenidos de nutrientes conel crecimiento de las plantas (VanSoest, 1994; Davis et al ., 2001).

Tabla 2. Calidad nutricional del pasto Dichanthium annulatum (Forssk.) Stapf utilizadopara la producción de heno en La Dorada (Caldas)

Edad de corte(Días) MS (%) PB (%) FDN (%) EB (Mcal)

40 22,9 a 7,9 a 60,5 a 3.868 a

50 27,6 ab 7,2 a 67 abc 3.827 abc60 28,5 b 5,2 b 65,2 bc 3.727 c

70 33,6 c 5,2 b 76,5 abc 3.813 abc

80 40,0 d 3,8 cb 81,1 cb 3.736 bc

90 45,5 e 3,6 cb 78,3 abc 3.842 ab

100 51,7 f 3,2 c 84,6 c 3.836 abc

Letras diferentes en las columnas demarcan diferencia estadística (P < 0,005).

MS: Porcentaje de materia seca; PB: Porcentaje de proteína bruta; FDN: Porcentaje de fibra detergente neutra; EB:

Megacalorías de energía bruta.




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2.3 Relación de la producción de

forraje y la calidad nutricionalLa edad de corte es un factor deter-minante en la calidad del forraje, yaque a mayor exposición de la plan-ta a factores ambientales adversos(lluvia, viento, radiación solar, etc.),

mayor es el crecimiento de la paredcelular, lo que limita el contenido deotros nutrientes fundamentales en laalimentación de rumiantes (Kendallet al ., 2008). En la Tabla 3 se observala correlación encontrada entre losparámetros de producción de forrajey de calidad nutricional.

Tabla 3. Matriz de correlación entre los parámetros de crecimiento y producción y lacalidad nutricional del pasto Dichanthium annulatum (Forssk.) Stapf utilizado para laproducción de heno en La Dorada (Caldas)

CTO PFV PPC MS PB FDN EB

CTO- +0,95

<0,0001

+0,96

<0,0001

+0,91

<0,0001

-0,88

<0,0001

+0,75

0,0001

+0,07

0,7722

PFV+0,95

<0,0001

- +0,97

<0,0001

+0,89

<0,0001

-0,91

<0,0001

+0,75

<0,0001

-0,18

0,4545

PPC+0,96

<0,0001

+0,97

<0,0001

- +0,96

<0,0001

-0,88

<0,0001

+0,74

0,0001

-0,01

0,9925

MS+0,91

<0,0001

+0,89

<0,0001

+0,96

<0,0001

- -0,87

<0,0001

+0,71

0,0004

+0,14

0,5570

PB-0,88

<0,0001

-0,90

<0,0001

-0,88

<0,0001

-0,87

<0,0001

- -0,75

<0,0001

+0,18

0,4296

FDN+0,75

0,0001

+0,75

<0,0001

+0,74

<0,0001

+0,70

0,0004

-0,75

<0,0001

- +0,02

0,9036

EB-0,07

0,7722

-0,18

0,4545

-0,01

0,9925

+0,14

0,5570

+0,18

0,4296

+0,02

0,9036

-

CTO: Crecimiento de la planta (cm).

PFV: Producción de forraje verde (t FV ha-1).

PPC: Producción de pacas (Und ha-1).

MS: Porcentaje de materia seca.

PB: Porcentaje de proteína bruta.

FDN: Porcentaje de fibra detergente neutra.

EB: Megacalorías de energía bruta.

Se observa una relación inver-

samente negativa entre los pará-metros asociados al crecimiento(CTO, PFV y PPC), los componen-

tes de la pared celular (FDN) y la

MS en relación con la PB del fo-rraje. De igual manera, se encontróuna relación positiva entre CTO,



57


PFV y PPC con respecto a la MS yFDN. Estos resultados nos indicanque a medida que el pasto crece,su contenido de MS aumenta, de-bido a un aumento gradual de lapared celular y por consiguientelos niveles de PB disminuyen. Di-ferentes estudios han mostrado unarelación inversa entre la produc-ción de forraje y la calidad nutri-cional, expresada en términos de

digestibilidad y contenido de PB,en especies de Dichantium sp.(Davis et al ., 2001; Lara-Mantilla etal ., 2010; Ramírez et al., 2005). Elcontenido de EB no se afecta conninguna de las variables evaluadas,asociando este resultado a que lautilización de la energía por los ru-miantes depende de la digestibili-dad del forraje (Menke et al ., 1979;Poppi y McLennan,1995). Para laproducción de heno se debe teneren cuenta este criterio, ya que debeexistir una sincronización entre laproducción y calidad para obtenerresultados óptimos en el momentodel corte. En la Gráfica 1 se observael comportamiento de las caracte-

rísticas de crecimiento y produc-ción y su relación con la PB, MS yFDN. Si se observa la tendencia, sepuede observar que entre los 60 ylos 80 días se presenta el punto deencuentro entre las variables anali-zadas, lo que da a entender que eneste rango de edad se debe realizarel corte del forraje para obtener unproducto con un contenido de pro-teína superior al 4%. Es importanteresaltar que se deben implementarprácticas de manejo que permitanoptimizar el crecimiento del forra-je para de esta manera mejorar lacalidad y la producción por ha enlas empresas agropecuarias de laregión. La utilización de fertilizaciónquímica y sistemas de riego puedeser una alternativa técnico-económi-

ca viable para mejorar los indicado-res analizados. Cruz (1996) indicaque las variedades de Dichanthiumaristatum responden muy bien a lafertilización nitrogenada cuando seaplica después del día 10 del corte,encontrando valores superiores a 7t ha-1 al día 40 de edad.

Gráfica 1. Relación del crecimiento, la producción y la calidad nutricional del pastoDichanthium annulatum (Forssk.) Stapf utilizado para la producción de heno en LaDorada (Caldas)

40 50 60 70 80 90 100

70,0

60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,00,0

60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Edad

CTO MS

Crecimiento vs. Materia Seca

40 50 60 70 80 90 100

25

20

15

10

5

0

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Edad

PFV PB

Producción de forraje vs. Proteína bruta




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25

20

15

10

5

0

25

20

15

10

5

0

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7

6

5

4

3

2

1

0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

40 50 60 70 80 90 100

60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Edad

PFV MS

Producción de forraje vs. Materia Seca

40 50 60 70 80 90 100

Edad

PFV FDN

Producción forraje vs. Fibra detergente neutra

40 50 60 70 80 90 100

70,0

60,050,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Edad

CTO FDN

Crecimiento vs. Fibra detergente neutra

40 50 60 70 80 90 100

70,060,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Edad

CTO PB

Crecimiento vs. Proteína bruta

En la Tabla 4 se plantean las ecua-

ciones de regresión lineal halladaspara este estudio, en la cuales setuvo en cuenta la edad como varia-ble independiente. Estos resultados

permiten hacer predicciones de pro-

ducción y de calidad en campo si setiene alguno de los valores de CTO(cm), PFV (t ha-1), PPC (Und ha-1),MS (%), PB (%) o FDN (%).

Tabla 4. Parámetros de regresión simple del pasto Dichanthium annulatum (Forssk). Stapf utilizado para la producción de heno en La Dorada (Caldas)

Variable Intercepto Pendiente Coeficiente de determinación

CTO (cm) -10,3 0,714 0,908PFV (t ha-1) -6.595,7 304,9 0,919

PPC (t ha-1) -68.903 1.815,6 0,92

MS (%) 3,88 0,454 0,862

PB (%) 10,7 -0,078 0,799

FDN (%) 45,6 0,396 0,609

EB (Mcal) NE NE NE

CTO: Crecimiento de la planta (cm).PFV: Producción de forraje verde (t FV ha-1).

PPC: Producción de pacas (Und ha-1).MS: Porcentaje de materia seca.PB: Porcentaje de proteína bruta.FDN: Porcentaje de fibra detergente neutra.EB: Megacalorías de energía bruta.



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3. Conclusiones

Los resultados de la presente in-vestigación señalan que el pastoDichanthium annulatum (Forssk).Stapf utilizado para la producciónde heno debe ser cosechado antesde los 60 días si se quiere aprove-char al máximo el valor nutricionalde esta gramínea. Sin embargo, sur-ge la necesidad de realizar estudiosque permitan conocer el compor-tamiento productivo y nutricionalde esta especie bajo condicionesde fertilización. Los parámetros decalidad nutricional disminuyen conla edad de la planta; por tal razón,estrategias que permitan maximi-zar el crecimiento son necesarias

para obtener índices de productivi-dad mayores y que permitan que elheno cosechado sea utilizado comouna materia prima de alta calidad yque cumpla con los requerimientosalimenticios de los animales.

4. Agradecimientos

Los autores expresan sus agradeci-

mientos a la empresa Rancho Cla-ro, S. A., por poner a disposición lahacienda Ceilán y todo su recursohumano para la ejecución de estetrabajo. A Marjeni Bolaños Pérez,instructora del Centro Pecuario yAgroempresarial SENA, por el apo-yo en la construcción lingüística deeste trabajo.




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REFERENCIAS

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Diseño de un diagrama académico parala interrelación de los ciclos biogeoquímicosen el cultivo de cacao del Centro de Formación

Agroindustrial “La Angostura”de Campoalegre - Huila

Design of an academic diagram for interactionof biogeochemical cycles in cocoa farming from Centrode Formación Agroindustrial “La Angostura”

de Campoalegre - Huila”

Sergio Andrés Orduz Tovar, [email protected]

Paula Andrea Beltrán Polanía, [email protected]

Miguel Ángel Perdomo Cuéllar, [email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro de Formación Agroindustrial La AngosturaRegional Huila




63


RESUMEN

El cacao es un cultivo importante en el departamentodel Huila; por tanto, cobra relevancia en la formación deaprendices y denota la necesidad de plantear alternativassimples de apoyo didáctico para los instructores del área. Elobjetivo de la presente revisión fue establecer gráficamen-te y de manera cualitativa el comportamiento de los ciclosbiogeoquímicos en el cultivo de caco, permitiendo diseñaruna herramienta didáctica para su interpretación en pro-

gramas agrícolas del SENA. Para ello, los aprendices delprograma tecnólogo en agropecuaria ecológica realizaronvisitas de campo con el fin de recolectar información realsobre los lineamientos del cultivo de cacao desarrolladoen el Centro de Formación Agroindustrial “La Angostura”,identificando fuentes de fertilización o condiciones bio-geoquímicas que median en el cultivo. Dichas actividadesde observación fueron apoyadas con instructores de áreasrelacionadas; posteriormente se identificaron las variablesque influyen en el flujo de los micro- y macronutrientes en

el cultivo y se relacionaron directamente con las propie-dades generales del cultivo (planta/fruto) usando fuentesbibliográficas para dicho fin, lo que permitió identificarlas cargas de entradas de los nutrientes requeridos para laplanta según la documentación operativa del cultivo. Todala información fue graficada identificando la interrelaciónde los ciclos biogeoquímicos según la actividad en el cul-tivo, lo que incluía la carga adicionada de nutrientes porfertilización, así como el metabolismo normal de la planta,

permitiendo establecer un modelo gráfico para la interpre-tación de cómo se comportan los micro- y macronutrien-tes en el cultivo de cacao, favoreciendo así la transferenciadel conocimiento en relación con la influencia de ciclosbiogeoquímicos en este cultivo.

Palabras clave: theobroma cacao, ciclos biogeoquímicos,producción.

ABSTRACT

Cocoa is a relevant crop in Huila department, thereforebecomes important on student learning and denote the



Diseño de un diagrama académico para la interrelación de los ciclos biogeoquímicosen el cultivo de cacao del Centro de Formación Agroindustrial “La Angostura”de Campoalegre - Huila, S. Orduz, P. Beltrán, M. Perdomo

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need to establish some simples alternative for teachinginstructors of these areas, the main of this review wasto establish graphically and qualitatively the behaviorof biogeochemical cycles on cocoa farm,, allowing todesign some educational tool for performance at SENAagricultural programs. To do this, learners of technologistecological agriculture program made field visits to collectreal information about guidelines of cocoa developmentin Centro de Formacion AgroIndustrial “la Angostura”,identifying fertilization sources or biogeochemical conditionsto mediate therein, those observation activities were

supported by related areas instructors; then, the variablesthat influence the micro and marco nutrients flow in cocoafield and were directly related to general farming (plant

/ fruit) features using literature sources identified for thispurpose, which identified the nutrients input concentrationrequired for plants under field operative documentation. Allinformation was plotted to identify biogeochemical cyclesinterrelation according to field activity, which includedthe nutrient input charge by fertilization and normalmetabolism plant, allowing to establish a graphical modelto understand how micro and macro nutrients behave incocoa farming promoting knowledge transfer allowing toestablish a graphical model for the interpretation of howthey behave micro and macro nutrients in cocoa farmingand promoting the transfer of knowledge of biogeochemicalcycles influence in this crop.

Keywords: Theobroma Cacao, Biogeochemestry Cycle,Producction.



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INTRODUCCIÓN

La agricultura es un cluster econó-mico importante para Colombia,representa el 6,3% del PIB del país(Min-CIT, 2013). El cacao es unode los cultivos que ha adquiridoimportancia entre los principalescultivos en el país, particularmenteen el departamento del Huila, con

una producción de 3.563 tonela-das al año, pero solo es el 4,8% dela producción nacional.

El árbol de cacao (Theobroma ca-cao ) es productor de la nuez decacao, se encuentra almacenadoen el fruto, que maduro puede serde diferentes colores, siendo prin-cipalmente pardo rojizo de 28 cmde longitud. El cacao es de saboramargo, con alta concentración degrasas (hasta el 57% del peso totalde la nuez) y gran fuente de calo-rías, por ello es empleado en la pro-ducción de dulces y materia primapara bebidas calientes o algunos deestos productos para exportacióncon alto potencial de prevención

cardiovascular (Fernández et al.,2011; Nair, 2010).

El SENA, como centro de referen-cia académico en el departamen-to, con caso especial el Centro deFormación Agroindustrial La An-gostura (CEFA), con sede en Cam-poalegre (Huila), ha encaminado

esfuerzos para mejorar la produc-tividad en el cultivo de cacao pormedio de la capacitación y edu-

cación de los aprendices o los em-presarios del sector, mas no existenherramientas académicas que fa-ciliten la comprensión del cultivo.El aprendiz debe comprender lainterrelación de los elementos im-portantes en la producción comoson los ciclos biogeoquímicos. Elobjetivo de la presente revisión fuediseñar un diagrama para estable-cer gráficamente el comportamien-

to de los ciclos biogeoquímicos enel cultivo de cacao, permitiendodiseñar una herramienta didácticapara su uso en programas agrícolasdel SENA.


Con el fin de establecer el diagramade los ciclos biogeoquímicos de mi-cro- y macronutrientes básicos encultivo de cacao, se inició la consul-ta con base en información básicade la nuez empleando textos de labiblioteca del Centro de FormaciónAgroindustrial La Angostura (CEFA)para recopilar todo lo relacionadocon el cultivo y producción, con

especial atención a las condicionesmedioambientales y característicasque los suelos del centro proporcio-nan. Esta información se completócon material bibliográfico de índo-le científica, con el fin de soportar ycomplementar los fundamentos delcultivo. Se recurrió a las bases dedatos disponibles en la plataforma

de biblioteca SENA –http://bibliote-ca.sena.edu.co– y a otras bases dedatos de material científico de rele-




66

vancia, como ScinceDirect –www.sciencedirect.com–. Posteriormentese recolectó información relaciona-da con la distribución de los cultivosen los terrenos que el CEFA disponepara esta actividad, así como con lahistoria de los cultivos que se pre-senten de cacao. La localización delos cultivos se realizó mediante geo-rreferenciación utilizando un GPSmarca Nautis X7, identificando en

los cultivos la altitud y área de cadazona productiva. Seguidamente seconsultó con los operarios e instruc-tores encargados directamente de loscultivos de cacao, lo que permitiódocumentar el manejo que se les da,incluyendo fertilización, riego, tiem-po de cultivo, densidades de siembray condiciones especiales de cadauna de las unidades productivas decacao, así como los clones que setienen establecidos y sus característi-cas. Dicha información fue emplea-da como soporte para identificar elflujo de micro- y macronutrientes enel cultivo, independiente del tiempode este.

Recolectada la información, se pro-

cedió al análisis crítico de cómointerrelacionan los ciclos biogeo-químicos en los cultivos, diferen-ciando micro- y macronutrientes,así como de todo lo relacionadocon variables bioclimáticas de con-sideración, usando como fuente deinformación complementaria do-cumentación científica que soportelas relaciones propuestas.


Después de recolectar la informa-ción documental, personal y cien-tífica, se logró establecer diferentesítems de interés.

2.1 Descripción del sitio de estudio

El CEFA se encuentra ubicado en el

centro del departamento del Huila a38 km del municipio de Campoale-gre. Presta formación gratuita pormedio de 17 programas técnicoso tecnológicos directamente en elCentro, más 13 programas fuera deeste, de los cuales 3 correspondenal área agrícola. La zona posee unatemperatura que oscila entre 24 °Cy 32 °C y altura sobre el nivel delmar media de 442 m. En la actuali-dad el centro de formación cuentacon diferentes unidades productivasagrícolas y pecuarias, entre las queestá el cacao.

El cacao es considerado como uncluster productivo en el CEFA; entotal, 4 áreas le han sido destinadas

(Tabla 1), siendo la más antigua ladel Cultivo 1. Para todos los casosfue considerada distancia de siem-bra entre plantas 5 m, para favore-cer la productividad (Nair, 2010),exceptuando el Cultivo 4, carac-terizado por ser un arreglo agrofo-restal tipo policultivo con plátanoy carece de producción actual decacao.



67


Tabla 1. Áreas de dedicación al cultivo de cacao en el CEFA. Se describe el área de

dedicación para cada cultivo y sus principales características.

Referenciade cultivo

Códigode cultivo

Altitud(m)

Área(m2)

Perímetro(m) Característica

Cacaocítricos Cultivo 1 637 0,6604 233,5 Cultivo de ma-

yor antigüedad

CacaoAngar Cultivo 2 622 1,183 540,6

Cacaopolivalente Cultivo 3 612 0,3058 338,7 Cacao liberado

Cacaoclonal Cultivo 4 636 0,6657 409,2

plantas decacao clonalessin producciónactual

2.2 Generalidades del cultivode cacao

El cacao es una nuez con altas pro-piedades antioxidantes, se empleapara la preparación de bebidas o dul-ces. Esta planta se cultiva en tempe-raturas superiores a 21 °C en sueloscon pH entre 4-7 tipo francoarcillo-sos (Pinzón, 2008); está presente entodo el territorio huilense.

La estructura de la planta está cons-tituida por un grupo radicular divi-

dido en dos líneas: una central, quees el soporte de la planta y puedellegar a profundidades de 1,5 m.

Perpendicularmente se generanraíces laterales que buscan ampliarla zona de adsorción de nutrien-tes en el suelo cuya longitud varíaentre 1,2 m y 1,5 m. Sobre la raíz

central se extiende el tallo perpen-dicularmente del suelo, en aquelsuele estar ubicado el fruto, de di-ferente color según la variedad decacao; seguido a este se observanlas hojas desarrolladas con dimen-siones medias de 16 cm de ancho y30 cm de largo. La planta culminaen la parte superior con el canopy

o copa, distanciado entre 2 y 6 mde altura sobre el suelo (Figura 1)(Nair, 2010; Zuidema et al ., 2005).




68

Figura 1. Representación del organismo modelo de árboles de cacao. El modelo inclu-

ye todas las partes representativas de la planta, comprende el fruto, que se genera enetapas productivas (modificado de Zuidema et al., 2005).

Copade Árbol

hojas

fruta

raíz lateral

raíz lateral

raíz lateral

raízprincipal

maderao tronco

2.3 El cultivo de caco en el CEFA

La principal característica del CEFAes que maneja un total de seis clonesbajo la supervisión de los instructo-res del área, con apoyo de los apren-

dices de diferentes formaciones de larama agropecuaria. Cada clon tienecaracterísticas particulares (Tabla 2),todos formados mediante injertos.

Tabla 2. Variedades clonales producidas en el CEFA mediante injertos. Se muestran lascaracterísticas de cada clon realizado.

Clon Ori-gen

Compa-tibilidad

N°ma-

zorcas

Índicede

grano

Índicedema-

zorca

%(p/p)Cas-

carilla

% (p/p)Almen-

dra

%(p/p)Grasa

pH

CCN-51 Ecuato-riano

Autocom-patible 45 1,5 g 15 15,2 84,8 52,48 5,02

ICS-95 Trinita-rio


ICS-60 Trinita-

rio

Autocom-

patible37 1,3 g 20 13,9 86,1 54,37 5,0

ICS-39 Trinita-rio

Autocom-patible 39 2,4 g 14 11 89,9 54,95 5,27



69


Clon Ori-gen Compa-tibilidad

N°

ma-zorcas

Índice

degrano

Índice

dema-zorca

%

(p/p)Cas-carilla

% (p/p)

Almen-dra

%

(p/p)Grasa

pH

ISH-565 Trinita-rio


IMC67 Perú Autocom-patible 42 1,28 g 20 14,1 55,89 55,89 4,98

En general, el riego se estableció poraspersión, exceptuando el Cultivo 1

que se implementa el microgoteo; elsuministro del recurso hídrico a loscultivos es en razón de los requeri-mientos según estudios cualitativosde humedad relativa del suelo, su-ministro que varía según las con-diciones climáticas; así entonces,para las épocas normales de febre-ro a julio se incrementa el volumende agua suministrado (considérese

tiempo normal la época sin eventosambientales, como los fenomenosde El Niño o La Niña).

2.4 Manejo del cultivo

La fertilización se realiza 4 veces alaño con una mezcla de sales inor-gánicas comerciales, usando como

fuente de N urea al 46% (p/p) y DAP(18% p/p de N) principalmente enforma amoniacal (NH4

+); esta últimasal es utilizada también como suple-mento de fósforo en forma P2O5 al46% (p/p). Además, como fuente deK es utilizado KCl con K2O al 60%;los micronutrientes son adicionadoscon una mezcla comercial que con-

tiene Ca, Mg, S, Bo, Cu, Mo y Zn arazón 18, 6, 1,6, 1,0, 0,75, 0,005 y2,5% (p/p) respectivamente.

La preparación se realiza mezclan-do 50 kg de urea, 50 kg de DAP,

50 kg de KCl y 50 kg de complejode micro y 20 kg de Boro; la mez-cla es agregada a razón de 250 ga plantas con más de 5 años desiembra y de 150 g para plantasde menor edad, es decir, 0,75 kgde mezcla por planta-1 año-1 y 0,45kg de mezcla por planta-1 año-1 en zona donde el cultivo sea demayor o menor edad de siembra,respectivamente. Sin embargo, noexiste claridad en las variables fisi-coquímicas de los suelos, es decir,en la disponibilidad real de nu-trientes para los cultivos.

El control de plagas se realiza me-diante manejo cultural, es decir, secontrola el agente patógeno reti-

rando manualmente el fruto afec-tado lo que reduce el efecto delpatógeno sobre el cultivo total.

3. Discusión

La discusión está establecida conbase en la Figura 2, donde se resu-

men gráficamente las interrelacionesde los ciclos biogeoquímicos con suposterior análisis y explicación.




70

Figura 2. Modelo gráfico educativo de interrelación de ciclos biogeoquímicos con

microbiología en zonas productivas de cacao del CEFA

La actividad de los microorganismoses muy importante en los suelos, aun-que solo representan entre el 0,1%

- 2% de la masa del suelo; son respon-sables de hasta el 60% de la actividadmetabólica que allí se desarrolla (Bla-godatskaya & Kuzyakov, 2013).

Bioquímicamente, los procesos fo-tosintéticos son propios de todovegetal; estos representan la forma-ción de azúcares para el adecuadodesarrollo fisiológico de la planta

y la transformación de CO2 en O2bajo condiciones lumínicas. Deigual manera, el K, N y P son suma-mente importantes; a diferencia delos azúcares, no pueden ser produ-cidos por la planta y requieren serabsorbidos del suelo, por lo cual de-ben ser suplementados mediante losprocesos de fertilización (Figura 2).

El N asimilado es usado para laformación de aminoácidos, bases

nitrogenadas, enzimas, ácidos nu-cleicos y muchas otras moléculasde importancia para el correcto de-

sarrollo fisiológico y mantenimientometabólico de las plantas (Figura 2)(Bahr et al ., 2014).

El aporte de nutrientes a los siste-mas productivos de cacao tam-bién puede ser de otras fuentes;las lluvias y escorrentías aportan8 kg de N ha-1 y entre 38-100 kgP ha-1 año-1 (Hartemink, 2005). En

relación con el N, las plantas gene-ralmente asimilan menos del 10%del total de este del suelo, el cualse inmoviliza en el fruto y los tallosprincipalmente. Las plantas de loscultivos utilizan aproximadamen-te 13,8 kg N año-1 del adicionadomediante fertilización, razón por lacual las plantas con mayor edad loasimilan más del suelo que las másjóvenes, lo que implica necesaria-mente mayor fertilización. Como la



71


forma de absorberlo las plantas espor nitratos (NO

3

-) o amonio (NH4

+)y la asimilación es exclusivamentecon NH4

+, la adición de fertilizantenitrogenado empleado en los cul-tivos observados cumple a cabali-dad los requerimientos de la planta(Figura 2).

Cuando la fertilización se desarrollamediante sustratos orgánicos o ade-

cuación de hojarasca por manejosostenible del cultivo, el aporte deN al suelo se da principalmente enforma de N orgánico (Norg), el cualno es absorbido por las plantas ydebe ser convertido mediante pro-cesos de reducción a través de ac-tividad microbiana de Norg a NH3;este último a pH alcalinos puede sertransformado en NH

4

+, que es solu-ble en agua y fácilmente asimilable(Figura 2) (Amazonas et al ., 2011).

Otros mecanismos que permiten re-gular el N en el suelo son los pro-cesos de nitrificación en los cualesel Norg es transformado por microor-ganismos en NO3

- el cual, por me-dio de amonificacion (NO3

- - NH4+),

puede ser asimilado por la planta.Microorganismos simbiontes puedenfavorecer la adsorción de N al tenerasociaciones directas con las raícesde las plantas; sin embargo, las con-diciones de esta asociación debenser estrictas, por ello la planta formaespacios que no penetran las célulasvegetales llamados nódulos rhizo-biales, favoreciendo al microorga-nismo al limitar las concentracionesde oxígeno que pueden ser letales,

ejemplo Rhizobium sp. (Hartemink,2005). La mezcla de estos procesospermite controlar que todo el N seaasimilado por diferentes especies delsuelo, agotándolo con rapidez y asíconservar en diferentes estados estemacronutriente (Figura 2) (Offre etal ., 2013).

Otro medio de suministro del N seda por procesos de fijación de N

atmosférico por microorganismosque transforman el N2 del aire enNO3

-, lo que argumenta que bio-fertilizar con microorganismos conesta capacidad metabólica permi-tiría incorporar continuamente Nal sistema productivo; sin embar-go, otro tipo de microorganismospuede también liberar N del sue-lo al ambiente mediante procesosde denitrificación desasimilativa(Cookson et al ., 2007). Es por elloque el uso de biofertilizantes debeser controlado para no favorecer elcrecimiento de microorganismosque, contrario a la necesidad, re-duzcan la concentración de N enel suelo (Figura 2).

El P es un macronutriente importan-te en el desarrollo de la planta, perono del todo para el fruto. El P en uncultivo de cacao se obtiene princi-palmente por la fertilización, paraeste caso en particular por el DAP,que aporta 3 kg día-1 en P2O5, el cuales soluble y asimilable por las raícesde la planta. El P es fundamental enla formación de ácidos nucleicosy más aún en la formación de ATP(adenosín trifosfato) o GTP (guanosín




72

trifosfato), considerados como labase energética de cualquier célula,inclusive las fotosintéticas (Frioni,1999). El P es principalmente solu-ble a pH neutros (cercanos a 7,0), loque implica que cambios extremosen este parámetro pueden reducirla disponibilidad de P, ya que sueleasociarse a otros iones para produ-cir sales no asimilables, limitandoen 10%-40% la disponibilidad de

P en el suelo por su asociación conmetales como Fe o Mg a condicio-nes ácidas y Ca en alcalinas; aquelP que es adsorbido y asimilado porla planta se transforma en biomasa(Hortal et al ., 2013). Ante la ausen-cia de este, el crecimiento vegetalse retrasa, afecta especialmentea los árboles jóvenes, generandocambio de color en las hojas y pocaproductividad.

El K es suministrado mediante ferti-lización; este interviene ampliamen-te en la capacidad de intercambiocatiónico del suelo. Mediante lafertilización se adicionan 2,5 kg deK año-1, el cual puede ser disociadoen el suelo; sin embargo, dada su

facilidad de ser solubilizado, las es-correntías pueden arrastrar gran par-te de este ion, es decir, en caso dependientes inclinadas en la geologíadel terreno de cultivo, el K tiende adisminuir en épocas de lluvias (Fi-gura 2). La deficiencia de K en elsuelo se evidencia en las hojas, yaque estas presentan parches de colorverde amarillento pálido localizadoscerca de sus márgenes, que poste-riormente cambia a necrosamiento

de la hoja y pérdida, reduciendo lacapacidad fotosintética de la plantacon el consecuente retraso del cre-cimiento o muerte vegetal (Figura 2)(Cambell, 1997).

Todos los nutrientes disminuyen através del tiempo, especialmentecuando las plantas se encuentrasen ciclos productivos, ya que ab-sorben mayor cantidad de N, P y K

del suelo. Es sumamente relevantela fertilización en sistemas produc-tivos; sin embargo, esta debe sersupervisada y controlada, ya queel balance de nutrientes sin fertili-zación inorgánica es negativo, esdecir, al no fertilizar, la disponibi-lidad de macronutrientes es redu-cida notablemente, especialmenteel K (Hartemink, 2005). La fertili-zación orgánica es una alternati-va económica; uno de sus efectosnegativos es la posible reduccióndel pH en el suelo, puesto que sonliberados ácidos orgánicos por ladescomposición de materia orgá-nica o metabolismos asociados aproceso de nitrificación; para ellose recomienda el uso de cal do-

lomita, a fin de regular el pH ensistemas productivos (Uribe et al .,1998) cuando sean empleados sus-tratos orgánicos como hojarasca,la cual es la alternativa de manejoartesanal mediante la acumulaciónde material vegetal controlando lapérdida de cubierta vegetal o sue-lo, especialmente del horizonte O,ya que a mayor profundidad se pre-senta menor concentración de C yN en el suelo (Anda et al ., 2013).



73


La relación para la fertilización re-comendada es de 3:1.8:1 de NPK,la cual permite producir 1,150 kg degrano seco por ha para suelos en eldepartamento de Santander (Uribeet al ., 1998). En el cultivo del CEFAse estima que se aplica la relación4.6:1:2.5 (N:P:K) según la prepara-ción de fertilizantes utilizada; estoimplica que la dosificación de K esmayor que la de P, lo cual concuer-

da con la información en relacióncon la relevancia de suplementareste macronutriente en el cultivo decacao (Figura 2) (Hartemink, 2005).

Es importante resaltar que la inten-sificación de cultivo de cacao tie-ne efecto negativo en los serviciosecosistémicos por la reducción dela riqueza de bosques nativos (Been-houwer et al., 2013); sin embargo, laproducción es vital, ya que es susten-to económico de la población dedi-cada a este fin. Esto implica que lasprácticas apropiadas de manejo enel cultivo permiten determinar facto-res de toma de decisiones efectivaspara incrementar la productividad,pero más aún la competitividad del

cultivo (Rangel et al ., 2013).

4. Conclusión

La comprensión de los ciclos bio-geoquímicos en cualquier cultivo ysu relación con la actividad micro-

biológica de suelos es indispensa-ble para la formación de diferentestitulaciones del SENA; se logródiseñar un modelo gráfico acadé-mico para facilitar a los aprendicescomprender la influencia e interac-ción de algunos ciclos biogeoquí-micos en sistemas productivos decacao (Theobroma cacao ), dandoespecial importancia al comporta-miento e influencia de los ciclosbiogeoquímicos que pueden pre-sentarse en este tipo de cultivo agrí-cola. Esto permitirá el desarrollo dela formación técnica y tecnológicaque el SENA presta a la comuni-dad en general, especialmente aaquellos que desean profundizarconocimientos y competencias enrelación con producción agrícola y

manejo integrado de suelos.

5. Recomendaciones

Es importante que estos modeloscomo sistemas académicos seanadecuados para facilitar la compren-sión por aprendices y sirvan como

herramientas de aprendizaje paralos instructores del SENA; por ellose recomienda realizar interaccionesde los ciclos biogeoquímicos y mi-crobiología ambiental de suelos paraotros sistemas productivos que seandesarrollados en cualquier área agrí-cola que el SENA pongan en práctica.




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Electrónica



Regulación automática de corrienteen una celda de hidrógeno para laaplicación en motores híbridos

Automatic Current Regulation for Hydrogen GeneratorCell in Hybrid Motors applications

Adrián Fernando Chavarro, Senior Project Manager en Red Tecnoparque NodoNeiva SENA en Electrónica y Telecomunicación, Líder GITENN Research Group [email protected]

Javier Humberto Rubio, Líder de Electrónica y Telecomunicaciones del Departamen-to de Red Tecnoparque Nodo Neiva SENA, miembro de GITENN Research Group [email protected]

Diego Sierra Daza, Ingeniero de Diseño y Automatización en la Universidad de laSalle, Maestría en Mecatrónica Valenciens, Universidad Francia.

Gerente de Proyecto Juvenil del Departamento de Ingeniería y Diseño de RedTecnoparque, nodo Neiva SENA, miembro GITENN Research Group (Grupo deInvestigación Tecnoparque Nodo Neiva formado en 2014)[email protected]

Yuliana Betancourt Serna, Líder de Diseño de la Red Tecnoparque Nodo NeivaSENA, miembro GITENN Research Group (Grupo de Investigación TecnoparqueNodo Neiva formado en 2014)[email protected]

Coautores:

Juan Pablo Romero, Ingeniero en Electrónica de la Universidad del Sur de [email protected]

Andrés Gonzalo Ríos, Ingeniero en Electrónica de la Universidad del Sur de Colombia. [email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENARed Tecnoparque nodo NeivaRegional Huila




79


RESUMEN

En el siguiente documento se expondrá la tesis de un sis-tema automático de regulación de corriente para una cel-da generadora de hidrógeno y su aplicación en vehículoshíbridos, implementado con un controlador electrónicodigital P+I+D desarrollado con un microcontrolador. Elsistema electrónico es construido para asegurar que la co-rriente que se utiliza en la generación del hidrógeno searegulada con los requerimientos de consumo de corriente

y además no sea sensible a los cambios de la alimentacióndel sistema. La implementación y pruebas del sistema, sin-tonización y puesta a punto como caso de estudio para eldesarrollo de sistemas de control automático en aplicacio-nes sobre el uso de energías alternativas en los laborato-rios de la Red Tecnoparque Colombia Nodo Neiva-SENA.

Palabras clave: HHO gas, celdas de combustible, controla-dor PID, microcontrolador, motores híbridos, electrólisis.

ABSTRACT

The electronic system is constructed to ensure that the cur-rent used in the generation of hydrogen is regulated withpower consumption requirements. For it is not sensitiveto changes in the system. The implementation and test-

ing of the system tuning and tuning is a case study for thedevelopment of automatic control systems in applicationson the use of alternative energy in the laboratories of theNetwork Technopark-SENA Colombia Neiva node.

Keywords: HHO Gas, Fuel Cells, PID Controller, Micro-controller, Hybrid Engines, Electrolysis.



Regulación automática de corriente en una celda de hidrógeno para la aplicación en motoreshíbridos, A. Chavarro, J. Rubio, D. Sierra, Y. Betancourt

80

INTRODUCCIÓN

Una de las mayores causas del ca-lentamiento global es el exhaustivoincremento de la concentración degases en la atmósfera, y es fácil re-lacionar el incremento de plantasindustriales y de automóviles coneste fenómeno en países industria-lizados, que además afecta de ma-

nera global a todos los países.Según un estudio realizado en Japónpor los científicos Ishida y Kawasakien 1998, las altas aceleracionesy velocidades de los vehículosproducen altos niveles de gasesque son altamente contaminantes[1]. Algunos estudios llevados acabo muestran que los principales

componentes de la emanación degases son HC (hidrocarbón), NOx(óxido de nitrogeno), O2, CO2 (dióxido de carbono) [2], de loscuales el HC es altamente nocivopara la salud si se es inhalado, yel CO2 es una de las más grandespreocupaciones por el deterioro enla calidad del aire de la atmósfera y

por el efecto invernadero.El protocolo de Kyoto en 1997 esuna iniciativa mundial para tratarde frenar el impacto producidomundialmente. Aunque ha habidomuchos esfuerzos para reducir losagentes contaminantes, ya exis-ten iniciativas tecnológicas quepromueven el uso y desarrollo de

tecnologías limpias acordes conel desarrollo sostenible sin impli-caciones severas en el medio am-

biente. En países industrializados,como Estados Unidos, y los de laUnión Europea, son millonariaslas inversiones que se hacen parael estudio y la implementación delas celdas de combustible que per-mitan ser el corazón de los nuevosvehículos. Según el Foro Mundialde Educación en Ingeniería realiza-do en Cartagena en el año 2013,los países en vías de desarrollo no

cuentan con políticas claras queapoyen las investigaciones referen-tes a las tecnologías de las célulasde combustible generadoras de hi-drógeno, pero se hace énfasis en elanálisis tecnológico, social y eco-nómico para implementarlas comoestrategia económica en Colombia[3]. Estudios de la Universidad

Tecnológica de Pereira promuevenque para el año 2025 se debe con-tar con una infraestructura para laproducción de hidrógeno, sistemasde distribución, almacenamientoy suministro para atender la de-manda de los vehículos; además,la oportunidad para las universi-dades, la industria y el comerciopara impulsar proyectos de inves-tigación y desarrollo enfocados ala obtención de hidrógenos a partirde energías renovables es una rea-lidad [4].

Es de interés para TecnoparqueSena Nodo Neiva junto con laEmpresa Greenlabel S. A., de lamano con el sector empresarial,

investigar sobre el tema de la ge-neración de HHO vehicular con elapoyo del sector académico, para



81


proponer propuestas tecnológicas

que permitan reducir los costosde aplicación e implementar siste-mas para optimizar los procesos deproducción en la incorporación deesta nueva tecnología. El siguientetrabajo es parte investigativa comoresultado del proyecto “MedidorMultiparamétrico para Generaciónde Hidrógeno Vehicular”, inscrito

en el año 2013.

1. Marco teórico

El hidrógeno es el elemento másabundante en el universo, ademásde que es el combustible que tienemayor energía específica por unidadde masa comparada con la gasolinay el gas natural, pero también es unelemento que ocupa más espacioque otros combustibles, como lomuestra la Tabla 1.

Tabla 1. Comparación energética de los combustibles de hidrógeno, gasolina y gasnatural

Combustible Energía /masa (kJ/kg) Energía /volumen (kJ/m3)

Hidrógeno 125.000 10400

Gasolina 44.500 32000000

Gas 48.000 77300

La materia prima para la produc-ción de hidrógeno proviene decombustibles fósiles principalmen-te, y la obtención de hidrógenoproviene de la utilización del gasnatural a partir del agua.

1.1 El proceso de la electrólisis parala producción de hidrógeno

El agua destilada se descompone enhidrógeno y oxígeno al aplicar unacorriente eléctrica que circula a travésde dos electrodos sumergidos sobre ellíquido. Las moléculas de hidrógenoy oxígeno separadas conforman lo

que se llama gas HH0. (Figura 1).

Figura 1. Figura de una celda electroquímica [6]




82

La reacción que se genera en cadauno de los electrodos permite lacreación de H2 y O2 [5], lograndola obtención del gas HHO (Ecua-ción 1). Según la primera ley deFaraday (1834), para la electrólisis“La cantidad de cualquier elemen-to (radical o grupo de elementos)liberada ya sea en el cátodo o enel ánodo durante la electrólisis esproporcional a la cantidad de elec-

tricidad que atraviesa la solución”.

2H2O→(4e-) → O

2+2H

2 (1)

La relación entre el voltaje y la co-rriente generada por la reacciónpropone un modelo matemáticosencillo (Ecuación 2) estudiadopor los científicos Ulleberg 1997 yGriesshaber 1991 [6].

U = U rev

+ r I + s* log ( t * I + 1)

A

A (2)

U Voltaje de operación de la celda

U rev

Voltaje reversible de la celda

r Resistencia óhmica del electrolito

s,t Coeficientes para sobrevoltajessobre los electrodos

A Area del electrodo en m2.

I Corriente a través de la celda enamperios

Existe una relación entre la corrien-te que circula por el electrolizador yel voltaje aplicado en los electrodosen donde la principal dependenciase encuentra en el área de los elec-trodos sumergidos en el agua desti-lada y la conductividad del líquido.El elemento que permite la descar-ga eléctrica dentro de un recipien-

te que contiene el líquido se llamaelectrolizador, fue patentado por elprofesor Yull Brown en 1977 parala generación del gas HH0 utilizadoen aplicaciones de incineración [7].

Figura 2. Electrólisis de Yull Brown, patente 4,081,656



83


1.2 Efectos del gas HHO

para la aplicación en motoresde combustión

El interés de buscar alternativasenergéticas para la implementa-ción del gas HHO en motores decombustión ha llevado a investigarsobre las consecuencias que pro-duce la reacción de adicionar gasHHO a la normal combustión demotores de gasolina. Dentro de losdescubrimientos básicamente seencuentran dos resultados: La adi-ción del HHO en la combustión demotores economiza desde el 25%hasta el 40% de combustible, y lasemisiones de gases pueden reducir-se entre el 40%-50% dependiendodel tipo de motor [8]. Estos estudios

despiertan gran interés por adoptarla mezcla de gas HHO y gasolinasin necesidad de un cambio dra-mático en el diseño del vehículo.

1.3 Configuración del vehículo

híbrido a HHO+ hidrocarbonoLa configuración de la celda decombustible en un motor de gasoli-na lo convierte en un motor híbridode hidrógeno, que funciona con lacombinación de ambos como ma-terial aditivo a la normal configu-ración del motor. Una ilustraciónesquemática de la instalación de

una celda de combustible HHOinstalada sobre un motor (Figura 3)muestra lo fácil que el gas puedeser inyectado dentro de las cámarasde combustión para el encendidoy quemado. El gas es suministradoreguladamente en el carburador,enriqueciendo la mezcla de com-bustible, experimento realizado

por Ammar A. Al-Rousan [9] paraevaluar el desempeño.

Figura 3. Configuración básica para la inyección de gas HHO en un motor [9]




84

Diversos métodos han sido usadospara introducir hidrógeno en elmotor; dentro de ellos se encuen-tra la incorporación de un sistemade control por computador que va-riaría el porcentaje de hidrógeno,equivalente para óptimas condicio-nes de operación [11]. La cantidadde hidrógeno es medida y controla-da indirectamente usando un siste-ma de regulación de corriente que

varía el porcentaje de hidrógenomezclado para lograr una relacióneficiente entre HC y gas HHO. Laimplementación de un sistema decontrol incrementa los costos enla utilización de generadores dehidrógeno para vehículos, los cua-les solo permiten la manipulaciónmanual y en lazo abierto usandoPWM (modulación de ancho depulso). No obstante, el desarrollode la microelectrónica permite através de los sistemas embebidosincursionar en casi cualquier apli-cación industrial por su poco es-pacio y bajo consumo de energía,ofreciendo una oportunidad paraquienes están desarrollando tecno-logía para la incorporación y uso

del hidrógeno.

1.4 Control electrónico conmicrocontrolador

La incorporación de un sistema decontrol en lazo cerrado permite, adiferencia de un sistema en lazoabierto, asegurar que la variable

por controlar resultante se man-tenga automáticamente constante,independiente de perturbacionessobre la salida o del medio. En elcaso de los controladores de lazoabierto, los cambios de la salidade un sistema regulado no puedenser evaluados para corregirlos.

Un sistema de control retroalimen-tado permite medir el estado de la

señal de salida y producir una se-ñal de control que puede corregirla variación respecto a las pertur-baciones. Un diagrama general delsistema de control retroalimentadoo lazo cerrado se muestra en la Fi-gura 4.

El sistema de control más común

en la industria es el conformadopor un controlador proporcional,integral, derivativo (PID) en casi el95% de las aplicaciones en la in-dustria [12]; dentro de las bonda-des del control de tipo PID, el cualpuede ser implementado fácilmen-te en cualquier sistema computari-zado como el de un computadorembebido en un microcontrolador,se encuentran:

• Provee retroalimentación, el cualtiene la habilidad de eliminar loserrores en estado estable usandouna acción integral.

• Puede anticipar el futuro usandouna acción derivativa.



85


Figura 4. Diagrama de bloques de un lazo simple de realimentación con tres tipos de

perturbación: cambios en la referencia ( y sp), perturbaciones en la carga (l ), medicióndel ruido (n) [12].

La combinación de las accionesproporcional, integral y derivativaofrece tres características en el lazode retroalimentación: el término Pes proporcional al error; I es pro-porcional a la integral del error; yel término D es proporcional a laderivada del error. Por lo tanto, laseñal o acción del controlador estárepresentada por u(t) y es repre-sentada matemáticamente con lasecuaciones 3 y 4, y es ampliamenteconocida como la ley de control.

Ecuaciones para el tiempo continuo

e(t)= y sp

(t) - y(t) (3)

u(t)= K(e(t) +1 ∫t

0e(τ)dτ + T

d ( de(t) )

Ti

dt

4)

Ecuaciones para el tiempo discreto

u(k)=u[k-1]+a*e[k ]+be[k-1]+c*e[k-2] (5)

α=(K p+K i

*Ts+K d

), b=(-K p+K i

*Ts-2K d

),c=(K d

) 2 Ts

2

Ts

Ts

(6)

Todas las anteriores asignacionestienen validez asumiendo que losprocesos son asignados en tiempocontinuo o analógico, pero para laoperación de sistemas computari-zados, en donde los procesos sonsecuenciales, se habla en tiempodiscreto o digital. Entonces para im-plementación digital del controladorPID, la representación matemáticadel sistema de control en tiempocontinuo se puede representar entiempo discreto, haciendo una seriede transformaciones matemáticasque se pueden realizar en el mun-

do digital y que tienen gran relacióncon el periodo de muestreo de la se-ñal analógica que permite represen-tarla de manera discreta (Ecuaciones5 y 6). El proceso de discretizaciónno es más que la toma de muestrasy de la señal analógica en perio-dos constantes de tiempo llamadoperiodo de muestreo Ts, siendo (k,k - 1, k - 2), los estados actuales ypasados de las variables de error ℮,




86

control u, medidas durante el tiem-po de muestreo.

La secuencia lógica del controladorPID digital puede ser implementadaen un algoritmo que representa unasecuencia computacional; Astrom yHagglund establecen seis operacio-nes básicas: 1. Esperar por un ciclode interrupción; 2. Leer la señal deentrada; 3. Computar la señal de

control; 4. Establecer una salida ana-lógica; 5. Actualizar las variables delcontrolador; 6. Regresar al paso 1.

La Figura 5 contiene la secuenciade comandos, utilizando para im-

plementar el controlador digitalPID. El algoritmo puede ser imple-mentado en un microcontroladorPIC18 de microchip, el cual pue-de ser programado con el Lengua-je C18, una adecuación del ANSIC para microcontroladores C18,cuyo diagrama de flujo está repre-sentado en la ficha técnica AN937[13]. El lenguaje C18 permite rea-lizar operaciones matemáticas

gracias al compilador C18, el cualinterpreta las funciones matemáti-cas de alto nivel y las codifica paraser programadas en código de má-quina en el procesador del micro-controlador.

Figura 5. Algoritmo del PID digital implementado por Astrom y Hagglund, del libroPID controllers, theory, design and tuning [12].



87



Dentro del desarrollo de la inves-tigación fue necesario la construc-ción de dos módulos electrónicos,uno para la supervisión y mani-

pulación de la variable de co-

rriente vía remota y el otro parala regulación de la corriente enlínea, según como lo expresan lossiguientes diagramas de bloques(Figuras 6 y 7).

Figura 6. Diagrama de bloques del Módulo de Supervisión y Registro. (MSR)

Fuente: Juan Pablo Romero y Gonzalo Ríos, Talentos Tecnoparque SENA, Universidad Surcolombiana 2014 [14].

Figura 7. Diagrama de bloques del sistema de módulo de instrumentación y control (MIC).

Fuente: Juan Pablo Romero y Gonzalo Ríos, Talentos Tecnoparque SENA, Universidad Surcolombiana 2014 [14].

Los módulos electrónicos MSR yMIC fueron diseñados y fabrica-dos en la Red Tecnoparque Nodo

Neiva, con supervisión de la Líneade Electrónica y Telecomunica-ciones.




88

El dispositivo MSR permite mani-pular remotamente la corriente quecircula por la celda generadora deHHO, enviando comandos por víainalámbrica, y además registra enuna Memoria SD flash los estadosde las variables de nivel, corriente,voltaje y temperatura de la celdade combustible HHO. El dispositi-vo MIC contiene circuitos de ins-trumentación analógica, registra

el estado actual de las variables,establece la comunicación con eldispositivo MSR y controla digital-mente la corriente que circula den-tro de la celda de combustible, entiempo real, bajo la ayuda de unregulador PWM conectado a unaetapa de potencia con transistorMosfet.

Los dispositivos cuentan con unacomunicación que emplea disposi-tivos MRF24j40 de microchip, loscuales interactúan para mostrar lainformación recibida por el MIChacia el MSR. El protocolo de co-municación está soportado enMIWI y funciona hasta a 25 metrosde distancia dependiendo de la lí-

nea de vista [15].Ambos dispositivos, MSR y MCI (Fi-gura 8), están desarrollados bajo latecnología de Microchip y utilizanmicrocontroladores PIC18 de 8 bits,los cuales presentan un buen desem-peño para el uso del lenguaje C18,permitiendo fácil implementaciónde algoritmos computacionales.

Figura 8. Fotografías de la celda genera-dora de HHO,los módulos MIC y MSR.

Fuente: Juan Pablo Romero, Gonzalo Ríos, UniversidadSurcolombiana, Tecnoparque Sena Nodo Neiva. Mayo

2014.

2.1 Modelo matemático de la celdageneradora de HHO y delcontrolador PID digital

Obteniendo una respuesta en lazoabierto de la celda de HHO, la re-lación entre la variación de la señal



89


de PWM como entrada y la corrien-te medida por el dispositivo comosalida es utilizada la regresión lineal,mediante el software MATLAB, y laherramienta IDENT, que proporcio-na una potente interfaz gráfica pararepresentar modelos matemáticos.De esta manera se aproximó un mo-delo matemático de segundo orden.

GHHO(s)

=3,4587 * S + 2,993

S2 + 75,34 S + 3517

La interpretación de las gráficaspermite resaltar el tiempo que tar-da la señal de la salida para esta-blecerse; esto es una desventaja ala hora de ajustar el dispositivo enlazo abierto, porque no podríamosasegurar en qué punto la corrientees constante, lo que implica y mo-tiva a la construcción de un regu-lador electrónico de corriente.

Figura 9. Respuesta en lazo abierto de la celda generadora de HHO.

0 5 10 15 20 25 30-50

0

50

100

150

200

250Respuesta de la planta ante una entrada escalón en lazo abierto

Tiempo [S]

C o r r i e n t e [ m A ]

Salida

Entrada




90

0 10 20 30 40 50 60 70-50

0

50

100

150

200

250

300

Respuesta de la planta ante una entrada aleatoria en lazo abierto

Tiempo [S]


Salida

Entrada

Utilizando el modelo matemáticodiscreto de la planta generadora deGHHO, fue diseñado un contro-lador PID mediante el método decancelación de polos, encontrandolos parámetros para el controladordigital.

Gc(z)=0.81717*(Z20.006088*Z+0.0005346)

Z*(Z-1)

Los parámetros del controladorfueron implementados en un algo-ritmo de control dentro del micro-controlador para su comprobación

final en los resultados.

3. Resultados

Los resultados de la implementacióndel controlador PID para la regula-ción de corriente permiten observaruna gran mejoría en los tiempos derespuesta del sistema para la estabi-lización en estado estable de la co-rriente, con tiempos menores a 0,5segundos en comparación con laregulación en lazo abierto, que re-dondeaba los 15 segundos. Otra delas observaciones fue que pese a laaproximación del modelo matemá-tico de una manera muy sencilla, y

observando la no linealidad de la



91


respuesta en lazo abierto en el siste-ma de generación de la celda HHO,el sistema de regulación PID permiteoperar muy satisfactoriamente dentrode todo el rango de operación, mos-trando la robustez del controlador entodo el rango de trabajo.

Una de las pruebas que se realizófue la observación de la respuesta enlazo cerrado respecto a las pertur-

baciones de la salida, demostrandocómo el regulador de corriente ac-túa automáticamente para corregirla corriente al punto de referencia.Los niveles de ruido que presentael dispositivo no afectan de maneraimportante el comportamiento di-námico del sistema.

Respuesta en Lazo cerrado, esca-lón y aleatoria.

Figura 10. Respuesta de la implementación del controlador electrónico basado enmicrocontrolador, para la regulación de corriente en una celda generadora de gasHHO obtenida en los laboratorios de Tecnoparque SENA Nodo Neiva. A) Respuestaen lazo abierto; b) respuesta en lazo cerrado.

0 10 20 30 40 50 60-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180Respuesta de la planta ante una entrada escalón con perturbación

Tiempo [S]


Salida

Entrada




92

0 10 20 30 40 50 60 70-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180Respuesta de la planta ante una entrada aleatoria en lazo cerrado

Tiempo [S]


Salida

Entrada

4. Discusióno recomendaciones

Pudimos verificar mediante estainvestigación la operación en con-junto de los sistemas electrónicosMSR y MIC como una herramienta

que puede ser implementada paramejorar y optimizar la regulaciónde corriente en la celda generado-ra de HHO vehicular, la cual tie-ne relación con el rendimiento delos motores de hidrocarbono. Esimportante en esta investigación laapropiación de nuevas alternativasque permiten innovar en la gene-

ración de hidrógeno de una formacontrolada, segura y que pueda serimplementada a bajo costo.

La investigación abre la visión decómo mejorar mediante la automa-tización cada una de las partes queintervienen no solo en los sistemasde generación, sino la oportunidadpara experimentar más a fondocreando nuestra propia tecnologíapara afrontar los retos que requie-ren las tendencias del hidrógeno ennuestra región.

Dentro de las discusiones po-dríamos plantear la inquietud decontinuar con la investigación deinstrumentar todas las variablesque intervienen en la combustióndel motor con hidrocarbono, junto

con la medición del rendimientode los combustibles HHO, las me-diciones de las RPM en el Motor, y



93


así establecer unos parámetros óp-timos de trabajo, con la regulacióndel gas HHO medible mediante elcontrol automático, logrando expe-riencias en la generación y uso delgas HHO para incursionar en ma-

quinaria agroindustrial de nuestrossectores económicos, reduciendoel impacto ambiental negativo ylos costos de la industrialización ensectores cercanos a la producciónagroindustrial.




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Luis David Flórez Melgarejo, instructor SENA (Servicio Nacionalde Aprendizaje) Regional [email protected]

Jesús David Rojas Esparza, instructor SENA (Servicio Nacionalde Aprendizaje) Regional [email protected]

Leydi Bibiana González Pardo, gestor senior línea Ingenieríay Diseño TecnoParque SENA Nodo [email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro de Formación CIMI (Centro Industrial de Mantenimiento Integral)Regional Santander




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RESUMEN

La implementación de la estrategia PLM1 en los programasde formación profesional del SENA2 Regional Santandercontribuyó al mejoramiento de la calidad de las compe-tencias de sus aprendices a través del uso de herramientasPDM3, CAD4, CAE5 y CAM6 aplicado a proyectos comoFórmula SENA ECO7, en donde fueron diseñados y cons-truidos los vehículos FSS1, FSO2-e y FSS-3B, ganadores enretos regionales y nacionales.

Palabras clave: formación, herramientas 3D, gestión,producto, ingeniería, diseño.

ABSTRACT

The PLM strategy implementation at SENA RegionalSantander contributed to improving the quality of trainingof apprentices with the tools PDM, CAD, CAE and CAM

applied to projects as Formula SENA, where the vehiclesFSS1, FSO2-e and FS3B were designed and built. Thesevehicles were winners in regional and national challenges.

Keywords: Training, 3D Tools, Management, Product, En-gineering, Design.

1 Product Lifecycle Management.

2 Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA

3 Product Data Management

4 Computer Aided Design

5 Computer Aided Engineering

6 Computer Aided Manufacturing

7 Competencia de innovación y desarrollo tecnológico que promueve las ha-bilidades profesionales, la creatividad y el trabajo en equipo.



Inserción del PLM en el SENA Regional Santander como estrategia de diseño e innovación para lafabricación de vehículos de carreras en proyectos de formación, L. Flórez, J. Rojas, L. González

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INTRODUCCIÓN

La formación profesional de losaprendices debe ser integral, arti-culando la “Tecnología e Innova-ción, la Calidad y los EstándaresInternacionales y La Orientaciónal Cliente” para “Incrementar laproductividad en las empresas yregiones y la inclusión social de

personas y comunidades” (Andri-no Méndez & Guerra Contreras,2010); haciendo de la formaciónbasada en proyectos un modelode instrucción único en el que elaprendiz desarrolla competenciasque le permite hacer planeación,implementación y evaluación desus proyectos y que además tienenaplicación real más allá de los am-bientes de formación. Esto permite,contemplar al aprendiz como actorprincipal de su aprendizaje a travésde la integración de varias discipli-nas y áreas de conocimiento a lolargo de su formación, perfilandoal instructor como un colaboradoro guía de su formación.

Es así como en el 2010 el SENAimplementó Fórmula SENA, un“concurso de innovación y desa-rrollo tecnológico que promoviócompetencias profesionales; comola creatividad, el trabajo en equipoy el liderazgo de los aprendices, através de un proyecto que se llevóa cabo en forma colaborativa parala gestión de proyectos” (SENA,Comunicaciones, 2014), concursoque impulsó integralmente las tec-

nologías y las competencias aso-ciadas al diseño y construcción devehículos de carreras, enfocadasen lograr la eficiencia energética,buscando soluciones innovadorasalrededor de los mismos.

El comité técnico de FórmulaSENA creó un reglamento basadoen normas de seguridad de la FIA(Federación Internacional del Au-

tomóvil) (SENA, Comunicaciones,2012) para vehículos de este tipo.Las principales reglas fueron: dis-tancia entre ejes mínima de 2 m,ancho máximo de 2 m, suspen-sión independiente de doble tijera,altura mínima de 50 mm entre elsuelo del vehículo y la pista, cha-sis de acero estructural AISI SAE1008-1020 para la jaula antivuelcoen diámetro 38,1 mm y espesor de1,8 mm, entre otros requerimientosde diseño obligatorios para todos losequipos.

En su primera versión en 2010,Fórmula SENA retó a doce escu-derías de todo el país conforma-das por aprendices e instructores a

diseñar, construir y poner a puntoun vehículo tipo Fórmula con unmotor de gasolina de 1.000 c. c.y 180 hp; el motor, llantas, amor-tiguadores, timón, pedales, frenos,tanque de gasolina, diferencial detransmisión, entre otros elementos,fueron componentes homogéneosentregados por el SENA para to-dos los equipos participantes. Ensu segunda edición en 2013, Fór-mula SENA evolucionó a Fórmula



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SENA ECO, retando a las escude-rías a optimizar su anterior diseño,condicionando su funcionamientoa un vehículo eléctrico; llevandoal límite la ingeniería para hacer-lo más eficiente, liviano y seguropara el piloto. En este mismo año,se diseñó y construyó un vehículotipo buggy para competir en la IVálida Nacional de Diseño e In-novación Automotriz, organizada

por una universidad local cuyasprincipales restricciones fueron unvehículo biplaza con un motor demáximo 200 c. c.

Para responder a estos retos, la Re-gional Santander implementó en susproyectos de formación titulada ycomplementaria la Estrategia PLM oCiclo de Vida del Producto, que jugóun papel fundamental en la forma-ción de jóvenes aprendices técnicosy tecnológicos de programas comomecánica, mecatrónica, electrónica,CNC, diseño de productos industria-les, electromecánica, mantenimien-

to industrial, soldadura, entre otros,quienes usaron tecnologías de herra-mientas de colaboración 3D para eldesarrollo esto proyectos.

Figura 1. Escudería fórmula SENA Regional Santander

Fuente: Autores.

1. Marco teórico

La gestión del ciclo de vida delproducto PLM “es una estrategiaenfocada al mejoramiento de lacompetitividad en las empresas, la

reducción de costos y el desarrollode productos y servicios innovado-res a través del uso de herramien-tas informáticas 3D” (Correa, 2010)




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“integrando de forma colaborativa apersonas, procesos, sistemas, tecno-logía e información para la gestióndel desarrollo y el apoyo del ciclode vida del producto desde su con-cepto inicial, fabricación, manteni-miento y fin de uso” (Lee, 2008).“PLM permite además el rastreo y

la administración de las activida-des y los flujos de información en eldesarrollo de cada una de las fasesdel ciclo de vida, aportando con-juntamente a la identificación demodelos de negocios innovadoresque integran procesos de ingenieríay herramientas TIC” (Garetti, 2003).

Figura 2. Conceptos clave PLM

Personas

TecnologíasProcesos

Disponer Planear

Diseñar

Construir

Mejorar

Datosdel producto

Fuente: Autores.

PLM ayuda a explorar alternativas dediseño e ingeniería al principio de lavida de un producto. “En las etapasiniciales hacer un cambio tiene un

costo muy bajo, pero impacta deci-

sivamente sobre los costos futuros;hacer cambios una vez está lanzadoel producto supone costos muy ele-vados para la empresa y los clientes”

(Calvo Vergés X. , 2010).



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Figura 3. Costos del ciclo de vida del producto.

Ingeniería Producción Posventa

Costos definidos

Costos incurridos

CostosCostos paralos clientes

Fuente: Autores.

Actualmente, PLM es considerada

como el cuarto pilar de las TIC enempresas dedicadas al desarrollode productos, al integrarse como laherramienta informática para lograrla innovación en el producto, tras elCRM (Customer Relationship Ma-nagement o Administración Basadaen la Relación con los Clientes), elSCM (Supply Chain Management o

Gestión de la Cadena de Suminis-tro) y el ERP (Enterprise ResourcePlanning o Planificador de Recur-sos Empresariales) (Edelhauser,2008). Estas empresas conocen laimportancia de la planificacióndesde que se concibe un productohasta que deja de venderse.

Ming Yan (2005) expone tres be-

neficios que guían la estrategia: elbeneficio al cliente, que contempla

una mejor calidad del producto o

servicio; el beneficio para la em-presa en la optimización de cos-tos y el beneficio para la sociedadcon el uso de tecnologías limpias,codiseño o colaboración para laeficiencia de los procesos, los pro-ductos y servicios (Gecevska, V. C.,2011). Un ejemplo de integraciónes el Grupo Adidas, como se des-cribe en su artículo “La innovaciónde alto rendimiento”, en donde semuestran estos beneficios en la im-plementación de la estrategia PLM(Adidas Group, 2011). Otro ejem-plo de implementación PLM sonlas escuderías de Fórmula 1 InfinitiRedbull Racing y Mclaren Merce-des, que se colaboran, el diseño,análisis y manufactura para garanti-

zar el rendimiento de las piezas y losregistros de telemetría o la evolución




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de estas, mejorar presentaciones, du-rabilidad de las partes y predecir

cuándo fallarán piezas o sistemas(Siemens, Red Bull Racing, 2014).

Figura 4. Uso de software de Siemens para PLM

Fuente: Siemens, Red Bull Racing, 2014.

A nivel nacional, los principalessectores en donde se está imple-mentando la estrategia PLM son:manufactura: compañías dedica-das a ingeniería mecánica, plan-tas cementeras, empaques paracosméticos, Plásticos y Textiles.Petroquímica: empresas como Oc-cidental de Colombia. Automotor:autopartes. Ingeniería civil: empre-sas como Consultoría de Colombia(Concol) para reconversión y redi-seño de la planta de Acerías Pazdel Río. Servicios: mantenimien-to y salud (Universidad del Valle,SENA, 2010). Tradicionalmente,se ha reconocido al PLM comouna estrategia de fases cíclicas ysecuenciales, pero su capacidad

de gestión real se descubre al su-perponer estas fases, ya que cadauna produce y utiliza información

derivada de otras. Esta integracióno cadena de información es la quegarantiza la ingeniería concurrente(IC), eje de desarrollo de la estrate-gia PLM (Baudin, C. , 2011), que serefleja en la reducción de tiemposde espera y aumento de la calidaddel producto (Ribbens, 2000; Oli-veto, 2000. La IC da respuestas aproblemáticas de productividad ycalidad, contempla conceptos de

just in time (JIT) y de diseño ro-busto (RD), introducido por Tagu-chi para la Nippon Telegraph andTelephone (NTT) “a fin de optimi-zar el producto desde el punto devista de la fabricación” (Baudin, C.2011). Además de estos concep-tos, la IC se fundamenta en la téc-

nica del despliegue de la funciónde calidad (QFD), utilizada por lafirma Mitsubishi Heavy Industries



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(Ahuett, 2006), cuyo enfoque fuela optimización de la calidad delproducto y de sus procesos de fa-bricación, con miras a responderóptimamente a los requerimientosdel cliente. Otro concepto en la ICes el sistema SED (Sales, Enginee-ring, Development), el cual integraequipos de diseño, conformadospor personal de ventas, ingenieríay desarrollo. Esta técnica es intro-

ducida por Honda en sus procesosde desarrollo de productos a fin deser capaz de “responder con mayorrapidez a los deseos del cliente ya los movimiento de la competen-cia”. Otra definición describe a laIC como una “filosofía de trabajobasada en sistemas de informa-ción y fundamentada en la ideade convergencia, simultaneidado concurrencia de la informacióncontenida en todo el ciclo de vidade un producto sobre el diseño delmismo” (Bayuelo, C. A., 2004).

La aplicación de métodos de la IC sebasa en cinco acciones fundamen-tales: 1. Trabajo en equipos multi-disciplinarios con participación de

proveedores. 2. Especificación dedetalle del producto, desde el pun-to de vista de ingeniería, a partir delos términos definidos por el cliente.3. Especificación de los parámetrosque permiten asegurar la optimiza-ción de la calidad del producto. 4.Optimización del diseño del pro-ducto, teniendo presentes todos losaspectos que afectan a su ciclo devida: funcionalidad, fabricación,montaje, mantenimiento y servicio,

reciclaje, retirada, etc. 5. Desarrollosimultáneo del producto, equipo defabricación y procesos, control decalidad y mercadeo (Ríos, 1999).La IC se define además como unaforma de trabajo que asegura un“proceso de aprendizaje, que segenera a partir de la realimentaciónde los conocimientos tácitos y delos conocimientos codificados queposeen tanto los integrantes de la

empresa, como todos aquellos queparticipen del desarrollo, como serproveedores o usuarios”. Dicho deotra manera, describe una organiza-ción que permita que se desarrolleel proceso de diseño a través de ungrupo de personas (Nicolini, 2005).

PLM no debe ser visto como unproducto de software , sino comouna colección de herramientas ymétodos de trabajo integrados jun-tos para hacer frente a cualquierade las etapas individuales del ciclode vida o conectar diferentes ta-reas o administrar todo el proceso.Algunos proveedores de software pueden cubrir toda la gama PLM,mientras que otros una sola aplica-

ción. Algunas aplicaciones puedenabarcar muchos campos del PLMcon diferentes módulos en el mis-mo modelo de datos. Las fases de-penden del tipo de producto; no sedefine un esquema rígido, ya quees un ciclo en continua evolución.Sin embargo, muchas de las solu-ciones de software se han desarro-llado para organizar e integrar lasdiferentes fases del ciclo de vida deun producto (Inteco, 2009).




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El modelo del ciclo de vida del pro-ducto desarrollado por la escudería

Forssa para sus vehículos contem-pló las siguientes etapas:

Figura 5. Modelo PLM escudería Forssa Regional Santander

Fuente: Autores.

El modelo buscó la integración deaprendices, instructores, equipos yherramientas, especialmente en losprocesos de diseño y concepción,

análisis y validación y manufacturay ensamble. A través de herramien-tas CAD, el aprendiz, acompañadode un instructor, diseña una piezateniendo en cuenta su forma, fun-ción y fabricación con herramien-tas CAM y máquinas CNC (ControlNumérico Computarizado), reque-rimientos previamente definidos enla planeación y que responden a lascaracterísticas de la infraestructuradel Centro de Formación. En el pro-

ceso de desarrollo del FSS1, el CIMIdel SENA adquirió y acondicionóuna sala con 15 computadores y 2workstation conectados a un ser-

vidor para el funcionamiento delsoftware PDM (administrador detoda la documentación y datos delproceso de diseño del vehículo).

Posterior al diseño, y a través de he-rramientas CAE, el aprendiz agregalas propiedades físicas del materialcon el cual se desea fabricar la pie-za y define las cargas y las restric-ciones, seguido de los análisis deestrés y dinámica para identificar



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posibles puntos de ruptura y dis-minución del peso al optimizar sugeometría. Antes de su fabricaciónfinal con materiales que puedenser acero o aluminio, la pieza sefabrica, para su validación, en unamáquina de prototipado rápido 3Dque usa materiales como políme-ros, ya que es la manera más rápi-da y precisa de obtener una piezatridimensional exacta a partir de un

diseño generado en los pasos pre-vios. (Fases del modelo desarrolla-do por la escudería):

2.1 Gestión, requerimientos yplaneación

Esta primera fase estuvo presen-te durante todo el ciclo de vida

del producto. Aunque no fue unagarantía para el éxito de los pro-yectos, la buena planeación nospermitió trabajar de manera mássolidaria, coordinada e integrada.Se realizó la gestión de actividadesde todos los integrantes del equipoe interesados, asumiendo sus rolesy objetivos; asimismo, se definie-ron los requerimientos y restric-ciones del diseño basados en losreglamentos de cada competencia.También se definieron los sistemasen los que se dividió el vehículo,los espacios, los ambientes de for-mación, las máquinas por utilizar yel presupuesto. En todo el desarro-llo del proyecto estuvieron presen-tes la coordinación y el manejo de

datos de definición del producto,en donde la información fluía entrediferentes integrantes y sistemas.

Esto incluyó la gestión de cambiosde ingeniería y el estado de libera-ción de los componentes 3D, lasvariaciones de configuración delproducto, gestión de documentos,recursos de planificación de pro-yectos y la evaluación de escala detiempo y riesgo. Para estas tareaslas herramientas que se emplearonfueron software de procesamientode texto, procesamiento de tablas

de datos y de planificación de acti-vidades. Todos los archivos fueronarticulados con un software de ges-tión de datos de producto (PDM)y/o servidores de alojamiento dearchivos compartidos en la web.

2.2 Diseño y concepción

En esta etapa se definieron lasgeometrías y formas de las partespertenecientes a cada sistema delvehículo que respondieron a losrequerimientos técnicos del re-glamento y funcionalidad para eldesempeño del vehículo en la ca-rrera. La integración y la colabora-ción en el trabajo en esta fase fuefundamental, pues si se modifica-ba algún diseño de la suspensión,este impactaba directamente en elchasis y este en la carrocería. Eluso de herramientas virtuales per-mitió tener un control sobre estoscambios. Durante esta etapa el di-seño detallado del producto surgióde sesiones de trabajo en equipousando metodologías de diseño

como la lluvia de ideas, los análisisde causa-efecto, bocetados 2D he-chos a mano alzada y modelados




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3D realizados con herramientasde CAD.

2.3 Análisis y validación

Después de haber definido la for-ma y funcionalidad de las partes,se realizó un análisis de estrés me-diante el uso de elementos finitosFEA (finite element method) o di-námica de fluidos mediante CFD(computational fluid dynamics) se-gún fuera el caso. Esta etapa, juntocon la manufactura, fueron críticasen el ciclo de desarrollo, ya que enestas se tomaron la mayoría de lasdecisiones relevantes del proyectoy se decidió si se fabricaban o nolas piezas que fueron diseñadas yanalizadas previamente. Es por ello

que si una de las piezas no supe-raba los requerimientos y análisisbasados en nuestros criterios deseguridad en particular, se debíarediseñar hasta cumplir el objetivo.El uso ineficiente de las herramien-tas CAD, CAE y CAM no habríacausado problemas posteriores enla fase de manufactura, por ello sehizo especial énfasis en el aprove-chamiento de estas tecnologías.

2.4 Manufactura y ensamble

A medida que se fueran definiendoy validando los diseños de las pie-zas del vehículo, se establecieronlos métodos de manufactura. Estaetapa fue el paso intermedio entrevalidar una pieza y fabricarla conacero, aluminio o bronce, según el

caso. Se hicieron las simulacionescon el uso de herramientas CAM,donde virtualmente se observó cuálera el mejor proceso de fabricaciónpara cada pieza (SIEMENS, 2014).Usando este tipo de simuladoresse pudieron generar los códigos deprogramación para máquinas detipo CNC y fabricar la pieza evi-tando desperdiciar material. Conel uso de herramientas 3D también

fue posible hacer un ensamble vir-tual de todas las partes del vehículoe identificar antes de que se fabri-cara, si existía alguna colisión entreellas. Esto también ayudó a definirlos buenos procesos y estrategiasde construcción para evitar proble-mas que atrasaran la presentaciónde vehículo en la carrera. A partir

de esta fase, el diseño pasó a serun acompañamiento y apoyo paragarantizar la calidad de fabricaciónde cada una de las piezas y del en-samble final. Cualquier modifica-ción o una medida errónea habríaacarreado problemas a otras tareas,causando un rediseño obligado oun reproceso que pusiera en riesgolos tiempos de entrega.

2.5 Test y puesta a punto

Después de haber fabricado y ensam-blado todas las piezas del vehículo,se realizaron pruebas paulatinas ysecuenciales del funcionamiento detodos los sistemas y de la dinámicaen pista del vehículo. Durante estafase se probaron realmente los di-seños, análisis y fabricación de



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las piezas. Si una de ellas hubierafallado, se debería haber buscadouna alternativa rápida de repara-ción o identificar en qué etapa du-rante el proceso se generó el error.

2.6 Mercadeo y carrera final

Finalmente, el proceso concluyócon la presentación del vehículo

en la carrera, donde se probó fren-te a otros su máximo rendimiento.Después de la presentación final seevaluaron los resultados y los apor-tes de expertos para mejorar y opti-mizar el vehículo. El ciclo de vida,por lo tanto, continuó en búsquedade mejorar el rendimiento, durabi-lidad, velocidad, comportamientoen curvas, entre otros.

Figura 6. Prototipo FSS1

Fuente: Autores.

3. Resultados

Desde que la Regional Santandercon la Escudería Forssa imple-mentó la estrategia del PLM en susproyectos, se han fabricado tres

vehículos de carreras: el FSS1, elFS3B y el FSO2-e. Durante todo

este proceso se ha consolidadoun equipo de trabajo entre ins-tructores y aprendices donde latransferencia de conocimientos al-

rededor de la formación es el ob-jetivo principal.




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Figura 7. Esquema integrado de Forssa

Transferenciade Conocimientos

Competenciae innovación

Formacióngratuita de alta

calidad

FormaciónProfesional

Integral

Equipode trabajo

Equipos ySoftware

PLM

Fuente: Autores.

3.1 El FSS1

En la versión de Fórmula SENA del2010, el FSS1 –un vehículo mono-plaza con motor de combustióninterna de 1.000 c. c. y 180 hp,600 kg, suspensión independien-te, 1,9 m de ancho, 4,4 m de largo,1,1 m de alto y velocidad máxima

de 200 km/h– ganó la competencia,obtuvo el premio especial por el usode herramientas PLM y un reconoci-miento internacional de la empresaDassault Systèmes con la publica-ción del proyecto en el calendariooficial del 2011 en el mes de agosto.

Figura 8. Publicación FSS1 calendario 2011

Fuente: http://www.3ds.com.



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El diseño formal del FSS1 partió deunas medidas y geometrías basespara todos los equipos en el regla-mento de Fórmula SENA (SENA,2012). Las variaciones en su formasurgieron según la posición del pi-loto y su seguridad, haciendo untrabajo paralelo con los sistemas desuspensión, transmisión y potenciapara lograr un monoplaza estable encurvas y eficiente en recta, llegan-

do a su máxima potencia. El chasispara el FSS1 tuvo 18 modificacioneso versiones para llegar a la que hoyestá construido. Todas estas modi-ficaciones fueron realizadas y vali-dadas en computador. La primeraversión del chasis tuvo una altura de1,30 m, ancho máximo de 0,8 m ylargo de 2,5 m por la posición en laque se consideraba en ese momentoóptima para el piloto.

Figura 9. Diseño CAD chasis FFS1

Fuente: Autores.

A partir de la información sumi-nistrada sobre la posición óptimadel piloto para la competición,se empezó a rediseñar el chasis.Cada cambio se realizó debido ala distribución de los componen-

tes y la ergonomía del piloto; deesta manera se iba aumentando

paulatinamente la distancia en-tre ejes con el objetivo de bajarel centro de gravedad, que enun vehículo es determinante enla transferencia de peso cuandoacelera o frena, ya que afecta di-

rectamente el comportamiento dela suspensión.

Figura 10. Validación ergonómica CAD chasis FSS1




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Figura 11. Rediseño CAD chasis FSS1

Figura 12. Rediseño CAD chasis FSS1

Fuente: Autores.

El diseño de la carrocería fue inspi-rado en la Fórmula 1 y en su con-cepto inicial como referente de laFórmula SAE (Allen, R. F., 2009) y

la Student, siendo ajustada al vali-dar los requerimientos funcionalesen CFD y dimensionales de cadasistema del vehículo.

Figura 13. Diseño CAD carrocería FFS1

Fuente: Autores.



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La carrocería tuvo por lo menos nue-ve modificaciones importantes hastallegar al diseño actual. Una de lascaracterísticas más analizadas en lacarrocería fue el difusor de salida delaire, que permitió adicionar un em-puje extra hacia abajo, lo que gene-

raba una fuerza adicional de agarreen curvas (Jodar, 2011). Por otro lado,se analizó la aleta de tiburón, que fuetípica en algunos carros de Fórmula 1del 2010, cuyo objetivo era mantenerestable el carro en las rectas principa-les del circuito a altas velocidades.

Figura 14. Rediseño CAD carrocería FSS1

Fuente: Autores.

3.2 El FS2O-e

En el 2013 en Fórmula SENA ECO,la escudería Forssa Oriente obtuvo elcuarto puesto en la clasificación ge-neral gracias al proceso de formacióny a la construcción del FSO2-e, unvehículo eléctrico con dos motoresbrushless de 27 kW cada uno, 510kg, 1,8 m de ancho, 4 m de largo, tan

solo 0,9 m de alto y en particular unsistema de suspensión delantero de

monoshock y una caja inversora derelación 1: para uno de sus motores,permitiendo que en conjunto con suaerodinámica llegue a velocidadesde 160 km/h. Para dar respuesta alreto, se planeó iniciar el diseño porel sistema de suspensión, buscandoun roll center bajo que le diera esta-bilidad a todo el vehículo, debido alpeso trasero de sus baterías.

Figura 15. Ficha de producto FSS1

Figura 16. Geometría suspensión delantera

Fuente: Autores.




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Asimismo, se analizaron las ven-tajas y desventajas del anteriordiseño en el FSS1 para podercrear un vehículo mucho me-jor en prestaciones y de menospeso que el anterior. El ejerciciose centró en la optimización di-

mensional del chasis. En la Figura12 se aprecia el chasis del FSS1comparado con la versión 10 delchasis del FSO2-e. El peso finaldel chasis del vehículo eléctricoen su versión 20 fue casi un 60%respecto a su antecesor.

Figura 17. Optimización CAD FSS1- Diseño FSO2-e

Figura 18. Ficha de producto FSO2-e

Fuente: Autores.



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3.3 El FS3B

También en el 2013 el equipo par-ticipó y ganó un concurso organi-zado por universidades locales enel diseño y construcción de un bi-plaza tipo buggy con el FS3B conmotor de combustión interna de200 c. c., 17 hp, 300 kg, biplaza,1,2 m de ancho, 3 m de largo y 1,2m de alto. Fue diseñado y construi-

do en tan solo dos semanas. Este

Figura 19. Diseño y construcción del vehículo FS3B

Figura 20. Ficha del producto FS3B

Fuente: Autores y Vanguardia Liberal .

vehículo ocupó el primer puestoen la competencia realizada en elmarco de la Feria de Bucaramanga.La optimización de los tiempos dediseño se logró gracias a la expe-riencia del equipo de instructores yaprendices. Se reutilizaron ademásarchivos 3D, como los componen-tes de la suspensión modelados en

los anteriores vehículos.




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4. Discusión

La integración del equipo multidis-ciplinario y la inserción del PLMen cada uno de estos proyectos deformación genera un conocimien-to aplicado de I+D+i reflejado enel diseño y la validación a travésde software CAD, CAE, CAM delas geometrías, formas aerodinámi-

cas, estructuras, confort y seguridadde sus pilotos en cada uno de estosvehículos. Este conocimiento adqui-rido permite que aprendices pongana prueba sus capacidades y sueñencon participar en proyectos quecontribuyan al crecimiento y desa-rrollo de Colombia.

5. ConclusionesEl análisis de los procedimientos yla metodología PLM permitió desa-rrollar una estrategia enfocada en laaceleración y el crecimiento indus-trial y económico para las empresasde la región a través de la interven-ción de los programas ofrecidos porel SENA en la Regional Santander.

El proceso de investigación conclu-yó que PLM no es un software , esuna estrategia de trabajo solidarioque integra información, equipos,herramientas 3D, procesos indus-triales y grupos interdisciplinario

de personas que intervienen encada uno de las fases del ciclo devida del producto.

El desarrollo de proyectos con baseen PLM y su inserción en la Regio-nal Santander permitieron corro-borar su efectividad y eficiencia,esperando además que la inclusiónen los nuevos programas garanticeel éxito de los proyectos en desa-

rrollo y futuros.Algunas de las ventajas principalesal aplicar la estrategia de PLM en eldesarrollo del proyecto de FórmulaSENA fueron:

• Reducción de tiempo en elproceso de diseño.

• Reducción de costos de proto-tipos y de errores de montaje.

• Ahorro a través de la reutili-zación de los datos originaleso archivos previamente dise-ñados.

• Reducción de residuos al evi-tar fabricación incorrecta depiezas o componentes.

• Registro de toda la documenta-ción del proyecto o producto.

• Comunicación constante en-tre los integrantes del equipo.



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TIC aplicadas a la industria



Diseño de una red de telecomunicaciones debanda ancha inalámbrica. Caso de estudiosituaciones de emergencia

Design of a telecommunications wireless broadband

network. Case study: emergency situations

Alexánder López, dinamizador [email protected]

Henry Zárate Ceballos, instructor [email protected]

Jimmy Alexánder Núñez, instructor contratista

[email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro de Formación: CIDE SOACHARegional Distrito Capital

FECHA DE RECEPCIÓN: 26 DE ABRIL DE 2014

FECHA DE ACEPTACIÓN: 11 DE JULIO DE 2014



121


RESUMEN

Las redes inalámbricas son vitales en las comunicaciones,en especial en situaciones de emergencia, con ciertas limi-taciones en cuanto a la prestación de servicios; en situa-ciones de emergencia es vital tener información continuay al instante para la toma de decisiones y el control deun desastre. Una alternativa que conduzca a llevar a otronivel las redes convencionales son las redes ad hoc, lascuales son adaptativas, robustas, redundantes y escalables,

además de contar con la menor intervención posible delhombre en su operación, con arquitectura cambiante se-gún las condiciones de operación, capaces de proveer ser-vicios sobre la banda ancha inalámbrica.

Palabras clave: redes ad hoc, simulación, telecomunica-ciones en emergencia, Ns2.

ABSTRACT

Wireless networks are vital in communication especiallyin emergency situations, with certain limitations as to theprovision of services; in emergency situations is vital tohave continuous information yal moment for decisionmaking and control of a disaster, leading to an alternativeto another level carry conventional networks are adhoc networks, which are adaptive, robust, redundantand scalable, in addition to the least possible humanintervention in its operation, with architecture as changing

operating conditions, able to provide services on wirelessbroadband.

Keywords: Ad hoc Networks, Simulation, EmergencyTelecomunications, Ns2.



122

Diseño de una red de telecomunicaciones de banda ancha inalámbrica. Caso de estudio situacionesde emergencia, A. López, H. Zárate, J. Núñez

INTRODUCCIÓN

La recuperación ante desastresnaturales y la seguridad públicarequieren acciones coordinadas,recursos específicos y necesidadesde comunicación entre las entida-des encargadas y la comunidad,es por ello que las redes de tele-comunicaciones de emergencias

deben contar con ciertas caracte-rísticas y servicios como se indicaen Folts (2002). Los ETS (Emergen-cy Telecommunication Services)han sido fortalecidos por la UIT enla recomendación E106, donde secontempla un plan internacionalde preferencias en situaciones deemergencia para actuaciones fren-te a desastres, aplicado a los servi-cios de telefonía básica conmutada(PSTN), servicios digitales integra-dos de Red (ISDN) y las redes pú-blicas móviles (LMN), junto conla Resolución 647 (CMR-2012),donde se otorga a los organismosde emergencias espectro libre ydestinado para las acciones huma-nitarias de prevención, respuesta y

recuperación (Gabrilovska & Ata-nasovski, 2007). Como se observa,el medio predilecto para las redesde emergencia es el aire, por lo queproveer de banda ancha inalámbri-ca a las entidades de emergenciaes una necesidad. En cualquier rin-cón del planeta, debido al cambioclimático, las situaciones de emer-

gencia son más constantes y lasamenazas se incrementan (Izida yotros, 2012); por ello los ETS pue-

den ser empleados en los contextosnacionales integrados en contextosinternacionales, permitiendo la re-cuperación ante eventos de granmagnitud, como sismos, huraca-nes, sunamis o atentados terroristas(Lilien, 2008; Ansari, Zhang, Rojas,Sakarindr & Hou, 2008).

El siguiente documento está consti-tuido por un marco teórico que da

una breve introducción a las redesde emergencia y conceptos sobreredes Ad Hoc, el tercer capítulo estácompuesto por la metodología usa-da para recrear escenarios de simu-lación, el cuarto capítulo contienelos resultados y la discusión de losmismos, finalmente las recomenda-ciones y las referencias usadas.

1. Marco teórico

Para la conformación de redes deemergencia, se debe tener en cuen-ta el escenario por tratar, escena-rio de prevención, escenario derespuesta y rescate, escenario derecuperación, o escenarios mixtos

(Boukalov, 2004). Los escenariosserán descritos a continuación.

1.1 Prevención

Las redes deben estar disponiblespara monitorear y generar sistemasde alerta temprana, comunicaciónmultipunto-multipunto con diver-

sas entidades y operar 24 horas los365 días del año. Estas redes debenestar dispuestas al seguimiento de



123


procesos de prevención preestable-cidos o a disposición para atenciónde emergencias.

1.2 Respuesta y rescate

(Deqiang & Yingying, 2010). De-pendiendo de la magnitud de laemergencia, muchas entidades cla-sifican las emergencias ya sea porniveles o colores, influenciadas porfactores como la cobertura, pobla-ción afectada, área de impacto,entre otros. Por ello es importan-te definir la escala identificandolos siguientes niveles: A (magnitudparticular), B (mayor magnitud), C(gran magnitud), D (magnitud ge-neral). Quien indica la magnitud delas emergencias es el comandante

de incidente o de la emergencia eindica la necesidad de recursos detelecomunicaciones y su prioridad.

Al evolucionar la emergencia, evo-lucionan los requerimientos y lasnecesidades de la red. Por ello esvital la robustez e interoperabilidadde las redes en esta etapa, crucialpara salvaguardar vidas.

1.3 Recuperación

(Dilmaghani & Rao, 2006; Majid& Ahmed, 2008). Se restablece lanormalidad del servicio interrum-pido o paralizado en la emergenciay se mantienen los sistemas en laetapa de prevención. En esta etapa

se evalúan los riesgos presentadospor las redes, estaciones bases y

demás elementos que componenla red.

Una de las características funda-mentales de una red de emergenciases la interoperabilidad (Rodriguesde Oliveira, de Oliveira, Fernan-des, & Macedo, 2011) con otrossistemas preexistentes, al igual quesu escalabilidad, elementos vitalespara reducir las pérdidas humanas,

físicas y naturales causados por unasituación de emergencia.

Las siguientes son características bá-sicas de las redes de comunicacionesde emergencia, como se evidenciaen Boukalov, 2004; Wódczak, Coo-perative Emergency Communica-tions, 2012 y Wódczak, DeploymentAspects of Autonomic CooperativeCommunications in Emergency Ne-tworks, 2012).

a. Rápido despliegue: Los tiemposde instalación y despliegue de-ben ser cortos; el rendimientode los procedimientos que noson complejos y no requierenpersonal especializado para su

desarrollo e implementacióndebe ser alto en cuanto a tiempoy funcionalidad.

b. Robustez y escalabilidad (Zára-te & Núñez, Metodología parael diseño de redes de comuni-caciones de emergencia, 2014;Zárate & Ortiz, Las redes Mesh,redes inalámbricas del futuro ,

2012): Deben ser capaces desoportar diversos cambios en la



124


operación, sin importar las con-diciones de funcionamiento, delas características de red, de lainfraestructura existente y delevento de emergencia.

c. Portabilidad: Cada red debe sercapaz de responder en cortotiempo con las condiciones deinstalación y operación usandolos mínimos recursos posibles

de infraestructura para facili-tar la operación de los gruposde respuesta (entiéndase comorespuesta las operaciones rea-lizadas por las entidades deemergencias: Bomberos, CruzRoja, entre otros).

d. Seguridad y confidencialidad(Folts, 2002): La administraciónde la información provenientede los diferentes grupos de res-puesta locales e internacionales,gubernamentales y no guber-namentales, debe garantizarsevalidando su acceso y confiden-cialidad; esta es información

sensible a la población involu-crada y fuente principal para latoma de decisiones.

e. Costo: Las redes usadas pararespuesta o instaladas de formafija deben ser concebidas en sucreación y mantenimiento concostos razonables, variables vi-tales para garantizar su funcio-namiento y viabilidad técnica.

Como se ha discutido en el presen-te artículo, existen diversos tiposde redes de emergencia, las cualesdeben caracterizarse por su rápidodespliegue y ser capaces de auto-conformarse, administrarse y pro-veer servicios de todo tipo sobre IP(Zárate & Ortiz, Servicios en Tele-comunicaciones de Emergencia,2013; Deqiang & Yingying, 2010;Estrem & Werner, 2010). En la Ta-bla 1 se observa una distribución deservicios que deben ser valoradospara el diseño de una red de teleco-municaciones de emergencia, juntocon las necesidades de espectro.

Tabla 1. Servicios necesarios en redes de emergencia

Banda estrecha

Voz

Persona a personaUno a variosComunicación directa sin repetidorPulsa para hablar (ptt)

MensajesPersona a personaUno a varios ( radiodifusión)

Seguridad Acceso prioritario instantáneo

Telemetría Estado localizaciónDatos de sensoresInteracción con bases de datos Consulta de registros



125


Banda amplia

Mensajes Correo electrónicoComunicación directa Comunicación directa entre unidades sin

infraestructura adicional

Bases de datos Longitud de registro media - formularios yregistros

Transferencia de ficheros de textos Transferencia de datosTransferencia de imágenes Descarga/envío de imágenesTelemetría Estado de localización de sensoresSeguridad Acceso prioritarioVideo Supervisión de pacientesInteractiva Determinación de posición

Banda ancha

Acceso a bases de datosAcceso a intranet/internetNavegación por la web

Control de robots Control remoto de dispositivos robotsVideo Secuencia de video en directoObtención de imágenes Imágenes de alta resolución

En este sentido, las redes ad hocson un paradigma totalmente dis-tinto a las redes tradicionales,carecen por completo de una in-fraestructura fija, dando completaautonomía a los nodos para con-figurar su participación en la red(P. & Ramanatha, 2007; Hong, Yi& Xin, 2009). Esta naturaleza des-centralizada trae consigo la apari-ción de propiedades emergentes y

genera la necesidad de incorporaren los nodos ciertas característicasque les permitan configurarse e in-tegrarse como parte de la red sinafectar su rendimiento (Kondakci yotros, 2010).

Una de las propiedades esperadasen las redes ad hoc es la capacidadde aumentar de tamaño recibiendonuevos nodos sin afectar la calidaden los servicios ofrecidos. Esta pro-

piedad, denominada escalabilidad,es uno de los principales desafíosen el diseño de protocolos y unacaracterística fundamental para lo-grar redes de emergencia con unaalta capacidad de despliegue (Tsai,Chen, Sung & Wu, 2011).

Para poder comparar el rendimien-to y comportamiento de las redes adhoc, se debe tener en cuenta el com-

portamiento de los nodos móviles,por lo que entran a ser parte impor-tante de la conformación de la red.

Para diseñar una red de bandaancha inalámbrica es necesarioconocer sus características funda-mentales, como lo son los protoco-los de enrutamiento, los modelosde movilidad, el ancho de banda,número de nodos y la arquitecturaque se va a utilizar.



126


Se hace énfasis en los protocolosde enrutamiento, los cuales son vi-tales para la identificación de no-dos y generación de tablas de ruteoen la red.

i. OLSR (Optimized Link StateRouting Protocol) (Xing, Des-hpande, Mehrotra & Ventkata,2010). Este protocolo es de tipoproactivo, es decir, envía men-

sajes periódicos entre los nodos,generando una difusión de in-formación en la red (broadcast ),para la identificación de susmiembros y su alcance, mante-niendo una tabla de ruteo actua-lizada, pero generando tráficoadicional a la red. Se ha utiliza-do con frecuencia en redes Meshgracias al envío periódico demensajes tipo Hello, usados parasaber el estado de los nodos ve-cinos, y de mensajes de controlde topología (TC), usados parahacer difusión de la informaciónpropia con los vecinos e incluiren las listas de control con re-transmisiones multipunto alma-cenadas en listas llamadas MPR

(Multipoint Relay).

ii. AODV (Ad Hoc on DemandDistance Vector) (Gyoda, Ngu-ten, Okada & Takizawa, 2008).Este protocolo es de tipo reacti-vo, es decir, actúa por deman-da. Según las peticiones de losmiembros de la red, envía men-sajes de petición RREQ y esperauna respuesta RREP para gene-rar las tablas de ruteo. Si no re-

cibe respuesta o un dato en latabla es erróneo, se genera unRERR al nodo solicitante e iniciade nuevo la búsqueda de la rutao variaciones de los mismos,como se evidencia en Alshan-your & Baroudi, 2008.

iii. Protocolos híbridos (Ramrekha& Politis, 2010; Jin, Jo, Kim,

Jiang & Gowens, 2009). Estos

protocolos han sido altamenteeficientes, pues no dependen nide la demanda ni de actualiza-ciones constantes de las rutas yubicación de los nodos con elprotocolo HTSMA (asignaciónhíbrida temporal espacial mul-ticanal), el cual busca realizartanto broadcast como tener al-macenada la ubicación de losnodos vecinos. Este protocolotiene dos partes, en la primerausa un canal para envíos consaltos mayores a 1 y otro para losnodos vecinos, es decir, igual aun salto. Así como este esque-ma de enrutamiento en redes adhoc, existen varios modelos quebuscan mejorar el rendimiento,

el manejo de tráfico, controlarel consumo de energía y mane-jar las rutas más adecuadas parala transmisión de extremo a ex-tremo. Es el caso del protocoloMeshHASeDiP, el cual se basaen el descubrimiento de rutasbajo dos modos: uno reactivo(MRD) y otro proactivo (MPD),según las características de la redad hoc - Mesh que se conforme(Abrougui & Bokerche, 2008),



127


generando zonas de descubri-miento reactivas y proactivas.

2. Metodología

Para el diseño de una red inalám-brica de emergencias de bandaancha, se deben tener en cuentael ancho de banda disponible (le-gislación nacional), la arquitectura

(plana o jerárquica), servicios (Ta-bla 1) y el posible escenario para

su simulación (De Leoni, Fabio &

Mecella, 2006).Por lo anterior se usará el simuladorde redes NS2 (Issariyakul & Hos-sain, 2012), que incluye la mayo-ría de características para validary simular una red de banda anchainalámbrica, junto con las carac-terísticas del nodo móvil, que harálas veces de intermediario o usuario

de la red en diferentes instantes detiempo, como se ve en la Figura 1.

Figura 1. Estructura lógica del nodo móvil

Es por ello que en este trabajo se pro-pone el diseño de una red inalámbri-ca de banda ancha operando sobrela banda de 4,9 GHz; esta banda estádestinada para las acciones de soco-

rro y salvamento bajo la Resolución1661 de 2006, ofreciendo anchos debanda de 1 a 20 MHz, suficientes

para suplir todas las necesidades decomunicación de forma redundantey autorregenerable; el escenario si-mulado es el de respuesta donde segenera un mayor flujo de tráfico y de

peticiones. Todas las característicasde los escenarios de simulación es-tán determinadas en la Tabla 2.



128


En el suceso de un evento de granmagnitud (terremoto) (Chen, Chen,Liu & Piao, 2009); (Panausis, Ramre-kha, Politis & Millar, 2012), tomandocomo referente el Plan de Emergen-cias de Bogotá (Pardo & Escobar,2010), donde se dimensionan todoslos protocolos de emergencia haciael peor escenario posible, se diseñauna red para poner a prueba la ca-pacidad de proveer servicios sobre

IP, integrados con los protocolos derespuesta de las brigadas y entidadesresponsables de la atención de emer-gencias.

2.1 Simulación

La simulación está dividida en dospartes, teniendo en cuenta la natu-

raleza heterogénea de los nodos.En cuanto a movilidad, recursos fí-sicos y lógicos en una red real, serecrearan dos escenarios de emer-gencia en la fase de respuesta: elprimero es la implementación deuna red ad hoc bajo el estándarIEEE802.11 usando el protocolode enrutamiento AODV, y en se-gundo lugar la implementación deuna red mallada bajo el estándar

IEEE802.16, validando la entregade servicios y las variaciones detráfico existente en una situaciónde emergencia acorde con las ne-cesidades de servicios. Teniendoen cuenta los servicios de bandaamplia descritos en la Tabla 1, seusaron paquetes de video por de-manda.

Tabla 2. Escenarios de simulación

Parámetro Escenario 1 Escenario 2

Número de nodos fijos 9 9

Número de nodos móviles 15 15

Topología fija Anillo Anillo

Topología móvil Libre Árbol

Protocolo de enrutamiento AODV FEBAMAC 802.11 802.16

Tiempo de simulación 200 s 200 s

Fuente de tráfico CBR (VoD), exponencial,web VoD, VoIP

Tamaño de paquete 1.024 bytes/32.000 bytes 32.000 bytes

Ancho de banda 10 MHz 10 MHz



129


2.2 Escenarios

2.2.1 Estándar IEEE 802.11

Se utiliza el protocolo de enruta-miento AODV (Ad hoc on DemandDistant Vector). De esta manera segeneran diferentes dominios dentrode la red, usando la guía jerárquicapara realizar el envío de paquetes;

en este caso son tres dominios: fijoalámbrico, fijo inalámbrico y móvilinalámbrico, cada uno con una di-rección asociada para su dominio,en este caso 0.0.0 a 0.x.0 para eldominio fijo, 1.0.0 a x.0.0 para eldominio fijo inalámbrico, y paraadicionar nodos móviles a domi-

nios inalámbricos, fijos se utilizala dirección principal de dominiosx.0.x. Por ejemplo, la dirección1.0.1 indica que el nodo perteneceal dominio 1.0.0, como se observaen la Figura 2.

Al realizar la simulación del esce-nario uno con los tres dominios ylas conexiones redundantes entrelos nodos, se valida la prestación

de servicios a partir del desempeñode los protocolos de enrutamiento;en este caso se simuló el acceso enla capa de aplicación al acceso auna aplicación página web. En esteentorno se deja un nodo marcadocomo servidor y los demás nodoscomo clientes.

Figura 2. Escenario Estándar IEEE 802.11

2.2.2 Estándar IEEE 802.16

Se utilizó el protocolo FEBA (Cicco-

neti, Akyildiz & Lenzini, 2007; Cic-conetti, Akyildiz & Lenzini, 2009), elcual distribuye los recursos físicos,

canales y anchos de banda para rea-

lizar envíos y controles organizadosen un programador de eventos bajoel protocolo IEEE 802.16, con todas



130


las bondades de las redes Mesh,como se ve en Brunno, Conti & Gre-gori, 2005; Lin, Yu-Cheng, Sheng Hui& Chin-Lung, 2012; Naudts y otros,2007; Jin, Jo, Kim, Jiang, & Gowens,2009 y Zhu, Zang & Mukherjee,2002, en un ambiente de multica-nalización, permitiendo generarverdaderas redes redundantes, conasignación y conformación dinámi-ca. Para el manejo de los canales se

utilizan métricas de saltos, es decir,las distancia entre nodos, definiendocomo vecinos a los nodos a un saltode distancia; para realizar accionesde monitoreo se utiliza la técnica dedivisión de tiempo –TDMA– en ope-raciones de control y envío de datosen subtramas destinadas para estosfines.

Se utilizan tres canales para el en-vío de paquetes y control de laspolíticas de la red. Al aplicar esteprocedimiento se genera una can-tidad considerable de colisiones enel envío de solicitudes, peticiones,datos y confirmaciones entre losnodos vecinos, nodos fuente y no-

dos destino, por lo cual son necesa-rias las más eficientes y sofisticadastécnicas de transmisión y acceso,como lo es la Multiplexación porDivisión Ortogonal de Frecuen-cia (OFDM, siglas en inglés) y for-mas de modulación como QAM yQPSK.

En este escenario se cuenta condos dominios –uno fijo inalámbri-

co y uno móvil inalámbrico, comose observa en la Figura 3–, con en-laces redundantes en todos los no-dos, con el fin de poner a pruebael desempeño de un sistema orien-tado a la multicanalización y a laprestación de servicios sobre ban-da ancha inalámbrica.

Se debe tener en cuenta que en es-tados de emergencia el tráfico debefluir con comodidad en la red paragarantizar la llegada de los paque-tes a los destinos, que en estos casosserán órganos decisores o con inje-rencia en las medidas para mitigaro controlar las situaciones de emer-gencia.

Figura 3. Estructura de red Mesh simulada.



131



Iniciaremos nuestra discusión de re-sultados centrándonos en el primerescenario, validando el estándarIEEE 802.11. Como se puede obser-var en la Figura 4 A, corresponde aun nodo con jerarquía del dominiofijo inalámbrico que realiza accio-nes de control y monitoreo de rutasbajo su dominio, en el cual se ob-tiene un desempeño poco constan-te y con caídas abruptas en el envíode paquetes a lo largo de la simu-

lación. En contraparte, la Figura4B evidencia un mejor desempeñoy una tasa más alta de rendimien-to; esta representa un nodo móvil,el cual bien podría ser un miembrode una brigada de emergencias quesolicita servicios, en nuestro casovideo, y recibe de forma satisfacto-ria sus peticiones, pero deja al nodolíder con deficiencias para entregarservicios a otros nodos suscriptoresde su dominio.

Figura 4. Rendimiento estándar IEEE 802.11

2,6

2,4

2,2

2

1,8

1,6

1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

6,5

6

5,5

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

Simulation time (ms) Simulation time (ms)

upd [FlowID=0]

0 0 2 4 6 810 10 12 14 16 18 22 24 2826 32 34 36 38 42 44 46 4820 2030 3040 4050 5012060 70 80 90 100 110

ack [FlowID=1]

A B

Al aumentar las peticiones, el ren-dimiento global decrece como seobserva en la Figura 5 A, donde seevidencian caídas abruptas de lospaquetes y un crecimiento de lospaquetes de reconocimiento mar-cados como ack; esto indica quelos patrones de movilidad usadospara los nodos móviles los hacen

salir de la zona cobertura de losnodos líderes o clusterhead de lared y el tiempo de búsqueda seincrementa, generando pérdidasen la conectividad y unos picosbruscos en las transmisiones, loscuales representan colas que em-piezan a degradar el comporta-miento de la red.



132


Figura 5. Rendimiento servicios IEEE 802.11

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0 5 10

Simulation time (ms)

upd [FlowID=0]ack [FlowID=1]

15 20 25 30 35 40 45 50

A

0 5 10

Simulation time (ms)

15 20 25 30 35 40 45 50

B

exp [FlowID=0]

Si se observa la Figura 5 B, el ren-dimiento tiene un comportamientosimilar, pero representa un serviciodiferente –acceso a aplicacionesweb–, siendo un poco más estable,ya que existe un único servidor con

una ruta conocida por los nodos.Vale la pena resaltar que la mayorparte de envíos son sobre el pro-tocolo de transporte UDP; de estamanera este servicio prevalece ytiene un rendimiento notable.

Figura 6. Rendimiento estándar IEEE 802.16

5 Nodos

1 Canal 2 Canal 3 Canal

10 Nodos 15 Nodos 20 Nodos

100.000

10.000

1.000

100

10

1

100,0

80,0

60,0

40,0

20,0

0

A B

5 Nodos

1 Canal 2 Canal 3 Canal

10 Nodos 15 Nodos 20 Nodos

Si observamos las Figuras 6A y 6B,hay una estabilización del com-portamiento de la red, gracias ala multicanalización para la ad-ministración de la red y del envíode la información, al igual que ladistribución del ancho de banda

realizado por el protocolo Feba,optimizando la prestación de servi-cios sin importar el aumento de pe-

ticiones de los nodos suscriptores;es decir, al aumentar el número denodos, el servicio se presta en igualproporción, garantizando un altorendimiento y una calidad de ser-vicio, necesaria en situaciones deemergencia.

En este sentido, el rendimiento delas arquitecturas bajo IEEE 802.16



133


dobla el rendimiento de las arqui-tecturas en IEEE 802.11, gracias aluso de un protocolo capaz de dis-tribuir equitativamente el ancho debanda y la multicanalización vitalpara administrar la red.

El uso de canales con un ancho debanda de 10 MHz no es eficiente sino hay una administración de recur-sos y una distribución equitativa en-

tre los miembros de la red, como seobserva en los resultados obtenidosbajo el estándar IEEE 802.11, don-de un suscriptor obtiene un buendesempeño, pero deja a la red conserios problemas para la prestaciónóptima de servicios. En cambio, conuna distribución ordenada de estaspeticiones y de los canales de ad-ministración y entrega de servicios,se obtiene un alto desempeño enla prestación de servicios de bandaancha inalámbrica.

4. Conclusiones

Al validar los resultados de las re-des construidas bajo el estándar

IEEE 802.11, se evidencia un ren-dimiento inferior al obtenido porlos sistemas de multicanalización yadministración del ancho de ban-da de los canales, bajo el estándarIEEE802.16. Como se evidencia enlas Figuras 5 y 6, el rendimiento delas arquitecturas propuestas es me-nor y presenta caídas abruptas enel envío de los paquetes generadosy solicitados por los miembros dela red. En este caso los servicios se

prestan, pero de forma deficiente,debido a la cantidad considerablede paquetes de petición y confir-mación generados, en el mismodominio y en el mismo medio detransmisión. Al validar la Figura 6se observa un incremento notableen el rendimiento de esta arquitec-tura gracias a los canales adiciona-les, los cuales cumplen funcionesde reconocimiento y control, per-

mitiendo generar un canal exclu-sivo para el tráfico de paquetes yproveer servicios a las brigadas,por lo cual podemos concluir quepara un escenario de comunicacio-nes de emergencia es mucho máseficiente un sistema multicanal ina-lámbrico, con un protocolo de en-rutamiento robusto como lo es elprotocolo FEBA, que además per-mite la administración de anchosde banda.

Las telecomunicaciones de emer-gencia requieren anchos de banday de servicios según el tipo de inci-dente y la etapa de la emergencia,como se ha visto a lo largo de esteartículo, para garantizar el acceso

a la información, necesaria para latoma de decisiones en momentosde crisis.

5. Recomendaciones

Teniendo en cuenta las conside-raciones de diseño de redes ina-lámbricas de banda ancha, como

lo son espectro disponible, anchode banda, servicios, escenario de



134


emergencia y el protocolo de en-rutamiento, es necesario tenerclaridad de que el incremento dedispositivos inalámbricos sobre lasredes, con características cada vezmás heterogéneas, lleva a una mi-gración dinámica de las redes deemergencias obligadas a ser inclui-das en el internet de las casas.

En este sentido se tiene como desa-

fío el fortalecimiento de la seguridaden redes ad hoc y en redes inalám-bricas, debido a la sensibilidad deinformación contenida en las redesde emergencia; por ello el control deacceso debe ser robusto y limitado.

Se debe tener en cuenta el compor-tamiento social de los nodos, quepodría cambiar el desempeño dela red, llevándola a otro nivel me-diante la implementación de co-munidades de agentes inteligentes,agregando más autonomía a la red.

Finalmente, el reto más importantees lograr la implementación totalde estas propiedades sobre cual-

quier dispositivo inalámbrico sinimportar la plataforma de opera-ción, con el fin de crear una red debanda ancha inalámbrica de formaespontánea, capaz de salvaguardarla vida humana.



135


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Industriay biotecnología



Obtención de biomasa funcional probióticaa partir de suero lácteo para su aplicaciónen el diseño de alimentos funcionales con altovalor agregado

Functional probiotic biomass obtained from whey for

application in the design of functional foods with high

added value

Karina Edith Motato, MsC en Biotecnología, estudiante de doctorado enBiotecnología, docente Universidad de [email protected]

Jéssica Liliana Campo, estudiante de Ingeniería de [email protected]

Sandra Milena Suárez, estudiante de ingeniería de [email protected]

César Augusto García, Biotecnó[email protected]

Lisset Vanesa Wilches, MsC en microbiología, estudiante de doctorado enBiotecnología, docente Universidad de [email protected]

María Isabel Gaviria, ingeniera biológica, MsC en Ingeniería, Asesor deproyectos Tecnoparque Sena nodo Medellí[email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro de Formación: Universidad de Antioquia. Red-TecnoparqueRegional Antioquia




141


RESUMEN

Dentro de los grupos de microorganismos de mayor apli-cación en la industria de los alimentos se encuentran lasbacterias acidolácticas; estos han sido utilizados por elhombre milenariamente para la fermentación de alimentoslácteos, cárnicos y vegetales. Las bacterias acidolácticas(BAL) son reconocidas por albergar un tipo de microor-ganismos llamados probióticos. Estos son definidos por laOrganización de las Naciones Unidas para la Agricultura

y la Alimentación (FAO) y la Organización Mundial dela Salud (WHO) como “microorganismos vivos los cua-les cuando son administrados en cantidades adecuadas,confieren beneficios a la salud del hospedero” [1]. La RedTecnoparque SENA, nodo Medellín, junto con el Grupo deBiotecnología de Alimentos de la Universidad de Antioquia(BIOALI), se ha propuesto como objetivo de investigaciónla obtención de un bioingrediente a base de bacterias aci-dolácticas vivas (probióticos), usando como sustrato suerode lechería (residuo agroindustrial). El proceso experimen-

tal se realizó en varias fases: a) Crioconservación de bancode microorganismos de Lactobacillus casei LAFT L26; b)Crecimiento de microorganismos en suero lácteo a nivelde laboratorio; c) Bioaumentación en reactor de 11 L, vo-lumen de trabajo 5 L; d) Liofilización de los microorganis-mos en harina germinada de lenteja. Se obtuvieron 14,72UFC/L de suero en la bioaumentación a 5 L; además, el es-tudio de crioconservación permitió obtener células viablespor largos periodos de almacenamiento. Por otro lado, los

estudios de liofilización utilizando harina germinada delenteja y diversos agentes crioprotectores permitieron es-tablecer un conglomerado de ingredientes crioprotectoresal 40%, el cual proporcionó las mejores condiciones deresistencia a los microorganismos probióticos frente a unproceso altamente estresante. Con los anteriores resultadosse pueden establecer las bases científicas y tecnológicaspara la puesta en marcha del bioproceso de producción demicroorganismos probióticos en Colombia.

Palabras clave: Bacterias acidolácticas, probióticos, suerolácteo, liofilización, bioaumentación.



142

ABSTRACT

Within groups of microorganisms widely applied in thefood industry are the lactic acid bacteria, these, by themillennia for the fermentation of dairy products, meatand vegetable food man have been used. Lactic acid bac-teria (LAB) are recognized by types of microorganismscalled probiotics. These are defined by the FAO and theWorld Health Organization, WHO as "live microorgan-isms which when administered in adequate amounts con-

fer health benefits to the host" [1]. The Tecnoparque RedSENA Medellín together with the Group Food Biotechnol-ogy, University of Antioquia- BIOALI, has been proposedas research objective obtaining a bioingrediente based livelactic acid bacteria (probiotics), using as whey substratedairy (agro waste) The experimental process was carriedout in several phases: a) Cryopreservation of bank micro-organisms Lactobacillus casei L26 LAFT; b) Microorganismgrowth whey laboratory level; c) Bioaugmentation reactor11 liters, 5 liters workload; d) Freeze drying of microorgan-

isms in germinated lentil flour. 14.72 CFU / liter of serumbioaugmentation to 5L was obtained; addition, the studyof cryopreservation yielded viable cells for long periodsof storage the other hand, studies of lyophilization usinggerminated lentil flour and various cryoprotective agents,allowed to establish a cluster of cryoprotectants ingredi-ents 40% which provided the best conditions probiotic mi-croorganisms resistance against a highly stressful process.With the above results we can establish the science and

technology for the implementation of the bioprocess pro-duction of probiotic microorganisms in Colombia.

Keywords: Lactic acid bacteria, probiotics, whey,lyophilization, bioaugmentation

Obtención de biomasa funcional probiótica a partir de suero lácteo para su aplicaciónen el diseño de alimentos funcionales con alto valor agregado, K. Motato, J. Campo, S. Suárez,C. García, L. Wilches, M. Gaviria



143


INTRODUCCIÓN

El principal subproducto de la in-dustria láctea es el lactosuero, de-finido como líquido agroindustrialgenerado tras la fabricación dequesos, siendo dulce o ácido de-pendiendo del procedimiento em-pleado para la precipitación de lacaseína [2]; este residuo represen-

ta el 85%-95% del volumen totalde la leche y retiene alrededor del55% de los nutrientes lácteos [3],componiéndose principalmente de93%-94% de agua, 4,5%-6,0% delactosa, 0,6%-1,1% de proteínassolubles, 0,8%-1,0% de minerales,0,05%-0,9% ácido láctico, 0,06%-0,5% de grasas y adicionalmen-te de cantidades significativas deotros constituyentes, como ácidocítrico, vitaminas del grupo B, in-munoglobulinas y albúmina sérica[4], [5]. Estos componentes hacendel lactosuero un potencial mediode cultivo apto para utilizarse enprocesos como la bioaumentaciónde bacterias acido lácticas pro-bióticas [6]. Además en Colombia

para el año 2006 la producciónde lactosuero fue de 921,672 mi-llones de litros [7], siendo soloun pequeño porcentaje del suerogenerado reutilizado en la pro-ducción de nuevos alimentos.Por otro lado, los probióticos sondefinidos por la FAO y la WHOcomo “microorganismos vivos loscuales cuando son administradosen cantidades adecuadas, confie-ren beneficios a la salud del hospe-

dero” [1]; en este contexto, las BALson un reconocido grupo hetero-géneo de microorganismos unidaspor características morfológicas, fi-siológicas y metabólicas similares,productoras de ácido láctico comoprincipal metabolito producto dela fermentación de carbohidratos ymuchas de ellas con característicasprobióticas [8] [9]. Uno de los as-pectos más importantes dentro de

la biotecnología de las probióticasradica en la tecnología que logreconcentrar y preservar la biomasaprobiótica de alto valor agregado.Dentro de estas tecnologías se en-cuentran la bioaumentación y laliofilización; la bioaumentaciónconsiste en incrementar el númerode células viables (biomasa) de for-ma considerable en periodos acep-tables, mediante la optimizaciónde sus condiciones de crecimien-to en sistemas de fermentacióna nivel de laboratorio, piloto oindustrial. Luego del proceso debioaumentación se pueden aplicartecnologías como la liofilización,que, de forma general, consiste enla deshidratación por sublimación.

En él, el agua congelada (estadosólido) pasa a estado gaseoso sinpasar por el estado líquido en con-diciones de bajas temperaturas ybajas presiones, logrando la deshi-dratación del producto [10].

Por lo anterior, la producción bio-tecnológica de cultivos nativos apartir de BAL es una oportunidadpara la creación de empresas debase biotecnológica con un mer-




144

cado objetivo en crecimiento enColombia y otros países de Lati-noamérica.

1 Materiales y métodos

1.1 Fase 1: bioaumentación a nivel delaboratorio y en biorreactor a 5 L

1.1.1 Material biológico

El microorganismo Lactobacilluscasei LAFTI L26 fue proporcionadopor el grupo de investigación Bio-Ali “Biotecnología de Alimentos”de la Universidad de Antioquia,trabajando en conjunto con laUnidad de Investigación y Apoyo

Tecnológico Tecnoparque nodoMedellín. La cepa de Lactobacilluscasei se mantuvo crioconservada a-70 °C en medio de cultivo con gli-cerol al 30%.

1.1.2 Medio de cultivo lactosuero

El lactosuero dulce seco y parcial-

mente desmineralizado fue suminis-trado por fábrica local de productoslácteos, reconstituido con agua des-tilada a nivel de laboratorio. Porotra parte, con el objetivo de elimi-nar probable microbiota presenteen el suero reconstituido, se calen-taron a 80 °C, 250 mL durante 5minutos, evitando la proliferación

de microorganismos diferentes al deinterés.

1.1.3 Crecimiento de Lactobacillus

casei LAFTI L26 sobrelactosuero dulce en laboratorio

Se diseñó un ensayo experimental aun volumen operativo de 250 mL,cuyo objetivo fue identificar la canti-dad de lactosuero dulce en la que elmicroorganismo (Lactobacillus ca-sei LAFTI L26) presentara la mayorproducción de biomasa (por pro-pagación en placas de MRS, UFCmL-1), el consumo de sustratos y laproducción de metabolitos determi-nados por HPLC (lactosa, glucosa,galactosa y ácido láctico). El ensayoexperimental constó de nueve con-centraciones diferentes de sustrato(300, 200, 100, 50, 40, 30, 10, 1,0y 0,1 g L-1 lactosuero dulce). Todas

las unidades experimentales estu-vieron bajo las siguientes condicio-nes de operación: inóculo 10% v/v[11] [12], 150 RPM y 35 °C [13] du-rante 12 horas.

1.1.4 Crecimiento de Lactobacilluscasei LAFTI L26 en biorreactorde 5 L

Triplicado de experimentos por lo-tes, se llevaron a cabo en un fermen-tador BioFlo/CelliGen 115 (NewBrunswick Scientific, Edison, NJ,USA) dotado con dos turbinas Rus-hton y con un volumen operativo de5 L para todos los experimentos, es-terilizando el vaso de vidrio a 121 °Cdurante 15 minutos en una autocla-ve. Las fermentaciones se realizaron



145


a 35 °C, 150 rpm, monitoreando elpH durante el tiempo total de fer-mentación (12 horas). Las concen-traciones de lactosuero empleadaspara los montajes en sistema debiorreacción fueron 0,1 g L-1, 1,0gL-1 y 10,0g L-1. Muestras de 10 mLse tomaron del biorreactor (cuanti-ficación de analitos iniciales en lafermentación [Lactosa, glucosa, ga-lactosa]); de igual modo se cuanti-

ficaron biomasa (Lactobacillus caseiLAFTI L26) y el producto metabólico(ácido láctico). Todos los montajesse realizaron con un porcentaje deinóculo del 10% (v/v) (6,30 log UFCmL-1) [14].

1.2 Fase 2: liofilización en harinagerminada de lenteja

1.2.1 Preparación del sustrato por

liofilizar

El cultivo de Lactobacillus casei LAF-TI L26 se mantuvo en erlenméyercon caldo MRS para su reactivaciónen unas condiciones de agitaciónde 50 rpm y temperatura constante

de 37 °C por 20 horas, en un sha-ker Thermo MaxQ 4000 (estableci-da para la cepa Lactobacillus casei LAFTI L26).

1.2.2 Sustrato de liofilización

El sustrato harina de lenteja ger-minada fue donado por el grupo

de investigación Gemnca (Grupode Estabilidad en Medicamentos,Cosméticos y Alimentos) de la Uni-

versidad de Antioquia, utilizándosecomo medio de cultivo para el cre-cimiento de la cepa Lactobacilluscasei LAFTI L26.

1.2.3 Criopreservación

En esta se evaluó el volumen másapropiado de medio de cultivo porutilizar. Se empleó erlenméyer de 250

mL, llevando el volumen de medio decultivo máximo hasta 100 mL. A estosse les adicionaron los crioprotectores,compuestos por un agente protec-tor, un tampón y un estabilizante demembrana, los cuales se llevaron auna temperatura de -70 °C (22, 23,27, 41, 42, 45] en un ultracongeladorEVERmed Medical Refrigeration. Seevaluaron varias concentraciones de

10%, 20% y 40% de los crioprotecto-res glucosa, inositol y yema de huevoy un conglomerado entre los tres en lacepa evaluada.

1.2.4 Liofilización

El sustrato crioconservado se liofi-lizó en el equipo Syclon -18N. Elciclo de funcionamiento inició conunos parámetros de temperatura decondensación a -70 °C y tempera-tura de medio a -40 °C, con unapresión de vacío que descendióentre 35 y 10 Pa. Una vez conclui-do el proceso de liofilización, elmaterial liofilizado se almacenó entubos cónicos de 50 mL, y se rotu-

ló con información pertinente paralos análisis. El almacenamiento serealizó a temperatura ambiente.




146


2.1 Fase 1. Crecimiento deLactobacillus casei LAFTI L26sobre lactosuero dulceen laboratorio

La Figura 1 presenta los resulta-dos de un análisis cinético de tresunidades experimentales bajo el

mismo tratamiento en ambos me-dios de cultivo. De igual forma, serepresentan los perfiles de biomasaproducida por el microorganismocon respecto al tiempo de incu-bación; en estos experimentos sedejó constante la concentracióninicial de inóculo (10%) [15] [11][12], tanto en el MRS como en ellactosuero dulce (concentración desuero dulce: 10 g L-1).

Figura 1. Curva de crecimiento de Lactobacillus casei LAFTI L 26, cultivo en MRS (◊)y lactosuero dulce (¡), pH en MRS (æ) y pH en lactosuero dulce (x)

0 5 10 15 20

20

17

14

11

8

5

5,8

5,4

5,0

4,6

4,2

3,8

3,4

3,0

Tiempo (h)

Fuente: Propia.

La ganancia en biomasa durante lafermentación expresada en célulasviables Log UFC mL-1 fue de 7,68± 0,46 a 19,44 ± 0,24, lo que repre-senta más del doble en ciclos loga-rítmicos bacterianos en lactosuero,y en MRS pasó de 7,40 ± 0,19 a

20,56 ± 0,32. Estadísticamente, nose encontraron diferencias significa-tivas entre la biomasa generada en

MRS (valor p = 0,235) y lactosuero(valor p = 1,814). En este estudio seprodujo 19,44 ± 0,24 log UFC/mL,a diferencia de otros autores, quie-nes han producido biomasa viableen lactosuero dulce que alcanzavalores de 6 log UFC/mL [16], 10

log UFC/mL [11], 5,17 log UFC/g[17], 9,71 log UFC/g [18], 6,68 logUFC•g-1 [7], 10 log UFC/g [10],



147


12 log UFC mL-1[14]. Es probableque la razón por la cual otras inves-tigaciones tengan menos biomasaviable que la de este estudio hayasido por la influencia de fenóme-nos, entre los que se incluye la uti-lización secuencial de los sustratosinduciendo estrés en el microorga-nismo y cometabolismo de los sus-tratos [19], lo que se vio reflejadoen la viabilidad bacteriana o en la

inducción a otros flujos de carbonodiferentes a la biomasa; un ejemplode ello puede ser la producción deácido láctico u otro metabolito. Enesta investigación se eligió el sus-trato en función de la regulación dela elección de fuentes de carbonodada por control metabólico (ni-vel enzimático) y a nivel genético

(síntesis de proteínas), aunque nofueron monitoreadas en el procesoexperimental. Por bibliografía se co-noce que el comportamiento es me-jor cuando se trabaja con cepas dereferencia que nativas; estas últimasposeen comportamientos menosconocidos.

El comportamiento de los azúca-res en los medios de cultivo (lac-

tosuero y MRS) se observa en laFigura 2, en donde los porcentajesde consumo de la fuente de carbo-no para cada uno de los medios decultivo son: glucosa (MRS) 76,43%± 0,57, lactosa (lactosuero) 6,94%± 0,06, glucosa (lactosuero) 100%± 0,01 y galactosa (lactosuero)100% ± 0,06.

Figura 2. Curva de crecimiento de Lactobacillus casei LAFTI L 26, expresada en bio-masa en MRS (◊) y lactosuero dulce (¡), consumo de glucosa (g L-1) en MRS (D),lactosa (g L-1) (x), glucosa (g L-1) (æ) y galactosa (g L-1) (•) en lactosuero dulce.

0 5 10 15 20

25

20

15

10

5

0

20

15

10

5

0

Tiempo (h)

Fuente: Propia.

Del mismo modo, se analizó es-tadísticamente el factor: medio decultivo y su influencia en la pro-

ducción de ácido láctico junto conel tiempo. Se encontró que haydiferencia estadística significati-




148

va entre el medio de cultivo MRS(valor P = 0,00) y lactosuero (valorp = 1,99) con respecto a la pro-ducción de ácido láctico, compro-bándose que es considerablementemayor en el primer medio de cultivo.

El criterio para seleccionar la con-centración con mejor desempeñofue menor producción de ácidoláctico generador de estrés micro-

biano. Asimismo, se buscaba buenaproducción de biomasa en células

viables [20] junto con un pH que noestuviese por debajo de 5, y final-mente escoger el tratamiento quemenos remanentes de lactosa tuvie-se al final de la fermentación.

En la Figura 3, se muestran las di-ferentes concentraciones de lacto-suero dulce (10 g/L, 1 g/L, y 0,1 g/L)evaluadas en 250 mL teniendocomo variable de respuesta la pro-

ducción biomasa viable y lactosadisponible.

Figura 3. Influencia de diferentes concentraciones de lactosuero dulce (300 g L-1 a 0,1g L-1) fermentadas con Lactobacillus casei LAFTI L26 después de 12 horas de fermen-tación, sobre la biomasa (células viables Log UFC mL-1) (•), y la concentración delactosa (g L-1) (3 / 4) presente en el medio.

0 100 200 300

25

20

15

10

5

0

200

150

100

50

0

Lactosuero dulce g L-1

Fuente: Propia.

Las concentraciones por encima de30 g/L de lactosuero dulce tienenremanentes altos de lactosa: fuentede carbono no utilizada por el mi-croorganismo; así, a menor canti-

dad de lactosuero, el consumo fuecasi total y con los mismos rendi-mientos de biomasa.

2.1.1 Crecimiento de Lactobacilluscasei LAFTI L26 sobre

Lactosuero dulce en sistemabiorreactor a 5 L

La Tabla 1 presenta los datos obte-nidos después de 12 horas de fer-mentación de lactosuero dulce por



149


parte de microorganismos Lactoba-cillus casei LAFTI L26, en la cualse observa que la viabilidad celu-lar (conteo de células viables) nodisminuye significativamente, así

se modifique la concentración desustrato (0,1 g/L, 1,0 g/L o 10 g/L)lo que demuestra que el microor-ganismo crece con poca cantidadde sustrato biodisponible.

Tabla 1. Condiciones de operación en biorreactor a volumen operativo de 5 Lde lactosuero dulce. Valor medio ± desviación estándar, n = 3.

Condiciones de operación en biorreactor a volumen operativo de 5 L

Cantidad de sustrato (lactosuero g L-1) 0,10 ± 0,94 1,00 ± 0,87 10,00 ± 0,34

Sustrato inicial (lactosa g L-1) 0,049 ± 0,87 0,51 ± 0,82 5,49 ± 0,23Sustrato inicial (glucosa g L-1) 1,56 ± 0,87 0,70 ± 0,75 1,58 ± 0,31

Sustrato inicial (galactosa g L-1) 0,10 ± 0,0 0,0 ± 0,0 0,12 ± 0,0

Tiempo de fermentación (h) 12 12 12

Conteo de células (viables Log UFC mL-1) 13,43 ± 0,00 12,47 ± 0,00 14,72 ± 0,00

Ácido láctico g L-1 1,52 ± 0,88 1,74 ± 0,65 1,84 ± 0,54

pH final 4,02 ± 0,0 4,08 ± 0,0 4,29 ± 0,0

Fuente: Propia.

De igual forma, se correlacionan losresultados obtenidos a nivel de 250mL con los arrojados por los expe-rimentos a nivel de biorreactor enmodo lote para la producción de bio-masa probiótica [17], especialmenteel efecto amortiguador del pH y lasproductividades de ácido láctico.Para estos experimentos el inóculo

de células viables estuvo alrededorde 7 log UFC mL-1, y en 12 horasde fermentación se obtuvo el doblede microorganismos en ciclos loga-rítmicos, biotipos que incorporadosa una matriz alimenticia [21] ejer-cen un efecto benéfico tanto para elalimento como para el consumidor[22]. Otros autores mencionan una

única administración oral diaria de 9log UFC mL-1, aunque en algunoscasos puede ser mayor [23].

2.2 Fase 2. Liofilización de Lactoba-cillus casei LAFTI L 26 en harinagerminada de lenteja (HGL)

A pesar de los buenos resultadosobtenidos en la producción de bio-masa probiótica, la composiciónfisicoquímica del suero fermentadocon la cepa probiótica no resultóser idónea para el proceso de liofi-lización de dicho microorganismo.Se procedió a realizar una investi-gación paralela que utilizara otrosustrato de crecimiento, harina delenteja germinada (HGL), y que asu vez con la adición de un con-glomerado de compuestos ayuda-ra al microorganismo probiótico a

ser viable bajo las condiciones decriopreservación y posterior liofili-zación anteriormente descritas.




150

La Figura 4 muestra la cinética decrecimiento de Lactobacillus ca-sei LAFTI L26 en harina de len-teja germinada (HLG) comparadocon el medio convencional MRS,

en donde se observa que la can-tidad de células viables (UFC/mL)se incrementa al usar HGL fren-te al medio de cultivo tradicionalMRS.

Figura 4: Crecimiento de Lactobacillus casei LAFTI L26 en UFC con respecto al tiempoen harina de lenteja germinada, HLG (◊) y MRS (¡)

0 5 10 15 20 25

250

200

150

100

50

0

Tiempo (h)

Fuente: Propia.

Con los buenos resultados de HGLcomo medio de crecimiento paraLactobacillus casei LAFTI L 26, serealizaron ensayos que permitie-ran encontrar una mezcla de con-servantes idónea para el posteriorpaso de liofilización (ver Tabla2). Acorde con los resultadosexpuestos en la Tabla 3, el con-

glomerado (mezcla de glucosa,inositol y yema de huevo) al 40%resultó ser más efectivo comoagente crioprotector y dentro delproceso de liofilización posterioral que fue sometido el microorga-nismo probiótico crecido en HLGy durante un tiempo de liofiliza-ción de 24 horas.

Tabla 2. Efectividad de los diferentes crioprotectores en la crioconservación, en diferentesconcentraciones (10%, 20%, 40%) expresada en UFC/g de muestra. NC: No contables.

TratamientosCrioconservación. Concentración de los agentes criopreservantes

10% 20% 40%

Glucosa NC 598 x 10-6 176 x 10-6

Inositol NC 429 x 10-6 492 x 10-6

Yema de huevo NC 575 x 10-6 NC

Conglomerado NC NC NCGlicerol 84 x 10-6

Fuente: Propia.



151


Los datos reportados como (NC) sondebido a la gran cantidad de UFC/g,pero son tomados para corroborar la

Tabla 3. Efecto de la liofilización en diferentes tiempos para la cepa Lactobacillus ca-sei LAFTI L26 calculando las diferentes concentraciones de crioprotectores utilizados.

TratamientosLiofilización 24 horas Liofilización 48 horas

10% 20% 40% 10% 20% 40%Glucosa 131 x 10-6 428 x 10-6 103 x 10-6 115 x 10-6 110,5 x 10-6 120,5 x 10-6

Inositol 100 x 10-6 102 x 10-6 107 x 10-6 106 x 10-6 102,5 x 10-6 105,5 x 10-6

Yemade huevo 156 x 10-6 734 x 10-6 410 x 10-6 201 x 10-6 127 x 10-6 631 x 10-6

Conglomerado 1091 x 10-6 2126 x 10-6 NC 241 x 10-6 294 x 10-6 513 x 10-6

Fuente: Propia.

3. Conclusiones

El lactosuero mostró ser un excelen-te medio de cultivo para la bioau-mentación de Lactobacillus casei LAFTI L26 a nivel de biorreactor, locual hace promisorio el uso de esteresiduo lácteo a nivel industrial; sinembargo, para generar un bioin-grediente deshidratado y comer-cializable a través del proceso de

liofilización, se hace necesario ex-plorar otro tipo de sustrato, como laHGL, que ofrezca mejor proteccióna condiciones extremas de presión ytemperatura.

El proceso de crioconservaciónmuestra que el uso de conglomera-dos presenta una protección eficazfrente a las condiciones de tempera-tura extremas; este proceso puede re-plicarse para la conservación de otro

tipo de bacterias acidolácticas y parala obtención de bioingredientes.

Se hace necesario realizar estudiosposteriores en los que se cuentecon infraestructura adecuada parael procesamiento down stream dela biomasa obtenida en biorreac-tor, esto es, centrifugación y liofili-

zación de tamaño equivalente.

4. Agradecimientos

Se agradece al SENA Tecnopar-que Nodo Medellín (Línea Biotec-nología) y al grupo de Bioali dela Escuela de Microbiología de laUniversidad de Antioquia por suapoyo en la realización del presen-te proyecto.

eficacia de los crioprotectores utili-zados en la crioconservacion y pos-terior liofilización.




152

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Determinación de los parámetros cinéticosde la fermentación en batch de una bebidade panela con gránulos de kéfir de agua nativoDetermination of kinetic parameters in batchfermentation of a beverage from brown native

kefir grains

Laura Jassiel Muñoz Puerta, investigadora Grupo Biotecnologíade Alimentos BioAli. Talento Tecnoparque SENA nodo Medellín,[email protected]

Karina Edith Motato Rocha, docente investigadora Departamento deAlimentos Universidad de Antioquia, Facultad de Química Farmacéutica.Grupo de investigación BioAli,[email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENATecnoparque Sena nodo MedellínRegional Antioquia




155


RESUMEN

Se propusieron modelos matemáticos para la descripción delcomportamiento cinético del crecimiento celular, consumode sustrato y formación de producto (ácido y etanol) para grá-nulos de kéfir de agua en fermentaciones en batch. Los datosfueron obtenidos cada 12 h de una serie de fermentacionesen lote realizadas a 30 °C y 130 RPM durante 4 días, con unaconcentración de inóculo de 86,66 g/L y una concentraciónde sustrato (panela) de 103,83 g/L. Se determinó grado alco-hólico, azúcares reductores, acidez y biomasa de gránulos

de kéfir utilizando los siguientes métodos: destilación direc-ta, UV-VIS método DNS (ácido dinitrosalisiclico), acidez ti-tulable con solución valorado NaOH 0,1N y peso húmedogravimétrico, respectivamente. Fueron usados modelos pre-existentes para estimar los parámetros cinéticos del kéfir deagua minimizando la diferencia entre las predicciones y losdatos observados. Los modelos desarrollados mostraron unbuen ajuste a los datos experimentales, presentando todas lasregresiones coeficientes de determinación mayores de 0,97.

Palabras clave: kéfir, fermentación batch, simulación.

ABSTRACT

Mathematical models were proposed to describe the cellgrowth, substrate consumption and product formation ki-netic behavior in water kefir batch fermentation. The datawas obtained each 12 h from a series of batch fermentationcarried out at 30 °C and 130 rpm during 4 days, with an

inoculate concentration of 86,66 g/L and a substrate con-centration of 103,83 g/L. Alcohol content, reducing sugars,acidity and kefir grain biomass was determined using thefollowing methods: direct distillation, UV-VIS DNS method(dinitrosalisiclico acid), titratable acidity with 0.1 N NaOHsolution valued and gravimetric wet weight respectively.These data were used to estimate the water kefir kineticparameters adjusting them to existing models minimizingthe difference between the predicted and experimental

data. The developed models showed well adjustment atexperimental data, all the determination coefficients werehigher than 0.97.

Keywords: Kéfir, Batch Fermentation, Simulation.



Determinación de los parámetros cinéticos de la fermentación en batch de una bebida de panela congránulos de kéfir de agua nativo, L. Muñoz, K. Motato

156

INTRODUCCIÓN

Los gránulos de kéfir de agua sonuna comunidad microbiana confor-mada por una estructura exopolisa-cárida donde conviven en simbiosisdiversos microorganismos (bacteriasacidolácticas, bacterias acéticas ylevaduras) (1). Los metabolitos pro-ducidos en la fermentación tienen

aplicaciones industriales importan-tes. El ácido láctico es empleadocomo acidulante conservante en laindustria alimentaria y tiene nume-rosas aplicaciones en la industriafarmacéutica, del cuero y de textiles(2). El etanol es utilizado en la elabo-ración de bebidas alcohólicas, comosolvente químico industrial, en laindustria cosmética, como agente

desinfectante en aplicaciones mé-dicas y como combustible (3). Paraaprovechar de manera eficaz lasventajas que presentan determina-dos microorganismos, es necesarioconocer su respuesta ante los diver-sos factores que pueden variar en losambientes en los cuales se manejan(4). Modelar la producción de me-

tabolitos tiene ventajas como simu-lación del proceso, disminución decostos en la experimentación, esti-mación de parámetros, optimizaciónmatemática y control del proceso (5).

Nomenclatura y unidades

x: Concentración de biomasa

μmax

: Tasa específica de crecimiento ce-lular (h-1)

xmax

: Concentración de biomasa máxima

p: Concentración de producto

A: Tasa específica de formación de pro-ducto debido al crecimiento celular

B: Tasa específica de formación de pro-ducto debido al mantenimiento celular

(h-1

)

P: Concentración de metabolito

S: Concentración de sustrato

C: Tasa específica de consumo de sustra-to debido al mantenimiento celular

D: Tasa específica de consumo de sustra-

to debido al mantenimiento celular (h-1

)

1. Experimentación

1.1 Microorganismo

Los gránulos de kéfir de agua utili-zados en el presente estudio fueron

proporcionados por el grupo de in-vestigación BioAli (Biotecnologíaen Alimentos: grupo de investiga-ción adscrito a la Universidad deAntioquia, Medellín [Colombia].Los gránulos se reactivaron toman-do 700 g de estos y se llevaron a2 L de solución de panela al 10%p/p, dejando fermentar por 24 ho-ras en frasco hermético de vidriocon escape de gas a temperaturaambiente (25 °C).



157


1.2 Medio de cultivo

Panela en polvo adquirida en em-presa de la ciudad de Medellín, fueempleada en cada uno de los ex-perimentos, diluyéndose con aguaa una concentración de 103,83 g/L.

1.3 Condiciones de crecimiento

Se realizó montaje en erlenméyera escala de 500 mL sellado hermé-ticamente con tapón de caucho yescape de gas para propiciar unaatmósfera anaerobia en un agitadororbital con control de temperatura(Thermo Scientific maxo 4000) a30 °C, 130 RPM y durante un tiem-po de 4 días. La concentración ini-cial de biomasa fue de 88,66 g/L.

1.4 Métodos analíticos

La producción de etanol fue deter-minada por el método de destilacióndirecta en un destilador marca VELPScientificaUDK-142. La formaciónde ácidos fue determinada por elmétodo de titulación ácido base con

NaOH 0,1 N. El consumo de sustratofue determinado por el método DNS(ácido dinitrosalicílico) para azúcaresreductores y la formación de bioma-sa de kéfir de agua se determinó porpeso seco en estufa de circulaciónforzada marca Binder a 105 °C.

1.5 Modelos matemáticos

Un modelo que se adapta bien alas fermentaciones en batch es la

ecuación logística o de Verhulst(Ecuación 1) (8).

Esta ecuación diferencial se puederesolver por el método de separa-ción de variables, obteniendo:

donde x0 y xmax son la concentra-ción inicial y máxima de biomasa,respectivamente, y μmax es la tasaespecífica de crecimiento máxima.La Ecuación 2 es conocida comofunción logística (9).

Para describir la producción deácido láctico y alcohol es posible

emplear la ecuación de Luedi-king-Piret (Ecuación 3), que tieneen consideración el crecimiento yel mantenimiento celular.

Los parámetros A y B son constan-tes asociadas con la producción delmetabolito debido al crecimiento yal mantenimiento celular, respecti-vamente. P es la concentración demetabolito (ácido o alcohol).

El consumo de sustrato se ajustó a unmodelo diferencial similar al de laEcuación 3, tan solo que en este casolas constantes asumen valores nega-

tivos indicando así un consumo. LaEcuación 4, llamada ecuación dePirt, muestra lo antes mencionado.




158

Los parámetros C y D son constan-tes asociadas al consumo de sus-trato, debido al crecimiento y almantenimiento, respectivamente.S es la concentración de sustrato.

El objetivo del presente estudio fuedeterminar los parámetros cinéti-

cos ( xmax, µmax, A, B, C y D) del kéfirde agua en fermentación en batch.

1.6 Métodos numéricos

Para la estimación de los valores cal-culados del modelo se implementóel método de Runge-Kutta de cuartoorden (10). Para todos los casos la

función objetivo por minimizar fue:

donde Pi es el dato experimental

y P es el resultado obtenido por el

modelo. La optimización de los di-ferentes parámetros se realizó conla ayuda de Solver, una utilidad in-tegrada en la aplicación Excel® delpaquete de software de MicrosoftOffice 2007.


Los parámetros cinéticos obtenidos

del modelo de crecimiento (Ecua-ción 1), además del valor R2, sepresentan en la Tabla 1. Se pue-de observar que el modelo de laEcuación 2 ajusta bien los datosexperimentales Figura 1 (a); com-portamiento similar se ha reporta-do para otros estudios en kéfir deagua (11) donde Zajšek y Goršek

determinan los parámetros cinéti-cos para el crecimiento de gránu-los de kéfir y obtienen velocidadesde crecimiento de hasta 0,042 h-1;así como Bouguettoucha lo descri-be para otros microorganismos enfermentaciones en batch (8).

Tabla 1. Resultados del ajuste para el crecimiento de biomasa

Xmax(gL-1)

Umax(h-1)

X0

(gL-1)R2

235,74 0,059 83,32 0,993

La ecuación de Verhulst (Ecuación 1)expresa el comportamiento logísticode la fermentación del kéfir, mos-

trando un crecimiento exponencialal comienzo de la fermentación yralentizándose al final, ajustándose

así al crecimiento logístico donde lapoblación crece con una velocidadproporcional al número de indivi-

duos, pero a su vez la tasa de creci-miento se limita por la competenciapor los recursos limitados.



159


El valor de X0 reportado en la Tabla1 representa el valor inicial de labiomasa que optimiza la regresiónpor mínimos cuadrados, siendo di-ferente de la cantidad real inicial debiomasa. El valor de Xmax repre-senta la cantidad de biomasa quese obtendría si se dejara un tiempoindefinido el montaje experimentalbajo las condiciones específicas dela experimentación.

Los parámetros cinéticos para la pro-ducción de etanol se muestran en laTabla 2. A y B representan la tasa deformación de etanol debido al creci-miento y al mantenimiento celular,respectivamente. De la Ecuación 3 yde los resultados de la Tabla 2 se ob-serva que el aporte más significativo ala producción de etanol proviene delcrecimiento celular ya que A es variosórdenes de magnitud mayor que B.

Tabla 2. Resultados del ajuste para la producción de etanol

A B (h-1) R2

0,2749 4,229E-04 0,983

Tabla 3. Resultados del ajuste para la producción de ácido

A B (h-1) R2

0,0365 1,258E-04 0,994

Tabla 4. Resultados del ajuste para el consumo de sustrato

C D (h-1) R2

0,4517 1,006E-03 0,972

Debido a que el modelo ajustadopara la producción de ácidos es elmismo que el usado para el etanol,las observaciones formuladas parala cinética de este alcohol son igual-mente válidas para la formación deácidos, teniendo presente que losresultados de la determinación dela cantidad de ácido fueron expre-sados en términos de ácido lácticoequivalente (Tabla 3), sin descono-

cer que en realidad el kéfir de aguaproduce una variedad de ácidosorgánicos (8). El modelo de Luedi-

king-Piret (Ecuación 3) selecciona-do para ajustar el comportamientode la producción de etanol y ácidosmuestra un buen ajuste para ambosmetabolitos Figuras 1 (b), 1 (c). Elmodelo diferencial de la Ecuación 3indica una dependencia directa en-tre las actividades metabólicas diri-gidas a la obtención de energía y lacreación de un metabolito, atribu-yendo una parte de la formación al

crecimiento celular (primer términode la ecuación) y la otra al mante-nimiento celular (segundo término).




160

Figura 1. (a) Producción de biomasa vs. tiempo. (b) Producción de etanol vs. tiempo.

(c) Producción de ácidos vs. tiempo. (d) Consumo de sustrato vs. tiempo.

0

(a) (b)

(c) (d)

20

Tiempo (h)

Biomasa experimental (g/L) Biomasa calculada (g/L)

40 60 80 100

250

230

210

190

170

150

130

110

90

70

50

0 20

Tiempo (h)

Alcohol experimental (g/L)Alcohol calculado (g/L)

40 60 80 100

60

50

40

30

20

10

0

0 20

Tiempo (h)

Ácido experimental (g/L)Ácido calculado (g/L)

40 60 80 100

8,0

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

0 20

Tiempo (h)

Sustrato experimental (g/L)Sustrato calculado (g/L)

40 60 80 100 120

120

100

80

60

40

20

0

-20

La ecuación de Pirt (Ecuación 4), em-pleada para modelar el consumo de sus-

trato, muestra un buen ajuste estadístico;sin embargo, es posible observar en laFigura 1 (c) que se pierde la capacidadpredictiva del ajuste para cuando la fer-mentación está llegando a su fin.

3. Conclusiones

La ecuación logística (Ecuación 1) es unmodelo cinético apropiado para la des-cripción de la producción de biomasapara el sistema batch especificado enla experimentación del presente estu-dio. Autores como Tramšek y Goršek(12) destacan este tipo de ecuacionespara representar el crecimiento micro-biano del kéfir; por su parte, el modelode Luediking-Piret (Ecuación 3) mostrópredecir de manera acertada tanto la

producción de etanol como la de áci-dos, dando a entender así la naturalezaprimaria de ambos metabolitos.

La ecuación de Pirt (Ecuación 4) mos-tró seguir el comportamiento general

del consumo de sustrato, con algunaslimitaciones al final de la fermentación.

Finalmente, se resalta la posibilidadde un mejor ajuste utilizando modelosmás complejos como los empleadosen crecimiento diáuxico, ya que tienenen consideración la utilización de dossustratos, primero aquel que permiteun más rápido crecimiento, como hasido reportado por Guerra y otros au-tores para otros microorganismos (13).

4. Agradecimientos

Se agradece a SENA TecnoparqueNodo Medellín (Línea Biotecnología)y al grupo de Biotransformación de laEscuela de Microbiología de la Univer-sidad de Antioquia.



161


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Biorremediación de suelos contaminadoscon plaguicidas: Caso real en el SENA.

Una opción tecnológica para el manejode pasivos ambientales

Bioremediation of soil contaminated with pesticides:SENA case. A technological option for the management

of environmental liabilities

Marta Lucia Hernández Ángel, líder del grupo de investigación GIRNA,instructora del área ambiental en el Centro de los Recursos NaturalesRenovables La Salada,[email protected]

Juan Pablo Salazar Giraldo, Instructor Centro de Recursos Naturales Reno-vables La Salada. Semillero de Investigación – SEMIBA – Grupo de Investi-gación GIRNA,

[email protected]

Ferney Mauricio Betancur, encargado de los procesos de biorremediacióndel cementerio del Centro La Salada,[email protected]

Daniel Escobar Correa, aprendiz del programa Tecnólogo en ControlAmbiental,[email protected]

Catalina García, aprendiz del programa Tecnólogo en control ambiental,[email protected]

Servicio Nacional de Aprendizaje - SENACentro de formación al que pertenece: Centro de los Recursos NaturalesRenovables La SaladaRegional Antioquia

FECHA DE RECEPCIÓN:FECHA DE ACEPTACIÓN:



163


RESUMEN

La contaminación por plaguicidas en suelo deja cada vez mássecuelas al ambiente. El SENA en el CRNR La Salada tenía unode los cementerios de plaguicidas identificados en los comporta-mientos orgánicos persistentes (COP), por error fue abierto y deallí fueron retirados los residuos. La institución en su compromisode protección ambiental realizó la biorremediación de la zonacon resultados positivos.

La investigación efectuada tenía como objetivo establecer unametodología aplicable al caso del SENA para biorremediar lossuelos contaminados con plaguicidas COP, que permita cum-plir la normatividad ambiental y fijar un protocolo técnico,tecnológico, en este tipo de procesos de descontaminación. Lametodología tuvo ajustes durante su desarrollo, en función delos resultados obtenidos, teniendo presente que lo más impor-tante era la disminución de los contaminantes Aldrín y Dieldríndel suelo, que se logró en un 99,3%.

Palabras clave: biorremediación, plaguicidas, descontamina-ción, xenobióticos, bioestimulación, bioaumentación.

ABSTRACT

Pesticide contamination in soil leaves more harmful conse-quences to the environment. The Center of Renewable Natu-ral Resources La Salada had underground buried pesticidesthat were identified as POPs (Persistent Organic Pollutants); theground was digged and the pesticides waste was removed bymistake. The institution's commitment to environmental protec-tion conducted bioremediation to the area with positive results.The investigation aimed to establish a methodology applicableto the case of SENA to bioremediate the POPs pesticide contam-inated ground; it allows compliance with environmental regu-lations and establishes a technical and technologic protocol inthis type of soil decontamination processes. The methodologyhad adjustments during the development of this decontamina-tion process, according to the results obtained; bearing in mindthat the most important was the reduction in soil of Aldrin and

Dieldrin, which was achieved in 99.3%.Keywords: Bioremediation, pesticides, decontamination, xe-nobiotics, biostimulation, bioaugmentation



Biorremediación de suelos contaminados con plaguicidas: Caso real en el SENA. Una opcióntecnológica para el manejo de pasivos ambientales, M. Hernández, J. Salazar, F. Betancur, D. Escobar

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INTRODUCCIÓN

Colombia es un país joven en lanormatividad ambiental, la que seha ido cambiando según necesi-dades internas y acuerdos interna-cionales; desde la década de los80 hasta hoy la disposición sobreenvases contaminados y con resi-duos de plaguicidas ha variado no-

tablemente, convirtiéndose estosen pasivos ambientales que unidosa los procesos de COP ha lleva-do al país a revisar los existentesy buscar soluciones a problemas,lo que implica altos costos para sutratamiento y disposición final, per-sonal capacitado y tecnologías queapenas empiezan a llegar al país,lo que hace más difícil la situaciónpara poder resolverla. Algunos deestos se han identificado en granjasdel SENA, instituciones educativasy en otras entidades que tienen en-tierros desde las décadas de los 70y 80 cuyos materiales eran usadospara aplicar en cultivos y capacitara los agricultores sobre su uso.

En el Centro de los Recursos Na-turales Renovables (CRNR) La Sa-lada se encontraron dos zonas deentierros de plaguicidas, que fue-ron retirados, y en las cuales losprocesos de biorremediación delsuelo se realizaron aplicando lastecnologías de bioaumentación ybioestimulación con microorganis-

mos nativos del sitio de entierro delos residuos de pesticidas.

1. Los plaguicidas

Aunque existen muchas definicio-nes de pesticidas o plaguicidas, laFAO (Organización para la Agricul-tura y la Alimentación de las Nacio-nes Unidas) y desde el aspecto desalud OMS (Organización Mundialde la Salud), la plantean como cual-quier sustancia que es usada paraprevenir, destruir, atraer, repeler ocombatir cualquier plaga o especieno deseada de plantas o animales,durante la producción, almacena-miento, transporte, distribución yprocesamiento (Jiménez & Peñuela,2010; García & Rodríguez, 2012;Mohammad & Landeros, 2007).

Estos cada vez presentan más varie-

dad, por lo que su clasificación noestá estandarizada; se categorizansegún la naturaleza química, gradode toxicidad y persistencia en elambiente, entre otras. Algunas deestas categorías son (Jiménez & Pe-ñuela, 2010; Uzcátegui, Araújo &Mendoza, 2011):

• Tipo de organismo blanco: her-bicida, rodenticida, insecticida,fungicida, acaricida, nematici-da, entre otros.

• Naturaleza química: compues-tos organofosforados, organoclo-rados, carbamatos, piretroides,triazinas, entre otros.

• Toxicidad según la OMS: ex-presada como DL50 (dosis re-



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querida para matar al 50% de lapoblación objeto de estudio), haclasificado los pesticidas en cua-tro categorías: extremadamentepeligrosos, altamente peligrosos,moderadamente peligrosos ypoco peligrosos.

• Persistencia en el ambiente: per-sistentes, poco persistentes o nopersistentes.

2. La biorremediación

La biorremediación se define comoel uso de plantas, bacterias, hongos,y otros microorganismos para solu-cionar problemas de contaminaciónambiental, ya sea en suelos, agua oaire. En los procesos de depuraciónnatural los microorganismos y plan-tas degradan la materia orgánica ylos contaminantes usándolos comofuente de energía en algunos casos(Cortón & Viale, 2006; Ordaz, Mar-tínez, Ramos, Sánchez, Martínez,López & Cuevas, 2011).

Cuando un contaminante orgánico

o inorgánico es liberado al ambien-te, algunos de los microorganismosy plantas mueren según la concen-tración de aquel; algunos logransobrevivir, adaptándose a estos con-taminantes y degradándolos en lamayoría de casos (Uzcátegui et al .,2011). De este hecho se aprovecha labiorremediación, al identificar y ob-

tener esos microorganismos que concondiciones adecuadas de nutrientesy oxígeno logran reproducirse en

medios nutritivos específicos segúnsus características taxonómicas. Poresa razón la biorremediación se con-vierte en una respuesta biológica dela naturaleza ante la contaminación(Cortón & Viale, 2006; Mosquera &Peñuela, 2009).

3. Aplicaciones de los proce-sos de biorremediación

La situación de alto consumo deplaguicidas que se da en el país hallevado a que en un aspecto comola disposición y biorremediaciónde zonas de explotaciones agrope-cuarias que tienen áreas que ya nopueden usarse por el nivel de con-taminación, la biorremediación se

ofrezca como una opción tecno-lógica que también puede ser em-pleada para biorremediar aguas ysuelos contaminados con plaguici-das, hidrocarburos, PCB y/o meta-les pesados que surgen de procesosmineros, residuos de acerías, cur-tiembres e industriales en generalque presenten algunos componen-tes contaminantes (Uzcátegui et al .,

2011; Chavarría, 2008; Piragauta,Mojica & Baquero, 2006).

4. La biorremediación en elCRNR La Salada

En septiembre de 1988, sesentaaprendices de cursos de Agricultura

y Ganadería realizaron un entierroecológico de productos con fechade vencimiento cumplida, entre




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los cuales se encontraban: herbici-das, insecticidas, drogas veterina-rias, fertilizantes, ácidos, néctares yesencias, entre otros, en el CRNR LaSalada. Se abrió un hueco de 2 mde largo por 1 m de ancho y 1,50de profundidad, y se tapó con variascapas de la siguiente manera: cal,residuos con mayor peligrosidad,tierra, cal, elementos menos peli-grosos, cal y tierra (Bernal, 2007).

En el año 2007 se inició la exca-vación en forma manual en ellugar especificado en el acta deseptiembre de 1988, lugar que es-taba identificado con un pequeñomontículo. A 5 cm de la superficiese encontraron las primeras tresbotellas con residuos de herbici-

das, fungicidas y molusquicidas; secontinuó con la excavación hastallegar a un 1,90 m de profundidadsin encontrar otro residuo y obser-vando que el perfil del terreno noestaba modificado. Se realizaronnuevas excavaciones en forma deespina de pescado descartandotoda posibilidad en el área; se hi-cieron tres espinas, encontrando

residuos solo al final de una, endonde se encontraron otras tresbotellas con residuos tóxicos. Auna distancia aproximada de 2 mdel lugar inicialmente identifica-do se continuó con las excavacio-nes hasta llegar a un sitio dondese encontraron residuos a 1,10 mde profundidad, esparcidos en un

área de aproximada de 4 m2

, habíagran variedad de residuos herbici-

das, plaguicidas, droga veterinaria,fungicidas y molusquicidas. En otroextremo, a una profundidad de 1,5m, se encontró una cantidad de re-siduos, la gran mayoría en envasesde vidrio con plaguicidas, con unvolumen aproximado de un litro enun área aproximada de 2 m2 (Ber-nal, 2007).

Posteriormente se tomó la decisión

de realizar la biorremediación dela zona, en donde se buscó aislarlos microorganismos biorremedia-dores a partir de muestras de sue-lo afectadas, se hicieron ensayosexperimentales para hallar la do-sis óptima de microorganismos ynutrientes para este proceso. Eneste caso para el Centro La Salada,se formularon para este problemade investigación las siguientes pre-guntas:

¿Cuáles son los consorcios mi-crobianos presentes en el suelocontaminado con los plaguicidas,principalmente Aldrin y Dieldrin,en el Centro La Salada y cuál es surelación con las características fisi-

coquímicas y biológicas del suelo?¿Existe un procedimiento de biorre-mediación que disminuya la con-centración de los plaguicidas y quepueda ser replicado en otros sitios?

En el plan de la Figura 1 se presen-tan la ubicación de la zona con-taminada con plaguicidas en el

CRNR La Salada y las zonas segúnnivel de contaminación.



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Figura 1. Plano de las zonas de cementerios de plaguicidas (Betancur, Arias y Hernan-

dez, 2010, 1)

5. Materiales usados

La biorremediación de los plaguici-das, principalmente Aldrin y Diel-

drin, se realizó en condiciones delaboratorio y de campo, esta últimaen las dos zonas contaminadas dedonde se retiraron los entierros deplaguicidas en el CRNR La Salada delSENA, localizado en el municipio deCaldas (Antioquia). El área de estudiopertenece a la zona de vida bosquemuy húmedo premontano, 1750 m.s. n. m. Esta formación ecológica tie-ne una temperatura media anual en-tre 12 oC y 20 oC.

Durante la investigación se desarro-llaron las siguientes actividades: 1)muestreo y caracterización fisico-química, microbiológica y ecotoxi-cológica del suelo; 2) aislamiento deconsorcios biorremediadores; 3) vali-

dación de las técnicas de análisis; 4)ensayo experimental en el laborato-rio; 5) biorremediación en el campo;

y 6) seguimiento y control con análi-sis fisicoquímicos, microbiológicos yecotoxicológicos del suelo (Betancur,Arias & Hernández, informe cemen-terio de agroquímicos, 2011).

5.1 Caracterización del suelo

Las muestras de suelo fueron toma-das de acuerdo con los protocolosde la norma para sitios contamina-dos (Icontec, 1993), a 60, 1,5 y 2,30m de profundidad, se les determina-ron las características fisicoquímicasy microbiológicas siguiendo las pau-tas del manual de métodos analíticosdel laboratorio de suelos del IGACaño 2006 en los parámetros PH,conductividad eléctrica, capacidadde intercambio catiónico, Redox,calcio, magnesio, manganeso, zinc,cobre, hierro, sodio, potasio, alumi-nio intercambiable, acidez intercam-

biable, nitrógeno, fósforo, humedad,boro, textura, carbonatos y bicarbo-natos.




168

Los análisis de plaguicidas se compro-baron con un cromatógrafo de gases

masas Shimatsu QP 2010 identifican-do presencia de Aldrin y Dieldrin de(30.000 y 11.000 ppm, respectiva-mente, como valores máximos pre-sentes en sitios especificados del suelode zona de cementerio). La ecotoxici-dad fue realizada con un biofix y bac-terias luminiscencia según la normaUNE EN ISO 11348-3, determinacióndel efecto inhibidor de muestras deagua sobre la luminiscencia de VibrioFisheris (ensayo de bacterias lumi-niscences) y otros textos (Ramírez &Mendoza, 2008). El suelo se caracteri-za por presentar baja acidez, alto con-tenido de materia orgánica en algunaszonas, baja fertilidad, bajo contenidode bases y de fósforo disponible. En lazona que es encerrada no se observan

insectos ni vertebrados en el suelo, nohay vegetación en la zona (Betancuret al ., 2011).

Además, en la zona externa al ce-menterio, distante más de 15 m,se tomaron dos puntos de control,contra los que se compararon du-

rante todo el trabajo los resultadosfisicoquímicos, microbiológicos y

ecotoxicológicos obtenidos.

5.2 Aislamiento del consorcio

El proceso de aislamiento de losmicroorganismos partió de la tomade muestras de las zonas con ma-yor nivel de contaminación que fue-ron sembradas en diferentes medios

nutritivos hasta aislarlas, buscandobacterias y hongos. Además se si-guió el protocolo propuesto por elInvemar para la obtención de mi-croorganismos, se hizo el proce-dimiento incrementando en 7 losdías de manejo en el shaker parala bioaumentación, porque se hallóque en este tiempo se alcanzaba lamáxima cantidad de microorganis-

mos activos y se usó una soluciónsalina caldo de preenriquecimientoN y P (100 mg K2HPO4 y 100 mgNH4 SO4). (Betancur et al ., 2011;Gómez, Vivas, Ruiz, Reyes y Hurta-do, 2006). El esquema del procesose presenta en la Figura 2.

Figura 2. Proceso de aislamiento de los consorcios del suelo con plaguicidas (Gómezet al ., 2006, 25)



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Además, para aislar los microor-ganismos de las muestras de suelose trabajó con las que presentabanmayor contaminación, procedióa un aislamiento seguido de unaumento controlado de los con-sorcios encontrados. Para lograrlose trabajó como primer paso conmedio de cultivo, donde se pue-de determinar si hay presencia debacterias, hongos o levaduras (Agar

nutritivo). Con los medios anterior-mente nombrados se aislaron dosbacterias Gram positivas, con lascuales se está haciendo la bioau-mentación. También se encontróun hongo (Trichoderma), se hizosu aislamiento y réplica en mediopapa destrosa agar (PDA). (Betan-cur et al ., 2011).

5.3 Validación de las técnicasde análisis

La validación de la técnica analíticase hizo de acuerdo con los procedi-mientos de la Asociación Española

de Farmacéuticos de la Industria.Se enriquecieron muestras de suelocon Aldrin y Dieldrin en concen-traciones de 0, 0,125, 0,50 y 2,50µg/g de suelo; se realizó la extrac-ción del suelo del cementerio delos plaguicidas y fueron medidosen un cromatógrafo de gases Shi-madsu QP 2010. La extracción delplaguicida se efectuó por agitaciónmecánica rotativa usando acetato

de etilo como solvente extractor(Betancur et al ., 2011).

5.4 Experimentación debiodegradación en laboratorio

En el laboratorio se tomó 1 kg desuelo proveniente, en proporcionesiguales, de tres puntos de muestreode la zona de cementerio, se hizoun diseño experimental para trabajardos factores: nutrientes (bioestimula-ción) y microorganismos (bioaumen-tación) en dosis diferentes, como sepresenta en la siguiente tabla.

Tabla 1. Niveles de microorganismos y nutrientes para los ensayos de laboratorio (Be-tancur et al ., 2011, 3).

DOSIS DE MICROORGANISMOS(bioaumentación)

DOSIS DE NUTRIENTES(bioestimulación)

0 mL 0 mL

5 mL 5 mL

10 mL 10 mL

La solución de nutrientes realiza-da fue la establecida en la Tabla 2;

a esta se le agregó melaza comofuente de energía.




170

Tabla 2. Micro- y macronutrientes usados (Betancur et al ., 2011, 5).

MACRONUTRIENTES MICRONUTRIENTES

271,9 g de fosfato de potasio 6,355 g de ácido bórico

213,7 g de nitrato de potasio 0,640 g de sulfato de cobre

151,2 g de nitrato de sodio 16,295 g de sulfato de manganeso

247,4 g de sulfato de magnesio 6,550 g de sulfato de zinc

400 g de nitrato de calcio 0,985 g de molibdato de sodio

Esta solución nutritiva se prepara en

soluciones A, B, C, D. Solución A:se pesan el fosfato de potasio, nitratode potasio, nitrato de sodio y sulfatode magnesio, se diluye cada uno delos reactivos en 2 L de agua, se jun-tan y completa un volumen de 10 L.Solución B: se pesa nitrato de calcio,se diluye y lleva a un volumen de 10L. Solución C: se pesa el ácido bóri-co, el sulfato de cobre y el sulfato demanganeso, cada uno se diluye enagua y finalmente se llevan a un vo-lumen de 1 L. Solución D: Se pesanel cloruro férrico y el EDTA, se dilu-yen en 500 mL de agua y finalmentese mezclan y empacan en un frascoopaco cubierto con papel aluminio(Betancur et al ., 2011).

Para la preparación de la soluciónpara la bioestimulación para 10 L serequieren: 100 mL de solución A en1 L, 2 mL de solución C en 200 mL,2 mL de solución D en 200 mL, 100mL de solución B en 1L y 10 g demelaza (Betancur et al ., 2011).

5.5 Biorremediación en campo

El desarrollo de los métodos de bio-rremediación seleccionados para

el tratamiento del suelo del Centro

(bioaumentación y bioestimula-ción) se inició con la perforacióndel terreno a 120 cm de profundi-dad para posteriormente enterrartubería de 1 pulgada de diámetro ycon una altura de 135 cm para deesta forma poder tener un salientey evitar taponamientos. La tuberíacuenta con perforaciones por cua-

tro partes de ella cada 3 cm paragarantizar un riego no solo superfi-cial, sino también en la parte pro-funda del terreno. Se inyecta cadacuatro días con microorganismossuspendidos en soluciones míni-mas de sales constituidas por fosfa-to de potasio bibásico y sulfato deamonio en una relación de 100 mgde cada sustancia antes nombrada

por cada 90 mL de agua destilada(se hace inyección con una canti-dad de 24 L, a los cuales se les agre-gan los microorganismos aislados yaumentados de forma controladaen el laboratorio). De esta forma seestá cumpliendo con la bioaumen-tación. Para la bioestimulación setrabaja con una solución basadaen macro- y micronutrientes y unafuente de energía. Se adicionan alterreno cada cuatro días con un



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total de 60 L. Dicho procedimien-to se empezó a desarrollar desdela zona de mayor contaminaciónpara posteriormente seguir con las

zonas de menor influencia. A con-tinuación se muestran los materia-les y la adecuación del terreno pormedio de registros fotográficos.

Fotografía 1, 2 y 3. tubería perforada, enterrada y panorama con la tubería (Betancuret al ., 2011, 23)

6. Metodología aplicada

La metodología de trabajo quese empleó buscaba solucionar elproblema con los microorganis-mos propios de la zona contami-nada, para lo cual se realizaronlos siguientes procesos: Paso 1.Recolección de la información decaracterización del sitio previa yactual, para identificar fuentes decontaminación, vías de exposición,tipo de suelo, concentración y ti-pos de contaminantes, determina-ción de flujo de agua subterránea,destino ambiental. Para esta laborse utilizaron los análisis realizadosen dos ocasiones anteriores que

fueron contratados y un análisis adiferentes profundidades y en di-ferentes zonas según se establece

en el plano (Figura 1). Paso 2. De-terminar la concentración actualde los contaminantes a partir demuestras, que incluyeran los meta-bolitos en el suelo. Paso 3. Mues-treo de suelo teniendo en cuentaplan de muestreo, profundidad dela muestra de suelo, concentraciónde contaminantes, protocolo de

muestreos de suelo según el Icon-tec, EPA o el Ideam.

Paso 4. Preenriquecimiento en me-dio líquido y caracterización demicroorganismos del suelo. Paso 5.Aislamiento de microorganismospromisorios y determinación de con-centración mínima inhibitoria (to-lerantes en ensayos de laboratorio).

Paso 6. Realización de análisis fisi-coquímicos, microbiológicos y eco-toxicológicas para la determinación




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de la biotransformación de los con-taminantes con los microorganismosseleccionados. Establecer tiemposde biotransformación, metabolitosgenerados y condiciones generalesy óptimas de crecimiento de los mi-croorganismos seleccionados.

Paso 7. Selección del método debiorremediación in situ , bioesti-mulación y bioaumentación según

resultados de laboratorio. Paso 8.Implementación del tratamientocon microorganismos en medioslíquidos y nutrientes a la zona delcementerio. Paso 9. Análisis de

muestras para el seguimiento y con-

trol de la reducción de la contami-nación (Betancur et al ., 2011).

7. Resultados obtenidos

Durante los procesos realizados seevaluaron algunos parámetros deseguimiento; los resultados se mues-tran en la Tabla 3. Desde la partede vegetación se hizo seguimien-to a las especies que empezaron aaparecer, para poder identificar losaspectos sucesionales.

Tabla 3. Resultados de análisis fisicoquímico de las muestras de suelos (Betancur etal ., 2011, 26)

VariableP1 P2 P3 P4 P5

60cm

120cm

60cm

120cm

60cm

120cm

60cm

120cm

60cm

120cm

pH 6,65 6,48 5,06 5,41 6,18 5,9 6,06 6,13 6,52 5,95

Conductividad(µs/cm) 40,9 28,9 60,4 91,4 26 39,1 20,6 28,3 36,3 36,5

Redox mV 15 16 15 15 14 15 16 15 15 15

% Humedad 49,8 31,6 50,0 34,0 45,4 49,0 47,1 38,2 51,1 48,2

Acidez intercam-biable meq/100 gsuelo

0,15 0,13 0,75 0,13 0,43 0,15 0,44 0,13 0,15 0,15

% nitrógeno 0,18 0,04 1,26 0,17 0,11 0,11 0,15 0,18 0,25 0,22

Fósforo ppm 0,5 1,2 1,1 1,1 0,7 0,5 0,5 1,2 0,8 0,5

En la concentración de plaguicidas seencontraron los siguientes resultados,que aparecen en el gráfico, donde se

evidencia que en los doce primerosmeses se redujo el nivel de Aldrin en99,3% (Betancur et al ., 2011).



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Meses

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Concentración del aldrin durante

la Biorremedición

35000

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0

8. Discusiones

Al analizar la información se pue-de concluir que todo el terreno quecorresponde al cementerio de agro-químicos en el CRNR La Salada seencuentra con una biorremediaciónsuperior al 99,3% en un periodo de15 meses, lo que demuestra la efec-tividad de los consorcios bacteria-nos y de hongos nativos de la zonaen la descontaminación de sueloscon residuos de plaguicidas.

La sucesión vegetal donde estáubicado el cementerio de agroquí-

micos ha tenido una evolución enla presencia de especies vegetales.Cuando se inició el proceso de bio-rremediación, la presencia de espe-cies vegetales era escasa; a medidaque ha aumentado el contenido de

materia orgánica en el suelo se hapresentado una sucesión naturalcon mayor presencia de especiesde la región, que se va semejando asucesión natural de un bosque muyhúmedo premontano.

En este mismo Centro se encontróposteriormente un nuevo cemen-terio, al que se le aplicó la mis-ma metodología con los mismosmicroorganismos ya obtenidosy los resultados se consiguieronen un tiempo equivalente, lo quedemuestra la efectividad del trata-miento realizado y la capacidad

biorremediadora de los microorga-nismos aislados, lo que compruebala replicabilidad de este tratamien-to. En la actualidad se pretendehacer ensayos en otras zonas deldepartamento de Antioquia.




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l) Conclusiones y/o recomendaciones.

m) Referencias bibliográficas.

9. Imágenes, gráficos y tablas. En casode contener mapas, cuadros, tablas,fórmulas o ilustraciones, estos debenestar claramente descritos, y en or-den, en los programas originales o enlos formatos gráficos: jpg, tiff o bmp,con resolución de 300 dpi (dots perinch -puntos por pulgada-).

10. En el caso de tratarse de cuadros, ta-blas o gráficos de elaboración propia,es indispensable presentarlos en for-

La Revista SENNOVA es una publicacióndel Sistema de Gestión Estratégica de la In-vestigación, Desarrollo Tecnológico e Inno-vación del SENA para fortalecer y visibilizarla investigación en Colombia. Se proponepublicar artículos de alta calidad científicapara promover y divulgar los resultados deinvestigación aplicada, desarrollo tecnoló-

gico e innovación enfocados hacia la indus-tria, con el fin de establecer un intercambiocientífico activo a nivel local, regional y glo-bal. Cuenta con un sistema de evaluacióna ciegas conformado por expertos acadé-micos e investigadores de trayectoria en elcampo de estudio de la investigación. To-dos los manuscritos serán leídos por el equi-po editorial para su aprobación.

1. Los artículos remitidos deben ser inédi-tos, originales, escritos en español o en

inglés (con su respectiva traducción)y no publicados con anterioridad osimultáneamente en otra revista ni enmedios digitales.

2. Es indispensable que los autores indi-quen si su artículo es producto o desa-rrollo de una investigación en curso oconcluida. Se debe incluir en una notaa pie de página el nombre del proyecto,las fechas en que se inició y terminó, la

entidad que lo financió y ejecutó.3. Para su publicación, los artículos de-

ben ser enviados en las fechas esta-blecidas dentro del cronograma delproceso de edición, y la recepción delos artículos se hará con el rigor deestas fechas.

4. Los artículos serán enviados al correoelectrónico [email protected].

5. El proceso de producción editorialiniciará cuando los artículos cumplancon las características de entrega y



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mato editable (por ejemplo, en pro-grama Excel) y en alta resolución.

11. La información de texto, gráficos e imá-genes debe contener la correspondien-te autorización para su publicación.

12. Cada tabla, cuadro, figura o imagendebe llevar una leyenda que describacon claridad el material presentado y lafuente en metodología APA si procedede una distinta al autor o los autores.

13. En caso de ser necesario, se deben

anexar los permisos para la repro-ducción de tablas, cuadros, figuras eimágenes que estén protegidos por elderecho de autor.

14. Los artículos de la revista de investi-gación utilizarán el sistema de refe-rencias APA en su última versión.

15. En algunos casos, podrán aceptar elartículo con algunas modificaciones opodrán sugerir la forma más adecuada

para su presentación.16. El artículo definitivo se remite al autor

o a los autores para la aprobación desu versión final.

17. Serán sometidos a una evaluación del co-mité editorial y de árbitros expertos me-diante el sistema de evaluación a ciegas.

18. En algunos casos podrán aceptar elartículo con algunas modificaciones opodrán sugerir la forma más adecua-

da para su presentación.19. El artículo definitivo se remite al autor

o a los autores para la aprobación desu versión final.

20. La aceptación o el rechazo para lapublicación de cada artículo será no-tificado al autor o a los autores porcorreo, quienes conocerán el concep-to de los árbitros que los evaluaron.

21. En caso de ser aceptado el artículo, elautor o los autores deben firmar un for-mato de cesión de derechos patrimo-niales.

22. El autor o los autores recibirán un ejem-plar de la publicación en el que esté im-

preso su artículo.

Tipos de artículos

A) Artículos científicos terminados quemuestren resultados de investigaciónaplicada, innovación y desarrollo tec-nológico.

B) Artículos de reflexión que presentenresultados de investigación aplicada,

innovación y desarrollo tecnológicodesde una perspectiva analítica, inter-pretativa o crítica del autor.

C) Artículos de revisión que analicen, sis-tematicen e integren los resultados deinvestigaciones, publicadas o no, so-bre investigación aplicada, innovacióny desarrollo tecnológico, con el fin dedar cuenta de los avances y las tenden-cias de desarrollo.

D) Artículos cortos que presenten resulta-dos originales, preliminares o parcialesde investigación aplicada, innovación ydesarrollo tecnológico. Cinco páginas.

E) Reportes de casos exitosos que pre-senten los resultados de un estudiosobre una situación particular, con elfin de dar a conocer las experienciastécnicas y metodológicas de la inves-tigación aplicada, la innovación y eldesarrollo tecnológico.

F) Artículos que revisen un tema comoresultado del escrutinio crítico de li-teratura sobre investigación aplicada,innovación y desarrollo tecnológico.

G) Traducción de textos clásicos o deactualidad que traten la investigaciónaplicada, innovación y desarrollo tec-nológico.

H) Reseñas bibliográficas que abordenla presentación y reflexión sobre unapublicación sobre la investigaciónaplicada, la innovación y el desarro-llo tecnológico.



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PUBLISHING PARAMETERS

FOR REVISTA SENNOVA6. The author or authors must send the

original article in digital format, orforward it by email in a recent versionof Microsoft Windows, on letter sizepages, single-sided, double-spaced,and Arial font 12 points.

7. Every page must be numbered.

8. Every article must include:

a) Title in Spanish.

b) Title in English.

c) Name of the authors: research field itbelongs to, current job, and e-mail.

d) Abstract in Spanish (700 charactersmaximum).

e) Keywords in Spanish.

f) Abstract.

g) Keywords.

h) Introduction.

i) Conceptual framework.

j) Methodology or methods.

k) Results and discussion.

l) Conclusions and/or recommenda-tions.

m) Bibliographic references

9. Images, graphics, and data tables. Incase of including maps, charts, datatables, formulas or illustrations, thesemust be clearly explained and or-

ganized in the original programs orgraphic formats: jpg, tiff o bmp, in300 dpi resolution.

Revista SENNOVA is a publication fromthe SENA Strategic Management Systemfor Research, Technological Developmentand Innovation pretended to strengthen andvisualize research in Colombia. Its purposeis to publish high-quality scientific papersin order to promote and divulge appliedresearch, technological development and

innovation results focused on nationalindustry, which will establish a local,regional, and global active scientificexchange. Several academic experts, andresearchers form it with impeccable careerpaths in the research study field. Theeditorial team for approval will read all themanuscripts.

1. The sent articles must be unpublished,original, written in either Spanish orEnglish (with its due translation), and

unpublished before or simultaneouslyin another magazine or digital media.

2. It is fundamental for the authors topoint if the paper is result or develop-ment of a current or finished research.It must include as well a footnote withthe name of the project, its start andfinish dates, and the institution that fi-nanced and executed the project.

3. In order to be published, the articlesmust be sent within the appointeddates, which will be strictly followedfor the documents receipt and editingprocess.

4. The articles must be forwarded to thefollowing email: [email protected]

5. he editing process will begin as soonas the selected papers fulfill the deli-very and presentation requirementsincluded in the present document.



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10. In case of including self-elaboratedcharts, data tables or graphics, it is

fundamental to present them in an ed-itable format (such as Excel), and inhigh resolution.

11. The textual information, graphics, andimages must contain due authorizationfor publishing.

12. Every data table, chart, figure or im-age must include a text, which de-scribes clearly the presented material

and APA methodology, in case it pro-ceeds from a different methodology tothat of the author or authors.

13. If necessary, permission for data tables,charts, figures, and images must be add-ed in order not to infringe copyright.

14. The articles included in the researchmagazine will use the latest version ofthe APA reference system.

15. In specific situations, the article maybe approved with slight modificationsor may suggest a more proper way topresent it.

16. The final article will be sent to the au-thor or authors for final approval.

17. The articles will go through examina-tion by the editorial committee andexpert evaluators without any knowl-edge of the authors.

18. The approval or rejection of the pub-lishing will be duly notified to the au-thor or authors via e-mail, and so willknow the evaluators’ decision.

19. If approved, the author or authors mustsign a transfer of ownership form.

20. The author or authors will receive aprinted copy once published.

Types of articles

A) Finished scientific articles that presentthe results of a finished applied re-search, innovation, and technologicaldevelopment.

B) Reflection articles, which present theresults of a finished applied research,innovation, and technological develop-ment from an analytic, interpretative, orcritic perspective of the author.

C) Review articles that analyze, structure,and integrate result of previous inves-tigations, published or unpublished,about applied research, innovation, andtechnological development, in order toaccount for development advances andtendencies.

D) Short articles, which present origi-nal results, preliminary or partial, ofa finished applied research, innova-

tion, and technological development.Maximum five pages.

E) Successful cases report which presentstudy results over a particular situa-tion, in order to show technical andmethodological experiences of ap-plied research, innovation, and tech-nological development.

F) Articles, which review a topic as resultof thorough examination of the litera-

ture on, applied research, innovation,and technological development.

G) Translation of classical or currenttexts on applied research, innovation,and technological development.

H) Bibliographical reviews on presen-tation and reflection of applied re-search, innovation, and technologicaldevelopment publishing.



Carrera 66 No. 24-09

Tel.: (571) 4578000www.imprenta.gov.co

Bogotá, D. C., Colombia



Producción pecuaria

Análisis comparativo de dos protocolos de sincronizacióne inseminación artificial con semen fresco en hembras ovinas

de pelo (Ovis aries) tipo carneNelson Gómez Sánchez, Germán Darío Gómez Amaya, Adrián Bernardo García Guarín

Agroindustria

Los servicios ecosistémicos en arreglos agroforestales de café bajoescenarios de cambio climático: caso departamento del HuilaClaudia Mercedes Ordoñez Espinosa, Fredy Oyola Polanía,

Juan Carlos Suárez, Gustavo Vega Orozco

Efecto de la edad de corte en la producción de forraje y calidadnutricional del pasto angleton climacuna (Dichanthium annulatum-Forssk- Stapf) para la producción de heno en La Dorada (Caldas)

Roberto Angulo-Arroyave, Ricardo Rosero-Noguera

Diseño de un diagrama académico para la interrelación de los ciclosbiogeoquímicos en el cultivo de cacao del Centro de Formación

Agroindustrial “La Angostura” de Campoalegre - HuilaSergio Andrés Orduz Tovar, Paula Andrea Beltrán Polanía,

Miguel Ángel Perdomo Cuéllar

SENNOVA-Vol1-No2

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