Investigacion Ciencia y Tecnologia Tomo 1

 

INVESTIGA INVESTIGACIÓN, CIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA TECNOLOGÍA

 

INVESTIGACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

UPS 2009

 

INVESTIGA INVESTIGACIÓN, CIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA TECNOLOGÍA TOMO 1 Autores varios 

1era. Edición

©Universidad Po ©Universidad Politécnica litécnica Salesiana Av. Turuhuayc uruhuayco o 3-69 y Calle Vieja Cuenca-Ecuador Casill Cas illa: a: 207 2074 4 P.B.X. (+593 7) 2 862213 Fax: (+593 7) 4 088958 088958 e-mail: e-ma il: rpub rpublicas@ [email protected] ups.edu.e du.ecc www.ups.edu.ec

Diagr Di agram amac ació ión: n:

Edicio Edic ione ness Aby byaa-Y Yal ala/ a/U Uni nive vers rsid idad ad Pol olit itéc écni nica ca Sa Sale lesia siana na Quito-Ecuador

Gra rab bad ado o po port rtad ada: a:

El Ele ena Gri Grija jallva elena@[email protected]

ISBN:

978-9978-10-046-2

Impresi sió ón:

Ediciones Ab Abya-Yala/Universidad Po Politécnica Sa Salesi siaana Quito-Ecuador

Impreso Impre so en Quito-Ecuador, Quito-Ecuador, enero del 2009

 

Índice 1.

2.

3.

4.

Estudi Estu dioo Iso Isoté térm rmic icoo de de bio bioso sorc rció ión n de de plo plomo mo en ag agua uass utilizando residuos vegetales Larenass Uría Christian, Larena Christian, An Andrang drangoo Daniel, Inga Pablo Pablo.................................... 1. In Intr trodu oducc cció ión.. n..... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ....... 2. Ma Materi teriale aless y Mét Métodos. odos..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... 3. Res Result ultado ados.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 4. Disc Discusi usión....... ón........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 5. Agra Agradeci decimie miento...... nto.......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

9 9 10 13 16 17 18

Bi Biom omon onit itor oreo eo de del e cont co ntam amin te el el uso us de bri briof ofit itas as com comoo mues muestr trea eado dore ress biológicos para aire de inan laante ciudad deoQuito Pacoo Noriega, Pac Noriega, Ales Alessandr sandroo Medici, Medici, Ant Antón ón Murillo, Murillo, Juli Julioo Puente, Puente,  Juan Bedón, Galo Galecio, Fernando Haro .......................................................................................................... 1. Int Introd roducc ucción. ión..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... 2. Ma Mate teria riale less y mé méto todo doss ... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 3. Res Result ultado ados.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 4. Disc Discusi usión....... ón........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

19 19 25 32 33 34

Acti ctivid vidad ad bi biol ológi ógica ca de ho hong ngos os en endo dofi fito toss pr pres esen ente tess en do doss plantas plant as medici medicinales nales:: Chuq Chuquiragu uiraguaa (Chuquiragua jussieui J.F J.F.. Gmel)  y Ñachag (Bidens Andícola Kunth)  Manuel Ernesto Delgado Fernández, Marinella Rodolfi, Santiagoo Cristó Santiag Cristóbal bal Vásquez Vásquez Matute, Matute, Ximen Ximenaa Marisol Icaza Icaza Samaniego. Samaniego........ 1. Intr Introdu oducci cción.. ón...... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 2. Ma Mate teria riale less y mé méto todo doss ... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 3. Co Conc nclu lusi sión ón ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ....... 4. Disc Discusi usión....... ón........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

37 37 40 45 45 46

Colecc Cole cció ión n de de espec especie iess veg vegeta etale less de de la la provi provinc ncia ia de de Mor Moron onaa San Santi tiag agoo con potencial potencial uso medicinal: aislamiento y caracterización química y biológica  María Elena Maldonado R., Pablo Coba S., Marco Cerna C. ........................ 1. Int Introd roducc ucción. ión..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... 2. Ma Mate teria riale less y mé méto todo doss ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ..... 3. Res Result ultado ados.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....

49 49 52 54

 

Investigación, ciencia y tecnología  6

5.

6.

7.

8.

4. Con Conclu clusio siones nes .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... 5. Dis Discus cusión...... ión.......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

57 57 58

Eva valu luaci ación ón y Di Dism smin inuc ució ión n de Es Esco corr rren entí tíaa y er eros osió ión, n, en zo zona nass con fuerte pendiente, mediante la siembra y manejo de Vid (Vitis vinífera) en el cantón Paute Hernán Avilés Avilés Landívar, Pedro Velez Velez Castro ...................................................................................................... 1. Int Introd roduc ucció ción.... n........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 2. Ma Mate teria riale less y mét método odoss ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 3. Re Resu sult ltad ados os obt obten enid idos os en en la pri prime mera ra fas fasee del del pro proye yect cto... o...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 4. Con Conclu clusio siones nes .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

61 61 63 73 75 75

Aplica Apli caci ción ón del del bio biodi dies esel el par paraa moto motore ress de en ence cend ndid idoo por por com compr pres esió ión n con la finalidad de reducir las emisiones contaminantes en la ciudad de Cuenca Fernando Chica Segovia, Jaime Antonio Zhunio Morocho, Morocho,  Javier Teodoro Teodoro Rodas López ... López ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ........... 1. Int Introd roduc ucció ción.... n........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 2. Ma Mate teria riale less y mét métod odos.... os....... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ... 3. Re Resul sultad tados... os....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... 4. Co Conc nclu lusi sion ones es y re reco come mend ndac acio iones nes... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ..... Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

77 77 78 82 93 95

Obten Obt enci cióón de de bi biod odiies esel el a par parti tirr de de gra grasa sa bo bovi vina na Pablo Pab lo Aréval Arévalo, o, José Ulloa, Servio Astudillo Astudillo............................................................................................................ 1. Int Introd roduc ucció ción.... n........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 2. Ma Mate teria riale less y mét métod odos.... os........... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...

97 97 98

3. Resul Re sultad tados... os....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......

108 108

Optimiz Optim izac ació ión n de de un un pro proto toti tipo po pa para ra la pr prod oduc ucci ción ón de hi hidr dróg ógen enoo a partir de la electrólisis del agua utilizando materiales existentes existentes en el mercado mercado nacional, aplicando normas internacionales Fernando Vásquez Freire, Jaime Omar Jordán Guillén Guillén y Carlos Alfredo Zhigüi Loja .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 1. Int Introd roduc ucció ción.... n........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 2. Ma Mater terial iales es y mét métodos...... odos.......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 3. Re Resul sultad tados... os....... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... 4. Con Concl clusi usiones ones.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

109 109 110 112 115 115

 

Investigación, ciencia y tecnología  7

9.

10.

11.

12.. 12

Diseño Dise ño de un pr prot otot otip ipoo de de bom bomba ba de ari ariet etee hid hidrá rául ulic icoo mul multip tipul ulso sorr de abastecimiento de agua para irrigación Fran Reinoso, Reinoso, Aug Augusto usto Bustamante Bustamante,, Manue Manuell Quezada.. Quezada.................................................................... 1. Int Introd roducc ucción. ión..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... 2. Ma Materi teriale aless y mét métodos...... odos.......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 3. Res Result ultado ados.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 4. Rec Recome omenda ndacio ciones nes .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

117 117 117 118 135 136 136

Sistemaa de rieg Sistem riegoo en cam campos pos de culti cultivo voss y past pastiza izales les med median iante te aer aerobo obomba mba  John Calle, Juan Guaman, Luis Chunchi ... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 1. Int Introd roducc ucción. ión..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... 2. Ma Materi teriale aless y mét métodos...... odos.......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 3. Res Result ultado ados.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 4. Disc Discusi usión....... ón........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

139 139 139 140 166 167 168

Estudioo e impl Estudi impleme ementa ntació ción n de un sist sistema ema de bomb bombeo eo por por rued ruedaa hidrá hidráuli ulica ca  Nelson Jara, Felipe Saquicela, Iván Velepucha Velepucha ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 1. Int Introd roducc ucción. ión..... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... 2. Ma Materi teriale aless y mét métodos...... odos.......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 3. Res Result ultado ados.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 4. Disc Discusi usión....... ón........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 5. Rec Recome omenda ndacio ciones nes .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

171 171 171 173 183 184 185 185

Diseño Dise ño y cons constru trucc cció ión n de de un pr prot otot otip ipoo modu modula larr de un unaa microcentral hidroeléctrica estacionaria con turbina tipo Pelton Paúll Álvarez, Paú Álvarez, Cristian Arias Arias,, Edwin Bustaman Bustamante te........................................................................................

1877 18

1. Introd roducc ucción. ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ... 2. Int Materi Ma teriale alessión..... y mét métodos...... odos.......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 3. Aná Anális lisis is de cos costos tos .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 4. Res Result ultado ados.... s........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .... 5. Disc Discusi usión....... ón........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ Biblio Bib liograf grafía ía.... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........

187 188 200 205 206 206

 

1 Estudio Isotérmico de biosorción de plomo en aguas utilizando residuos vegetales

Larenas Uría Christian1, Andr Andrang angoo Danie Daniell2, In Inga ga Pab Pablo lo2

1. Int Introd roduc ucció ción n Existen diversas fuentes de contaminación por plomo de aguas naturales, siendo la principal la descarga descarga de efluentes industriales directamente a los ríos ríos sin sin ningún ningún trat tratami amient entoo pre previo vio.. Est Estee probl problema ema se se debe debe tanto tanto a los altos costos como a la baja eficiencia de muchos de los métodos empleados para la remoción remoción de los metales pesados. pesados. En la actualidad actualidad se ha desarrollado una diversa gama de tecnologías que que apuntan a ser soluciones a bajo costo y ambientalmente amigables. amigables. Una de estas técnicas es la llamada biosorci biosorción, ón, en la cual cual se hace hace uso de materia materia orgánic orgánicaa -viva, muerta o inmovilizada- para la remoción de metales pesados y su posterior recuperación (Sánchez et al., al., 20 2008 08). ). El presente trabajo tiene por objeto evaluar la capacidad de biosorción, median mediante te un estudio isotérmico isotérmico (Gutiérre (Gutiérrezz et al., 2008) de material procedente de hojas de césped cortado tomando en consideración criterios cr iterios como el pH y el tiempo de contacto entre el biosorbente y el contaminante. Se espera que a través través de un proceso proceso controlado controlado de hidrólisis, hidrólisis, la estruc1

Director del Proyecto de investigación, Director de la Carrera de Ingeniería Ambiental de la

2

Universidad Salesiana Estu Es tudia diant ntes es de dPolitécica e la Ca Carr rrera era de Bio Biote tecn cnol olog ogía ía de de los los Recu Recurs rsos os Na Natu tura rales les de la la Uni Unive vers rsida idadd Politécnica Salesiana.

 

Investigación, ciencia y tecnología  10

tura celulósica del material presente una gran cantidad de sitios activos para la adsorción o retención de iones Pb2+ en solución.

2. Mat Materiale erialess y Métod Métodos os 2.1 Reactivos Se utilizaron únicamente únicamente reactivos de grado analítico. Las soluciones de Pb2+ fueron preparadas a partir de una solución estándar certificada de 1.000 ppm de Pb2+. Para el ajuste del pH se prepararon soluciones buffer así como soluciones de NaOH y HNO3 0,1 M.

2.2 Obtención del Biosorbente Se utilizó una mezcla al azar de muestras de césped cortado. cortado. La mezcla se secó a 40ºC en estufa durante 15 días. La muestra fue molida y tamitamizada, luego de lo cual cual se hidrolizó hidrolizó secuencialme secuencialmente nte con solucio soluciones nes de H2SO4 y Na OH mediante mediante reflujo durante 4 horas. El material obtenido se desecó a 60º C durante 3 días.

2.3 Efecto del pH En vasos de precipitación se colocó 50 ml de solución de 1,0 ppm 2+

Pb . Se ajus tó el0,1pH debiosorbente. las soluciones soluciones 3,0 4,0 4,0 5,0 se 6,0agitaron 7,0 y 8,0a 200 y a cada una se le ajustó agregó g de Lasa soluciones rpm durante 2 horas horas luego fueron fueron filtradas, utilizándose la solución solución resultante para determinar la capacidad de biosorción de plomo en función del pH.

2.4 Cinéticas de Biosorción La cinética de biosorción se determinó colocando en vasos de precipitación pitaci ón 50 ml solucio soluciones nes de 50, 70, 100, 500 y 1.000 ppm de Pb2+. A cad cadaa solución se agregó 0,1 g de biosorbente y se ajustó el pH a 6,0. Las soluciones se mant mantuvi uvier eron on en en agita agitaci ción ón a 200 200 rpm rpm duran durante te 1, 1, 5, 10 10,, 15 15,, 30 30,, 60 60,, 90  y 120 minutos. Cumplidos los tiempos respectivos las soluciones fueron

 

Investigación, ciencia y tecnología  11

filtradas y el resultante fue analizado para determinar la concentración del metal.

2.5 Isotermas de Biosorción Para este estudio se consideró la utilización de dos modelos isotérmicos: mico s: Langmu Langmuir ir y Freundlic Freundlich. h. En cada caso caso la metodologí metodologíaa consistió consistió en en colocar en vasos de precipitación 50 ml de soluciones de Pb2+ de 50 50,, 50 500, 0, 700, 1.000 y 2.000 2.000 ppm. A cada soluc solución ión se agregó 0,1 0,1 g de bioso biosorbente, rbente, se ajustó el pH a 6,0 y se mantuvo en agitación a 200 rpm durante 30 minutos. Posteri osteriorment ormente, e, las soluciones soluciones fueron filtradas filtradas y la solución solución resultante resultante se utilizó para evaluar la capacidad máxima de retención (qmáx ) de plomo. nes: Los cálculos se realizaron tomando en cuenta las siguientes relacio-

Donde q = Tasa de biosorción de Pb2+ (mg de plomo por gramo de biosorbente) Ci = Concentración inicial de Pb2+ en solución (mg/l) Ce = Concentración final de Pb2+(en equilibrio) en solución (mg/l)  Xo = Cantidad de biosorbente agregada (g) V = V  = Volumen de soluci solución ón (l) Para la isoterma de Langmuir se linealizó la ecuación graficando 1/qq vs. 1/Ce 1/ Ce,, obten obteniéndos iéndosee la siguiente relación: relación:

 

Investigación, ciencia y tecnología  12

Donde: qmáx = Tasa máxima máxima de retención de plomo (mg de plomo/g biob=

sorbente) constante relacionada con la afinidad del biosorbente por los iones Pb2+

Pudiendo evaluarse la isoterma de Langmuir a partir de un factor adimensional RL, así:

Donde los valores de RL indican: RL = 0 Sistema isotérmico irreversible. 0 < RL < 1 Sistema Sistema isotérmico isotérmico favorab favorable, le, siendo R = 1 lineal RL > 1 desfavorable. Para la isoterma de Freundlich la ecuación usada fue:

Donde: n= K = K  =

Constante relacionada con la intensidad de sorción del biosorbente so rbente en función de su grado de heterogeneidad. constante de Freundlich relacionada a la capacidad de sorción del biosorbente

2.6 Análisis de las muest muestras ras El plomo contenido en todas las muestras se analizó an alizó mediante la técnica de Absorción Atómica utilizando un equipo Varian 20 trabajando a

 

Investigación, ciencia y tecnología  13

dos longitudes de onda. Para las soluciones de 1,0 a 50 ppm se realizó las mediciones a 283,3 nm y para las soluciones de 50 a 2.000 ppm a 205,3 nm.

3. Re Resul sultad tados os 3.1 Efecto del pH De acuerdo a lo observado en la Figura 1 el pH óptimo para la biosorción de plomo es igual a 6,0. En los valores superiores e inferiores a este pH se aprecia una disminu disminución ción progresiva progresiva de la biosorció biosorción; n; en valores valores superiores a pH 8 el Pb2+ en solución empieza a precipitar como Pb(OH)2  y por tanto existe existe menos plomo disponible para ser retenido por el biosorbente.. En valores de pH por debajo bente debajo de 4 existe una compete competencia ncia por los sitios activos del biosorbente entre los iones Pb2+ y los iones H+. 100 90 80

   b    P   n    ó    i   c   n   e    t   e    R      %

70 60 50 40 30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

pH

Figura 1. Efecto del pH sobre la Biosorción de Pb2+  

3.2 Cinéticas de Biosorción Los resultados obtenidos de acuerdo a la figura 2 denotan que la máxima biosorción de Pb2+ se produc producee entre entre los 15 15 y 30 minut minutos; os; sin

 

Investigación, ciencia y tecnología  14

embargo, para soluciones más diluidas (hasta 100 ppm) el valor máximo de biosorción se produce a los 5 minutos. Esto representa una saturación progresiva progr esiva del biosorbe biosorbente; nte; es decir decir,, que el Pb2+ se une más débilmente a la superficie del biosorbente a medida que este se va saturando. 60 50 50

   b    P 40   n    ó    i 30   c   n   e    t   e 20    R

70 100 500 1000

10 0 0

50

100

150

200

250

300

Tiempo (min)

Figura 2.Cinética 2. Cinética de Biosorción de Pb2+

3.3 Isotermas de Biosorción Los resultados de acuerdo al modelo de Langmuir presentados en la figura 3 nos permiten calcular la ordenada al origen 1/q 1/qmáx  y la pendiente 1/b*q 1/b*qmáx  con lo cual qmáx resultante es igual a 182 mg de Pb/g biosorbente. El análisis de los valores de R L denota un comportamiento isotérmico favorable (0 < RL < 1).

 

Investigación, ciencia y tecnología  15

0.07 0.06

y = 1.0366x + 0.0055

0.05

2

R  = 0.9969 0.04    q     /     1

0.03 0.02 0.01 0 -0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

1/Ce

Figura 3. Isoterma de Langmuir Langmuir

  Tabla 1. Resultados de biosorción biosorción de Pb2+ Ci [ppm]

Ce [ppm]

q [mg/g]

RL

1

0, 1

0,09641807

- 0,9947222

150 50 500 700 1000 2000

01,32 18, 1 313 458 702 1528

01,21858093407675 15,930995 113,48392 128,81089 143,335511 161,854119

0,974491651655264 0,79033242 0,27375482 0,21213113 0,15858397 0,08612067

Para el modelo de Freundlich la ecuación (4) se presenta en la Figura 4 permitiendo calcular K  K = = 2,76 y n = 1,64; demost demostrándos rándosee por tanto tanto una afinidad significativa del biosorbente por el Pb2+ (n>1) así como una fuerza de adsorción intensa del metal por la matriz de adsorción.

 

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Ambos modelos presentan coeficientes de correlación (R 2) muy cercanos a la unidad, por tanto el comportamiento isotérmico de sorción del del biosorbente puede evaluarse adecuadamente por cualquiera de ellos. 3

y = 0.6106x + 0.4408

2.5

2

R   = 0.9993

2   q     g 1.5   o    l

1 0.5 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

log Ce

Figura 4. Isoterma de Freundlich Freundlich

  4. Di Disc scus usió ión n El biosorbente desarrollado presenta un comportamiento óptimo para la sorción del Pb2+ cuando el pH de la solución solución es igual a 6,0; sin embargo, con valores cercanos cercanos hasta pH = 5 la tasa de retención del metal es todavía significativa. La cinética de biosorción indica que para soluciones de hasta 100 ppm de Pb2+ la cantidad máxima retenida de metal se produce a los cinco minutos desde que que se pone en contacto al biosorbente con la solución; solución; en

 

Investigación, ciencia y tecnología  17

concentraciones superiores a 500 ppm el tiempo óptimo está comprendido entre 15 y 30 minutos. Tanto el modelo de Langmuir como el de Freundlich se ajustan idealmente para describir las isotermas de biosorción del sistema (R 2 = 0,99). Sin embargo el sistema de Langmuir linealizado en función de Ce presenta menor linealidad (R 2 = 0,90) pero un mayor valor de qmáx . (qmáx = 333 mg Pb/g). Por otra parte al obtener las ecuaciones de regresión tomando tomando como referencia referencia datos exclusi exclusivamente vamente de alta concentración, a partir de 500 ppm, qmáx  aumenta hasta un valor de 360/mg de Pb/g biosorbente. Otros estudios (Edgar Millán-Carbajal et al.; al.; Gu Guti tiérr érrez ez et al.) al.) mencionan como excelentes alternativas a materiales cuyos qmáx  van desde 2+

aproxim aproximadamente 3 hasta mgbiosorbent Pb orbente, /g dee,biosorbente bios orbente, tant césped hidrolizad hidradamente olizado, o, utili utilizado zado 500 como como bios representa repr esenta, por una tanto una muyo el buena buena alternativa altern ativa dado dado su bajo costo y facilidad facilidad de procesamien procesamiento to,, además se aprovecha de un producto habitualmente considerado como desecho. Es importante resaltar la necesidad de continuar con estudios que permitan evaluar otras variables como la capacidad de desorción del material con objeto de evaluar su posible reutilización, así como probar la eficiencia de esta matriz en la remoción de otros metales contaminantes comoo cadmio com cadmio,, zinc, níquel níquel,, merc mercurio urio y cromo cromo hexa hexavalent valente. e.

5. Agrade Agradecimie cimiento nto Los autores agradecen a la Universidad Politécnica Salesiana por el financiamiento a este trabajo a través del proyecto “Obtención de un biosorbente por modificación química o física de residuos vegetales”, vegetales”, así como a todas las personas que directa o indirectamente contribuyeron contribuyeron a abrir los lo s espacios físicos, espirituales y mentales para la realización del mismo.

 

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Bibliografía GUTIÉRREZ, GUTIÉR REZ, Migu Miguel el A. A.

2+ Gonzá Go nzále lez, z,deLe Lean andr dro; o; Sá Sánc nche hez, z,cerevisiae. Enriq En rique ue;; M ellad ell ado, o, Dor Doris is:: Biosorcion de Pb  por  biomasa Saccharomyces http://www.femisca.org/publicaciones/ XIcongreso/XICNIS089.pdf  SÁNC SÁ NCHE HEZ, Z, Ed Edna na Lilia Lilian; n; Ga Garza rza Gonzá Gonzále lez, z, Mª teres teresa; a; Al Alma magu guer er,, Ca Cant ntú ú Ver Veróni ónica ca;; Sá Sáen enzz Tav avera, era, Isa Isabel; bel; Liñ Liñán án Mo Monte ntes, s, Ad Adrian rianaa Estudio cinético e isotermas de adsorción de Ni (II) y Zn (II) utilizando biomasa del alga alga Chlorell Chlorellaa sp. sp. Inm Inmovilizada ovilizada.. http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo? codigo=2565693 SAIFU SA IFUDD DDIN, IN, N.; Ra Razi ziah ah,, A.Z A.Z.. Remoall of Hea Remoa Heavy vy Metals Metals from Industrial Industrial Effluent Effluent Using Using Saccharom Saccharomyces yces Cerevisiae(Baker’s Yeast) Yeast) Immobilised in Chitosan/lignosulphonate Matrix. Matr ix.

 

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Biomonitoreo de contaminante el uso de briofitas como muestreadores biológicos para el aire de la ciudad de Quito

Paco Noriega1, Alessa Alessandr ndroo Medici2, Antón Mur Murillo illo3, Ju Julio lio Pue Puente nte3,  Juan Bedón3, Ga Galo lo Gale Galeci cioo3, Fern ernando ando Har Haroo3

1. Int Introd roduc ucció ción n El aire es sin lugar a dudas el e l elemento más importante para los seres vivos. Un aire contaminado contaminado nos afecta de distintas maneras: maneras: produce y acelera enfermedades enfermedades respiratorias, respiratorias, nos intoxica intoxica arrastrando hacia nosotros nosotros elementos elemen tos y compuestos compuestos peligrosos; peligrosos; y por ende disminuye disminuye nuestra esperanza de tener una vida saludable. La ciudad de Quito ha pasado de ser una ciudad de algunos cientos de deudades personas a albergar casi a dos millones de unido hnido abitantes, incluyendo miles a las ciudades ci satélites que prácticamente se han uhabitantes, a la urbe. Este intenso crecimiento demográfico trajo consigo los problemas ambientales que toda toda gran metrópoli metrópoli enfrent enfrenta: a: creci crecimient mientoo industrial, industrial, incre increment mentoo de desechos y aumento del parque automotor automotor,, todos éstos en mayor mayor o menor grado causantes del deterioro del aire.

1

Direct Dir ector or del Pr Proy oyect ectoo de de inv inves estig tigac ació ión, n, Dec Decan anoo de de la la Fac Facult ultad ad de Ci Cien enci cias as Ag Agro ropec pecua uaria riass y 

2 3

Ambientales la Universidad Cola Co labo bora rado dorr de Exte Ex tern rno: o: Pr Prof ofes esor orPolitécnica Uni nivver ersi sida daddSalesiana. de Fe Ferr rrar araa-It Ital alia ia.. Estu Es tudia diant ntes es de de la Ca Carr rrera era de Bio Biote tecn cnol ologí ogíaa de de la Uni nive vers rsida idadd Pol Polit itécn écnic icaa Sal Salesi esian ana. a.

 

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La atmósfera es una capa protectora que hace posible la vida en la tierra y la protege del ambiente hostil del espacio exterior exterior.. Es fuente de dióxido de carbono para la fotosíntesis de las plantas y de oxígeno para la respiración. Proporcio Proporciona na nitrógeno que las bacterias fijadoras de nitrógeno y  las plantas productoras de amoníaco para producir el nitrógeno enlazado químicame quím icamente, nte, que es un component componentee esencial de las molécula moléculass de los seres ser es vivos. vivos. Des Desgraci graciadam adament entee con el desarr desarrollo ollo indus industria triall humano humano,, la atmósfera es también el sitio de destino de muchos materiales contaminantes.

Los Contaminantes Analizados 1.1 Los metales pesados el plomo y el cadmio En los años veinte del siglo pasado se descubrió que la adición a la gasolina de compuesto compuestoss organometálicos organometálicos de plomo, plomo, especialment especialmente, e, tetraetil o tetrametilplomo tetrametilplomo,, disminu disminuyen yen la detonación. En los años posteriores, posteriores, el plomo se incorporó prácticamente prácticamente a todas las gasolinas con el objeto de mejorar sus características. características. Los aditivos aditivos de plomo suprimen las reacciones radicálicas encadenadas encadenadas que que se producen producen en la fase de preignición. preignición. A medida que la mezcla aire-combustibl aire-combustiblee se comprime y calienta, se produce la ruptura de los débiles enlaces alquil-plomo y la eliminación de los átomos de plomo, plomo, los cuales se combinan posteriormente posteriormente con el oxígeno oxígeno para formar partículas de PbO y PbO2. Esta Estass partícul partículas as propo proporci rcionan onan sitios de unión a los los radicales hidrocarbonat hidrocarbonatos, os, poniendo término término a la cadena de reaccio reacciones. nes. Pa Para ra eliminar la acumulación acumulación de depósitos de plomo en el interior de la superficie del motor motor,, las gasolinas con con plomo también contienen contienen dicloroetileno dicloroetileno o dibromoetileno dibromoetileno.. Estos compuesto compuestoss organohal organ ohalogena ogenados dos actúan actúan como limpiad limpiadores ores de plomo, plomo, origin originando ando PbX 2 (donde X = Cl o Br). Debido a que estos estos compuestos compuestos son volátiles a las elevadas temperaturas temperaturas de de escape, eliminan el plomo del interior interior del motor liberándolo a la atmósfera.

 

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A mediados de los años setenta se empieza a comercializar en Estados Estad os Unidos Unidos la gasolina gasolina sin plomo, plomo, despla desplazando zando gradualment gradualmentee a la gasolinaa con plomo, gasolin plomo, en Ecuador Ecuador este cambio cambio es recient reciente. e. La razón se debe a que los compuestos de plomo de los gases de escape reaccionan con los catalizadores de platino y rodio de los convertidores convertidores catalíticos, envenenando su superficie e inactivándolos. El incremento de la flota de automóviles con cataliz catalizador ador,, aumen aumentó tó el consumo consumo de la gasolina gasolina sin plomo. plomo. Esta sustitución ha tenido un efecto favorable sobre la contaminación del plomo,, y en general sobr plomo sobree la cont contaminac aminación ión atmosféri atmosférica. ca. La exposic exposición ión humana disminuyó significativamente cuando el plomo fue eliminado. Sin embargo, embargo, la peligrosidad del plomo radica en tener efectos neurotóxico rotó xicos, s, daña los riñones y el aparato reproduct reproductor or.. Aun la exposición exposición de baja intensidad afecta el desarrollo mental infantil disminuyendo la capacidad de aprendizaje y concentración. Por otro otro lado, lado, el cadmio, cadmio, se encuentra encuentra en el el mismo mismo subgrupo subgrupo de la tabla periódica que el zinc y el mercurio, mercurio, pero es más similar al primero. primero. Su única única especie es la de valencia valencia 2+, com comoo en el caso de otros metales metales pesados,, la quema de carbón pesados carbón introduce introduce cadmio cadmio al medio ambiente ambiente.. El tratamiento por incineración de residuos que contienen cadmio es también una fuente importante del metal en el medio ambiente. Una aplicación importante del cadmio es como electrodo en baterías recargables de niquel-cadmio, niquel-cadmio, utilizadas en calculadoras y en aparatos similares. Con el fin de no emitir partículas de cadmio al medio ambiente después de la combustión, algunos municipios obligan a separar las baterías de níquel-cadmio del resto de la basura. En forma iónica, iónica, el principal principal uso del cadmio cadmio es como como pigmento, pigmento, ampliamente ha sido utilizado para pigmentar plásticos, también han sido empleados emplea dos sales de azufre azufre y selenio CdS CdS y CdSe; además el CdSe CdSe se usa también en dispositivos fotovoltaícos (como las células fotoeléctricas) y en pantallas de televisión.

 

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sustancia cancerígena, El cadmio es una sustancia cancerígena, su exposición exposición prolongada prolongada daña los riñones y los huesos. Tanto el Cd como el Pb, Pb, son componentes de la denominada basura electrónica; electróni ca; es decir decir,, la prov provenient enientee de televiso televisores, res, comp computado utadoras, ras, celu celulares lares  y demás dispositivos electrónicos. ele ctrónicos.

1.2 Los BTX Los BTX (benceno (benceno,, tolu tolueno eno y xileno), son componente componentess comunes comunes de las gasolinas, también se los consideran parte de esta familia a compuestos compuestos como el cloro cloro y el dicloro dicloro bence benceno, no, y el dietilben dietilbenceno ceno.. Los BTX, BTX, han sido sido añadidos en los últimos años a las gasolinas para reemplazar el uso de compuestos con con plomo, y de esta manera reducir el poder detonante de las gasolinas, esto ha traído como como resultado un incremento de BTX en el aire aire exterior. El benceno benceno inhalado es absorbido absorbido rápidament rápidamentee por la sangre, y es tomado fuertemente por lo tejidos grasos. Para el compuesto no metabolizado, el proceso es reversible reversible y el benceno se excreta excreta a través de los pulmones. Lo metabolizad metabolizadoo se transforma transforma en fenol en el hígado, hígado, por medio de una reacción reacción de oxidación. oxidación. El intermediario intermediario epóxido del benceno, benceno, react reactivo ivo  y de corta vida, que se sabe participa en esta reacción es, probablemente, responsable de gran parte de la toxicidad del benceno que incluye el daño a la médula ósea. Ade Además más del fenol, fenol, se producen producen otros otros derivados derivados oxigenaoxigenados del benceno cuando cuando éste se metaboliza, metaboliza, com comoo ácido trans, trans-m trans-mucóucónico, producido por la ruptura del anillo bencénico. El benceno es un irritante de la piel y exposiciones progresivamente más altas pueden causar enrojecimiento enrojecimiento de la piel (eritema), sensación de quemaduras, quem aduras, acum acumulació ulación n de fluidos fluidos (edema) (edema) y ampolla ampollas. s. La inhalación, inhalación, durantee una hora, de aire que contiene durant contiene 7g/m3 de benceno causa envenenamiento agudo, agudo, debido a un efecto narcótico narcótico sobre el sistema nervioso central que se manifiesta manifiesta progresi progresivament vamentee por la excitación excitación,, depre depresión, sión, fallos en el sistema respiratorio y la muerte. La inhalación de aire que contenga

 

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aprox oxima imadam dament ente, e, 60 g/m3 de benceno benceno,, puede ser ser fatal fatal en unos unos más de, apr minutos. Causan preocupación Causan preocupación debido a su capacidad carcinóge carcinógena, na, en especial el benceno al cual se lo ha relacionado con la aparición de la leucemia. Las exposiciones a largo plazo a bajos niveles de benceno causan síntomas no específicos, específicos, que incluye incluyen n fatiga, dolor de cabeza cabeza y pérdida del apetito apetito.. El tolueno tolueno,, un líquido líquido inco incoloro loro que hierve hierve a 101ºC, 101ºC, es clasific clasificado ado como ligeramente tóxico por inhalación o ingestión; tiene una toxicidad toxicidad baja por exposición dérmica. Debido a que que posee una cadena alifática CH3 que puede oxidarse enzimáticamente a productos que se excretan prontamente del cuerpo, el tolueno es mucho mucho menos tóxico que el benceno.

1.3 Los hidrocarburos policíclicos aromáticos PAHs Se trata de hidrocarburos análogos al benceno que contiene varios anillos de seis miembros conectados entre ellos por medio de la compartición de un par de átomos de carbono adyacentes, lo cual da lugar a anillos fusionados. fusio nados. El ejemplo más simple simple es el naftaleno C10H8. Otro Otross miemb miembros ros de esta familia son el antraceno, fenantreno o el pireno. pireno. Los PAHs PAHs se introducen duce n en el medio ambiente ambiente a partir de varias fuentes: fuentes: los gases de escape de los los motor motores es de comb combustió ustión n de gasolin gasolinaa y, y, especia especialment lmente, e, del diesel, diesel, el alqui alquitran tran cigarillos, la superficie superfici e de los alimentos carbonizados carbonizado so quemados, quem ados,deel los humo de la combus combustión tión de la madera made ra o del carbón, así como como otros procesos de combustión en los que el carbono del combustible no sea convertido conv ertido completamente a CO o CO2. Aunq Aunque ue constituyen constituyen sólo un 0,1% de las partículas atmosféricas, preocupa su existencia existencia como como contaminante del aire, ya que muchos muchos PAHs PAHs son canceríge cancerígenos, nos, al menos en ensayos ensayos con con animales.

1.4 El biomonitoreo por briofitas Esta técnica en elosprincipio quemedio una osustancia que es perju perjudicial dicial a losse organism obasa rganismos vivos, asídepor vivos, medi de estostóxica logramos logramos

 

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determinar la concentración de contaminantes tanto en el organismo como en el medio en el que se desenvuelven. Las técnicas del biomonitoreo de de un producto producto biológico, como son las briofitas en este caso, caso, se dan analizando la variación de la morfología, fisiología fisiol ogía y genética de los organismos, midien midiendo do las concentraciones concentraciones de sustancias en los organismos. El biomonitoreo representa un campo independiente de la búsqueda de contaminantes en el campo biológico y puede convertirse en una ayuda válida para alcanzar un propósito común representado por la mejora de la calidad del aire que respiramos. El biomonitoreo no es costoso y permite confiabilidad en la medición de la contaminación atmosférica. En lo que se se refiere refiere a las briofit briofitas, as, con cerca cerca de de 20.000 20.000 especies, especies, las briofitas son el segundo grupo más importante de plantas verdes. Comúnmente conocidos conocidos como musgos son plantas muy simples, sin vasos conductor cond uctores, es, ni flores, flores, ni frutos, frutos, que viven en lugares lugares húmed húmedos os y somb sombríríos, aunqu aunquee resisten resisten períodos períodos de sequía. Los musgos musgos inhiben inhiben la erosión erosión del suelo y promueven la retención de la humedad del mismo, mismo, son plantas de amplia distribuci distribución ón mundial, mundial, usual usualmente mente viven viven en lugares lugares húmedos o cerca del agua. Se encuentran entre los primeros organismos que colonizan las rocas,, pues al crecer rocas crecer sobre ellas modifican modifican su superficie superficie,, formand formandoo un sustrato en el que se pueden arraigar otras plantas. Es frecuente encontrarlos a manera de alfombras alfombras en el piso de los bosques bosques húmedos, húmedos, aunqu aunquee también crecen sobre sobre las ramas y los troncos de árboles, en techos de edificaciones, en muros de concreto y hasta sobre las alcantarillas. Las briofitas poseen varias ventajas sobre otros grupos de especies: reaccionan rápidamente a cambios en la estructura del aire, muchas especies están restringidas a ciertas microclimáticas poseen áreas de distribución geográfica muycondiciones muy amplias. Desde el punto punto deyvista taxonó-

 

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mico, las briofitas se conocen relativamente bien y se puede decir que su único alimento es el agua líquida. Así, las briofitas briofitas son muy adecuadas adecuadas como indicadoras indicadoras en amplias regiones de los bosques bosques neotropicales y ciudades, mientras que la mayoría de las plantas vasculares sólo son indicadoras locales. La desventaja de utilizar briofitas es su pequeño tamaño y el hecho de que pocos especialistas en el estudio de este grupo viven en América del Sur.

2. Mat Materiale erialess y método métodoss 2.1 Recolección del musgo Para la recolección de los biomonitores se usó musgo del refugio de vida silvestre silvestre Molinuc Molinuco, o, ubic ubicado ado al Sur Oriente de la ciudad de Quito, Quito, a 45 minutos en auto desde la población de Sangolquí. Las muestras fueron recogidas integras llevando consigo la corteza o troncoo que las acogían. tronc acogían. (Figu (Figuras ras 1 y 2).

 

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Figura 1. Recolección de las briofitas briofitas (musgo)   1.Recolección

 

Figura 2. Muestras de briofitas recolectadas íntegramente íntegramente con la corteza que las acogía.

 

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2.2 Ubicación de los Bio monitores Para ubicar a los musgos se escogieron 20 puntos a lo largo y ancho de la ciudad de Quito Quito y comunidades aledañas. Fueron depositados en parques y avenidas avenidas,, sembra sembradas das en árboles, mante manteniendo niendo la corteza corteza original original que los mantenía, mantenía, asegurando las muestras con la ayuda de cinta adhesiva. (Figuras 3 y 4). Los puntos seleccionados se presentan en la siguiente tabla (Tabla (Tabla 1). Tabla 1. Ubicación exacta de los veinte biomuestreadores biomuestreadores por sector Punto No.

UBICACIÓN

SECTOR  

1

Av. General Enriquez

Sangolquí

Yumanay Ñan y Av. Maldonado Ajaví y Cardenal de la Torre Av. Rumichaca y Av. Morán Valverde Quitus y Jacinto Collaguazo

Guamaní Parque Lineal UPS-Sur La Magdalena

Av. 10 de Agosto y Gran Colombia Santa Lucía e Isabel la Católica Enrique Rither y Av. la Gasca Av. Mariana de Jesús Japón y Av. Naciones Unidas Av. Fr Francisco Urrutia y Av. El Eloy Alfaro Av. Eloy Alfaro Av. Charles Darwin Av. 10 de Agosto y Cap. Ramón Borja Machala Luis Guerrero Arupos y Tulipanes Av. Alonso Vaca y Diego Parra Carapungo Calderón

Parque la Alameda UPS-Girón La Gasca Parque de la Mujer Parque la Carolina parque Chile Partidero a Zámbiza Quito Tenis La Luz Parque Inglés Cotocollao Ponciano Bajo Carcelén Carapungo Calderón

Sur de Quito 2 3 4 5 Norte y Centro de Quito 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

 

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Figura 3. Colocación de los Bio monitores Figura monitores en parques y avenidas de Quito  

Figur Figura monitores en parques y avenidas de Quito   a 4. Colocación de los Bio monitores

 

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Los monitores biológicos pasivos permanecieron en sus puntos durantee 50 días, equi durant equivalent valentes es al 14% de un año.

2.3 Tratamiento de las muestras Transcurrido el tiempo previsto (50 días), se procedió a la recolección de las muestras de los sitios respectivos y fueron trasladados de inmediato a los l os laboratorios del CIVABI. CIVABI. Las muestras muestras fueron secadas secadas al ambie ambiente, nte, por varios días y, poste posteriorriormente, ment e, molida molidass finamente finamente para el anális análisis. is.

2.3.1 Análisis de metales pesados plomo y cadmio Se pesaron exactamente con la ayuda de una balanza analítica alrededor de 0,5 g de muestra, la cual fue digerida con 5 ml de una mezcla de 8 partes de HNO3 y 2 partes p artes de HCl, a reflujo por 2 horas. Se filtro el residuo y se aforó a 25ml con agua destilada. Independientemente, se trabajó con con un blanco blanco que contenía musgo musgo virgen que no había sido sometido a la contaminación del ambiente para encerar el equipo de absorción atómica. atómica. Para el análisis se comparó la concentración de los musgos con una serie de estándares de concentraciones de Cd y Pb. Para el ensayo se empleó un equipo de absorción marca Varian, modelo 4200, 4200, y un detector detector de masas Varian, modelo Saturn Saturn 2001.

2.3.2 Análisis de los BTX Para este análisis se pesaron exactamente exactamente con la ayuda de una balanza analítica alrededor de 0,25 g de musgo de muestra. Como solvente solvente se utilizó metanol calidad HPLC, HPLC, en contacto con con el musgo por 30 minutos minutos y ultrasonido, finalmente se llevó a un volumen volumen de 3ml con metanol.

 

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La solución de 0,2 ppm se preparó usando un estándar certificado de BTX, (A (ACCUST CCUSTAND ANDAR, AR, 2005), de concen concentración tración 100 ppm. ppm. Para extraer los analitos se uso el método de espacio de cabeza, combinado con con microextracc microextracción ión en fase sólida, emplea empleando ndo una fibra SPME polidimetilsiloxano. Para el estándar se tomaron 1ml del preparado de 0,2ppm + 1ml de agua en un vial cerrado. cerrado. Se introdujo introdujo la fibra en el espacio de cabeza cabeza por 20 minutos a 85 º C, luego se colocó por 2 minutos en el inyector inyector a 180 º C, para que se produzca el desorbimiento y se inyectó. inyectó. De igual manera se tomaron 1ml de cada una de las muestras se introdujo en el vial + 1ml de agua destilada, y se repitió el procedimiento anteriormente descrito. En cuanto a las condiciones del cromatógrafo se trabajó con una temperatura tempe ratura del inyecto inyectorr de 180ºC, un flujo en columna columna de 1,0 ml/min, ml/min, gas helio de pureza pureza 99,9999%, 99,9999%, con un split off. off. La rampa de la columna columna parte de una temperatura temperatura de 40ºC, 40ºC, que se mantuvo estable estable por un minuto, minuto, incrementándose la temperatura temperatura a razón de ocho ocho grados cent centígrados ígrados por minuto minuto,, hasta alcanz alcanzar ar los 160ºC 160ºC,, finalmente se mantuvo mantuvo a esta temperatura temperatura por dos minutos, el tiempo total de análisis fue de dieciocho minutos. Para el análisis se utilizó un equipo de cromatografía gaseosa marca Varian, modelo 4200, 4200, y un detector detector de masas Varian, modelo Saturn Saturn 2001. 2001.

2.3.3 Analisis de PHAs Para este análisis se se uso un estándar (ACCUST (ACCUSTANDAR ANDAR,, 2005) para PHAS de 20 ppm, ppm, de estos se prepararon prepararon estándares de 0,2 ppm diluyendo con acetonitrilo calidad HPLC. La muestra se preparó pesando aproximadamente 0,25g de musgo, macerándolo por una noche en acetonitrilo + 30 minutos de extracción en

 

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ultrasonido, finalmente se filtró y aforó hasta alcanzar un volumen de 3ml en viales cerrados. Se inyectaron tanto de muestra como de estándar 4 ml. El cromatógrafo presentó una temperatura del inyector de 260ºC, con un flujo en columna de 1,0 ml/min con gas helio de pureza 99,9999%  y un split On 10. En cuanto a la rampa de la columna, columna, se inició con una temperatura de 60ºC, la cual se mantuvo estable por un un minuto, minuto, incrementando la temperatura a razón de veinte grados centígrados centígrados por minuto, minuto, hasta alcanzar los 90ºC, se sostuvo esta esta temperatura por un minuto más y nuevamente se incrementó la temperatura a razón de 10 ºC por minuto hasta alcanzar los 180ºC, esta temperatura se mantuvo en la columna columna por cuatro cuatro minutos. Una vez más se aumentó la temperatura a una velocidad de 10 ºC por minuto minu to,, hasta alcanzar alcanzar los 280ºC, 280ºC, finalm finalmente ente se mantiene mantiene a esta temperatemperatura por tres tres minutos. minutos. El tiempo total total de análisis análisis es de veinte veinte y nueve nueve minutos y medio. Para el análisis se utilizó un equipo de cromatografía gaseosa marca Varian, modelo 4200, 4200, y un detector detector de masas Varian, modelo Saturn Saturn 2001. Para obtener resultados en función de la deposición en la atmósfera utilizamos la siguiente expresión. log10(concentración en el musgo) = 0,59 + 1,0 log10(deposición atmosférica) Donde la concentración en el musgo se presenta en ppm en ppm y  y la deposición atmosférica en mg/m3.

 

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3. Re Resul sultad tados os 3.1 Análisis de Metales Pesados Pesados Del análisis realizado se obtuvieron los siguientes resultados en los v einte einte sitios elegidos para depositar los bio-indicadores, los cuales se detallan a continuación. (T (Tabla abla 2) y (Figura (Figura 5). Tabla 2. Concentraciones de Plomo Plomo [mg/m3] y Cadmio [mg/m3] en los veinte sectores muestreados No.

Sector de la ciudad

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Sangolquí Guamani Parque Lineal Chillogallo (UPS Sur) Magdalena Alameda El Girón (UPS Girón) La Gasca Mariana de Jesús La Carolina Parque Chile Zambiza Quito Tenis La luz Parque Inglés Cotocollao Ponciano Carcelen Carapungo Calderón

Concentración de Plomo en mg/m3 producto de 50 días. 1,61 1,89 3,06 1,32 1,61 0,73 1,61 2,48 1,61 1,61 1,31 3,86 0,44 1,32 0,73 2,18 1,32 0,73 1,31 1,02

Concentración de Cadmio en mg/m3 producto de 50 días. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,033 0 0 0 0 0 0 0 0

 

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Concentración de Pb [mg/m3]    3   m    /   g   m   n   e   n    ó    i   c   a   r    t   n   e   c   n   o    C

4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

    u   í   a  n   i   e  a   l    S  u  r   )   e  n  a   e  d  a   ó   n   )   a  s  c  a   s  ú  s     l   i  n  a    h   i   l  e    i  z  a   e  n   i  s    l   u  z   g    é  s     l   l  a  o    i  a  n  o   e   l  e  n   n  g   o   e  r  ó   ó  n   q     l    ó    l    l   n     r   e    b     o  o   o   m    i    i   o   c   r  c   c   p  u    l  d   n     a  m   o   T     L  a    I   n     d  e   J    C  a  r   u  e  C   n  g    u  a   u  e   L     U   P   S   a  g   d  a   A   l  a  m    S  G   a   C  a      L  a  G   e   o  t  o  c    P  o  n   C  a   a  r  a   t      i      Z   u     q   q    (     S  a   G   r  q    a    P   a   r   u    q      q   q       M   C   C   a   r   n    L    U   o   Q    a    P   (      P  a   g   a   l   l    P  a   a  r   i   ó  n   ó   r   o    M    i    l    i   l   G   Sector   C   h    E   l

Figura 5. Gráfico comparativo comparativo de las diferentes concentraciones obtenidas de plomo en los veinte sectores muestreados.

3.2 Análisis de los BTX El análisis arrojó resultados de concentraciones en tolueno, etilbenceno,, o-xile ceno o-xileno, no, p-xile p-xileno, no, diclor diclorobenc obenceno eno en los veinte veinte sitios elegidos para depositar deposi tar los bio-indic bio-indicador adores, es, los cuales cuales se detallan detallan a continuació continuación. n. (V (Ver er Tabla 3).

3.3 Análisis de los PHAs Para el análisis de los PHAs se obtuvieron concentraciones de naftaleno, len o, ac acetan etanaft aftale aleno no,, ace acetan tanaft afteno eno,, flu fluore oreno no,, antr antranc anceno eno,, fen fenant anterno erno,, flu fluoorantreno y pireno. pireno. El análisis arrojó resultados resultados en los veinte sitios elegidos para depositar depositar los bio-indicador bio-indicadores, es, los cuales se detallan detallan en la siguie siguiente nte tabla (Ver Tabla 4).

4. Di Disc scus usió ión n Se puede apreciar que a pesar del poco tiempo de muestreo los resultados son bastante bastante exactos. Es importante continuar continuar la labor del monitomonito-

 

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reo con una siguiente siguiente de remediación de la calidad del aire en Quito, Quito, sobre todo con con los compuestos compuestos más más peligrosos peligrosos como el plomo, plomo, cadmio y los PHAs en importantes concentraciones en sitios muyotóxicas habitados deque la ciudad caparecen iudad y que por,, sus propiedades por cancerígenas cancerígenas y neurotóxicas neur deterioran la calidad de vida de nuestra comunidad.

Bibliografía ACCUSTANDAR  2005 Catálogo de estándares científicos, científicos, DIN38407-9-BENZ . ACCUSTANDAR  2005 Catálogo de estándares científicos para PHAs, DIN38407-9-BENZ .

 

Investigación, ciencia y tecnología  35

_    m     /    e    g     d    u    e    n   n    d    ó    e  .     i    c    o    o    t    s    a    í    a    n   c    d    r    t    e    u    0    0    0    0    0    3    8    6    7    0    8    7    9    0    0    0    6    0    0    0    c    n   n    d   0    4    9    2    1    4    6    1    4    e    e    o    5    5    7    5    5    2    3    7    0    c    r    7    2    2    2    7    9    2    6  ,     b    n   o    p    0    0    1    0    0    0    2  ,  ,  ,    0  ,  ,  ,    1    o    r    0    0    0    0    0  ,    0     C    l    0    o    c     i     d

    d    a     d    u     i    c    a     l    e     d    s    e    r    o    t    c    e    s    e    t    n     i    e    v    s    o     l    n    e     X     T     B    e     d    s     i    s     i     l     á    n    a     l    e     d    s    o     d    a    t     l    u    s    e     R  .     3    a     l     b    a     T

   e _     d    m    e    n    /     d  .    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    ó    g    u   o    s     i    c    n   t    a    í    a    c    d    r    t    e    u    o    n   n    d   0    e    e    o    5    c    l    r    n    i    p    o   x       C   p

   e    e     d     d    o    n   n   t    ó    e    c    u  .    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0     i    c    o    d   s    a    í    a    n   o    r     d    e    r    t    l    p    0    n    i    e   x   - _    5    c    o    m    n     /    o     C    g    m    e    e     d     d    n   o    n   e    t    ó    o    c  .    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    u   s     i    c    n     d    a    e    í    a    c    o    d    r    t    n   r    p    0    n   e    e     b _    5    c    l     i    n   t    m    o    E    /    g     C    m    o    n   n   t    c    ó  .     i    e    u   s    c    o    d   a    í    a    o    n     d    r    t    e    r    u   p   0    n    l    e    o _    5    c    T    e    m    n     /    o    e    g    d     d     C    m

    d    a     d    u     i    c    a     l    e     d    r    o    t    c    e     S

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    l   a   e   n    i    i   n    L   a   e   m   u   a   q   u   r   a    G    P

    )     )   r   n   u    ó   r    S    i    S    G    P    S    U    P     (    U   a   o     (     l     l   n   a   a   e   n   g   o     l   a     d   e    ó     d    i     l   g   m   r     l    i    G   a     l     h   a     l    C    M    A    E

  s    ú   s   e    J   e    i   e   a     l   n     h     d    i   a   a     l    C   a   c    i   s   a   n   a   a   o   u   r   e     b    i   z    G   r    C   q   m   r   a   a   a   a   a    L    M    L    P    Z

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  o   g   n   n   u   p    ó   r   e   a     d   r     l   a   a    C    C

 

Investigación, ciencia y tecnología  36

 .    s    o     d    a    e    r    t    s    e    u    m    s    o     i    t     i    s    e    t    n     i    e    v    s    o     l    n    e    s     A     H     P    e     d    s    e    n    o     i    c    a    r    t    n    e    c    n    o    c    e     d    s    o     d    a    t     l    u    s    e     R  .     4    a     l     b    a     T

   e     d _    m   e    n    /    ó    g    d  .     i    s    c    u    o    a    a    n    t    c    í    r    t    e    u    d     d    0    n    o    e    n    o    5    c    e    r    n    i    o    r    p     C   p

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   e     d    n    o    t  .    n    e    c    u    s    ó    o    a     i    í    c    n    d    o     d    a    r    r    r    e    p    0    t    t    n    n _    5    e    e    c    a    m    n    /     d    n    f    e    g    o    u     C

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   e    n    e     d    e    d    t    n    o    o    ó    n    c  .     i    e    u    s    c    l    a     d    a    a    í    t    o    r    r    d    t     f    a    n    n    p    0    e    a _    5    c    t    n    e    m    o    c    /     C    A   g    u

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   e _    m     d    /    e    n    g    d    ó    u  .     i    s    c    n    o    a    í    a    e    t    c    d    r    t    o    u    n    n    d    0    e    5    e    o    c    l    r    n    a    p    t    o    f     C   a    N

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    )     )   r   n   u    ó   r    S    i   s    S    G    ú    P   s    S   e    U    J    P   e     (   a     l    i   e    U   a   o     l   n     d   e   a     (   a     d    i   n     h    C   a   a     l   a     l   n   c   z   g   n   o   s   e    i   r   a   e    ó   r   o     d   a   a    i   a   u     b    i     l     l   m    G    G   r    C   r   g   q    i   m   a     l   a     h   a     l   a   a   a   a    C    M    A    E    L    M    L    P    Z

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Actividad biológica de hongos endofitos presentes en dos plantas medicinales: Chuquiragua (Chuquiragua jussieui J.F. Gmel) y Ñachag ( Bidens Bidens Andícola Kunth) 

Manuel Ernesto Delgado Fernández1, Mar Marinell inellaa Rodol Rodolfi, fi, Santiago Cristóbal Vásquez Matute2, Ximen Ximenaa Marisol Marisol Icaza Samanieg Samaniegoo3

Introd roduc ucció ción n 1. Int El propósito propósito de esta investi investigación gación fue el estudio de una especie especie de hongoss denominados hongo denominados endófit endófitos, os, aislad aislados os de dos plantas plantas considera consideradas das ancestralmente como medicinales, Chuquiragua Jussieui y Bidens Andícola Kunth, planta plantass nativas del Parque Parque Nacional Nacional El Cajas, Cu Cuenca, enca, Ecuad Ecuador or.. Se pretende determinar la actividad biológica mediante análisis in vitro utilizando como técnica cultivos duales y establecer su interacción antagonista frente a hongos y bacterias fitopatógenas. Se estudian los hongos fitopatógenos: Bot Botryti rytiss Ci Ciner nerea ea,, Ph Phra ragmi gmidiu dium m Dis Discif ciflo lorum rum,, Colletotrichum Coll etotrichum Gloesp Gloesporoid oroides, es, Oidium sp sp.. Guign Guignardi ardiaa Citricarpa, Citricarpa, Pe Pestalotia stalotia sp.. Pl sp Plas asmo mopa para ra Vití itíco cola la,, Py Pythi thium um sp sp.. Tap aphri hrina na Def Deform orman ans, s, Fum umag agoo sp sp..  Monilia Roreri, Ceratocystis Fimbriata, Bremia Lactucae. También las bac-

1

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Licenc Lice ncia iado do en Qu Quími ímica ca y Bio Biolo logía gía po porr la la Uni Unive vers rsida idadd de de Cue Cuenc nca, a, Má Mást ster er en Ci Cien encia ciass y te teccnología, nologí a, para la utilización sostenible sostenible de los recursos naturales naturales no tradicionales tradicionales por la Universitá degli studi di Pavía – Italia, Italia, docente de las carreras de Ingeniería Ingeniería Agropecuaria y  Ambiental, Ambient al, de la Uni Univers versidad idad Politécnica Politécnica Salesiana; Salesiana; Labora Laboratorio torio de Biotecnología Biotecnología Campus Juan Lunardi Cuenca - Ecuador. Egresado de la carrera de Ingeniería Agropecuaria Universidad Politécnica Salesiana. Egresada de la carrera de Ingeniería Agropecuaria Univer Universidad sidad Politécnica Salesiana.

 

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terias de los géneros Erwin Erwinia ia sp. Agr Agroba obacteri cterium um Tumef umefacen acens, s, Ps Pseud eudomo omonas nas sp. y  sp.  y  Xanthomonas  Xanthomonas sp. Para entender la temática necesariamente debemos tener un concepto claro de lo que es un hongo endófito endófito cuyo término, según Chanway  (1996)) se deriva (1996 deriva del griego endon (‘ (‘dent dentro ro’) ’) y  phyte (‘p (‘planta lanta’). ’). El primero primero en defin definir ir el térmi término no fue fue De Bary Bary (1866) (1866);; aun aunque que,, en 1971, 1971, se defin definió ió al endofitismo como el estado de un organismo que vive en el interior de otro,, en contraposici otro contraposición ón a la condición condición de hepifitismo. hepifitismo. Carro Carroll (1986) defidefinió los hongos endófitos como como endosimbiontes y excluyó excluyó de este grupo los hongos patógeno patógenoss y asociaciones asociaciones de micorriza micorrizas. s. En 1994, Wennstr ennstrom om no fue el único en polemizar sobre el uso de la palabra y propone una redefinición de endófito endófito,, y propone propone utilizar la definición definición original: original: un organismo organismo que vive en el interno de otro. otro. Otras informaciones recalcan que estos hongos viven asintomáticamente en la planta la mayor parte de su ciclo vital, tienen esporulaci esporulación ón limitada limitada en breves breves periodos y, y, en algunos algunos casos, pueden estimular el desarrollo y la fuerza competitiva del huésped . Wilson (1995) revisa el significado del término y define los hongos endófitos como como hongos que invaden invaden los tejidos tejidos de plantas vivas. Pueden ser sistém sistémic icos, os, asi asisté stémic micos os o mutualis mutualistic ticos; os; otr otros, os, en cambio cambio,, se manifie manifiesstan como parásitos o algo similar similar,, pudiendo vivir en la planta durante su ciclo vital o parte de él. Esto excluye excluye las asociaciones de micorrizas a la vez que incluye hongos que son patógenos que no representan síntomas en el tejido. tejid o. Según Dreyfus Dreyfuss, s, los hongos hongos endófit endófitos os repres representan entan la más más grande reserva de especie fungina pero recordemos recordemos que es un campo de investigainvestigación relativame relativamente nte nuevo nuevo y que, seguram seguramente, ente, todos los estudios estudios que se llevan a cabo contribuirán a una mayor comprensión a cerca del tema. Sobre los hongos endofitos se han realizado muy pocos estudios, pero existen trabajos científicos en las zonas tropicales como los de Dreyfusss and Petrini (1984) Dreyfus (1984),, Rodrí Rodríguez guez and Samuels Samuels (1990 (1990), ), Rodrí Rodríguez guez and Samuel Samuelss (1992); (1992); por lo lo tanto tanto,, debid debidoo a la gran biodi biodivers versidad, idad, hay un gran campo de investigaciones pendientes paraenesta zona También se conocen trabajos que se llevan a cabo plantas queecológica. viven en ambientes ambie ntes extre extremos, mos, como los desiertos desiertos y la Antárti Antártica. ca. El conocimi conocimiento ento

 

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sobre los hongos endófitos permitirá aplicaciones de gran importancia, como el control biológico de plagas y enfermedades , que dep depende enderán rán de la capacidad y elmédico potencial para producir metabolitos secundarios en el campo mé dico,, fito fitopatol patológico ógico e industrial, indu strial, cualq cualquiera uiera que que utilizables sea el uso que se les pueda dar. dar. Estas aplicaciones dependen de modelos de investigainvestigación que parten de la interacción huésped-parásito y la evolución del sistema natural. Las gramináce gramináceas, as, igualm igualmente, ente, son objeto objeto de intensos intensos estudi estudios os para determinar la causa del impacto ecológico que tiene el huésped sobre la comunidad vegetal. vegetal. Las primeras investigaciones investigaciones en este sentido tuvieron lugar en 1941 1941 y las realizó Neil, Neil, quien determinó determinó la asociació asociación n entre la Festuca Orundinaceae Orundinaceae y  y el hongo endófito Epichloe typhina y typhina y Acremonium  Acremonium coenophialum.. Tales investigaciones fueron coenophialum fueron el punto de partida de futuros estudios en el área cuyo objetivo consiste en determinar la relación hongovegetal. En la bibliografía bibliografía analizada, no se encuentran encuentran datos acerca acerca del análisis antagónico in vitro de hongos hongos endófitos endófitos de dos plantas: plantas: la Chuquiragua  Jussiui y   Jussiui  y  Bidens Andícola Kunth, frente a hongos fitopatógenos y hongos endófitos, endófi tos, frent frentee a bacte bacterias rias fitop fitopatóge atógenas. nas. La presen presente te inv investigac estigación ión se se fundamenta en la capacidad antagónica de éstos. Alesta ser los hongos uno los problemas más grandes de la patología vegetal, investigación investigación se de encamina a la aplicación de hongos endófitos en el control biológico de enfermedades fitopatógenas causadas por hongos. Las bacterias, bacterias, tambi también én constituye constituyen n un prob problema lema fitopatol fitopatológico ógico,, por ser consideradas al igual que los hongos los mayores degradadores de sustancia orgánica orgánica,, aunqu aunque, e, las bacterias bacterias,, tienen una ventaja ventaja por su capaci capacidad dad de degradar sustratos sólidos y compactos. La pregunta que que guía la investigación investigación es la siguiente: ¿Se podría considerar los hongos endófitos como antagonistas de hongos y bacterias fitopatógenas? El resultado general consiste en que, mediante cultivos cultivos duales in vitro, vitro, se logra estab establecer lecer,, en primer primer lugar lugar,, los porce porcentajes ntajes de inhibic inhibición ión de los hongos endófitos con respecto a hongos y bacterias comunes cau-

 

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santes de enfermedades en diferentes santes diferentes cultiv cultivos; os; en segundo lugar, lugar, es posible determinar la actividad biológica de los hongos endófitos y estudiar su interacción antagonista hongos y bacterias.para Todo ello con el propósito de frente indagara el uso defitopatógenos estos microorganismos el control contr ol biológico biológico de enferm enfermedades edades fitopatol fitopatologicas, ogicas, la meta que justifica esta investigación.

2. Mat Materiale erialess y métod métodos os Respecto al área Respecto área estudiada, estudiada, los detalles detalles son los siguien siguientes: tes: El parque parque Nacional Nac ional El Cajas, se encuentra encuentra ubicado ubicado a sólo sólo 33 km. km. al occident occidentee de la ciudad de Cuenca, Cuenca, al sur del Ecuador en la provincia provincia del Azuay Azuay.. El parque nacional deenuna a lo las largo y ancho de uns área de 28.544dispone ha. Exist Existen enbiodiversidad el parque 235única lagunas lagunas más importantes importante son Lagarto Lag arto Cocha, Cocha, Oso Huaic Huaico, o, Tait aitach achugo ugo,, Tor oread eadora, ora, Vent entanas anas,, etc etc.. En este parque Nacional se originan los ríos Tomebamba Tomebamba y Yanuncay Yanuncay,, que, a su vez, atraviesan la ciudad de Cuenca. El Cajas constituye el centro de abastecimiento de agua para la ciudad de Cuenca. Cuenca. La timperatora timperatora promedio promedio anual anual es de 15,7 ºC, y la precipitación media media mensual mensual es de 75,6 mm, mm, con su máximo máximo en los meses meses de febrero febre ro y marzo marzo (INAMI (INAMI 2006). 2006). El sector sector se encuentra encuentra dentro dentro de las siguie sig uiente ntess coorden coordenadas adas:: Lon Longitu gitud: d: 079 079º11 º11,36 ,3666 W has hasta ta 079º11, 079º11,893 893 W, W, Latitud: Latit ud: 03º57 03º57,966 ,966 S hasta 03º59 03º59,343 ,343 S. S. Altit Altitud: ud: 2.125 hasta 2.144 msnm. Para la investigación, investigación, se consideran 3 zonas:

ZONA 1. Coo Coorde rdenada nadass UTM. 17 696532 696532 E; 969 969275 27566 N; Alt Altitu itudd 3972 MSNM MS NM.. Co Coor orde denad nadas as LA LAT T. LON ONG. G. 02 02°° 46 46.7 .701 01 S; 07 079° 9° 13 13.9 .927 2700 O; Al Alti titu tudd 3972 MSNM. ZONA 2. Coo Coorde rdenada nadass UTM. 17 699313 699313 E; 969 969173 17399 N; Alt Altitu itudd 3892 MSNM. MSN M. Coo Coorde rdenada nadass LAT LAT. LOG. 02° 02°47. 47.251 251 S; 079 079°12 °12.42 .4244 O; Alt Altitu itudd 3892 MSNM.

 

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ZONA 3. Coo Coorde rdenad nadas as UTM. UTM. 17 700210 700210 E; 969 969218 21899 N; Alt Altitu itudd 3691 MSNM MS NM.. Co Coor orde dena nada dass LAT LAT. LON ONG. G. 02 02°4 °47. 7.00 0055 S; 07 079° 9°11 11.9 .942 42 O; Al Alti titu tudd 3693 MSNM. A continuación se detalla los pasos metodológicos y los respectivos procedimientos empleados en lo procesos de Insolamiento Insolamiento,, taxonomía y  valoración de la actividad antagónica de los hongos endófitos estudiados.

2.1 Insolamiento y taxonomía de hongos endófitos Esterilización de la muestra La esterilizaci esterilización ón de las muestras, muestras, de cualquier cualquier parte parte de la planta, comienza con con el lavado en agua corriente; luego se procede a la esterilización superficial siguiendo métodos y recomendaciones establecidas (Rodríguez 1992-1994); se considera considera partes partes del vegetal, vegetal, sanas y libres libres de enfermedades. enferm edades. Se realizaron realizaron inmersiones inmersiones en etanol etanol (C2H5OH) al 75% e hipoclorito de sodio (NaClO) con una concentración del 3,41% dependiendo del tipo de material material vegetal. vegetal. Con las muestras muestras de Chuquiragua jussiui J.F.Gmel , por disponer de hojas robusta robustas, s, se realizó la esterilizac esterilización ión con un tiempo de tres minutos en hipoclorito de sodio y un minuto en etanol. Con las muestras de Bidens Andícola Kunth , por disponer de hojas y flores sutiles, se tomó en cuenta un tiempo de treinta segundos para el hipoclorito de sodio y treinta segundos para el etanol. Teniendo en cuenta condiciones estériles, se cortaron muestras del vegetal de 3 a 4 mm2 tratando de ubicar el corte entre la nervadura central  y el borde de la hoja, esto en el caso del vegetal Chuquiragua Jussiui, con respecto a la Bidens Andícola, se tomaron muestras de los pétalos de la flor por ser la parte del vegetal considerada con propiedades medicinales. Los cortes de los vegetales, se inocularon en cajas Petri Petri (100 x 15 mm) con Agar extractoo de malta, (MEA extract (MEA;; DIFCO) a razón de 5 muest muestras ras por caja. Lue Luego, go, se insolaron en cajas Petri de igual tamaño con el objeto de obtener cultivos puros; puros; y, finalm finalmente, ente, se desarrolló desarrolló el mismo mismo procedimie procedimiento nto en tubos tubos de ensayo con con PDA PDA Difco a pico de clarín. Para evitar el desarrollo de bactebacterias se utilizó cloranfenicol 250 mg/l.

 

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El desarrollo de la colonia fungina se controló diariamente con la ayuda de un estéreo microscopio. microscopio. La identificación y morfometría se llevó a cabo a través de un microsco microscopio, pio, median mediante te la preparación preparación de placas, placas, utilizando como tinción lacto fenol de Amann o lacto fucsina ácida. El lacto fenol es incoloro y permite ver la coloración propia de los micromicetes. micromicetes. Al contrario, la fucsina ácida es un colorante colorante que evidencia más intensamente las características estructurales funginas. La identificación de los hongos  y su clasificación se hizo por medio de claves y referencias bibliográficas, bibliogr áficas, con la colaboración del Dipartimento di Ecología del Territorio e degli Ambienti Ambi enti Terrest Terrestre, re, Unive niversitá rsitá di Pavía-It Pavía-Italia alia.. El diseño experimental usado es la prueba CHI cuadrado para determinar los niveles de infestación de hongos endófitos en las tres zonas consideradas.

2.2 Insolamiento y taxonomía de hongos fitopatógenos La caracterización de hongos fitopatógenos, de mayor mayor incidencia en la zona del austro austro,, así como como de la región Costa, Costa, se considera considera un objetivo objetivo de la investigac investigación, ión, además además,, del Insolamie Insolamiento nto y caracterizac caracterización ión de bacterias, bacterias, consideradas patógenas, y asociadas al cultivo del babaco (Carica pentagona). La caracterización morfológica se basó principalmente en la estructura y composición composición (conidio (conidios, s, coni conidiófor dióforos, os, etc.) a partir partir de la información información de Barnett y Hunter Hunter (1998). Para el aislamiento aislamiento del patógeno y la caracterización se tomaron tomaron muestras del vegetal; vegetal; luego se lavaron lavaron con agua destilada y se cortaron cortaron muestras muestras del vegetal afectado afectado por la enfermedad. enfermedad. Las muestras se tomaron tomaron del borde de la hoja; en la cámara de flujo laminar se procedió a desinfectar las mismas, con hipoclorito de sodio al 4% y con etanol al 75% por un tiempo tiempo variable. Luego se colocaron colocaron en un medio de cultivo para hongos para cuyo caso se utilizó PDA (DIFCO) en cajas Petri de (100 x 15 mm) en las que se colocó 5 muestras en cada una. Poste osteriorment riormente, e, se hizo el control control del desarrollo (esporificaci (esporificación), ón), sigui siguienendo el procedimiento procedimiento detallado anteriormente, con el objetivo de obtener cultivos culti vos puros, puros, en este caso de hongos hongos fitopatóge fitopatógenos, nos, que posteriorme posteriormente nte serán identificados y clasificados taxonómicamente mediante el uso de un microscopio y la elaboración de placas. Para la clasificación taxonómica taxonómica se

aplicaron aplica ron claves, claves, refer referencias encias bibliográfic bibliográficas as y manua manuales les de identi identificaci ficación ón

 

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específicos para los géneros específicos géneros en estudio. estudio. En el caso de las bacterias, se tomaron muestras de vegetal afectado (Carica ( Carica pentagona) El aislamiento de las bacterias consisti bacterias consistióó en cortar muestras muestras del del vegetal, vegetal, en segmentos, segmentos, que fuefueron desinfectados superficialmente con etanol al 70% e hipoclorito de sodio al 0,05% durante un minuto cada uno y enjuagados con agua destilada estéril. estéril. Los segmentos segmentos se transfirier transfirieron on a un cristal cristal de reloj estéril estéril donde se maceró el tejido con con la ayuda de una espátula espátula de metal. Del macerado resultante se tomó una azada, (aza de platino para cultivo cultivo de bacterias) la cual fue estriada, en zing-zag en medio TSA (agar de soya y tripticasa).. La caracterización casa) caracterización,, se basó en manuales manuales y descripción de los géneros, géneros, Pseudomon Pseu domonas, as, Xan Xanthomon thomonas, as, Agro Agrobacterium bacterium y Erwinia carotovo carotovora ra..

2.3 Valoració Valoración n in vitro de la actividad de antagonismo cultivo dual hongo endófito-hongo fitopatógeno Para el empleo del test, se parte de cultivos Para cultivos monospóricos monospóricos según el método méto do de cultivos cultivos duales, con puntales puntales estériles; estériles; se toman toman fragmentos fragmentos de micelio de 4 a 5 mm de diámetro y tomados de los cultivos monospóricos en desarrollo desarrollo,, en un terre terreno no PDA, PDA, e inoculados inoculados en una cámara de flujo flujo laminar,, en cajas Petri de (100 x 15 mm) que laminar que contienen el mismo terreno. terreno. Los dos micelios a antagonizar son inoculados a 4 cm de distancia (2,5 cm de distancia del borde de la caja). En cada prueba se lleva una caja de control obtenida del mismo cultivo madre (monospórico) e inoculado sobre PDA PD A a la distancia de 2,5 cm del borde de la caja Petri. Todos los test se llevan a cabo en duplicado, duplicado, en este caso los cultivos. cultivos. Se ha tenido especial especial cuidado en mantner la temperatura ambiente y se realizaron mediaciones diarias del radio dirigido hacia el centro centro de la caja. La inibición de los hongos fitopatógenos opuestos a los hongos endófitos se expresa como porcentaje de inhibición del crecimiento radial del micelio según la siguiente fórmula: Inhibición (%) = 100 x (R – r)/ R  R y r respectivamente, respectivamente, radio dirigido hacia el centro centr o de la cajaDonde en el control y en el cultivo son dualel según Watanabe (1980) y otros

autores auto res (Dalla Valle and Zechini D· Aureli Aurelio, o, 1989; Pe Pearc arce, e, 1990; Varese and

 

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Luppi-Mosca, Luppi-M osca, 1991) 1991).. Los tipos tipos de interac interacción ción observados observados,, se establece establecen n en las siguientes categorías: A. Inhibición recíproca recíproca de contacto contacto (la colonia tiene igual o diversa diversa vellosidad de desarrollo); B. Inhib Inhibición ición a distancia distancia (las dos colonias se inhiben recíproca recíprocament mentee sin entrar en contacto); C. Inhibición unilateral con contacto contacto de la especie opuesta (la especie opuesta inhibida crece al tener contacto con el endófito cuyo desarrollo es inalterado); D. Inhibición unilateral a la distancia (la especie opuesta opuesta es fuertemente inhibida de parte del endófito y su desarrollo es inalterado); E. Inhib Inhibición ición unilate unilateral ral con fuga de de la especie opuesta opuesta.. Los resultados se expresan mediante un índice de inhibición (ii) calcal culado como la sumatoria sumatoria del porcentaje porcentaje de inhibición, mostrado por la especie opuesta respecto al total del test (N), tal como se evidencia en la siguiente fórmula: ii = ∑ Inhibición (%) de la especie opuesta/N

2.4 Cultivo dual hongo-bacteria La metodología metodología es muy muy parecida, parecida, de tal manera que que del margen de colonias funginas en crecimiento crecimiento sobre sobre terreno PDA, PDA, se cortan y retiran, retiran, con puntales puntales estériles, estériles, disco discoss de micelio micelio de 4 mm de diámetro. diámetro. Lueg Luegoo son inoculados en cajas de 9 cm de diámetro que contienen 20 cc del mismo terreno, terre no, a una distancia distancia de 2,6 cm del margen margen de la caja, caja, mientra mientrass que a una distancia de 3,7 cm se inocula una suspención bactérica de 0,5 ml (1 McFarland).

2.5. Análi Análisis sis microscópico microscópico Las pruebas duales se completan con el análisis microscópico de fragmentos de micelio las colonias en contacto, contact o, y de las de áreas m arginales, para determinar lasde posibles alteraciones morfológicas morfológicas los marginamicr microoroor-

ganismo gani smos. s. (Gi (Girlan rlanda da & Luppi Luppi – Mosca, Mosca, 199 1992; 2; Pra Prasun sun & Kanth Kanthada adai,i, 199 1997). 7).

 

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Concl nclusi usión ón 3. Co Se “Chuquiragua ha logrado clasificar taxonómicamente los , hongos endófitos de los jussieui”  géneros: Cladosporium spp Coelomycetes, Coelom ycetes, Fusarium Fusa rium spp , Nigro Nigrospor sporaa sp , Altern Alternaria aria like; Phoma spp. “ÑACHAG” Bidens andícola kunth, se identifica 5 géneros de hongos diferentes:  Altern  Alternaria aria spp; Cladosporium spp; Coelomycetes, Fusarium spp; Nigrospora sp. Esta investigación sobre la presencia de endófitos fúngicos en las plantas chuquiragua (Chuquiragua Jussieui)  y Ñachag (Bidens Andícola Kunth), consideradas medicinales en la farmacopea homeopática nacional, demostró que varias especies de hongos y especialmente los micelios estériles aislados podrían constituir un óptimo y quizás inocuo material biológico para investigaciones investigaciones futuras, en particular por la marcada actividad antagónica antagó nica con hongos y bacterias fitopatógena fitopatógenas, s, cons considerand iderandoo las perspectivas del uso de estos microorganismos para la elaboración y formulación de productos para el control biológico de enfermedades enfer medades fitopatógenas causadas por hongos hongos y bacterias. bacterias. El porcentaje más elevado de antagonismo se da con el hongo AX (micelios estériles) con un porcentaje del 89,1% frente a Colletotrichum gloesporoides, agente causal de la antracnosis en el tomate de árbol (Cyphomandr (Cyphomandraa betaceae) be taceae) En cuanto cuanto a las bacterias bacterias fitopatógena fitopatógenas, s, se consideran consideran los cuatro cuatro géneros ( Agrobacterium sp.; Erwinia sp; Pseudomonas sp. sp. y   y  Xanthomonas  Xanthomonas sp.) agentes causales de enfermedades y de mayor incidencia en vegetales. Los resultados de cultivos duales in vitro, vitro, de igua iguall manera manera,, son muy muy sati satissfactorios.

4. Di Disc scus usió ión n Considero muy muy importante la investigación, investigación, por los resultados obtenidos, ya que no se han llevado a cabo trabajos de investigación investigación referidos al uso de hongos endófitos como agentes antagonistas de microorganismos fitopatógenos. Esta investigación investigación representa una base para trabajos de investigación futuros relacionados con el control biológico de enfermeda-

des fitopatológicas

 

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En la actualidad, quizá el problema problema más grave para los agricultores agricultores que se dedican al cultivo de tomate (Cyphomandr (Cyphomandraa betaceae) be taceae) en el austro es la antracnosis, antracnosis, causad causadaa por el hongo hongo Colletotrichum gloesporoides. La presente investigación recomienda el uso de microorganismos antagonistas (hongos endófitos) para la formulación de productos biológicos para el control de dicha enfermedad.

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 4

Colección de especies vegetales de la provincia de Morona Santiago con potencial uso medicinal: medicinal: aislam aislamiento iento y caracter caracterizació izaciónn química y biológica

María Elena Maldonado R.1, Pab Pablo lo Cob Cobaa SS..2, Mar Marco co Cer Cerna na C.3

1. Int Introd roduc ucció ción n Antecedentes y justificación Las plantas desde la antigüedad han sido un recurso al alcance del ser humano para su su alimentación y la cura de sus enfermedades; las llamadas plantas medicinales, eran veneradas por las virtudes que se les había reconocido,, transmi nocido transmitiéndol tiéndolas as de de generación generación en generaci generación; ón; nadie busca buscaba ba el saber por qué o cómo actuaban, actuaban, pero era un hecho incontes incontestable table y que parecía parec ía mágico (Lock (Lock Olga, 1994) 1994).. El uso de las plantas medicinales en Ecuador no ha perdido interés,  y en la l a última década se ha implementado mucho el consumo de productos naturales, naturales, que se expenden expenden en las cada vez más numero numerosas sas tiendas tiendas naturistas, existe una tendencia mundial a consumir este tipo de productos por lo que es importante que se demuestre científicamente la validez de 1

Directora del Pro Proyecto yecto de investigació investigación, n, Directora de la Carrera de Ingeniería en Biotecnología de la Universidad Politécnica Salesiana.

2

Director del Centro de Investigación y Valoración de la Biodiversidad (CIVABI) ABI) ySalesiana. Docente de la Carrera de Tecnología Tecnología de los Recursos Amazónicos, Universidad Politécnica P(CIV olitécnica

3

Coordinador de la Carrera Tecnología de los Recursos Amazónicos, Universidad Politécnica Salesiana.

 

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esta medicina alternativa alternativa y, y, a su vez, se realice un manejo sustentable sustentable de las especiess vegetales especie vegetales que participan en estas preparacio preparaciones. nes. Es importante importante también que se busquen nuevas especies con un potencial uso en el campo de la farmacia, la medicina y la cosmética cosmética basados en la riqueza del conocimiento ancestral de nuestras comunidades indígenas. La provincia de Morona Morona Santiago, es una de las provincias con mayor mayor riqueza natural en la que se pueden destacar sus ríos y diversas especies de árboles. Su clima es tropical húmedo lluvioso y tiene una temperatura propromedio de 21ºC. 21ºC. Al igual igual que las demás demás provinci provincias as del Amazo Amazonas nas en Morona Santiago se albergan entre diversas comunidades indígenas las comunidades Shuar y Achu Achuar ar,, poseedoras de un bagaje de conocimientos ancestrales el usoderenovable de de su los flora, de la cual 30 estudiantes están cursando laen carrera Tecnología Recursos Amazónicos.

Planteamiento del problema y preguntas de investigación Todo pueblo por más primitivo primitivo que sea o que se lo considere, considere, ha desarrollado desarr ollado algún algún tipo, o sistema sistema de Medicina, Medicina, basad basadoo en un sistema sistema ideológico y con una particular cosmovisión acerca acerca de la vida y la muerte, la salud y la enfermedad, ya que la medicina es parte misma de la cultura de un pueblo, y tienen su propia propia concepción sobre sobre las causas de las afecciones, la manera manera de reco reconocerl nocerlas as y diagnos diagnosticarla ticarlas, s, así como como las las formas formas o procedimientos para aliviar, aliviar, curar o prevenir prevenir las enfermedades y además para preservar y promover la salud. La medicina tradicional es el resultado de miles de años de acumulación de conocimientos empíricos, muchos de ellos estrechamente vinculados a mitos y prácticas religiosas La medicina científica, que es históricamente reciente y a pesar de que ha tomado los conocimientos empíricos del pasado, pasado, ha tomado tomado el sólido camino del positivismo positivismo y la causalidad, causalidad, por tanto trata de librarse del ancestro mitológico. mitológico. Por esta y otras razones se ha considerad considerado, o, en cierta forma, forma, a la medicina medicina científica científica como como contracontrapuesta a la medicina medicina tradicional, tradicional, pero hay hay que insistir en que no se debe

olvidar que varios de los fundamentos históricos de la medicina científica tienen profundas raíces raíces en la medicina tradicional, sin que se haya agota-

 

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do el caudal de conocimientos empíricos de ésta y que aún puede constituir fuente de inapreciables beneficios para el hombre actual. El patrón epidemiológico realizado mediante vigilancia sanitaria y  egresos hospitalarios, demuestran que junto a una patología de desarrollo  y modernización inequitativas, coexiste un perfil de subdesarrollo y de pobreza, fundamentalmente en las comunidades indígenas. Esta tradición médica ha sido transmitida desde los ancestros a las generaciones actuales como una herencia invalorable que va de padres a hijos. A través de la historia podemos ver ver la importancia que se se da a las plantass medicinales. planta medicinales. Sin embargo, embargo, a pesar del vasto conocimiento conocimiento en la utilización de las plantas como medicamento, que en nuestro país no sólo se constitu cons tituye ye en parte de una riqueza riqueza folclórica, folclórica, sino que, defini definitivam tivamente ente es una terapéutica muy difundida y empleada aún en la actualidad principalmente por estratos poblacionales socioeconómico marginados tanto rurales como urbanos, urbanos, pocas de estas plantas han sido estudiadas en forma sistemática siguiendo parámetros científicos modernos y normas éticas definidas internacionalmente. El objetivo principal de este proyecto fue realizar la investigación bibliográfica acerca de los trabajos realizados y publicados sobre actividad biológica biológi ca de plantas ecuatoria ecuatorianas, nas, se puede observar clarament claramentee que la mayoría de los estudios realizan un trabajo de evaluación general de la actividad activid ad antibacterian antibacterianaa y antimicótica, antimicótica, sin establece establecerr las aplicaciones aplicaciones específicas que estas plantas podrían tener en diversos campos, como por ejemplo en el campo farmacéutico. farmacéutico. Po Porr tanto el objetivo general de este proyecto fue realizar un estudio profundo de la actividad biológica de las plantas medicinales que permita establecer, establecer, los posibles usos y aplicaciones de estos extractos en la provincia de Morona Santiago. Dentro de los objetivos Dentro objetivos específic específicos os están: la creación creación del herbario didáctico para los alumnos de las carreras de Ingeniería en Biotecnología y  de Técnico en procesamiento de los recursos amazónicos, con una coleccolección inicial que comprende alrededor de 1.000 especies vegetales.

 

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Otro de los objetivos es la realización de análisis en las plantas sobre su toxicid toxicidad, ad, activida actividadd antioxidant antioxidante, e, activid actividad ad antimicrobi antimicrobiana ana y paralelamente ensayos químicos preliminares que nos permitan conocer de una manera general la composición química de estas plantas. Este trabajo ha logrado además capacitar a los estudiantes de las carreras antes mencionadas en el uso de técnicas analíticas modernas para el estudio de las plantas medicinales.

2. Mat Materiale erialess y métod métodos os Colección de especies vegetales Para la colección de las especies vegetales se planificaron 4 salidas de campo a las siguientes siguientes zonas de la provincia provincia de Morona Morona Santiago: Granja del Instituto Instituto Salesiano Salesiano,, Alred Alrededor edores es de la ciudad de Macas, Macas, Camin Caminos os junto al Río Macu Macuma, ma, Bosqu Bosquee Protect Protector or del CREA, Vía MacasMacas- Pr Proañooaño- San San Isidro Isid ro,, Río Ju Jurumbai rumbaino no - Cum Cumbre bre Cerro Quila Quilamo, mo, Watsakatsak-Entsa, Entsa, Orillas del rio Upa Upano, no, Centr Centroo shuar shuar Wi Wisui, sui, Centr Centroo shuar shuar Wi Wisui; sui; Cerro Wi Wisui, sui, San Luis de Ininkis, Granja del Instituto Instituto Salesiano. Salesiano. Las muestras botánicas fueron secadas y colocadas en láminas de cartulinaa con una ficha, cartulin ficha, que indica: indica: la zona de recolecc recolección, ión, una descripción descripción botánica de la familia familia y la especie. La confirmación de las especies vegetales en muchos casos ha sido realizada en el Herbario Herbario Nacional. Un duplicado de los vouchers de las plantas colectadas será enviado a Quito.

Tamizaje Fitoquímico Preliminar Antes de realizar la extracción completa de la muestra a ser analizada, fue necesario llevar a cabo pruebas preliminares preliminares sencillas y rápidas que permitan detectar cualitativamente la presencia de determinados grupos de compuestos compuestos.. Esto se logró mediante mediante las técnicas de tamizaje, tamizaje, que se ayudan de la microquímica para evidenciar estos grupos de constituyentes

mediantee formación mediant formación de precipit precipitados, ados, colo coloraciones raciones,, etc.

 

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Estas reacciones se caracterizan porque son selectivas para las clases o grupos de compuestos compuestos que que se investigan, investigan, son simples simples y rápidas, detect detectan an la mínima cantidad posible y utilizan un mínimo de equipo de laboratorio (Miranda (Miranda Miranda Miranda,, 2000) 2000)..

Evaluación Evalu ación de la Actividad Antimicrobiana En este estudio se utilizó la técnica descrita por Bauer y Kirby  (Manual (Ma nual de Técnicas Técnicas del CYTED, CYTED, 1997) donde donde se ensayaron ensayaron diferentes diferentes dosis de extractos (o de productos puros aislados previamente) sobre distintas bacterias observando la presencia o ausencia de halos de inhibición.

La evaluación de la Toxicidad De extractos extractos estudiados estudiados (DL50), (DL50), se realizó realizó utilizando utilizando la técnica de Artemia Salina. La evaluación de la Actividad Antioxidante Se realizó mediante la técnica del DPPH que consiste en preparar una solución solución reacc reacción ión de de DPPH DPPH (1,1-di (1,1-diphen phenyl-2yl-2- picrylhy picrylhydrazyl; drazyl; de Sigma) con metanol a una concentración de solución 1x10 -4 Molar del antioxidante fueron fueron adicionados a la solución reacción. reacción. La inhibición (disminución en la absorbancia) se determinó a 517 nm, a los 30 minutos minutos de administrar admini strar el agente antioxi antioxidante. dante. Se evaluó con este este mismo procediprocedimiento todas las concentraciones de cada extracto. extracto. Paralelamente se determinó un blanco blanco (metanol) (metanol),, un control control negativo negativo y un control control positivo positivo.. La actividad antirradical o EC50 (concentración eficaz 50) es definida como la concentración del antioxidante que disminuye la absorbancia de DPPH a un 50% de la cantidad inicial.

 

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3. Re Resul sultad tados os La colección de alrededor de 500 especies vegetales de la provincia de Morona Santiago Estas colecciones se hicieron con los estudiantes achuar y shuar del programa de Macas, basados en el conocimiento conocimiento tradicional de las comucomunidades a las que pertenecen estos estudiantes, y la formación de dos herbarios didácticos: Uno que tiene como como sede los laboratorios del CIVABI CIVABI en Sevilla Don Bosco, Bosco, pro provincia vincia de Morona Morona Santiago Santiago,, y el otro en la carrera de Ingeniería en Biotecnología de la Universidad Politécnica Salesiana en Quito, con las especies colectadas colectadas y 400 especies colectadas donadas por el Doctor David David Neill para la formación formación del herbario. Las especies pertenecen a las siguientes familias: Acanthaceae, familias:  Acanthaceae, Actinidiaceae, Alstroemeriaceae,  Amaranthaceae,  Amar anthaceae, Amaryllidaceae, Annonaceae, Apiaceae, Araceae, Araliaceae,  Arecaceae, Asclepiadaceae, Asteraceae, Begoniaceae, Bignoniaceae, Bixaceae, Bomb Bo mbac acac acea eae, e, Bo Borragi agina nace ceae ae,, Br Brom omel elia iace ceae ae,, Bu Burs rser erac acea eae, e, Ca Caes esal alpi pini niac acea eae, e, Campal Cam paluna unacea ceae, e, Cap Caparid aridace aceae, ae, Cap Cappar parace aceae, ae, Caric Caricace aceae, ae, Cha Chaemad emador oracea aceae, e, Clus Cl usia iace ceae ae,, Co Comm mmel elin inac acea eae, e, Co Cost stac acea eae, e, Cuc ucur urbi bita tace ceae ae,, Cyc ycla lant ntha hace ceae ae,, Cyp yper erac acea eae, e, Dry Dryop opte terid ridac acea eae, e, Eq Equi uiset setac acea eae, e, Er Eric icac acea eae, e, Eryt rythr hrooxy xyla lace ceae ae,, Eup upho horb rbia iace ceae ae,, Fab abac acea eae, e, Fi Fito tola laca cace ceae ae,, Fl Flac acou ourti rtiac acea eae, e, Ge Gent ntia iana nace ceae ae,, Ges esne neri riac acea eae, e, Hel elic icon onia iace ceae ae,, Iri rida dace ceae ae,, Lac acis iste tema mata tace ceae ae,, Lam amia iace ceae ae,, Lauraceae, Lecythidaceae, Liliaceae, Loranthaceae, Lycopodiaceae, Lyt ythr hrac acea eae, e, Mal alpi pigh ghia iace ceae ae,, Mal alva vace ceae ae,, Mar aran anth thac acea eae, e, Mar arcg cgrrav avia iace ceae ae,,  Melastomata  Melasto mataceae, ceae, Meliace Meliaceae, ae, Mimosac Mimosaceae, eae, Mirth Mirthaceae aceae,, Monnimia Monnimiaceae ceae,,  Moraceae, Myricaceae, Myrsinaceae, Myrtaceae, Nygtaginaceae, Olacaceae, Onag On agrrac acea eae, e, Or Orch chid idac acea eae, e, Ox Oxal alid idac acea eae, e, Pap apil ilio iona nace ceae ae,, Pas assi sifl flor orac acea eae, e, Phyt Ph ytol olac acca cace ceae ae,, Pi Pinn nnac acea eae, e, Pi Pipe perrac acea eae, e, Poa oace ceae ae,, Poc ocea eae, e, Pol olig igon onac acea eae, e, Pol olip ipod odiu ium m, Poly lygo gona nace ceae ae,, Poly lypo podi dium um,, Ros osac acea eae, e, Rub ubia iace ceae ae,, Rut utac acea eae, e, Sapi Sa pind ndac acea eae, e, Se Sela lagi gina nace ceae ae,, Se Sell llagi agine nell llac acea eae, e, So Sola lana nace ceae ae,, St Ster ercu culi liac acea eae, e, Til ilia iace ceae ae,, Trop opae aeol olac acea eae, e, Urt rtic icac acea eae, e, Ver erbe bena nace ceae ae,, Vio iola lace ceae ae,, Vis isca cace ceae ae,,  Zhingiberaceae, Zingiberaceae.

 

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Estudio de la actividad biológica de las siguientes plantas por estudiantes Se de presenta en la siguiente tabla los nombres de los estudiantes ydelas la Carrera Tecnología de los Recursos Amazónicos involucrados plantas estudiadas. Apellidos y nombres de los investigadores

Nombre común de la planta colectada

Nombre científico de la planta colectada

Ank nkua uash sh Tsa sama mara rain intt Ed Edwi win n Fl Flooresm smil iloo Antún Naichap Jankichak Marianela Ávila Ordoñez Eduardo Cárdenas Rodríguez Nelly Silvana Chacón Arichabala Jhonatan Jaime Jimpikit Kuja Diego

Ayagu guas ascca Yutsu Rolaquimba Ajo de monte Nacedero Matico

Banisteriopsis capii Calliandraa angustifolia Calliandr Carica microcarpa  Mansoa alliasa Croton sp. Piper sp.

Juanga Tangamashi Char Kawarim Ujukam TiChari miasim AnW toennicohatei Manchu Jeencham Tserem Hernán Martinez Yuma César Agusto Matute Jaramillo Lizeth Patricia Mayacu Tivi Alexander Lee Naikiai Mashutak Tsentsak Josel Joselito Ojeda Aguananchi Ninfa Balvina Pininkias Kashijint Wanset Federico Salinas Rodriguez Julia Targelia Sando Mashu Marcelo Sandu Mashu Kajech Shakay Cacepa Dennis Omar Sharupì Washicta Mi Milton JiJimpikit Tandu Shacay Jacob Alonso Tirado Valladares Blanca Germania Tivi Serembo Boris Holger Tsenkush Juwa Kashijint Rubén Ujukam NawechTsawant Milton Utitiaj Wasump Shakaim Celestino Utitiaja Chau Ramón Edwin Vásconez Vargas Jairo Daniel Wajarai Shacay Benito Rodolfo Wamputsrik Unkuch Vicente Hidalgo Washicta Tz Tzaquimbo Wilmer JiJimpikit Yampia Rusi Saant Alvino Pablo Coba Santamaria Pablo Coba Santamaria

SCaunrtaornininaa Capulí de monte Floripondio Ubre de vaca Ibila(Sekemur) Coca Uña de gato Tabaco Ataco Suwa Huevo de burro( Apai) Bala de cañon Kunapip Piripi Guaviduca Takup Yaii Kuiship Dormilona Mortiño (Shimpishpi) Dulcamara Chiaak   Peregri rin na Apach Caña agria Yumpink   Anenkrat

Spigela mulhispíca stend   Adenostemm  Adenostemmal al fosbergii Psaida mida Datura sanguinea Solanum mamosum Entada polystachya L Erytroxilum coca lam. Uncaria tomatosa  Nicotina tabacum  Amaranthus  Amar anthus retroflexus retroflexus Genipa americana Grias peruviana Couroupita guianensis Tabernaemontana Sananho Cyperus prolixus Piper pallidirameu pallidirameum m Solanum guianensis Banisteriopsis Sp.  Jacaranda  Jacar anda copaia  Mimosa dyprodactita dyprodactita Solanum americanum Mill  Solanum dulcamara renealmia sp. Hibiscus sp Himatanthus sp. Costus amazonicus

Pablo Coba Santamaria Pablo Coba Santamaria

Canelo Blanco Insulina

 Nectandra sp.  Nectandra carica sp.

 

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Realización de un primer inventario de flora de 4 zonas de la provincia de Morona Santiago En la tabla se muestra la localidad donde fue recolectada la muestra  y la fecha fe cha de recolección. LOCALIDAD

Fecha

Granja del Instituto Salesiano Alrededores de la ciudad de Macas Caminos junto al rio Macuma Bosque Protector del CREA Vía Macas- Proaño- San Isidro Río Jurumbaino - Cumbre Cerro Quilamo Watsak-Entsa Orillas del rio Upano Centro shuar Wisui Centro shuar Wisui; Cerro Wisui San Luis de Ininkis Granja del Instituto Salesiano

04-nov-06 05/11/2006 19/01/2006 05/11/2006 29/01/2007 30/01/2007 19/05/2007 30/05/2007 19/06/2007 24/06/2007 29/06/2007 29/07/2007

Tamizaje Fitoquímico Se realiza el Tamizaje Fitoquímico sobre las siguientes plantas: Planta analizada

Nombre común

( Adenostemmol forbergii) forbergii) (Amaranthus caudatus L.) (Banisteriopsis sp.) (Brugmansia sanguina) (Calliandra angustifolia) (Carica microcarpa) (Chouropita guianensis) (Costus amazonicus) amazonicus) (Croton spp.) (Dichorisndra bonitana Philipson) (Dioscorea trifida) (Entada polystachya) (Erythroxilum coca/ fithroxilum) fithroxilum) (Genipa americana)

CURARINA ATACO YAJI FLORIPONDIO YUTSU ROLAQUIMBA BALA DE CAÑÓN CAÑA AGRIA MORADILLA UCHICH UNTUNTUP TUYO SEKEMUAR  COCA SUA

(Grias peruviana)

HUEVO DE BURRO

(Hibiscus sp.) (Himathantus sp.)

PEREGRINA UÑA DE GATO

 

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Planta analizada

Nombre común

(Jacaranda copaia) (Mansoa alliacea) (Mimosa polydactyla) (Nicotiana Tabacum) (Phytolacca sanguinea H. H. Walter) (Piper agostifoliumm) (Piper pallidirum) (Psaida mida) (Puya clavaherculis Mez & Sodiro) (Reneulmia alpinia) (Solanum americanum Mûll) (Solanum dulcamara) (Solanum guianensis) (Solanum mamosum)

JACARANDA AJO DE MONTE DORMILONA TSANK WAMPAKAR  MATICO GUAVIDUCA CAPULÍ DEL MONTE ACHUPALLA CHIANK MORTIÑO DULCAMARA TAKUP TETA DE VACA

((Cypresus Sp gelia multispica) prolixus) (Tabernacomntan (T abernacomntan sannha) (Uncaria tomatosa L. L.) En identificación (Banisteriopsis capii) (Elephantus sp) En identificación En identificación En identificación En identificación En identificación

SANTONINA PIRIPRI KUNAPIP APACH YUMPINK AYAHUASCA MATA MAT A CARNERO HIERVA PAJARITO CANELO BLANCO INSULINA GUAYUSA ANEKRAT

Concl nclusi usione oness 4. Co Se ha logrado reconocer la riqueza biológica de alrededor de 1.000 especies de plantas de la amazonía mediante pruebas de evaluación biológica estandarizadas, la creación de estos Herbarios Didácticos contribuye al desarrollo desarrollo de la ciencia, la medicina medicina y las comunidades comunidades donde donde fueron colectadas.

5. Di Disc scus usió ión n

El mayor logro de este trabajo es la participación de los estudiantes de las comunidades Shuar y Achuar Achuar,, en un proyecto que les ha permitido reconocer la riqueza biológica en que ellos viven, colectar las plantas que

 

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utilizan en su vida diaria, trabajar en el montaje utilizan montaje de las muestras muestras para el herbario y realizar pruebas de evaluación biológica estandarizadas estandar izadas y que se utilizan en las universidades europeas, europeas, permitiendo que se cumpla uno de los principales objetivos de la UPS, que es llegar a los más pobres con educación de calidad. Las especies colectadas servirán de base para que los estudiantes de las carreras de Ingeniería en Biotecnología y Tecnología de los Recursos Amazónicos puedan realizar sus tesinas y tesis de grado. Se ha creado dos herbarios didácticos, que permitirán a los estudiantes de las carreras de Ingeniería en Biotecnología de los Recursos Naturales  y Tecnología de Los Recursos Amazónicos, familiarizarse con la botánica sistemática. Sería importante continuar con el trabajo de inventariar inventariar las especies vegetales de otras zonas de la provincia de Morona Santiago. Se debe continuar con los trabajos de investigación sobre la actividad biológica de todas las plantas colectadas así como conocer su composición química, para lo cual se requiere seguir contando con el apoyo apoyo de las autoautoridades de la UPS para la continuidad de este proyecto.

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5

Evaluación y Disminución de Escorrentía y erosi er osión, ón, en zona onass con con fue fuerte rte pen pendie diente nte,, mediante la siembra y manejo de Vid (Vitis vinífera) en el cantón Paute Hernán Avilés Landívar1, Pedr Pedroo Velez Castr Castroo

Introd roduc ucció ción n 1. Int La erosión erosión por escorrentí escorrentía, a, es el proceso proceso de degradación degradación del suelo (Coronado (Cor onado M., 2003: 17-25) que que causa un gran impacto impacto ya que por su gran magnitud es irreversible. Este factor se presta por las propiedades propiedades intrínsecas del suelo suelo (tex (textura, tura, estruct estructura, ura, estab estabilidad ilidad de los los agregado agregados, s, pendien pendiente, te, infiltración, infiltra ción, escurrim escurrimiento iento,, veloci velocidad dad de la la escorr escorrentía, entía, prese presencia ncia o no de barrerass vivas, que determinan barrera determinan la erodabilidad. erodabilidad. La pendiente pendiente (grado, (grado, largo y forma) forma) con la erosividad erosividad de la lluvia lluvia (frecuencia, (frecuenci a, inte intensidad nsidad y duración), duración), la cobertura cobertura veget vegetal, al, son factor factores es que que determinan la velocidad erosiva.(Grupo erosiva.(Grupo de trabajo VID VID,, 2004). En la zona de investigación ubicada en el cantón Paute el factor erosivoo es muy fuerte, con pérdidas siv pérdidas abundantes abundantes de suelo, suelo, el cual se deposita en los lechos de quebradas y ríos. Si bien es cierto, cierto, se han implementado sistemas sistemas de control erosivo mediante la siembra de determinadas especies forestales, forestales, y en lugares aptos para un normal desarrollo de las plantas.

1

Director del Proy Proyecto ecto de investigación, Docente de la Universidad Politécnica Salesiana.

 

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En ningún caso, caso, se ha utilizado utilizado una recomendació recomendación n de siembra de vid, en sitios sitios que tienen tienen característic características as de fuerte pendient pendientee y un suelo degradado. El abandono de estos sitios por parte de sus propietarios, sin considerar que existe existe una alternativa de uso de estos suelos, implementando un manejo y una especie especie adecuada, adecuada, que al futuro futuro le prestará prestará ventajas, ventajas, tant tantoo de tipo conservacionista como económico. Los suelos se degradan normalmente por su uso no acorde (Salazar, Melgarejo Mel garejo,, 2005) con con sus aptitudes aptitudes y limitaciones limitaciones edáficas. edáficas. Por su origen, ubicación y pendiente poseen características intrínsecas, lo que determina su proceso de degradación. En la zona de investigación predomina la configuración del perfil del suelo con con pendientes pendientes pronunc pronunciadas, iadas, las mismas mismas que son frágiles frágiles en el aspecto erosivo, erosivo, así mismo los propietarios propietarios de los lotes los tienen subutilizados propiciando una degradación más rápida del suelo. En el cantón Paute por su ubicación geográfica y sus condiciones medioambienta medioam bientales les posibilita posibilita realizar esta investigación investigación,, con la particip participaación directa directa de los propietarios propietarios de los predios, predios, que en este momento momento se encuentran en estado de abandono.

Objetivos Los objetivos del proyecto son: 1. Evaluar Evaluar el efecto efecto del sistema sistema propuest propuestoo sobre los niveles niveles de erosión erosión del suelo. 2. Determ Determinar inar las las causas causas de la la erosión erosión en la Zona de Paute Paute,, así como como la alternativa más viable dentro de la familia de las VITACEAE para la mitigación de los efectos agresivos existentes. 3. Análi Análisis sis del impacto impacto en la biodiversidad biodiversidad existe existente nte con el cultivo cultivo propro-

puesto. 4. Real Realizar izar un análi análisis sis económic económicoo de la alternativa alternativa de mejoramient mejoramientoo planteada.

 

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5. Establecer Establecer un programa programa piloto piloto de alternativa alternativass de controles controles erosivo erosivos, s, obteniendo un valor agregado en mediano plazo.

Hipótesis El sistema propuesto de siembra y manejo de la vid en sitios degradados con con fuerte pendiente pendiente puede reducir reducir la erodabilidad, erodabilidad, prop propiciand iciandoo una mejora en las características del suelo, influyendo en la biodiversidad  y participando en el manejo sustentable de las pendientes.

Preguntas de investigación • ¿Qué cantidad de material sólido es arrastrado por efectos erosivos en sitios desprotegidos? • ¿Qué cantidad de material sólido es arrastrado por efectos erosivos en sitios sembrados con vid? • ¿Qué tipo de influencia tiene la siembra de vid en estos sitios, respecto a los propietarios de los lotes de investigación? • ¿En que tiempo puede verificarse los resultados de la investigación respecto al cumplimiento de los objetivos?

2. Mat Materiale erialess y método métodoss Población de estudio Se escogió el cantón cantón Paute Paute por sus característic características as geográficas, geográficas, sus condiciones medioambientales y por el modo de vida de su gente, que al ser en gran medida dedicados a la agricultura y ganadería constituyen un potencial muy fuerte de abastecimiento de productos en el Austro.

Muestra Mu estra representativa

La ubicación geográfica referenciada a base de coordenadas UTM

 

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Figura 1. Ubicación georreferenciada georreferenciada de cada lote

Para determinar los materiales utilizados en el desarrollo del pro yecto citamos: Materiales Biológicos • Corresponden al uso de clones para la reproducción de plantas de vid que serán sembradas en el sitio definitivo. • Como base para el crecimiento inicial de las plántulas el sustrato utilizado consistió en una mezcla de limo, limo, arcilla y materia orgánica. orgánica. • Se utilizaran, utilizaran, ademá además, s, abono y fertiliza fertilizante nte químic químico. o. Materiales Físicos

• Infraestructura ( Umbráculo y vivero para la reproducción de plantas).

 

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• • • • • • • • • • •

Sistema de riego presurizado a nivel de vivero. Fundas plásticas. Teod eodolit olito, o, cin cinta, ta, mira mira.. GPS. Computadora. Programas de computación (Autocad). (Autocad). Laboratorio para análisis de suelo. Cámara fotográfica. Vehículo para transporte a los respectivos sitios de investigación. Lotes de terreno (5) ubicados en diferentes pendientes. Herramientas Herram ientas para cálculo cálculo de eros erosividad ividad (estacas (estacas metálicas, metálicas, tablas tablas,, regadera). • Herramientas utilizadas para el cavado de hoyos y siembra de las plantas.

Métodos Al considerar considerar lugares de topografía accidentada, es conveniente conveniente dar un tratamiento especial en cuanto al manejo y protección del suelo, es por tal motivo que en nuestro análisis fueron considerados parámetros como son:: pend son pendien iente te del del terreno terreno,, sup superfi erficie cie del del terren terreno, o, dis distan tancia cia de de siembra siembra,, númeroo de númer de plantas plantas por ha, infiltra infiltración, ción, veloci velocidad dad de esco escorrentí rrentía, a, tex textura, tura, estructura, estruct ura, pH del suelo, suelo, cantid cantidad ad de material material arrastrado arrastrado.. Se realizaron medidas a nivel de campo, campo, a nivel de vivero y a nivel nivel de oficina. ofici na. Las cuales se describen a continuación continuación::

A nivel de campo Promoción del proyecto en los diferentes lugares propicios para la investigación.

 

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A partir de visitas personales con los propietarios de los lotes y a la firma de un convenio convenio,, se posibilita posibilita la participación participación institucional institucional y de la comunidad en las actividades.

 

Figuras 2-3. Recorrido de la zona para determinar lotes que intervienen en la investigación.

Figuras 3-4. Localización georreferenciada georreferenciada de cada uno de los lotes, mediante el uso de GPS.

  Figuras 4-5. Determinación de la superficie y pendiente de cada uno de los lotes, mediante trabajo de campo y oficina.

 

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Figuras 6-7. Estudio de la flora existente en cada uno de los lotes.

 

Figuras 8-9.Toma de muestra de suelo en cada lote para su respectivo análisis.

 

Figuras 10-11.Trazado de curvas de nivel y señalamiento de los respectivos lugares donde serán sembradas las plantas.

 

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Figuras 11-12.Verificación del sistema radicular previo a la siembra. Siembra de las plantas.

Figuras 13-14. Seguimiento y control control de las actividades realizadas en el proyecto.

 

 

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A nivel de vivero

Figuras 1-2. Recolección de material vegetativo vegetativo y estratificación de clones.

 

Figuras 3-4. Enfundado de sustrato a nivel de umbráculo. umbráculo.

Figuras Figur as 5-6. Siembra de clones en fundas a nivel de umbráculo. umbráculo.

 

Investigación, ciencia y tecnología  70

  Figuras 7-8. Manejo y mantenimiento técnico de los clones en desarrollo (desyerba (desy erbas, s, riego riegos, s, ferti fertilizaci lización, ón, resie resiembr mbraa etc).

 

Figuras 9-10. Manejo en el patio de aclimatación de plántulas prendidas.

A nivel de oficina 1. 2. 3. 4.

Investigación Investi gación bibliográ bibliográfica fica sobre sobre la temá temática. tica. Elaboración Elaborac ión de de los los cronogramas cronogramas de actividad actividades. es. Elaborac Elab oración ión de inf inform ormes. es. Interpretac Inte rpretación ión de datos datos recole recolectados ctados a nivel nivel de campo, campo, median mediante te téctécnicas propias para cada información.

Consideraciones teóricas Dependiendo de los rangos, los suelos pueden ser clasificados se presenta en la Tabla 1 seguir:

 

Investigación, ciencia y tecnología  71

1. Rangos, categorías de pendientes pendientes Tabla 1.Rangos,

Rangos % 0-3 3-8 8-16 16-30

Clasificación Plana a casi plana Débilmente inclinada Inclinada Moderadamente escarpada

30-65

Escarpada

> 65

Muy escarpada

Fuente: www.v www.vendimia.cl/veredicionanterior endimia.cl/veredicionanterior.php?edicion=20&id .php?edicion=20&id

En busca de la pendiente Cada vez es más común ubicar vides en laderas (Grupo de trabajo VID,, 2004) VID 2004).. La siembra siembra se reali realiza za a favor favor de de la pendiente pendiente,, para así evitar el movimiento excesivo excesivo del suelo, y por consiguiente consiguiente la erosión. Con este tipo de plantación se pretende establecer viñedos en suelos más pobres y cuyas profundidades son muy inferiores a las de que hay en los valles. Las diferencias entre plantaciones ubicadas en el plano y otro en la empinada ladera son numerosas y la mayoría están relacionadas con la fuerza de gravedad. Aunq Aunque ue depende mucho del grado de inclinación en el se ubique ubique plantación, plantaci aspectladerosos aspecto o erosivo erosivo,,sean ayudado ayud ado porprofundos fuerza fuerza deque gravedad, hanlahecho queón, loselsuelos menos prla ofundos  y con una un a menor cantid cantidad ad de materi materiaa orgánica. orgán ica. (Ricardo, H.; Bonel Bonelli, li, C .,  2002). Los suelos inclinados, si bien no son buenos porque son muy muy delgados, a veces tienen tienen arcillas arcillas muy densas, densas, son recomenda recomendables bles desde desde el punto de vista de la exposición exposición solar, solar, así como como también por la capacidad capacidad de campo que es baja lo que influye influye directamente en el cultivo de la vid, ya que ésta no soporta soporta terrenos terrenos muy húmedos.( húmedos.(Cor Coronado onado,, M., 2003) 2003)..

No todas las variedades de vid se adaptan a las mismas tierras (Consejo orgánico www.consejo.org.ar/ coltec/fe coltec/ferrario rrario IRII, 2007) 2007).. Algun Algunas as cepas se acomodan a suelos arenosos, pedregosos y secos como el Cabernet 

 

Investigación, ciencia y tecnología  72

Sauvignon  y el Syrah dando características frutales bien definidas. (Medi (M edidas das de Contro Controll de la erosión, erosión, 200 2007, 7, (ww (www w. Cde Cdeea. ea.com com/ag /agorg organic anica. a. htm). htm ). Al sembrar vid, se debe considerar que no todos los suelos son aptos para cualquier variedad, en todo caso es necesario un estudio minucioso. También se puede apreciar que se buscan terrenos pobres de buen drenaje, drena je, de bajo bajo nivel nivel producti productivo vo,, tenie teniendo ndo como como objetiv objetivoo disminuir disminuir la la erosión y obtener menor cantidad de fruta, pero con mayor mayor concentración. Algunas de las técnicas son son la siembra directa sin laboreo, el laboreo reducido a su su mínima expresión, la no incorporación incorporación -o la incorporación parcial- de los restos de cosecha, y el establecimiento de cubiertas vegetales para proteger el suelo en cultivos leñosos (árboles y arbustos utilizados para la obtención obtención de frutos frutos o planta forestal). forestal). Al parecer parecer,, la agricultura agricultura de conservación es tan rentable como la convencional, convencional, si bien exige gastos iniciales cia les elev elevado ados. s. (Co (Coro ronad nado, o, M., 200 2003). 3). Este tipo de agricultura incorpora incorpora técnicas que reducen, reducen, cambi cambian an o eliminan el arado del suelo y evitan la quema de rastrojo para mantener una suficiente cobertura de residuos vegetales en el suelo a lo largo de todo el año. De esta forma, forma, el suelo queda queda protegido protegido de la erosión erosión y del agua de la lluvia, a la vez que aumenta aumenta de forma forma natural su estabili estabilidad, dad, su contenicontenido orgánico y su nivel de fertilidad. Todo ello contribuye a disminuir disminuir en gran medida la contaminación de las aguas superficiales y la emisión de CO2 a la atmósfera, atmósfera, además de de favorece favorecerr la biodiversida biodiversidad. d. Pa Para ra mantener mantener una fisiología normal a lo largo de su vida, la vid tiene un periodo de reposo anual (agostamiento), (agostamiento), la planta no muestra muestra actividad vegetativa aparente y no hay crecimiento crecimiento ni floración, sean las que fueren las condiciones condiciones ambientales ambie ntales mome momentáneas ntáneas.. Algun Algunos os procesos procesos fisiol fisiológicos ógicos,, tales com comoo la absorción absor ción radicula radicularr, la traslocaci traslocación ón vascular vascular,, la respiraci respiración, ón, la fotosínt fotosíntesis esis  y la transpiración, t ranspiración, pueden tener lugar en forma lenta.

Aportes del proyecto

La realización del presente proyecto implementa una nueva metodología en el campo de conservación conservación de suelos. Esta metodología metodología consist consiste, e, como primer paso en el análisis del problema que provoca la erosión,

 

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seguido de la determinación de la cantidad de materiales sólidos arrastrados hacia las partes bajas o lechos de ríos y quebradas. El abandono de predios erosionados por parte de sus dueños, con la consecuente disminución de la superficie con aptitud agrícola constituye un problema importante en la región. En el presente presente proyecto proyecto se analiza una alternativa técnicamente viable para remediar y mitigar esta situación, tomando en cuenta la situación social de los participantes en el proyecto. La posibilidad de convertir los resultados del proyecto en un modelo de trabajo conjunto con las instituciones dedicadas a labores de forestación, mitiga mitigación ción de de impactos impactos ambi ambientales entales,, etc. etc.,, y la Unive Universidad rsidad..

3. Resultados obtenidos en la primera fase del proy proyecto ecto El proyecto proyecto tiene una duración de tres años. Los resultados obtenidos en el primer año son presentados a continuación. Las actividades realizadas, conjuntamente con los resultados resultados obtenidos se presentan en la Tabla 2. Tabla 2. Resultados del proyecto. proyecto.  Actividades Realizadas

Datos relevantes

Variables tomadas en cuenta

Resultados.

1. De Detterm rmin inac ació ión n de espacios para realizar el proyecto.

5 lo lottes es..

Sitio Sit ioss o lu luga garres apt ptos os pa para ra la investigación, se encuentran desprovistos de vegetación, co con una pendiente pronunciada y alta elocidad de escorrentía.

1.Se de detter ermi min nó de lo loss es esppac acio ioss par araa la realización del proyecto serán 5 lotes con suelos degradados, qu que por situaciones de deforestación, mal manejo han sido abandonados.

5 lo lottes

Propi piet etaari rios os de lo lottes que par arti ticcip ipaan en el proyecto

2.Predi 2.Pre dios os con car araact cteerí ríst stic icaas requeridas. Se considera un potencial que sirva de referencia para trabajos futuros.

4 ha.

Superficies o áreas que serán utilizadas. Delimitación y georreferencia con GPS

3. Lotes en diferentes lugares. Por las condiciones climáticas de la zona, considerando una altitud promedio, para la adaptabilidad.

Determinación de la superficie en Ha 2.Promoc 2.Prom ociión de dell proyecto. Determinación de los % de pendiente 3.Medición y ubicación digitalizada.

4. Los objetivos del proyecto.. Con resultados proyecto parciales propiciar el involucramiento de instituciones afines a la actividad.

Mediante conver conversaciones saciones con diferentes instituciones, se hace conocer el proyecto,, con la posibilidad de futuros proyecto convenios.

4. Posibilidad de involucramie involucramiento nto institucional. Considerando la importancia de del manejo sustentable en el manejo del medio. am ambiente.

 

Investigación, ciencia y tecnología  74

 Actividades Realizadas

Datos relevantes

Variables tomadas en cuenta

Resultados.

5.Obtención de plantas en producción. Características fisiológicas aptas para la selección de clones.

7.000

Material vegetativo (clones).

5. Re Recolección de estacas, o clones adaptados al medio, lo que facilita un rápido desarrollo vegetativo del cultivo.

6.Suelo arenoso- materia orgánica. Co Considerando las característica característicass del suelo base.

8 m3

Sustrato adecuado para la reproducción.

6. Obtención de suelo. Que tenga características semejantes de estructura y textura al de las zonas que serán sembradas.

Elemen Elem ento toss qu quím ímic icos os qu quee promueven la emisión de partes vegetativas en los clones.

7.00 7. 0000 es esta taca cass

Act ctiv ivac ació ión n pa para ra em emis isió ión n de si sist stem emaa radicular.

7. Pr Proc oces esoo de re repr prod oduc ucci ción ón.. Co Con n un adecuado manejo a nivel de vivero.

Estructura protegida “sarán”.

5.000 plantas

Manejo a nivel de vivero

8. Ob O btención de plantas, vi v igorosas que cumplan condiciones requeridas para el replante.

Condiciones ambientales naturales en donde serán sembradas las plantas en forma definitiva.

5.000 plantas

A campo abierto

9. Ac Aclimatación de plantas enraizadas dando lugar a un rápido prendido en el sitio definitivo definitivo..

Condiciones del suelo, para pa ra de dete term rmin inar ar metodología de análisis a utilizar.

5 muestras

Contenido de: M .O .O. pH p H, te t extura, estr es truc uctu tura ra,, in inte terc rcam ambi bioo ca cati tión ónic ico, o, infiltración.

10. An Análisis de suelo de los diferentes pred pr edio ios, s, da dato toss el elem emen enta tale less pa para ra la correcta recomendación en el manejo del cultivo.

Rápida Rápi da vel eloc ocid idad ad de escorrentía, l o que propicia el uso de métodos preventivos.

5 lo lottes

Mayo yorres al 40 40% % con la util iliiza zaci ción ón de aparatos de precisión.

11. Pend 11. ndiien enttes pr pron onu unc ncia iaddas as,, la lass mismas que por su ubicación geográfica son difíciles de trabajar.

Análisis de escorrentía, erosividad. Ubicación conveniente conveni ente para realizar los análisis.

15 parcelas

Delimitación 2 m2 cada un una

12. Pa Parcelas de de es escorrentía. Se S egmentos adicionales que sirven para muestreo y toma de datos referidos a la erodabilidad.

Cantidad de de su suelo la lavado. Medición de escorrentía, infiltración. Calcular valores en volumen m3 de material arrastrado por unidad de superficie

15 pa parcelas

Métodos ci científicos pa para de determinar valores.

*Obtención de valores numéricos en relación al arrastre de materiales.

Todos los elementos que participan, condiciones climáticas desfavorables.

5 lotes

FODA

14. Consolidación del proyecto.

Sistema radicular definido, plantas vigorosas.

1 lote

Plantas adecuadas para la siembra definitiva.

15. Traslado de insumos y plantas a los lugares de siembra.

Ins nsu umos y mét étod odoo de

1 lo lotte

Med edia iant ntee pa pará rám met etrros ba basa sado doss en

16.. Sie 16 iemb mbra ra de pla lan nta tas,co s,con nsi side dera ran ndo

Estacas

Brindar condiciones aptas para el desarrollo

siembra labranza mínima. Man anoo de ob obra ra,, téc écni niccos que analicen los diferentes parámetros.

1 lo lotte

análisis técnicos anteriores.

una condición climática favorable para esta labor.

Med edia iant ntee de desy syeerb rbas as,, ri rieg egos os y cuid idad ados os periódicos.

17. Man 17. anej ejoo y cu cuid idaado doss de la si sieembr bra, a, referidos a futuros riegos, de desyerbas, coronas, podas etc.

 

Investigación, ciencia y tecnología  75

 La determinación de estos valores están en función del avance de  siembra en los diferentes lotes, al momento la siembra se ha realizado en 1 lote,, faltando los lote los 4 restantes. restantes.

4. Co Concl nclusi usione oness La investigación pretende demostrar que los lugares involucrados en el proyect proyecto, o, por sus caracte característic rísticas as topográfica topográficas, s, pueden generar generar utilida utilidadd ambiental y económica a los involucrados; involucrados; así mismo generar un efecto en el paisaje, lo que conlleva a un aumento en la micro micro flora y micro micro fauna obteniendo una biodiversidad con una especie exótica. Se puede manifestar que mediante el avance del proyecto se ha divulgado el mismo a ciertas instancias que tiene que ver con el desarrollo agrícola y ambiental de la zona. Prov Provocando ocando curiosidad e interés por conocer conocer sobre el cultivo dado en estas condiciones. El involucramiento directo directo de personas dedicadas a la actividad agríag rícola,, participa cola participando ndo en esta alternati alternativa va de cultivo, cultivo, así mismo mismo la duda de que si vale o no la pena dedicar parte de su tiempo al desarrollo de la actividad. La obtención obtención de lotes lotes previamente previamente delineados delineados,, a una distancia distancia de siembra conveniente entre plantas. Le siembra de esta especie en los diferentes lotes, lotes, y el inicio de la evaluación en cuanto a la medición de la erodabilidad Un manejo de suelo con labranza mínima.

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Investigación, ciencia y tecnología  76

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6

Aplicación del biodiesel para motores de encendido por compresión con la finalidad de reducir reducir las emisiones contaminantes en la ciudad de Cuenca Fernando Chica Segovia1, 2

2

 Jaime Antonio Zhunio Morocho , Javier Teodor eodoroo Rodas López

Introd roduc ucció ción n 1. Int Los vehículos motorizados representan la mitad de las emisiones que causan smog, todo el monóxido de carbono en los centros de las ciudades, más de 25% de las partículas finas y más de la mitad de los contaminantes tóxicos tóxic os del aire. El problema problema aumenta aumenta cuando el parque automot automotor or es excesivo excesi vo y vetusto. vetusto. Esto sumado a la falta de mantenimiento mantenimiento de los automotores; el manejo ineficiente del tránsito sin leyes ni reglamentos rigurosos, la insuficiente difusión prde oblema y consecuentemente falta un de una conciencia ciudadana ciudadana al del temaproblema la contaminación, hacen dellasmog tema altamente preocupante en nuestra ciudad. La ciudad de Cuenca posee un parque automotor que está alrededor de 80.000 vehículos vehículos (según datos de Cuencaire), Cuencaire), si comparámos con ciudades de mayor tamaño y población podríamos concluir que el parque automotor es excesivo. Este aumento descontrolado de los vehículos motorizados está ori-

ginando problemas ambientales y sociales como en las grandes urbes. Los 1 2

Director del Proyecto de investigación, Docente de la Carrera de Ingeniería Automotríz de la Universidad Politécnica Salesiana. Egre Eg resa sado doss de la Ca Carr rrera era de in inge genie nierí ríaa Aut utom omot otrí ríz, z, As Asist isten ente tess de in inve vest stiga igació ción. n.

 

Investigación, ciencia y tecnología  78

gases tóxicos que son expulsados diariamente por los tubos de escape causan a la salud de laglobal población y aportan a los problemas ambientalesafecciones como el calentamiento y el cambio climático. Por lo citado anteriormente es necesario buscar alternativas viables a los problemas que que surgen de la quema de combustible combustible fósiles; una de éstas es el uso de combustibles alternos alternos como el Biodiesel, además se debe conconsiderar que a futuro puede producirse una crisis energética, debido a la disminución de las reservas de petróleo, sobre todo por la escalada abrupta de su precio. En el Ecuador, Ecuador, actual actualmente mente,, se produce produce alrededor alrededor de 5.000 toneladas de biodiesel al mes procedente del aceite de la palma africana (Palm metil ester), ester ), el cual es exportado a Norteamérica Norteamérica.. Con el fin de reducir las emisiones contaminantes contaminantes en Cuenca, este proyecto propone aprovechar aprovechar la energía más limpia que provee el biocombustible, como una alternativa alternativa a corto y mediano plazo. plazo.

2. Mat Materiale erialess y métod métodos os Los materiales y métodos usados en este proyecto se describen de la siguiente manera:

2.1 Materiales Los materiales utilizados en la ejecución del presente proyecto se detallan a continuación: • Biodie Biodiesel sel B100 B100 PME PME (P (Pal-M al-Meti etil-Es l-Este ter) r) D6751 D6751 (AST (ASTM). M). Al 100% 100% este este producto se utiliza como combustible total o parcial para motores diesel; utilizado durante las pruebas con con la finalidad de disminuir la

emisión de gases contaminantes. • Diese Diesell II, II, co comb mbus usti tibl blee líqu líquid idoo deri derivad vadoo del del petró petróleo leo,, co con n 0,70 0,70% % de azufre Norma Norma INEN 810; utilizado como combustible para motores diesel.

 

Investigación, ciencia y tecnología  79

• Di Dies esel el Pre Premi mium um,, co comb mbus usti tibl blee líqui líquido do deri derivad vadoo del petr petróle óleoo, co con n un máxim máximo o de 0,05% de para azufre azufre Normadiesel, Norma INEN 1489, utilizado utiliz ado com o combustible mejorado mejorado motores con1489, la finalidad de como reducir el material particulado. • B5 Mezc Mezcla la de Biodi Biodiesel esel PME PME (Pal(Pal-M Metil etil-Es -Ester ter)) al 5% en Dies Diesel el Premium Pre mium.. utili utilizado zado en el proyecto proyecto como como prueba, con la finalidad finalidad de reducir la emisión de gases contaminantes. • B10 Mezc Mezcla la de Biodi Biodiesel esel PME PME (Pal(Pal-M Meti etil-Es l-Este ter) r) al 10% 10% en Diesel Diesel Premium Pre mium.. utili utilizado zado en el proyecto proyecto como como prueba, con la finalidad finalidad de reducir la emisión de gases contaminantes.

2.2 Métodos Los métodos utilizados en la ejecución del presente proyecto se describen a continuación, continuación, recalcando que para simplificar la explicación nos referiremos únicamente al primer equipo utilizado y al primer motor sometido a las pruebas; y el trabajo completo completo del proyecto proyecto se presentará en otro documento que reposa en el Departamento de Coordinación de Investigación de la UPS. La metodología de medición que se usó, es la indicada en el Texto Texto Unifica nificado do de Legisla Legislación ción Ambi Ambiental ental Secund Secundaria, aria, Libr Libroo VI, Anex Anexoo 3 de “Métodos y equipos de medición de emisiones desde fuentes fijas de combustión””, Numeral 4.2 y sus anexos, bustión anexos, que expresan lo siguiente: 4.2.2.5 Ubicación de puertos 4.2.2.5 puertos de muestreo. muestreo. Los puertos puertos de muestreo se colocarán colo carán a una distancia distancia de, al menos, menos, ocho diámetros diámetros de chimenea chimenea corriente abajo y dos diámetros de chimenea corriente arriba de una perturbación al   flujo normal de gases de combustión. Se entiende entie nde por perturbación pert urbación cualquier  codo,, contr codo contracción acción o expansión expansión que posee posee la chimenea o conducto conducto.. En conducconductos de sección sección rectangu rectangular lar,, se utilizará utilizará el mismo mismo criterio, criterio, salv salvoo que la ubicaubicación de los puertos de muestreo se definirá en base al diámetro diámet ro equivalente del 

conducto… Para iniciar las pruebas y de acuerdo a la referida referida normativa, se construyo un tubo de escape de hierro, desde el motor el cual tiene un diáme-

 

Investigación, ciencia y tecnología  80

tro de 75 milímetros y una longitud de 900 milímetros. La medición se realizo a una distancia de 8endiámetros desde la colector última de perturbación (Ensanchamiento del tubo su conexión con el escape del motor) a 600 milímetros de la misma, se realizó un agujero agujero de 8 milímetros de diámetro para introducir la sonda del Equipo hasta la mitad del diámetro de la chimenea (interiormente a 37 milímetros desde la pared del tuboo de escape) tub escape).. Ver Fig. Fig. 1: L = 900mm

PUERTO MUESTREO

Ø =75mm

SALIDA GASES

8Ø = 600mm SONDA EQUIPO

COLECTOR DE ESCAPE DEL MOTOR

  Figura 1. Disposición de la sonda de muestreo del Equipo

Equipo Analizador. el equipo usado para la medición es un analizador de celdas electroquímicas según lo estipulado en el mismo texto de legislación ambiental en su numeral 4.2.2.17 al 4.2.2.20. Las mediciones fueron realizadas con un Equipo de medición de gases de combustión TESTO TESTO 350 M/XL. El equipo tiene instalado sensores electroquím electro químicos icos para para detección detección de gases: gases: O2, CO, NO, NO2, NOX , SO2  y  sensor de temperatura de gases. El Equipo TESTO 350 XL fue ajustado y calibrado a las siguientes condiciones: Parámetro

Unidad

Rango de detección

Exactitud

Temperatura O2

ºC %v

40 - 1200 0 - 25

± 0,5% valor medido ± 0,8% valor final

CO NO NO2 SO2 CO2 Velocidad

Ppm Ppm ppm ppm %v m/s

0 10000 0 - 3000 0 - 500 0 - 5000 0 - CO2 MAX  1 - 30

± 10% valor medido ± 5% valor medido ± 5% valor medido ± 5% valor medido Calculado a partir del O2 Factor calib. = 0,67

 

Investigación, ciencia y tecnología  81

Tipo de Combustible: Pre resi sión ón At Atmo mosf sfér éric icaa da dada da po porr al altu tura ra:: Altura: Factor de Compensación: Diámetro de detección: Programa: Tiempo Tiem po Aire = 6min; Tiem Tiempo po

Diesel (Líquidos Fuel oil 1) 5600 mm 56 mmHg Hg (7 (733 33mb mbar ar)) 2560m SNM 1, 00 0,075metros (área = 0,0044m2) No. Valores = 60; Tiempo Gas = 10min; Limpiarr = 2min. Tiem Limpia Tiempo po total = 18 minut minutos. os.

Medición de gases del motor de combustión. La Metodología utilizada para la medición de gases en los Motores de Combustión fue basada en la Normativa Ecuatoriana en su Texto Unificado de Legislación Ambiental Amb iental Secunda Secundaria, ria, Libr Libroo VI, VI, Anex Anexoo 3 de “M “Motor otores es de Combusti Combustión ón Interna””, en el numeral 4.3.6. Interna Proceso de Medición de Gases de Escape. Se realizó las mediciones de concentración de gases de combustión en el tubo de escape del Motor Diesel Marca JET modelo F-300 F-300 de 5,5 HP y 3000 RPM, RPM, con un cilindraje de 0,296 litros, a una temperatura temperatura ambiente externa externa promedio de 18º C; además el motor ha sido encendido a media carga (aceleración) en todos los muestreos, muestreos, para mantener las mismas condiciones. La medición medición se realizó realizó en cinco combu combustible stibles: s: a) DIESEL-2, DIESEL-2, b) DIESEL PREMIUM PREMIUM,, c) BIODIESE BIODIESEL L PME (Pa (Pal-M l-Metil-Es etil-Ester) ter) B-100, d) MEZMEZCLA B-10 PME (Biodiesel (Biodiesel al 10% en Diesel Premium), Premium), e) MEZCLA B-5 (Biodiesel al 5%PME en Diesel Premium). Cabe destacar que los Óxidos de Nitrógeno (NOx) son producidos por la combustión incompleta de combustibles fósiles y por un sobrecalentamiento de los gases de combustión. El Dióxido de Azufre (SO2) está determinado por el contenido de azufre que posee el combustible Diesel. El Monóxido de Carbono (CO) es producido por una combustión incompleta del combustible y generalmente está acompañado de la generación de partículas de hollín.

 

Investigación, ciencia y tecnología  82

3. Re Resul sultad tados os Los resultados de la medición de gases de escape se detallan a continuación:

Prueba con Combustible “Diesel II”. la prueba se realizó con el motor quemando DIESEL II, con una duración de 10 minutos minutos efectivos de medición. En la Tabla Tabla 1, se muestra muestra los valores valores de concentració concentración n de CO, CO, NO NO,, NO2, NOx, SO2 en partes partes por millón (ppm) (ppm);; O2 y CO2 en porc porcentaje entaje,, y la temperatura de gases (º C) y sus promedios ya transformados para fines de comparación con la normativa. Tabla 1. Datos obtenidos en el muestreo de Gases de Combustión Combustión con el combustible “Diesel-II”(29/01/2008). Promedios

Máximos

16,92

16,95

—-

3,09

—-

—-

2706,87

3201,00

5016,1

Concentración de óxido nítrico (ppm NO)

49,37

68,00

—-

Concentración de dióxido de nitrógeno (ppm NO 2)

25,35

29,00

—-

Concentración de óxidos de nitrógeno (ppm NOx )

74,68

96,00

227,4

Concentración de Dióxido de azufre (ppm SO2)

15,13

27,00

64,1

102,06

108,50

—-

Porcentajee de Oxígeno (%O2) Porcentaj Porcentaje de dióxido de carbono (%CO2) * Concentración de monóxido de carbono (ppm CO)

Temp emp.. gas gases es (º C) * **

Emisión mg/Nm3 Corregido al 15% de O2**

Obtenido por la fórmula del CO2 máximo: %CO = (CO2máx * (21% - %O 2)) / (21%). Los val valore oress han han sido sido tran transfo sforma rmados dos a condi condicio ciones nes nor normal males es de de 1013mb 1013mbar ar de pre presió siónn y 0º 0º C de de temper temperatu atura, ra, en base base seca seca y  corregidos a 15% de oxigeno como indica la Legislación Ambiental Libro VI, Anexo 3 en su numeral 4.3.6: “Motores “Motores de Combustión Interna” Interna”..

En la Tabla Tabla 2, se presenta las concentraciones de los gases que se

han obtenido de la medición y su comparación con el límite normativo vigente:

 

Investigación, ciencia y tecnología  83

Comparación n de los valores de Concentración de gases de la prueba Tabla 2. Comparació con DIESEL-II frente a Normativa Normativa ambiental Vigente. Vigente. (29/01/2008). GAS (mg/Nm3)

Promedio

Monóxido de carbono (CO) Óxidos de nitrógeno (NOx ) Dióxido de azufre (SO2) 1

Limite según Normativa 2 (mg/Nm3)

5016,1 227,4 64,1

n/a 2.000 1.500

Los valores han sido transformados a condiciones condiciones normales de 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y  corregidos a 15% de oxigeno como indica la legislación (Las concentraciones de gases no sobrepasan el valor límite normativo aplicable).

Prueba con Combustible “Diesel Premium”. La prueba se realizó con el motor motor quemando DIESEL PREMIUM. La prueba duró 10 minutos minutos efectivos de medición. En la Tabla Tabla 3, se muestra muestra los valores valores de concentra concentración ción de CO, CO, NO NO,, NO2, NOx, SO2 en partes partes por millón (ppm) (ppm);; O2 y CO2 en porcen porcentaje, taje, y la temperatura de gases (º C) y sus promedios ya transformados para fines de comparación con la normativa. Tabla 3. Datos obtenidos en el muestreo de Gases de Combustión Combustión con el combustible “DIESEL PREMIUM”(29/01/2008). PREMIUM” (29/01/2008). Promedios

Máximos

17,00

17,03

—-

3,03

—-

—-

2.285,35

2507,00

4.324,2

Concentración de óxido nítrico (ppm NO)

53,80

66,00

—-

Concentración de dióxido de nitrógeno (ppm NO2)

36,28

38,60

—-

Concentración de óxidos de nitrógeno (ppm NOx )

90,02

104,00

279,8

0,00

0,00

0,00

96,22

102,70

—-

Porcentaje Porcenta je de oxígeno (%O2) Porcentaje de dióxido de carbono (%CO2) * Concentración de monóxido monóxido de carbono (ppm CO)

Concentración de dióxido de azufre (ppm SO2) Temp emp.. Gas Gases es (º C)

Emisión mg/Nm3 Corregido al 15% de O2 **

*

Obtenido por la fórmula del CO2 máximo: %CO = (CO2máx * (21% - %O 2)) / (21%).

** 

Los valoresahan a condiciones condicion es normales de 1013mbar de numeral temperatura, base secadey  corregidos 15%sido de transformados oxigeno como indica la Legislación Ambiental LibrodeVI, VIpresión , Anexoy 30ºenC su 4.3.6:en“Motores “M otores Combustión Interna” Interna”..

 

Investigación, ciencia y tecnología  84

En la Tabla Tabla 4, se presenta las concentraciones de los gases que se han obtenido de la medición y su comparación con el límite normativo vigente: Tabla 4. Compar Comparación ación de los valores de Concentración de gases de la prueba con DIESEL PREMIUM frente a Normativa ambiental Vigente. (29/01/2008). GAS (mg/Nm3)

Promedio

Monóxido de carbono (CO) Óxidos de nitrógeno (NOx ) Dióxido de azufre (SO2) 1

Límite según Normativa2 (mg/Nm3)

4324,2 279,8 0,0

n/a 2.000 1.500

Los valores han sido transformados a condiciones condiciones normales de 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y  corregidos a 15% de oxigeno como indica indica la legislación, (las concentraciones de gases no detectadas no sobrepasan sobrepasan el valor  limite normativo aplicable).

Prueba con Combustible “Biodiesel PME (Pal-Metil-Ester) B-100.”. la prueba se realizó con el motor quemando BIODIESEL PME (Pal-Metil(Pal-MetilEster) B-100. La prueba duró 10 minutos efectivos efectivos de medición. En la Tabla Tabla 5, se muestra muestra los valores valores de concentració concentración n de CO, CO, NO NO,, NO2, NOx, SO2 en partes partes por millón (ppm) (ppm);; O2 y CO2 en porc porcentaje entaje,, y la temperatura de gases (º C) y sus promedios ya transformados para fines de comparación con la normativa. Tabla 5. Datos obtenidos en el muestreo de Gases de Combustión Combustión con el combustible “BIODIESEL PME B-100” (29/01/2008). Promedios

Máximos

17,00

17,06

—-

3,03

—-

—-

1.297,78

1.471,00

2.451,7

Concentración de óxido nítrico (ppm NO)

93,27

102,00

—-

Concentración de dióxido de nitrógeno (ppm NO 2)

53,31

60,80

—-

Concentración de óxidos de nitrógeno (ppm NOx )

146,52

160,00

454,7

Porcentajee de oxígeno (%O2) Porcentaj Porcentaje de dióxido de carbón (%CO2) * Concentración de monóxido de carbón (ppm CO)

Emisión mg/Nm3 Corregido al 15% de O2 **

Concentración de dióxido de azufre (ppm SO2) Temp emp.. gas gases es (º C) *

0,00

0,00

0,0

100,87

104,90

—-

Obtenido por la fórmula del CO2 máximo: %CO = (CO2máx * (21% - %O 2)) / (21%). Los valores han sido transformados a condiciones condiciones normales de 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y  corregidos a 15% de oxígeno como indica la Legislación Ambiental Libro VI, Anexo 3 en su numeral 4.3.6: “Motores “Motores de Combustión Interna” Interna”..

** 

 

Investigación, ciencia y tecnología  85

En la Tabla Tabla 6 se presenta las concentraciones de los gases que se han obtenido vigente: de la medición y su comparación con el límite normativo Tabla 6. Comparació Comparación n de los valores de Concentración de gases de la prueba con BIODIESEL PME B-100 frente frente a Normativa ambiental Vigente. (29/01/2008) GAS (mg/Nm3) Monóxido de Carbono (CO) Óxidos de Nitrógeno (NOx ) Dióxido de Azufre (SO2) 1

Promedio 2.451,7 454,7 0,0

Límite según Normativa2 (mg/Nm3) n/a 2.000 1.500

Los valores han sido transformados a condiciones normales de 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y corregidos a 15% de oxigeno como indica la legislación.

Prueba con “Mezcla de Combustible B-10 (Biodiesel PMA al 10% en Diesel Premium)”. la prueba se realizó con el motor quemando MEZCLA DE COMBUSTIBLE B-10 (Biodiesel PME al 10% en Diesel Premium).. La prueba duró 10 minutos efectivos Premium) efectivos de medición. En la Tabla Tabla 7, se muestra muestra los valores valores de concen concentración tración de CO CO, NO NO,, NO2, NOx, SO2 en partes partes por millón (ppm) (ppm);; O2 y CO2 en porcen porcentaje, taje, y la temperatura de gases (º C) y sus promedios ya transformados para fines de comparación con la normativa.

 

Investigación, ciencia y tecnología  86

Tabla 7. Datos obtenidos en el muestreo de Gases de Combustió Combustión n con “MEZCLA DE COMBUSTIBLE B-10 (Biodiesel PME al 10% en Diesel Premium)”(29/01/2008). Promedios

Máximos

17,04

17,94

—-

3,00

—-

—-

2133,28

2.216,00

4.076,1

Concentración de óxido nítrico (ppm NO)

60,02

71,00

—-

Concentración de dióxido de nitrógeno (ppm NO 2)

46,49

55,40

—-

Concentración de óxidos de nitrógeno (ppm NOx )

106,53

115,00

334,4

0,00

0,00

0,0

91,80

101,00

—-

Porcentajee de oxígeno (%O2) Porcentaj Porcentaje de dióxido de carbono (%CO2) * Concentración de monóxido de carbono (ppm CO)

Concentración de dióxido de azufre (ppm SO )

Emisión mg/Nm3 Corregido al 15% de O2**

2

Temp emp.. Gas Gases es (º C) * **

Obtenido por la fórmula del CO 2 máxi máximo: mo: %CO = (CO2máx * (21% - %O2)) / (21%). Los valores han sido transformados a condiciones normales de 1013mbar 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y corregidos a 15% de oxigeno como indica la Legislación Ambiental Ambiental Libro VI, Anexo 3 en su numeral 4.3.6: “Motores de Combustión Interna”.

En la Tabla Tabla 8, se presenta las concentraciones de los gases que se han obtenido de la medición y su comparación con el límite normativo vigente: Tabla 8. Comparació Comparación n de los valores de Concentración de gases de la prueba con MEZCLA DE COMBUSTIBLE COMBUSTIBLE B-10, frente a Normativa Normativa ambiental Vigente. Vigente. (29/01/2008). GAS (mg/Nm3) Monóxido de carbono (CO) Óxidos de nitrógeno (NOx ) Dióxido de azufre (SO2) 1

Promedio 4.076,1 334,4 0,0

Límite según Normativa2 (mg/Nm3) n/a 2.000 1.500

Los valores han sido transformados a condicione condicioness normales de 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y corregidos a 15% de oxigeno como indica la legislación.

Prueba con “Mezcla de Combustible B-5 (Biodiesel PMA al 5% en

Diesel Premium) . La prueba se realizó con el motor quemando MEZCLA DE COMBUSTIBL COMBUSTIBLE E B-5 (Biodiesel (Biodiesel PME al 5% en Diesel Premiu Premium). m). La prueba duró 10 minutos minutos efectivos de medición. (Fue llevada cabo el día 31 de enero de 2008).

 

Investigación, ciencia y tecnología  87

En la Tabla Tabla 9, se muestra muestra los valores valores de concen concentración tración de CO CO, NO NO,, 2, NOx, SO2 en partes 2 y CO2 en porcen NO (ppm); (ppm) ; Otransformados popara rcentaje, taje, la temperatura de gasespart (º es C)por y susmillón promedios ya finesyde comparación con la normativa. Tabla 9. Datos obtenidos en el muestreo de Gases de Combustió Combustión n con “MEZCLA “MEZCLA DE COMBUSTIBLE COMBUSTIBLE B-5 (Biodiesel PME al 5% en Diesel Premium)”(31/01/2008). Premium)” (31/01/2008). Promedios

Máximos

17,03

17,10

—-

3,00

—-

—-

2.141,18

2.404,00

4.082,4

Concentración de óxido nítrico (ppm NO)

68,68

89,00

—-

Concentración de dióxido de nitrógeno (ppm NO2)

40,84

42,50

—-

Concentración de óxidos de nitrógeno (ppm NOx )

109,50

128,00

343,0

0,00

0,00

0,0

92,90

99,20

—-

Porcentaje Porcenta je de oxígeno (%O2) Porcentaje de dióxido de carbono (%CO2) * Concentración de monóxido de carbono (ppm CO)

Concentración de dióxido de azufre (ppm SO2) Temp emp.. Gas Gases es (º C) * **

Emisión mg/Nm3 Corregido al 15% de O2 **

Obtenido por la fórmula del CO 2 máxi máximo: mo: %CO = (CO (CO2máx * (21% - %O2)) / (21%). Los valores han sido transformados a condiciones normales de 1013mbar 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y corregidos a 15% de oxigeno como indica la Legislación Ambiental Ambiental Libro VI, Anexo 3 en su numeral 4.3.6: “Motores de Combustión Interna”.

En la Tabla Tabla 10, se presenta las concentraciones concentraciones de de los gases que se han obtenido de la medición y su comparación con el límite normativo vigente: Tabla 10. Comparació Comparación n de los valores de Concentración de gases de la prueba con MEZCLA DE COMBUSTIBLE COMBUSTIBLE B-5, frente a Normativa Normativa ambiental Vigente. (31/01/2008). GAS (mg/Nm3) Monóxido de Carbono (CO)

Promedio 4.082,4

Límite según Normativa2 (mg/Nm3) n/a

Óxidos de Nitrógeno (NOx ) Dióxido de Azufre (SO2) 1

343,0 0,0

2.000 1.500

Los valores han sido transformados a condiciones normales de 1013mbar de presión y 0º C de temperatura, en base seca y corregidos a 15% de oxígeno como indica la legislación.

 

Investigación, ciencia y tecnología  88

Análisis de resultados A continuación se presentan el análisis de gases g ases de escape con los distintos combustibles y mezclas de combustible.

Análisis de Gases de Combustión con Diesel-II • La curva curva de Monó Monóxid xidoo de Carbon Carbonoo (CO) (CO) prese presenta nta una una ligera ligera dism dismiinución a lo largo del tiempo, lo que puede ser debido a la entrada en régimen del motor, motor, que hace que la combustión sea más eficiente eficiente a lo largo del tiempo, tiempo, con el calentamiento calentamiento progresivo del sistema. • Las curva curvass de Óxido Óxidoss de Nitró Nitrógen genoo (NOx) (NOx) prese presenta ntan n un incre incremen mento to proporcio propo rcional nal a lo largo del tiempo, tiempo, caso contrario contrario sucede sucede con la curva de Dióxido de Azufre (SO2) que presenta una disminución a lo largo del tiempo. • La Lass con conce centr ntrac acio ione ness prom promed edio io y máx máxim imaa de tod todos os los los gas gases es,, no sobrepasan límites normativos estipulados en la legislación ambiental para motores de combustión interna.

Análisis de Gases de Combustión con Diesel Premium • La curva curva de Monó Monóxid xidoo de Carbon Carbonoo (CO) (CO) prese presenta nta una una ligera ligera dism dismiinución a lo largo del tiempo. • Las curva curvass de Óxido Óxidoss de Nitró Nitrógen genoo (NOx) (NOx) prese presenta ntan n un incre incremen mento to proporcional con el tiempo, lo cual está en función del calentamiento del motor y los gases de combustión. • El equ equip ipoo no det detect ectóó conc concen entra traci cion ones es de de SO2 para este tipo de combustible, por lo que no existe curva de Dióxido de Azufre Azufre (SO2). • La Lass con conce centr ntrac acio ione ness prom promed edio io y máx máxim imaa de tod todos os los los gas gases es,, no sobrepasan los límites normativos estipulados en la legislación ambiental para motores de combustión interna.

Análisis de Gases de Combustión con Biodiesel PME B-100 • La curva curva de Monó Monóxid xidoo de Carbon Carbonoo (CO) (CO) permanec permanecee casi casi const constant antee a lo largo del tiempo, tiempo, lo cual indica indica que la combusti combustión ón es estable, estable, sin

 

Investigación, ciencia y tecnología  89

embargo existe un ligero incremento de los gases Óxidos de Nitrógeno, que está en función de la temperatura temperatura de combustión. • No se dete detecta ctaro ron n emisi emisione oness de Dióx Dióxido ido de Azu Azufre fre,, ya que que el co combu mbusstible Biodiesel B-100 no tiene azufre en su composición o es mínimo, por lo que no se da la la formación formación de este gas. gas. • La Lass con conce centr ntrac acio iones nes pr prom omedi edioo y máx máxim imaa de tod todos os los los gas gases es,, no sobrepasan los límites normativos estipulados en la legislación ambiental para motores de combustión interna.

Análisis de Gases de Combustión con Mezcla de Combustible B-10 • La curva ade curva deloMonó Mlargo onóxid xido de Carbo Carbono no (CO) (CO) nocurvas no presenta prese nta una may mayor or variación delotiempo al igual que las de NOx. • No exist existee curva curva de de Dióx Dióxido ido de Azu Azufre fre,, lo que que pued puedee deber deberse se a qu quee este combustible no tiene o es casi despreciable el contenido de azufre. • La Lass con conce centr ntrac acio iones nes pr prom omedi edioo y máx máxim imaa de tod todos os los los gas gases es,, no sobrepasan los límites normativos estipulados en la legislación ambiental para motores de combustión interna.

Análisis de gases de Combustión con Mezcla de Combustible B-5 • Las conc concent entraci raciones ones de Monó Monóxid xidoo de Carbo Carbono no (CO) (CO) y de de Óxidos Óxidos de de Nitrógeno Nitró geno,, no varían notableme notablemente nte a lo largo del tiempo tiempo,, a pesar del progresivo calentamiento del sistema. • No se dete detecta ctaron ron co conce ncentra ntracio ciones nes de Dió Dióxid xidoo de de Azu Azufre fre,, para est estee tipo de combustible. • La Lass con conce centr ntrac acio iones nes pr prom omedi edioo y máx máxim imaa de tod todos os los los gas gases es,, no sobrepasan los límites normativos estipulados en la legislación ambiental para motores de combustión interna.

Análisis comparativo de parámetros

Las figuras que a continuación se presentan muestran los diferentes parámetros obtenidos en cada muestreo, muestreo, para fines comparativos: comparativos:

 

Investigación, ciencia y tecnología  90

Comparación de Concentraciones de Monóxido de Carbono Carb ono (CO) versus el tipo de Combustible Concentraciones de Monóxido de Carbono vs. Tipo de Combustible (ppm)

3000.00

(ppm CO)

2500.00 2000.00 1500.00 1000.00 500.00 0.00 DIESEL DIE SEL-2 -2

DIESEL DIE SEL BIODIESEL MEZCLA PREMIUMPME B-100

B-10

MEZCLA B-5

Tipo de Combustible

 

Figura 2. Monóxido de Carbono (CO) (CO) versus el Tipo de Combustible. Combustible.

• Se observ observaa que que la conc concentr entraci ación ón prome promedio dio del del Monóx Monóxido ido de de Carbono es diferent diferentee con cada tipo de combustib combustible, le, siend siendoo la más alta con el Diesel-2 y la más baja con el Biodiesel B-100. • El Diesel Diesel Pr Premi emium um tamb también ién pres present entaa una meno menorr cantid cantidad ad de CO CO producido. • Las mezc mezclas las B-10 B-10 y B-5 B-5 si pres present entan an una una ligera ligera redu reducci cción ón de la gene gene-ración de este gas, por su contenido contenido de Biodiesel Biodiesel PME. • La prese presenci nciaa del Monó Monóxid xidoo de Carbon Carbonoo está está asociad asociadaa a la efici eficienc encia ia de la combustión de un motor motor,, así pues una mayor mayor concentración de este gas indica una baja eficiencia de la combustión y viceversa.

 

Investigación, ciencia y tecnología  91

Comparación de concentraciones de óxidos de nitrógeno (NOx) versus el tipo de combustible. Concentraciones de Oxidos de Nitrógeno vs. Tipo de Combustible (ppm)

160.00 140.00 120.00

(ppm NOx)

100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00

DIESEL DIE SEL-2 -2

DIESEL DIE SEL BIODIESEL MEZCLA PREMIUMPME B-100 B-10

MEZCLA B-5

Tipo de Combustible

  Figura 3. Óxidos de Nitrógeno versus el Tipo de Combustible. Combustible.

• Se obse observa rva que que las con conce centrac ntracion iones es prome promedio dio de de los Óxi Óxidos dos de Nitrógeno (NOx) son diferentes entre cada tipo de combustible, siendo la más alta con el Biodiesel B-100 y la más baja con el Diesel-2. • El Diesel Diesel Pre Premiu mium m tambié también n presen presenta ta una una menor menor canti cantidad dad de de óxidos óxidos de nitrógeno. • La mezcl mezclas as B-10 B-10 y B-5 B-5 si prese presenta ntan n un liger ligeroo aument aumentoo de la gene generaración de estos gases frente frente al Diesel-2 y Diesel Premium, Premium, por su contenido de Biodiesel PME al 10% y al 5%, respectivamente.

 

Investigación, ciencia y tecnología  92

Comparación de concentraciones de dióxido de azufre (SO2) versus el tipo de Combustible. Concentraciones de Dióxido de Azufre vs. Tipo de Combustible (ppm) 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00

(ppm SO2)

2.00 0.00 DIESEL-2 DIESEL BIODIESELMEZCLA MEZCLA PREMIUM PME BB-10 B-5 100

 

Tipo de Combustible

Figuraa 4. Dióxido de Azufre (SO Figur (SO2) versus el Tipo de Combustib Combustible le

• Se observa observa que que el únic únicoo combus combustib tible le que que genera genera una conc concent entraci ración ón de este gas SO es el Diesel-2, los demás combustib combustibles les no presentan 2 parámetro. emisiones de este

 

Investigación, ciencia y tecnología  93

Comparación de temperaturas de gases versus el tipo de combustible. Temperatura de Gases vs. Tipo de Combustible (º C)

104.00 102.00 100.00 98.00 96.00 94.00 92.00 90.00 88.00 86.00

(º C)

DIESELDIE SEL-2 2

DIESEL DIES EL BIODIESEL MEZCLA PREMIUMPME B-100

B-10

MEZCLA B-5

Tipo de Combustible

 

Figuraa 5. Temperatura de los Gases versus el Tipo de Combustible Figur

• Se observ observaa que que las temp temperat eraturas uras de los los gases gases con con el Dies Diesel-2 el-2 y con con el Biodiesel son las mayores y relativamente son cercanas entre sí. • La menor menor temp temperat eratura ura se se presen presenta ta con con la Mezc Mezcla la B-10 B-10 y le sigu siguee la Mezcla B-5.

4. Conc Conclusi lusiones ones y rec recomen omendacion daciones es Luego del análisis del proyecto, proyecto, se concluye concluye que la mezcla más idónea para la ciudad de Cuenca es B5 (Biodiesel PMA al 5% en Diesel Premium),, ya que presenta las mejores Premium) mejores características tanto tanto de funcionamiento como en reducción de gases de escape a pesar de que se noto un ligero aumento aumento en la concentración de NOx; NOx; es conveniente conveniente aclarar que que todos los gases de escape medidos durante las pruebas están bajo la norma

establecida. A continuación se presentan las conclusiones más importantes del proyecto:

 

Investigación, ciencia y tecnología  94

Formación de Cristales. Es una propiedad característica del biodiesel, la misma que se produce a medida medida que la temperatura decrece decrece (Cloud Point) tendiendo a solidificarse, por esta razón se han visto afectados filtros de combustible y otros elementos del sistema de alimentación de combustible. busti ble. Al utilizar utilizar B5, este cambio cambio de estado es prácticam prácticamente ente nulo. nulo.

Aumento de Potencia utilizando B5 en las pruebas realizadas la potencia potenc ia se incrementa incrementa ligeramente; ligeramente; debid debidoo a una combustión combustión más eficiente, acusado directamente a un aporte extra de oxigeno oxigeno contenido en el Biodiesel. Consumo. Cuando se utiliza B5, B5, el consumo de combustible combustible se mantiene inalterable. Modificaciones en el Sistema por tener un porcentaje bajo de Biodiesel Biodie sel (B5), (B5), no es necesario necesario hacer hacer ningún ningún tipo tipo de modificac modificación, ión, siempre y cuando el biocombustible utilizado cumpla con la norma ASTM D6751, utili utilizado zado en el proyecto proyecto.. Emisiones Contaminantes. Según las pruebas realizadas con B5 todos los contaminantes se reducen a excepción del NO x , que aumenta levemente pero siempre dentro de la norma establecida, para superar este parámetro es necesario instalar en los tubos de escape catalizadores ó válvulas de recirculación de gases (EGR) con la finalidad de disminuir la temperatura de combustión evitando así que se produzcan los NOx . En la ciudad de Cuenca. Si se hubiera aplicado B5 durante todo el año 2008, hubiéramos alcanzado cifras importantes en reducción de gases contaminantes como los siguientes: • Una dis dismin minuci ución ón de 11. 11.743 743,11 ,11 to tonela neladas das de CO2, co cons nsid ider erán ándo dolo lo

como ciclo renovable, ó 6.294,3 (2,68%) toneladas de CO2 tomando solo la reducción que se midió en los equipos. •• U dis ución ón 4, toneladas tonela deadas material mate rial pa rticula ulado do (1,77% (1, ). Una na dismin diminuci dismi sminuc nución iónde 4,62 de62527,6 de 527 ,6 das toneladas tonel de partic hidroca hidr ocarbur rburos os77%). HC (80,87%).

 

Investigación, ciencia y tecnología  95

• Una dismi disminuc nución ión de de 495,75 495,75 tonel toneladas adas de monóx monóxido ido de de carbono carbono (4,47%). • Por otro otro lado lado hubi hubiera era un un increm increment entoo de 68,78 68,78 tone tonelada ladass de NOx  NOx  (6,59%), los cuales podrían ser ser controlados eficientemente con dispositivos anotados en el párrafo anterior. *En las pruebas realizadas durante el proyecto se notó que los gases contaminantes están dentro de la norma establecida, sin embargo el objetivo del proyecto no es mantener los gases nocivos en los límites permisibles, sino reducirlos reducirlos de la forma forma más eficiente, eficiente, de tal manera que que este propro yecto es un inicio del estudio sobre la reducción de las gases contaminantes provenientes de los vehículos motorizados.

Bibliografía ALLEY, Roberts ALLEY 2001  Manual del control de la calidad del aire. aire. Ed. Mc McGra Graw-H w-Hill ill,, Méx Méxic ico. o. ALONSO ALO NSO,, Man Manuel uel 2001 Técnica del automóvil Sistema Sistema de inyección inyección de combustible en los Motores diesel. diesel. Ed. Tho Thompso mpson, n, Ma Madrid drid.. BOSCH, BOS CH, Rob Robert ert 1996  Manual de la técnica del automóvil . Ed. Re Reve verte rte,, Ba Barc rcel elon ona. a. DE NER NERVERS, VERS, Noel 1989 ,Ingeniería Aire. Ed Ed.. McG cGra raww-Hi Hill ll.. Ma Madri drid. d. GARZÓN GARZÓN, Guillermo Guil lermode Control de la Contaminación del Aire. 2001 Fundamentos de Química General., General., seg segund undaa edic edición ión,, McGra cGraw-H w-Hill ill.. Bar Barcel celona ona.. GREG, GRE G, Pahl 2005 Biodiesel Growing a New Energy Economy. Edi Edit. t. Che Chelse lseaa Gre Green, en, EE. EE.UU UU.. JOVAJ, JOV AJ, M. 1982  Motores del automóvil. Edi Edit. t. Mir Mir.. Mo Mosco scow w. KEMP,, William KEMP 2006 Biodiesel basics and Beyond A Comprehensive Guide to production and Use for  the Home and Farm. Ed. Azt Aztext ext Press Press,, EE. EE.UU UU..

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7

Obtención de biodiesel a partir de grasa bovina

Pablo Arévalo1, Jos oséé Ullo Ulloaa2, Ser Servio vio Astud Astudill illoo2

Introd roduc ucció ción n 1. Int El biodiesel es un combustible sustituto del gas oil para motores a diesel que se obtiene de materias primas agrícolas como aceites vegetales, residuos grasos de faenamiento de animales y que presenta ventajas frente al diesel derivado del petróleo ya que se obtiene a partir de fuentes renovables, como los aceites aceites y grasas vegetales o animales de cualquier cualquier tipo. La, utilización lleva unxido balance óptimo de carbono carbono, evitando ladelacumula acbiodiesel umulación ción deadióxido dió de carbono carbo no en enelelciclo medio ambiente. ambie nte. Estas emisione emisioness se reducen reducen en comparación comparación con con el diesel, pero lo más relevante es su bajo contenido de azufre, por lo que se convierte convierte en la mejor opción al ser usado como aditivo en el diesel para cumplir con las regulaciones ambientales que se van imponiendo cada vez en más países. Inclusiv Incl usive, e, hoy por por hoy, hoy, en muchos muchos países países del mundo mundo,, exist existen en legislaciones legislaciones que imponen el uso obligatorio del biodiesel en mezcla con el gasoil.

En un sentido sentido amplio, el biodiesel implica tres grupos diferentes diferentes de reacciones según un éster reacciona con un alcohol (transesterificación), 1 2

Director Direct or de la Ca Carr rrer eraa de de Ing Ingen enier iería ía Am Ambie bient ntal al,, Uni nive vers rsida idadd Pol Polit itéc écnic nicaa Sal Sales esian iana. a. Doce Do cent ntes es de la Ca Carr rrera era de In Inge geni nier ería ía Am Ambie bient ntal al,, Uni nive vers rsid idad ad Pol olité itécn cnica ica Sa Sale lesia siana na..

 

Investigación, ciencia y tecnología  98

con un ácido carboxílico (acidólisis) o con otro éster (interesterificación). El presente trabajo de investigación comprende el estudio de la metanolisis de grasas para obtener ésteres ésteres metílicos de ácidos grasos. En este sentido los términos transesterificación o alcoholisis hacen referencia a este tipo de reacción. La reacción de transesterificación de una grasa animal es aquella en la cual, cual, una molécu molécula la de de triglicéridos triglicéridos,, comp component onentee mayorit mayoritario ario en una una grasa, reac reacciona ciona con un un alcohol, alcohol, general generalmente mente liger ligero, o, bajo la la acción acción de un un catalizador,, para producir una mezcla de ésteres catalizador ésteres de ácidos grasos y glicerina. Esta reacción de grasas animales con con alcoholes ligeros consta de tres etapas consecutivas reversibles, monoglic en las queeridos el triglicérido tr iglicérido esa.convertido consecutivament secuti vamente e en digliceridos, digliceridos monogliceridos y glicerin glicerina. La reacción de transestericación de grasas animales con alcoholes ligeros se ha de llevar a cabo bajo la acción de un catalizador que puede ser homogéneo, homogé neo, tanto ácido como básic básicoo o heterogé heterogéneo, neo, en este este trabajo trabajo de investigación se utilizó un catalizador básico, el hidróxido de potasio. potasio. “Para el mecanismo de reacción bajo un catalizador básico el primer paso es la reacción reac ción entre el catalizador catalizador y el alcohol, para producir producir un alcóxido. alcóxido. El ataque nucleofílico del alcóxido sobre el grupo carbonilo del triglicérido genera un tetraedro como como intermedio, intermedio, del que se genera una molécula de éster de ácido graso y el correspondient correspondientee anión del diglicérido. diglicérido. El último paso es la desprotonación del catalizador regenerándose y reaccionando con otra molécula de alcohol y comenzando el cliclo. cliclo. Los di y monoglicéridos son convertidos en una mezcla de ácidos grasos y glicerina por el mismo mecanismo mecanismo descrito” descrito” (M (Monter ontero, o, 2002-2 2002-2003). 003).

2. Mat Materiale erialess y métod métodos os

2.1 Reactivos Los reactivos empleados en la elaboración del presente trabajo pueden clasificarse clasificarse en tres grupos diferenciado diferenciados: s: los reactivos reactivos para la síntesis de ésteres metílicos de ácidos grasos, el catalizador utilizado en dicha sín-

 

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tesis, tesi s, y por último, otros compuest compuestos os generales utilizados utilizados en la experimentación. Los reactivos necesarios en la síntesis de ésteres metílicos incluyen al sebo que se obtuvo a través del proceso de fundición fund ición que separa los tejidos  y elimina el agua de los residuos grasos de las tercenas de la ciudad, de manera artesanal. La composición de este sebo obtenido se presenta presenta en la Tabla 1. Tabla 1. Composició Composición n del sebo después del proceso de fundición.

Componente 12-metil-ácido tridecanoico 12-metil-ácido Ácido pentanoico 9-ácido-hexadecenoico 14 metil ácido pentadecanoico Ácido heptadecanoico 9-ácido octadecenoico 8-ácido octadecenoico Ácido octadecanoico (ácido esteárico)

% 2,94 1,17 2,00 18,49 2,17 25,83 9,33 28,82

Otro reactivo es el metanol CH3OH, que tiene tiene un peso molecular molecular de de 32,04 g/mol, con una densidad relativa relativa de 0,791% y una riqueza del 95%, presenta una temperatura los laboratorios Merck. de ebullición de 64,5ºC y fue suministrado por Los distintos experimentos se llevaron a cabo utilizando un catalizador básico básico,, com comoo es el hidróxido hidróxido de potasio potasio,, K(OH) K(OH),, de un peso molecula molecularr de 56,11 g/mol y una riqueza del 90%, asimismo este insumo insumo fue suministrado por los laboratorios Merck. En el análisis por cromatografía de capa fina se ha utilizado hexano,

éter dietílico dietílico,, ácido acético acético glacial. Pa Para ra la determ determinació inación n del índic índicee de acidez, se utiliza utiliza una solución solución etanólica etanólica de hidróxido hidróxido de potasio potasio,, como reacreactivo valorante, tivo valorante, previam previamente ente con con hidrógeno hidrógeno aftalato aftalato de potasio potasio como como patrón primario y fenolftaleína como indicador.

 

Investigación, ciencia y tecnología  100

2.2 Métodos utilizados 2.2.1 Análisis por Cromatografía de Capa Fina El análisis por cromatografía de capa fina es el método analítico empleado para analizar las muestras de ésteres metílicos de ácidos grasos. Mediante esta técnica de análisis se puede determinar la presencia de ésteres metílicos de ácidos grasos. Las placas cromatográficas cromatográficas están hechas de aluminio alumi nio cubiertas cubiertas de gel de sílice, sus dimensiones dimensiones son 25 x 3 cm de las cuales se han realizado recortes de 8 x 2 cm, tamaño suficiente como para poder analizar las muestras de ésteres metílicos. Los reactivos utilizados para esta comatografía son Hexano con una riquezaa del 85%, éter dietílico riquez dietílico al 15%, y ácido acético acético glacial con una riqueriqueza del 100%, todos esos esos insumos insumos han sido facilitado facilitadoss por laboratorios laboratorios Merck.

2.2.2 Índice Índice de acidez y grado de acidez Para llevar a cabo la determinación del índice de acidez o grado de acidez de los aceites vegetales vegetales empleados, se utiliza el método descrito en la norma ISO 660-1983 donde se define al índice de acidez como los miligramos de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar los ácidos grasos libres contenidos contenidos en un gramo de muestra. Y al grado de acidez como como el porcentaje en peso de ácidos grasos libres.

2.3 Materiales En la figura 1 se da a conocer el montaje experimental para llevar a cabo la reacción reacción de transesterificación del sebo. sebo. Se utilizó un reactor dis-

continuo de vidrio, continuo vidrio, de forma cilíndrica cilíndrica,, fondo plano plano y una capacidad capacidad instalada de 1 l asentado sobre un calentador y agitador magnético cuya función es facilitar el mezclado de los reactivos. reactivos. En la tapa del reactor reactor se disponen dos bocas, bocas, una para el acople de alimentaci alimentación ón del metóxido y un controlador digital de temperatura y la segunda para la conexión al condensador que sirve para evitar los escapes de alcohol por evaporación.

 

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Figura 1. Montaje del reactor que incluye agitador magnético y calentador, balón de destilación, refrigerante refrigerante,, soportes metálicos y una termocupla termocupla para determinar la temperatura

2.4 Procedimiento para el estudio de la transesterificación de la grasa Una vez montada montada la instalación instalación experimental, experimental, se cargó la grasa en estado líquido en el reactor, reactor, fijando así la temperatura de reacción en el termómetro de contacto y se preparó la disolución del catalizador en metanol. Alcanz Alcanzada ada la temperatura temperatura de reacción reacción se conectó el refrigerante refrigerante de reflujo y se puso en marcha el sistema de agitación. Finalmente se añadió al reactor la disolución de metóxido. metóxido. Este será el inicio de cada experimento,, es decir to decir,, tie tiempo mpo cero cero.. Se dejó transcurrir el tiempo de reacción por una hora y se procedió

a separar las fases obtenidas obtenidas utilizando un embudo embudo de separación, se determinó el pH y el volumen obtenido de la fase clara y se realizó el análisis de cromatografía de capaPor finaúltimo para comprobar ésteresametílicos de ácidos grasos. se recuperólaelpresencia exceso dedealcohol través través del proceso de destilación.

 

Investigación, ciencia y tecnología  102

Fases previas Se trata de una serie de experimentos cuyo objetivo es fijar la relación del catalizador con el alcohol metílico.

2.4.1 Estudio de la influencia de la cantidad de catalizador El objetivo fundamental de esta etapa es determinar la cantidad mínima de hidróxido de potasio en la que se obtiene la conversión total hacia ésteres metílicos metílicos de ácidos grasos. Para obtener obtener este valor se procede procede experimentalmente según la reacción de transesterificación, bajo una temtemperatura de 58ºC, 58ºC, en un tiempo tiempo de reacci reacción ón de 1 hora; hora; los volúmene volúmeness de alcohol alcoh ol y de grasa son de 250 cc y 500 cc respectiva respectivamente mente,, y la agitación debe darse a 1.000 rpm. Se procedió a variar la cantidad de catalizador de 0,5 g obteniendo los resultados presentados en la Tabla 2. Tabla 2. Resultados de la fase 1. CATALIZADOR

ESTER METÍLICO

Ph

2,0 g 2,5 g

568 cc 600 cc

566 cc 604 cc

7,0 7,1

3,0 g 3,5 g 4,0 g 4,5 g 5,0 g 5,5 g 6,0 g

550 cc 582 cc 544 cc 548 cc 531 cc 554 cc 500 cc

551 cc 580 cc 540 cc 545 cc 528 cc 550 cc 497 cc

7,4 7,5 7,8 7,9 8,0 9,3 11,4

Al realizar el análisis del modelo de regresión a utilizarse se estable-

ció que el más más conveniente conveniente era el determinado determinado por la Ec. 1

 

Investigación, ciencia y tecnología  103

Que dio dio el resulta resultado do presenta presentado do en la la figura 2. Así, en esta esta fase se proyecta y considera como puntos a trabajar los valores de 2-2,5-3 gramos de catalizador catalizador.. MODELO APLICADO BIODIESEL = 1/(0,00169074 + 0,00000708721*Catalizador^ 610 590       L       E       S       E       I       D       O       I       B

570 550 530 510 490 2

3

4 Catalizador 

5

6

Figura 2. Modelo alcanzado

  2.4.2 Optimización de la reacción El objetivo en esta segunda fase es la optimización de la reacción de ésteres metílicos, metílicos, obtenidos a partir de grasa bovina en reactores reactores discontinuos; para ello se ha empleado la metodología del diseño factorial de experimentos y superficies de respuesta. Se inicia con la elección de la variable var iable a medir que es rendimiento de

la fase éster éster,, en tanto tanto por ciento ciento en peso, peso, a la hora de reacción reacción además además se determinan determ inan las variables variables de operación que son: tempe temperatura ratura y la concenconcentración inicial de catalizador. La velocidad de agitación se ha mantenido constante en todos y cada uno de los experimento experimentoss realizados, realizados, de forma que esta esta fuese elevada elevada a 1.000 rpm para que no tengan lugar las posibles limitaciones de transfe-

 

Investigación, ciencia y tecnología  104

rencia de materia materia en el medio de reacción, reacción, con lo que se eliminan los efectos de difusi difusión, ón, y la única única etapa contr controlante olante es la reacci reacción ón química. química. Así mismo, se han llevado a cabo los experimentos experimentos a presión presión atmosférica. Además, se determinaron intervalos de operación operación para cada una de las variables variables de operación: operación: se han elegido los intervalos intervalos de operación operación más conveni con venientes entes,, en función de la permisividad permisividad del equipo y los reactivos reactivos empleados. Los intervalos de operación propuestos son los que que se muesmuestran a continuación. Las especificaciones de los reactivos empleados imponen las condiciones límite de operación operación para la temperatura de reacción. El límite superior se ha fijado en 60 ºC ya que se trata de la temperatura de ebullición del metanol. metanol. El límite límite inferior se ha fijado fijado en 56 ºC. La concentración inicial del catalizador en tanto por ciento en peso respecto a la cantidad de grasa empleada en los experimentos. En los datos bibliográficos no existe un óptimo en cuanto a concentración de catalizador se refiere, refiere, sin embargo, embargo, el límite límite inferior se encuentra encuentra en un 0,28 0,28 % en peso. Para el límite límite superior se considera considera un 0,43 % en peso. La experimentació experimentación n correspondient correspondientee a esta parte del trabaj trabajo, o, se ha planificado de2k  acuerdo con lascon características de unEn diseño factorial de experimentos , experim experimentos entos co n puntos centrales. centrales. la Tabla Tabla 3 se resumen los que se han tenido en cuenta, los valores de las variables y los resultados obtenidos para el rendimiento. Tabla 3. Experimento correspondiente correspondiente al diseño experimental Temperatura °c

Concentración % P/ P

Rendimiento % P/ P

58,0 58,0 58,0

0,36 0,36 0,36

85,7 86,7 85,7

5586,,00 60,0 60,0 56,0

00,,3268 0,43 0,28 0,43

818,61 78,6 80 78

 

Investigación, ciencia y tecnología  105

Como se muestra muestra en la figura 3, esto significa que el rendimiento de la reacción aumentó con la temperatura con una concentración alta pero disminuye cuando aumentamos la temperatura con una concentración menor. Graficos de interacción de rendimiento 90     o      t     n     e      i     m      i      d     n     e      R

88 Concentración=0.28 86 84

Concentración=0.43 Concentración=0.28

82 80

Concentración=0.43 56

Temperatura

60

  3. Interacción del rendimiento Figura rendimiento en función de la temperatura.

través de la figura 4 sey una puede determinar que la temperatura apropiada A esta alrededor de 59°C concentración del 0,35-0,36 para alcanzar rendimiento rendimientoss alrededor alrededor del 90% (figura 1). Ren Rendimie dimiento nto de la reacción.

2.4.3 Característica y funcionalidad del Biodiesel En esta tercera fase, se procedió a determinar la composición composición del bio-

diesel que es la mezcla de ester metílico de ácidos grasos en un 96% (según el Informe de análisis del CIBAVI), CIBAVI), además se determinaron ciertas propiedades del biodiesel comparándolas con las normativas internacionales, presentadas en la Tabla 4.

 

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Biodiesel Tabla 4. Características del Biodiesel CARACTERÍSTICAS

UNIDAD

VALORES GRASA

Punto de inflamación Viscosidad cinética Poder calorífico

°C cSt a 40°C BTU/Lbs

NORMA

134 4 16034

>130 1,9 -6

Contours of Estimated Response Surface Rendimiento

0,43

    n       ó       i     c     a     r       t     n     e     c     n     o       C

0,4 0,37 0,34 0,31 0,28 56

57

58 Temperatura

59

60

80,0 81,0 82,0 83,0 84,0 85,0 86,0 87,0 88,0 89,0 90,0 91,0

 

Figura 4.Rendimiento 4. Rendimiento de la reacción reacción

Finalmente, se procedió a utilizar este combustible mezclando con con el diesel en una relació relación n de 5-10-20 % y se aplicó aplicó en un motor motor de diesel, el mismo que funcionó normalmente caracterizándose por humos de color blanco a diferencias de los humos de diesel de color oscuro. Posteriormente se analizaron las emisiones de combustión a través de un

analizador de gases de marca, Ecoli analizador Ecoline ne 4.000, establ estableciénd eciéndose ose una disminudisminución tanto en la emisión de SO 2, co como mo de de CO2 pero incrementando el porcentaje conforme conf orme aumentaba la relación aumentaba relaci biodies el-diesel. el. En las figuras 5eny 6NO se 2muestra el comportamiento del ón SObiodiesel-dies 2 y del NO2 respectivamente.

 

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Fig.. 5 Comportamiento del SO2 en función de la adición del biodiesel.   Fig

 

Fig.. 6 Comportamiento del NO2 en función de la adición del biodiesel. Fig

 

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Resul sultad tados os 3. Re Se observa experimentalmente que la conversión de triglicéridos es elevada a valores de catalizador entre 2 y 3 g considerando que con estos valores no se requiere de un proceso de separación ni lavados De la optimización optimización de la reacción, reacción, llevada a cabo mediante mediante un diseño factorial de experimentos, en el que se estudió la influencia de la concentración inicial de catalizador y de la temperatura sobre el rendimiento de la reacción se determinó que la temperatura temperatur a de reacción y la concentración de catalizador tienen un efecto negativo sobre el rendimiento de la fase éster secundaria de saponificación de triglicéridos. Se consideran como óptimas las siguientes condiciones de operación  ya que con ellas se obtiene un rendimiento rendimiento entre 88 y el 90 % con una concentración de catalizador del 3,7 a 3,8 % a una temperatura temperatura de 58ºC. Con esas condiciones no es necesario el proceso de lavado y purificación del biodiesel. Se determinó que el biodiesel logrado cumple con los estándares internacionales y que disminuye las emisiones tanto de SO 2 como el CO2 pero aumenta el NO2.

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Optimización de un prototipo para la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua utilizando materiales existentes en el mer mercad cadoo nacion nacional, al, apl aplica icando ndo nor normas mas internacionales Fernando Vásquez Freire1, Jaime Omar Omar Jordán Jordán Guil Guillén lén2 y Carlos Alfredo Zhigüi Loja3

1. Int Introd roduc ucció ción n En la actualidad existe un enorme interés en la búsqueda de nuevas fuentes de energía. En este contexto contexto la generación de hidrógeno a partir de electrólisis electról isis del agua, cons constitu tituye ye una importante importante alternativa alternativa.. Entre las venventajas del uso del hidrógeno como fuente de energía podemos señalar que en la combustión combustión del hidrógeno genera como resultado resultado agua, trabajando, de esta esta manera, manera, en un ciclo ciclo ecológi ecológico co cerrado; cerrado; es decir decir, utili utilizando zando agua agua en la producción de hidrógeno y despidiendo agua en el ambiente. ambiente. Por otra parte, el hidrógeno puede reemplazar a los combustibles combustibles fósiles adecuando la tecnología existente sin afectar a los componentes principales, pudiendo esto estar al alcance de todos. Como parte del proyecto se ha diseñado y construido un prototipo

de electrolizad electrolizador or,, el cual const constaa de medidore medidoress de presión, presión, medido medidores res de de 1 2 3

Director Direct or del Pr Proy oyect ectoo de de inve invest stiga igaci ción ón,, Do Doce cent ntee de la Ca Carr rrera era de Ing Ingeni enier ería ía Aut utom omot otrí rízz de la Universidad Politécnica Salesiana. Estu Es tudia diant ntee de la la Carr Carrera era de Ing Ingeni enier ería ía Mecá Mecáni nica ca Aut Autom omot otriz riz de la la Uni Unive vers rsida idadd Pol Polité itécn cnica ica Salesiana. Egre Eg resa sado do de de la Car Carre rera ra de de Inge Ingenie nierí ríaa Mecá Mecánic nicaa Aut Autom omot otriz riz de la la Uni Unive vers rsida idadd Pol Polit itécn écnic icaa Salesiana.

 

Investigación, ciencia y tecnología  110

nivel de agua, medid nivel medidor or de temperatura temperatura,, dosifi dosificador cador automá automático tico de de agua, paro automáti automático co y manual, manual, y un ciclo automátic automáticoo de control. control. Los elemenelementos de medición y control garantizan la seguridad requerida al manejar hidrógeno a altas presiones. A lo largo de la investigación fue observada una fuerte influencia de la corriente eléctrica en la cantidad de hidrógeno producido. producido. Fue determinado además que el material de las placas y las características constructivas de las mimas provocan pérdidas de energía en el sistema por generación de calor. calor. Los experimentos de electrólisis realizados fueron efectuados sobre el principio de obtener reproducibilidad en cualquier ambiente.

2. Mat Materiale erialess y métod métodos os Materiales Los materiales utilizados se presentan a continuación:  Materiales usados en e n la construcción constr ucción del prototipo • 1 tub tuboo de de ace acerro ino inoxi xida dabl blee •• • • • • •

44 tap ttub as acer ero oo ino iino xida dabl ble ee tapas ubos os de de ac acer ac ero inoxi noxi xida dabl ble 4 pern pernos os de ac acer eroo ino inoxi xida dabl blee 1 rec recip ipie ient ntee de de ace acero ro in inooxi xidab dable le 30 ac acop ople less de de ac acer eroo in inooxi xida dabl blee 2 tu tubos de vi vidri rioo 2 manó manóme metr tros os en ba baño ño de gli glice cerin rinaa

• 1 bo bomba de ag agua • 1 pprresostato. • 2 llav llaves es de de paso paso de ace acero ro ino inoxi xida dabl ble. e. •• • •

240born bpl níqu con n una una pu pure reza za.. pornes laces as de de ní de níquel ní quelel.co 2 ais aisla lant ntes es de tef efló lón n de de 10m 10mm. m. 2 ais aisla lant ntes es de tef efló lón. n.

 

Investigación, ciencia y tecnología  111

• • • • •

1 lám lámin inaa de de pol polis isu ulf lfoona na.. 4 orines. 1 vol voltí tíme metr troo de de corr corrie ient ntee con conti tinu nua. a. 1 ampe amperí ríme metr troo de de corr corrie ient ntee con conti tinu nua. a. 1 circu circuito ito eléc eléctric tricoo y electr electróni ónico co de de medici medición ón y contr control. ol.

 Materiales usados en e n los experimentos exper imentos preliminares de electrólisis: elect rólisis: • 1 ban bande deja ja pl plás ásti tica ca de 1,5 1,5 lit litro ros. s. • 11 litr litros os de ag agua ua de dest stil ilad ada. a. • 5 kg kg ddee hidr hidróx óxid idoo de de pot potas asio io (K (KOH OH). ). • • • • • • • •

2 electr electrod odos os de de acer aceroo inoxi inoxidab dable le AIS AISII 316. 316. 2 ele elect ctrrod odos os de ní níqque uel. l. 2 ele elect ctrrod odos os de pl plat atin inoo. 2 ca cabl bles es de co cobr bree # 16 16. 1 fuen fuente te de de volt voltaj ajee de corr corrie ient ntee cont contin inua ua.. 1 voltímetro. 1 amperímetro. 1 termómetro.

Métodos El proyecto proyecto de investigación investigación consta de dos fases: la experimentación en el laboratorio laboratorio para la determinaci determinación ón de la separación, separación, el tamaño y la elección del material que cumplan con las especificaciones técnicas para la construcción de las placas, así mismo se procede a elegir el material adecuado para construcción de la cuba electrolítica y la l a concentración óptima del KOH KOH en el agua; para lograr la mayor producción producción de hidrógeno. hidrógeno.

Para las pruebas de laboratorio Para laboratorio,, fuero fueron n laminadas placas placas de acero inoxidab ino xidable le AISI 316, níquel y platino, platino, las cuales fueron fueron sometidas sometidas al proc proceeso de electrólisis con diferentes concentraciones de hidróxido de potasio (KOH) (K OH) al al 5, 10, 15, 20, 25 y 30% 30% en peso peso y agua agua como como diso disolv lvent ente. e. Se trabatraba jó además con voltajes entre 5-15 V y una separación entre placas entre de 1 y 10 mm, con el objetivo de determinar la influencia de estas variables en

 

Investigación, ciencia y tecnología  112

la cantidad de hidrógeno producido. producido. La sujeción de las placas fue llevada a cabo con pinzas de cobre con un baño de níquel y se las conectó en el centro del extremo superior de las mismas. Sobre la base de los datos obtenidos en la experimentación de laboratorio fue llevada la segunda etapa de la investigación que consiste en la construcción del prototipo final para la producción producción de Hidrógeno, sobre el cual se realizaron pruebas para determinar la influencia de la presión y  temperatura sobre el caudal producido.

3. Re Resul sultad tados os Resultados de las pruebas de referencia Las pruebas se realizaron considerando las separaciones entre los electrodos, electro dos, y la cantidad cantidad de KOH KOH en agua agua destilada. destilada. Las curvas curvas presentapresentadas, mues muestran tran la mejor mejor relación relación entre entre temperat temperatura ura y amperaje, amperaje, lo cual va en una estrecha relación con la producción de hidrógeno.

Figura 1.Relación 1. Relación de tiempo vs. vs. temperatura y amperaje amperaje en el proceso de electrolisis en las pruebas de referencia en condiciones estandar de presión y temperatura correspondiente al electro de acero inoxidable

 

 

Investigación, ciencia y tecnología  113

 

Figura 2. Relación de tiempo vs. vs. temperatura y amperaje amperaje en el proceso proceso de electrolisis en las pruebas de referencia en condiciones estandar de presión y temperatura correspondiente al electro de niquel

 

Figura 3. Relación de tiempo vs. vs. temperatura y amperaje amperaje en el proceso proceso de electrolisis en las pruebas de referencia en condiciones estandar de presión y temperatura correspondiente al electro de platino

 

Investigación, ciencia y tecnología  114

Como se se puede observar observar en las Figuras Figuras 1, 2 y 3, el mejor resulta resultado do se obtuvo con con la lámina de níquel, ya que produce produce mayor cantidad de hidrógeno manteniendo un consumo de energía menor que las otras dos láminas ensayadas en la práctica de laboratorio. La concentración adecuada de KOH fue del 30% en peso diluido en agua desmineralizada.

Resultados del Prototipo Final El prototipo construido es capaz de producir 4,32 l/s de hidrógeno almacenándolo a una presiónmáxima de 80 PSI la cuba electrolítica y una peratura de funcionamiento deen 60°C, sin riesgos de fugas detemgas. Las placas para los electrodos del prototipo fueron construidas de níquel, sumergidas en agua desmineralizada con un pH de 6,5 y con una concentración del 30 % en peso de KOH. La cuba electrolítica y las cañerías fueron construidas en acero inoxidable. Además, el prototipo cuenta con los siguientes dispositivos de seguridad: medido medidores res de presi presión, ón, medido medidores res de nive nivell de agua, agua, medido medidorr de temtemperatura,, dosifi peratura dosificador cador de agua, paro de emergencia. emergencia. Todos estos estos con sus respectivas etapas de control automáticas.

Discusión de resultados • Deb Debido ido a que que el elect electro roliza lizador dor cons consume ume agua agua para para gene generar rar hidró hidrógege-

no, se debe tomar tomar en cuenta una bomba bomba para dosificar dosificar constanteconstantemente agua en el interior del electrolizador. • La genera generació ción n de calor calor es es inevitab inevitable le en la la produ producci cción ón de hidr hidróge ógeno no,, por tal motivo se debe implementar un sistema de enfriamiento. • Si se se desea desea tene tenerr Hidróg Hidrógeno eno con una pur pureza eza eleva elevada, da, de tal tal forma forma que que no se tenga que entrar en una etapa de purificación previa al embasamiento en algún recipiente, se debe utilizar un sistema de lavado de KOH.

 

Investigación, ciencia y tecnología  115

• Para asegu asegurar rar una una larga larga vida vida de las las placas placas se se deberá deberá util utiliza izarr agua agua totalmente desmineralizada. • Para evitar evitar peligr peligros os de ince incendi ndios os o explos explosion iones es por acum acumula ulació ción n de gas hidrógeno hidrógeno debido debido a fugas del mismo mismo,, se debe trabajar trabajar en un ambiente que asegure una buena circulación de aire. • En caso caso de contac contacto to de la la soluci solución ón electr electrolít olítica ica con con alguna alguna parte parte del del cuerpo, se debe neutralizar la misma con aplicación de vinagre.

4. Co Concl nclusi usione oness • Se puede puede conc conclui luirr que que al fina finaliz lizar ar la in inves vestig tigaci ación, ón, se cuen cuenta ta con con un un prototipo prot otipo elemental elemental para generar generar hidrógeno hidrógeno optimizado optimizado,, ademá ademáss construido con materiales y elementos existentes en nuestro medio. • Se concl concluy uyee que esta esta inv invest estigac igación ión abre abre un un camino camino a una una nueva nueva forma de energía en el Ecuador desarrollada y mantenida con mano de obra de ecuatorianas/o ecuatorianas/oss y, y, además la investi investigación gación respeta respeta los objetivos de nuestros ancestros que siempre fue la conservación y  respeto de la naturaleza.

Bibliografía Varios Autores, editado por Nicolas Alonso-Vante Alonso-Vante 2003 Electroquímica y Electrocatálisis, Electrocatálisis, Volumen 1b,Primera 1b, Primera Edición Virtual e-libro.net, e-libro.net, Buenos Aires, Aires, May Mayo. o. Varios Autores, editado por Nicolas Alonso-Vante Alonso-Vante 2003 Electroquímica y Electrocatálisis, Electrocatálisis, Volumen 1a, Primera Edición Virtual e-libro.net, e-libro.net, Buenos Aires, Aires, Ma Mayo. yo.

 

9 Diseño de un prototipo de bomba de ariete hidráulico multipulsor de abastecimiento de agua para irrigación 1

2

2

Fran Reinoso , Augus ugusto to Busta Bustamante mante , Ma Manue nuell Quez Quezada ada

Introd roduc ucció ción n 1. Int A pesar que en Ecuador se ha venido empujando la difusión de las tecnologías de energías renovables desde la década de los ochenta y, y, de que en la actualidad existen esfuerzos del Ministerio de Energía y Minas con fondos propios o del Banco Mundial, ONG, universidades y aun de empreempresas privadas, no se puede decir que éstas se encuentren difundidas y contribuyendo de manera significativa al mejoramiento de la calidad de vida de la población población rural. La hidroelectric hidroelectricidad idad es la energía energía renovable renovable más difundida difund ida en el Ecuador y su potencial potencial es aún poco explotado; explotado; razón por la cual, cada vez es más necesario integrar decididamente fuentes de energía limpias y renovables, que por sus ventajas sean un sustituto a formas formas de energías que día a día van escaseando y tienen un impacto ambiental negativo global, como aquellas aquellas desarrolladas a partir de los hidrocarburos.

El bombeo de agua y la energía renovable son socios naturalmente compatibles que pueden crear soluciones económicas para cualquier aplicación de bombeo bombeo y transporte de agua, agua, ya sea para consumo consumo humano humano o 1 2

Direct Dire ctor or de dell Pro Proyyec ecto to de In Invves esti tiga gaci ción ón,, Ca Carr rrer eraa de de Ing Ingen enie ierí ríaa Mec Mecán ánic ica, a, Uni nivver ersi sida dadd Politécnic Po litécnicaa Salesiana, Salesiana, Sede Cuenca, Cuenca, Ecuado Ecuador. r. Carr Ca rrer eraa de Ingen Ingenie ierí ríaa Mecá Mecánc ncia ia,, Uni nivver ersi sida dadd Poli Polité técn cnic icaa Sales Salesia iana na,, Se Sede de Cue Cuenc nca, a, Ec Ecua uado dorr

 

Investigación, ciencia y tecnología  118

riego. La fuerza que riego. que mueve el equipo equipo de bombeo, bombeo, que es una rueda hidráuhidráulica por ariete hidráuli hidráulico co,, es definitiva definitivament mentee un arroyo arroyo,, un canal canal u otra forma de corriente de agua que pueda suministrar la energía suficiente para bombear bombear a alturas alturas superiores; superiores; de igual manera manera el viento viento es otro otro medio, que proporciona proporciona la fuerza necesaria para que sistemas de bombeo eólico operen. En el mismo sentido, sentido, la actividad agropecuaria en el Ecuador sin vías expeditas, expedit as, sin servicios de transferenci transferenciaa tecnológica, tecnológica, sin capacidad capacidad de valor agregado y sin capacitaci capacitación; ón; no logrará el impulso necesario necesario para mejorar mejorar sus niveles de de participación en el producto interno bruto del país, ni tampoco alcanzará niveles de competitividad nacional e internacional. En este contexto; contexto; el riego viene a ser el factor factor técnico preponderante para el desarrollo de la agricultura, por lo que es una necesidad implementar sistemas eficientes para conseguir que el sector agroindustrial se convierta en un polo de desarrollo socioeconómico socioeconómico del país. Uno de los factores principales que limita la actividad productiva del sector rural, es por un lado,, la falta de sistemas lado sistemas de riego técnicam técnicamente ente implement implementados; ados; y, por otro, otro, el costo de operación de los sistemas de bombeo de agua convencionales usados generalmente, lo que ocasiona un incremento en los costos de proproducc ducción. Sumado ado, aproximadament a esto, esto, en la zona zonae sur del país pde aísterrenos y en particular particular en latienen en proprovinciaión. delSum Azuay Azuay, aproximadamente el 60% cultivables cultivables una pendiente no menor a 40º, haciendo que las actividades productivas productivas sean cada vez menos menos rentables, lo que conlleva al abandono abandono del campo.

2. Mat Materiale erialess y métod métodos os

2.1 Análisis de la zona de estudio para el dimensionado del sistema de bombeo mediante ariete hidráulico Selaprocede a identificar y organizaciones relacionadas con agricultura agricultura y el riegolas eninstituciones la región austral del país. En vista de que la información técnica obtenida es insuficiente para poder estandarizar y  definir los datos de partida para el diseño del prototipo de bomba de arie-

 

Investigación, ciencia y tecnología  119

te hidráulico, hidráulico, se ha optado por la alternativa de definir una zona específica para el estudio del proyecto. Aprovechando que paralelamente se desarrolla un proyecto para el cultivo de hortalizas y otros productos en zonas con grandes pendientes, precisamente en los predios de la Universidad Politécnica Salesiana Campus Yumacay Yumacay de Paute, Paute, y en vista de la presente necesidad de riego y  análisis anális is de los requisit requisitos os indispensable indispensabless como: zona de cultiv cultivo, o, un caudal firme de agua y salto hidráulico aprovechable para garantizar la sostenibilidad en el tiempo de los cultivos. cultivos. Yumacay viene a constituirse en una alternativa viable para el desarrollo del proyecto proyecto de investigación, investigación, la planimetría de la zona se muestra en la figura 1.

 

Figura 1. Planimetría de la zona de Yumacay Yumacay - Paute

La zona de Yumacay Yumacay dispone 10 hectáreas de terrenos para ser culcul tivados, con de aproximadament aproximadamente del 40º alturas entre 50 150 m sobre so brependientes el nivel nivel de la captación de eagua, de yaproximadame apro ximadamente ntey  40.000 m3 cons construido truido en la parte baja baja de la zona en estudio, estudio, el embalse está alimentado por la l a quebrada Yumacay umacay..

 

Investigación, ciencia y tecnología  120

 2.2 Determinación Deter minación de alturas alt uras y caudal instalado de la zona de estudio Se procede a realizar mediciones preliminares de altura y longitudes de emplazamiento en todas todas las inmediaciones del sitio seleccionado, seleccionado, aguas arriba y aguas abajo abajo del embalse existente, volumen y captación de agua, área de cultivo cultivo,, sitio de emplazamien emplazamiento to posible del sistema sistema y otros. Para el efecto se utilizó el método de determinación de hitos mediante GPS (Global Position System), System), para la determinación determinación de longitudes se utilizaron utilizaron además cintas métricas y flexómetros; concluy concluyendo endo con la elaboración de una planimetría de la zona Yumacay umacay,, mostrada en la figura 1. Paravolumétrico, la determinación del caudal se embalse utilizó ununmétodo de medición volum étrico, instalando aguasinstalado arriba del vertedero metálico triangular de 90º (ver figura 2) con el objeto de realizar el aforo de caudal en la quebrada Yumacay Yumacay,, en el mismo que se han monitoreando los valores de caudal y posibilitó definir los datos de partida para el diseño (Q, H) del prototipo de bomba de ariete hidráulico multipulsor. multipulsor.

Figura 2. Medición del caudal de quebrada YumacayYumacay- Vertedero Vertedero Triangular Triangular de 90º

 

De esta forma forma se determinó determinó que la altura altura aprovech aprovechable, able, tambi también én conocida como salto hidráulico es de 12 m, superando así las expectativas de diseño que son de 3 a 5 m, se determina una altura altura de descarga de 120 m, una distancia de bombeo 760 m y finalmente una distancia de alimentación 30 m superando también los valores de diseño que son de 6 a 12 m.

 

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El aforo del caudal de la quebrada Yumacay realizada durante doce meses durante durante el año 2007, 2007, de cuatro cuatro mediciones mediciones por mes, mes, con la técnica técnica de vertedero vertedero triangular triangular,, para obtener obtener una hidrógrafa anual anual del año 2007 como se muestra en la figura 3.

 

Figura 3. Hidrógrafa Anual 2007 - Quebrada Yumacay umacay,, los valores máximos en crecida son de 34 [l/s], y los mínimos en época época de estiaje son de 17 [l/s]

Con estos datos se calculó que el caudal promedio es de aproximadamentee 23 l/s; para la operación dament operación del ariete hidráulico hidráulico se requier requieren en 5 l/s que significa únicamente el 30 % del caudal instalado.

2.3 Diseño hidráulico y mecánico del prototipo de bomba de ariete hidráulico multipulsor 2.3.1 El procedimiento de cálculo Con los datos de partida reales de alturas de bombeo y caudal aprov echable; echable; se realiza una investigación bibliográfica bibliográfica exhaustiva para estableestablecer el procedimiento procedimiento de cálculo cálculo idóneo, que permita definir los diferentes

 

Investigación, ciencia y tecnología  122

parámetros hidráulicos que intervienen en la operación del prototipo de bomba de ariete hidráulic hidráulico, o, así como las dimensione dimensioness generales para su constr co nstruc ucció ción. n. Con la inten intenció ción n de agili agilitar tar el el anális análisis, is, se siste sistemat matizó izó mediante software (Excel) el proceso de cálculo y dimensionado de la bomba de ariete hidráulico multipulsor. El dimensionado del la bomba de ariete hidráulico multipulsor, multipulsor, se ha desarrollado a paritr de los lineamientos del procedimiento de cálculo a detalle establecido de la bibliografía recomendada, obteniéndose una longitud de tubería tubería de impulsión impulsión de 30 m, un ángulo de inclinaci inclinación ón de 10º, la velocidad de flujo en la tubería de alimentación es de 2,29 m/s, el diámetro de entrada del aceite es de 50,8 mm, y el caudal circulante calculado fue fue de 0,004639 m3/s. Acerca del diámetro Acerca diámetro de la válvula válvula check, check, de descarga descarga y, y, de la cámara de aire, aire, fuer fueron on de 1, 1 y 3 pulgadas pulgadas respecti respectivament vamente; e; la altura altura de cámara cámara de aire fue de 10 pulgadas. El número de Reynolds Reynolds fue de 102045,61 que indicaba un régimen turbulento, turbulento, la rugosidad relativa se determinó en 333,33  y el factor de fricción fr icción fue de 0,0322. Las pérdidas por fricción en la tubería de alimentación fueron de 5,33 m, el diámetro del eje de la válvula de impulsión impulsión se calculó en 8 mm, con un área de derrame total de 5,3x10 -4 m2. La velocidad velocidad de de salida de las válvulas fue de 1,44 m/s con un ciclo de duración de 1 s en el que se bombeaba un caudal de 3,8x10-5 m3/s. Los cálculos determinaron que la presión dinámica fue de d e 1036,8 Pa, el pulso de Zhukovsky de 1,84 MPa, MPa, con presión máxima y mínima de 1,88

MPa y 1,78 MPa 1,78 MPa, MPa, con una sobrep sobrepresió resión n de 187,88 187,88 m. Así, la celeridad celeridad de onda de presión fue de 1274,55 m/s, el tiempo de cierre de la válvula fue de 0,047 s, y el coeficiente de arrastre de la válvula de impulsión de 32,8. En cuanto a la válvula de impulsión su peso fue de 1,05 kg, su coeficiente de arrastre fue de 32,8, soportando una fuera hidráulica de 4,23 kg. El volumen total de la cámara de aire fue de 6.44x10-3 m3 que soporta una presión antes del choque hidráulico de 1,08 MPa.

 

Investigación, ciencia y tecnología  123

En la-3cámara aire, aire, se determinó el volumen total de agua-3fue de 2,7x10 m3 condeun volumen de aireque inicial y finaltotal de 3,64x10  y  3,72x10-3 m3 respectivamente, la presión soportada fue de 1,09 MPa. MPa. En lo que se refiere al conducto vertical, vertical, se calcula una velocidad velocidad de 0,806 [m/s], donde el número de Reynolds Reynolds fue de 13468 generándose también un régimen régimen turbulento, turbulento, con una rugosidad rugosidad relativa relativa de 63500, 63500, y pérdidas inerciales de 8,21 m. El factor de fricción de la tubería de descarga fue de 0,0286. Con estos estos parámetros parámetros calcula calculados, dos, el ariete desarro desarrolla lla una altura altura mínima de 113,18 mínima 113,18 m, con una una eficiencia eficiencia de bomba bomba del 19%, 19%, y un rendirendimiento volumétrico del 0,844%.

2.3.2 El proceso de diseño mecánico Basándonos en los resultados Basándonos resultados obtenidos obtenidos del proceso de cálculo, cálculo, se realiza el dibujo técnico (plano de conjunto y particulares) del Prototipo de Bomba de Ariete Hidráulico, Hidráulico, utilizando el Software de diseño mecánico Inventor Inventor Auto Auto Desk. El esquema del prototipo se muestra en la figura 4.

Figura 4. Perspectiva de Prototipo Prototipo de bomba de Ariete Hidráulico Multipulsor  

 

Investigación, ciencia y tecnología  124

resultados del proceso de modelado del prototipo de resultados bomba de ariete Los hidráulico multipulsor multipulsor, , permitieron la comprobación compr obación de del proceso de cálculo antes de su construcción; en lo referente referente a definir presiones totales, presiones dinámicas sobre las válvulas y velocidades velocidades del flujo en los diferentes elementos elementos de la bomba. Los valores se muestran a en la Tabla 1: Tabla 1. Datos comparativos comparativos de proceso de modelado Ítem

Descripción/variable

Valor (Pa, m/s)

Valores de diseño (Pa, m/s)

01 02 03 04 05 06

Presión estática cámara de aire Presión dinámica válvulas de impulsión Velocidad en la cámara de aire Velocidad en válvula de impuso Velocidad en la brida de entrada Velocidad en brida de descarga

0,42 MPa 1000 Pa 0,24 m/s 1,49 m/s 2,48 m/s 1.24 m/s

1,09 MPa 1036,8 Pa 1,44 m/s 2,29 m/s 1,66 m/s

2.3.2 El modelado hidráulico Para tener una primera aproximación del comportamiento mecánico e hidráulico hidráulico del prototipo de ariete hidráulico hidráulico,, antes de materialimaterializarlo en su construcción; construcción; fue necesario realizar realizar el modelado de de la operación enellosoftware referare referente enteCosmos a presiones pres velocid adeslasdel flujo; efecto se utilizó utilizó softw Cos mosiones Flow yAuto Flow Avelocidades uto DesK, DesK, figu figuras ras 5,para 6, y el 7 muestran como éste software software ofrece el modelo hidráulico, hidráulico, el diagrama de presiones dinámicas y el diagrama de las velocidades en la cámara de aire del ariete hidráulico.

 

Investigación, ciencia y tecnología  125

Figura 5. Modelado hidráulico de prototipo de Ariete Hidráulico-Presiones Hidráulico-Presiones  

Figura Hidráulico   6. Diagrama de presiones dinámicas de cámara de aire de Ariete Hidráulico

 

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Figura Hidráulico   7. Diagrama de velocidades de cámara de aire de Ariete Hidráulico

 

Figura 8. Diagrama de presiones presiones dinámicas de válvulas de impulso de Ariete Hidráulico

 

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Las figuras 8 yválvulas 9 muestran diagr amas diagramas de presiones dinámicas y de velocidades en las de los impulso de ariete hidráulico en detalle. Como se puede apreciar, apreciar, la presión de salida aumenta decididamente decididamente al final de la tubería de las válvulas.

  9. Diagrama de velocidades en válvulas de impulso de Ariete Hidráulico Figura Hidráulico

2.4 Construcción del prototipo de bomba de ariete hidráulico multipulsor La construcción construcción del prototipo prototipo de bomba de ariete hidráulico, hidráulico, se llevó a cabo en su totalidad en los laboratorios de la Facultad de

Ingenierías de la UPS-Cuenca (ver figura 10); este proceso Ingenierías proceso involucró involucró actividades como la adquisición y empleo de materiales económicos existentes en el medio, medio, de los cuales se mencionan mencionan tubos galvanizados de acero acero de diámetro diámetro de 2´´ x 500 mm y 5´´x 600 mm, tres Ac. Ac. de trasmisión galvanizado diámetro diámetro 230 0 mm 8´3/8´´x ´ x 30 100 mm,mm, cuatro Ac. inoxida inoxidables de de diámetro 1 _4´´x ``x 20 mmyydos tresde tres de8´´ cuatro broncesbronces forsfóricos de 1´´x 50 [mm] de diámetro y una platina galvanizada de 5´´x 3´´ x 500 mm.

 

Investigación, ciencia y tecnología  128

Además, más, inclbalanza incluye uyen nzadeelectrónica 30 barras barra plom o de 140 paun ra cronómepesa, meválvula eAde impu impulso, lso,seuna balan electrón icas de de plomo capacidad capacidad 2 kg,g ypara cronó tro digital. El proceso de construcción incluye incluye el mecanizado de particulares, el tratamiento tratamiento superfici superficial al de galvanizado galvanizado,, el montaje montaje y puesta a punto punto (control de estanqueidad de válvulas).

Figura prototipo de Ariete Hidráulico   10. Proceso de construcción de prototipo

2.5 Diseño y construcción del banco de pruebas de Golpe de

Ariete En un primer momento, se realiza la construcción de partes y adecuaciones mecánicas del banco para pruebas de golpe de ariete (ver figura 11); utilizando partes del equipo existente existente (tanque hidrodinámico) en el Laboratorio de Mecánica Fluidos Carrera Mecánica de la UPS, Sede Cuenca. Eldebanco Cuenca. de del prula pruebas ebas constadedeIngeniería consta dos tanques tanques plástiplásticos de 1 m3, un tanque tanque plástico plástico de 500 cm3, doce metros metros de tubería tubería galvagalvanizada de 2´´ de diámetro, diámetro, treinta metros de tubería de PVC PVC de diámetro

 

Investigación, ciencia y tecnología  129

de 1/2” 1/2”, , dos manóm manómetros cpulgadas, on capacidad capacid ad válvula de 0 aa20 pares válvulas esfé esféricas ricas de 2´´etros y 1´´ con pulga das, una válvul debares, aguja dos de 1/2”, 1/2” , undecanal vertedero verte dero,, una bomba centrífuga centrífuga con con caudal de 50 l/min, l/min, un motor trifásitrifásico de 2 hp y 1740 rpm y por último un relé térmico de 220 V y 10 A. Al mismo tiempo, tiempo, se ha realizado realizado la aut automatiz omatización ación completa completa de dicho banco de pruebas; con lo cual es posible controlar y medir medir las diferente re ntess variable variabless como: como: cau caudal dal,, pre presió sión n y revoluc revolucion iones es del moto motorr de la bomba.

Figura  11. Banco para Pruebas de Golpe de Ariete- Tanque Tanque Hidrodinámico

Luego de las pruebas de operación y debido a la imposibilidad de manejar de manera independient independientee las variables de caudal, altura y la estabilidad en la operación operación de la bomba de ariete hidráulico; se realiza variantes al banco banco de pruebas desarrollando desarrollando un nuevo nuevo diseño, diseño, manejand manejandoo las condiciona cond icionantes ntes anteriores anteriores;; para lo cual se construye construye un depósito depósito de una

 

Investigación, ciencia y tecnología  130

 

capacidad salto lahidráulico hidráulic o determinado, determinado se instalan los instrumentos dispositiv disposi tivos osy para medición del caudal caudal y, altura de operación; operaci ón; y además,y  se cuenta con un sistema cerrado de bombeo par garantizar la operación permanente permane nte del sistema, sistema, tal como se muestra muestra en la figra 12.

Figura 12. Banco para Pruebas de Bomba Bomba de Ariete Hidráulico

2.6 Determinación de las características de funcionamiento del prototipo de bomba de ariete hidráulico multipulsor

En esta etapa final de la investigación, investigación, se pretende obtener obtener las curvas características de comportamiento de la bomba de ariete hidráulico multipulsor (ver figura 13); principalmente la curva motriz caudal-altura (HQ) y la curva de rendimiento (1/2-Q), (1/2-Q), en diferentes condiciones de operación; significa, signifi det erminación ción de deoperando las caract característi erísticas cas dos de funcionade fun cionamientoesto de la bomca, bomba ba la de determina ariete hidráulico con una, y tres válvulas de impulso.

 

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Para Pa rauna el efecto, efect o, se util izócolocada el método método regulación regulación a la descarga descarga, mediante válvula de utilizó aguja en ladetubería tubería de impulsión, con la, cual a diferentes aperturas de la válvula se obtuvieron los valores de altura  y caudal. La altura o presión de descarga H se mide mediante un manómemanómetro instalado en la cámara de aire de la bomba de Ariete Hidráulico y para la medición del caudal Q, se emplea un canal abierto y vertedero triangular.

Figura 13. Banco para pruebas de bomba de ariete hidráulico multipulsor multipulsor  

Para garantizar la operación Para operación continua continua del banco de pruebas, pruebas, se dispone de un reservorio de purgas, conectado al reservorio reservorio mediante un circuito cerrado de bombeo, bombeo, en donde se recolecta recolecta el volumen de agua desalojado en la etapa de impulso de la bomba de ariete hidráulico y el caudal de entrega de la misma. misma. Al mismo mismo tiempo se garantiza garantiza de esta manera manera mantener un salto hidráulico H constante durante el desarrollo de la diferentes pruebas.

 

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proceso ejecución pruebas de la zbomba ariete Elhidráulic hid ráulico, o,decont contempla empla ladeobtención obt encióndedelaboratorio la curva motriz motri AlturadeAltura Caudall (H-Q) Cauda (H-Q) de la Bomba Bomba de Ariet Arietee para una, dos y tres válvula válvulas. s. El esquema de la instalación utilizado en el Laboratorio de Mecánica de Fluidos de la Universidad Universidad Politécnica Politécnica Salesiana sede Cuenca; Cuenca; para la ejecución de las pruebas de operación mencionadas anteriormente, anteriormente, se muestra en la figura 14.

 

Figura 14. Esquema de instalación de banco de pruebas de ariete hidráulico

Las variables principales de entrada para el análisis y la obtención de las curvas de operación de la bomba se muestran en la Tabla 2.

 

Investigación, ciencia y tecnología  133

Tabla 2.Variable de entrada de banco de pruebas de ariete hidráulico Descripción/variable

Símbolo

Dimensión

Altura desde la bomba hasta la superficie del agua. Altura desde la bomba hasta la base del tanque. Largo de la tubería. Diámetro de la cámara de aire. Ángulo de inclinación de la tubería. Diámetro tubería de descarga. Altura de cámara de aire. Diámetro de tubería de entrada.

Ho Hob L Dt q D Lt De

3 metros 2 metros 6 metros 5 pulgadas 30 º 1/2 pulgada 0,46 metros 2 pulgadas

En las siguientes tablas se presentan los resultados obtenidos para el ensayo hecho a la bomba de ariete hidráulico, hidráulico, con un peso de 1.400 g y  una carrera de 3 mm: Tabla 3. Datos de Curva H – Q de la bomba de ariete para una válvula MEDICIÓN

CAUDAL (Q) [lt/s]

PRESIÓN (P) [bar]

PULSOS [n/s]

1 2 3 4 5

0 0,1092557 0,1638836 0,1969635 0,2185114

4,2 2,7 2 1,5 1

0 0,004 0,009 0,013 0,016

6

0,2443032

0,2

0,02

 

Investigación, ciencia y tecnología  134

Tabla 4. Datos de Curva H - Q de la bomba de ariete para dos válvulas. MEDICIÓN 1 2 3 4 5 6 7

CAUDAL (Q) [lt/s] 0 0,1221516 0,1445317 0,1545109 0,1727484 0,2043987 0,2443032

PRESIÓN (P) [bar]

PULSOS [n/s]

12,3 8,5 7,41 6,8 5,38 3,04 0

0 0,005 0,007 0,008 0,01 0,014 0,02

Figura 15.Curva 15. Curva característica motriz H-Q de de la bomba de ariete hidráulico con una válvula de impulso Grafico Q vs P (2 valvulas) 14 12

   ]   r   a    b    [    )    P    (   n    ó    i   s   e   r    P

10 8 Gráfico Q vs P

6 4 2 0 0

0, 05

0,1

0,15

0, 2

0,25

0,3

Caudal (Q) [lt/s]

Figura 16.Curva 16. Curva característica motriz H-Q de de la bomba de ariete hidráulico, hidráulico, 2 válvulas de impulso

 

 

Investigación, ciencia y tecnología  135

Tabla 5. Datos de Curva H - Q de la bomba de ariete para tres válvulas. MEDICIÓN

CAUDAL (Q) [m3/s]

1 2 3 4 5 6 7 8

0 0,1221516 0,1545109 0,1727484 0,1811801 0,1892364 0,2043987 0,2115728

PRESIÓN (P) [bar]

PULSOS [n/s]

13,5 8 6,5 5,5 4,5 4 2 0

0 0,005 0,008 0,01 0,011 0,012 0,014 0,015

Grafico Q vs P (1 valvula) 16 14    ]   r   a    b    [    )    P    (   n    ó    i   s   e   r    P

12 10 Gráfico Q vs P

8 6 4 2 0 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

Caudal (Q) [m3/s]

 

Figura 17.Curva 17. Curva característica motriz H-Q de la la bomba de ariete hidráulico, hidráulico, 3 válvulas de impulso

3. Re Resul sultad tados os La presi presión ón máxima máxima,, obt obteni enida da con con caudal caudal cer cero, o, del ariete ariete mult multiiimpulsión en condiciones convencionales, convencionales, es decir, decir, con sólo una válvula de impulsión, impul sión, es de 4,2 bar ó 42 m, en relación relación con la presión presión obtenida obtenida con con 2 válvulas que es de 12,3 bar ó 123 m y para 3 válvulas que tenemos una presión máxima de 13,5 bar ó 135 m, lo que indica que existe una clara clara mejora en la sobrepres sobrepresión, ión, con la adición adición de válvulas válvulas en serie, serie, es decir con con una mejora en el diseño mecánico.

 

Investigación, ciencia y tecnología  136

Acerca Acer ca del punto de trabajo óptimo, se determinó que al tener una válvula y 3 m de altura de entrega ya que se obtienen entre 20 y 27 m de altura para la descarga descarga,, acum acumulando ulando entre 46 y 140 140 litros litros por día; día; para 2 válvulas la altura se encuentra entre 85 y 60 m para la descarga obteniendo un almacenaje entre 60 y 95 litros litros por día, y para 3 válvulas es entre 100  y 65 m en este rango se puede acumular una cantidad de entre 60 y 117 litros por día. La válvula check cumple un papel fundamental en el momento de conservar las condiciones de presión máxima entregada por la máquina, por lo que el diseño de la misma deberá registrar una eficiencia muy alta,  ya que esta es la encargada de acumular el agua en la cámara de aire, además, se debe conservar siempre el nivel del agua en el tanque tanque de alimentación ya que si no se lo conserva los resultados obtenidos no van a ser los reales, ya que según el teorema de Bernoulli la diferencia de nivel nivel ya no va a ser la misma.

4. Rec Recomend omendacion aciones es Es necesario que las investigaciones realizadas en el área de las energías renovables, renovables, cuy cuyoo alcance fue lograr const construir ruir prototipos, prototipos, se implementen en el sitio seleccionado, donde se generó la información técnica necesaria para los diseños; diseños; a fin de presentar presentar a la sociedad un modelo de parque hidráulico, hidráulico, que en la práctica se constituya constituya en alternativas de solución para el riego de cultivo cultivos. s. Caso contrario contrario,, el esfuerzo esfuerzo comprom comprometido etido en las investigaciones desarrolladas, no alcanzará el fin último que es el servicio

a la comunidad.

Bibliografía STRETER Victor 1996  Mecánica de fluidos. Mc Graw Graw –Hill, Terce ercera ra edición, Méxic Méxicoo 1996. MATAIX, Claudio MAT  Mecánica de fluidos y Máquinas Hidraúlicas, Edi Edit. t. del Cas Casti till llo, o, 2d 2daa Edició Edición, n, Madrid.

 

Investigación, ciencia y tecnología  137

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Páginas Web http://uazuay.edu.ec/promsa/metadatos/c-uso_de_suelo.doc http://www.sica.gov.ec/agronegocios/Biblioteca/Ing%20Rizzo/agricultura/principal.htm http://uazuay.edu.ec/promsa/metadatos/g-agricultura.doc http//www.bae.ncsu.edu/bae/programs http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia25/HTML/articulo05.htm http://www.mer.gov.ec/pagina/ministerio.htm

 

10 Sistema de riego en campos de cultivos y pastizales mediante aerobomba

 John Calle1, Ju Juan an Gua Guaman man2, Lu Luis is Chun Chunch chii2

Introd roduc ucció ción n 1. Int En Ecuador, Ecuador, el desarrollo desarrollo de la producción producción agrícola agrícola y ganadera se encuentra determinado en gran parte por el riego, tanto en los campos de cultivo como en los pastizales para la cría de ganado (especialmente ganado vacuno destinado a la producción producción de leche y carne), se necesita irrigación para producir con eficiencia. En virtud de esto, el Estado ecuatoriano ha emprendiendo proyectos proyectos de trasvase de agua para aplicacio aplicaciones nes de riego, en la gran mayoría mayoría la obra principal ha sido la construcción de canales de riego de uso múltiple. Cuando los terrenos de cultivo o pastos se encuentran por debajo del

canal, no existen existen problemas problemas para el riego, riego, ya que el agua agua por el efecto de la presión de la fuerza fuerza de gravedad fluye fluye libremente hacia éstos; sin embargo cuando dichos terrenos se encuentran encuentran por encima del canal, se presentan inconvenientes inconv enientes en el riego, riego, pues en esas circunstancias circunstancias el agua por si sola no puede llegar a la zonas de irrigación.

1 2

Director del proyecto de investigación, Director de las Carreras de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica Salesiana. Egresados de la Carrera de Ingeniería Mecánica. Universidad Politécnica Salesiana.

 

Investigación, ciencia y tecnología  140

Esta es la razón por la cual el agricultor y el ganadero se han visto en la necesidad de llevar el líquido vital desde el canal de distribución hasta sus propiedades mediante la implementación de algún sistema de bombeo de agua agua que, que, por lo general, funcio funciona na a partir partir de combus combustible tibless fósiles fósiles o energía eléctrica; estos sistemas sistemas de impulsión impulsión representan el 100% de los utilizados hasta hoy en Ecuador y tienen t ienen algunos problemas sobre todo de tipo ecológico ecológico.. Por ejemplo, ejemplo, al almacenar almacenar combustib combustible le fósil surge un gran inconv inco nvenient eniente, e, porq porque ue si no se lo hace hace de la manera correct correcta, a, puede dar dar lugar a filtraciones hacia el subsuelo con el riesgo de contaminar las aguas subterráneas subt erráneas,, ademá ademáss del peligro peligro inminente inminente de incendio incendio.. Si la estación estación de bombeo funciona a base de electricidad y si ésta es generada en plantas térmicas,, se ocasionan micas ocasionan los mismo mismoss problemas problemas mencionados mencionados anteriormente; anteriormente; sin señalar que se contribuye a la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera por la quema del combustible. Ante lo mencionado y en completa identificación con las políticas de la Universidad Universidad Politécnica Politécnica Salesiana, que se fundamentan en el servicio serv icio a la sociedad garantizando garantizando la sostenibilida sostenibilidadd del medio ambiente; ambiente; se buscará solucionar el problema de bombeo de agua utilizando energías alternativas, específicamen específicamente te la energía eólica, eólica, la misma misma que que deberá garantizar eficiencia, sostenib sostenibilidad ilidad en el tiempo y costos competitivos competitivos en el mercado nacional e internacional; internacional; además de fomentar fomentar el uso de estas energías energías limpias, para que en en un periodo de de tiempo corto corto se puedan puedan notar sus sus beneficios.

2. Mat Materiale erialess y métod métodos os Considerando las características de diferentes zonas del austro del país fue necesario establecer la viabilidad en el uso de la energía eólica, visitando algunos sectores sectores rurales rurales como Paute, Paute, Gualac Gualaceo, eo, Sigsig y Tarqui Tarqui se buscó las bondades requeridas para la implementación de una turbina eólica refiriéndose refiriéndose a la escala de Beaufort, Beaufort, propuest propuestaa por el almirante inglés Sir Sir Francis Francis Beaufort, Beaufort, en 1805, y aceptada aceptada internacio internacionalme nalmente nte (ver (ver Tabla 1).

 

Investigación, ciencia y tecnología  141

grados y es utilizada Tabla 1. Escala de Beaufort, consta de 12 grados para tener una idea precisa de la fuerza del viento por observación ocular y aceptada internacionalmente Definición

Velocidad

Especificaciones

Nudos

m/sg

km/h

En tierra

En mar

0

CALMA