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ESTUDIO DE LAS DIMENSIONES DE LA INTEGRACIÓN DE LAS TIC EN UNA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA CUBANA

EVALUCIÓN DE LAS PRESTACIONES DE MORTEROS ESTRUCTURALES FABRICADOS CON ÁRIDOS RECICLADOS MIXTOS DE DIFERENTE COMPOSICIÓN

NUEVAS TENDENCIAS DE LA EXPLORACIÓN SÍSMICA

DURABILIDAD DEL PERFIL DE ALUMINIO LACADO EN LAS CONDICIONES DE CLIMA TROPICAL

DISEÑO DE LA SEÑAL EXCITADORA Y DEL FILTRO ADOPTADO PARA UN RADAR DE COMPRESIÓN DE PULSOS

Vol.

IV

ISSN 2223-1781

20133

Revista del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba

Vol. IV, No. 3, 2013septiembre - diciembre

DIRECTOR Y EDITOR TÉCNICODr. Gonzalo González ReyVicerrectoría de Investigación y PosgradoInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujaee-mail:[email protected]

MIEMBROS DEL COMITÉ EDITORIALDr. Ángel Regueiro GómezFacultad de Ingeniería EléctricaInstituto Superior Politécnico José Antonio EcheverríaLa Habana. Cubae-mail: [email protected]

Dr. Jorge Laureano Moya RodríguezFacultad de Ingeniería MecánicaUniversidad Central Marta Abreu de Las VillasVilla Clara. Cubae-mail: [email protected]

Dr. Tomás Cañas LouzauCentro de Referencia de Enseñanza AvanzadaInstituto Superior Politécnico José Antonio EcheverríaLa Habana. Cubae-mail: [email protected]

Ing. Odiel Estrada MolinaDepartamento de GeoinformáticaUniversidad de las Ciencias InformáticasLa Habana. Cubae-mail: [email protected]

Dr. José Antonio Vilan VilanEscuela Técnica Superior de Ingenieros IndustrialesUniversidad de Vigo. Vigo. España.e-mail: [email protected]

Ing. Raúl Gutiérrez PeruchoEscuela de Ingeniería. Instituto Tecnológico de Estudios Superioresde Monterrey Aguascalientes. Méxicoe-mail: [email protected]

REVISORES INVITADOSMSc. Jorge Torres GómezInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. CubaDr. Emilio R. Escartin SauledaInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. CubaDr. Ing. Juan José Howland AlberarInstituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. CubaDra. Silvia de la Concepción Valladares AmaroCentro de Investigaciones del Petróleo. CubaDr. Amaury Palacio RodríguezInstituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. CubaMSc. Lianis de los Ángeles Columbié LamorúInstituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. CubaDr. Rey Segundo Guerrero ProenzaUniversidad de Granma. Cuba

REVISTA CUBANAREVISTA CUBANADE INGENIERÍA

Ing. Manuel Sánchez CastilloCentro de Neurociencias de CubaIng. Cyndi González AlfonsoCentro de Neurociencias de CubaIng. Alberto Carmona RodríguezEmpresa de Gas Manufacturado. CubaMSc. Ing. Eduardo Jesús Pérez GarcíaEmpresa de Producciones Industriales. CubaDr. José Luis García CalvoInstituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. Madrid. EspañaDra. Luz Marina Ocampo CarmonaUniversidad Nacional de Colombia. ColombiaMSc. Ing. Ángela Bermúdez CastañedaUniversidad de Antioquia. ColombiaIng. Carlos Luis LasarteCombustión,Energía y Ambiente. Carabobo. VenezuelaIng. Samuel Rosario FranciaUniversidad Nacional Mayor de San Marcos. Perú

EDITOR EJECUTIVOYusnier Ferrer GranadoJefe de Departamento de Comunicacióne-mail:[email protected]

EDITORALic. Mayra Arada Oteroe-mail:[email protected]

DISEÑO DE CUBIERTAAlex Álvarez Martínez

DISEÑO INTERIORYaneris Guerra Turróe-mail:[email protected]

COMPOSICIÓN COMPUTARIZADA Y REALIZACIÓNMaritza Rodríguez Rodrígueze-mail:[email protected]

REVISOR DE TEXTOS EN INGLÉSIng. Raúl Ernesto García GarcíaCentro de Neurociencias de Cuba

La correspondencia puede dirigirse a:Revista Cubana de IngenieríaCalle 114, No. 11901, e/ Ciclovía y Rotonda, Apartado 6028, Cujae,Marianao, La Habana, Cuba.e-mail:[email protected]

Nuestra Revista pueder ser visitada a través del sitio web: http://rci.cujae.edu.cu

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PROPÓSITOS Y ALCANCE

VISIÓNLa Revista Cubana de Ingeniería se propone contribuir a la comunicación entre los

profesionales de la ingeniería y se concibe como un foro en el que se presentan artículoscientífico-técnicos en las variadas áreas de la ingeniería, con un destaque de resultadosnovedosos y aportes de relevancia para la profesión. De esta manera, la revista se proponecontribuir a la actualización de profesionales, investigadores, profesores y estudiantes deingeniería, a la discusión científica nacional e internacional y, por consiguiente, al desarrollotecnológico y científico de Cuba en el área de la ingeniería.

PÚBLICOLa Revista Cubana de Ingeniería se dirige especialmente a la comunidad académica y científica,

nacional e internacional, centrada en el tema de la ingeniería. Ingenieros, investigadores,profesores o gerentes que trabajen en alguna de las ramas de la ingeniería o en cualquierciencia o tecnología afín constituyen el universo de lectores y contribuyentes de la revista.

TEMÁTICA Y ALCANCE DE LA REVISTAUna lista, que no pretende ser completa, de los temas de interés para la revista incluye contenidosen la solución de problemas, aplicaciones y desarrollo de la ingeniería civil, eléctrica, electrónica,hidráulica, industrial, informática, química, mecánica, mecatrónica y metalúrgica, además decontenidos asociados con la ingeniería de materiales, bioingeniería, transporte, geofísica,reingeniería y mantenimiento. También se consideran apropiados, artículos orientados a laformación de las nuevas generaciones de ingenieros, incluidos los programas de estudio, lastecnologías educativas, la informática aplicada, la gerencia universitaria y las relaciones universidad-industria.

Puesto que la práctica de la ingeniería obliga cada vez más a la interacción de sus diversasdisciplinas, esta revista le asigna la primera prioridad de publicación a los artículos donde sepreste atención a la integración multidisciplinaria, a los desarrollos interdisciplinarios y a lasaplicaciones prácticas.

A fin de asegurar una alta calidad del contenido, todos los trabajos publicados serán arbitrados.

Vol. IV, No. 3, 2013Tres números al año

SUMARIO/CONTENTS

ESTUDIO DE LAS DIMENSIONES DE LA INTEGRACIÓN DE LASTIC EN UNA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA CUBANA/ A STUDY OF THE ICT INTEGRATION DIMENSIONS IN ACUBAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY

Ariane Álvarez Álvarez Lourdes Hernández Rabell Juan Francisco Cabrera Ramos Elsa Herrero Tunis

EVALUACIÓN DE LAS PRESTACIONES DE MORTEROSESTRUCTURALES FABRICADOS CON ÁRIDOS RECICLADOSMIXTOS DE DIFERENTE COMPOSICIÓN / EVALUATION OFSTRUCTURAL MORTARS MADE WITH MIXED RECYCLED

AGGREGATES WITH DIFFERENT COMPOSITION

Iván Martínez Herrera Elier Pavón de la Fé Nelson Díaz Brito

ENSEÑANZA DE LA INGENIERÍA

5

REVISTA CUBANADE INGENIERÍAREVISTA CUBANADE INGENIERÍA

EDITORIAL 4

INGENIERÍA QUÍMICA

NUEVAS TENDENCIAS DE LA EXPLORACIÓN SÍSMICA / NEWTENDENCIES IN SEISMIC EXPLORATION

Guillermo Miró Pagés Emilio R. Escartin Sauleda

Hilda Esther Amador Longoria

DURABILIDAD DEL PERFIL DE ALUMINIO LACADO EN LASCONDICIONES DE CLIMA TROPICAL / DURABILITY OFLACQUERED ALUMINIUM PROFILE CONSIDERINGTROPICAL WEATHER CONDITION

Lilia del Carmen González Ortega Brenda Luisa McNeil Montañes Rigoberto Marrero Águila

INGENIERÍA CIVIL

23

INGENIERÍA GEOFÍSICA

MODELACIÓN DE VELOCIDADES SÍSMICAS EN EL SECTORNOROCCIDENTAL DEL CINTURON PLEGADO CUBANO /MODELLING OF SEISMIC VELOCITIES IN THENORTHERN AREA OF CUBAN FOLDED BELT

Mercedes Cristina García Sánchez Alberto Helio Domínguez Gómez

Guillermo Miró Pagés

EFECTO CORROSIVO DEL AGUA ACOMPAÑANTE DELPETRÓLEO CONTAMINADA CON CO2 SOBRE EL ACERO DELOS DUCTOS / CORROSIVE EFFECT OF FORMATIONWATER IN PETROLEUM WITH HIGH CONTENTS OF CO2 ONSTEEL PIPELINES

Alexander Cueli Corugedo Yosmari Adames Montero

Juan Davis Harriett Yischy Rivera Beltrán

DISEÑO DE LA SEÑAL EXCITADORA Y DEL FILTROADAPTADO PARA UN RADAR DE COMPRESIÓN DE PULSOS /DESIGN OF EXCITATORY SIGNAL AND MATCHED FILTERFOR COMPRESSED PULSED RADAR

Heriberto García López Emedin Rodríguez Águila Nelson Chávez Ferry

Argel González Padilla

DEMODULACIÓN DE SEÑALES DIGITALES MEDIANTEMICROCONTROLADORES PIC18F4550 / DEMULATOR OFDIGITAL SIGNAL BY MICROCHIP PIC18F4550

Karel Toledo de la Garza Jorge Torres Gómez

15

TELECOMUNICACIONES

41

47

61

53

33

EDITORIAL .....................................................................................................La necesidad de responder de forma rápida, eficaz y con la necesaria calidad a los problemas de la tecnología y losservicios ha promovido el desarrollo acelerado e imprescindible de normas nacionales e internacionales.Actualmente la comunidad profesional de ingenieros se enfrenta a una infraestructura industrial global y cambiante,que impone la necesidad de encontrar un justo equilibrio entre las soluciones definidas a los problemastecnológicos y los servicios, la influencia en el cambio climático, el medio ambiente y la estimulación de uncrecimiento económico y social. En este entorno complejo, donde la calidad actúa como una variable queinterrelaciona la producción con las exigencias del mercado, se demuestra que la normalización técnica global esun importante instrumento capaz de liderar un cambio positivo y asegurar la aplicación de la ciencia y la tecnologíaal progreso de la industria y el comercio.

Las normas permiten establecer aptitud de un producto para ser empleado, la compatibilidad en sistemas, laintercambiabilidad con otros, el control de la diversidad, la seguridad, la protección al medio ambiente y la proteccióndel producto, entre otras finalidades. En este sentido, se puede afirmar que la comprensión, el fortalecimiento y laaplicación intensiva y extensiva de la normalización técnica global potencian el desarrollo de la actividad productivade cualquier país que intente penetrar en los mercados globales con productos y servicios de calidad certificada.

Desde los años 40 del pasado siglo, fue apreciada de manera ineludible, la necesidad de establecer unanormalización internacional que contribuyera a romper las barreras técnicas y comerciales entre los países. Estasituación motivó que en octubre del año 1943 fuera establecida la Organización Internacional para la Normalización(ISO), con la misión de promover el desarrollo de la normalización en el mundo y el objetivo de facilitar el intercambiointernacional de bienes y servicios, así como el desarrollo de la cooperación intelectual, científica, tecnológica yeconómica. Actualmente, el desarrollo de lo relacionado con la normalización internacional ha tenido tal impacto yexpansión, que en enero del 2013 se reportaba una participación en ISO de 164 países y funcionando 224 comitéstécnicos con actividad en 2 544 grupos de trabajo y responsables de la edición y aprobación de 19 573 normasISO. Particularmente, en Cuba se dispone de 4 371 normas cubanas (NC) de las cuales alrededor del 60 % deellas se encuentran armonizadas con las normas internacionales derivadas del trabajo de 113 comités técnicos denormalización.

A partir de 1970, fue designado el 14 de octubre como el Día Mundial de la Normalización. En Cuba, cada año enesta fecha, se realiza una celebración por parte de la dirección de la Oficina de Normalización Nacional, comorepresentante del país en la ISO, donde son homenajeadas aquellas personas con una labor relevante en lanormalización y se reconoce el trabajo de los comités técnicos destacados. Todo lo anterior, y más, hace queRevista Cubana de Ingeniería se una a la conmemoración del próximo Día Mundial de la Normalización con unmerecido reconocimiento a la familia de más de 1 500 expertos y profesionales responsables de la elaboración yaprobación de las normas cubanas que trabajan activamente en la normalización nacional garantizando la insercióny competitividad de los productos y servicios cubanos en un mundo globalizado con una marcada economía abiertay de primacía para los mercados competitivos.

Durante varios años, en mi condición de miembro activo de comités técnicos de normalización nacionales einternacionales, he tenido la posibilidad de presentar algunos de mis resultados derivados del trabajo en lanormalización en eventos profesionales, y siempre al concluir la ponencia me place trasmitir una idea que evidenciala inmensa labor y poco reconocimiento que reciben aquellos que trabajamos anónimamente y sin ánimo de lucro enestos temas, pero que sentimos la satisfacción de saber que contribuimos a la construcción de una sociedad mejor.

En general, no es usual una valoración importante de las normas, y mucho menos que sean apreciadas por suefecto económico, impacto técnico y su consecuencia social. Sin embargo, toda esta situación varía cuando laausencia de estas empieza a causar inconvenientes. Lo cierto es que el desarrollo de la sociedad y de la vidamisma sería extremadamente difícil sin normas que establezcan especificaciones, acuerdos, reglas, orientaciones,o definiciones de características, para asegurar que los materiales, productos y servicios garanticen su propósito.Un análisis de cualquier escenario permite apreciar cómo las normas facilitan y ayudan todos los aspectos de lavida diaria. De alguna manera, las normas ayudan a organizar nuestras vidas, a facilitarlas y hacerlas másconfortables, prosperas, más seguras,…..simplemente las normas ayudan a lograr un mundo mejor.

Dr. Gonzalo González ReyDirector y Editor Científico

Recibido: 21 de junio del 2013 Aprobado: 12 de agosto del 2013

Vol. IV, No. 3, septiembre - diciembre, 2013, pp. 5 -14

Estudio de las dimensionesde la integración de las TICen una universidad tecnológica cubana

ENSEÑANZA DE LA INGENIERÍA

ResumenEl trabajo está dirigido a caracterizar la situación que presenta la integración de las Tecnologías de laInformación y las Comunicaciones (TIC) en el proceso de enseñanza-aprendizaje (PEA) en el InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae. Determinar el estado actual de la integración delas TIC como variable fundamental de investigación, requirió por una parte establecer los niveles aconsiderar y, por otra, su operacionalización en dimensiones e indicadores. En la selección de losniveles se tuvieron en cuenta estudios similares realizados en otros contextos educativos a tono conel enfoque que se defiende, el cual reconoce la integración de las TIC en el PEA como un proceso quetransita por diferentes etapas y que se distinguen por proponer un avance progresivo, conducente atransformaciones creativas en la docencia a partir de las ventajas de las TIC. Se establecieron para elanálisis como dimensiones: una pedagógica, una tecnológica y una relacionada con la políticainstitucional. La aplicación y el procesamiento de diferentes instrumentos establecen pautas para unmodelo de acompañamiento al profesor con el fin de llevar a planos superiores la necesaria integra-ción de las TIC en una institución universitaria cubana encargada de formar ingenieros y arquitectos.Palabras claves: integración de las TIC en la educucaión, formación con TIC, teleformación en launiversidad

Revista Cubana de Ingeniería . Vol. IV, No. 3, septiembre - diciembre, 2013, pp. 5 - 14, ISSN 2223 -1781

Ariane Álvarez Álvarez Artículo OriginalCorreo electrónico:[email protected]

Lourdes Hernández RabellCorreo electrónico:[email protected]

Juan Francisco Cabrera RamosCorreo electrónico:[email protected]

Elsa Herrero TunisCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNEl desarrollo exponencial de las Tecnologías de la

Información y las Comunicaciones (TIC), el acceso a lasredes y la disponibilidad de dispositivos para el intercambiode información caracterizan el contexto educativo actual. Elloimpone un cambio de cultura para formar las nuevasgeneraciones de profesionales, en lo cual las institucionesde educación superior desempeñan un papel fundamental yel mayor reto recae en los profesores.

Muchos expertos coinciden en señalar que para laeducación, la brecha digital se está desplazando del acceso

a los usos que se hace de esta tecnología. Se insiste en lanecesidad de atender la formación docente y los modos dehacer en las aulas, para aprovechar mejor las posibilidadesde las TIC. [1].

En este sentido diferentes investigaciones han demostradoque la disponibilidad de computadoras no garantiza que seexploten en todo su potencial ni que produzcan un cambioen las formas en que se enseña y se aprende [2]. Supresencia en las instituciones no es suficiente para alcanzarla transformación en los procesos de enseñanza-aprendizajede las asignaturas [3].

mailto:electr�nico:[email protected]




Estudio de las dimensiones de la integración de las TIC en una universidad tecnológica cubana

6 Revista Cubana de Ingeniería . Vol. IV, No. 3, septiembre - diciembre, 2013, pp. 5 - 14, ISSN 2223 -1781

Las TIC, en opinión de los autores de este trabajo, debenabordarse en las instituciones de educación superior con unenfoque de integración, donde se valoren armónicamenteaspectos tecnológicos y pedagógicos, a tono con las políticaseducativas del contexto concreto en que se integran.

En Cuba se asume este desafío, lo cual se evidencia enlos documentos programáticos de la política social del país,específicamente en el ámbito educativo. Se hace énfasis enel uso racional de las TIC en la labor educativa de losprofesores y la necesaria actualización de los programasacadémicos en función del desarrollo alcanzado por estas.

El Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,Cujae, como universidad de ciencias técnicas, ha priorizadoeste tema y ha desarrollado por muchos años una estrategiade tecnología educativa, en respuesta a la crecientenecesidad de desarrollar acciones tendientes a alcanzar unaintegración de las TIC en los procesos de formación. Enparticular el Centro de Referencia para la Educación Avanzada(CREA) desde su fundación en 1998 hasta la fecha, haliderado en la Cujae investigaciones que apuntan a esta línea.

Hoy se desarrolla por el CREA el proyecto: Modelo deacompañamiento al profesor para la integración de las TICen el proceso de enseñanza-aprendizaje [4], en el marco deun programa ramal del Ministerio de Educación Superior. Elreferente de integración y los niveles en que esta se puedeexpresar en una institución, estudiados y asumidos por estainvestigación, así como el análisis de los resultados de aplicardiferentes instrumentos posibilitaron hacer un análisis delestado real de la integración de las TIC en la Cujae.

El presente trabajo constituye un punto de partida paraelaborar como meta, un modelo de acompañamiento alprofesor, con el propósito de llevar a planos superiores lanecesaria integración de las TIC en los procesos formativos.

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓNMuchos académicos que abordan la temática, plantean la

necesidad de que la integración de las TIC responda anecesidades y demandas educativas y no a un imperativotecnológico, este grupo aspira a que la tecnología se conviertaen un elemento que aumente la eficiencia del proceso deenseñanza-aprendizaje y se subordine a los objetivoseducativos [5 -11].

Otra arista identificada en las concepciones de integraciónconsultadas, es la idea de que ella se manifiesta como unproceso multifactorial, orientado a la transformación delproceso de enseñanza-aprendizaje, con una alta implicaciónde los profesores.

La visión de integración que se comparteEn la presente investigación se asume la integración de

las TIC en el PEA como "...un proceso planificado,contextualizado, sistémico, continuo y reflexivo, orientado ala transformación de la práctica pedagógica tomando encuenta las posibilidades de las TIC con la finalidad deincorporarlas armónicamente al PEA para satisfacer losobjetivos educativos" [12]. En la esencia de esta concepción

está la subordinación de la tecnología como herramienta ala concepción pedagógica y el reto de plantear objetivoseducativos para propiciar un aprendizaje desarrollador yfavorecer la formación a lo largo de la vida.

Para dar respuesta a la estrategia de tecnología educativa,en la dirección de materializar la concepción de integraciónde las TIC asumida, el CREA ha llevado a vías de hecho lassiguientes acciones:

• Constitución en el año 2004 del Grupo de producción demateriales educativos digitales con el objetivo de desarrollarun área especializada para la realización de materialeseducativos basados en el uso de las TIC. El proceso deproducción de recursos educativos digitales se realiza a travésde un equipo multidisciplinario, que capacita, asesora yapoya a los profesores en la elaboración y utilización de losrecursos, a su vez utiliza, produce y renueva de formapermanente sus herramientas informáticas.

• Selección de la plataforma Moodle para conformar elentorno virtual de aprendizaje de la universidad. Las ventajasque presenta esta herramienta para la gestión del PEA enmodalidades no presenciales e incluso como apoyo a laenseñanza presencial y la efectividad que ha demostrado através de su generalización en un gran número deinstituciones educativas, sumado a sus posibilidades deactualización y mejora respaldada por una comunidad dedesarrolladores, llevó a proponerla como entorno deformación, tanto en la formación de pregrado como enposgrado.

• Las asignaturas, disciplinas y cursos en general, que seincorporan a la plataforma, cuentan con un "arreglodidáctico", resultado del proyecto para el rediseño de lasasignaturas de las carreras de ciencias técnicas a partir deun modelo técnico pedagógico que incorpora lasTIC [10] [13].

• Creación de los Centros Virtuales de Recursos (CVR),herramienta que aglutina comunidades virtuales de prácticade profesores a través de un conjunto de servicios y ayudaspara apoyar los procesos docentes y de investigación. Lasfunciones de los CVR son: superación de profesores,producción de materiales educativos y difusión deherramientas informáticas [12].

Definición operacional de la variable integración delas TIC en el PEA

Investigaciones realizadas por especialistas que hanestudiado a profundidad la temática, reconocen la proposiciónde ACOT [14] como la más elaborada sobre los niveles deintegración de las TIC por los docentes, ella plantea que losprofesores en el proceso de integración transitan a través decinco etapas: entrada, adopción, adaptación, apropiación einvención. Por tener puntos de contacto con la estrategiade tecnología educativa y la concepción que se ha venidoconstruyendo en el CREA, este esquema fue asumido en elpresente estudio. Para el análisis se adecuaron cada unade las etapas a las condiciones propias del contexto de launiversidad (tabla 1).

Ariane Álvarez Álvarez - Lourdes Hernández Rabell - Juan Francisco Cabrera Ramos - Elsa Herrero Tunis

Revista Cubana de Ingeniería . Vol. IV, No. 3, septiembre - diciembre, 2013, pp. 5 - 14, ISSN 2223 -1781 7

Se puede apreciar que las etapas a transitar, contemplanlos niveles alcanzados por el profesor en cuanto a su actividadpedagógica, la frecuencia de uso que hace de las TIC en elPEA, el grado de explotación y la efectividad lograda, hastaalcanzar un uso creativo e innovador. A partir de este referentey para el control y análisis de la variable fundamental de lainvestigación: la integración de las TIC al PEA, se tuvieronen cuenta tres dimensiones: una pedagógica, unatecnológica y una referida a la política institucional. Cadauna de ellas fue conceptualizada según el alcance eintencionalidad de la investigación, que está encaminada abrindar un modelo de acompañamiento al profesor, para lograrque la integración de las TIC tenga un efecto transformadoren el PEA.

El criterio de que fueran esas las tres dimensiones aconsiderar, tiene sus antecedentes en cómo ha sidodefendida siempre la unidad entre lo pedagógico y lotecnológico en los modelos formativos elaborados en launiversidad, en la propia evolución y desarrollo que ha tenidola concepción de integración de las TIC en el marco deinvestigaciones realizadas en el CREA, en la estrategiainstitucional de tecnología educativa asumida por más de10 años y en cómo ha sido estudiada esta problemática enotros países [15]. Cada una de las dimensiones se explica acontinuación.

Dimensión pedagógica: Por la importancia del papel delprofesor en los fines del estudio, la dimensión pedagógicaes considerada aquella que contempla, por una parte, laplanificación y desarrollo del proceso de enseñanza-aprendizaje desde la posición del profesor y por otra, suactitud y preparación en función de la integración de las TIC.

Para medir el comportamiento de esta dimensión, losindicadores se definieron con la intención de revelar lo singulardel contexto educativo en estudio, en correspondencia conlos niveles de integración asumidos:

1. La presencia de las TIC en la planificación de las clasesde la asignatura. Se detalla si es tenido en cuenta en cada

componente didáctico: en el objetivo, en el contenido adesarrollar, en el método a emplear, en los medios deenseñanza-aprendizaje y en la evaluación.

2. Comunicación profesor-estudiante a través de las TIC,precisando no solo las herramientas empleadas para lacomunicación, sino también en las funciones didácticasasignadas a esa comunicación: aclaración de dudas,discusión de temas, realización de tareas, información delprofesor, entre otras.

3. Preparación del profesor en el uso de las TIC en laeducación, se indaga sobre su participación en acciones desuperación, su autopreparación, acciones que realiza en lasactividades metodológicas de su colectivo de asignatura ydepartamento.

4. Participación del profesor en la producción de materialescon las TIC y trabajo en equipo.

5. Uso de materiales con soporte TIC por el profesor condiferentes fines didácticos.

6. Actitud o disposición del profesor para el uso de las TICen el PEA.

Dimensión tecnológica: La dimensión tecnológica fueconcebida como la fusión de la disponibilidad tecnológica(entendida por: disponer de red, intranet, biblioteca virtual,laboratorios de computación, herramientas para laproducción de materiales educativos digitales y decomunicación, software) y el soporte técnico (entendido porpersonal informático que apoya la labor de profesores ypersonal que da mantenimiento a la tecnología) en funciónde la integración de las TIC al proceso de enseñanza-aprendizaje.

Para facilitar la caracterización de esta dimensión fueronconsiderados como indicadores los siguientes:

1. Infraestructura tecnológica en función de la docencia.2. Sistemas en línea para el trabajo colaborativo en redes.3. Software en función de la docencia, utilizados

fundamentalmente como medios de enseñanza.4. Soporte técnico a profesores y estudiantes en el proceso

de integración de las TIC, equipos de producción demateriales educativos, asesores en el trabajo de las

Tabla 1Aspectos más relevantes que distinguen los niveles de integración TIC por los profesores en el PEA*

Entrada Adopción Adaptación Apropiación Invención

- Adquirir habilidadesbásicas en TIC- Se gana cultura en laspotencialidades de las TIC- Baja frecuencia de uso

- Dominio de herramientasTIC elementales- Inicio del uso de las TIC enla asignatura comocomplemento y apoyo a laclase tradicional- Producción de materiales

- Se definen funcionespedagógicas ydidácticas de las TIC enla práctica docente- Experimentan nuevosmétodos- Aumenta frecuencia deuso- Rediseño de mediosde enseñanza

- Solución de problemascon herramientas máscomplejas- Alto trabajo colaborativo- Explotación delentorno virtual-Transformación del PEA

- Generación de conocimiento- Creación de nuevasherramientas para cumplirobjetivos educativos- Diseño didáctico innovador- Sentida necesidad en el usosistemático

* Elaboración propia, basada en el proyecto ACOT (Apple Classroom of Tomorrow)



herramientas, sitios con ayudas para el trabajo conherramientas TIC.

Dimensión política institucional: El estudio de estadimensión se pone en función de la estrategia de tecnologíaeducativa adoptada por la universidad para la integración delas TIC en el PEA, desde la figura del profesor.

Para valorar su comportamiento los indicadores seenfocaron a los siguientes aspectos:

1. Declaración de empleo de las TIC en los programasdocentes y/o planes de estudio.

2. Exigencia del uso de las TIC en el plan de resultadosdel profesor.

3. Presencia de acciones asociadas a la integración delas TIC en el PEA en el plan de actividades metodológicasdel departamento.

4. Oferta a los profesores de diferentes formas desuperación en el empleo de las TIC en la docencia.

Metodología aplicadaEn esta etapa de la investigación prevalece un enfoque

descriptivo. En el proceso de elaboración de los instrumentosse consultaron estudios validados internacionalmente[16 - 18]. Los métodos empíricos se apoyaron en la aplicaciónde instrumentos que previamente fueron sometidos a unarevisión por expertos y a la realización de una prueba piloto.

En este estudio participaron siete jefes de las comisionesnacionales de carrera*, considerados como directivosacadémicos, 69 profesores y 162 estudiantes, en su mayoríade 3ro. y 4to. años, con representación de todas las facultadesy carreras de la universidad.

Se aplicaron como técnicas de recogida de datos:encuestas en línea a profesores, estudiantes y directivosacadémicos, para ello se empleó la herramienta Lime Survey,que permite registrar y procesar las encuestas de formaautomática, utilizando el correo electrónico para sudistribución; revisión de documentos normativos vinculadosal desarrollo de la estrategia de tecnología educativa en lainstitución; estadísticas sobre el uso de la infraestructuratecnológica y los servicios disponibles, registros o trazas delos accesos de estudiantes y profesores a la plataforma deteleformación (Moodle),al sitio Web de teleclases y videoscientíficos de la universidad, a los Centros Virtuales deRecursos (CVR); y los reportes sobre el uso de loslaboratorios de computación por los estudiantes en lasdiferentes áreas.

Las figuras 1 y 2 refieren preguntas contenidas en lasencuestas en línea, aplicadas a profesores, en particular paramedir la situación de los indicadores establecidos en ladimensión política institucional y en la dimensión pedagógica.

RESULTADOS Y DISCUSIÓNEl análisis de los resultados se discute a partir de la

situación de cada una de las dimensiones, teniendo en cuentael comportamiento de los indicadores desde la visión deprofesores, estudiantes y directivos académicos.

Dimensión pedagógica El gran reto que enfrentan los docentes va más allá del

dominio de las TIC, está en adoptar nuevos métodos,estrategias de enseñanza para guiar el aprendizaje, enseñara aprender. No obstante, es propio en la primera etapa deintegración de las TIC al PEA (entrada) que se reproduzcanlos modelos precedentes, arraigados en la práctica docente.

Con relación a la presencia de las TIC en la planificaciónde los componentes didácticos de la asignatura, los

* La Comisión Nacional de Carrera en Cuba define los planes deestudio de cada carrera en el sistema de universidades del Ministe-rio de Educación Superior (MES).

Fig. 1. Pregunta del instrumento encuesta a profesores paramedir estado de la dimensión política institucional

Fig. 2. Pregunta del instrumento encuesta a estudiantesvinculada a indicadores de la dimensión pedagógica



profesores cuando preparan las clases hacen el énfasis enel uso de las TIC como medios de enseñanza. La presenciade las TIC en los objetivos aunque no despreciable, se enfocahacia el empleo de herramientas y en menor medida a lafunción mediadora de estas. La evaluación es la categoríamás desfavorecida, lo que en gran parte está condicionadopor las vías establecidas tradicionalmente para medir losresultados de los estudiantes.

La figura 3 resume en qué medida tienen los profesorespresentes las TIC en sus clases, de acuerdo con loscomponentes didácticos.

incrementado el número de profesores que investiganalrededor de la inclusión de la plataforma en el sistema demedios. Resultados asociados a ello son: el incremento detesis de maestría defendidas vinculadas al tema en elprograma académico de posgrado del CREA, ponencias eneventos educativos relacionados con el uso de la plataformade teleformación como apoyo a la enseñanza en el pregradoy un pequeño grupo de profesores innovadores que cuentancon experiencias de buenas prácticas en la integración delas TIC en su actividad docente.

Aunque el uso de las TIC en el PEA es un aspecto a mediren las observaciones a clases y en los planes de resultadosde los profesores, los autores consideran necesarioestablecer un grupo de indicadores más a tono con laconcepción de integración implícita en la estrategia detecnología educativa.

A continuación se muestran los resultados en relacióncon la elaboración y uso de medios apoyados en las TIC porlos profesores.

La figura 4 representa el porcentaje de profesores queparticipa en la elaboración de materiales educativos digitalescon diversos fines didácticos en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

El mayor porcentaje de profesores participa en laelaboración de tareas y cuestionarios con apoyo de las TIC;31 % de los profesores elaboran multimedia; en igual medidaestán los porcentajes de profesores que producen esquemasy mapas y los que rediseñan sus cursos para trabajar en elentorno virtual Moodle, y por último, solo un 9 % se involucraen la producción de laboratorios virtuales. Ninguno de losvalores sobrepasa el 50 %, lo cual indica que todavía hayuna gran parte de los profesores que no acuden a laelaboración de medios con las TIC para apoyar su trabajodocente.

El análisis de la figura 5 evidencia que el mayor porcentajede profesores emplea los medios para hacer presentacionesy demostraciones y en menor cantidad son usados aquellosque permiten la interacción y colaboración. Es interesantedestacar que el mayor porcentaje está asociado a aquellasfunciones donde el papel del profesor es protagónico, sinembargo, aquellas como la interacción y colaboración querequieren una mayor participación del estudiante, son lasmenos favorecidas por la selección del profesor. Esteresultado es una evidencia más en el camino que queda porrecorrer en la comprensión por el profesor de la necesidadde potenciar el aprendizaje y el trabajo independiente delestudiante a través de las TIC.

Es opinión de los autores que la actualización de losprogramas de las asignaturas y disciplinas en los planes deestudio, los cambios en el currículo y la ampliación de losescenarios de aprendizaje, son palancas que impulsan elrediseño en la práctica pedagógica con una concepciónrenovadora de integración de las TIC.

Fig. 3. Presencia de las TIC en la preparación de clases porlos profesores (%) de acuerdo con los componentesdidácticos

Al realizar el análisis en el entorno virtual, conformado porla plataforma de teleformación Moodle, se encontrarondisponibles 180 asignaturas de las diferentes carreras quese estudian en la institución, de las cuales se usan en ladocencia solamente un 16 %. Los profesores que aportaronlos contenidos de estos cursos, no definieron previamenteuna estrategia para el uso de los mismos una vez publicados,lo que provocó bajo nivel de interacción de los estudiantes yprofesores en el entorno virtual.

El cambio en las funciones y asesoría que desarrolla elgrupo de producción de materiales educativos digitales delCREA ha permitido una participación más activa del profesorcon sus estudiantes en la plataforma Moodle. En un inicio lametodología de trabajo concebía al profesor aportando loscontenidos y los técnicos se encargaban de la configuraciónde la asignatura en el sitio de la plataforma. Desde el año2009 son los profesores los que realizan esta tarea, bajo laasesoría del grupo de producción y con el acompañamientode sus técnicos. Sin embargo, este aumento de la actividaddel profesor, todavía no es notable con relación a la cantidadde asignaturas que tienen presencia en el entorno virtual ycon los niveles de interactividad a alcanzar con losestudiantes.

No obstante, hay señales positivas con una marcadatendencia a elevar el nivel de integración, por ejemplo, se ha



Dimensión tecnológica La disponibilidad tecnológica es reconocida en la Cujae

como el principal freno a la integración de las tecnologías enel PEA. Investigaciones anteriores [12,19] muestran que losprofesores atribuyen la falta de integración de las TIC a lalimitada cantidad de computadoras disponibles. Ello se ratificaen esta investigación, el 86 % de los jefes de carrera, el62 % de profesores y el 87 % de estudiantes encuestadosmanifiesta que la disponibilidad tecnológica resulta muyinsuficiente para lograr niveles altos de integración de lasTIC al PEA. Sin embargo, en opinión de los autores, esta noes la causa fundamental, los propios objetivos educativos ylos programas docentes son los que conducen a experimentarmetodologías para enseñar con TIC y cambiar la prácticapedagógica.

La necesidad de elevar las prestaciones de lascomputadoras disponibles es uno de los principalesreclamos. El 65 % de los profesores encuestados consideraque las computadoras no tienen los requerimientos para elmanejo de programas profesionales indicados en los planes

de estudio de las diferentes carreras, sin embargo, sí pudieranser explotadas para la interacción en plataformas deteletormación.

Las computadoras disponibles en los laboratorios sonempleadas por el 13 % de los estudiantes fuera del horariode clases. Sin embargo, muchos de ellos manifiestan hacerlocon una frecuencia alta y valoran sus condiciones técnicasy de acceso como aceptables para las actividades quedesarrollan. Si este número se contrasta con el número deestudiantes por computadora se puede decir que hay ungrupo de estudiantes que usan las computadoras de lainstitución de forma intensiva y otros que no acceden a ellas.Evidentemente, entre los que no acceden a los laboratoriosse encuentran aquellos que cuentan con medios propios.

La plataforma de teleformación por ejemplo, estuvodisponible en un 83,4% de las 24 h diarias durante el curso2011-2012 según datos del sistema de continuidad deservicios, sin embargo, los mecanismos para la creación decuentas de acceso y de asignación de permisos a profesorestodavía no son lo suficientemente flexibles, lo que podría seruna de las causas para el limitado uso de este recurso. Soloel 19 % de los profesores encuestados considera bueno elacceso a la plataforma y menos del 25 % la utiliza.

La teleformación y en general el proceso docente en launiversidad se apoyan en el uso de un conjunto deherramientas y servicios, a los que se accede a través de lared. La figura 6 ilustra cómo los profesores valoran ladisponibilidad de diferentes servicios y recursos en funciónde la teleformación.

Las herramientas y servicios que más se aprovechan enfunción de la docencia son: el correo electrónico, internet,los sitios públicos ftp, donde se comparte documentaciónasociada a las asignaturas y los sitios web de las facultades(intranet). Estos servicios y medios han logrado un usoarmónico, al responder a las necesidades esenciales de losprofesores de compartir información y comunicarse con susestudiantes, pero solo garantizan estar en un nivel de entradao de inicio a la adopción en la integración de las TIC en elPEA.

Fig. 6. Apreciación por los profesores (%) de la disponibilidadde la tecnología asociada a la teleformación

Fig. 4. Relación de profesores (%) en la elaboración de mediossustentados en las TIC

Fig. 5. Relación de profesores (%) en el uso de las TIC en elPEA



En la figura 7 se muestra la valoración de los profesores(%) sobre las fuentes de soporte técnico que están a sudisposición para emplear las TIC en el trabajo docente.

Aunque el grupo de producción de materiales educativosdigitales dispone para los profesores de servicios de filmaciónde teleclases y videos científicos, su elaboración y uso noha llegado a constituir una prioridad de los departamentosdocentes. Se ha constatado que este servicio es muy pocodemandado por los profesores, lo cual está asociado en granmedida al desconocimiento del mismo.

Se observa que el mayor porcentaje de los profesoresvalora altamente la ayuda y experiencia de sus colegas parautilizar las TIC, y en menor escala el apoyo en estudiantesaventajados.

La disponibilidad de una red de altas prestaciones, laexistencia de centros virtuales de recursos con posibilidadesde soporte a la teleformación, el grupo de producción demateriales educativos digitales con su servicio de filmaciónde teleclases y soporte a la producción de materialeseducativos digitales, el servicio de correo, el acceso de todoslos estudiantes y profesores a internet, la plataforma deteleformación con espacio para todas las asignaturas, entreotros, son componentes de un potencial de la infraestructurade la Cujae que puede garantizar niveles superiores(adaptación y apropiación) de integración de las TIC en suPEA.

Al profundizar en el análisis de esta situación se constatóque las respuestas a los instrumentos aplicados, no tomanen consideración las computadoras personales con quecuentan los profesores y estudiantes, ni otros equiposportátiles que ellos pueden emplear para la formación.

Al consultar a los estudiantes sobre sus posibilidades deacceso a la tecnología no se incluyeron sus teléfonosinteligentes entre los medios de utilidad para el estudio. Noobstante, se abordó el tema con varios grupos y sobre ellorefieren que no son compatibles con los materiales educativosdisponibles en la red. Este tema debe ser investigado, puesla Cujae cuenta con una infraestructura de red inalámbricaque propicia el uso de estos medios.

Si a la disponibilidad de la infraestructura institucional sesuman los medios propios de los estudiantes y profesores,se puede asumir que una parte no despreciable de losmismos tienen acceso a medios para su formación a travésde las TIC, tales como teléfonos inteligentes, tabletas,laptops, computadoras de escritorios y equipos de DVD conpuerto USB que pueden ser empleados con fines educativos.

Dimensión política institucionalLa concepción de una estrategia de integración de las TIC

es una condición fundamental para lograr avancessignificativos a nivel institucional. En el proyecto estratégicode la Cujae aparece claramente definida la intención detrabajar por la integración de las TIC. En los documentosnormativos se hace referencia tanto al uso de sistemas degestión para la docencia, como al empleo de los laboratoriosde tecnología educativa, explotación de la plataforma deteleformación y plan de superación de profesores en laaplicación de las TIC.

El 54 % de los jefes de las comisiones nacionales decarrera, que participaron en la investigación, manifiestan quelos planes de estudio de sus carreras, poseen una estrategiapara la integración de las TIC que consideran adecuada.El 46 % valora la presencia de las TIC en buena medida ytodos manifiestan que los medios disponibles resultanmedianamente suficientes en la carrera que representan.

La dirección de la universidad orientó desde el año 2004,el montaje de todas las asignaturas de primero a tercer añodel plan de estudios vigente, en la plataforma deteleformación. Actualmente se incluyen las asignaturas detodos los años académicos y se hace énfasis en el uso queda a estos espacios.

Alrededor del 35 % de los profesores que poseen cursosmontados en la plataforma inactivos desde su publicación,han comenzado a retomar sus credenciales de acceso parasu gestión y a familiarizarse con las herramientas del entornovirtual. Algunos se han incorporado al entrenamiento quefacilita el CREA para el rediseño de asignaturas y su montajeen la plataforma Moodle. El 57 % de los profesores que hancursado este entrenamiento en sus tres últimas ediciones,manifiestan como su principal motivación la necesidad demontar su asignatura y lograr un buen dominio de laplataforma.

Sobre las vías de superación en TIC empleadas por losprofesores, el 61% de los encuestados manifiestan haberparticipado en talleres, cursos y entrenamiento para laproducción de materiales. Es apreciable que un 39 % expresaque se superan de manera autodidacta.

En los últimos cuatro años se han incorporado nuevasvías para la superación en TIC, a partir de la publicación demateriales para la autosuperación en la red y el fomento deconsultorías en línea. No obstante, estos servicios son pocousados. Se ha constatado que apenas acceden a ellos un6 % de los profesores.Fig. 7. Valoración de los profesores (%) sobre las fuentes

empleadas como soporte técnico



El 42 % de los encuestados aprecian como una vía desuperación el apoyo en profesores con experiencia en eluso de las TIC, lo que muestra una tendencia a la difusiónde las innovaciones en el colectivo docente y la promociónde buenas prácticas.

El trabajo metodológico es abordado en este estudio comouna de las vías en que se manifiesta la política institucional.Según el 36 % de los profesores encuestados la integraciónde las TIC es abordada siempre o casi siempre en lapreparación metodológica de los departamentos docentes,mientras el 31 % opina que ello ocurre a veces. En opiniónde los autores por la información levantada y la experienciaen la interacción con profesores y directivos, aún lapreparación metodológica no aborda con profundidad elimpacto de las TIC en la transformación del PEA.

El trabajo metodológico en los colectivos de asignaturasy discipl inas acerca del uso de las TIC se dirigefundamentalmente al uso de herramientas y a la producciónde materiales educativos digitales. En la figura 8 se apreciaque los aspectos más abordados en esta actividad son: eluso de software profesionales, el diseño didáctico de losmateriales y en menor medida el sistema de evaluación.

en la caracterización de los niveles de integración de las TICalcanzados por los profesores en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

Se puede afirmar que los profesores emplean las TIC ensus asignaturas como complemento y apoyo a la clasetradicional, incursionan en la producción de materiales,fundamentalmente para realizar presentaciones y diferentestipos de tareas, precisando sus funciones didácticas. Hantrabajado en el rediseño didáctico de sus cursos paraincorporarlo al entorno virtual con la plataforma Moodle,apoyados por técnicos y asesores de un grupo especializado.Hay un reconocimiento por los profesores y los directivos dela importancia de incorporar las TIC para transformar elproceso docente, pero esta idea está todavía más a nivel dediscurso que de actuación en la práctica pedagógica. Laintegración de las TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje debe erigirse como una necesidad sentida porlos profesores para lograr nuevas metas en la calidad de lasacciones de enseñanza y en las habilidades a formar en losestudiantes.

El análisis realizado a partir de los resultados de losindicadores de cada dimensión, permite situar la variableintegración de las TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje en el Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría en los niveles de adopción y adaptación, segúnla clasificación asumida en esta investigación (tabla 1).

La situación identificada alrededor de esta problemática,comparte elementos semejantes con investigaciones yestudios que se realizan en instituciones de educaciónsuperior a nivel internacional.

Las acciones de superación en el uso de las TIC dirigidasa los profesores, la constitución de grupos especializadospara asesorar y apoyar al profesor en la producción demedios, la disponibilidad de herramientas y configuraciónde entornos virtuales para desarrollar los procesos formativoscrean las condiciones necesarias en la dirección de lograr laintegración de las TIC, sin embargo, es evidente que todoello aún resulta insuficiente en la materialización de esteobjetivo.

El profesor como guía y máximo responsable de la direccióndel proceso de enseñanza-aprendizaje, necesita ser"acompañado" precisamente en el transcurso de esteproceso, cuando está poniendo en práctica las acciones queforman parte de la estrategia para integrar las TIC en suasignatura. El profesor requiere asesoría y apoyo de losespecialistas, intercambio y debate en el colectivo de suasignatura sobre la implementación de nuevas propuestas,compartir las experiencias de buenas prácticas en el uso delas TIC de profesores innovadores, valoración de losresultados obtenidos y evaluación de las transformacionesocurridas en ese proceso. A su vez todas estas accionesdeben estar relacionadas y formar parte de un sistema quefuncione como tal.

Una propuesta de modelo de acompañamiento al profesoren la integración de las TIC en el proceso de enseñanza-

Fig. 8. Valoración por los profesores (%) de los aspectos sobrelas TIC abordados en la preparación metodológica

Otro indicador valorado como parte de la dimensión políticainstitucional es la exigencia del uso de las TIC plasmada enel plan de resultados de los profesores. Si bien es cierto quese constata la presencia de este elemento en los planes,los resultados de su materialización son formales y nomuestran una intencionalidad hacia la transformación del PEAcon las TIC.

Las acciones con el propósito de integrar las TICmanifiestas en la política institucional, demandan mayorseguimiento y control para alcanzar el nivel deseado. Losautores de esta investigación valoran muy necesario unamayor interacción entre los directivos, profesores yestudiantes, en aras de impulsar la integración de las TICdesde esta dimensión.

CONCLUSIONESEl estudio realizado desde las dimensiones pedagógica,

tecnológica y política institucional revela elementos distintivos



aprendizaje surge como respuesta a los resultados obtenidosen el estudio realizado y es objeto de las posteriores accionesde este colectivo de investigación.

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AUTORESAriane Álvarez ÁlvarezDiseñadora Industrial, Profesora Asistente, Coordinadora deProducción de Materiales Educativos, Centro de Referenciapara la Educación de Avanzada (CREA), Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

AbstractA characterization of the actual integration for the Information Technologies and the Communications(ICT) in the teaching and learning process (TLP) at the Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría (Cujae) is presented in this report. To determine the present condition of the ICT integrationas a fundamental fact-finding variable required to establishing the levels to be considered and itsimplementation with dimensions and indicators. In the levels selection, similar studies were takeninto account in different educational contexts according to the defended approach. This approachrecognizes the integration of the ICT in the TLP as a process that goes through different moments,which are distinguished by stating a convenient progressive advance for creative transformations ineducation, due to the advantages given by the ICT. Different dimensions were established for theanalysis: One pedagogic, another technological and the other one related with the institutional policies.The application and the processing of different instruments give guidelines for a model of accompanimentto the professor with the aim of leading the necessary integration of the ICT, in a Cuban universityinstitution in charge of educating engineers and architects, to higher standards.

Key words: integration of the ICT in education, education with ICT, tele education in college

A Study of the ICT Integration Dimensions in a CubanTechnological University

Lourdes Hernández RabellLicenciada en Educación, Doctora en Ciencias de la Educa-ción, Profesora Titular, Centro de Estudio de Matemáticapara Ingeniería (CEMAT), Instituto Superior Politécnico JoséAntonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Juan Francisco Cabrera RamosLicenciado en Cultura Física, Doctor en Ciencias de la Edu-cación, Profesor Auxiliar, Coordinador del Programa de Edu-cación, CREA, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, La Habana, Cuba

Elsa Herrero TunisLicenciada en Educación, Doctora en Ciencias Pedagógi-cas, Profesora Titular, CREA, Instituto Superior PolitécnicoJosé Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Recibido: 22 de abril del 2013 Aprobado: 11 de agosto del 2013

Vol. IV, No. 3, septiembre - diciembre, 2013, pp. 15 - 21

Evaluación de las prestaciones demorteros estructurales fabricados conáridos reciclados mixtos de diferentecomposición

INGENIERÍA CIVIL

ResumenEn el presente estudio se analizan las propiedades mecánicas y de durabilidad de morteros estructu-rales fabricados con sustitución total de áridos naturales por áridos reciclados. Estas propiedades secomparan con las presentadas por un mortero patrón elaborado con árido natural. Se emplearon tresáridos reciclados de composición mixta procedentes de tipologías típicas de viviendas de La Habanay un árido natural que posee una elevada calidad entre los que se comercializan en la ciudad. Seutilizó una dosificación gravimétrica 1:2 para todos los morteros, con el objetivo de obtener una resis-tencia a compresión superior a los 40 MPa, para el posible uso de los morteros en la fabricación deelementos de ferrocemento. Los resultados muestran que los morteros preparados con áridos recicla-dos poseen menores prestaciones tanto mecánicas como de durabilidad que el mortero patrón, peroen función de la composición de los áridos estas prestaciones difieren considerablemente. Los mor-teros fabricados con áridos reciclados de composición cerámica mayoritaria brindaron las mejoresprestaciones, mecánicas y de durabilidad entre los morteros reciclados.Palabras claves: áridos reciclados, residuos de construcción y demolición, morteros estructurales


Iván Martínez Herrera Artículo OriginalCorreo electrónico:[email protected]

Elier Pavón de la FéCorreo electrónico:[email protected]

Nelson Díaz BritoCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNEn La Habana se generan aproximadamente 1000 m3

diarios de residuos de construcción y demolición (RCD) [1],según estimados a partir de datos contabilizados por laOficina Nacional de Estadísticas (ONE) de Cuba. La mayorparte de estos se depositan en vertederos comunes, lo queprovoca su contaminación e imposibilita su posteriorutilización. Esto es debido a la falta de una infraestructuratecnológica adecuada y a deficiencias políticas en el manejode estos residuos.

La mayoría de los RCD sin contaminar existentes en LaHabana son de tipo mixto, debido a la ausencia dedemoliciones selectivas. Los RCD resultantes contienenmateriales de diferente naturaleza (cerámico, hormigón,

morteros, cal, yeso, etc.), que demandan el desarrollo deaplicaciones para su tratamiento.

La construcción de viviendas con interés social, es un temade vital importancia en la actualidad. El déficit habitacionalexistente demanda la construcción de un númeroconsiderable de viviendas cuyo costo no puede ser elevado,pues sería inviable económicamente. El diseño y desarrollode elementos de ferrocemento permite fabricar, conconsumos reducidos de materiales, elementos constructivospara viviendas. Para la construcción de estos elementos senecesitan morteros de altas prestaciones, que sean capacestanto de soportar los esfuerzos estructurales como de brindarprotección al refuerzo.




Evaluación de las prestaciones de morteros estructurales fabricados con áridos reciclados mixtos de diferente composición


Las actuales exigencias de sostenibil idad en laconstrucción promueven el empleo de materiales con menorimpacto ecológico [2]. La utilización de áridos recicladoscomo sustitución de áridos naturales, contribuirían no solo ala protección de recursos naturales no renovables, sinoademás con la disminución de los volúmenes de residuosgenerados y un menor consumo de energía, contribuyendoal descenso de los costes totales del sector de laconstrucción [3].

Estudios anteriores han demostrado la posibilidad desustituir áridos naturales por áridos reciclados mixtos enmorteros de albañilería con buenos rendimientos [4], [5].El posible uso de áridos reciclados mixtos para morterosestructurales, potenciaría aún más el uso de RCD en eldesarrollo de elementos constructivos, contribuyendo ala sostenibilidad de la industria de materiales del país.

Las propiedades de durabilidad de morteros estructuralescon utilización de áridos reciclados no han sido muyestudiadas internacionalmente. Los estudios que tratan eltema muestran que la incorporación de áridos recicladosprovoca el decrecimiento de las prestaciones de losmorteros, principalmente debido al mortero adherido a losáridos que provoca un debilitamiento en la relación entre elcemento y los áridos y a los mayores índices de porosidady absorción de los áridos reciclados [6-8].

En este estudio se estudian las propiedades mecánicas yde durabilidad de morteros estructurales con un 100% desustitución de áridos naturales por áridos reciclados mixtos.Se utilizó una dosificación gravimétrica 1:2 para la fabricaciónde todos los morteros.

MATERIALES Y MÉTODOSCemento

Se utilizó un cemento Portland P-35 con un peso específicode 3,12 g/cm3 (determinado según lo descrito en la normacubana NC 523: 2007), superficie específica de 3089 g/cm2

(determinado a través del permeabilímetro de Blaine) yresistencia a compresión de 35 MPa a los 28 días. Elcemento proviene de la fábrica René Arcay del Mariel, ubicadaen la provincia de Artemisa, aledaña a La Habana. Esta fábricaes la principal abastecedora de cemento de La Habana. Enla tabla 1 se muestra la composición química del cemento.

Producción y composición de los áridos recicladosPara este estudio se utilizaron 3 áridos reciclados

procedentes de diferentes fuentes de residuos deconstrucción y demolición (RCD). Todas las fuentes de RCDeran de composición mixta. Las composiciones de los RCDresponden a las tipologías de viviendas comunes existentesen La Habana.

En la tabla 2 se muestra la nomenclatura utilizada paracada residuo, la tipología constructiva de la que proviene,así como el elemento mayoritario en su composición. Tal ycomo se puede observar, la mayor parte de los escombrosobtenidos de cada una de las tipologías están compuestospor los elementos de cubierta y paredes, también poseenotros materiales como baldosas, mortero, yeso, etc., peroen bajos porcentajes.

Los áridos reciclados se obtuvieron a partir de la trituraciónde la parte gruesa (material retenido en el tamiz de 4,76mm)de los RCD. Para la trituración se empleó una máquina demandíbulas de poca capacidad a escala de laboratorio. Laintroducción de los materiales en la máquina se realiza deforma manual, con lo que se evita la incorporación deimpurezas que son removidas por los operarios. Una veztriturado el material, para la fabricación de los morteros seutilizó la fracción que pasaba por el tamiz de 4,76 mm. Lacomposición química de los tres tipos de áridos recicladosse describe en la tabla 3, fue determinada luego de la igniciónde estos a 950ºC.

Las normas cubanas NC 657: 2008 y NC 251: 2005,establecen las propiedades a cumplir por los áridos finospara su empleo en morteros de albañilería y hormigones. Enellas se admite la presencia de cantidades de yeso siempreque el contenido de SO3 no sobrepase el 1% del peso totaldel árido seco. En la tabla 3 se observa que los tres áridosreciclados cumplen con este requisito, de ahí que se tolerenlos bajos índices de yeso que pueden poseer estos áridos.

Propiedades físicas de los áridos utilizadosAdemás de los áridos reciclados se utilizó una arena

natural (AN) procedente de la cantera Arimao ubicada en laprovincia de Cienfuegos (a unos 240 km de La Habana). Estaarena posee muy buenas propiedades físicas comparadascon otros áridos naturales comercializados en la ciudad, perola distancia a la que se encuentra la cantera es considerable.

En la figura 1 se muestra la distribución granulométrica delos áridos utilizados.

La arena natural (AN) muestra una granulometría un tantodiscontinua, al pasar una gran parte del material por lostamices de mayor tamaño (2,38 mm y 1,19 mm) y luegopresentar un bajo contenido de las partículas más finas(0,297 mm y 0,149 mm). Se puede observar como todos losáridos reciclados presentaron un mayor contenido de finosque el natural. Entre los áridos reciclados el AR1 mostró lamayor cantidad de partículas finas, lo que provoca un aumentode la superficie específica y por ende una mayor necesidadde agua, pero puede presentar la ventaja de poseer una mejormatriz de áridos con menor espacio entre partículas.

Tabla 1Composición química del cemento

Fe2O3 MnO TiO2 C aO K 2O P 2O5 S iO2 Al2O3 MgO Na2O

C P-350 2,74 0,05 0,29 61,11 0,79 0,14 21,34 5,89 1,68 0,50

Iván Martínez Herrera - Elier Pavón de la Fé - Nelson Díaz Brito

Revista Cubana de Ingeniería . Vol. IV, No. 3, septiembre - diciembre, 2013, pp.15 - 21, ISSN 2223 -1781 17

Tabla 2Características de los RCD

Nomenclatura Tipología constructiva de lavivienda

Composiciónfundamental

Nomenclaturadel áridorecicladoobtenido

RCD-1

Cubierta de tejas cerámicasy paredes de mampuestoEl residuo obtenido esmayormente cerámico

Mayoritariamentecerámico AR1

RCD-2Cubierta de hormigónarmado y paredes deladrillos cerámicos

Mayoritariamentemortero ycerámica

AR2

RCD-3Cubierta de hormigónarmado y paredes debloques de hormigón

Principalmentehormigón AR3

Fig. 1. Distribución granulométrica de los áridos estudiados

Tabla 3C omposición química de los áridos reciclados

Fe 2O3 MnO TiO2 C aO K 2O P 2O5 S iO2 A l2O3 MgO Na 2O SO3

AR1 4,93 0,08 0,38 26,09 0,83 0,08 47,43 13,29 3,82 2,21 0,08

AR2 2,11 0,04 0,22 46,47 0,43 0,1 16,61 4,93 1,54 0,29 0,31

AR3 1,71 0,08 0,17 65,30 0,37 0,1 13,24 3,42 5,77 0,2 0,01

La tabla 4 muestra las propiedades físicas de los áridosnaturales y reciclados utilizados. Para la determinación dela densidad y la absorción de agua se siguió lo descrito enla norma cubana NC 177: 2002. Se empleó la normaNC 181: 2002 para la determinación del peso unitario sueltoy la NC 182: 2002 para determinar el porcentaje de materialque pasa por el tamiz no. 200 (< 0,074 mm).

Como se puede observar en la tabla 4, la absorción deagua de los áridos reciclados es mayor que la del áridonatural, de la misma manera, la densidad de los recicladoses menor que la de la arena natural, este fenómeno ya sehabía verificado en otras investigaciones [4], [9], [10].

Aunque la arena AN presenta un módulo de finuracomparable al de los áridos reciclados, la cantidad de finos(material que pasa por el tamiz 0,074 mm) es solo del 1%,siendo menor que la de los áridos reciclados. Para áridosreciclados este material fino está compuesto principalmentepor arcilla, por lo que debe prestarse atención a este valor yno admitir porcentajes elevados (NC 251: 2005).

Tabla 4Propiedades físicas de los áridos estudiados

Propiedades AN AR1 AR2 AR3

Densidad (kg/dm3) 2,6 2,13 2,1 2,11

Absorción de agua (%) 1,3 4,71 6,79 6,27

Peso unitario suelto (kg/dm3) 1,48 1,25 1,16 1,29

Módulo de finura 2,93 2,78 2,94 3,12

Material más fino que eltamiz de 0,074 mm (%) 1 13 11,3 8



Fabricación de los morterosLa norma cubana NC 656:2008, establece las dosificaciones

y especificaciones para morteros estructurales. Para morterostipo III-2 (arena pasada por tamiz de 4,76 mm y 45 MPa deresistencia a compresión a los 28 días), se propone unadosificación volumétrica 1:2 (cemento: aridos). La norma exigeuna fluidez de 190±5mm (medido en la mesa de sacudidas).

Para este estudio, se utilizó una dosificación gravimétrica1:2, pues la diferencia en el peso unitario suelto existenteentre los áridos reciclados y los naturales, provocaría encaso de dosificar por volumen, que los contenidos decemento fueran diferentes entre los morteros con respectoal peso de total de materiales. Además, para la elaboraciónde piezas prefabricadas es viable la utilización dedosificaciones gravimétricas.

En esta investigación se utiliza una fluidez de 210±5mm,buscando un mortero más fluido que el fijado por la norma,con el objetivo de lograr una adecuada compactación conuna menor energía. La relación agua/cemento (a/c) utilizadafue la mínima posible para cada mortero, alcanzándose laf luidez deseada con la uti l ización de un adit ivosuperfluidificante de base acrílica con retardo de fraguado(Dynamón SRC 20).

Se confeccionaron probetas prismáticas de 40x40x160mm para la determinación de las propiedades en estadoendurecido de los morteros, excepto para la retracción quese utilizaron probetas de 25x25x180 mm. Se emplearon tresprobetas para la medición de cada propiedad, excepto laresistencia a compresión donde se realizaron 6 medicionesa partir de las tres probetas analizadas a flexión. Seconfeccionaron 12 probetas de 40x40x160 mm para cadadosificación propuesta.

Todas las probetas de mortero se desencofraron a las24 h y se curaron sumergidas en agua hasta la edad deensayo. La selección de las probetas para la realización delos ensayos se realizó de forma aleatoria.

Ensayos realizadosLos morteros se trabajaron con una fluidez constante de

210±5 mm. En todos los morteros se determinó la capacidadde retención de agua de acuerdo a la norma NC 169: 2002,para ello se utilizó un molde cilíndrico de 100 mm de diámetroy 25 mm de profundidad. Mediante este ensayo, el morterofresco se somete a un tratamiento de succión empleandoun papel de filtro especificado como substrato y se determinala capacidad de retención de agua de los morteros según lacantidad de agua absorbida por los papeles de filtro.

A todos los morteros fabricados se les determinó laspropiedades mecánicas de resistencia a flexión y resistenciaa compresión de acuerdo con la norma NC 173: 2002. Sedetectaron las propiedades de durabilidad; capacidad de laabsorción capilar según lo establecido en la norma NC 171:2002, la retracción por secado al aire, siguiendo la normaC490/C490M-11 y la resistividad eléctrica.

La medición de la resistividad eléctrica en morteros noestá normalizada en Cuba. Su medición se realizó sobreprobetas a la edad de 28 días con iguales condiciones defabricación y curado que las empleadas para la flexión ycompresión.

Para la determinación de la retracción, se confeccionaronprobetas prismáticas de 25x25x280mm. A 24 h dehormigonadas se desencofraron las probetas y semantuvieron en un ambiente con 85±5% de humedad relativay 24±5C de temperatura, midiéndose las variaciones delongitud durante 90 días.

RESULTADOS Y DISCUSIÓNRetención de aguaLa norma cubana NC 656: 2008 recomienda un valor mínimo

de retención de agua del 85 %. En la tabla 6 se muestranlos valores de retención de agua obtenidos por los morterosestudiados.

Se puede observar que todos los morteros cumplieron conel valor de retención de agua establecido por la norma cubana.Las diferencias entre los morteros reciclados fueron mínimas.El alto contenido de finos que presentaban los áridosreciclados favoreció el buen desempeño de esta propiedad.El mortero patrón (MEP) mostró los menores índices deretención, esto se debe al bajo contenido de finos que poseela arena natural (AN), como se observa en la figura 1.

Resistencia a flexión y compresiónSegún la NC 656: 2008, para morteros tipo III-2, se exige

un valor mínimo de resistencia a compresión de 45 MPa alos 28 días. Aunque las dosificaciones del presente trabajose realizaron gravimétricamente, se tomará dicho valor comoreferencia.

La tabla 7 muestra la resistencia a flexión y a compresiónde los morteros fabricados. Se puede observar que solo elmortero patrón y uno de los morteros reciclados (MER-1)alcanzaron la resistencia mínima exigida por la normacubana.

Ta b la 5C a ra c te rís tic a s d e lo s m o rte ro s e s truc tura le s

N o m e nc la tura D o s ific a c ió nvo lum é tr ic a Á rid o a /c A d i tivo

(% )

M E P 1 :2 A N 0 ,4 3 0 ,3

M E R -1 1 :2 A R 1 0 ,5 8 0 ,7

M E R -2 1 :2 A R 2 0 ,5 2 0 ,6

M E R -3 1 :2 A R 3 0 ,5 0 0 ,6

Tabla 6P ropiedades de los m orteros en estado fresco

M orteros Fluidez (m m) Retención de agua (% )

M E P 219 90,7

ME R-1 223 95,4

M E R-2 216 94,9

M E R-3 225 94,6



En la figura 2 se muestran los valores de resistencia acompresión y el rango de su dispersión. Se puede destacarque el mortero fabricado con el árido reciclado AR1 obtuvovalores de resistencia próximos al valor fijado por la normacubana (45MPa) para morteros 1:2 dosif icadosvolumétricamente. El resto de los morteros recicladosanalizados se alejaron más de este resultado, pero obtuvieronvalores en el entorno de los 40 MPa, resistencia considerablepara valorar su utilización en diferentes aplicaciones, comoelementos prefabricados de ferrocemento. La mayor relacióna/c que presentan los morteros reciclados es uno de losfactores determinantes en las menores prestaciones deresistencia a compresión alcanzadas por estos encomparación con el de árido natural.

Estudios anteriores han alcanzado resultados similares,en Corinaldesi y Moriconi [11], se emplearon áridosreciclados provenientes de un único material, reportándoseun decrecimiento de las prestaciones mecánicas conrespecto a un mortero convencional, pero con valoresaceptables teniendo en cuenta la necesidad de lareutilización de los RCD.

Absorción capilarPara todos los morteros analizados en este estudio, los

índices de absorción capilar son bajos. El mortero patrón,como se observa en la figura 3, presentó los menores valores.Los poros capilares son creados por la evaporación del agualibre existente dentro de la pasta del mortero. En general,los morteros fabricados con árido reciclado requirieron mayorcantidad de agua para alcanzar valores aceptables de fluidez,lo que provoca la aparición de mayor cantidad de poroscapilares y como consecuencia el aumento de la capacidadde absorción capilar.

ResistividadEn la tabla 7 se muestran los valores de resistividad

obtenidos por cada uno de los morteros estudiados. Losmorteros fabricados con árido AR1 presentaron los índicesmás elevado de esta propiedad.

La composición del árido AR1, al ser mayoritariamentecerámico (tabla 4), provocó este comportamiento. Resultainteresante tener en cuenta este desempeño, porque enelementos de ferrocemento fabricados con áridos decomposición similar al estudiado, brindaría una buenaprotección al refuerzo del elemento.

Fig. 2. Resistencia a compresión a 28 días de los morteros,valor mínimo, máximo y promedio

Tabla 7Propiedades mecánicas y de durabilidad de los morteros estructurales

Morteros Resistencia aflexión (MPa)

Resistencia acompresión

(MPa)

Absorcióncapilar a 7

días (g/cm2)

Retracción a90 días (%)

Resistividad(k - cm)

MEP 7,3 49,6 0,22 -0,084 48,1

MER-1 7,7 44,33 0,29 -0,138 55,9

MER-2 4,1 39,1 0,31 -0,167 28,8

MER-3 7 42,2 0,41 0,141 24,1

Fig. 3. Absorción capilar de los morteros a la edad de 28 días



Los morteros MER-2 y MER-3 presentaron valores bajosde resistividad si se comparan tanto con el mortero patróncomo con el mortero reciclado MER-1. La mayor porosidadque presentan los áridos reciclados unido a la mayor relacióna/c que demandan los morteros reciclados provoca estecomportamiento. Solo el mortero reciclado MER-1 por lacomposición propia del árido AR1 no presenta índicessimilares.

RetracciónLa retracción fue mayor en los morteros preparado con

áridos reciclados que para el mortero fabricado con áridonatural (figura 5). Los resultados obtenidos por Miranda ySelmo [12] guardan relación con estos resultados,sin embargo, definieron que la alta presencia de materialfino (<75µm) era el principal factor que afectaba estapropiedad; en dicho estudio no se muestra estecomportamiento, pues el mortero reciclado con mayorcontenido de material fino (MER-1) presentó el menor valorde retracción entre todos los morteros reciclados.

El mortero fabricado con áridos de composición cerámicamayoritaria alcanzó los valores de resistividad más elevados,superiores incluso al mortero patrón, lo que puede favorecerla protección de armaduras de refuerzo en elementosarmados de ferrocemento o similares.

AGRADECIMIENTOSLos autores desean agradecer a la Agencia Española

de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID,al Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperación)por la financiación aportada al proyecto que da origen alpresente trabajo. Igualmente, quisieran reconocer lacontribución brindada por el personal del Laboratorio deMateriales de Construcción del Centro de Estudios deConstrucción y Arquitectura Tropical (CECAT) y del Centrode Servicios Técnicos de Ingeniería y Tecnología de laConstrucción (CITEC).

REFERENCIAS1. PAVÓN, Elier; ETXEBERRIA, Miren; DÍAZ, Nelson.

"Estudio de la aplicabilidad del hormigón con árido gruesoreciclado en La Habana, Cuba". Materiales deConstrucción. 2012, vol. 62, núm. 307. DOI: 10.3989/mc.2012.63210. Disponible en Web: http://m at er const r uc c . r ev i s tas. cs i c . es / i ndex .php /materconstrucc/article/download/685/729 . Consultado enMayo 2013.

2. DAMTOFT, J. S.; LUKASIK, J.; HERFORT, D. "Sustain-able development and climate change initiative." Cementand Concrete Research. 2008, vol. 38, núm. 2, pp. 115-127. ISSN 0008-8846.

3. OLORUNSOGO, F.; PADAYACHEE, N. "Performance ofrecycled aggregate concrete monitored by durability in-dexes." Cement and Concrete Research. 2002, vol. 32,núm. 2, pp. 179-185. ISSN 0008-8846.

4. MARTÍNEZ, Iván; ETXEBERRIA, Miren; PAVÓN, Elier."Evaluación de morteros de albañilería elaborados conáridos reciclados mixtos con diferentes procesos deobtención". Revista Cubana de Ingeniería. 2012, vol. 2,núm. 3, pp. 2-7. Disponible en Web: http://rci.cujae.edu.cu/index.php/rci/article/view/64/pdf. Consultadoen noviembre 2012.

5. MARTÍNEZ, Iván; ETXEBERRIA, Miren; PAVÓN, Elier;DÍAZ, Nelson. "A comparative analysis of the propertiesof recycled and natural aggregate in masonry mortars".Construction and Building Materials. 2013, vol. 49,pp. 384-392. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.08.049

6. LEE, Seung-Tae. "Influence of recycled fine aggregateson the resistance of mortars to magnesium sulfateattack," Waste Management. 2009, vol. 29, núm. 8,pp. 2385-2391. ISSN: 0956-053X.

7. RYOU, J. S. "Improvement on strength and permeabilityof recycled concrete made from crushed concrete coarse

Fig. 4. Retracción de los morteros estudiados

CONCLUSIONESLas prestaciones tanto mecánicas como de durabilidad

de los morteros estructurales, con sustitución total de áridonatural por reciclado, decrecen de manera general, conrespecto a las de un mortero patrón fabricado con áridosnaturales.

La composición de los áridos reciclados tiene influenciasobre las propiedades de los morteros, el árido recicladoque poseía una composición mayoritaria de material cerámicodio como resultado el mortero con mejores prestaciones, apesar de necesitar una relación a/c ligeramente superior queel resto de los morteros reciclados.

Los morteros reciclados de menores resistenciasmecánicas, alcanzaron valores de compresión en el entornode los 40 MPa, valor considerable teniendo en cuenta elhecho que los áridos reciclados empleados son de tipo mixto.



aggregate". Journal of Materials Science Letters, 2002,vol. 21, pp. 1565-1567.

8. POON, C. S.; SHUI, Z. H.; LAM, L. "Effect of microstruc-ture of ITZ on compressive strength of concrete preparedwith recycled aggregates". Construction and BuildingMaterials. 2004, vol. 18, pp. 461-468. ISSN: 0950-0618.

9. VEGAS, I.; AZKARATE, I.; JUARRERO, A.; FRÍAS, M."Diseño y prestaciones de morteros de albañileríaelaborados con áridos reciclados procedentes deescombro de hormigón". Materiales de Construcción,2009, vol. 59, pp. 5-18. ISSN 0465-2746. Disponible enWeb: http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/download/142/183 . Consultado ennoviembre 2009.

10. EVANGELISTA, L.; DE BRITO, J. "Durability performanceof concrete made with f ine recycled concreteaggregates". Cement & Concrete Composites. 2010,vol. 32, núm. 1, pp. 9-14. ISSN: 0958-9465.

11. CORINALDESI, Valeria; MORICONI, Giacomo. "Be-haviour of cementitious mortars containing differentkinds of recycled aggregate." Construction and Build-ing Materials. 2009, vol. 23, núm. 1, pp. 289-294.ISSN: 0950-0618.

AbstractIn the present study are analyzed the mechanical and durability properties of structural mortars madewith total replacement of natural aggregates by recycled aggregates. These properties are comparedwith those provided by a standard mortar made with natural aggregate. Three different compositions ofmixed recycled aggregates from typical housing typologies of Havana and a natural aggregate whichhas high quality were used. A 1:2 gravimetric mix proportion for all mortars was used, in order to obtaina compressive strength above 40 MPa. The results show mortars containing recycled aggregates havelower mechanical and durability performances than standard mortar, but depending on the compositionof aggregate these benefits differ considerably. The mortars containing recycled aggregates with amajority ceramic composition gave the best mechanical and durability performances among the recycledmortars.

key words:recycled aggregates, construction and demolition waste, structural mortars

Evaluation of Structural Mortars Made with Mixed RecycledAggregates with Different Composition

12. MIRANDA, Leonardo; SELMO, Sílvia. "CDW recycledaggregate renderings?: Part I - Analysis of the effect ofmaterials finer than 75 lm on mortar properties".Construction and Building Materials. 2006, vol. 20,pp. 615-624. ISSN: 0950-0618.

AUTORESIván Martínez HerreraIngeniero Civil, Instructor, Departamento de Ingeniería Civil,Facultad de Ingeniería Civil, Instituto Superior Politécnico JoséAntonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

Elier Pavón de la FéIngeniero Civil, Máster en Ciencias, Asistente, Facultad deIngeniería Civil, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, La Habana, Cuba

Nelson Díaz BritoIngeniero Civil, Máster en Ciencias, Profesor Auxiliar, Facul-tad de Ingeniería Civil, Instituto Superior Politécnico JoséAntonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/

Recibido: 2 de agosto del 2013 Aprobado: 1 de septiembre del 2013


Nuevas tendencias de la exploraciónsísmica


ResumenEl presente artículo es resultado de un trabajo de investigación bibliográfica realizado por los gruposde investigación GEOPET y GEOMAT del Departamento de Geociencias del Instituto Superior Poli-técnico José Antonio Echeverría, Cujae, a fin de dar respuesta a una reciente propuesta de temas decolaboración formulada por la Unión Cubapetróleo (CUPET) en el ámbito de las relaciones tradiciona-les existentes entre las instituciones citadas; el trabajo a la vez persiguió el propósito de actualizarinformación con vistas a la impartición de la asignatura Métodos sísmicos para la prospección yexploración de hidrocarburos que se imparte por los autores de este articulo en el cuarto año de lacarrera de Ingeniería Geofísica en la Facultad de Ingeniería Civil de la Cujae. El tema objeto deinvestigación se enfocó en las nuevas posibilidades tecnológicas del método sísmico de exploracióna escala internacional, en especial en lo concerniente a la etapa de explotación de los yacimientos depetróleo y gas y a la exploración de depósitos de gas no convencional, aspectos a los cuales sededica esta publicación.

Palabras claves: exploración, explotación, sísmica, petróleo, gas

Guillermo Miró Pagés Artículo de ReflexiónCorreo electrónico:[email protected]

Emilio Ricardo Escartin SauledaCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana Cuba

Hilda Esther Amador LongoriaCorreo electrónico:[email protected] de Investigaciones del Petróleo, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNComo es conocido, el empleo gradualmente creciente de

los hidrocarburos fósiles con fines energéticos comenzó enlos albores del pasado siglo XX. Desde entonces, los métodosgeofísicos y en especial los sísmicos, han constituido laherramienta fundamental en la prospección petrolera. Desdeel año 1914 en que fue patentado el sismógrafo mecánicopor L. Mintrop, extraordinario ha sido el desarrollo de estatécnica hasta el momento presente. En la tabla 1 se recogenen forma sintetizada algunos de los hitos principales quehan marcado el desarrollo de la sísmica durante el siglo XX.

En numerosas publicaciones de Geofísica Aplicada seexponen con amplitud los fundamentos teóricos y losaspectos prácticos esenciales relativos al método sísmicode reflexión [1].

Este método tiene una relevante importancia en elcontexto de la Geofísica Aplicada ya que tradicionalmenteel mismo ha ocupado y sigue ocupando el liderazgo mundialen la exploración petrolera.

Adicionalmente, desde hace algunos años, también lasísmica de reflexión viene desempeñando un importante rolen la evaluación y el desarrollo de campos petroleros (sísmica





Nuevas tendencias de la exploración sísmica


de explotación de reservorios); la experiencia indica que enla medida que se obtienen nuevos datos sísmicos 3D en elentorno de los yacimientos o se procesan los disponiblescon nuevos software de elaboración, con frecuencia se logranrefinar sus modelos geológicos lo que incide en elestablecimiento de políticas más acertadas de explotaciónde dichos yacimientos.

El presente artículo es resultado de un trabajo deinvestigación bibliográfica realizado por los grupos deinvestigaciones GEOPET y GEOMAT del Departamento deGeociencias del Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae a fin de dar respuesta a una recientepropuesta de temas de colaboración formulada por la UniónCubapetróleo (CUPET) en el ámbito de las relacionestradicionales existentes entre las instituciones citadas; eltrabajo a la vez persiguió el objetivo de actualizar informacióncon vistas a la impartición de la asignatura Métodos sísmicospara la prospección y exploración de hidrocarburos, que seimparte por los autores en el cuarto año de la carrera deIngeniería Geofísica en la Facultad de Ingeniería Civil de laCujae y de reflexionar sobre las aparentes tendencias dedesarrollo futuro de este método geofísico. El tema objetode investigación se enfocó en las nuevas posibilidadestecnológicas del método sísmico de exploración a escalainternacional, en especial en lo concerniente a la etapa deexplotación de los yacimientos de petróleo y gas, y a laexploración de depósitos de gas no convencional, aspectosa los cuales está dedicada la presente publicación.

EXPLORACIÓN SÍSMICA MODERNAComo es conocido, los métodos sísmicos se basan en el

estudio de la propagación a través del medio geológico deondas elásticas excitadas artif icialmente medianteexplosiones, golpes en el suelo, vibraciones, etc. Al penetrarestas ondas en las profundidades del subsuelo, las mismasencuentran en su recorrido diferentes fronteras dediscontinuidad de las velocidades de propagación de estasa través del medio y/o de las densidades que las caracterizan,las que generalmente coinciden con distintos tipos defronteras geológicas. Cuando esta situación tiene lugar, ocurreque una parte de la energía de la onda original retorna a lasuperficie del terreno en forma de ondas reflejadas (orefractadas) las que son susceptibles de ser registradas enesta mediante dispositivos especiales denominados geófonos(o hidrófonos en el caso de los trabajos marinos).

Estos sensores son colocados a lo largo de líneasgeneralmente rectilíneas (perfiles) espaciadas entre sí adistancias que oscilan entre varios kilómetros (sísmica 2D)y decenas de metros (sísmica 3D) y los mismos sonconectados a equipos especiales (estaciones sísmicas osismógrafos), los que permiten obtener sismogramas, esdecir, registros del movimiento del terreno (figuras 1 y 2).

Al analizar los sismogramas, habitualmente es posibleevaluar entre otros atributos, el tiempo de recorrido de lasondas, o sea, el intervalo transcurrido entre los instantes deexcitación y de arribo de las mismas a la superficie; a partirde esto, pueden ser calculados diferentes datos de muchautilidad tales como las velocidades de propagación de lasondas longitudinales (Vp) y/o transversales (Vs) a través delos estratos del subsuelo, sus profundidades de yacencia,etc., lo que permite lograr la visualización de estos.

Tabla 1Principales etapas de desarrollo del método sísmico deprospección [1] (modificado de Sheriff R.E. et al., 1995)

Año Logro alcanzado

1914 Sismógrafo mecánico de L. Mintrop

1917 Es patentado el método sísmico de prospección

1923 Empleo del método de refracción en Méjico y enTexas (USA)

1931 Realización de perfilajes de refracción

1933 Empleo de agrupamientos de geófonos/canal

1936 Aparición del método de recepción dirigidaregulada y de la registración sísmica reproducible

1942 Aparición de los cortes de tiempos

1944 Realización del primer volumen apreciable deobservaciones en el mar

1950 Aparición de primeros indicios del surgimiento delmétodo del punto de reflexión común

1952 Registración analógica en cinta magnética

1953 Aparición de los primeros registros con elVibroseis

1954 Empleo del carotaje acústico

1961-1962 Empleo de la deconvolución de señales sísmicas

1965 Empleo de fuentes neumáticas de excitación

1972 Aparición del método del punto brillante

1974 Registración en forma digital de las señalessísmicas

1975 Aparición de la sismoestratigrafía

1976 Introducción de la sísmica 3D

Décadas80-90

Desarrollo de modernos hardware y software parael procesamiento y la interpretación. Métodos debúsqueda directa de hidrocarburos

2000hasta elpresente

Sísmica de yacimientos. Sísmica para laexploración de gases no convencionales

Guillermo Miró Pagés - Emilio Ricardo Escartin Sauleda - Hilda Esther Amador Longoria


Las etapas principales de la exploración sísmica petroleramoderna mediante el MPRC son:

1. Adquisición de los datos sísmicos.2. Procesamiento de la información.3. Interpretación geológica.En la monografía [3] se incluye el artículo titulado "La

sísmica de reflexión petrolera a inicios del nuevo milenio:estado del arte", en el que se expone una descripción de lasetapas anteriormente referidas en el campo de la búsquedade nuevas trampas estructurales y estratigráficas en elmomento actual.

A continuación se hará referencia a algunas de lasaplicaciones más actuales de los métodos de exploraciónsísmica en la esfera de la explotación de los yacimientosconocidos y de la prospección de gases a escalainternacional.

APLICACIÓN DE LA SÍSMICA A LAEXPLOTACIÓN DE LOS YACIMIENTOSPETROLÍFEROS

Entre los logros tecnológicos en el campo de la sísmicaque más han propiciado el aumento de su capacidadinformativa en los últimos años, se destacan aspectos talescomo la introducción del registro, procesamiento einterpretación digital de los datos, las tecnologías deadquisición 3D, la sísmica de pozos, el registromulticomponente, las técnicas de atributos, adopción denuevos paradigmas de trabajo con la aplicación detecnologías de visualización mediante realidad virtualinmersiva, etc. [1, 4 - 8], todos los cuales han coadyuvado aque el método sísmico haya alcanzado nuevas posibilidadesde exploración, que resultaban imposibles de predecir en unpasado reciente.

Inicialmente, la aplicación de la sísmica se concentró en laexploración, etapa que hoy continúa constituyendo unimportante campo de su aplicación. Sin embargo, actualmente,en relación a la necesidad de incrementar los índices deexplotación de los yacimientos conocidos por la declinaciónobservada en la tendencia de nuevos hallazgos, este métodoalcanza también un importante protagonismo en diversasfacetas del estudio de los yacimientos lo que es reportado pordistintas fuentes [9].

Es conocido que los ingenieros petroleros necesitan contarcon modelos confiables sobre los yacimientos petrolíferosque explotan a fin de tomar decisiones acertadas para laproducción y el desarrollo de estos. Frecuentementenecesitan respuestas a interrogantes que los geofísicospueden ayudar a aclarar, tales como: ¿Cuál es el volumende porosidades en las rocas? ¿Cuál es el grado deinterconexión entre los poros (permeabilidades)? ¿Cuálesson los tipos de fluidos confinados en el reservorio? ¿Cuáles el régimen de energía/presión que puede propiciar el fluidode los hidrocarburos? ¿Cuál es la geometría de las capasde rocas porosas e interconectadas? ¿Existen barreras alflujo de fluidos (fallas sellantes, barreras estratigráficas, etc.)?

Fig. 1. Principios de trabajo de la exploración sísmica [2]

Fig. 2. Imagen de dos líneas para exploración 2D y de unamalla densa 3D de perfiles [2]

Actualmente, la exploración sísmica con fines petrolerosa nivel mundial, se realiza principalmente mediante elmétodo del punto de reflexión común (MPRC), tambiénconocido como método del punto medio común (MCMP porsus iniciales en idioma inglés), el que permite obtenerinformación ondulatoria redundante de las fronterasreflectoras objeto de estudio y cuyo adecuado procesamientoposibilita generalmente incrementar la resolución de lasimágenes y reforzar el efecto de las señales útiles endetrimento de los ruidos.

Esta técnica, que ha probado ampliamente su efectividada lo largo de decenios, es responsable de la gran mayoríade los hallazgos de trampas petroleras en todo el mundo,gracias a la visualización que propicia de estas.

Hacia finales del pasado siglo, las perforacionesconfirmaron no menos del 70 % de las estructuraspronosticadas por la sísmica en el subsuelo, aunque debesignificarse que aún la mayoría de las que son perforadas,carecen de interés petrolero, lo que entraña un permanentereto para este método.



Los siguientes métodos pueden ayudar al esclarecimientode estas incertidumbres:

• Sísmica, gravimetría y otros datos geólogo-geofísicosde superficie.

• Perfilaje sísmico vertical (conocido generalmente comoVSP por sus iniciales en idioma inglés), tomografía entrepozos, carotaje acústico y otros datos geofísicos de pozos.

• Muestras de núcleos tomadas en los pozos delyacimiento.

• Datos de producción y del régimen de presiones delyacimiento.

En lo referente a la sísmica, hay que resaltar la relevantecontribución de los llamados atributos en la visualización delas anomalías de interés. Según la definición que se ha dadoen [10] : " Por atributo se entiende cualquier informaciónderivada de los datos sísmicos obtenida bien a partir demediciones directas, por la lógica o la experiencia basadaen el razonamiento".

Un atributo no es más que una magnitud sísmicadirectamente medida o derivada de una medición. Todos losatributos de horizontes y de formaciones resultan en realidadinterdependientes, siendo cada uno de los diferentesatributos, portadores de información de interés. Estainformación suele ser revelada mediante la adecuadavisualización del atributo.

Generalmente se considera que los atributos básicoscaracterizan: tiempos de recorrido, amplitudes, velocidades,frecuencias, polaridad, atenuación de la ondícula ycoherencia entre trazas.

En el artículo [7] su autor plantea importantesconsideraciones acerca del uso y abuso que se le ha dadoen los últimos años a los atributos, alertando que aunquelas computadoras son magníficas herramientas, lasrespuestas exploratorias todavía solo pueden ser halladasen la mente de los hombres.

Las investigaciones geofísicas dedicadas al estudio de losyacimientos, en las que son ampliamente empleadas lastécnicas de atributos referidas anteriormente, han sidoagrupadas en la llamada geofísica de reservorios [1] la queha sido subdividida en tres vertientes:

• Geofísica para la delimitación de los reservorios:consiste en el empleo de la sísmica para precisar los límitesdel reservorio y localizar fallas y otras "barreras" al flujo delos fluidos.

En [11] se muestran siete casos históricos sobre laaplicación de sísmica 3D y dos sobre la aplicación del VSPpara la delimitación de yacimientos y se reporta el logro dela reanimación de la producción de un campo petrolero queaparentemente estaba agotado, como resultado de una mejorestrategia de explotación trazada sobre la base de lainformación que aportó un nuevo levantamiento sísmico 3Drealizado en el área.

• Geofísica para la descripción de los reservorios:presupone el empleo de la sísmica para ayudar a esclarecerimportantes características internas de un campo, talescomo los espesores netos de las formaciones del reservorioy de las zonas no porosas, las porosidades asociadas a lasdistintas litologías, los coeficientes de Poissón, etcétera.

Uno de los parámetros de mayor interés es generalmentela permeabilidad; la cual, la mayoría de las veces, puede sermedida únicamente en los núcleos de pozos por lo que sumuestreo resulta insuficiente. Sin embargo, según evidenciala experiencia [11] la permeabilidad es groseramenteproporcional a la porosidad, la que a su vez puede ser inferidaa partir de las amplitudes y/o de las velocidades sísmicas.

• Geofísica para el servicio a la explotación de losreservorios: implica la utilización de datos sísmicosadquiridos repetidamente una vez transcurridos ciertos lapsosde tiempo (técnica conocida como sísmica 4D), para elmonitoreo del movimiento de los fluidos en los yacimientosen el marco de los procesos de recuperación secundaria.Los atributos generalmente valorados con este fin son lasamplitudes y las velocidades ya que con frecuencia el gas,el petróleo y el agua que rellenan los poros de las rocasinfluyen en los valores de las velocidades y de las densidadesy por lo tanto se expresan en variaciones de los contrastesde reflectividad con las formaciones adyacentes, que semanifiestan a su vez en los datos sísmicos con el decursardel tiempo.

En diversas publicaciones se aborda el papel actual delmétodo sísmico y la amplia gama de tareas que resuelvetanto en la exploración como en el estudio de los campospetroleros y los positivos impactos que esto acarrea.

• En el artículo referido en [12], por ejemplo, se trataninteresantes experiencias sobre este tema concluyéndoseque "...los datos sísmicos pueden incrementar el valor delos activos en todas las etapas de la vida productiva delyacimiento". Durante la etapa de evaluación, los ingenierosde perforación se apoyan en modelos tridimensionalesgeomecánicos y de presión basados sobre datos sísmicospara predecir la posible ubicación de sitios riesgosos delsubsuelo, tales como zonas de flujo aguas subterráneas, dealtas presiones de poros, etcétera.

Durante la etapa de desarrollo se confeccionan mapas delas propiedades de los yacimientos en los intervalos entrepozos, utilizando datos sísmicos calibrados con informaciónde estos. Posteriormente los grupos de producción empleanlevantamientos de sísmica 4D para detectar eventualescambios de saturación y de presión acaecidos con el decursardel tiempo, a fin de lograr un mejor emplazamiento de nuevos"pozos de relleno" y de prolongar la vida productiva delyacimiento.

En otros trabajos de publicación más reciente [13 -16] seexponen ejemplos de aplicaciones combinadas de la sísmica,la geofísica de pozos y la petrofísica al estudio deyacimientos, lo que tiene también una gran actualidad.

APLICACIÓN DE LA SÍSMICAA LA EXPLORACIÓN Y EXPLOTACIÓNDE YACIMIENTOS DE GAS

Desde su surgimiento, el método sísmico de prospecciónconcentró su atención en la búsqueda de petróleo;actualmente, junto a esta misión, la sísmica presta también



una importante prioridad a la prospección de gases, la queadquiere creciente relevancia en el presente cuando losyacimientos petroleros parecen comenzar a declinar enmuchas regiones del mundo y atendiendo también al efectomenos nocivo sobre el medio ambiente de la explotación deestos con relación a la del petróleo. Hoy son publicadosnumerosos artículos que destacan la importancia perspectivade esta fuente por sus impactos energéticos ymedioambientales [17].

Antes de valorar las posibilidades existentes de detectarlos gases naturales acumulados en el subsuelo, es menesterreferirse brevemente a la naturaleza de estos [18].

Al parecer, no existe una explicación única acerca de cómose forman los gases naturales. La mayoría de los yacimientosen que ellos se encuentran han sido descubiertos en cuencassedimentarias y su génesis ha estado asociada a ladeposición y posterior transformación a altas temperaturasde materia orgánica (gas termogénico), lo que ha dado lugara la formación de aquellos. Sin embargo, según sereporta [19], estos también pueden formarse a partir de otrosprocesos de transformación anaerobia de materia orgánicapor diversas bacterias, a temperaturas relativamente bajas(gas biogénico) y a partir de compuestos de carbón sometidosa altas presiones y temperaturas.

Actualmente, en la literatura técnica especializada, sediferencian los gases convencionales de los que no lo son;estos últimos se asocian con los gases naturales que seencuentran contenidos en formaciones rocosas "de difícilproducción", es decir, que requieren técnicas de estimulaciónespeciales para extraer este recurso. Los gases naturalesasociados a yacimientos de carbón, a arenas compactas,a formaciones de esquistos y a hidratos en los fondosmarinos, son todos ejemplos de gases no conven-cionales [20].

El trabajo "Sistemas petroleros no convencionales" [21]constituye una abarcadora compilación de artículosdedicados a este tema.

Es un hecho reconocido que la mayoría de las cuencaspetroleras en todo el mundo, localizadas tanto en áreasterrestres como marinas, se "expresan" medianteemanaciones gaseosas que llegan a la superficie o travésde distintos tipos de anomalías sísmicas, lo que confiere ala identificación e interpretación de estas últimas una granimportancia para la exploración.

A continuación se tratarán brevemente los hidrocarburosgaseosos y las posibilidades modernas del método sísmicopara su prospección.

Hidrocarburos gaseososGas biogénicoHoy en día se estima que el gas biogénico representa el

20 % o más de todo el gas confinado en el subsuelo terrestre.Los sistemas someros de gas biogénico constituyen unrecurso inapreciable actualmente, en la medida que lasdemandas de gas natural aumentan. Los pozos perforadospara la búsqueda de gas biogénico, frecuentemente tienenbajas tasas de aprovechamiento [19] lo que puede parecerpoco rentable; sin embargo, no es menos cierto que la pocaprofundidad de estos, abarata considerablemente este tipode exploración. Consecuentemente, los sistemas someros

de gas biogénico pueden resultar ideales para operadoresdomésticos pequeños y para contribuir al desarrollo de paísesemergentes.

Gas termogénicoAparentemente existen controversias acerca de la

génesis del gas profundo; algunos especial istasconsideran que la mayor parte del metano existente enlos subsuelos del mundo es de origen inorgánico y quese hallan vastas reservas de él, aún no descubiertas, aprofundidades mayores de 5 000 m.

No obstante [22], la mayoría de los investigadores queestudian este tema, sustentan el origen orgánico del metanoy sostienen que los gases naturales pueden ser hallados avariadas profundidades aunque la mayor parte de ellos seforma en rocas sometidas a altas presiones y temperaturasdurante un prolongado período de tiempo.

Indicadores sísmicos sobre la existencia de gasesen el subsuelo

En los últimos años han sido detectados numerososyacimientos de hidrocarburos en diferentes regiones delmundo gracias a la manifestación de distintos tipos deanomalías de gas; por ejemplo, según ha sido estimado,más del 75 % de todas las cuencas petrolíferas del mundopresentan en su superficie manifestaciones de este tipo. Laidentificación de las emanaciones gaseosas se lleva a cabocon distintas técnicas entre las que predominan las deteledetección, el RADARSAT y las de exploración sísmica.

En la figura 3, por ejemplo, se muestra una anomalíaacústica que se expresa hasta en el tirante de agua, atribuidaa emanaciones gaseosas en la bahía de Cárdenas, al nortede Cuba [23] Esta anomalía inicialmente, fue interpretadacomo un ruido no definido en el registro, pero posteriormenteal procesamiento de los datos, se concluyó que estossupuestos ruidos, constituían en realidad emanacionesgaseosas posiblemente asociadas a zonas de debilidadtectónica existentes en el corte geológico del subfondomarino, lo que ratificó el interés gasopetrolífero de la región.

Fig. 3. Ejemplo de columna acústica localizada hacia el centrode la imagen, detectada mediante sísmica de alta resoluciónen la bahía de Cárdenas [23]



El objetivo principal del método sísmico ha sido desde susurgimiento, ubicar en el subsuelo la presencia de fronterasde discontinuidad de las velocidades de propagación de lasondas elásticas a través de las rocas, las que como muestrala experiencia, muchas veces se hallan estrechamenterelacionadas con importantes horizontes geológicos.

En diferentes fuentes bibliográficas básicas concernientesal método sísmico [1] se han expuesto importantesconsideraciones respecto al comportamiento de lasvelocidades y de las fronteras sísmicas asociadasprincipalmente a las variaciones de estas.

Durante muchos años, la mayoría de los investigadoresdedicados a la prospección sísmica, consideraron que lasvariaciones de velocidades asociadas a los cambios delitología entre capas que yacían consecutivamente, eran lacausa de la formación de las reflexiones sísmicas dentro delos medios geológicos; hoy en día, sin embargo, también sereconoce el importante papel que juegan otros factores en laformación de estas.

Históricamente, la sísmica concentró su atención en ladetección indirecta de eventuales acumulaciones dehidrocarburos v inculadas principalmente con altosestructurales. En la actualidad, el desarrollo tecnológicoalcanzado por el método permite a este en ocasiones, detectardirectamente los hidrocarburos en el subsuelo [7, 24, 28]sobre la base de las posibilidades que existen hoy en día deregistrar reflexiones sutiles procedentes de fronterasasociadas a variaciones de velocidades vinculadas a cambiosde los tipos de fluidos confinados en los espacios poralesde las rocas sedimentarias.

Hoy en día es conocido que las fronteras que separanarcillas de arenas subyacentes saturadas con gas, confrecuencia provocan una fuerte reflexión con polaridad negativacuya detección constituye el objetivo del método del puntobrillante (identificado en idioma inglés como bright spot) yque el contacto horizontal gas-agua salada o gas-petróleoinmerso en un paquete de rocas terrígenas como lasareniscas, a veces se expresa en las secciones sísmicasde ondas P como una frontera reflectora aproximadamenteplana (figura 4), detectable mediante el llamado método delpunto plano (identificado en idioma inglés como flat spot).

También ha sido conf irmada la efectiv idad quefrecuentemente tiene la técnica sísmica AVO (AmplitudVersus Offset), para detectar capas saturadas de gas,basada, en el al análisis de las variaciones de las amplitudesde las reflexiones sísmicas asociadas a los cambios delcoeficiente de Poissón () a lo largo de las fronterasinvestigadas [18].

Las anomalías sísmicas mencionadas, han sido registradasen numerosas áreas de todo el mundo, asociadas a distintasprofundidades y referidas tanto a gases termogénicos (amayores profundidades) como a biogénicos (a profundidadesmás someras). Según se ha considerado, "cuando los flatspots son identificables, resultan el indicador más definitivoe informativo sobre la existencia de hidrocarburos en el

subsuelo" [1]; no obstante, es importante tener en cuentaque según ha demostrado la experiencia, no siempre estostipos de anomalías están asociados a concentraciones degas con valor comercial y que a veces incluso no respondena la existencia de hidrocarburos en absoluto, sino a otrosdiversos factores sísmicos y/o geológicos.

Fig. 4. Anomalía similar a un flat spot, observada en unasección sísmica adquirida en la cuenca del Cauto, Cuba [18]

APLICACIÓN DE LA SÍSMICA ALA EXPLOTACIÓN DE LOS YACIMIENTOSDE GASES NO CONVENCIONALES

En numerosos artículos recientemente publicados y enmúltiples contribuciones presentadas en eventos actualesdedicados a las Geociencias se aborda el tema de losllamados gases no convencionales [29- 32]. Una definiciónofrecida sobre el término "gas no convencional" (GNC)aparece expuesta en [32] donde dice textualmente: "El gasno convencional es aquel tipo de gas confinado en el subsuelocuya extracción solo puede ser lograda por estimulación(fracturación) hidráulica mediante pozos horizontalesespecialmente perforados a ese fin"; tanto en esta publicacióncomo en [30], se exponen detalles sobre la explotación deestos gases lo que releva la necesidad de hacerlo en elpresente artículo que está enfocado a las tecnologíasgeofísicas más adecuadas para su prospección.

A pesar de la innegable solución energética que este tipode gas aporta, hay que señalar que actualmente se discutea escala internacional sobre sus aparentes consecuenciasperniciosas al medio [33 - 35].

En la figura 5 se ilustran las acumulaciones típicas degases naturales que se manifiestan en el subsuelo.

En las diferentes facetas de la exploración de los GNC seemplea ampliamente el método sísmico principalmente ensu modalidad 3D. El principal objetivo de la sísmica, al igualque en la exploración petrolera tradicional, es identificar losrasgos estratigráficos y estructurales que pueden ser



limitantes o facilitadores para la producción de gas. El análisisde atributos sísmicos (principalmente coherencia y curvatura)es muy importante en la exploración de GNC puesproporciona valiosa información sobre discontinuidades,fallas, fracturas, carsismo y sus efectos en las rocasgasíferas. Los resultados de la interpretación de los mapasde atributos sísmicos permiten visualizar la variación de laspropiedades composicional, petrofísica y geomecánica delas litofacies, lo que puede sugerir que algunas sean másfavorables para la perforación horizontal que otras.

En distintas publicaciones actuales se ref ierenexperiencias sobre la aplicación de la sísmica tanto activacomo pasiva a la exploración y explotación del GNC[36-38, 43].

En el artículo [37] que resume los resultados del taller"Geofísica para los gases no convencionales", celebrado enHamburgo, Alemania, el 9 de marzo de 2012, por ejemplo,se abordan importantes interrogantes tales como:¿Necesitamos una geofísica no convencional en laexploración y el desarrol lo de hidrocarburos noconvencionales? ¿Cuáles son los métodos geofísicosapropiados para explorar los hidrocarburos noconvencionales? ¿Cómo debemos adaptar los programasde exploración y las medidas de sondeos? ¿A quépropiedades de los testigos se debe prestar atención en elcaso de los no convencionales? ¿Es posible utilizar lasdirectrices de interpretación existentes para las medidas defondo de pozo? ¿Qué métodos geofísicos se pueden añadira la exploración sísmica para mejorar las imágenessubterráneas? ¿Qué métodos sísmicos especiales existenpara permitir o mejorar las interpretaciones?

por fracturas y ruido pasivo, cuyo análisis e interpretaciónes útil para estimar las propiedades elásticas de lasdiferentes capas investigadas y para orientar un empleo másracional de los procesos de fracturación hidráulica.

• El procesamiento sísmico de coherencia ayuda en laidentificación de los sistemas de fallas, lo que es de sumaimportancia para optimizar la orientación de los pozos.

• La inversión conjunta de los datos PP y PS proporcionauna determinación más confiable de la densidad, laimpedancia y los índices de fracturación, lo que ha sidocomprobado en varios casos de estudio de gas esquisto.

Algunas de las publicaciones consultadas resaltan tambiénla gran utilidad de la sísmica para optimizar la orientación delos pozos, partiendo de que este método puede aportar unavaliosa información para caracterizar sistemas de fallas,propiedades geomecánicas y estados tensionales de losmacizos de rocas que son investigados, sobre la base delos efectos de anisotropía que se observan a menudo en losdatos sísmicos 3D y que se expresan mediante variacionesde amplitudes y de tiempos de registro de las ondas sísmicas,asociados a las variaciones de los azimuts de registro ymediante el empleo de sísmica multicomponente, vinculadosa la birrefringencia de las ondas transversales.

Por otra parte, se aprecia que resulta muy prometedora laaplicación combinada de la sísmica marina de reflexión ydel método electromagnético para cuantificar volúmenes dehidratos de gas [18]. Esta fuente de gas no convencional esuniversalmente aceptada como la más voluminosa yperspectiva a escala internacional, por abundar en losocéanos de todo el mundo y muy recientemente aparecenreportes sobre la introducción de nuevas tecnologías parasu explotación [44, 45].

MIRANDO AL FUTUROResulta muy difícil conjeturar pronósticos sobre las

tendencias de desarrollo futuro de una tecnología deinvestigación tan dinámica como la sísmica petrolera. Sinembargo, basada a la revisión realizada sobre su estado delarte y los previsibles retos que se avecinan, puede suponerseque algunos de los principales elementos que incidirán ensu evolución futura a escala internacional seránprobablemente los siguientes:

1. Necesidad de desarrollar nuevos proyectos en variadosy más complejos ambientes tales como zonas de aguasprofundas y ultraprofundas, árticas y cinturones plegados,para la exploración de capas subsalinas, yacimientos enreservorios carbonatados altamente heterogéneos, rocasígneas y metamórficas con sistemas de fracturas pocopredecibles, etcétera.

2. Prioridad de incrementar el índice de recuperación dehidrocarburos en campos conocidos.

3. Exploración y explotación de hidrocarburos noconvencionales (combinación de sísmica activa y pasiva).

4. Contínuo y vertiginoso desarrollo y perfeccionamientode las tecnologías y capacidades de cómputo.

Fig. 5. Distribución esquemática de las acumulaciones de gasnatural en el subsuelo (convencional y no convencional) [30]

Algunas de las principales conclusiones derivadas de estetaller fueron las siguientes:

• La nueva geofísica requiere del registro completo detres componentes de los parámetros elásticos (sísmicamulticomponente).

• Si se emplean sistemas de monitoreo permanente, enmuchas ocasiones se logran detectar microsismos inducidos



5. Incremento del número de canales de registrotelemétrico e incorporación de las posibilidades que ofrecela nanotecnología al diseño de nuevos equipos de medición.

6. Ascendente rol de la sísmica de pozos.7. Mayor acento del papel del modelaje y de la migración

en profundidad.8. Más generalizada y extendida consideración del papel

de la anisotropía sísmica.9. Más acentuado empleo de las técnicas de visualización

y de realidad virtual.10. Integración de los datos sísmicos con los de otras

ramas de las geociencias a fin de incrementar la confiabilidadde los pronósticos exploratorios.

Los aspectos anteriormente referidos, al igual que otrosque no fueron identificados actualmente, pero cuyasposibilidades exploratorias vayan siendo evidenciadas,deberán constituir temas de atención por el claustro de lacarrera de Ingeniería Geofísica a fin de irlos incorporando alos planes y programas de estudio para brindar el más sólidoy actualizado nivel a los egresados de la misma en el futuro.

CONCLUSIÓNEn la literatura técnica relativa al método sísmico resaltan

las posibilidades tecnológicas actuales y perspectivas deeste a escala internacional, en especial las concernientes ala etapa de explotación de los yacimientos de hidrocarburosy a la exploración de depósitos de gas no convencional, lasque deben ser consideradas a los efectos de su posibleimplementación en la prospección del subsuelo cubano yabordadas en la enseñanza del método sísmico en la carrerauniversitaria de Ingeniería Geofísica.

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AUTORESGUILLERMO MIRÓ PAGÉSIngeniero Geofísico, Doctor en Ciencias Geológicas, Profe-sor Titular, Departamento de Geociencias, Facultad de In-

AbstractThe present article reflects the result of a work of bibliographical investigation carried out by researchgroups GEOPET and GEOMAT Department of Geosciences of the Cujae in order to give answer to arecent proposal about collaboration topics formulated by the Union Cubapetróleo (CUPET) in anenvironment of the existent traditional relationships among the mentioned institutions; at the sametime the work pursued the purpose to upgrade information with a view to the teaching of the subject«Seismic Methods for prospecting and exploration of hydrocarbons» which is imparted at the fourthcourse of Geophysical Engineering career in the Faculty of Civil Engineering of Cujae. The aim of theresearch was the new technological possibilities of the seismic method of exploration at internationalscale, especially concerning to the stage of oil fields exploitation and to the exploration of deposits ofnon conventional gas, aspects to which the present publication is dedicated.

Key words:exploration, exploitation, seismic, oil, gas

New Tendencies in Seismic Exploration

geniería Civil, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, La Habana, Cuba. Miembro de la So-ciedad Cubana de Geología y de la Sociedad Geofísicadel Brasil

Emilio Ricardo Escartín SauledaIngeniero Geofísico, Doctor en Ciencias Geológicas, Profe-sor Titular, Departamento de Geociencias, Facultad de Inge-niería Civil, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría, Cujae, La Habana, Cuba. Miembro de la Socie-dad Cubana de Geología

Hilda Esther Amador LongoriaIngeniera Geofísica, Máster en Ciencias, Centro de Investi-gaciones del Petróleo, La Habana, Cuba

Recibido: 24 de abril del 2013 Aprobado: 16 de julio del 2013


Modelación de velocidades sísmicas enel sector noroccidental del CinturónPlegado Cubano


ResumenDurante las etapas de procesamiento e interpretación de los datos sísmicos adquiridos mediante elmétodo de punto medio común, es requisito indispensable trabajar con leyes de velocidades depropagaciones de las ondas sísmicas que sean confiables, sobre todo en escenarios geológicoscomplejos como el Cinturón Plegado Norte Cubano, a fin de ubicar confiablemente posibles objetivosde interés petrolero yacentes en el subsuelo. Este artículo tiene como objetivo mostrar el trabajo deconfección de un modelo de velocidades realizado en un sector marino de dicha región geológica, queintegra datos derivados del procesamiento digital tanto de hodógrafos de pozos como de superficie.Estos últimos fueron obtenidos a partir de líneas sísmicas ejecutadas durante los levantamientos 2Ddel año 2009, procesados con migración después y antes de la suma en tiempo. El estudio realizadopermitió confeccionar un nuevo modelo sismogeológico de la región investigada el cual permite iden-tificar posibles horizontes de interés petrolero existentes en la misma.Palabras claves: velocidad sísmica, cinturón plegado, modelo, yacimiento de petróleo


Mercedes Cristina García Sánchez Artículo OriginalCorreo electrónico:[email protected]

Alberto Helio Domínguez GómezCorreo electrónico:[email protected] de Investigaciones del Petróleo, La Habana, Cuba

Guillermo Miró PagésCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNA todo lo largo del sector noroccidental de Cuba y más

allá de su costa norte, se extiende la región geológica delllamado Cinturón Plegado, en una franja de 30 - 40 km deancho desde la costa hasta la parte f rontal de loscabalgamientos, ubicada costa afuera (Bloque 37) (figura 1),el que abarca una extensa zona de aguas profundas, convariaciones del fondo marino en el área seleccionada para lapresente investigación que oscilan desde los 400 m hastalos 1 600 m aproximadamente.

La exploración de estas áreas geológicas constituyeobjetivo principal de menor riesgo para la perforación enCuba, ya que en las mismas, formadas como resultado deuna complicada evolución tectónica, se encuentran los más

grandes y productivos yacimientos de hidrocarburosdescubiertos en el país.

El Cinturón Plegado Cubano ha tenido su origen vinculadoa los procesos de convergencia que tuvieron lugar en el Caribedesde comienzos del Cretácico, desarrollado de conjuntocon el Cinturón Plegado de las Antillas Mayores, asumiendola existencia en él, de terrenos alóctonos e importantesmantos de sobrecorrimientos. Resulta conveniente destacarque en el caso de Cuba estos procesos se extendieron hastael Terciario y posteriormente, los movimientos del CinturónPlegado han continuado pero más lentamente.

El Bloque 37 abarca la parte frontal de los cabalgamientosen el mar, y en profundidad, en este sector, se han verificado




Modelación de velocidades sísmicas en el sector noroccidental del Cinturón Plegado Cubano


mantos tectónicos al sur, caracterizados por la conjugaciónde rocas de la unidad tectono-estratigráfica (UTE), Placetascon sus formaciones: Constancia, Cifuentes, Ronda, Morena,Santa Teresa, Carmita, Amaro y La cubierta paleogénicaVega Alta. Esta unidad tectono-estratigráfica está presenteen muchos pozos perforados en tierra pertenecientes a lafranja norte de crudos pesados de Cuba, como es el casodel pozo Boca de Jaruco 500.

Aunque hasta el momento no se han revelado en pozosperforados verticales e inclinados, dirigidos hacia esta zonamarina, la UTE Camajuaní, no se descarta la posibilidad queen los últimos mantos o apilados puedan aparecer rocaspertenecientes a esta unidad tectono-estratigráfica con suscorrespondientes sedimentos sinorogénicos como semuestra posteriormente. En pozos perforados en Varaderoexisten evidencias de afloramientos de la UTE Camajuaní,los cuales tienen, en profundidad, similitud geológica con elsector de esta investigación.

En general, el cuadro sísmico del Cinturón Plegado Cubanocorresponde a estructuras muy imbricadas y compuestaspor pliegues tipo dúplex [1]. La complejidad geológica deeste escenario motiva la necesidad de realizar serios análisisde las velocidades sísmicas a modo de esclarecer laprofundidad de las envolventes de estos pliegues, entre otrosintereses.

El estudio de las velocidades sísmicas constituye unaspecto de capital importancia ya que como es conocido,precisamente la incertidumbre en el conocimiento de lasvelocidades constituye el talón de Aquiles de los métodosde prospección sísmica, lo que limita en ocasiones laefectividad de la exploración petrolera, por lo que el estudiode este aspecto siempre tiene especial interés.

Atendiendo a lo anterior, en los pasados años han sidorealizados diferentes trabajos investigativos en Cuba [2] y elmundo [3 - 7], dedicados a este importante tema; su estudioes un acápite obligado tanto en el procesamiento como enla interpretación de los datos sísmicos, posibilitando unamejor comprensión del medio geológico y reduciendo el rangode error durante la cartografía de los altos estructurales, loque se traduce en la disminución del riesgo durante laexploración petrolera.

Con el progreso tecnológico de los últimos años, losmétodos sísmicos permiten actualmente detectar eventualestrampas gasopetrolíferas en condiciones sismogeológicascaracterizadas por fuertes cambios laterales y verticales develocidades los que dan lugar a un complejo campoondulatorio [1], por tanto, ante este problema fue necesariomejorar la interpretación sísmica del sector a partir de unanálisis y procesamiento adecuado de las velocidades,cotejadas y calibradas con datos de pozos.

De este modo, el objetivo del presente trabajo, es obtenerun modelo del campo de las velocidades sísmicascorrespondiente al sector de interés a partir de un análisisintegrado de los datos del perfilaje sísmico vertical,VSP (por sus siglas en inglés) del pozo Boca de Jaruco 500

(BJ-500) y de los datos de las velocidades derivadas delprocesamiento sísmico de la línea 35.

Partiendo de lo anteriormente expuesto, la hipótesis seformula atendiendo a que los datos de velocidades derivadasdel procesamiento sísmico permiten obtener modelos develocidades útiles para la interpretación geológica de la región,facilitando el análisis de la variación de las velocidades detodo el territorio de interés.

Como resultado de esta investigación, se confecciona porla línea sísmica 35 de este sector, un modelo de velocidadesde intervalos derivadas del procesamiento con algoritmos dela migración antes de la suma en tiempo (PSTM), que facilitala reinterpretación de la línea y contribuye a la confección deun nuevo modelo sismogeológico, que a su vez permite inferircon más detalle, las características estructurales de loscomplejos de rocas carbonatadas fracturadas del CretácicoInferior y del Jurásico Superior, que constituyen el principalobjetivo exploratorio con fines petroleros en esta región.

MATERIALES Y MÉTODOSPara el desarrollo de esta investigación se utilizaron los

siguientes materiales:• Líneas del levantamiento sísmico marino 2D ejecutado

por la compañía PETROBRAS (Petróleos Brasileños),durante el año 2009 (figura 1), procesadas mediantealgoritmos de migración después y antes de la suma entiempo, cuyos resultados fueron utilizados para lainterpretación geólogo-geofísica del área en cuestión [8].

• Datos de perfilaje sísmico vertical (VSP) y geológicosdel pozo Boca de Jaruco 500 [9] ubicado aledaño a la zonainvestigada (figura 1).

• Estación de trabajo (PC) para elaborar los modelos develocidades.

Fig. 1. Mapa de ubicación del área de investigación [1]

Mercedes Cristina García Sánchez - Alberto Helio Domínguez Gómez - Guillermo Miró Pagés


Con todos estos datos y recursos se elaboró el modelo develocidades siguiendo los siguientes pasos:

• Recopilación y preparación de los datos.• Confección de la base de datos del campo de velocidades

sísmicas.• Elaboración del modelo de velocidades.A continuación se exponen las tareas realizadas en el

marco de cada uno de los pasos anteriormente enunciados.Recopilación y preparación de los datosDe los datos primarios derivados de los procesamientos

de migración después y antes de la suma en tiempo de lalínea sísmica 35. Se extrajo la información siguiente:identificación de la línea, cantidad de punto común deprofundidad o CDP (por sus siglas en inglés), tiempos dellegadas de las ondas, velocidades de intervalos y velocidadesde raíz medias cuadráticas o Vrms (por sus siglas en inglés).

Se seleccionaron los datos de profundidades y velocidadesmedias (Vmed) determinadas sobre la base de datos de VSPen el pozo Boca de Jaruco 500.

Confección de la base de datos del campo develocidades sísmicas

Se tabuló la información de los datos derivados delprocesamiento sísmico de la línea 35 antes mencionadosy se tabularon los datos del pozo Boca de Jaruco 500.

Así quedó conformada la base de datos con la que setrabajó en la presente investigación.

Elaboración del modelo de velocidadesLas velocidades sísmicas pueden ser medidas tanto por

métodos sísmicos de superficie como de pozos (perfilajesísmico vertical, registro acústico, etc).

Los datos de velocidades derivados de los hodógrafos depozos (registros acústicos o VSP) constituyen la informaciónmás confiable con que se cuenta, ya que en este caso, lostiempos de propagación de las ondas, de cuyas medicionesse derivan aquellas, son medidos directamente en intervalosde profundidades de estos, aunque esta información puedeser referida rigurosamente solo a los sitios donde ellos sonperforados; por su parte, los datos de velocidades derivadosdel procesamiento de las líneas sísmicas, caracterizan adicho parámetro a lo largo de la profundidad existente hastalos horizontes reflectores y el espacio abarcado por éstas,pero son menos precisos y están asociados a tiempos deregistro y no a profundidades directamente; por esta razón,fue necesario referir estos últimos a profundidades, con lafinalidad de poder analizar combinadamente las velocidadesy profundidades calculadas a partir, tanto de la sísmica desuperficie como la de pozo.

Datos de velocidades derivados del procesamiento de lalínea sísmica

Los datos de las velocidades derivadas del procesamientode la línea sísmica registrada en superficie mediante losalgoritmos de migración después y antes de la suma entiempo, corresponden a las llamadas Vrms (velocidad deraíz media cuadrática) y Vint (velocidad de intervalo); estasvelocidades son definidas y calculadas del siguiente modo:

Velocidad de raíz media cuadrática (Vrms): "Es aquellacon la cual la onda se propaga a través de capas del subsuelo

que tienen diferentes velocidades de intervalo según unatrayectoria específica y es generalmente mayor que lavelocidad media" [10].

El cálculo de la velocidad de raíz media cuadrática (Vrms)exige el conocimiento de las Vint y de los tiempos derecorridos de las ondas a través de los intervalos respectivos,cuantificándose mediante la siguiente expresión:

2. * ( / )

Vint tiVrms m s

ti

(1)

donde:Vint: Velocidad de intervalo (m/s).ti: Tiempo de recorrido para cada intervalo (ms),

respectivamente.Velocidad de intervalo (Vint.): "Representa a la velocidad

sísmica que caracteriza a un determinado intervalo deprofundidades, es decir, es la velocidad correspondiente almedio geológico confinado por dos fronteras aproxima-damente paralelas" [10]. Esta viene dada por:

2 1

2 1

. ( / )Z Z

Vint m st t

(2)

donde:Z1 y Z2: Profundidades del "techo" y el "piso" del intervalo (m).t1 y t2: tiempos de viajes de la onda en el "techo" y en el

"piso" del intervalo, respectivamente (ms).Un procedimiento para determinar la velocidad de intervalo

se basa en el empleo de la siguiente ecuación, la que permitedeterminar esta en una serie de capas planas y paralelas, apartir de las Vrms. Esta viene dada por:

2 2 2 2

2 2 1 1

2 1

* * (m/s)Vrms t Vrms tVint

t t

(3)

donde:Vrms1: Vrms hasta el primer reflector (m/s).Vrms2: Vrms hasta el segundo reflector (m/s).t1: Tiempo de viaje hasta el primer reflector (ms).t2: Tiempo de viaje hasta el segundo reflector (ms).Datos de velocidades derivados del VSP en pozosLa velocidad sísmica derivada de los registros VSP es

conocida como velocidad media y constituye el resultado dedividir la profundidad Z que existe hasta un horizonte dadoentre el tiempo T empleado por el rayo sísmico en alcanzarel mismo según la normal a este desde la superficie terrestre.La velocidad media con frecuencia es calculada a partir delos hodógrafos de las primeras entradas del perfilaje sísmicovertical o de los sismocarotages.



. (m/s)ZVMedT

(4)

donde:Z: Profundidad hasta un horizonte dado (m).T: Tiempo empleado por el rayo sísmico en alcanzar la

profundidad hasta el horizonte considerado según la normala este desde la superficie terrestre (s).

Conversión de tiempo a profundidadEn muchas áreas (como la abarcada por este trabajo) no

se cuenta con los resultados del procesamiento de las líneassísmicas mediante algoritmos de migración en profundidad,por lo que es preciso recurrir a procesos de conversión tiempo-profundidad a fin de poder realizar la interpretación geológicade la información disponible.

La expresión utilizada para convertir los tiempos derecorrido en profundidades en el caso tratado es:

* / 2 (m)H Hfm T V (5)

donde:Hfm: Profundidad del fondo marino (m).T: Intervalo de tiempo de recorrido total de la onda entre

el fondo marino y el horizonte de interés determinado a partirde la sección sísmica (ms).

V: Velocidad del procesamiento, ya sea Vrms o Vint;ambas velocidades se obtienen de las secciones de las líneassísmicas en función de los tiempos de registro (m/s).

Un importante elemento a considerar para el cálculo de laconversión tiempos-profundidades en áreas de aguasprofundas como la de esta investigación es la influencia dela capa de agua, para lo cual es necesario determinar laprofundidad del fondo marino, teniendo en cuenta la velocidadde propagación de las ondas a través del tirante de aguacuyo valor es aproximadamente constante.

Las profundidades del fondo marino fueron calculadas porla expresión:

(m)2

tHfm (6)

donde:: Velocidad de propagación de las ondas sísmicas a través

del tirante de agua, cuyo valor es constante y del orden de1 500 m/s en el área de los trabajos.

t: Tiempos registrados de la reflexión de la onda sísmicaen la frontera del fondo marino (ms).

Una vez determinadas las profundidades del fondo marino,se procedió a calcular las de los reflectores subyacentes aeste, a partir de la expresión 5, utilizando para esto los valoresde Vrms y Vint lo que permitió elaborar tablas de relación devalores velocidades (Vrms, Vint.) y profundidades (H), Vrms(H) y Vint (H).

Los datos de Vrms, Vint, de la línea 35 derivados de lamigración después de la suma y de la migración antes de lasuma en tiempo y las profundidades calculadas asociadasa estas, fueron graficados en una hoja de cálculo de Excelutilizando para ello gráficos XY o de dispersión. La figura 2muestra la dependencia Vint (H) de la profundidad.

De los gráficos de la figura 2 se seleccionaron lasvelocidades y profundidades más representativas siguiendolas pendientes de la curva.

Comparación de las velocidades sísmicas calculadasA fin de validar el grado de confiabilidad de las velocidades

calculadas a partir de los procesamientos de la línea sísmica35 (Vrms y Vint), se procedió a comparar los datos de estascon las Vmed del pozo BJ 500, mediante la confección enExcel, de gráficos de relación V (H) (figuras 3 y 4) lo quepermitió confirmar el grado de proximidad existente entrelas velocidades de superficie Vint y las Vmed del pozo(figura 4), ya que sus tendencias son similares, no ocurriendolo mismo con los resultados de los valores de las Vrms conlas Vmed del pozo (figura 3), pues existen diferencias devalores Vmáx 500 m/s.

Fig. 2. Gráfico de relación Vint (H) empleando gráficos XY ode dispersión

Fig. 3. Relación de las velocidades y las profundidades Vrms-(Hvrms) derivadas de los procesamientos con algoritmos demigración postsuma en tiempo, y migración presuma entiempo, PSTM (por sus siglas en inglés) de la línea sísmica35 y Vmed- (H) derivada del pozo Boca de Jaruco 500



Al analizar los gráficos referidos (figura 3), llama la atenciónel desplazamiento hacia la derecha de las curvas de Vmeddel pozo en relación a las de Vrms, el cual es atribuido a lainfluencia del tirante de agua sobre los valores de esta última,en áreas de aguas profundas, como la investigada en elpresente trabajo.

En los gráficos de la figura 4 se pone de manifiesto quelas velocidades de intervalos son las más aproximadas a lasdel pozo, sobre todo, las velocidades de intervalos derivadasdel procesamiento de migración antes de la suma en tiempopor lo que éstas fueron las escogidas para la elaboración delmodelo de velocidades.

Modelo de velocidades de intervalosUna vez establecido que las Vint derivadas del

procesamiento de la sísmica de superficie, eran lasadecuadas para la elaboración del modelo de velocidades,este fue confeccionado para la sección correspondiente alínea sísmica 35 adquirida durante el año 2009 a partir de losparámetros presentes en el corte sísmico:

Por el eje X los CDP.Por el eje Y el tiempo convertido a profundidad y la velocidad

correspondiente a cada XY.Por las coordenadas XY las velocidades correspondientes

a cada punto.A partir de los datos anteriores fueron elaboradas las

isolíneas de velocidades a lo largo del corte seleccionadocomo modelo presentado en la figura 5.

Las tonalidades de la escala de colores en el modelo,representan los valores de las velocidades que caracterizana la línea 35, asociados a cada valor de profundidad.

Fig. 4. Relación de las velocidades y las profundidades Vint-(Hvint) derivadas de los procesamientos con algoritmos demigración postsuma en tiempo, y migración presuma entiempo, PSTM (por sus siglas en inglés) de la línea sísmica 35y Vmed- (H) derivada del pozo Boca de Jaruco 500

Fig. 5. Modelo de velocidades correspondiente a la líneasísmica 35 en la región de los trabajos, utilizando las Vintderivadas de la aplicación de algoritmos de migración antesde la suma en tiempo, PSTM (por sus siglas en inglés) y lasprofundidades asociadas a ellas con la trayectoria del eje deanomalías de velocidades (A-A)

RESULTADOS Y DISCUSIÓNAl analizar el modelo que aparece en la figura 5 llama la

atención la existencia de un aparente eje de anomalías develocidades (A-A) incrementándose estas en dirección tierra-mar, lo cual sugiere el posible ascenso de complejos derocas más compactas según la misma. Este análisiscombinado de las velocidades, no solo permitió obtenerinformación de interés sobre la constitución de la regióninvestigada, el mismo facilitó también la interpretaciónsísmica de la línea 35, contribuyendo a la construcción deun modelo sismogeológico detallado del área en cuestión,como el que se observa en la figura 6.

Una vez elaborado el modelo de velocidades a lo largo dela línea 35, este fue calibrado con el pozo BJ 500. Estacalibración incluyó los siguientes pasos:

• Identificación de las profundidades correspondientes alos límites de las unidades tectono-estratigráficas (UTE) enla columna del pozo y de las velocidades asociadas a estas.

• Cálculo de las profundidades de las fronteras en la líneasísmica basado en los tiempos de registros y datos develocidades del modelo más el sitio de ubicación del pozo.

• Extrapolación lateral de los intervalos litoestratigráficosanteriormente referidos sobre la base del modelo de velocidady a la sección sísmica migrada antes de la suma en tiempoa lo largo de la línea 35.

La calibración de los datos de la línea sísmica 35 con losdatos del pozo Boca de Jaruco 500, posibilitó la delimitaciónde intervalos de velocidades presentes tanto en el pozo comoen la línea sísmica, a las cuales se les asoció lasprofundidades correspondientes, lo que permitió conocer aqué profundidad y con qué velocidad, puede aparecer en lalínea sísmica la UTE Placetas con sus respectivos gruposformacionales.



El análisis de estos datos condujo a las siguientesconclusiones:

• En el modelo de velocidades realizado por la línea 35puede identificarse un eje que caracteriza cualitativamentela variación espacial de las velocidades (figura 5).

• En el modelo se manifiestan inversiones de velocidades,lo cual resulta típico de los escenarios geológicos complejoscomo los cinturones plegados.

• Existe una buena correlación entre las profundidadescalculadas por este procedimiento y las correspondientes alpozo BJ 500, lo que valida el empleo del modelo de lasvelocidades derivadas del procesamiento para la cartografíade las profundidades de las fronteras objeto de estudio en elárea investigada.

Llama la atención que el efecto de las discrepancias entrelas profundidades es mayor para los valores menores deestas, lo cual pudiera ser atribuido a que precisamente paraellas tienen más influencia las diferencias en trayectoriasentre los rayos sísmicos que dan lugar a las mediciones ensuperficie y en pozo.

Una vez convertida la sección correspondiente a la líneasísmica 35, de tiempos a profundidades (mediante laecuación número 5) y elaborado el modelo de velocidades,fueron extrapolados los horizontes geológicos identificadosen el pozo hacia la línea sísmica, lo que permitió estimar lacartografía de los complejos de rocas carbonatadasfracturadas del Cretácico Inferior y del Jurásico Superior, queconstituyen el principal objetivo exploratorio con finespetroleros en esta región, obteniéndose el modelo sismo-geológico que aparece en la figura 6, siendo este, el resultadofinal de la reinterpretación de la línea sísmica 35.

A la izquierda de la figura 6, se observan los datos depozos referidos a los distintos grupos formacionales,correlacionados hacia el noroeste con posibles pliegues tipodúplex que parecen identificarse en la sección sísmica en elárea correspondiente a la parte norte del Cinturón Plegado yCabalgado Cubano; también se observan en el corte,aparentes apilados inferiores, situados a profundidadesmayores a las del pozo, los que sugieren la posible existenciade la UTE Camajuaní en la región investigada.

La confección e interpretación del modelo de velocidades,contribuyó a definir con mayor seguridad los aspectos antesmencionados al servir de apoyo a la reinterpretación de lalínea sísmica 35, constituyendo la novedad científica delpresente trabajo.

Resulta importante destacar que este tipo de modelo develocidades sísmicas y su interpretación, se presenta porprimera vez en el Centro de Investigaciones del Petróleo deCuba y ya se aplica en otras regiones exploratorias con finespetroleros [11].

CONCLUSIONESComo resultado del presente trabajo ha sido elaborado un

modelo del campo de velocidades sísmicas por la línea 35ubicada en el área del sector noroccidental del CinturónPlegado Cubano.

Las velocidades de intervalos derivadas del procesamientocon algoritmos de migración antes de la suma en tiempo,utilizadas para la confección del modelo de velocidades,resultaron ser comparativamente las más aproximadas a losdatos del pozo con perfilaje sísmico vertical (VSP) disponibleen la región.

Fig. 6. Modelo sismogeológico del sector investigado



Con el apoyo del modelo de velocidades y los datos delpozo Boca de Jaruco 500 fue elaborado un nuevo yfundamentado modelo sismogeológico del área investigada.

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LÓPEZ, Juan Guillermo. "Caracterización sísmica de unaestructura potencialmente petrolera revelada al norte deVaradero. En VII Congreso Cubano de Geofísica (Geofísica2013), V Convención Cubana de Ciencias de la Tierra,GEF2-P3, pp. 108-117, La Habana. ISSN 2307-499X.

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6. VEGA, Juan Carlos; MORA, Andrés. "Métodos deconversión tiempo-profundidad: Análisis y discusión deresultados en un modelo estructuralmente complejo"[en línea]. X Simposio Bolivariano, Exploración Petroleraen Cuencas Subandinas. Cartagena, Colombia. [ref. julio2009]. Disponible en Web: www.earthdoc.org/publication/download/?publication=44550. [Consultado en Enero 2012].

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AUTORESMercedes Cristina García SánchezIngeniera Geofísica, Centro de Investigaciones del Petróleo,La Habana, Cuba

Alberto Helio Domínguez GómezIngeniero Geólogo, Máster en Geología, Investigador Auxiliar,Centro de Investigaciones del Petróleo, La Habana, Cuba

Guillermo Miró PagésIngeniero Geofísico, Doctor en Ciencias Geológicas, Profe-sor Titular, Departamento de Geociencias, Facultad de Inge-niería Civil, Instituto Superior Politécnico José AntonioEcheverría. Miembro de la Sociedad Cubana de Geología yde la Sociedad Geofísica del Brasil

http://www.gc.usb.ve/geocoordweb/tesis/Pre/

http://www.earthdoc.org/publication/



AbstractDuring the stages of processing and interpretation of the acquired seismic data using the CommonMid Point Method, it is necessary to work with velocities laws of propagation of the seismic waves tobe the most reliable possible, mainly in complex geologic scenarios as the Cuban folded belt northernarea, in order to locate possible petroleum objectives in the underground. This paper has as objectiveto illustrate the work of making a velocities model carried out in a marine sector of this geologicregion, which integrates derived data from digital processing of wells and surface hodograph. The lastones were obtained from seismic lines carried out during the 2D seismic survey of 2009, processedwith post stack and pre stack time migration. The study allowed making a new sismogeologic modelof the investigated region which allows to identifying possible places of oil interest in the area.

Key words: seismic velocity, folded belt, model, deposits of petroleum

Modelling of Seismic Velocities in the Northern Area of CubanFolded Belt

Recibido: 12 de junio del 2013 Aprobado: 2 de agosto del 2013


Durabilidad del perfil de aluminio lacadoen las condiciones de clima tropical


ResumenEn la actualidad son muchos los productores de carpintería de aluminio lacado en el mundo y en Cubason cada vez más las obras en las que se observa la instalación de puertas y ventanas de aluminiolacado. La calidad de esta carpintería se ha visto reducida en un número considerable de instalacio-nes ubicadas en la zona norte costera de la capital y del resto del país. En este trabajo se sometena ensayo de exposición natural en el banco del Laboratorio de Ensayos de Tropicalización ubicado enCojímar, los perfiles lacados de cinco lugares de procedencia, con el objetivo de evaluar su comporta-miento y crear por primera vez en el país, un reglamento que regule las especificaciones para lautilización de estos perfiles lacados en las condiciones del clima tropical de Cuba, el que será deestricto cumplimiento para productores e importadores de estos materiales. Los resultados obtenidoshan permitido la modificación de la norma establecida para el espesor de este recubrimiento lacado,a valores que permitan la correcta durabilidad de estos materiales y eliminar la falla de los perfilesdebida a la erosión provocada por la severidad de este clima.Palabras claves: aluminio, lacado, erosión, tropical, durabilidad


Lilia del Carmen González Ortega Artículo OriginalCorreo electrónico:[email protected]

Brenda Luisa McNeil MontañesCorreo electrónico:[email protected] de Tecnología y Calidad (CTEC), Ministerio Industrias, La Habana, Cuba

Rigoberto Marrero ÁguilaCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNEl desarrollo de la arquitectura y la necesidad de la

búsqueda de materiales más resistentes han condicionadola aparición de la carpintería de perfiles de aluminio lacado.Estos perf i les lacados, por sus características ycomposición, proporcionan propiedades que facilitan eldiseño, la operación, la resistencia y la belleza, por lo querevisten una gran importancia en el contexto integral de unaobra, fundamentalmente, en aquellas que constituyen unvolumen importante en el plan de construcciones socialesactual, y son ampliamente utilizados tanto en las obrasarquitectónicas de nueva creación, como en la restauracióny recuperación de las ya existentes. Pero es importante

destacar que no se trata de producir y comercializar puertaso ventanas en demasía, sino encontrar, mediante laintroducción de tecnologías y sobre la base de los estudiosnecesarios para cada obra, la mejor solución para garantizarel máximo de ahorro energético y lograr el decoradorequerido, todo esto al menor costo posible y con la mayorcalidad y durabilidad prevista.

En Europa existen organizaciones rectoras para dichosproductos, como Qualicoat, que se ha dedicado al estudiodel comportamiento de estos recubrimientos y hanestablecido directrices que tienen que ser cumplidas por losproductores para ser reconocidos y poder optar por su sellode calidad. Hasta el momento, estas especificaciones son




Durabilidad del perfil de aluminio lacado en las condiciones de clima tropical


las exigidas en el país, tanto para los productores comopara los comercializadores de aluminio lacado.

Esta carpintería en Cuba se ha instalado en todo el país,en todos los ambientes, desde rural, industrial y marinocostero y ha ocurrido que en algunas de las obras de caráctersocial y turístico enclavadas principalmente en la zonacostera norte del país, la carpintería de aluminio lacadoempleada ha presentado problemas relacionados con laspropiedades protectoras y decorativas del recubrimiento ypor tanto se ha visto reducida la durabilidad de la misma amenor tiempo del previsto, provocando pérdidas económicas.

Por la no existencia de una norma o documento cubanopara regir las especificaciones de estos perfiles lacados, yasean importados o lacados, en el país se usan las directricesconcernientes a la marca de calidad para los revestimientospor termolacado (líquido o polvo) del aluminio destinado a laarquitectura, presididas por Qualicoat, que es unaorganización mundial de la calidad destinada a mantener ypromover la calidad de las lacas, pinturas y otrosrecubrimientos utilizados para la protección del aluminio ysus aleaciones para aplicaciones arquitectónicas, con sedeoficial en Zurich, Suiza. Hoy en día son miembros deQualicoat países de África, Asia, Australia, la mayoría delos países de Europa y recientemente América; tanto comoempresas lacadoras o como por productores de diferentestipos de pinturas. A través de los inspectores de estoslaboratorios se ejecutan las inspecciones para elotorgamiento de la licencias de Qualicoat. En sus directivasse plantean los métodos de ensayo y las exigencias quedeben ser cumplidas por los productores e importadores deperfiles de aluminio lacados.

Los perfiles son sometidos a una serie de ensayos [1]físicos, mecánicos, químicos y climáticos acelerados(resistencia a la niebla salina, a la humedad y temperaturacon condensación en atmósfera constante y al envejecimientoacelerado con ciclos alternados de radiaciones ycondensación que simulan el efecto de la sucesión del día yla noche de forma acelerada sobre los recubrimientoslacados) y climático natural, en tiempo real por un períodomínimo de al menos un año. Las directrices de Qualicoat,proponen para este ensayo y es la que aceptan para elotorgamiento de la licencia a la estación de ensayosnaturales de la Florida, Estados Unidos. Esta estación deensayos del sur de la Florida se encuentra localizadaaproximadamente a 33 km al nordeste del centro de Miami,en una región rural libre de contaminación, con climasubtropical. Dicha región ha mantenido por mucho tiempoun banco de localización para ensayos ambientales, dadaslas condiciones típicas de gran humedad y elevada radiaciónultravioleta y temperatura, que garantiza un ambientesubtropical muy específico para ensayos de exposición alexterior. Unos 1 685 mm de precipitación anual dan lugar aperíodos extensos de humedad que caracterizan laagresividad típica de esta región. [1]

El laboratorio de ensayos de tropicalización ubicado enCojímar, está autorizado y cuenta con todo el equipamientonecesario para la certificación de estos perfiles lacados, porlo que desde hace años está dedicado al control de estosmateriales, realizando los ensayos físicos, químicos,

mecánicos y climáticos acelerados. El ensayo de exposiciónnatural no se realizaba por el largo período de tiempo querequiere y por esa razón se emplea la comprobación delcumplimiento de todas las especificaciones establecidas enlas directrices de Qualicoat en el resto de los ensayos.

MATERIALES Y MÉTODOSPara la realización de este trabajo primeramente se

sometieron a ensayos paramétricos y climáticos enexposición natural los perf iles lacados terminados(certificados por Qualicoat) de cinco procedencias, lascuales serán nombradas con las letras A, B, C, D, E, encorrespondencia con la política de secreto y confidencialidaddel laboratorio. De cada una de las procedencias se dispusode un total de 10 muestras (9 en ensayos y una de testigopara comparación v isual) lo que hace un total de50 muestras de perfiles de aluminio lacado.

De manera uniforme para todas las muestras fue usadocomo recubrimiento lacado la misma pintura, de la cual setienen los certificados de homologación otorgados porQualicoat y el mismo tratamiento superficial no crómico.Estos aspectos fueron los que limitaron la inclusión de másprocedencias en la investigación y por otra parte no todaslas importaciones de perfiles de aluminio lacado, ya seandestinados a la producción de carpintería como a otros fines,pasan por los controles establecidos para certificar su calidady por ende no es posible tener acceso a las muestrasnecesarias para determinar su calidad.

Primeramente, se procedió a la determinación para lasmuestras de cada una de las procedencias, del parámetroespesor [2] del recubrimiento lacado y de acuerdo con losresultados las muestras se clasificaron en tres rangos paracada una de las procedencias para delimitar y evaluar elcomportamiento de las mismas después de la realizacióndel ensayo natural.

Los rangos en que fueron divididas las muestras fueronlas siguientes:

Grupo 1: Espesores entre 60 y 70 µm.Grupo 2: Espesores entre 70 y 90 µm.Grupo 3: Espesores superiores a 90 µm.

A su vez se determinó el brillo [3] del recubrimiento decada de las muestras de cada grupo, para clasificarlas ytomar este parámetro como referencia del comportamientodel recubrimiento después de ser sometido a este ensayode exposición natural en la estación de Cojímar.

Además de estas determinaciones, se comprobaron lacomposición química de la aleación de los perfiles extruidosde aluminio (para clasificar la aleación en AA6060 [4] oAA6063 [5] y se comprobó la dureza Brinell (entre65 y 75 HB) de la misma para descartar las interferenciasque pudieran ocasionar las diferencias de estos parámetrosen cada una de las muestras y tratar de lograr unahomogeneidad en la investigación, por lo que las muestras

Lilia del Carmen González Ortega - Brenda Luisa McNeil Montañes - Rigoberto Marrero Águila


para cada una de las procedencias están en igualdad decomposición química y de dureza [6].

Los perfiles deben exponerse durante un año en expositoresorientados al Sur e inclinados 45º con respecto a lahorizontal [7] en la estación natural marino-costera deCojímar [8]. Después de la exposición se limpiarán lasmuestras expuestas.

El brillo será medido en un ángulo de 60º antes y despuésde la exposición. La evaluación de la medición permitiráestablecer la categoría según la siguiente orientación:

Categoría 1(0-30 unidades)Categoría 2 (31-70 unidades)Categoría 3 (71-100 unidades)La media residual del brillo después del ensayo debe ser

al menos del 50 % del brillo inicial según las exigencias delensayo [1].

Las características meteorológicas de la estación naturalmarino - costera de Cojímar, Habana del Este, Habana, Cuba,se muestran en la tabla 1.

climatológicas principales que caracterizan la granagresividad corrosiva de la estación de ensayos naturalde Cojímar, lo cual sin dudas, constituye la causa principalque determina la aparición de signos de desgaste en elrecubrimiento lacado del perfil de aluminio, causa de lareducción de la calidad de la carpintería en un númeroconsiderable de instalaciones, ubicadas en la zona nortecostera de la capital y del resto del país.

Se observan, al concluir el ensayo de exposiciónnatural, pérdidas de espesor de más de 8 µm en el grupo1 (espesores entre 60 y 70 µm), lo que queda demostradopor el hecho de que han fallado sistemas de carpinteríacolocados en la zona costera en instalaciones turísticas,a pesar de que estuvieran certificados por Qualicoat, losperfiles usados para su fabricación. Los valores de espesordel grupo 1, es decir, las muestras de espesores entre60 y 70 µm, al ser expuestos pierden espesor hasta elpunto de quedar la inmensa mayoría en un espesor finalpor debajo de 60 µm, valor reconocido por Qualicoat comoel mínimo permisible para garantizar calidad y durabilidad.Como se observa, los valores de pérdidas de espesorpueden sobrepasar las 8 µm en muchos de los casos,por lo que teniendo en cuenta esto es recomendable elevara 70 µm el valor mínimo de espesor para el recubrimientolacado.

También se observan pérdidas mayores (desgaste mayor),de hasta más de 25 micras en el grupo 3 (espesores porencima de 90 µm), pero en estos casos quedan por encimadel espesor límite mínimo normado, por lo que es más difícilel fallo por pérdida del espesor.

Estableciendo una correlación entre el espesor y el brillodel recubrimiento, en la tabla 3 se puede notar que a medidaque aumenta el espesor, el brillo del recubrimiento tiende adisminuir, observándose los menores valores para el grupo 3(espesores superiores a 90 µm), aunque igualmente lasdiferencias del brillo antes y después del ensayo seencuentran en los límites normados por Qualicoat (menoresdel 50 % del valor inicial).

Las mayores pérdidas del brillo se producen en lasmuestras con espesores de recubrimiento lacado por encimade 90 micras y como el brillo en estas muestras es menor,resulta entonces más fácil el cambio o caída en laclasificación a una escala menor.

A continuación se muestran las gráf icas delcomportamiento del espesor y el brillo del recubrimientolacado antes y después de los ensayos para cada una delas procedencias (figuras 1-5). En el eje de las x serepresentan las denominaciones de las muestras para cadaprocedencia (A a la E) sometidas a ensayos (9 réplicas) yen el eje de la y, se representan los valores de brillo (unidadesde brillo) y espesor del recubrimiento lacado (µm).

Tabla 1Datos meteorológicos promedio de la estación marino-costera deexposición natural del Labet en el período de exposición

Variables de caracterización de laatmósfera

Datos promedio en elperíodo

Promedio de la humedad relativa (%) 85,4

Precipitaciones:Cantidad (mm/año)pH

1 591 5 - 7

Promedio de insolación diaria (horas/día) 7,2

Índice medio diario de SO2 depositadoen (mg/m2 día) 26,4

Índice medio diario de Cl- depositado en(mg/m2 día) 202,3

RESULTADOS Y DISCUSIÓNEl desarrollo de este ensayo de exposición natural, fue

monitoreado cada tres meses para controlar elcomportamiento de los valores del espesor y del brillo delrecubrimiento y en cada una de las etapas los perfiles semanifiestan en una tendencia a los resultados finales similarpara todas las procedencias. Los resultados obtenidos alfinal del ensayo mantuvieron la propensión a la disminucióndel espesor ya desde el primer trimestre de exposición.

Los valores de las determinaciones de espesor delrecubrimiento lacado de las muestras (antes y después delensayo natural) que se exponen en la tabla 2, muestranclaramente la disminución que se produce en este parámetrocuando las muestras se ponen en contacto con el climatropical marino-costero de Cuba.

La gran concentración de iones cloruro en la atmósfera,combinados con cantidades importantes de dióxido de azufrey la elevada humedad relativa (tabla 1) son las condiciones



Tabla 2Espesor promedio del recubrimiento lacado antes y después del ensayo de exposición natural

Ensayo de envejecimiento natural (1 año)

Procedencia

A B C D E

Grupo 1Espesorpromedio(µm)

Espesor promedio del recubrimiento al comenzar el ensayo

63,2-66,9 60,7-65,1 61,5-69,8 64,1-66,3 61,3-64,5

Espesor promedio del recubrimiento al terminar el ensayo

56,6-58,3 54,2-58,1 53,0-61,3 56,2-58,7 53,8-56,6



71,1-77,4 71,6-74,9 78,3-85,1 71,4-79,4 86,8-90,1


66,1-73,7 66,8-69,3 69,4-76,1 63,2-71,2 78,4-80,7



91,5-98,7 112-114 104-113 108-113 92,9-112


81,3-84,3 85,3-86,3 84,9-89,2 86,6-89,1 79,8-85,9

T a b la 3D e te rm in a c io n e s d e l b rillo d e l re c u b r im ie n to la c a d o a n te s y d e s p u é s d e l e n s a y o d ee n v e je c im ie n to n a tu ra l e n la e s ta c ió n d e C o jím a r p o r e l p e río d o d e 1 a ñ o

E n s a y o d e e n v e je c im ie n to n a tu ra l( 1 a ñ o )

P ro c e d e n c ia

A B C D E

G ru p o 1B rillo p ro m e d io

( u n i d a d e s d e

b r illo )

B rillo p ro m e d io d e l re c u b r im ie n to a n te s d e l e n s a y o

9 3 ,2 -9 4 ,7 9 4 ,0 -9 7 ,3 9 5 ,3 -9 6 ,3 9 5 ,1 -9 6 ,0 9 4 ,8 -9 5 ,5

B rillo p ro m e d io d e l re c u b r im ie n to a l te rm in a r e l e n s a y o

8 8 ,3 -8 9 ,9 8 9 ,4 -9 2 ,3 9 0 ,1 -9 1 ,2 9 0 ,5 -9 1 ,1 8 9 ,4 -9 0 ,8



b r illo )


9 0 ,1 -9 2 ,8 9 2 ,3 -9 3 ,5 9 3 ,9 -9 5 ,3 9 3 ,3 -9 4 ,0 9 3 ,0 -9 3 ,6


8 6 ,1 -8 7 ,7 8 7 ,3 -8 9 ,1 8 8 ,5 -9 0 ,2 8 8 ,0 -8 9 ,8 8 6 ,3 -8 8 ,2



b r illo )


8 4 ,0 -8 7 ,7 8 0 ,1 -8 2 ,0 8 1 ,7 -8 5 ,4 8 0 ,0 -8 1 ,8 8 2 ,4 -8 7 ,8


7 4 ,5 -8 0 ,6 6 7 ,8 -6 9 ,4 6 5 ,0 -7 5 ,9 6 3 ,1 -6 8 ,9 6 8 ,2 -7 7 ,4

Lilia del Carmen González Ortega - Brenda Luisa McNeil Montañes - Rigoberto Marrero Águila


COMPORTAMIENTO DEL ESPESOR Y EL BRILLO PROCEDENCIA A: EXPOSICIÓN NATURAL

50

60

70

80

90

100

110

A4.1

A4.2

A4.3

A4.4

A4.5 A4.6

A4.7

A4.8

A4.9

Espesor PromedioANTES

Espesor PromedioDESPUÉS

Brillo delRecubrimientoANTESBrillo delRecubrimientoDESPUÉS

COMPORTAMIENTO DEL ESPESOR Y EL BRILLO PROCEDENCIA B: EXPOSICIÓN NATURAL

5060708090

100110120

B4.1 B4.2 B4.3 B4.4 B4.5 B4.6 B4.7 B4.8 B4.9




COMPORTAMIENTO DEL ESPESOR Y EL BRILLO PROCEDENCIA C: EXPOSICIÓN NATURAL

5060

70

8090

100

110120

C4.1 C4.2 C4.3 C4.4 C4.5 C4.6 C4.7 C4.8 C4.9




COMPORTAMIENTO DEL ESPESOR Y EL BRILLO PROCEDENCIA D: EXPOSICIÓN NATURAL

50

60

70

80

90

100

110

120

D4.1D4.2D4.3D4.4D4.5 D4.6D4.7 D4.8D4.9




COM PORTAMIENTO DEL ESPESOR Y EL BRILLO PROCEDENCIA E: EXPOSICIÓN NATURAL

50

60

70

80

90

100

110

120

E4.1 E4.2 E4.3 E4.4 E4.5 E4.6 E4.7 E4.8 E4.9




Fig. 5. Comportamiento del espesor y brillo para las muestrasE4.1 a E4.9. Procedencia E

Fig. 1. Comportamiento del espesor y brillo para las muestrasA4.1 a A4.9. Procedencia A

Fig. 2. Comportamiento del espesor y brillo para las muestrasB4.1 a B4.9. Procedencia B

Fig. 3. Comportamiento del espesor y brillo para las muestrasC4.1 a C4.9. Procedencia C

Fig. 4. Comportamiento del espesor y brillo para las muestrasD4.1 a D4.9. Procedencia D.

Como puede observarse en los gráficos del 1 al 5, paracada una de las procedencias se mantienen las mismascondiciones. A medida que el espesor aumenta, el brillodisminuye y las pérdidas son mayores, tanto en el espesorcomo en el brillo en los perfiles con espesor de recubrimientopor encima de las 90 micras y es generalizada la situaciónde la pérdida de espesor a valores por debajo de 60 micrasen la mayoría de los perfiles del grupo 1.

CONCLUSIONES1. El clima marino-costero existente en Cuba ejerce una

gran influencia sobre los espesores de los recubrimientoslacados sobre perfiles de aluminio, provocando sudisminución en algunos casos hasta valores por debajo delos recomendados por Qualicoat para garantizar ladurabilidad.

2. De acuerdo con los resultados obtenidos se recomiendala modificación de la especificación de espesor derecubrimiento establecida en las directrices de Qualicoat paragarantizar la durabilidad de los perfiles de aluminio lacadoen el clima costero de Cuba a un rango de (70-90) µm.



AbstractSearching for solutions against the degradation of materials by corrosion effect, is a common practiceto use alloys such as aluminium instead of steel due to the advantages obtained. The lacqueredaluminium profiles can substitute other materials like wood, in the carpentry production, becoming aneconomic saving. There is an increasingly use of aluminium replacing other traditional materials inthe constructions in process, but its quality has been reduced in a considerable amount of installations.In this research, aluminium profiles from five different sources were submitted to a trial in naturalexposition conditions at the Tropical weather condition Testing Lab, in order to evaluate their behaviourand establish, for the first time in our country, standing rules for lacquered aluminium profiles to bestrictly fulfilled by manufacturers and importers. The results will allow modifying thickness standardsof this type of coating, to guaranty its durability and to eliminate the failures provoked by our highsevere weather conditions.

Key words: lacquered, aluminium, corrosion testing, weather conditions, durability

Durability of Lacquered Aluminium Profile ConsideringTropical Weather Conditions

3. Con la realización de este trabajo se ha demostradoque resulta de extrema importancia perfeccionar en el paísmecanismos que obliguen tanto a productores como aimportadores de carpintería de aluminio lacado a enfrentarlos controles que garanticen la conformidad de sus productoscon el clima tropical de Cuba.

REFERENCIAS1. SHOPPING, A. Directrices concernientes a la marca de

calidad para los revestimientos por termolacado (líquido opolvo) del aluminio destinado a la arquitectura. 13a edición.Suecia. Diciembre 2012. Disponible en Web:http://www.aselaclacados.com/qualicoat/especificaciones.pdf

2. NORMA ESPAÑOLA UNE EN ISO 2360: 04.Recubrimientos no conductores sobre un metal base nomagnético. Medición del espesor. Método de las corrientesde Foucault. AENOR (Asociación Española deNormalización y Certificación), Madrid, España, 2010.

3. NORMA ESPAÑOLA UNE EN ISO 2813: 99. Pinturas ybarnices. Determinación del brillo especular derecubrimientos no metálicos, con un ángulo de 20°; 60° y85°. AENOR (Asociación Española de Normalización yCertificación). Madrid, España, 2010.

4. NORMA ESPAÑOLA UNE 38350: 2001. Aluminio yaleaciones de aluminio para forja. Serie 6000. EN AW-6060. AENOR (Asociación Española de Normalización yCertificación), Madrid, España, 2010.

5. NORMA ESPAÑOLA UNE 38337: 2001. Aluminio yaleaciones de aluminio para forja. Serie 6000. EN AW-6063. AENOR (Asociación Española de Normalización yCertificación). Madrid, España, 2010.

6. NORMA ASTM (American Standard of Testing Materials)E 10: 2007. Determinación de la dureza Brinell demateriales metálicos. West Conshohocken, PA 19428-2959. United States of America.

7. NORMA ESPAÑOLA UNE EN ISO 2810:05 Pinturas yBarnices. Envejecimiento natural de recubrimientos.Exposición y evaluación. AENOR (Asociación Españolade Normalización y Certificación). Madrid, España, 2010.

8. GONZÁLEZ PRADA, Candelaria; MARRERO ÁGUILA,Rigoberto. "Factores ambientales y su influencia en laagresividad corrosiva de la estación de ensayos de Cojímar.Comparación con otras estaciones". Revista CENICCiencias Químicas. ISSN 0254-0525. vol. 36, núm. 3, 2005.pp. 181-185. Disponible en Web: http://www.redalyc.org/pdf/1816/181620584007.pdf

AUTORESLilia del Carmen González OrtegaIngeniera Química, Laboratorio de Ensayos de Tropicalización(LABET), Centro de Tecnología y Calidad (CTEC), Ministeriode Industria, La Habana, Cuba

Brenda Luisa McNeil MontañesIngeniera Química, Laboratorio de Ensayos de Tropicalización(LABET), Centro de Tecnología y Calidad (CTEC), Ministeriode Industria, La Habana, Cuba

Rigoberto Marrero ÁguilaIngeniero Químico, Doctor en Ciencias, Profesor Titular, Fa-cultad de Ingeniería Química, Instituto Superior PolitécnicoJosé Antonio Echeverría,Cujae, La Habana, Cuba

http://www.aselaclacados.com/qualicoat/especificaciones.pdf

http://www.redalyc.org/

Recibido: 26 de marzo del 2013 Aprobado: 28 de junio del 2013


Efecto corrosivo del agua acompañantedel petróleo contaminada con CO2 sobreel acero de los ductos


ResumenLa corrosión del acero al carbono en tuberías de conducción de petróleo destinado a la venta, es unproblema grave, debido a que se producen grandes pérdidas materiales, económicas y en algunoscasos, daños a terrenos productivos. El propósito de este trabajo es determinar la agresividad delagua acompañante del petróleo contaminada con CO2 (g), sobre el acero de construcción de losoleoductos, teniendo en cuenta las variaciones de temperatura que ocurren durante el trasiego depetróleo. Se empleó la técnica electroquímica de resistencia de polarización lineal (LPR) para deter-minar la velocidad de corrosión del acero debida al agua acompañante del petróleo contaminada condióxido de carbono. Se demostró que el aumento de la temperatura y de la condición de saturacióndel CO2 en el agua acompañante del petróleo, acentuó el fenómeno de corrosión que experimentó elacero. Los resultados de los espectros de ruido electroquímico y los valores de índice de localiza-ción calculados, demuestran la presencia de corrosión localizada en la superficie del acero(API 5L X - 52). Este resultado fue complementado por la técnica de microscopía óptica que permitiócorroborar la pobre adherencia de las capas que se depositan sobre el metal y que la aparición deeventos localizados aumenta en el medio que se investigó con el incremento de la temperatura yconcentración de CO2.Palabras claves: corrosión electroquímica, agua acompañante del petróleo, oleoductos


Alexander Cueli Corugedo Artículo OriginalCorreo electrónico:[email protected]

Yosmari Adames MonteroCorreo electrónico:[email protected]

Juan Davis HarriettCorreo electrónico:[email protected]

Yischy Rivera BeltránCorreo electrónico:[email protected] de Investigaciones del Petróleo, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNLos oleoductos son conducciones metálicas de diferentes

diámetros, empleados en el transporte de petróleo y de susproductos refinados a grandes distancias. Estos parten delos yacimientos petrolíferos o de las refinerías, y desembocanen puertos de embarque, refinerías o grandes centros deconsumo (áreas de almacenamiento, industrias y otros).Gracias a las ventajas económicas que ofrece la conducciónde fluidos por oleoductos soterrados a largas distancias, sehace necesario disminuir al máximo la corrosión interior del

tubo, ya que mediante estos se translada toda la producciónde perforación y extracción de petróleo.

El petróleo no es conductor eléctrico, de ahí que seconsidere no corrosivo, más cuando están presentessustancias como: CO2(g), H2S(g) en el agua de capa [1] estasse consideran impurezas en la misma y les imparten elcarácter corrosivo y están presentes en muchos campos deproducción de gas y crudo.

El hecho de que el proceso de separación del agua delpetróleo no sea totalmente eficiente, provoca que ciertacantidad de agua recorra el ducto en forma de emulsión





Efecto corrosivo del agua acompañante del petróleo contaminada con CO2 sobre el acero de los ductos


petróleo-agua la que al ir avanzando el fluido se quede retenidadentro del tubo [2], en los lugares más bajos de su recorrido,lo que trae como consecuencia la ocurrencia del fenómenode corrosión interior de la tubería de tipo localizada.

En medio acuoso, el dióxido de carbono (CO2(ac)) atacaal acero no aleado y la velocidad de corrosión depende delvalor de pH de la solución y de la temperatura [3].

Esta disolución lleva a la formación de ácido carbónico:

2 2 2 3l g acH O CO H CO

(ácido carbónico), el cual es un ácido débil porque lasdisociaciones son pocas:

2 33 ac ac acH CO H HCO (ion carbonato) Por otra parte, la disolución del gas CO2, genera CO2 en

estado acuoso lo que se representa como:

2 2 22/

2 323 2 / /

2 3 3

g l ac l

ac l ac ac ac

ac l ac ac ac

CO H O CO H OCO H O HCO H KHCO H O CO H O K

Se observa que la reducción normal del H+ a H2 y la de lasespecies de 3HCO probablemente se le añadan a lareacción catódica.

Las fallas por corrosión en países industrializados ocupanel 33 % y en la industria petrolera, la corrosión por CO2 es28 %, superior a la de H2S que es un 18 % [4].

Por la importancia económica que representa para el paísel transporte de los crudos desde los yacimientos hacia lasestaciones centrales, se trabaja en la determinación delmecanismo de corrosión de este gas indeseable disuelto enuna proporción de agua retenida por problemasoperacionales.

El presente trabajo tiene como objetivo determinar laagresividad del agua acompañante del petróleo contaminadacon CO2 (g), sobre el acero de construcción de los oleoductos,teniendo en cuenta las variaciones de temperatura queocurren durante el trasiego de petróleo [5]. La temperaturaes uno los factores que influye en la velocidad de corrosiónde la instalación objeto de investigación.

MATERIALES Y MÉTODOSSe realizaron ensayos electroquímicos para el acero de

los oleoductos en presencia de agua de capa, de formacióno acompañante del petróleo, extraída del tanque de aguasresiduales a temperaturas de 50 oC y 70 oC, en ausencia ypresencia de dióxido de carbono (CO2) a una condición desaturación. Para dichos ensayos en condiciones dinámicasse diseñó una celda de vidrio en forma de U de 700 mL decapacidad, de 3 bocas: la boca central para el puente salino,con electrodo calomel saturado, otra para el agitador y laque le corresponde al sensor de trabajo. Se montó la celda

electroquímica en un termostato que permitió regular latemperatura del ensayo. Luego se conectó al equipo FieldMachine mediante cables recubiertos, donde un terminal vaa la celda y la otra al equipo, que se encarga de recibir lasseñales de los procesos de corrosión y expresarlas en valoresgráficos y numéricos.

Las técnicas electroquímicas empleadas fueron laresistencia de polarización lineal (LPR) según la NormaASTM G-59 [6] y la de ruido electroquímico, según laNorma ASTM G-199[7]. Por la gran cantidad de datos,que se genera en la técnica de LPR y a pesar que estase procesa estadísticamente por el software, se le realizóla prueba de Dixon como tratamiento estadístico para elanálisis de los valores más alejados con una probabilidadde 95 %. Para el tratamiento estadístico se utilizó la NormaASTM G 16-95 [8].

Para caracterizar el medio, es decir, el agua de capaobjeto de la investigación, se procedió a la determinaciónde parámetros físico-químicos como son: cloruros (NormaISO 9297) [9], sulfuros (Norma APHA 4500) [10], pH a25 0C (Norma ISO 10523) [9], densidad (Norma ALPHA:98Edición 20 ) [10] y la conductividad a 25 0C (NormaAPHA 2510) [10] .

El agua de capa o de formación se contaminó con CO2según adecuación a la Norma NACE -1D -182 [11].

Para la identificación de las capas de depósitos se utilizóun microscopio óptico de luz reflejada, modelo Axiovert 25de la Zeiss.

RESULTADOS Y DISCUSIÓNLa determinación de la composición físico-química del agua

de capa, se presenta en la tabla 1. En esta se puede observarque el valor de pH (7,90), denota la capacidad tampón alevitar que los niveles de pH del agua lleguen a serdemasiados básicos o ácidos.

Teniendo en cuenta la alta concentración de cloruros y labaja resistividad del agua de capa, puede considerársele unparecido con el agua de mar (25 x cm), filtrada a través delas rocas sedimentarias, dada su proximidad a las costas.

El agua de capa es un medio altamente corrosivo,característica que le confiere además de los cloruros y labaja resistividad, la contaminación de CO2.Resultados de los ensayos electroquímicos

En la presente investigación, los factores externos queinfluyen sobre la corrosión electroquímica son: latemperatura, el movimiento relativo del medio corrosivo (aguade capa) y la presencia de una mayor concentración delcontaminante CO2 (g) en el agua de capa con relación a laestructura metálica.

En la tabla 2 se observa, en todos los casos, valores develocidad de corrosión elevada. Esto se debe entre otrosfactores al aumento de la movilidad iónica de las especiesen solución que favorece a los procesos anódicos y catódicosque son los responsables de las magnitudes de velocidad

Alexander Cueli Corugedo - Yosmari Adames Montero - Juan Davis Harriett - Yischy Rivera Beltrán


que se reportan [5]. Al analizar las temperaturas que seensayan: 50 y 70 0C, se denota que las velocidades decorrosión aumentan al cambiar dicho factor externo, siendomás acentuado cuando se alcanza la temperatura de 70 0C.

El incremento de la velocidad de corrosión se hacemarcado cuando se contamina el sistema de estudio conCO2 y se hace extrema cuando se aumenta además latemperatura, reportándose el valor más elevado de todos losensayos (6,814 3 mm/ año).

En la investigación se llevó a cabo el análisis de la influenciaque ejerce el movimiento de la solución corrosiva en lavelocidad de corrosión del acero en agua de capa. Encondiciones estáticas (figura 1), se obtiene un aumento dela velocidad de corrosión a medida que la temperatura delmedio se eleva. Se destaca que dichos valores son menoresque los obtenidos en condiciones dinámicas (figura 2).

Lo anterior guarda relación con lo planteado por la literaturadonde la velocidad de corrosión aumenta, al aumentar lavelocidad del medio corrosivo cuando el proceso está bajocontrol catódico de difusión, tal como ocurre con el hierro enagua de mar.

Tabla 1Composición físico-química del agua de capa

Índices Agua de capa

Cloruros (mg / L) 19 534

Sulfuros (mg/ L) 220

Alcalinidad (mg/L) (Ca CO3) 657

pH (25 0C) 7,90

Densidad (25 ºC) 1,025 g/cm3

Conductividad (25 o C) ( mS/cm) 48,8

Resistividad 21 x cm

Tabla 2Resultados del ensayo de resistencia de polarización lineal en condiciones dinámicas

Ensayos Pot. Rep.(mV)

LPR(ohm/cm 2) Icorr (mA/cm 2) V corr(mm/ año)

Agua de capa (50 oC ) - 648 740,394 3 0,035 65 0,424 7

Agua de capa (70 oC ) - 652 65,958 0 0,397 70 4,629 0

Agua de capa(50oC) + CO2 (g)

- 654 123, 878 0,211 05 2,396 9

Agua de capa(70oC) + CO2 (g)

- 668 123,088 7 0,584 4 6,814 3

En la figura 1 se presenta también la influencia de latemperatura y los contaminantes en la velocidad de corrosiónobtenidos por la técnica de LPR de forma gráfica. El ensayocorrespondiente al agua de capa sin contaminación adicional(curva verde ), presenta un ligero incremento de la velocidadde corrosión en el rango de temperaturas 35-50° C. A partirde este valor el aumento es proporcional, no siendo asícuando se contamina el medio con CO2 (g) donde existe unligero aumento del parámetro que se mide debido a lahidrólisis del CO2 (g) y a la formación del ácido carbónico(H2CO3 (ac)) que al ser muy inestable, se reduce rápidamentey pueden presentarse algunos eventos localizados.

El resultado que se obtiene con la técnica de ruidoelectroquímico para el acero del ducto en las condicionesevaluadas a las temperaturas de 50 y 70 °C se presenta enlas figuras 3 y 4. En todos los casos, se aprecian fluctuacionesmarcadas de potencial seguidas de recuperacionesexponenciales concernientes a posibles eventos localizados[3]. La presencia del CO2 y el aumento de la temperatura a70 °C favorecen el incremento de transitorios que advierteneventos de localización en la superficie del metal y laformación de capas poco protectoras.

Fig. 1. Comportamiento de la velocidad de corrosión Vs.temperatura en condiciones estáticas

12

0

2468

10

20 35 50 65

H2O capa

H2O capa + CO2

Vel

ocid

ad d

e C

orro

sión

(m

m/ a

ño)

donde:Pot. Rep: Potencial de reposo.LPR: Resistencia de polarización lineal.Icorr: Corriente de corrosión.Vcorr: Velocidad de corrosión determinadas por LPR.



La Norma ASTM G-199 [7] empleada en la técnica de ruidoelectroquímico, permite conocer el índice de localización depicaduras y establece que con valores superiores a 0,1 existecorrosión localizada, mientras que a valores cercanos a 1,plantea el predominio de este tipo de mecanismo.

En la tabla 3 se muestran los índices de localización paracada ensayo realizado, obteniéndose un aumento proporcionaldel parámetro que se mide con la temperatura.

0

5

10

15

20

25

30

20 35 50 65

Temperatura (oC)

Velo

cid

ad d

e co

rros

ión

(mm

/año

)

H2O capa

H2O capa + CO2 (g)

Ta b la 3Índ ice de lo ca lizac ión (L I)

E nsa yo s L I

1 A gua d e cap a a 50 °C 0 ,1 8

2 A gua d e cap a a 70 °C 0 ,4 4

3 A gua d e cap a a 50 °C + C O 2 0 ,6 2

4 A gua d e cap a a 70 °C + C O 2 0 ,8 2

Análisis de las micrografías obtenidas mediantemicroscopia óptica

Se realizó posteriormente el estudio de la morfología delas capas de depósitos formados y el tipo de corrosión quese observó por visualización de cambios en la superficiedespués de la remoción de los productos de la corrosión pormicroscopía óptica [3].

En la figura 5 se muestra la morfología de la capas dedepósito sobre la superficie del metal, las que se caracterizanpor ser poco adherentes y porosas, que se van desarrollandocon el aumento de la temperatura de ensayo [2]. Esteaspecto es muy importante y falla en los diferentes modelosque se han desarrollado para describir la corrosión del aceroen presencia de CO2.

En presencia de CO2 (g), la velocidad de corrosión aumentaen este medio y se incrementa aun más con el ascenso dela temperatura, lo que puede atribuirse este comportamiento,a la pobre adherencia de las capas que se depositan sobrela superficie del metal, que las clasifica como no protectoras.Se debe tener en cuenta, la particularidad de que con elaumento de la temperatura, las capas se fracturan con mayorfacilidad y hay una mayor aparición de eventos localizadoscon tendencia a la picadura.

Pote

ncia

l (m

V)

Corr

ient

e (m

A/cm

2 )

Tiempo (Minutos)

Tiempo (Minutos)

Fig. 2. Comportamiento de la velocidad de corrosión Vs.temperatura (condiciones dinámicas)

Fig. 3. Espectro de ruido electroquímico del agua de capaa 50 0C con dióxido de carbono

Tiempo (Minutos)

Tiempo (Minutos)

Corr

ient

e (m

A/ c

m2 )

Pote

ncia

l (m

V)

Fig. 4. Espectro de ruido electroquímico del agua de capa a70 0C dinámicas con dióxido de carbono

Fig. 5. Micrografías obtenidas mediante microscopia óptica a200 X del acero ducto en agua de capa a la temperaturade 70 0C con CO2

Alexander Cueli Corugedo - Yosmari Adames Montero - Juan Davis Harriett - Yischy Rivera Beltrán


La técnica de microscopia óptica evidenció la pobreadherencia de las capas que se depositan sobre el metal,que se fracturan con mayor facilidad y que incremento laaparición de eventos localizados con el aumento de latemperatura y presencia de CO2 en el medio que se investigó.

CONCLUSIONES1. El agua de capa es un medio altamente corrosivo,

característica que le confiere además de los cloruros y labaja resistividad, la contaminación adicional de CO2.

2. Los resultados de los espectros de ruido electroquímicoy los valores de índice de localización calculados en ambosmedios corrosivos, demuestran de forma general la presenciade corrosión localizada en la superficie del acero.

3. La técnica de microscopía óptica evidenció la pobreadherencia de las capas de productos de corrosión, que sedepositan sobre el metal y la aparición de eventos localizadosen el medio corrosivos, que aumentan en presencia de CO2

y el factor temperatura evaluado.

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corrosión por CO2 + H2S en tuberías de acero al carbono".Scientia et técnica. Año XIII, No 36, septiembre de 2007.Universidad Tecnológica de Perei ra.ISSN 0122-1701. Disponible en Web: http://revistas.utp.edu.co/index.php/revistaciencia/article/download/5147/2325 [consultado junio 2013].

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http://ethesis.inp-

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http://www.rlmm.org/archives.php?f=/archivos/S01/



AUTORESAlexander Cueli CorugedoIngeniero Químico, Laboratorio de Corrosión, Centro deInvestigaciones del Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba

Yosmari Adames MonteroIngeniera Química, Máster en Corrosión, Laboratorio deCorrosión, Centro de Investigaciones del Petróleo(CEINPET), La Habana, Cuba.

AbstractThe corrosion of the carbon steel pipelines of petroleum, is a serious problem, because big economicand material losses take place and in some cases damages to productive lands. The purpose of thiswork is to determine the aggressiveness of the formation water of the petroleum contaminated withCO2 (g), on the construction steel of the pipelines, keeping in mind the variations of temperature thathappens during the course of petroleum. The Linear Polarization Resistance (LPR) was used todetermine the corrosion rate of the steel. It was demonstrated that the increase of the temperatureand the saturation condition of CO2 in the formation water of the petroleum, increase the corrosion inthe steel. The spectra of electrochemical noise results and the localization index calculated demonstratethe presence of corrosion located in the API 5L X - 52 steel surface. This result was complemented bythe Optic Microscopy technique that allowed corroborating the poor adherence of the layers that weredeposited on the metal and the appearance of located events increases in the environment that wasinvestigated with the increment of the temperature and CO2 concentration.

Key words: electrochemical corrosion, formation water, steel pipelines

Corrosive Effect of Formation Water in Petroleum with HighContents of CO2 on Steel Pipelines

Juan Davis HarriettIngeniero Químico, Laboratorio de Corrosión, Centro deInvestigaciones del Petróleo (CEINPET), La Habana, Cuba

Yischsy Rivera BeltránIngeniera Metalúrgica, Laboratorio de Corrosión, Centro deInvestigaciones del Petróleo (CEINPET) La Habana, Cuba

Recibido: 28 de septiembre del 2012 Aprobado: 18 de junio del 2013


Diseño de la señal excitadora y del filtroadaptado para un radar de compresiónde pulsos

TELECOMUNICACIONES

ResumenEl presente artículo aborda el empleo de la técnica de compresión de pulsos de radar, haciendoénfasis en la modulación lineal de frecuencia (MLF). Se plantean las características principales delfiltro adaptado como elemento encargado de la compresión del pulso y se derivan operacionesalgebraicas para eliminar el efecto de la fase de la señal recibida en la capacidad de detección.Se modela una estructura hardware para la conformación del pulso transmitido en lenguaje dedescripción de hardware de circuitos integrados de muy alta velocidad (VHDL). El resultado obtenidoes un primer paso en la actualización técnica de radares para aumentar el poder de resolución de losmismos.Palabras claves: radar, modulación lineal de frecuencia (MLF), filtro adaptado,lenguaje de descripciónde hardware de circuitos integrados de muy alta velocidad (VHDL)


Heriberto García López Artículo Original

Emedin Rodríguez ÁguilaFuerzas Armadas Revolucionarias (FAR), La Habana, Cuba

Nelson Chávez FerryCorreo electrónico:[email protected]

Argel González PadillaCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNLa mayor parte de los radares instalados en Cuba son

sistemas implementados con transmisores que operan sobrela base de tecnologías de tubos al vacío. Estos son equiposvoluminosos y pesados que para lograr una resolución de6 s hacen uso de pulsos de pequeña duración y bajoporcentaje del ciclo útil; por este motivo requieren suministrosde altos niveles de potencia de 180 kW para lograr la energíamínima necesaria requerida en el proceso de detección.

El presente artículo tiene el objetivo de contribuir con lamodernización de estos sistemas de radar mediante laadaptación del transmisor de estado sólido TCI-10/25-03 [1]a un radar de la banda métrica. Los transmisores de estadosólido son equipos que operan sobre la base de circuitosintegrados, por lo que en comparación con los transmisores

de tubos al vacío son equipos más pequeños y menospesados que requieren de un menor consumo de potenciacon 25 kW, lo que permite manejar mayores anchos de bandacon buena eficiencia [2].

Debido a que los transmisores de estado sólido operancon bajos niveles de potencia de transmisión, la energía dela señal disminuye al continuar transmitiendo con la mismaduración de pulso, y por consecuente se afecta la probabilidadde detección; por otra parte este transmisor de estado sólidono logra transmitir su potencia en 6 s. El inconveniente dela potencia de transmisión puede ser resuelto aumentandoel tiempo de duración de la señal transmitida, ya que estopermite mantener la energía por pulso utilizando la potenciade transmisión disponible de 25 kW [2].



Diseño de la señal excitadora y del filtro adaptado para un radar de compresión de pulsos

54 Revista Cubana de Ingeniería . Vol. IV, No. 3, septiembre - agosto, 2013, pp. 53 - 59, ISSN 2223 -1781

De las modulaciones abordadas por la literatura científicasobresalen la modulación lineal y no lineal de frecuencia(MLF y MNLF), así como la modulación por código de fase(MCF) como las más utilizadas.

De estas la MLF resulta ser la más aplicada e investigadapor ser muy fácil de implementar en software y en hardware[4-6]. La principal desventaja que presenta la MLF es quejunto al lóbulo principal son generados lóbulos lateralestemporales del pulso comprimido, que pueden llegar aenmascarar blancos de poca superficie efectiva de reflexiónpor lo que es requerido aplicar algún método para reducir elnivel de estos lóbulos. Sin embargo, este inconveniente puedeser asumido en comparación con las ventajas que ofrece suuso, principalmente su fácil implementación en hardware adiferencia de la MNLF y la MCF [3].

El presente artículo propone el diseño en lenguaje dedescripción de hardware del esquema transmisor-receptorcon la modulación MLF y el FA en su versión no coherente,este último con modificaciones para realizar una detecciónindependiente de la fase del eco recibido. Este esquemafunciona como sistema acoplado al transmisor de estadosólido y en su conjunto presenta los beneficios de menorconsumo de potencia, mayor portabilidad y se preserva lacapacidad de detección y resolución.

DISEÑO DEL TRANSMISORLa señal transmitida se diseña modulada linealmente en

frecuencia para lograr una expansión del espectro de lamisma, esta modulación consiste en hacer un incrementode la frecuencia instantánea de forma lineal a partir de lafrecuencia de inicio de barrido f0, verificándose temporalmenteuna ley cuadrática de fase y constante de modulación como indica la ecuación (2):

20( ) cos[2 ( )]

2x t f t t

0 t (2)

El eco de esta señal proveniente del blanco será procesadopor un filtro adaptado, caracterizado por un retardo de grupoque es lineal e inverso al aplicado a la señal en el trasmisor

Fig.1. Proceso de compresión de pulsos de radar

t

Am

plitu

d

2/B = t c

Ampl

itud

t

Filtro Adaptado

t

2tP

E

(1)

donde: tP : Potencia de transmisión. : Duración del pulso transmitido.Sin embargo, un pulso más largo hace que la resolución

se deteriore en la detección de los blancos suficientementecercanos entre sí. Con esta solución se puede transmitir laenergía necesaria pero no con la resolución deseada de6 s. Esto puede ser revertido a través del proceso decompresión de pulsos de gran ancho de banda y empleandocomo receptor un filtro adaptado (FA).Esta técnica permitetransmitir un pulso de gran duración y comprimir el ecorecibido hasta obtener un pulso estrecho que garantice elrango de resolución deseado [2-3]. La figura 1 muestra elefecto de la compresión de pulsos, la señal transmitida conun ancho temporal de segundos es reducida al pasar porel FA a c= 2/B s cuando es modulada linealmente enfrecuencia (MLF), donde B representa el ancho de banda dela señal transmitida. Con base en el FA es posible conformarcon el transmisor de estado sólido una señal con 43,2 s deduración de 25 kW de potencia, esta con igual energía quela señal conformada por el transmisor de tubos al vacío de6 s de duración y 180 kW de potencia. La modulación MLFen conjunto con el FA logra la compresión de 43,2 s a 6 s,de modo que finalmente no se pierde resolución.

A la salida del FA se obtiene la función de autocorrelaciónde la señal recibida, dado que esta forma un par transformadocon la densidad espectral de potencia de la señal, es deesperar que mientras mayor sea el contenido de frecuenciade la modulación mayor será la compresión de dicho pulsoa la salida del filtro.

La implementación de la técnica de compresión de pulsosparte de la transmisión de una señal de gran ancho de banda,lo cual puede ser logrado a través de técnicas de modulaciónque esparcen el espectro de dicha señal antes de sertransmitida. Existen dos esquemas de modulación paraaumentar el ancho de banda del pulso transmitido, lamodulación de la frecuencia instantánea y la modulaciónde fase.

Heriberto García López - Emedin Rodríguez Águila - Nelson Chávez Ferry - Argel González Padilla


en la modulación. De esta forma las frecuencias más altasal inicio del pulso se van a retrasar y sumar de formacoherente con las frecuencias más bajas al final delmismo, provocando una compresión del pulso a la salidade dicho filtro.

El diseño de la señal a transmitir fue realizado en el entornode Simulink del programa de simulación MatLab. El objetivoperseguido fue conformar el argumento del coseno de la señaldescrita en (2) y luego realizar el cálculo de la funcióntrigonométrica mediante un bloque para lenguaje dedescripción de hardware (HDL) de la librería hdllib de estemismo entorno. La figura 2 muestra el diseño propuesto.

En el diseño de la figura 2 se logra el efecto del incrementodiscreto del tiempo mediante la multiplicación de los valoresde un contador por el tiempo de muestreo Tm, luego semultiplica por f0 en una rama y se eleva al cuadrado y semultiplica por en la otra, ambas se suman y con esto seconforma el argumento de la señal trigonométrica exceptopor el valor de 2 ,el cual es añadido por el bloque encargadode calcular el coseno de dicha suma. Los motivos demultiplicación por la ventana de Kaiser son explicados en elapartado del receptor.

Con el objetivo de corroborar el correcto funcionamientodel mismo y obtener una representación más clara de laseñal obtenida se realizó una simulación sin el efecto de laventana de Kaiser y con baja frecuencia de muestreo. Elresultado se muestra en la figura 3, donde se observa cómola frecuencia va aumentando paulatinamente con elincremento de la cantidad de muestras.

El radar de la banda métrica a modernizar hace uso de unpulso de 6 s y una potencia de transmisión de 180 kW, lamáxima potencia disponible en el transmisor de estado sólidoes de 25 kW, para conservar con igual valor la energía y noempeorar la capacidad de detección el nuevo pulso debetener una duración de 43,2 s, esto obtenido mediante laecuación (1).

La MLF permite obtener un ancho de banda de B = 2 / c,donde c representa el ancho del pulso comprimido comomuestra la figura 1, para obtener una resolución de 6 s esnecesario que la señal tenga un ancho de banda de333 kHz. Este radar está sintonizado a una frecuencia intermediade 30 MHz lo cual conlleva que la frecuencia de inicio de barridotome un valor correspondiente a la diferencia entre 30 MHz yla mitad del ancho de banda de la señal igual a 29,833 5 MHz,enuna etapa posterior esta señal será trasladada hasta los180 MHz que es la portadora del transmisor. El valor de es larazón entre el ancho de banda y la duración del pulso igual a7,708 3 .109, teniendo en cuenta estos valores se realizó lasimulación; el resultado se muestra en la figura 3.

Una vez diseñado y simulado en el entorno de Simulink elesquema de transmisión de la señal se prosiguió al diseñoen VHDL. Los bloques utilizados pertenecen a la librería hdllibde MatLab, estos permiten generar un código secuencial enlenguaje VHDL. Para la aplicación en un dispositivo FPGA(Field ProgrammableGateArray-campo de arreglo decompuertas programables) es necesario que el sistema seasíncrono, por lo que es importante realizar algunos cambiosal código generado por Simulink con este fin; así comotambién adaptarlo para que la señal tome valores válidosdurante la duración del pulso y sea cero hasta tanto no hayatranscurrido el período de repetición.La frecuencia derepetición se fijó en 300 Hz, lo cual, como indica la ecuación,permite obtener un alcance máximo de 500 km (3)[2].

2 r

cDf

(3)

donde:D : Representa el rango de alcance máximo inambiguo.c : Representa la velocidad de la luz en el vacío.fr : Representa la frecuencia de repetición del pulso.La figura 4 muestra la simulación realizada en el software

Quartus II para la tarjeta EP2C20F484C7de la familiaAltera [7], esto para bajas frecuencias de muestreo con elobjetivo de verificar el diseño y sin el empleo de la ventana deKaiser.

Fig. 2. Esquema propuesto para el diseño de la señal MLF

Fig. 3. Señal MLF obtenida en la primera simulación. Losparámetros de la señal son: fm= 1MHz, T = 3ms, B = 15 kHz,f0 = 1 kHz, = 7,708 3.109

Fig. 4. Simulación de la señal MLF en el software Quartus II



DISEÑO DEL RECEPTOREl diseño del receptor se basó fundamentalmente en el

esquema propuesto en [8] con algunas modificaciones; elobjetivo del diseño consiste en realizar una detecciónindependiente de la fase de la señal recibida como se indicaen la ecuación (4). De emplearse el típico receptor nocoherente [9] con receptores de correlación en fase ycuadratura se obtiene que la amplitud máxima de la señalrecibida varía con la fase como se indica en la figura 5, talefecto es producido por la falta de ortogonalidad entre lasfunciones base indicadas en la relación (5) mediante lasfunciones trigonométricas cos(x)y sen(x).

2

0cos[2 ( ) ]2Rx rtS A f t (4)

2 2

0 0cos[2 ( )]cos( ) [2 ( )] ( )2 2Rx r rt tS A f t A sen f t sen

(5)

de la modulación MLF (t), las mismas son independientesde la fase de la señal recibida. En (6) se puede observarque con la operación del receptor de correlación no coherente(Sout_s+Sout_i)2 no se evita el efecto de la fase y se obtienenresultados como el que se muestra en la figura 5.

Las ecuaciones planteadas en (6) pueden ser abordadasconsiderando como variables independientes cos()ysen( ), cuando se despejan ambas en la ecuación (7) puedeemplearse la relación trigonométrica cos2()+ sen2( )=1 yderivarse así las operaciones a realizar con Sout_sy Sout_iparaobtener un receptor independiente de la fase de la señalrecibida.

_ _ _ _2 2 2

( ) ( )cos( )

( ) ( )r out i s out s s out i s out s s

r s c s r s c s

A S S S C S S S CA S C C A S C C

_ _ _ _2 2 2

( ) ( )( )

( ) ( )r out i s out s c out i s out s c

r s c s r s c s

A S C S C S C S Csen

A S C C A S C C

2 2_ _ _ _

2 2 2

( ) 2( )( ) ( )1

( )out i s out i s out s c out s c

r s c s

S C S C S C S CA S C C

Fig. 5. Efecto de la fase en la amplitud máxima del receptor decorrelación no coherente

Con el objetivo de desarrollar un receptor independientede la fase de la señal transmitida se plantea el desarrolloanalítico de la salida del receptor de correlación en fase ycuadratura con los resultados mostrados en (6) [8].

_0

( ) * ( ( )) cos( ) ( )T

out s Rx s r s r sS S MLF t dt A C A S sen

_0

( ) * ( ( )) cos( ) ( )T

out i Rx c r c r cS S MLF t dt A C A S sen (6)Donde Sout_s y Sout_iindican la salida de ambos filtros de

correlación en fase y en cuadratura, mientras que MLFs(t) yMLFc(t) indican las funciones bases de la modulación. Lasconstantes Cs, Cc y Ss aparecen como resultado de aplicarla integral al producto de la señal recibida y la función base

(8)

Finalmente se puede observar que es posible despejarla amplitud de la señal recibida para obtener una relacióncon la salida de los filtros adaptados independiente de lafase (8).

2 2 2 2 2 2_ _ _ _2

2 2

( ) 2 ( ) ( )( )

out i s s out i out s s s c out s s cr

s c s

S S C S S C S C S C CA

S C C

La ecuación (8) indica el conjunto de operaciones a realizarcon Sout_sy Sout_i,con el fin de obtener un receptor que recuperepara cualquier valor de fase la amplitud de la señal recibidaAr. Los resultados de este receptor se muestran en lafigura 6 con Ar=1, estos resultan contrastantes con respectoa la figura 5, a partir de que la amplitud máxima del receptorno varía con la fase y además se recupera en valor.

Al igual que el transmisor se diseña, el receptor en elentorno de Simulink con los bloques de la librería hdllib, losresultados se muestran en la figura 7. Los bloques de filtrodigital hacen función del cálculo de autocorrelación cuandose almacena en sus coeficientes las funciones basesmuestreadas, estos se implementan con las megafuncionesdel software Quartus II [10].

(7)

2 2_ _ _ _2 2

2 2 2

( ) 2( )( ) ( )cos( ) ( ) ( )

( )out i s out i s out s s out s s

r s c s

S S S S S C S Csen sen

A S C C



Para implementar el diseño de la figura 7 en VHDL sedebe tener en cuenta las capacidades de almacenamientodel Cyclone II instalado en la tarjeta EP2C20F484C7. Eneste caso es posible el almacenamiento de 2 000 muestraspara cada filtro de la figura 7 con 12 bits de precisión, noobstante la señal transmitida como se muestra en la figura 4requiere de 3 000 muestras para su representación teniendoen cuenta la relación de Nyquist [11].

Para lograr la reducción de 3 000 a 2 000 muestras seemplea el truncamiento con la ventana de Kaiser [12] con elobjetivo de controlar espectralmente los lóbulos laterales yel ancho de banda de la señal transmitida original. La señalalmacenada en fase queda como se muestra en la figura 8,a diferencia de lo que se presenta en la figura 4 su envolventetermina siendo controlada por la forma de la ventana deKaiser, las constantes Cs, Cc y Ss de la figura 7 se calculanpor la relación (9) empleandola ventana [13].

2 22

0 00

cos[2 ( )] [2 ( )] ( )2 2

T

st tC f t sen f t kaiser t dt

22 2

00

cos [2 ( )] ( )2

T

ctC f t kaiser t dt

Por otra parte, si se recibe con funciones bases modificadaspor la ventana de Kaiser se hace necesario transmitir conesta ventana dado que se desea realizar una detecciónóptima; por tal motivo se incorpora este elemento en el diseñodel transmisor de la figura 2. La versión final del diseño estransmitir una forma de onda como se muestra en la figura 8y recibir mediante el esquema de la figura 7. En la figura 9se presenta el resultado del empleo del esquema transmisor-receptor propuesto cuando se recibe una señal con desfasaje = 3 /2, la amplitud del lóbulo principal resulta en 6,11 s,lo cual representa un error de 1,8 % del valor esperado decompresión de 6 s.

Fig. 6. Resultados con las operaciones de la ecuación (8)

Fig. 7. Esquema de recepción propuesto

22 2

00

[2 ( )] ( )2

T

stS sen f t kaiser t dt

Fig. 8. Señal MLF para los parámetros reales de diseño enel software Quartus II con empleo de la ventana de Kaiser

(9)



CONCLUSIONESCon el objetivo de contribuir a la modernización del radar

de la banda métrica mediante la adaptación de untransmisor de estado sólido, se propuso el empleo de lamodulación MLF, por lograr las tasas de compresiónnecesarias y por ofrecer una fácil implementación ensoftware y en hardware.

A través del análisis del receptor no coherente serealizaron manipulaciones al mismo para independizar laamplitud máxima a su salida de la fase de la señal dearribo. Estos cambios aunque introducen más aritméticade procesamiento permiten conservar la probabilidad dedetección.

Se diseñó la señal a transmitir y el receptor asociadoen lenguaje VHDL mediante el software Quartus II con elfin de lograr su implementación en FPGA. Esta plataformapermitió implementar un receptor en tiempo real y laposibilidad de reprogramar su funcionamiento, lo cualposibilita además un nivel de empaquetado tal quebeneficia mucho su instalación.

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AUTORESHeriberto García LópezIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, FuerzasArmadas Revolucionarias, La Habana,Cuba

http://www.altera.com/literature/ug/



Emedin Rodríguez ÁguilaIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, FuerzasArmadas Revolucionarias, La Habana,Cuba

Nelson Chávez FerryIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, Doctor enCiencias Técnicas, Doctor en Ciencias, Profesor Titular, De-partamento de Telecomunicaciones y Telemática, Facultadde Ingeniería Eléctrica, Instituto Superior Politécnico JoséAntonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

AbstractIn this paper is presented pulse compression technique in radar, focusing on Linear FrequencyModulation (LFM). Matched Filter characteristics are the elements considered for pulse compression,algebraic operations are derived to avoid the signal phase effect received by detection capacity. Ahardware system for pulse compression in language description hardware is implemented. The productobtained is a first step in radar techniques to improve resolution capacity.

Key words: radar, lineal frequency modulation (LFM), matched filter, very-high-speed integrated circuitshardware description language (VHDL).

Design of Excitatory Signal and Matched Filter for Compressed Pulsed Radar

Argel Gónzalez PadillaIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, Máster enCiencias, Profesor Asistente, Departamento de Telecomuni-caciones y Telemática, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Ins-tituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae,La Habana, Cuba

Recibido: 21 de mayo del 2013 Aprobado: 16 de agosto del 2013


Demodulación de señales digitalesmediante microcontroladoresPIC18F4550

TELECOMUNICACIONES

ResumenEl presente artículo aborda el empleo de un bloque detector de envolvente para demodular señalesBFSK (Binary Frequency Shift Keying, modulación digital de dos frecuencias) que pueda ser usadoen aplicaciones donde se desconoce el tiempo del símbolo de la fuente. Presenta una estructurainterna caracterizada por cuatro filtros del tipo FIR (Finite Impulse Response, respuesta finita alImpulso), que son inherentemente estables y se implementan siempre por una misma ecuación dediferencias genérica. Para validar el demodulador, se implementa en un PIC18F4550 de microchipinterconectado con una computadora a través del puerto USB. Para gestionar la operación del siste-ma, se desarrolla en la computadora un software en Matlab que incluye la estimación de las frecuen-cias de la modulación a través del algoritmo de la transformada rápida de Fourier, así como el envío yrecepción de las señales moduladas y demoduladas. En el microcontrolador se realiza la convoluciónentre las muestras de entrada a los filtros y sus coeficientes, apoyándose en dos tablas almacenadasen memoria que sustituyen la operación de multiplicación, esto con el objetivo de asegurar la rapidezde respuesta del sistema. La solución final permite demodular señales BFSK a través de la interco-nexión de Matlab con el PIC18F4550. Se efectúa un análisis costo-beneficio teniendo en cuenta lademora de procesamiento en el PIC, el consumo de memoria de código y de datos y se compara conlos resultados obtenidos en la implementación sobre un FPGA (Field Programmable Gate Array,arreglo de compuertas programables) Spartan3E de Xilinx.Palabras claves: BFSK, demodulación, detector de envolvente, PIC18F4550, señales digitales


Karel Toledo de la Garza Artículo OriginalCorreo electrónico:[email protected] de Investigaciones Tecnológicas Integradas (CITI), La Habana, Cuba

Jorge Torres GómezCorreo electrónico:[email protected] Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

INTRODUCCIÓNLa modulación digital es el proceso mediante el cual se

incorpora la información que poseen determinados símbolosdigitales en forma de onda compatibles con las característicasdel canal; lo que se logra variando la fase, amplitud o frecuenciade una señal denominada portadora. Este proceso se lleva acabo en el bloque transmisor, que es el encargado de acoplarla señal al canal de comunicaciones para combatir efectosindeseables, tales como la distorsión de amplitud, el ruido, laatenuación y la interferencia. El receptor debe realizar elproceso inverso para así recuperar el mensaje.

FSK (Frequency Shift Keying) es una de las modulacionesdigitales con empleo en las comunicaciones satelitales y enlos enlaces inalámbricos [1,2]. Entre las modulaciones

empleadas se encuentra BFSK en la cual, la información vacontenida en la frecuencia instantánea de la portadora [3], quecambia de acuerdo con dos símbolos digitales: 0 y 1; los cualesse asocian cada uno a frecuencias distintas, quedando la señalmodulada como se muestra en la ecuación (1):

2( ) cos( ) [V] 0 t T, 1,2,...,i iES t w t i M

T (1)

Siendo:E : Energía de la señal [J].T : Tiempo de símbolo [s].wi: Frecuencia angular [rad/s]. : constante de fase [rad].



Demodulación de señales digitales mediante microcontroladores PIC18F4550


A la portadora se le asignan dos frecuencias diferentes,cada una destinada a identificar un símbolo durante el tiempoque dure este en la fuente. En la figura 1 se presenta unejemplo de la modulación BFSK; la gráfica superior muestrala información binaria o mensaje y la inferior el tono moduladodonde la frecuencia cambia para cada símbolo de información.El tiempo que dura el símbolo en la fuente (Ts) o el bit (Tb)coinciden debido a que es una modulación binaria.

Las señales con las cuales se opera, se encuentranalmacenadas en formato para archivos de sonido tipoMicrosoft WAVE (extensión.wav), de las cuales no se conoceel tiempo de símbolo y esto conlleva utilizar métodos queprescindan de este parámetro para demodular.

almacenan una señal de referencia resultan muy vulnerablesa los efectos indeseables del canal, dado que su convergenciaes dependiente del carácter estacionario de la señal recibida.Los que recuperan la frecuencia instantánea convergen deforma lenta cuando la separación de frecuencia supera unkilohertz, típico en las señales satelitales a procesar.

El demodulador basado en el detector de envolvente [10]fue escogido por su fácil implementación debido a la simetríade sus elementos. Con solo implementar un filtro FIR, concoeficientes declarados como genéricos, diseñado y replicadode forma conveniente, para que se comporte como pasa-banda o pasa-bajo se puede sintetizar el demodulador en lofundamental. El demodulador tiene como ventaja el bajoconsumo de recursos en hardware y el empleo de la mismacantidad de multiplicadores que el detector que utiliza elfiltro adaptativo Notch, y tiene como limitación de que senecesitan filtros de un orden elevado para separar lasfrecuencias cuando la separación entre las mismas seapequeña; cuestión esta última que hará consumir másrecursos y mayor tiempo de procesamiento. Se puedenaplicar variantes para reducir su costo computacionalmediante el empleo de la modulación delta-sigma [11].

En la figura 2 se presenta el diagrama en bloques deldemodulador analizado. En este se emplean dos filtros pasa-banda sintonizados a las frecuencias de transmisiónf1 y f2, dos detectores de envolvente a la salida de los filtrospasa-banda que se componen de etapas de rectificación yfiltrado pasa-bajo y por último una etapa de decisión, que seencarga de determinar el símbolo transmitido al calcular lamayor envolvente. Dicha demodulador no necesita delconocimiento previo del tiempo de símbolo, pues se basa enmedir los niveles de la amplitud y no tiene en cuenta la formadel espectro en la frecuencia. Dicha solución permite suempleo como demodulador de señales BFSK en tiempo real,siempre que el tiempo de procesamiento por cada muestrasea menor que el tiempo de muestreo del sistema.

Fig. 1. Señal moduladora y modulada BFSK

De los métodos consultados en la literatura científica quepueden ser útiles para la demodulación, el detector decorrelación es el que presenta mejores resultados en cuantoa la relación señal-ruido (SNR), dado que maximiza laprobabilidad a posteriori [4]. No obstante, para sufuncionamiento se necesita contar con la sincronía del tiempode símbolo [5]. Dentro de los demoduladores que no empleanel tiempo de símbolo se encuentra el demodulador basadoen autosincronía [6], el cual es muy complejo de implementarproducto de sus parámetros dinámicos. Además, presentaun alto consumo de recursos en hardware debido al bloquede tangente inversa y al oscilador controlado por voltaje queson necesarios implementar. Por otra parte, el detectordiferencial [7] es de fácil implementación y consume pocosrecursos; pero tiene la desventaja de que es muy complejolograr un retardador con valor dependiente de la frecuenciade trabajo. Entre los demoduladores con filtrado adaptativo,se encuentran los que almacenan una señal dereferencia [8] para la demodulación y los que recuperan lafrecuencia instantánea de la señal recibida [9]; ambosrequieren pocos recursos de cómputo en su implementación.No obstante, los demoduladores con filtrado adaptativo que Fig. 2. Detector de envolvente

Karel Toledo de la Garza - Jorge Torres Gómez


Existen tres posibles soluciones de implementación deldemodulador de la figura 2: en una computadora, en un FPGAo en un microcontrolador. Para este caso se selecciona lavariante de implementación en un microcontrolador debido alas grandes ventajas en cuanto al bajo costo de estosdispositivos en el mercado y a la frecuencia de operacióndel PIC18F4550 que es comparable con la del Spartan3E,FPGA del fabricante Xilinx. La variedad de periféricos incluidosactualmente en la mayoría de los microcontroladores es muysugerente para la realización de diseños complejos querequieren la integración de numerosas funcionalidades. Elaspecto negativo fundamental que presentan estosdispositivos es que el tamaño de la memoria de código y dedatos en ocasiones puede ser insuficiente y requeriría eluso de memoria externa. Además, el PIC18F4550 es unmicrocontrolador de 8 bits, lo cual indica que los registrosinternos del PIC son de igual cantidad y la unidad aritméticalógica (ALU) también realiza operaciones con datos de estalongitud. Esto trae como consecuencia que la ejecución deinstrucciones para ejecutar operaciones con datos mayoresde 8 bits, requiera de varios ciclos de máquina.

CONFORMACIÓN DEL SISTEMA EN EL PICEl demodulador de la figura 2 es muy sugerente para su

implementación en un microcontrolador, con vistas aemplearse en un sistema portable que funcione en tiemporeal. La propuesta de sistema que se muestra en la figura 3,con motivos de validación consiste en emplear unacomputadora que almacene las señales moduladas y recibalas señales demoduladas de un PIC18F4550 de Microchip.Ambos bloques se comunican entre sí mediante una interfazUSB. En la computadora se desarrolló un programa en Matlabque permite controlar la operación del sistema. Estaaplicación carga la señal de un archivo .wav para luego estimarlas frecuencias de trabajo f1 y f2, hallando los máximos de latransformada rápida de Fourier (FFT). Estos valores defrecuencia son utilizados para obtener los coeficientescorrespondientes a cada filtro del detector de envolvente.Los coeficientes de los filtros se calculan mediante el empleodel método de la ventana de Kaiser, la cual requiere dedos parámetros: que define la forma de la ventana yN = M + 1 que es el número de muestras o longitud. Variandoestos parámetros se puede ajustar el ancho del lóbuloprincipal y la amplitud de los lóbulos secundarios, lo cualpermite controlar el efecto Gibbs. Este método es superiora los otros de ventana dado que permite, a través de lavariación de los parámetros y N, ajustar sus característicaspara así lograr las especificaciones del filtro deseadas [12].

El detector de envolvente necesita de la conformación decuatro filtros FIR, dos para cada rama, definidos a partir deuna ecuación en diferencias genérica dada por laecuación (2):

1

0( ) ( )

coefN

ii

y n w x n i

(2)

La respuesta del filtro y(n), depende de la suma deproductos de las entradas retardadas y los coeficientes widel filtro en cuestión. En este diseño se supone conocida laamplitud de las señales a demodular, en este casonormalizadas entre -1 y 1. El detector de envolvente estáconformado por dos ramas, como se muestra en la figura 2.La implementación de este esquema permite fijar el umbralde detección a la salida, esto independiente de la amplitudde la señal recibida. No obstante, en los casos en los cualesla amplitud de la señal recibida sea conocida es posibleimplementar una sola rama del detector, lo cual reduce elconsumo de hardware a la mitad.

Para acelerar el procesamiento en el PIC al obtener larespuesta de los filtros utilizando la ecuación (2), se proponeemplear datos enteros con precisión de 8 bits con signo encada una de las operaciones, además de definir lamultiplicación y adición por medio de tablas almacenadasen la memoria de datos del PIC. Primero, los coeficientescalculados en Matlab y la señal a demodular se llevan aescala de 42, así por ejemplo, se asocia el 42 con el máximode la señal de entrada. Esta escala garantiza que no ocurraun desbordamiento al efectuarse la multiplicación del máximode la señal de entrada por el máximo valor de los coeficientesy por tanto el resultado final no supera 127. Con estos nuevoscoeficientes se conforma una matriz que contiene tantasfilas como cantidad de coeficientes y 84 columnas querepresentan todos los posibles valores positivos y negativosque puede tomar la señal modulada. En cada fila sealmacenan los resultados de multiplicar el coeficientecorrespondiente con cada posible valor a tomar por la señalmodulada. Las dos matrices, una para el filtro pasabanda yotra para el pasabajo, son enviadas inicialmente almicrocontrolador. Se desea sustituir la operación demultiplicar números con precisión de punto flotante por unabúsqueda del valor correspondiente en la tabla almacenadaen memoria de código. La envolvente obtenida es enviada ala computadora a través de la interfaz USB.

Para medir el tiempo de procesamiento en el PIC se utilizaa Timer0 como temporizador en modo de 16 bits y trabajandocon un oscilador a 48 MHz. Cada vez que se desborda eltimer se activa la interrupción y se incrementa una variable

Fig. 3. Esquema general del sistema PC - PIC



que indica cuántas veces se ha ejecutado la subrutina, siendoposible al terminar el procesamiento leer los registros deconteo del Timer0 y el valor de la variable para así estimar lademora de procesamiento de la señal BFSK.

El diagrama en bloques que describe el funcionamientode la aplicación en el PIC se muestra en la figura 4.Primeramente se configuran los parámetros generales delmicrocontrolador, los periféricos que se van a utilizar y sedeclaran e inicializan las variables. Se reciben las tablascorrespondientes a los coeficientes de cada filtro y la cantidadde muestras a demodular. Una vez configurados todos losparámetros del sistema se comienza a esperar que laaplicación de Matlab envíe la primera muestra, se demodula,se transmite la muestra procesada a la computadora y serepite este proceso cíclicamente hasta que se procesa laseñal completa. El sistema queda listo para una próximademodulación. La etapa de decisión se implementa en Matlabdebido a que pueden existir oscilaciones en la envolvente,como se muestra en la figura 5, causadas por el ruido decuantificación que se introduce al redondear a enteros todoslos valores de la señal y los coeficientes de los filtros.

CONFORMACIÓN DEL SISTEMAEN EL FPGA

El diseño consiste en emplear una computadora quealmacena las señales moduladas y recibe las señalesdemoduladas por una tarjeta Xilinx Starter Kit con circuitoFPGA Spartan3E. Ambos bloques se comunican entre símediante una interfaz serie RS-232 o Ethernet. En lacomputadora se desarrolló un programa en Matlab, con unainterfaz gráfica de usuario que permite controlar la operacióndel sistema y que presenta además un panel de control dondese seleccionan las opciones de demodulación mediante lasfunciones propias del Matlab o mediante el empleo del circuitoFPGA.

Cuando se activa la acción de efectuar la demodulaciónpor medio del FPGA, el programa calcula de formaautomática, los coeficientes de los filtros a partir de ladeterminación de las frecuencias de trabajo f1 y f2, de lamisma manera que en el sistema con PIC. Los coeficientesde cada uno de los filtros se calculan empleando el métodode la ventana de Kaiser. Estos coeficientes y la señal ademodular se envían al circuito FPGA mediante lacomunicación RS-232 o Ethernet, ambas variantes fueronimplementadas. A medida que el demodulador BFSK situadoen el circuito FPGA procesa las señales, se envían lasenvolventes de las mismas hacia la aplicación de Matlab.Por último, la etapa de decisión puede ejecutarse en Matlaby se determina la señal demodulada.

En el circuito FPGA se implementa un procesadorMicroBlaze configurado con varios periféricos conectados albus PLB: el controlador estándar de interfazRS-232 xps_uartlite y el de Ethernet xps_ethernetlite,además del módulo IP del demodulador BFSK especialmentediseñado para esta investigación. Para este diseño seconsume el 28 % de los Slices del Spartan-3E y 3 de sus20 multiplicadores de 18 bits. La figura 6 muestra el esquemageneral del circuito sintetizado en FPGA.

Microblaze es el que se encarga de realizar en el FPGA,todas las operaciones de convolución entre la señal y loscoeficientes del filtro correspondiente, además de gestionarla comunicación con la computadora. Primeramente secargan los coeficientes de los filtros calculados en Matlabhacia el FPGA. Se comienza por enviar desde Matlab aMicroblaze el número de coeficientes de cada uno de losfiltros FIR que se emplearán. En Microblaze se crea unarreglo para almacenarlos en la memoria interna del FPGA.Al término de recibir cada secuencia de coeficientes, elprocesador MicroBlaze envía una confirmación al programaMatlab para indicar que está listo para recibir nuevassecuencias. De esta forma se envían todos los coeficientesde cada tipo de filtro. Luego de la recepción de todos loscoeficientes solo falta decodificar la dirección apropiada enel módulo IP Detector de Envolvente y enviarle loscoeficientes de cada filtro y sus señales correspondientes.

Una vez que se han almacenado todos los coeficientes decada uno de los filtros en el módulo IP correspondiente, seenvía la señal modulada BFSK. Las muestras se envían desdeMatlab hacia Microblaze y de este hacia el módulo IP Detector

Fig.4. Diagrama en bloques de la aplicación en el PIC

Fig.5. Envolvente de la rama superior del demoduladorimplementado en el PIC

Karel Toledo de la Garza - Jorge Torres Gómez


de Envolvente. Luego de procesadas por cada la ramasuperior, se efectúa el proceso inverso y se reciben en elprograma Matlab. Este proceso se repite hasta que sedemodulen todas las muestras de la señal BFSK. La etapade decisión se implementa con la interfaz de usuario paraextraer la secuencia binaria.

demodular 1 267 muestras/s, sin el empleo de las tablasmencionadas. Por el contrario, la solución propuesta quedemodula muestras de 8 bits demora 508,9 us por cadamuestra, el equivalente a 1 965 muestras/s. En teoría, si seimplementa en paralelo el funcionamiento de cada ramautilizando dos microcontroladores, uno para implementar elfiltro pasabanda y el otro para el filtro pasabajo, deberíaduplicarse la velocidad del sistema permitiendo demodularhasta aproximadamente 4 000 muestras/s. Tal velocidad delsistema limita el funcionamiento a señales cuyo ancho debanda sea menor que 4 kHz. Esta se explica debido a quela frecuencia máxima de muestreo es 4 kHz, limitada por lacantidad de muestras que puede procesar el PIC en unsegundo, y por tanto, el ancho de banda útil de la señaldebe ser menor que este valor.

En el FPGA la velocidad de procesamiento supera la delPIC sin la limitante de analizar el ancho de banda de la señala demodular, sin embargo, el bajo costo de los PIC en elmercado frente a los FPGA supone una solución aceptablepara futuras aplicaciones en tiempo real.

CONCLUSIONESSe implementó el detector de envolvente para demodular

señales BFSK en un microcontrolador PIC18F4550 de lafamilia de Microchip. Se propuso una solución utilizando dostablas almacenadas previamente en memoria que sustituyenla operación de multiplicación con números de punto flotantepor una búsqueda y lectura de un valor de 8 bits. Estosdatos son fácilmente manejados por el microcontroladordebido a que sus registros internos son de 8 bits y así selogra reducir en 280 us a la variante de implementar unaconvolución con tipos de datos con precisión de punto flotantede 32 bits. El sistema tiene la limitante de que solo espermisible su utilización para señales con ancho de bandamenor que 4 kHz debido a la cantidad de muestras que puedeprocesar en un segundo. Su bajo coste en el mercadoposibilita su utilización en diseños de clasificadores ydemoduladores de señales digitales para aplicaciones entiempo real.

En el FPGA Spartan3E de Xilinx se obtienen mejoresresultados en cuanto a velocidad debido al paralelismo quecaracteriza la filosofía de trabajo de estos dispositivos ygarantiza una gama más amplia de aplicación en cuanto alancho del espectro de las señales a demodular. No obstante,el costo de estos dispositivos supera al de losmicrocontroladores y en alguna medida podría estarsesubutilizando el dispositivo en cuanto a capacidad y velocidadde procesamiento.

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Fig. 6. Esquema general del sistema PC - FPGA

RESULTADOSEn el PIC18F4550 la memoria de datos y de código es un

factor crítico para aplicaciones que requieren manejo de datosde gran precisión con números en punto flotante de 32 bits.De los 32 kB de memoria de código en el PIC18F4550 seutiliza el 38 % y de los 2 kB de memoria de datos entre el62 % y el 65 %. De utilizar variables de tipo float, equivalentea 4 bytes, el procesador tiene que reservar 4 espacios dememoria para cada variable. De igual manera, al realizaroperaciones aritméticas como la suma o la multiplicaciónde números con precisión de punto flotante, el código enensamblador generado es muy extenso provocando que sellene rápidamente la memoria del microcontrolador. Por elcontrario, la solución propuesta reduce la utilización de lamemoria de datos ya que se emplean enteros de 8bits consigno y requiere almacenar en memoria de código ambastablas que sustituyen la operación de multiplicación denúmeros con precisión de punto flotante.

El Spartan3E del tipo XC3S500E tiene disponible para suutilización 4656 Slices, 9312 SliceFlipFlops, 9312 LUTs y20 multiplicadores de 18 bits. De estos recursos, el móduloIP Detector de Envolvente es el que consume la mayorcantidad: 34 % del total de Slices y el 23 % de las LUTs, porlo que se puede deducir que los Slices son los elementosmás críticos en el Spartan3E. El consumo de Slices de todoel dispositivo se encuentra alrededor del 60 %.

El sistema basado en el FPGA Spartan3E demodulamuestras de 16 bits en 7,34 us, a una velocidad de136 240 muestras/s. Por otra parte, el t iempo deprocesamiento para demodular una muestra de 32 bits en elPIC18F4550 es de 789 us, es decir, el sistema podría

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AUTORESKarel Toledo de la GarzaIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, Complejode Investigaciones Tecnológicas Integradas (CITI), InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Ha-bana, Cuba

Jorge Torres GómezIngeniero en Telecomunicaciones y Electrónica, Máster enSistemas de Comunicación, CITI, Instituto SuperiorPolitécnico José Antonio Echeverría, Cujae, La Habana, Cuba

AbstractThis paper concerns demodulator-based Envelope Detector for recovery information in BFSK (BinaryFrequency Shift Keying) signal applied upon applications where time symbol synchronization isunknown. Its structure is characterized by 4 filters which are considered in the present article by FIR(Finite Impulse Response), these are unconditionally stables and are always implemented by thesame generic difference equation. Towards validating the demodulator, the system is implemented ona Microchip PIC18F4550 interfaced to the PC through USB port, besides in order to manage thesystem’s operation, it is developed a Matlab application on PC that includes modulation frequencyestimation by Fast Fourier Transform method, as well as sending and receiving the modulated anddemodulated signals. The convolution between the input samples and the filter coefficients is made inthe microcontroller by relying on two tables stored in memory which

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Envelope Detector Development for BFSK signals inPIC18f4550

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