FIGEMPA: Investigación y Desarrollo

Análisis tenso-deformacional de las obras de remediación implementadas para estabilizar la subsidencia minera bajo la Escuela La Inmaculada, Zaruma-Ecuador

Resumen En este trabajo se establecen 4 escenarios tenso-deformacionales que evidencian el proceso de inestabilidad y trabajos de remediación, en relación al evento de subsidencia y colapso del terreno donde se establecía la escuela La Inmaculada (Zaruma-Ecuador). Se empleo perfiles longitudinales en dirección al aprovechamiento de la veta “Tres Reyes” donde se plasma el modelo geológico-estructural que sirve de base para el cálculo de las deformaciones en las galerías mineras entorno a su comportamiento plástico. Para el modelamiento fue necesario el determinar; la carga muerta de la infraestructura, cargas pseudo-estáticas, posicionamiento del nivel freático, parámetros físico-mecánicos-elásticos de la matriz rocosa y discontinuidades que en conjunto definen el comportamiento de la tensión y deformación mediante la técnica numérica de Método de los Elementos Finitos (MEF). Diseñar un mortero optimizado en dosificación 1 cemento (C): 2 relave (R) y 0.49 relación agua (A)/ cemento (C) obteniendo una resistencia de 18 MPa a los 14 días de curado. Finalmente, se comprueba que la aplicación del relleno con mortero de relave dentro de las galerías aledañas a la zona de colapso, disminuyen sustancialmente la deformación del sustrato rocoso de 1.9 m (Escenario 2: Cono vacío) a 0.05 m (Escenario 4: Relleno con mortero de relave).

Abstract Four stress-strain are established that demonstrate the instability process and remediation work, in relation to the subsidence and collapse event of the land where the school the was established “La Inmaculada” (Zaruma-Ecuador). Longitudinal profiles were used in direction of the use “Tres Reyes” vein, where the geological-structural model that serves as basis for strains calculation in the mining galleries around their plastic behavior. The modeling was necessary to determine; the infrastructure dead load, pseudo-static loads, groundwater position, physical -mechanical-elastic parameters of the rock matrix and discontinuities that together define the stress and deformation behavior by the finite elements method numerical (FEM). It designed an optimized mortar with cement (C): two tailings (T) at 1:2 and 0.49 water ratio (W)/cement (C), obtaining a resistance of 18 MPa after fourteen curing days. Finally, it is verified that the fill application in paste inside the galleries surrounding the collapse zone, the strain rock substrate decreases from 1.9 m (scenario two: empty cone) to 0.05 m (scenario four: pulp fill).

Aprovechamiento energético de la biomasa residual: caso de estudio de los restos de comida de familias de estudiantes de la Universidad de Guayaquil, para producción de biogás

Resumen Este trabajo describe el potencial energético de cierto tipo de biomasa residual (restos de comida) que proviene de los hogares urbanos y que pueden ser utilizados como un recurso energético alternativo de energía limpia diferente a la actual dependencia de la energía fósil (gas GLP doméstico). El objetivo del estudio fue demostrar que el nivel de producción de biogás está determinado por la valorización energética del sustrato orgánico (restos de comida), el cual es viable para alimentar un dispositivo basado en fermentación metánica que sustituya a los actuales cilindros de gas doméstico de 15 kg. La aportación científica del artículo es el resultado de la investigación llevada a cabo mediante el diseño experimental al azar con 5 muestras de 196 hogares y 2 muestras de dos hogares independiente y su posterior análisis. Los parámetros que se midieron fueron: análisis físico, punto de fusión de ceniza, análisis elemental y contenido energético cuyas variables inciden en el proceso de conversión de biomasa a energía basados en métodos bioquímicos. En el contraste de hipótesis con otros tipos de RSU (resto de comida) no se encontraron diferencias significativas (p > 0.05). Finalmente, los resultados del poder calórico superior e inferior promedio son de: 3742.21 kcal/kg y 3309.68 kcal/kg mostrando un potencial energético adecuado para utilizar la biomasa residual como una alternativa válida al uso de nuevas fuentes de energía renovables, en proyectos de valorización o generación de combustible con tratamiento de fermentación metánica. El uso de biomasa orgánica urbana o de sus derivados puede considerarse nulo en términos de emisiones netas que no afectarán al medio ambiente o a la atmósfera.

Abstract This work describes the energy potential of a certain type of residual biomass (food scraps) that comes from urban homes and that can be used as an alternative energy resource of clean energy different from the current dependence on fossil energy (domestic LPG gas). The objective of the study was to demonstrate that the level of biogas production is determined by the energy recovery of the organic substrate (food waste), which is viable to feed a device based on methane fermentation to replace the current domestic gas cylinders of 15 kg. The scientific contribution of the article is the result of the research carried out through the randomized experimental design with 5 samples from 196 households and 2 samples from two independent households and their subsequent analysis. The parameters that were measured were: physical analysis, ash melting point, elemental analysis and energy content whose variables influence the process of converting biomass to energy based on biochemical methods. In contrasting hypotheses with other types of MSW (rest of food), no significant differences were found (p> 0.05). Finally, the results of the average upper and lower caloric power are: 3742.21 kcal / kg and 3309.68 kcal / kg showing an adequate energy potential to use the residual biomass as a valid alternative to the use of new renewable energy sources, in recovery projects or fuel generation with methane fermentation treatment. The use of urban organic biomass or its derivatives can be considered null in terms of net emissions that will not affect the environment or the atmosphere.

Aprovechamiento del gas asociado en plataformas petroleras, caso de estudio campo Sacha

Resumen En la región amazónica del Ecuador en muchas plataformas petroleras el gas asociado no es aprovechado, quemándolo, suscitando problemas ambientales, conflictos socioambientales, pérdida de energía y emisiones no controladas de CO2. El objetivo del presente estudio fue aprovechar el gas para la generación de energía eléctrica de cualquier plataforma petrolera en la que se requiera realizar la optimización; el caso de estudio fue para el campo Sacha ubicado en la región Amazónica del Ecuador, mediante el cambio de parámetros operativos, para el manejo del gas desde una plataforma de producción hasta una estación central utilizando el sistema de levantamiento artificial disponible. Mediante la recopilación de información del yacimiento, diseño de equipos electrosumergibles instalados y facilidades de superficie; se establecieron dos escenarios de simulación, en el primer escenario se ajustaron diseños actuales de fondo y superficie en función de la presión requerida en cada plataforma; en el segundo escenario mediante sensibilidades de hidráulica, ajuste y rediseño de equipos electrosumergibles, se realizó la hidráulica definiendo el nuevo valor de presión necesaria en cada plataforma, y con este valor de presión se ajustó cada uno de los diseños de las bombas electrosumergibles. Para el gas proveniente por el espacio anular se consideró comprimirlo, redireccionándolo a la línea de producción con la nueva presión requerida. Al aprovechar el volumen de gas 2.006 MSCFD para un período de 6 años, se tendría un ahorro de $5’935.120 en generación eléctrica y por venta de bonos de carbono, dejando de emitir 241.121 Ton de CO2.

Abstract Ecuadorian’s Amazon region in several oil well PADs the associated gas is burned causing environmental problems, socio-environmental conflicts, loss of energy and uncontrolled emissions CO2. The objective of this study was to take advantage of gas to generation electric energy from any oil PAD in which optimization is required. The study case was for the Sacha field located in the Ecuadorian’s Amazon, through the change operating parameters, for the management of gas from an oil PAD to production station using the available artificial lift system. Through the collection of information on the reservoir, design of installed electrosumersible equipment and surface facilities two simulation scenarios were established. In the fist scenario, current bottom and surface designs were adjusted according to the required pressure in each oil PAD. In the second scenario by means of hydraulic sensitivities, adjustment, and redesign of electrosumersible equipment, the hydraulics were carried out by defining the new pressure value required in each oil PAD and with this pressure value each of the designs of the electrosumersible pumps was adjusted. For the gas coming through the annular space, it was considered to compress it, redirecting it to the production line with the new pressure required. The volume gas advantage was the 2.006 MSCFD for a period of 6 years, there would be a saving of $ 5’935.120 in electricity generation and the sale of carbon credits stopping 241.121 tons of CO2.

Potencial del fracturamiento hidráulico en el Ecuador: Estudio del caso Campo Guanta-Dureno

Resumen Ecuador es un país petrolero mayormente con campos maduros que presentan retos de producción tales como el depletamiento de la presión y taponamiento de los poros debido a la migración de arcillas y finos. Así, surge la necesidad de una estrategia de reducción o eliminación del daño de formación generado por este taponamiento. El propósito de la presente investigación fue determinar el potencial del fracturamiento hidráulico en el país, tomando como caso de estudio el Campo Guanta-Dureno. La metodología examinó todos los pozos del campo e incorporó la selección y evaluación económica de los mejores pozos candidatos, considerando escenarios de precios WTI. Las fases constaron de revisión de información como: estado actual de pozos, condiciones mecánicas, petrofísica, geología, presiones, producción, potencial de reservorios y análisis económico. Como resultado se obtuvo la selección y jerarquización de 7 pozos candidatos para fracturamiento, cuya posible aplicación en un período determinado se estimó en un incremento del 33.8% de la producción total del campo, alcanzando los 4720 bppd y condiciones de daño de formación después de las fracturas dentro de un rango de -3 y -5. Esta evidente mejoría en la producción, indica una alternativa económica confiable de reacondicionamiento. En conclusión, el fracturamiento hidráulico muestra un gran potencial de mejora de la producción para los campos petroleros en el Ecuador que presentan declinación, cuyos buenos resultados dependerán de un estudio amplio e integral de los pozos.

Abstract Ecuador is an oil country mainly with mature fields that present production challenges such as pressure depletion and clogging of the pores due to the migration of clays and fines. Thus, the need arises for a strategy to reduce or remove the formation damage generated by this plugging. The purpose of the present investigation was to determine the potential of hydraulic fracturing in the country, taking the Guanta-Dureno Field as a case study. The methodology examined all the wells in the field and incorporated the selection and economic evaluation of the best candidate wells considering scenaries of WTI prices. The process phases consisted of information reviews such as: current status of wells, mechanical conditions, petrophysics, geology, pressures, production, reservoir potential and economic analysis. As a result, the, selection and hierarchy of 7 candidate wells for hydraulic fracturing was obtanied, whose possible application in a given period was estimated at an increase of 33.8% of the total production of the field, reaching 4.720 bppd and formation damage conditions after fractures within a range of -3 and -5.This evidence of improved production indicates a reliable and economical reconditioning alternative. In conclusion, hydraulic fracturing shows great potential to improve the production of declining oil fields in Ecuador, whose good results will depend on the wide and comprehensive study of the wells.

Análisis estadístico de datos de las precipitaciones usando métodos robustos y bootstrap

Resumen Con el objetivo de identificar los periodos de mayor o menor precipitación y sus respectivas variaciones, se analiza las precipitaciones hídricas en la ciudad de Riobamba, usando datos de precipitación diaria y mensual entre 1978 a 2019. Empleando métodos estadísticos no convencionales, para establecer la normalidad de los datos se aplica el método de Kolmogorov Smirnov, que demuestran la necesidad de usar estadística robusta en el análisis, la cual se complementa con el método Bootstrap, lo que permitió consolidar los resultados estableciendo las tendencias de los datos y sus rangos de variación, el análisis con el método robusto nos proporciona la tendencia de los datos a lo largo del año que coincide con los resultados hallados con los métodos Bootstrap. Los meses de febrero, marzo, abril y mayo presentan más regularidad en sus precipitaciones, con mayor precipitación en el mes de abril y menor precipitación en el mes de julio, identificando dos estaciones con mayor precipitación, entre enero y mayo, así como entre octubre y diciembre, mientras que de junio a septiembre se tiene menor precipitación, épocas conocidas en los primeros caso como temporadas húmedas y en el último temporada seca.

Abstract In order to identify the periods of higher or lower precipitation and their respective variations, the water precipitation in the city of Riobamba is analyzed, using daily and monthly precipitation data from 1978 to 2019. Using non-conventional statistical methods, the Kolmogorov Smirnov method is applied to establish the normality of the data, which demonstrates the need to use robust statistics in the analysis, which is complemented with the Bootstrap method, which allowed consolidating the results by establishing the trends of the data and their ranges of variation, the analysis with the robust method provides us with the trend of the data throughout the year that coincides with the results found with the Bootstrap methods. The months of February, March, April and May present more regular precipitation, with higher precipitation in April and lower precipitation in July, identifying two seasons with higher precipitation, between January and May, as well as between October and December, while from June to September there is less precipitation, known in the first case as wet season and in the last case as dry season.

Aplicación de algoritmos de clasificación para la estimación de carbono orgánico del suelo en la provincia de Chimborazo, Ecuador.

Resumen El estudio tuvo como objetivo evaluar la técnica de árboles de decisión mediante el mejor algoritmo de clasificación supervisada, que permita predecir el contenido de carbono edáfico en la provincia de Chimborazo en zonas nativas o endémicas, considerando la base de datos del Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG). En el estudio se realizó la limpieza del conjunto de datos y se determinaron 10 variables útiles para la categorización de carbono orgánico del suelo, obteniendo 4 clases: Muy Alto, Alto, Medio y Bajo. Se determinó la eficiencia de tres algoritmos: C5.0, SMV y CART, seleccionándose el CART mediante el método de validación cruzada para la construcción del árbol. Los resultados con el conjunto de datos de prueba generó una precisión del 63.41 puntos porcentuales y un error de predicción de 36.59 por ciento; estos alcances se presentan como una nueva alternativa de cuantificación de COS, el modelo calibrado puede ser extendido sin necesidad de muestrear in situ, muy útil en zonas complejas como el ecosistema de bosque alto andino. El mapeo digital permitió revelar los niveles de COS existentes en suelos de la provincia de Chimborazo.

Abstract The objective of the study was to evaluate the decision tree technique using the best supervised classification algorithm, which allows predicting the edaphic carbon content in the province of Chimborazo in native or endemic areas, considering the database of the Ministry of Agriculture and Levestock (MAG). In the estudy, the data set was cleaned and 10 useful variables were determined for the categorization of soil organic carbon, obtaining 4 classes: Very High, High, Medium and Low. The alforithm that provided the best percentage of efficiency and relevant results was Classification and Regression Trees (CART) using the cross-validation method. The refficiency of three algorithms was determined: C5.0, SMV and CART, selecting the CART by means of the cross-validation method for the construction of the tree. The results with the test data set generated a precision of 63.41 percentage points and a prediction error of 36.59 percent, these scopes are presented as a new alternative for SOC quantification, the calibrated model can be extended without the need to sample in situ, very useful in complex areas such as the forest ecosystem. The digital mapping allowed to reveal the existing SOC levels in soils of the Chimborazo province.

Revisión acerca de biosensores basados en grafeno para la detección del SARSCOV- 2

Resumen Debido a la emergencia sanitaria producida por el SARS-CoV-2 que ha generado una pandemia, en este trabajo se propone una revisión sobre métodos desarrollados para la detección de Covid-19 basados en biosensores de grafeno, considerando sus propiedades fisicoquímicas. Esta investigación abarca una recopilación y análisis de información sobre biosensores en revistas de alto impacto en los últimos dos años. Para el desarrollo del estudio, se escogieron parámetros como: tiempo de detección, límite de detección, tipo de sensor, proteínas que detecta el biosensor, tipo de grafeno y costo, a fin de comprobar su efectividad. Los resultados analizados demuestran que la mayoría de biosensores funcionalizan el anticuerpo de la proteína S, N o una recombinación de ambas, y, algunos biosensores permiten la detección de hasta 4 tipos de proteínas (proteína reactiva C, IgG, IgM y nucleapside). Varios de los estudios analizados muestran una detección de secuencia específica del virus y un bajo límite de detección (LOD) que va desde 0,1 fg/mL hasta a 1 fg/mL, lo que permite detectar SARS-CoV-2 a bajas concentraciones. El análisis indica una opción factible para la implementación de biosensores basados en grafeno como alternativa a las pruebas tradicionales

Abstract Due to the health emergency produced by SARS-CoV-2, which has generated a pandemic, this work proposes a review on developed methods for the detection of Covid-19 based on graphene biosensors, considering their physicochemical properties. This research includes a compilation and analysis of information on this type of biosensors published in high-impact journals in recent years. For the development of the study, parameters such as detection time, detection limit, type of sensor, proteins that the biosensor detects, type of graphene, and cost were chosen to verify its effectiveness. The analyzed results demonstrate that most biosensors functionalizing the antibody of S, N protein or recombination of both, and some biosensors allow the detection of up to 4 types of proteins (C-reactive protein, IgG, IgM, and nucleapside). Several of the analyzed studies show a specific sequence detection of the virus and a low limit of detection (LOD) ranging from 0.1 fg/mL to 1 fg/mL, which allows detecting SARS-CoV-2 at low concentrations. In conclusion, the analysis indicates a feasible option for the implementation of graphene-based biosensors as an alternative to traditional test.