Ingeciencia n.° 1 - Universidad Central

Revista de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
ISSN: 2500-929X • Vol. 1, n º.1, enero-junio de 2016
UNIVE.RSIDAD
• CE.NTRAL
lnqeciencia
Revista de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
ISSN: 2500-929X • Vol. 1, nº.1, enero-junio de 2016
Consejo superior
Jaime Arias Ramírez
(Presidente)
Rafael Santos Calderón
Fernando Sánchez Torres
Jaime Posada Díaz
Rubén Daría Llanes Mancilla
(Representante de los docentes)
José Sebastián Suárez Rodríguez
(Representante estudiantil)
Rector
Rafael Santos Calderón
Ingeciencia es una publicación de la Facultad de
Ingeniería y Ciencias Básicas.
Director
Óscar Herrera Sandoval
Editor
Francisco Piñérez Ballesteros
Consejo de Facultad de Ingeniería
y Ciencias Básicas
Óscar Herrera Sandoval, decano; Adolfo Naranjo Parra,
director del CIFI; Juan Manuel Chaparro Fonseca,
director del Departamento de Ingeniería Electrónica;
Naliny Guerra Prieto, directora del Departamento de
Ingeniería Industrial; Pedro Pérez Orozco, director
del Departamento de Ingeniería Mecánica; Gastón
Mejía Arias, director del Departamento de Ingeniería
de Sistemas; Cristian Díaz Álvarez, director del
Departamento de Ingeniería Ambiental; Leonor
Hernández Hernández, directora del Departamento
de Ciencias Naturales; Edel Serrano Iglesias, directora
del Departamento de Matemáticas; Misael Nova,
representante de los docentes; Johanna Ramírez,
representante de los estudiantes; Jinuny Alexánder Vega
Flórez, secretario académico; Maricela Botero Grisales,
coordinadora de aseguramiento de calidad; Olga
Imelda Martínez Díaz, coordinadora administrativa y
financiera.
Comité editorial
Óscar Herrera Sandoval, Francisco Piñérez Ballesteros,
Adolfo Naranjo Parra, Leonor Hernández Hernández,
Constanza Pérez Martelo y Héctor Sanabria Rivera.
Mayo de 2016.
® Ediciones Universidad Central
(§) Varios autores
Universidad Central
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Coordinación editorial
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Coordinador
Jorge Enrique Beltrán Vargas
Asistente editorial
Patricia Salinas Garzón
Disell.o y diagramación
Fernando Gaspar Dueñas
Corrección de textos
Imagen de portada: pixabay.com
rG(!)@@ Los contenidos de la revista Ingecirncia son publicados de
I acuerdo con los términos de la licencia Creative Commons
2.5. Usted es libre de copiar y redistribuir el material en
cualquier medio o formato, siempre y cuando dé los créditos
de manera apropiad1, no lo haga con fines comerciales y no
realice obras derivadas.
P�
Las ideas aquí expresadas, lo mismo que su escritura, son ex­
clusiva responsabilid1d de los escritores y no comprometen a
la Universid1d Central ni a la orientación de la revista.
DISTRIBUCIÓN GRATUITA
Contenido
Editorial.....................................................................
1. Visión artificial
y comunicación
en robots cooperativos
omnidireccionales...............................
Javier Andrés Lizarazo Zambrano
y Mario Alberto Ramos Velandia
Content
3
5
1. Artificial vision
and communication
in omnidirectional
cooperative robots...............................
Javier Andrés Lizarazo Zambrano
y Mario Alberto Ramos Velandia
5
2. Pisada de Energía .............................. 13
2. Energy Tread ............................................. 13
3. Metodología para elaborar
recursos educativos
multimediales (Meterem)............ 23
3. A methodology for developing
multimedia educational
resources (Meterem).......................... 23
4. Dispensador de comida
para perros recolectores
de basura ....................................................... 33
4. Food dispenser
for waste collectors dogs............. 33
Andrés Ramírez
Gonzalo Joya Santana
y Orlando Cristancho C.
Martín Alarcón Hernández,
Luis Alfredo Cárdenas
y Sara Estefanía Delgado
5. Máquina de precisión
y celebración.............................................. 37
Andrés Ramírez
Gonzalo Joya Santana
y Orlando Cristancho C.
Martín Alarcón Hernández,
Luis Alfredo Cárdenas
y Sara Estefanía Delgado
5. Precision and celebration
machine............................................................. 37
Aliex Trujillo García
Aliex Trujillo García1
6. Diseño de dispositivo
háptico que simula cambios
de temperatura según
la posición de la mano
con respecto a su entorno
virtual................................................................... 43
Vladimir Prada, Andrés Acuña,
Hans Araque y Andrés Velandia
6. Design of a haptic
device that simulates
temperature changes
depending on the position
of the hand relative
to his virtual
environment................................................. 43
Vladimir Prada, Andrés Acuña,
Hans Araque y Andrés Velandia
7. Modelo matemático
para determinar
los cursos que se deben
inscribir para minimizar
el tiempo de terminación
del pregrado................................................ 51
7. Mathematical model
to determine the courses
to enroll to minimize
undergraduate studies
completion time...................................... 51
José Sánchez y Jainet Bernal
José Sánchez y Jainet Bernal
8. Mercadeo con causa
social: factores que
inciden en la decisión
de compra de bolsos
ecológicos fabricados
con material reciclable
por adolescentes
embarazadas de bajos
recursos ...................................... 63
Viviana del Mar Aranda Guerrero,
Maribel Carrillo López,
Daniela Caterin Hernández Cetina
y Daniela Alejandra Luz Moreno
8. Marketing with a social
cause: Factors that
have an influence
on the buiying decision
of ecological bags made
with reusable materials
made by pregnant
teenager girls with
low resources............................................. 63
Viviana del Mar Aranda Guerrero,
Maribel Carrillo López,
Daniela Caterin Hernández Cetina
y Daniela Alejandra Luz Moreno
Editorial
E
stimado lector, sea esta la oportunidad de darle la bienvenida a la revista de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas de la Universidad Central. En los treinta
años de existencia de la Facultad han sido varios los
esfuerzos para dar inicio a una publicación periódica que resalte el
trabajo de formación en los campos de la ingeniería, la matemática
y las ciencias naturales que se hace en la Facultad. Este sueño se
materializa hoy con esta primera edición de Ingeciencia.
Ingeciencia busca ser un espacio de divulgación de los trabajos
de formación profesional que se desarrollan en la Facultad. Por
tanto, se constituye en la oportunidad ideal para que estudiantes,
egresados, administrativos y profesores de la Facultad presenten a
la comunidad académica el avance de sus trabajos semestrales, así
como los resultados de sus actividades de campo, prácticas de ingeniería, proyectos integrados, proyectos de aula, semilleros de investigación, prácticas empresariales, trabajos de grado y experiencias
laborales o empresariales.
Esta revista busca ser una plataforma efectiva para potenciar el
uso de la lectura y la escritura como expresiones fundamentales
del desarrollo académico y profesional de nuestros estudiantes y
egresados, cuyos trabajos contarán con el aval de los profesores.
En Ingeciencia, el proceso de publicación de artículos comienza
con la elaboración de un documento académico por parte de un
estudiante, un egresado o un administrativo que cuente con el aval
de un profesor. Luego, el documento es sometido a evaluación
por parte de pares internos o externos, a fin de asegurar su calidad
tanto en la forma como en los argumentos técnicos del campo
específico. Finalmente, es avalado para su publicación por parte del
Comité Editorial de la revista y de la Facultad.
Con el correr de sus ediciones, se espera que la revista incida
positivamente en la calidad de la escritura de nuestros estudiantes
y que, a pesar de que no busca ser una revista de investigación, sí
consiga divulgar ampliamente los avances en formación en investigación de los estudiantes y los trabajos de investigación formativa
desarrollada entre estudiantes y docentes.
Además, la revista se propone documentar los escenarios de
formación referidos a los campos de acción definidos por la Facultad: 1) desarrollo de pensamiento científico tecnológico; 2) sostenibilidad urbano-regional; 3) agua y sistemas naturales: caracterización, perturbaciones y sostenibilidad; y 4) el uso de la ciencia
y la tecnología para mejorar los servicios de salud dentro de un
modelo de costos sostenibles.
En Ingeciencia se observará el impacto y los avances de dichos
campos en los contextos de formación propios de los programas
de la Facultad, así como los impactos sociales, culturales, económicos e industriales que puedan resultar de dicha interacción.
Así pues, solo resta invitar a nuestros estudiantes, profesores,
administrativos y egresados a vincularse a la revista con sus contribuciones como autor, evaluador o tutor de los trabajos aquí publicados o propuestos para publicar, así como mediante una lectura y
conversación crítica que nos retroalimente para mejorar.
Bienvenidos a Ingeciencia, la revista de divulgación de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas de la Universidad Central.
Ing. Óscar Leonardo Herrera Sandoval, Ph. D.
Decano de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Visión artificial y comunicación
en robots cooperativos
omnidireccionales
Artificial vision and communication
in omnidirectional cooperative robots
Javier Andrés Lizarazo Zambrano1 y Mario Alberto Ramos Velandia2
Resumen
En este proyecto se pretende contribuir a
la investigación y al desarrollo de la robótica
cooperativa, que comprende dos ramas principales de la robótica: los sensores y las comunicaciones. En cuanto a los sensores, implementaremos diferentes filtros y modelos
de visión artificial para identificar cómo una
cámara puede indicar las formas y posiciones
de los robots que actuarán. En cuanto a las
comunicaciones, usaremos una red wifi para
tener una conexión entre el programa de la
visión artificial y los robots cooperativos.
Palabras clave: comunicaciones, robots,
cooperativos, omnidireccionales, visión
artificial.
Abstract
This project aims to contribute to the
research and development of cooperative
robotics, where two main branches of robotics are addressed: sensors and communications.
1. Introducción
En la actualidad, los robots tienen un papel
esencial en la sociedad, pues realizan tareas que
una persona no puede hacer o que le tomarían
demasiado tiempo completar. Las aplicaciones
de la robótica han evolucionado en las últimas
décadas, desde simples robots educativos hasta
entornos industriales controlados.
La robótica cooperativa consiste en la ejecución de tareas por medio de varios robots
que trabajan de forma coordinada. Las aplicaciones para robots cooperativos cada vez son
más numerosas, algunos ejemplos en los que
se los emplea son la vigilancia, el movimiento
de objetos, la búsqueda, etc. La mayoría de estas aplicaciones muestran que los robots deben
tener una ubicación o formación específica, y
esta hace necesario usar técnicas de control
que mantengan su formación mientras llevan
a cabo una tarea determinada.
1
2
Keywords: communications, cooperative,
omnidirectional robots, machine vision.
Estudiante de Ingeniería Electrónica, Universidad
Central, javier.a.l@ieee.org.
Egresado de Ingeniería Electrónica, Universidad
Central, mario.ramosvelandia.1994@ieee.org.
Asesor: Gregory Johann Conde Méndez,
ingeniero electrónico, magíster en Ingeniería
Electrónica y de Computador, docente e investigador
de la Universidad Central, gcondem@ucentral.edu.co.
Javier Andrés Lizarazo y Mario Alberto Ramos
La robótica cooperativa se ha utilizado en
varias investigaciones en los últimos años para
resolver problemas tales como la asistencia en
intervenciones quirúrgicas (Landeira et al.,
2015). En este caso, se utiliza a personas como
parte de la situación de cooperación, y el robot no es parte fundamental de la tarea, pues
solo facilita las intervenciones y no hace parte
principal de la solución.
El comportamiento de los animales ha
ofrecido un amplio conocimiento para la robótica cooperativa, ya que los enjambres de
las abejas o la forma como se comportan las
hormigas aportan ideas sobre cómo se deberían comportar los robots a fin de usarlos
para generar tecnologías como la mostrada
en Sagues et al. (2012).
En dicho trabajo, un enjambre de robots
es utilizado para vigilar vehículos en un parqueadero. Y en dicha actividad encuentran
una variedad de problemas debido a las condiciones ambientales. En investigaciones como
la de Roberti et al. (2011) se trabaja con un
sistema de visión catadióptrico, con excelentes resultados, pero elevados costos.
Teniendo en cuenta estos referentes tras
constatar la importancia de la robótica cooperativa en la robótica actual, elaboramos este
proyecto, con la ayuda del proceso de ingeniería identificamos la problemática y los medios
y fines del proyecto. El semillero de robótica
nos permitió obtener las bases para desarrollar
el proyecto enfocándonos en la parte técnica,
pero sin olvidar que su propósito es incentivar
a nuevos estudiantes de ingeniería electrónica
a interesarse más por su carrera y la robótica
y a que investiguen más sobre las áreas que
intervienen en este campo.
En este proyecto se implementa una planta
para estudiar la robótica cooperativa en la cual
se puedan evaluar estrategias de control, jerar-
6
quización, organización, comunicación, cooperación e interacción de los robots. Se trata
de área en la cual los robots se podrán mover
y controlar usando una cámara ubicada en la
parte superior de la planta y que permitirá tener una vista de todos los robots y elementos
incluidos en ella.
2. Fundamentación teórica
2.1 Robótica cooperativa
La robótica cooperativa o colectiva consiste en la implementación de sistemas de múltiples robots que son capaces de solucionar
diferentes problemas conjuntamente. Estos
robots, que hacen parte del sistema, son robots
sencillos en términos de control y diseño y
cuestan menos que un robot especializado.
Estos sistemas están encaminados a resolver problemas para cuya resolución un solo
robot no es suficiente. Son muy utilizados
para transporte de objetos voluminosos, manejo de materiales peligrosos y la exploración
y cobertura de terrenos, problemas que son
más sencillos de solucionar con varios robots
sencillos que con uno solo que sea muy robusto y costoso (Rogrigo, 2006).
2.2 Visión artificial
La detección de objetos es una de las tareas fundamentales del proyecto, ya que esta
permite conocer como están ubicados y hacia
donde deben dirigirse los robots.
2.3 BGR (blue, green, red)
La estructura BGR representa los colores
azul, verde y rojo. Un color BGR es almacenado en unas estructuras de tres matrices diferentes cuyo tamaño depende de la cantidad
de pixeles de la imagen.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Visión artificial y comunicación en robots cooperativos omnidireccionales
2.4 HSV (hue, saturation, value)
HSV (matiz, saturación, valor) es un modelo de los colores que los define en términos de sus componentes, variando el grado
de propiedades del color para crear nuevos
colores. El matiz se representa como un grado de ángulo y cada ángulo corresponde a
un color. La saturación se mide con respecto
a la gama de colores, que se constituye por el
diagrama de cromaticidad del modelo. El valor representa la distancia en los ejes blanco y
negro (Bernardo, Tizi y Vera, 2008).
2.5 Python
Python es un lenguaje de programación
de propósito general, orientado a objetos,
preparado para desarrollar cualquier tipo
de programa. Es un lenguaje interpretado,
lo que significa que no se necesita compilar
el código fuente para poder ejecutarlo. Esto
ofrece ventajas, como la rapidez de desarrollo, e inconvenientes, como una menor velocidad. Este lenguaje es el utilizado para controlar los robots y para implementar la visión
artificial.
2.6 OpenCV
OpenCV es una librería de software abierto
desarrollada por Intel. Es gratuita y compatible con los principales sistemas operativos.
Fue diseñada para lograr eficiencia computacional, pero tiene un fuerte enfoque en el
procesamiento de imágenes en tiempo real.
Estas librerías contienen algoritmos que permiten identificar objetos y acciones humanas
en video, entre una variedad de funciones.
OpenCV fue originalmente escrita en C,
pero tiene interfaces en C++, Java, MATLAB
y Python (Bermúdez y Báez, 2010; Bernardo,
Tizi y Vera, 2008).
3. Descripción del desarrollo
El desarrollo se hace en función del proceso de diseño en ingeniería, en el cual, a
partir de la formulación del problema, se evalúan opciones para determinar la orientación
y posición de los robots, el software adecuado
para utilizar y las diferentes características de
los robots. En este caso se optó por efectuar
un censado por medio de visión artificial, para
esto, se trabajó con un procesador dedicado,
como lo es la tarjeta de desarrollo BeagleBone, ya que esta permite hacer un mejor procesamiento de imágenes y crear una planta
con múltiples robots en donde cada robot será
omnidireccional, lo que le permitirá un mejor
movimiento dentro de la planta.
3.1 Procesamiento de imagen
El procesamiento de imagen se efectúa
en la placa de desarrollo BeagleBone, que se
programa en Python con la ayuda de las librerías de OpenCV. Primero, se asignan las
variables del rango de color que se va a seguir.
Luego se emplean los filtros de erode y dilate,
que eliminan los puntos erróneos y dilatan los
pixeles detectados. A continuación, se determina la posición de los objetos y se visualiza
un círculo del respectivo color de cada objeto.
Cuando se localiza la posición y se tienen las
coordenadas, se envían vía wifi.
3.2 Visión artificial
El sistema de visión artificial consta de una
cámara.Y el procesamiento es hecho por una
BeagleBone, que permite identificar y conocer la posición de los robots. El desarrollo del
procesamiento de imágenes se hizo con el paquete de librerías de OpenCV (Open Source
Computer Vision), que permitió, con la ayuda
de Python, generar la visión artificial. De ese
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
7
Javier Andrés Lizarazo y Mario Alberto Ramos
modo tenemos en cuenta colores que permiten identificar a cada robot y su posición para,
así, comunicarse con ellos y asignarles las diferentes tareas que deben cumplir.
3.3 Prototipo robot
El prototipo consiste en un robot omnidireccional que está formado por tres ruedas
omnidireccionales que le permiten hacer más
desplazamientos que una rueda convencional.
De ese modo, y ubicando cada rueda a 120°
una de la otra, se puede generar el movimiento del robot hacia cualquier dirección que se
desee (figura 1).
Este también contiene tres motorreductores, con su respectivo controlador para producir el movimiento de las ruedas. El control
del robot se encuentra soportado sobre una
placa de desarrollo llamada Raspberry Pi,
que es un ordenador de bajo costo que permite controlar y comunicarse con el robot
para que cumpla con las diferentes tareas.
tablecer redes de usuarios, a diferencia de Bluetooth y XBee, redes para las cuales no existen
protocolos predefinidos. Dado esto, solo resta
configurar, a partir del sistema operativo, la comunicación wifi con la ayuda de módulos de
antena USB, al asignarles a cada robot y a la
visión artificial una dirección IP. Esta etapa es la
más importante, ya que la visión artificial puede enviar las órdenes a los robots para que estos
cumplan con las tareas asignadas.
4. Resultados
Con respecto a la visión artificial, se hicieron pruebas de detección de colores en la planta. En la figura 2, se observa el robot y una caja
que tienen en su interior círculos de colores
(marcas). Cada marca del robot representa una
rueda diferente de este. Se hizo esto para saber
la orientación del robot y la posición de cada
motor en el eje de coordenadas X y Y. La caja
es el objeto que deben mover, se identifica con
un círculo azul.
Figura 2. Imagen de la planta.
Figura 1. Simulación de prototipo.
3.4 Comunicación
Los robots se comunican con el sensor vía
wifi, pues esta es una manera eficiente para es8
Se detectó (figura 3) el color verde por
medio del modelo HSV. La ventana de salida muestra la ubicación del objeto de color
verde con sus coordenadas X y Y. En la ventana del rango se muestra la imagen después
de ser convertida a formato HSV y aplicarle
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Visión artificial y comunicación en robots cooperativos omnidireccionales
los filtros erode y dilate, para limpiar la imagen de imperfecciones. La imagen es mostrada
en blanco y negro dependiendo del rango de
matiz, saturación y valor.
En la figura 5 se detectaron todos los colores y se observa el filtrado de cada color. A
cada color detectado se le dibuja un círculo
digitalmente para mostrar su ubicación en la
imagen original.
Los robots están conectados a la estación
base inalámbricamente por medio de una red
WLAN (wireless lan). Y cada uno de ellos tiene una IP estática, que permite identificarlos
individualmente.
Figura 3. Detección del color verde.
En la imagen de la planta de la figura 4 se
ubicaron digitalmente las coordenadas centrales de la marca de color verde. Al compararla
con la figura 3, se puede observar un error en
las coordenadas que se debe a que la cámara
se movió, pero el error es despreciable por la
resolución de la imagen.
34,82 pixeles
Figura 4. Imagen de la planta con
coordenadas de la marca de color verde.
Figura 5. Detección de colores en la planta.
En la figura 6, se muestra la conexión de la
estación base con un robot. Después de iniciar
el programa, la estación base espera la conexión de un robot. Cuando se establece la conexión con un robot, empieza la trasmisión de
datos, UTF-8 (8-bit Unicode Transformation
Format) fue son decodificados nuevamente en
el robot.
En la figura 6, la estación está trasmitiendo
las coordenadas X y Y de la marca de color
verde, y estos datos tienen un tiempo de espera de 10 ms por coordenada para evitar coliRevista Ingeciencia, n.o 1, 2016
9
Javier Andrés Lizarazo y Mario Alberto Ramos
sión de datos. La cámara estaba en movimiento cuando se tomaron los datos para que se
observara una diferencia en las coordenadas.
El robot espera una conexión con la estación base. Cuando la conexión es exitosa, el
robot empieza a recibir los datos, que en este
caso son coordenadas X y Y. El robot identifica cada coordenada por el orden de llegada, por lo cual la primera es la coordenada
en el eje X. Esta viene en formato UTF-8 y
es decodificada en formato INT, para que sea
procesada por el control del robot (figura 7).
artificial y la comunicación para la cooperación entre robots.
Se implementó de manera exitosa la visión
artificial para identificar objetos por medio
de marcas de colores. En un futuro, esta será
implementada con detección por imágenes
digitales características (Haar-Cascade) para
aumentar el número de robots.
Al implementar una WLAN para la comunicación entre los robots, tenemos la posibilidad de aumentar el número de robots sin
alterar el sistema.
Bibliografía
Figura 6. Comunicación de la estación base.
Landeira, M. A., Sánchez, E., Tejada, S. y
Díez, R. (2015). Desarrollo e implementación de una estrategia de gestión de
singularidades para un sistema robótico
redundante cooperativo destinado a la
asistencia en intervenciones quirúrgicas.
Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial, 12(1), 80-91.
Sagues, C., Mosteo, A. R., Tardioli, D., Murillo, A. C., Villarroel, J. L. y Montano, L.
(2012). Sistema multirrobot para localización e identificación de vehículos. Revista
Iberoamericana de Automática e Informática
industrial, 9(1), 69-80.
5. Conclusiones
Roberti, F., Toibero, J. M., Vassallo, R. F. y
Carelli, R. (2011). Control estable de
formación basado en visión omnidireccional para robots móviles no holonómicos. Revista Iberoamericana de Automática e
Informática industrial, 8(1), 29-37.
El proyecto ha contribuido de manera crucial al semillero de robótica, al permitir identificar y destacar la implementación de la visión
Rodrigo, L. D. S. (2006). Trabajo cooperativo en robots. Seminario de Diseño y
Construcción de Microrrobots.
Figura 7. Comunicación del robot.
10
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Visión artificial y comunicación en robots cooperativos omnidireccionales
Bermúdez, H. y Báez, J. (2010). Aplicación de
técnicas de visión artificial para reconocimiento de naranjas maduras en el árbol (tesis de
pregrado inédita, Univesidad Pontificia
Bolivariana, Bucaramanga, Colombia).
Bernardo, L., Tizi, F. y Vera, M. (2008). Aplicación de la visión artificial a la identificación
de figuras. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional San Nicolás.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
11
Pisada de Energía
Energy Tread
Andrés Ramírez1
place to another, generating a differential
whereby a power voltage and a current
will be obtained. This project is an innovative solution because of its simplicity and
driveability, materials that are implemented
have great strength and durability, do not
require connection of some kind of energy
source since it is a generator system and energy storage that does not produce any cost,
which contributes to energy savings, social
economy and reduce the pollution because
it will not generate any substance that is
harmful to the environment, also it will be
a system with great functionality.
Resumen
Con Energy Tread se podrá generar
energía usando una fuerza mecánica que
cualquier persona puede proporcionar sin
invertir mayor esfuerzo. Dicha fuerza puede ser una simple pisada, como las que damos durante el desplazamiento de un lugar
a otro. Esta genera un diferencial de potencia y, por ende, se puede obtener un voltaje
y una corriente.
Este proyecto ofrece una solución innovadora debido a su simplicidad y confiablidad. Los materiales que se usan tienen
una gran resistencia y durabilidad y no requieren conexión de ningún tipo de fuente de energía, pues es un sistema generador
y almacenador de energía que no produce
ningún costo. Esto contribuye a ahorrar
energía, a impulsar la economía social y
a disminuir los índices de contaminación,
ya que no se va a generar ningún tipo de
sustancia que sea dañina para el medioambiente. Además, será un sistema con una
gran funcionalidad.
Palabras clave: energía eléctrica,
generación, almacenamiento,
fuerza mecánica, pisada.
Abstract
With Energy Tread, it could generate
energy by means of a mechanical force that
may be provided by any person without investing more effort, as it can be a simple
tread we can give during travel from one
Keywords: electrical energy, generation,
storage, mechanical force, tread.
1. Introducción
El objetivo principal del proyecto es convertir energía magnética en energía eléctrica por
medio de la inducción electromagnética, aplicando el principio de Faraday para así generar
un voltaje y una corriente de manera gratuita e
implementar este desarrollo en diferentes sistemas que tengan un consumo energético.
Se usarán materiales reciclables y económicos para fabricar el sistema (Energy Tread),
1
Estudiante de Ingeniería Mecánica, Universidad Central, aramirezv2@ucentral.edu.co.
Asesor: Pedro William Pérez Orozco, ingeniero
mecánico, especialista en Diseño Mecánico por
Computador, director del Departamento
de Ingeniería Mecánica de la Universidad Central.
Andrés Ramírez
a fin de hacerlo económicamente viable,
ambientalmente responsable y socialmente
incluyente de las generaciones futuras, pues
su costo de fabricación es bajo comparado
con el beneficio que produce. Los materiales
utilizados tienen una vida útil aproximada de
cien años, lo que indica que durarían aproximadamente varias generaciones, sus costos
de mantenimiento serían mínimos y su implementación sería sencilla y de bajos costos
de instalación.
Se busca, además, crear conciencia sobre el
desperdicio de energía y la importancia de su
aprovechamiento usando conocimientos técnicos y tecnológicos para contribuir a solucionar el problema global de gran consumo
de energía. Así se ofrece una solución viable
que no afecta el medioambiente y que apro-
vecha la energía que diariamente se trasfiere
por medio de una actividad cotidiana.
Se diseñará un prototipo de baldosa que sea
resistente, poco deformable y que resista un peso
mínimo promedio de 40 kg y un peso promedio
máximo de 90 kg. Este aprovechará esa energía
mecánica para generar mayor energía.
Asimismo, se diseñará una bobina generadora de energía teniendo en cuenta el calibre preciso de alambre y el mayor número
de vueltas para obtener mayor corriente y ser
almacenada en baterías.
2. Planteamiento del problema
Para desarrollar el proyecto, se tuvo en
cuenta la metodología presentada en la figura 1.
Fase 0
Fase 1
Fase 2
Fase 3
Fase 4
Fase 5
Planeación
Desarrollo
del concepto
Diseño
del sistema
Diseño
de detalle
Pruebas
y refinamiento
Inicio
de producción
Figura 1. Metodología de desarrollo de Energy Tread.
Fase 0. En el pregrado de Ingeniería
Mecánica existen dos asignaturas que fueron
fundamentales para desarrollar el proyecto
Energy Tread. Práctica de Ingeniería Mecánica IV y Circuitos, Instalaciones y Máquinas
Eléctricas.
En esta última, se aprende el concepto de
inducción electromagnética. Este consiste en que,
en el momento en que movemos un imán
permanentemente por el interior de la espira
de una bobina solenoide (hecha de alambre
magneto o alambre de cobre aislado), se produce una fuerza electromotriz (voltaje) que es
causada por la inducción electromagnética del
imán en movimiento.
14
En una práctica de laboratorio, observé
que, al introducir un imán dentro de una bobina y conectarlo a un multímetro, se generaba
un pico de voltaje alterno. Por ende, noté que
este fenómeno podría ser aprovechado para
crear un mecanismo que implementara dicho
fenómeno para así generar energía. Esta energía puede ser almacenada para aprovecharla en
nuestro hogar o en diferentes recintos.
En la materia de Práctica de Ingeniería
Mecánica IV se enseña el concepto de desarrollo sostenible y el uso racional de la energía y la
implementación de la metodología de diseño
mecánico. Esta es la que se usa en este proyecto. Así fue como, mezclando estos conceptos,
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Pisada de Energía
llegué a una planeación mecánica y electrónica para implementar un sistema que genera
energía eléctrica a partir de energía magnética
de manera gratuita y eficiente.
Fase 1. Teniendo en cuenta la demanda de
energía, los lugares propicios de implementación del dispositivo son zonas en las que se
encuentre un conglomerado de personas suficiente para accionarlo.Y, al ser accionado un
mayor número de veces, se obtiene un mayor
diferencial de energía.
Otro factor que debe analizarse son los
costos de manufactura o fabricación del dispositivo. Para elaborarlo se usó alambre de
cobre magneto, imán de neodimio grado 52
(N52, que son considerados los más potentes
del mercado al generar 45 000 Gauss —y, a
mayor campo magnético, mayor energía generada—), molde de bobina (que será fabricada en impresora 3D a medida de la geometría
de los imanes, para aprovechar mejor el espacio de recorrido de estos dentro de la bobina).
Asimismo, para fabricar la caja se planea
utilizar lámina de acrílico. Pero también pueden usarse materiales reciclables, como madera o neumáticos de carros (que podrían servir
para un futuro diseño de la “caja” que aproveche este material elástico y contribuya así,
además, a solucionar el problema ambiental
que provocan los neumáticos luego de cumplir su ciclo de vida en los autos).
Inicialmente, se plasmó la idea por medio
de herramientas gráficas. En esta fase, se elaboraron varios diseños, a modo de prototipos,
para implementar el mecanismo y ejecutarlo.
Algunos de ellos no resultaron viables o funcionales. A continuación, se presentan dichos
diseños (figuras 2, 3, 4, 5 y 6).
Figura 2. Plataforma donde se empleará
la fuerza mecánica.
Figura 3. Esquema hipotético del mecanismo.
Figura 4. Isométrico del mecanismo.
Este diseño se descartó por su inestabilidad
y proporcionalidad.
Figura 5. Planos del diseño número 2.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
15
Andrés Ramírez
El diseño expuesto en la figura 5 consta de
dos tapas que se hacen encajar una dentro de
la otra y se fabrica a medida para un recorrido
corto. Para este diseño, se fabricó un prototipo
en acrílico (figura 6), con resortes ubicados en
cada de uno de sus extremos y dejando, de manera vertical, una tolerancia de espacio de recorrido de 25 mm de entrada y salida del imán.
Este diseño resultó más viable dado el
poco recorrido de elongación de los resortes, lo que lo hace más cómodo para quien lo
pise. Los resortes se usan para implementar la
simple idea de hacer volver la tapa superior
a su estado inicial. Estos resortes se fabrican
a medida con una constante de elongación
suficiente para hacer cómoda la experiencia
de pisar la caja o baldosa y, al mismo tiempo,
resistir un peso máximo de 90 kg.
Figura 6. Primer prototipo del diseño número 2.
Este prototipo resultó obsoleto. La compresión del aire acumulado dentro de la caja al
pisar dificulta la activación de entrada y salida
del imán a la bobina. Además, no fue posible
demostrar la generación de energía mediante
el encendido de los bombillos led: los resortes
no creaban una suficiente velocidad cinética
de retroceso al estado inicial y, por ende, los
bombillos led no se encendían.
Fase 2. Después de examinar los diferentes
factores que produjeron los fallos del primer
16
prototipo, se refinó el diseño preciso que le dará
funcionamiento a la caja y activará el sistema
electrónico ubicado dentro de ella. En este, los
resortes ya no se tuvieron en cuenta y se optó
por un material elástico llamado cincha elástica.
Este proporciona una deformación suficiente y una amortiguación rápida que resulta
clave para activar el sistema electrónico (pues,
a mayor velocidad cinética de propagación de
entrada y salida, mayor será el campo magnético que se genere dentro de la bobina y mayor
el voltaje producido).
El molde de la bobina fue mecanizado en
una impresora 3D que fue facilitada por la Universidad Central. Este tiene la geometría rectangular de los imanes en el centro para tener
un menor espacio abierto entre la bobina y los
imanes. Se optó por un alambre de cobre magneto calibre 20 que tiene 0,9 mm de diámetro.
Este alambre se seleccionó porque el sistema de generación de energía no va a estar conectado a ningún tipo de fuente eléctrica. Por
lo tanto, no resulta obligatorio tener un rango
de calibres para prevenir el calentamiento del
alambre. Además, este tipo de calibre es lo suficientemente grueso como para producir buen
amperaje —pues, a mayor diámetro del alambre,
mayor amperaje generado— y es lo suficientemente delgado como para moldearse alrededor,
lo que facilita su embobinado. La figura 7 muestra los planos de la respectiva bobina generadora.
Figura 7. Planos de la bobina generadora.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Pisada de Energía
Al culminar la fabricación del molde, se
procedió a embobinar 1300 g de alambre de
cobre, lo que da 40 mm de espesor y una altura de 28 mm de alambre de cobre embobinado, para un total de 1098 vueltas. El voltaje
generado es directamente proporcional a número de espirales.
En el diseño final del primer prototipo funcional, se introdujeron algunas modificaciones,
que consistieron en la fabricación de una sola
caja sin tapa, en agregar, en su parte superior,
dos bandas de cincha elástica en cuyo centro se
instalará el imán y en centrar la bobina generadora en la parte inferior, para así tener mayor
precisión cuando el imán ingresa a la bobina.
Además de esto, su base estará 25 mm por
encima del suelo y se utilizará una lámina de
acrílico de 300 mm por 240 mm y de 8 mm de
espesor en la cual reposará la bobina. Sus paredes
serán de madera reciclable de 15 mm de espesor.
Este diseño fue pensado para resistir la tensión
que se le aplicará a la cincha elástica. Los planos
de dicho diseño se presentan en la figura 8.
3. Materiales
Figura 8. Planos del prototipo funcional.
Figura 9. Prototipo funcional fabricado.
Fase 3. Los materiales empleados en el
prototipo final, con sus respectivos costos, son
los siguientes:
Madera reciclable (suministrada por una
carpintería), base en acrílico (suministrada por
la Universidad Central), cincha elástica (1000
pesos el metro), nueve imanes importados de
neodimio N52 (7000 pesos por unidad), 1,3 kg
de alambre de cobre magneto (30 000 pesos),
molde de bobina (suministrada por la Universidad Central), sistema eléctrico (5000 pesos).
Este prototipo funcional tuvo un costo total de 99 000 pesos. Después de tener los respectivos planos, se procedió a su fabricación.
La figura 9 muestra el prototipo fabricado.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
17
Andrés Ramírez
4. Resultados
El diseño y fabricación del sistema eléctrico tuvo como objetivo encender dos bombillos led de 3 V. El primero está conectado
directamente a las terminales del alambre de
cobre, para dar aviso del impulso de voltaje
generado. Este se enciende de manera momentánea. El segundo se conecta al final de
un condensador o capacitor, para demostrar el
almacenamiento de voltaje. Este se enciende
luego de tener un ciclo constante de entrada y
salida del imán hacia la bobina, así da un aviso
de brillo más prolongado debido al condensamiento de energía.
Este circuito es muy simple (figura 10).
Consiste en conectar un puente de diodos
que rectifica el voltaje, soldándolos con estaño
y cautín en el capacitor, y en conectarlo a un
emisor de luz. Los impulsos generados por la
bobina son senoidales; lo que indica un voltaje
alterno, pues la polaridad de los imanes generara energía en estado positivo y negativo.
Puente de diodos
rectificador
+
Capacitor
Figura 10. Diseño del circuito conectado a
la bobina para encender el bombillo led.
Una vez que se tiene el circuito, se puede
proceder a fabricarlo (figura 11).
18
Una vez implementado y soldado el circuito a la bobina, se procede a hacer el ensamble correspondiente para probar que, cada
vez que le aplicamos una fuerza mecánica al
sistema (ya sea una pisada o cualquier otra), se
activa la iluminación de salida led.
El sistema resultó satisfactorio y funcional.
Se efectuaron pruebas con pisadas de niños y
adultos que activaron inmediatamente la iluminación led, lo que constata la trasformación
de la energía magnética en energía eléctrica.
La figura 12 presenta la evidencia fotográfica
del funcionamiento del sistema Energy Tread
en tres simples pasos.
Bombillo
led
Bobina
generadora
−
Figura 11. Fabricación del circuito, puente de
diodos rectificador, capacitor y bombillos led.
Figura 12. Posiciones de activación del sistema
Energy Tread.
Como se puede apreciar, los bombillos led
verde y rojo se encienden en el momento de
aplicar la fuerza mecánica. El verde se activa en
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Pisada de Energía
el instante mismo en que se aplica la fuerza, pues
está conectado directamente a la bobina. El rojo
está conectado bajo un condensador y brilla luego de haber almacenado varios ciclos de carga.
En la figura no se aprecia, pero la intensidad de la luz del bombillo led rojo tiende a
bajar de manera más lenta que la del bombillo
led verde, pues este cuenta con un poco de reserva de energía. Así pues, se comprueba que
el sistema es útil y viable como almacenador
de energía de manera gratuita.
Fase 4. Después de comprobar que el prototipo funciona, se procede a hacer las respectivas mediciones de voltaje. Para hacer esto, se
emplea un multímetro y se activa la opción
“valor máximo”. Luego se procede a conectar sus puntas de medición a las puntas de la
bobina, que es en donde se genera la mayor
intensidad de voltaje.
En escala de voltaje DC (corriente directa), arroja un valor máximo de 1,038 V y, en
voltaje AC (corriente alterna), uno de 1,112 V.
Estas mediciones se hicieron usando una fuerza mecánica simple (la de nuestras manos).
Dado que la fuerza ejercida por una persona al
pisar es más intensa y genera más energía, por
lo cual el voltaje producido puede ser mucho
mayor, se consideran los valores arrojados por
estas mediciones como el mínimo voltaje generado por el sistema. Estos valores se pueden
apreciar en la figura 13.
Los impulsos electromagnéticos están dados por voltaje alterno, lo que se traduce en
una gráfica senoidal, pues su magnitud y dirección varían respondiendo a un determinado ciclo. Esto se debe a los polos del imán, que
generan un campo magnético que produce
unas líneas de fuerza que parten desde el polo
norte y se dirigen al polo sur (figura 14).
Al acercar o al alejar un imán a una espira,
se genera en esta una corriente eléctrica. En
lugar de una espira se puede usar un solenoide.
Por ende, la gráfica del campo magnético es
como la mostrada en la figura 15.
Figura 13. Multímetro y voltajes en AC y DC,
respectivamente.
S
N
Movimiento
Iinducida
Binducida
Figura 14. Líneas de campo magnético
generadas en un imán.
Figura 15. Función senosoidal.
Dado que, en la actualidad, todos los artefactos que usamos en nuestra vida diaria funcionan
con una corriente alterna, el objetivo es convertir esta corriente alterna en corriente directa
para almacenarla en pilas o baterías que pueden
ser usadas en tareas domésticas cotidianas.
Para lograr dicho objetivo, se utilizara un
rectificador de onda completa, pues estos usan
cuatro diodos para funcionar. Estos rectificadores hacen pasar la corriente alterna a través
del sistema de cuatro diodos y la reemplaRevista Ingeciencia, n.o 1, 2016
19
Andrés Ramírez
zan toda por una corriente directa. Esto dará
como resultado el correcto funcionamiento
del proyecto.
Puesto que el sistema origina impulsos
negativos y positivos, el regulador cumplirá la
función de convertir todos los pulsos negativos en pulsos positivos. De esa manera los
estabilizará en un solo sentido (figura 16).
U
D1
U
R
D2
Figura 16. Cambio de sentido de los impulsos
senoidales.
Como se aprecia, la polaridad se convierte
en una sola positiva. De ese modo, si se unen
los picos de las curvas, se obtiene una línea
recta y, como resultado, una corriente directa,
que se puede almacenar en una batería.
Fase 5. Habida cuenta de que este es un
prototipo, esta fase, que corresponde a mercadotecnia, promoción, lanzamiento y producción en masa del dispositivo, no se ha desarrollado.
A partir del prototipo, se buscarán alternativas de materiales para que este sea reutilizable, resistente, durable y de fácil instalación. Se
buscará así mejorar el sistema, para lograr más
eficiencia energética, reducir costos y darle
una apariencia agradable y llamativa.
Como ya se mencionó, se desea usar materiales reciclables, tales como los neumáticos
de los autos, pues estos podrían usarse para fabricar la “caja” en cuyo interior se instala el
mecanismo de generación de corriente.
20
5. Conclusiones
Se obtuvieron los resultados esperados para
el primer prototipo: 2 V promedio por cada
accionamiento del sistema sin tener en cuenta
la variación de peso y velocidad, que influyen
en el aumento de voltaje.
Es un sistema novedoso. Para fabricarlo no
se requiere hacer una gran inversión, pues su
costo monetario no supera los 100 000 pesos,
un precio muy bajo comparado con su gran
beneficio energético y ambiental.
El sistema tiene buena eficiencia. La hipótesis, para la cual no se han hecho aún suficientes pruebas, es que la energía suministrada
por el sistema será directamente proporcional
a la fuerza mecánica ejercida sobre este.
La energía mecánica que un transeúnte
transmite al dar una pisada es poca y, por ende,
la energía que proporciona Energy Tread por
pisada es baja.
Por lo tanto, el sistema debe ser implementado en masa. Es decir, deben instalarse más de
una caja o baldosa para que el sistema genere
suficiente corriente como para alimentar artefactos que usemos en nuestra vida cotidiana.
Por ejemplo, este sistema podría implementarse en las entradas de una estación de
Transmilenio, que diariamente usan 2 300 000
personas en Bogotá. Si se tiene en cuenta que,
por cada persona, se generan miles de pisadas
y que, por cada accionamiento, Energy Tread
genera aproximadamente 2 V, resulta fácil hacerse una idea de cuanta energía podría generar una sola caja alrededor de un día, que
podría almacenarse en una batería o usarse
para abastecer la misma estación o recinto en
donde se implemente.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Pisada de Energía
Se propone hacer una conexión en paralelo entre varias baldosas, pues una conexión
en paralelo arroja el mismo voltaje, pero aumenta la corriente.Y esto es lo que realmente
importa a la hora de almacenar o cargar un
dispositivo o batería.
Inicialmente, Energy Tread se encuentra
pensado para aprovechar fuerzas mecánicas
pequeñas, como las que ejerce una persona.
Pero el sistema podría desarrollarse para ser
implementado en autopistas de carros, ciclovías o aeropuertos. El impulso energético
generado es directamente proporcional a la
fuerza ejercida. Por ende, si una persona genera energía con solo dar una simple pisada,
entonces un automóvil o un avión, que pesan
mucho más, van a generar más energía.
Además, la velocidad con la que se accione
el mecanismo genera más energía. El tiempo
que se demora una bicicleta, automóvil o avión
en contacto con un punto específico del suelo
es mucho menor que el de un peatón. Por lo
tanto, se entra a un rango dinámico, lo que hace
mucho más eficiente al sistema, que generará
una enorme diferencia de corriente en comparación con la que produce un peatón.
Bibliografía
Alexander, C. K. y Sadiku, M. N. O. (2006).
Fundamentos de circuitos eléctricos. México:
McGraw-Hill, Interamericana Editores.
Ulrich, K. T. y Eppinger, S. D. (2013). Diseño y desarrollo de productos. México: McGraw-Hill, Interamericana Editores.
Guru, B. S. y Hiziroglu, H. R. (2002). Máquinas eléctricas y transformadores. México:
Oxford University Press.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
21
Metodología para elaborar
recursos educativos
multimediales (Meterem)
A methodology for developing multimedia
educational resources (METDMER)
Gonzalo Joya Santana1 y Orlando Cristancho C.2
Resumen
Esta investigación tiene como propósito
dar a conocer la metodología para elaborar
recursos educativos multimediales (Meterem). Esta comprende cinco fases derivadas
de conceptos sobre gestión de proyectos,
modelos pedagógicos de enseñanza, diseño
instruccional y metodologías para el desarrollo de software. A través de ella se propone la elaboración de recursos educativos
virtuales (REV) de forma secuencial e incremental, a fin de fortalecer los procesos
de enseñanza-aprendizaje mediante software.
Palabras clave: diseño instruccional,
recursos educativos, virtuales, UML, LOM,
multimedia, objetos de aprendizaje.
Abstract
This research aims to publicize the
Methodology for Developing Multimedia Educational Resources (METDMER)
consists of five phases derived from concepts of project management, pedagogical
models of teaching, instructional design
and methodologies for software development. Through learning through educational software, it building Virtual Educational Resources (VER) sequentially and
incrementally in order to strengthen the
teaching is proposed.
Keywords: instructional design,virtual
educational resources, multimedia, objects
learning.
1. Introducción
Durante los últimos veinte años, la educación virtual se ha convertido en referente
para diversos sectores que buscan desarrollar
herramientas alternas para fortalecer los procesos que ligan a la enseñanza y el aprendizaje
dentro de un solo concepto.
Diferentes áreas del conocimiento han sumado esfuerzos para consolidar modelos, técnicas y métodos de diseño de herramientas
basadas en informática que respalden, a través
de la tecnología, ambientes diferentes a los
utilizados por la educación presencial.
1
2
Ingeniero de sistemas, participa en el semillero de
investigación SITICUC, gjoyas@ucentral.edu.co.
Ingeniero de sistemas, especialista en
Teleinformática de la Universidad Distrital
y magíster en Comercio Electrónico de la Universidad de Barcelona, ocristanchoc@ucentral.edu.co.
Gonzalo Joya Santana y Orlando Cristancho C.
Es importante destacar que los procesos de
enseñanza-aprendizaje de la educación virtual
son un medio para complementar el desarrollo académico en los estudiantes, así como para
crear beneficios relacionados con uso de espacios físicos, desplazamientos, costos, acompañamiento, entre otros. El desarrollo multimedia se convierte en una herramienta para
generar interactividad, lo que les permite a los
estudiantes estar “inmersos en su aprendizaje,
experimentando situaciones que agregan autenticidad y real impacto” (Rosenberg, 2001).
Actualmente, existen diversos modelos de
diseño que permiten crear contenido multimedia dentro del contexto académico. Estos
modelos buscan crear ambientes enfocados en
características de tipo pedagógico-didáctico
que, en ocasiones, dejan de lado aspectos de
diseño de software.
2. Marco teórico
Los principales conceptos de este trabajo
hacen referencia a la teoría general de sistemas
(TGS), la educación virtual, la tecnología educativa, el diseño instruccional, los objetos de
aprendizaje, la ingeniería de software educativo
y el UML.
2.1 Teoría general de sistemas
Hacia el año de 1930, el biólogo Ludwig
von Bertalanffy planteó la teoría general de
sistemas (TGS). En esta, se recogen conceptos tales como la computación, la simulación,
teorías referentes a los comportamientos, los
conjuntos, las gráficas, la cibernética, la información, entre otros (Bertalanffy, 1968).
La TGS hace referencia a un proceso ordenado que permite llevar a cabo una aproximación y representación del mundo real a través
de modelos que crean ambientes interdisci24
plinarios para el intercambio de información
entre especialistas y especialidades.
2.2 Educación virtual
La educación virtual se define como un
proceso que permite acortar la distancia entre
la enseñanza y el aprendizaje a través de una
comunicación global entre profesores y estudiantes en tiempo real o de manera asincrónica.
El desarrollo de la multimedia permite
implementar nuevas estrategias metodológicas que complementan la educación presencial, semipresencial y a distancia, con lo
cual se garantiza mayor cobertura y mejoramiento de los procesos académicos (Arboleda, 2005).
2.3 Tecnología educativa
Robert Gagné (1990, p. 49) define la tecnología educativa como un cuerpo de conocimientos técnicos sobre el diseño sistemático
y la conducción de la educación con base en
la investigación científica.
La tecnología educativa nace como un
concepto que permite de manera sistemática
desarrollar modelos pedagógicos desde un enfoque de la TGS.
Los recursos de la tecnología educativa
para uso dentro de un diseño didáctico son las
personas (administradores, profesores, consejeros, monitores, tutores, etc.); las herramientas
y equipos (proyectores, computadores, televisores, dispositivos móviles, etc.); los materiales
(libros, diapositivas, videos, música, diagramas,
mapas, etc.); los recursos ambientales (espacios
físicos, bibliotecas, campos deportivos, auditorios, museos, etc.); y las actividades (técnicas
como la simulación, los juegos, los trabajos de
campo, etc.) (Correa, 1990).
La figura 1 presenta el esquema de las áreas
que intervienen en la tecnología educativa. En
este esquema se resalta el diseño instruccional,
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Metodología para elaborar recursos educativos multimediales (Meterem)
pues, a partir de este y por medio de modelos
sistémicos, se pretende establecer la manera de
diseñar e implementar recursos multimedia
educativos.
Tecnología educativa
La figura 2 ilustra el esquema general propuesto para el diseño instruccional a partir del
establecimiento de objetivos. Estos conducen
a diseñar estrategias necesarias que permitan
alcanzar las metas propuestas y verificar que el
proceso de enseñanza-aprendizaje se completa
a través de diferentes métodos de evaluación y
retroalimentación.
Desarrollo curricular
Objetivos
Estrategias
Evaluación
Diseño instruccional
Retroalimentación
Diseño y producción
de medios
Manejo y entrega
de medios
Figura 1. Áreas derivadas de la tecnología
educativa.
2.4 Diseño instruccional
El diseño instruccional está asociado al concepto de tecnología educativa y hace referencia al
planteamiento sistemático del proceso de enseñanza-aprendizaje (Correa, 1990). Está encaminado a optimizar de forma segura y ordenada
este proceso a través de la instrucción.
Diferentes autores, como Correa (1990) y
Arboleda (1987), proponen las siguientes definiciones del diseño instruccional:
• Es el nivel micro de la tecnología educativa. Se refiere expresamente a la
forma como esta se aplica en el proceso específico y didáctico de enseñanza-aprendizaje (Ortiz, 1990, p. 112).
• Es un sistema de enseñanza-aprendizaje
cuya gestión inmediata está a cargo del
grupo que lo desarrolla y en el cual todos sus componentes se interrelacionan
e interactúan (Arboleda, 1987, p. 104).
Figura 2. Esquema básico del diseño instruccional.
2.5 Objetos de aprendizaje
Los objetos de aprendizaje (OA) hacen
referencia a un conjunto de recursos digitales que pueden ser utilizados en diversos
contextos con un propósito educativo. Un
OA está constituido por al menos tres componentes internos: contenidos, actividades de
aprendizaje y elementos de contextualización. Además, el OA debe tener una estructura de información externa (metadatos) que
facilite su almacenamiento, identificación y
recuperación.
2.6 Ingeniería de software educativo
La ingeniería de software educativo tiene
como objetivo analizar necesidades educativas
y diseñar aplicaciones con contenido educativo que faciliten y complementen el proceso
de enseñanza-aprendizaje.
2.7 lenguaje unificado de modelado
(UML)
El UML nació por la necesidad de establecer un estándar que permita desarrollar software escalable y adaptable según las necesidades
del usuario. El UML proporciona las herraRevista Ingeciencia, n.o 1, 2016
25
Gonzalo Joya Santana y Orlando Cristancho C.
mientas requeridas para diseñar sistemas con
base en orientación a objetos.
3. Diseño de Meterem
La metodología para elaborar recursos
educativos multimediales (Meterem) ofrece,
por medio de siete etapas, una solución para
desarrollar contenido educativo multimedia
de manera iterativa.
La figura 3 muestra la estructura general de
Meterem. De izquierda a derecha se ilustran
cuatro bloques: análisis, diseño, implementación y distribución.
La etapa 1 hace parte del proceso de planeación de Meterem y de la forma como el grupo
de trabajo hace el levantamiento de la información inicial para el diseño del material. Dicha
información es extraída de diferentes medios
(como textos, libros de autor, revistas, periódicos,
internet, entre otros) y permite establecer cómo
debe esquematizarse un paquete de instrucción.
La etapa 2 hace referencia a cómo este
material de base se logra estructurar como un
contenido programático.
Las siguientes etapas muestran las fases de
implementación y las formas de distribución
que serán desarrolladas más adelante.
Análisis
Diseño
Implementación
Distribución
1
2
5
7
Planeación,
recursos y limitaciones
Tecnología educativa
y diseño instruccional
Implementación
3
6
Formas de distribución
Pruebas
Adecuación tecnológica
Documento
de ingeniería
de requerimientos
del proyecto
Producto
final
en ejecución
4
Diseño de los REV
orientados a objetos
de aprendizaje y UML
Resultado 1
Prototipo
Resultado 4
Resultado 3
Modelo
estructural
y conceptual
de los REV
Resultado 2
Figura 3. Esquema general de Meterem.
3.1 Análisis
Este bloque comprende la planeación, los
recursos y las limitaciones.
Durante el desarrollo de este bloque, Meterem propone establecer las condiciones ini26
ciales necesarias para estructurar un proyecto que permita elaborar recursos multimedia
educativos. A continuación, se define una
estructura organizativa (un grupo de trabajo), se plantea el problema, se determinan los
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Metodología para elaborar recursos educativos multimediales (Meterem)
objetivos y se especifican las condiciones que
debe tener la población objetivo, así como los
recursos y limitaciones.
3.1.1 Estructura organizativa
Meterem propone los siguientes integrantes
para la conformación del grupo de trabajo que
diseñará el proyecto educativo multimedia:
•
•
•
•
Director del proyecto
Conocedores del objeto de estudio
Ingeniero de software
Desarrolladores de software, gráficos
multimedia
3.1.2 Planteamiento del problema
Sin importar su naturaleza, en el desarrollo
de un proyecto se hace necesario identificar
y plantear el problema que se pretende resolver. Esto permite al grupo de trabajo sentar las
bases iniciales para adelantar el trabajo correspondiente a las siguientes etapas.
3.1.3 Objetivos y población objetivo
Meterem propone especificar el objetivo
educativo y el detalle de la población objetivo (conocimiento de los estudiantes y de su
entorno).
3.1.4 Recursos y limitaciones
El bloque de análisis de Meterem establece
algunos recursos que pueden ser tenidos en
cuenta para el desarrollo del proyecto educativo multimedia (recursos de tipo material, financiero y humano).
A su vez, desarrollar un proyecto implica
que se tomen en cuenta problemas tanto internos como externos. Estos se traducen en
limitaciones de tiempo, espacio y territorio,
así como económicas y sociales, entre otras,
que deben ser identificadas y resueltas por el
grupo de trabajo para evitar que se presenten
contratiempos.
3.2 Diseño
El bloque de diseño comprende tres fases:
tecnología educativa y diseño instruccional;
adecuación tecnológica; y diseño de recursos
educativos virtuales (REV) orientados a objetos de aprendizaje y UML.
3.2.1 Tecnología educativa
y diseño instruccional
La tecnología educativa y el diseño instruccional establecen un modelo sistémico para
elaborar recursos educativos instruccionales
con base en el proceso de enseñanza-aprendizaje. La elaboración de recursos multimedia
didácticos permite aplicar los principales conceptos del diseño instruccional.
Diferentes autores han representado con
modelos la forma cómo se puede diseñar material de instrucción con base en el concepto
de diseño instruccional. Meterem hace hincapié
en como la teoría del diseño instruccional
permite establecer la planeación y diseño del
material de instrucción que será desarrollado
en el bloque de implementación.
La figura 4 muestra cómo se puede diseñar un proyecto de recursos multimedia con
base en la teoría de diseño instruccional.
Existen diferentes herramientas de software que facilitan el diseño de recursos educativos multimedia, no solo lenguajes de programación convencionales o tipo web, sino
también otras herramientas que se catalogan
como sistemas de autor y lenguajes de autor.
Adicionalmente, a fin de establecer las condiciones iniciales de desarrollo, Meterem propone
un formato que recoge algunos aspectos de la
etapa de tecnología educativa y diseño instruccional, tales como los objetivos de aprendizaje,
la elaboración de los paquetes de instrucción
(módulos, unidades temáticas, actividades y evaluación), los componentes multimedia y las herramientas para el desarrollo de los REV.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
27
Gonzalo Joya Santana y Orlando Cristancho C.
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Recolección y análisis
de la información,
establecer objetivos
Construcción
del material
de instrucción
(paquetes de instrucción)
Implementación
tecnológica
(uso de software
y hardware)
Producto final
Pruebas
y retroalimentación
Etapa 5
Etapa 4
Figura 4. Etapas del diseño de recursos instruccionales.
Nombre del curso:
Curso de Radio Virtual de la Universidad Central
Nombre del módulo:
Historia de la radio
Objetivo del módulo:
Reconocer los principales hechos que llevaron a la creación y consolidación de la radio como medio de comunicación desde sus orígenes hasta
nuestros días.
Detalle del módulo:
Número de unidades:
7
Actividades por unidad:
0
Detalle de la actividad:
Componente/s multimedia:
Tipo de REV
(recurso educativo virtual):
• Unidad 1: Orígenes
• Unidad 2: Primeras transmisiones
• Unidad 3: Radiodifusión
• Unidad 4: Tecnologías de la radio
• Unidad 5: Revolución de la radio
• Unidad 6: La radio digital
• Unidad 7: La radio virtual
El módulo contiene una actividad que abarca las siete unidades desarrolladas.
Imagen
Animación
Video
Audio
Simulación
Tutorial
Hipermedia
Modelo
Ejemplo
Práctica y ejercitación
Demostración
Resumen
Descripción
Herramienta de desarrollo
propuesta:
Caso de estudio
EXE
Flash
Java
Camtasia
Dokeos
HTML5
.NET
Wink
Xerte
Impress
C#
Adobe
InDesign
PHP
PowerPoint
Python
Adobe
Captivate
JavaScript
Harvard
Graphics
Visual
Basic
Adobe
Presenter
Otros. ¿Cuáles?:
_________________________________________________________
Tipo de herramienta:
Tipo/s de evaluación del módulo:
Sistema de autor
Lenguaje de autor
Lenguaje de programación
Lenguaje de programación web
Diagnóstica
Sumativa
Formativa
De retorno
Figura 5. Formato para diseño de módulos.
28
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Metodología para elaborar recursos educativos multimediales (Meterem)
3.2.2 Adecuación tecnológica
En el momento en que una institución
educativa, una empresa o, en general, cualquier
organización decide enfocar sus esfuerzos y
presupuesto en la adecuación de espacios que
permitan desarrollar actividades de educación
virtual, estas deben tener en cuenta algunos
aspectos para la transformación e integración
efectiva de diferentes tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC).
Es aconsejable que conformen un grupo
experto para la adquisición y puesta en marcha de la infraestructura tecnológica necesaria. Dicho grupo debe estar en capacidad de
responder preguntas básicas como ¿cuáles?,
¿cuántos? y ¿dónde? La primera pregunta hace
referencia al tipo de equipos (escritorio, portátiles u otros); la segunda, al número de estos
equipos. Y la tercera, a la ubicación física que
tendrá la plataforma.
Las tres preguntas dependen en gran medida del análisis de recursos y limitaciones ya
descrito, siendo el factor económico la variable más importante para poder responderlas.
A su vez, integrar procesos de TIC en diferentes lugares (colegios, universidades, empresas, entre otros) garantiza que los procesos de enseñanza-aprendizaje logren ser más
efectivos, ya que se hace uso de herramientas
tecnológicas.
Ingeniería de software
Ingeniería de requerimientos (IR)
Diagramación UML
Pruebas e implementación del sistema
Entre las soluciones tecnológicas, Meterem
propone el uso de las siguientes:
• Multiterminales
• Pizarras digitales interactivas
• Classmate
• Dispositivos táctiles
• Laboratorios virtuales
Es importante resaltar que el avance tecnológico proveerá otros tipos de dispositivos que
se pueden implementar según las necesidades
de la comunidad en general.
3.2.3 Diseño de recursos educativos
virtuales (REV) orientados a
objetos de aprendizaje y UML
En esta etapa se establecen los parámetros
que deben ser considerados por el grupo de
trabajo para diseñar los REV, usando el estándar de la IEEE para metadatos de objetos
educativos (IEEE P1484.12, Learning Object
Metadata —LOM—) y los conceptos establecidos por la ingeniería de software para el diseño de aplicaciones con UML 2.0.
A partir de estos elementos (LOM y UML),
Meterem propone establecer un diseño conceptual de los REV usando los componentes del
estándar LOM (categorías y tipos de datos) y algunos diagramas de UML (casos de uso, diagrama de clases, diagrama de actividad, diagrama de
despliegue y diagrama de componentes).
Objetos de aprendizaje (OA)
+
Estándar IEEE para metadatos
de objetos de aprendizaje (LOM)
=
Recurso educativo
virtual (REV)
Figura 6. Fusión de UML y LOM.
La figura 6 muestra las bases conceptuales
para diseñar un REV utilizando algunas técnicas de la ingeniería de software y de los objetos
de aprendizaje. Esta combinación le permite al
grupo de trabajo diseñar los REV por medio
de técnicas y herramientas informáticas.
LOM hace referencia al estándar
P1484.12.1-2002 de la IEEE, que permite a los
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
29
Gonzalo Joya Santana y Orlando Cristancho C.
objetos de aprendizaje operar entre sí para facilitar su uso, búsqueda, clasificación y evolución.
Según la IEEE, un objeto educativo “hace
referencia a cualquier entidad susceptible de
ser usada en aprendizaje, educación o formación” (Estándar IEEE LOM, 2011). Esta definición permite que Meterem desarrolle un
modelo a partir de los aspectos que definen a
los objetos de aprendizaje (como su estructura
y los tipos de datos que los componen).
El estándar IEEE LOM permite definir
algunos atributos (Estándar IEEE LOM, pp.
12-52) que facilitan estructurar los objetos
de aprendizaje. Meterem hace referencia a los
atributos más significativos que pueden ser
usados como tipos de datos para el diseño de
OA. De ese modo, los conceptos de UML y el
estándar LOM dan paso a la formalización del
modelo estructural y conceptual de los REV.
3.3 Implementación
Este bloque de implementación contiene dos etapas: implementación de los REV y
pruebas de estos.
3.3.1 Implementación de los REV
Esta etapa hace referencia a la elaboración
de los REV aplicando, por medio de herramientas de software, las fases de planeación,
análisis de requerimientos, tecnología educativa y diseño instruccional, adecuación tecnológica y diseño de los REV orientados a objetos
de aprendizaje y UML.
Con base en el modelo conceptual y estructural de los recursos, el grupo de trabajo
está en capacidad de implementarlos haciendo
uso de los recursos y herramientas descritas en
la fase de diseño de esta metodología.
El producto desarrollado con estas herramientas debe cumplir con las especificaciones
hechas durante cada etapa, a fin de producir
un REV según los parámetros establecidos.
30
3.3.2 Pruebas
En esta fase se propone ejecutar el plan
de pruebas mediante el formato de diseño de
pruebas. Este formato muestra en la primera
columna, de izquierda a derecha, los tipos de
pruebas y sus aspectos (referidos en la etapa de
diseño de plan de pruebas). Para ponderar estos
aspectos, el grupo de trabajo debe seguir las siguientes calificaciones de menor a mayor nivel:
•
•
•
•
•
TD: total desacuerdo
DA: desacuerdo
AC: acuerdo
TA: total acuerdo
NA: no se aplica
Este formato le proporciona al grupo de
trabajo una retroalimentación general del funcionamiento y ejecución de los REV, a fin de
establecer planes de mejoramiento continuo
dirigidos a la corrección de errores y actualización permanente.
3.4 Distribución
Este bloque abarca la etapa de medios de
distribución a través de sistemas LMS (learning
management system, o sistema de gestión de
aprendizaje) y computación en la nube.
Un LMS es una aplicación residente en un
servidor de páginas web en la que se desarrollan acciones de formación. A través de un
LMS se pueden administrar usuarios, organizar cursos en un catálogo, redactar informes
de gestión y de desarrollo de procesos de comunicación.
Gracias al desarrollo de los LMS, las comunidades académicas pueden estar en contacto
a través del uso de herramientas tales como
foros, wikis, chats, entre otras, que permiten
establecer sesiones de acompañamiento y retroalimentación de forma ubicua.
Algunas características de un LMS son
una base de datos para organizar, planificar y
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Metodología para elaborar recursos educativos multimediales (Meterem)
gestionar el aprendizaje, así como calendarios
para organizar eventos y herramientas necesarias para evaluar a los estudiantes.
Tabla 1. Algunos LMS que existen
en el mercado
LMS propietario
LMS libre
Aulapp
LRN
Blackboard
ATutor
Class Live Pro (ECollege)
Desire2Learn
E-ducativa
FigarOnline
Fronter
iLearning (ORACLE)
Open Company (Catedra LTDA)
SIDWeb
Saba Learning Suite (Saba Software)
SAP Online Learning Solution
SUM Total
KEDROS (SATEC)
TRALCOM
Web Campus
WebCT
Chamilo
Claroline
Docebo
Dokeos
KeyWord
Proyecto Sakai
Videochat
Virtual Moodle
El grupo de trabajo está en la libertad de escoger el LMS que más se ajuste a sus necesidades, bien sea software propietario o de uso libre.
Además, la distribución del material de instrucción puede hacerse usando computación en la
nube (cloud computting) u otros medios (CDROM, memorias USB, discos portables, etc.).
El creciente auge de las tecnologías asociadas a internet ha permitido que se desarrollen
nuevos paradigmas de gestión de los sistemas
de información basados en TIC. La computación en la nube hace referencia a la idea de
distribuir sistemas de hardware y software a través de internet.
Es así como esta provee recursos de las
TIC tales como servicios de almacenamiento,
de redes, de herramientas de colaboración, de
comunicación, entre otros, de forma pública o
privada (cloud public o cloud private).
Los servicios de cloud public hacen referencia
al uso de la nube para el público en general, de
forma gratuita o prepagada. Ejemplos de estos
son los servicios prestados por iCloud (Apple
Inc.), Dropbox, Google Docs, entre otros.
Los servicios de cloud private permiten el
uso de la nube a corporaciones o empresas
para el desarrollo de sistemas de cómputo con
mayor protección de datos y seguridad. Estas
nubes son administradas de manera privada
por un solo cliente que tiene control sobre
todos los sistemas de hardware y software dispuestos.
Asimismo, el grupo de trabajo puede hacer uso de dispositivos de almacenamiento
para distribuir el material de instrucción, tales como CD, memorias de almacenamiento
USB, discos duros, entre otros. Para este tipo
de distribución, deben tenerse en cuenta las
condiciones de seguridad informática de la
organización en donde se desarrolla el proyecto, para prevenir copias no autorizadas y
garantizar un uso adecuado de los recursos.
4. Resultados
Los resultados arrojados por cada uno de
los bloques y etapas de Meterem fueron validados a través del diseño e implementación
del Curso de Radio Virtual para la Universidad Central (CRVT-UC).
El bloque de análisis genera como resultado
1 el documento “Ingeniería de requerimientos
del proyecto”, que contiene la descripción de
los requerimientos funcionales y no funcionales con los cuales se desarrollan los REV.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
31
Gonzalo Joya Santana y Orlando Cristancho C.
El bloque de diseño genera como resultado 2 el modelo estructural y conceptual de
los REV. Este modelo le permite al grupo de
trabajo tener de manera esquemática el diseño
instruccional y de software de los recursos que
se van a implementar.
El bloque de implementación genera
como resultado 3 el prototipo de los REV.
El bloque de distribución genera como resultado 4 el producto final en ejecución, que
corresponde al montaje de un paquete de instrucción (curso) a través de diferentes medios
descritos en este bloque.
5. Conclusiones
Existen diferentes metodologías que permiten diseñar y crear contenido educativo
multimedia según diferentes enfoques, tales
como la gestión de proyectos, el UML, la ingeniería de software y el diseño instruccional.
Usando la ingeniería de software educativo,
la tecnología educativa y el diseño instruccional, se puede desarrollar un proyecto de diseño
y creación de recursos educativos virtuales.
Hay diferentes tipos de herramientas con las
cuales se pueden elaborar los REV, tales como los
sistemas de autor, los lenguajes de autor, los lenguajes de programación convencionales y la web.
Se pueden usar diversos LMS, diferentes
dispositivos de almacenamiento y la compu-
32
tación en la nube como medios para distribuir
los REV.
Meterem aporta dos conceptos para el diseño de proyectos educativos virtuales: UMLLOM y REV.
Reconocimientos
Al ingeniero Diego Alexander Bueno
Hernández, compañero durante el desarrollo
de esta obra.
Bibliografía
Bertalanffy, L. von (1868). Teoría general de
los sistemas. México: Fondo de Cultura
Económica.
Correa, I. (1990). Elementos básicos de tecnología educativa y diseño instruccional. Medellín: Fundación Universitaria Luis Amigó.
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Consultado el 2 de agosto de 2011 en
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_
all.jsp?arnumber=5445243.
Rosenberg, M. (2001). E-learning: Estrategias
para transmitir conocimiento en la era digital.
Bogotá: McGraw-Hill.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Dispensador de comida para
perros recolectores de basura
Food dispenser for waste collectors dogs
Martín Alarcón Hernández, Luis Alfredo Cárdenas y Sara Estefanía Delgado1
Resumen
En la actualidad, se encuentra una gran
cantidad de desechos en espacios públicos
(como parques, plazoletas, avenidas y calles). Para contribuir a solucionar esta problemática, es necesario contar con un dispositivo que ayude a reducir esta contaminación. Este, con un buen diseño e implementación, puede mejorar notablemente
el entorno. Su diseño exhibirá una gran
innovación que incentivará a los caninos a
cooperar para solucionar el problema.
Palabras clave: comida, dispensador,
basura, recolección
Abstract
Now we have a lot of waste in public
spaces such as parks, squares, avenues and
streets. Which is necessary for a device to
help us reduce this pollution which with
good design and implementation significantly improve our environment, this design will have great innovation which will
be to encourage the dogs to cooperate in
solving the problem.
Keywords: food, dispenser, waste,
collection.
1. Introducción
Actualmente, en la ciudad de Bogotá se
presentan innumerables problemas con el manejo de los residuos. Se puede observar que en
nuestra ciudad faltan contenedores. Hay problemas en la clasificación de las basuras y existe poca cultura, pues algunas personas arrojan
la basura en sitios públicos.
Además, hay numerosos perros callejeros
deambulando por las calles de Bogotá.Y estos
son vistos como una plaga por muchas personas, pues son portadores de enfermedades, hacen estragos en los depósitos de basura, contaminan con restos de excrementos y pueden
atacar a las personas. El descontento es tal que
se han presentado varios casos de sacrificios de
estos animales (envenenamiento, golpes).
Según un reporte de la Secretaría de Salud
del Distrito Capital, en Bogotá existen apro-
1
Estudiantes de ingeniería electrónica, Universidad
Central.
Asesor: Gregory Johann Conde Méndez,
ingeniero electrónico, magíster en Ingeniería
Electrónica y de Computador, docente
e investigador de la Universidad Central.
gcondem@ucentral.edu.co.
Martín Alarcón Hernández, Luis Alfredo Cárdenas y Sara Estefanía Delgado
ximadamente 1 227 905 perros y gatos abandonados: 905 331 perros y 322 574 gatos que
deambulan por las calles de la ciudad.
Es necesario destacar que los perros son
animales que siempre han acompañado al
hombre en su proceso civilizatorio. Su presencia está probada en todas las culturas del mundo. Sienten frío y dolor y necesitan alimento y
cuidado del ser humano. Por su naturaleza sociable, entienden la estructura social y las obligaciones, y a menudo aprenden rápidamente
a cómo comportarse con otros miembros del
grupo, ya sean perros o humanos.
Ante esta problemática, se plantea el siguiente interrogante: ¿qué estrategia se podría utilizar para contribuir a la limpieza de
la ciudad y, al mismo tiempo, ofrecerles una
oportunidad a los perros para que no sean vistos como una plaga que debe ser eliminada y
como causa de malestar social?
2. Dispositivo dispensador
de comida
Se plantea desarrollar un dispositivo dispensador de comida. Este requerirá los siguientes materiales:
• Tolva de almacenamiento de comida
(concentrado).
• Caja de almacenamiento de basura.
• Sensores para detectar la basura.
• Plato para comida.
• Reguladores de tensión de 5 V (DC) y
de 12 V (DC), respectivamente.
El dispositivo estará diseñado con un mecanismo de dosificación tipo tornillo. Para eso,
se usará un tornillo sin fin que será impulsado
por un motor que, a su vez, será activado por
una señal generada por un sensor. Todo esto
será alimentado por unos circuitos de con34
versión y rectificación que garantizarán el correcto funcionamiento del dispositivo.
3. Resultados
Se diseñó un dispositivo dosificador automatizado provisto de un mecanismo de dosificación tipo tornillo que es activado por una
señal generada por un sensor óptico. Cuando
la mascota deposite basura en un contenedor,
este le suministrará alimento.
Para el depósito del alimento de las mascotas se utilizará un prototipo accionado
por un motor acoplado con caja reductora
para aumentar la fuerza del sistema. El alimento será desplazado por un rodillo sinfín
que, dependiendo del tiempo que este dure
en rotación, suministrará cierta cantidad de
alimento.
El adiestramiento de perros es algo que requiere tiempo y dedicación. En esta parte del
proyecto solo se hicieron pruebas del prototipo con mascotas domesticadas.
4. Discusión
Existen diferentes iniciativas que buscan
contribuir a la solución de la problemática
de los perros callejeros. En la ciudad de Santa
Marta se han instalado dispensadores de comida para animales callejeros denominados
Comedog. Estos aparecieron por primera vez
en enero de 2015 cuando Juan Manuel Montoya, un veterinario residente en Barranquilla,
decidió llevar alimentación a los caninos y felinos en estado de vulnerabilidad de Puerto
Colombia (Atlántico).
Desde entonces, la idea se ha extendido a
más de cuarenta municipios del país (El Tiempo, 2015, junio 19). En Manizales, estudiantes
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Dispensador de comida para perros recolectores de basura
de ingeniería eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia diseñaron y construyeron
un dispensador automático de alimento para
perros y gatos que funciona al hacer una llamada desde un teléfono móvil, a fin de que
las mascotas contaran con una alimentación
balanceada y sin alterar la vida y los compromisos de sus amos (Universidad Nacional de
Colombia, 2015, junio 17).
En Turquía, entre otros países, existe una
campaña de reciclaje de botellas plásticas llamada “Ideas con corazón: Reciclaje de botellas y comederos para animales callejeros” (La
Bioguía, 2014, agosto 3).
Este ingenioso proyecto, creado por la
compañía Pugedon, consiste en una máquina que, con cada botella de agua que alguien
recicla, suministra bebida y comida a los animales callejeros. Ya se ha puesto en marcha
en Estambul (Turquía). La máquina funciona
porque los ingresos obtenidos por las botellas recicladas cubren los costos de la comida
que la máquina deja caer, según aseguran los
creadores de Pugedon. Estambul es conocido
por su gran número de perros callejeros, tiene
alrededor de 150 000.
5. Entrenamiento de perros
Los perros de la calle se comportan de manera muy diferente a como lo hacen los domésticos. Pero pueden llegar a ser adiestrados
con el fin de acabar con el peligro y el problema que provocan en la sociedad. Las capacidades cognitivas del perro son el resultado de
un largo proceso de evolución durante el cual
han experimentado un continuo desarrollo y
modificación.
Los perros disponen de una serie de pautas de comportamiento típicas de la especie
destinadas a satisfacer sus necesidades, tanto
internas como externas y que han servido
para la adaptación y perpetuación de la especie a los distintos ecosistemas en donde
ha estado presente (Miranda, 2010). Los perros son animales muy inteligentes y pueden
aprender diferentes actividades usando diferentes métodos.
6. Conclusiones
Los comederos automáticos para perros
callejeros ofrecen una oportunidad de mejora
tanto para los perros como para la sociedad:
por un lado, se mitiga el desprecio hacia los
animales; por otro, este colabora con el aseo
de la ciudad.
La inteligencia e instinto de supervivencia
de los perros les facilita el aprendizaje de una
tarea repetitiva, más aún si esta tiene que ver
con la consecución de su alimento.
Bibliografía
El Tiempo (2015, junio 19). Primer dispensador de comida para perros y gatos llega a
Santa Marta. Consultado en http://www.
eltiempo.com/colombia/otras-ciudades/dispensadores-de-comida-para-perros-en-santa-marta/15970336.
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www.agenciadenoticias.unal.edu.co/
ndetalle/article/mascotas-podran-ser-alimentadas-desde-el-celular.html.
La Bioguía. (2014, agosto 3). Ideas con corazón: Reciclaje de botellas y comederos para
animales callejeros. Consultado en http://
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
35
Martín Alarcón Hernández, Luis Alfredo Cárdenas y Sara Estefanía Delgado
www.labioguia.com/notas/ideas-con-corazon-reciclaje-de-botellas-y-comederos-para-animales-callejeros.
36
Miranda, A. P. (2010). Psicología del aprendizaje y adiestramiento del perro. España: Días
de Santos.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Máquina de precisión
y celebración
Precision and celebration machine
Aliex Trujillo García1
Resumen
El reloj atribuido a Christiaan Huygens
es una de las máquinas más importantes en
la historia de la ingeniería mecánica. Este
reloj influyó en el desarrollo de la navegación y en el ascenso de la precisión. En la
historia del reloj y la medición del tiempo podemos encontrar pistas para mejorar
nuestros posibilidades del futuro. Por otro
lado, la biblioteca es la institución de la
cultura que preserva la historia. En ella encontramos las máquinas que enriquecen la
formación de los futuros ingenieros.
Palabras clave: historia de las
máquinas, educación en ingeniería.
Abstract
The clock attributed to Chistiaan Hyngens is one of the most important machines
in the history of mechanical engineering.
This clock influenced the development of
navigation and advancement of precision.
In the history of the watch and timekeeping
we can find clues to improve our possibilities for the future. The library is the institution of culture that preserves the history.We
find in the library machines that enrich the
education of future engineers.
Keywords: machine history,
Engineering Education
1.
Preámbulo
Estuvimos en la biblioteca de la Universidad Central celebrando el Día del Ingeniero.
Como ya saben, la biblioteca es el espacio en
donde circula el acumulado de información
de las tradiciones que hemos sabido resguardar
como cultura humana.
Nuestra biblioteca me invitó a celebrar este
día con una conferencia y decidí hacer una
pequeña revisión de una pequeñísima parte
del acumulado que reposa en la Institución.
Para hacer esa revisión me enfoco en una
máquina, dado que la máquina es uno de los
objetos de estudio preferido de los ingenieros.
La máquina es el reloj en sus épocas y un reloj
en particular: el reloj que se le atribuye al holandés Christiaan Huygens. Lo hago porque
creo que es una máquina fundacional de la
ingeniería.
2. Breve recorrido temporal
En principio, un reloj es una máquina con
la convención de una escala de duración asociada. Los relojes de sol, 1500 años antes de
nuestra era, marcaban las horas aproximadas,
1
Ingeniero mecánico, Dr. (c) en Educación.
Profesor de la Universidad Central,
atrujillo@ucentral.edu.co.
Aliex Trujillo García
por cuanto el sol tiene una variación angular
anual que depende de la latitud. Han existido
relojes de sol de geometría compleja que llegan a corregir estos comportamientos regulares y aparentes, como el antiquísimo Sechat
egipcio o, en la actualidad, el reloj de precisión
de Bütgenbach (Bélgica).
Desde el siglo XIV a. C., el reloj de agua
consistió en un orificio lateral y adyacente al
fondo de una vasija de barro. Ahora sabemos
que los intervalos se alargan porque, al vaciarse
el recipiente, disminuye la presión hidrostática y, por lo tanto, disminuye la velocidad del
chorro de agua por el agujero —el caudal o la
“cantidad de agua”— y tiene mayor duración
un mismo intervalo de división en una escala
regular de vaciado.
Si medimos con un reloj de áncora o de
pulsos el tiempo de vaciado del recipiente del
reloj de agua podemos darnos cuenta del error.
Lo detectamos porque sabemos que, a intervalos iguales del reloj de referencia, el reloj de
agua se demora más hacia el final. La precisión
es un efecto de la teoría del instrumento, de
un acumulado del pensar al erigir un mundo.
Los griegos usaron los relojes de agua para
medir la duración de la palabra en la asamblea
de hombres libres, inventores de la democracia. Una de las reglas de aquellas asambleas,
en la época de Pericles, siglo V a. C., era el
balance en la duración del uso de la palabra en
el ágora de la polis ateniense. Para ese uso no
se necesitaba nada más. En cada intervención,
el recipiente se llenaba.Y cuando se vaciaba y
concluía el orador, se volvía a llenar.
La precisión en la duración para estos usos
del instrumento es irrelevante en un margen.
Lo que ordena la diferencia de tiempos de vaciado es irrelevante para la temporalidad de los
procesos en la asamblea de hombres libres de
hace veinticinco siglos. La clepsidra, un reloj
de agua usado ya por los egipcios y posterior38
mente por los griegos, era incapaz de medir
todas las horas del día o de la noche porque no
estaba sincronizada con la duración de los movimientos astronómicos, sino con la gravedad.
En el siglo III a. C., el famoso Ctesibio inventó el horologium ex aqua, el primer reloj de
agua calibrado y numerado (Mumford, 2006).
El reloj de arena presentaba el mismo problema. Los líquidos se deforman con una cierta proporcionalidad y el agua se destaca por
hacerlo con una proporcionalidad lineal. Las
partículas sólidas abrasivas, como las de la arena, tienen características de más complejidad,
como la irregularidad en el tamaño y la forma
del grano y la humedad de adherencia (aunque ya podemos hacer un tamizado de orden
milimétrico para el grano y deshidratarlos).
En general, al disminuir la presión de la
cantidad de arena, disminuye el tiempo de
vaciado. Ahora sabemos eso porque tenemos
disponible una teoría con una precisión de
orden superior a una opinión desprevenida o
interesada al respecto.
3. Otro reloj
En el periodo histórico posterior al Imperio romano y anterior al Renacimiento del
siglo XV, la artesanía se desarrolló más que la
ciencia. Los fundamentos de la ciencia estaban
circunscritos a parte de la filosofía griega, al
misticismo y tuvo resistencia ideológica por
parte de una poderosa institución, la Iglesia
católica.
Es común en los colegios divulgar la idea
de que es un periodo oscuro en el que la Inquisición, que era un aparato de la Iglesia, condenaba el libre pensamiento necesario para
hacer avanzar la ciencia. La baja Edad Media
instauró la escolástica, que fue condición de
posibilidad de las artes liberales, de la ciencia
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
La máquina de precisión una celebración
moderna. Por entonces se separaban las artes
liberales de las artes mecánicas.
Grosso modo, en el siglo XVII, que es el
más importante para la ingeniería, la artesanía de los maestros mecánicos se encontró con
la ciencia y produjo la ingeniería (Mumford,
2010). Un hito interesante de ese encuentro es
cuando, gracias a un encumbrado grupo multinacional de científicos, se consolidó la más
moderna de las máquinas: el reloj.
Hasta el siglo XVII, los relojes eran marca de posición social encumbrada. Los relojes eran objetos estéticos y del divertimento,
monumentos a la exquisitez de los oficios. La
ciencia demandaba, para sus algoritmos, de
experimentación a escalas de duración más regulares, estables y pequeñas. La isocronía apareció como concepto de esa ciencia y echó
mano de un lugar geométrico ya trabajado
desde los griegos: la cicloide.
Ya existían los relojes de péndulo. Sobre
la importancia del péndulo en los relojes y
la función que realizan le pueden preguntar
a uno de nuestros bibliotecarios, Reinaldo
(amigo e inventor), que es un aficionado a
estos relojes y un restaurador consumado de
estos. Los relojes de péndulo eran bella e ingeniosamente engalanados para la adquisición de
reyes y campanarios de grandes burgos.
Christiaan Huygens, que era uno de esos
burgueses, se relacionaba con los principales
científicos europeos del siglo XVII. Se unió
a la investigación de la isocronía y encontró en la cicloide la manera de producirla
(Koyré, 1994). En 1673, Huygens escribió
el libro Horologium Oscillatorium: sive de motu
pendulorum ad horologia aptato demostrationes
geometricae (The pendulum clock: or geometrical
demonstrations concerning the motion of pendula
as applied to clocks), donde hace su propuesta
de reloj. Allí dice:
El péndulo simple no puede ser considerado como una medida del tiempo segura y
uniforme, porque las oscilaciones amplias
tardan más tiempo que las de menor amplitud; con ayuda de la geometría he encontrado un método, hasta ahora desconocido, para suspender el péndulo; pues he
investigado la curvatura de una determinada curva que se presta admirablemente
para lograr la deseada uniformidad. Una
vez que hube aplicado esta forma de suspensión a los relojes, su marcha se hizo tan
pareja y segura que, después de numerosas experiencias sobre la tierra y sobre el
agua, es indudable que estos relojes ofrecen
la mayor seguridad a la astronomía y a la
navegación. La línea mencionada es la misma que describe en el aire un clavo sujeto
a una rueda cuando esta avanza girando;
los matemáticos la denominan cicloide, y
ha sido cuidadosamente estudiada porque
posee muchas otras propiedades; pero yo la
he estudiado por su aplicación a la medida
del tiempo ya mencionada, que descubrí
mientras la estudiaba con interés puramente científico, sin sospechar el resultado.
Queda claro que el científico holandés tenía
su corazón en la ciencia, a pesar de que su origen familiar y de ciudad estaba en el comercio.
4. El reloj cicloide
De forma paralela había una necesidad de
navegar para expandir a una Europa agotada
de recursos. La discusión en la historia de la
técnica es entre aquellos que defienden que
una necesidad de recursos presionó a la ciencia para que produjera el reloj cicloide y, por
lo tanto, una estabilidad cualitativamente su-
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
39
Aliex Trujillo García
perior, por un lado, y aquellos que defienden
que la precisión de los algoritmos de la ciencia produjo un instrumento que encontró, por
estar disponible, aplicación en la navegación
para la búsqueda de recursos. Me detendré en
la primera posición de la discusión.
Los largos viajes transatlánticos fueron
motivados por la escasez que en Europa trajeron las guerras y por la extracción casi total
de la biomasa arbórea, lo que demandó una
precisión en la localización de las trayectorias
(Rossi, 1966). Desde miles de años la latitud
se media por la estrella polar en el hemisferio
norte y por la cruz del sur en el hemisferio
sur. Para esto, se llegó a contar con el astrolabio y, posteriormente, con el sextante (sexta
parte de un círculo completo).
Para la proyección de un sistema cartesiano, la localización se efectúa con dos datos;
uno de esos es la latitud, qué tanto al norte o
al sur se está, y el otro es la longitud, qué tanto
al oeste o al este se está.
Para esto, el método era calcular el desplazamiento, pues ya se sabía de qué manera dependía el desplazamiento de la velocidad y que la
velocidad dependía del tiempo.Y el tiempo podía medirse con un reloj en el barco. Si el reloj
que se usaba era de péndulo, había la dificultad
de que, con los vaivenes de la embarcación, la
oscilación del péndulo dejaba de ser regular.
La isocronía en una oscilación circular es
aproximada para muy pequeñas amplitudes,
nunca para las amplias oscilaciones de altamar.
El problema que resolvió la ciencia se tradujo,
en la navegación, en una solución tecnológica
tan importante que le dio inicio a una disciplina: la de la ingeniería.
Resulta que Huygens encontró una oscilación del péndulo del reloj para que, independientemente de la amplitud de la oscilación, el
tiempo de oscilación no cambiara. El científico burgués hizo oscilar el péndulo entre guías
40
(platinas) en forma de curvas cicloides. La curva cicloide tiene dos propiedades: la propiedad
braquistócrona y la propiedad tautócrona.
La primera se verifica porque es la forma
de la curva por donde un punto recorre más
rápido, bajo efecto gravitatorio, un descenso
entre dos alturas cualesquiera. Esta propiedad
la demostró Bernoulli, un científico con el
que se trabaja muchas veces en la carrera y en
la vida profesional de ingeniero.
La segunda propiedad se verifica porque,
independientemente de la altura desde donde
un punto descienda, siempre pasará por una
misma referencia al mismo tiempo. Esta última propiedad la demostró Huygens.
La oscilación del péndulo entre la forma
de la curva cicloide produce una oscilación
que no depende de la amplitud. Es una oscilación isocrónica y, con ella, un salto de precisión a la que se acogió, a partir del siglo XVII,
toda la medición en ingeniería.
Siendo el tiempo más regular, independientemente del mar que se navegara, y midiendo la cantidad de nudos a los que se desplazaba el barco, nudos que se hacían a distancia regular en una cuerda que se iba soltando
con lastre, se podía establecer la velocidad y la
posición geográfica o la localización.
5. Posfacio
En la actualidad, la precisión necesaria para
la labor humana de la tecnociencia ha agotado las posibilidades planetarias como referencia de la duración. El reloj atómico convierte
en patrón de tiempo la longitud de onda de
la radiación de vapores de Cesio, patrón más
independiente de las fluctuaciones del movimiento de la masa terrestre.
El reloj de péndulo cicloide influyó poderosamente, como máquina, en la actitud cien-
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
La máquina de precisión una celebración
tífica que dio paso a la disciplina de la ingeniería, la profesión que celebra Colombia el día el
17 de agosto de cada año.
Bibliografía
Mumford, L. (2006). Técnica y civilización,
Madrid: Alianza Editorial.
Mumford, L. (2010). El mito de la máquina:
técnica y evolución humana. La Rioja: Pepitas de Calabaza.
Koyré, A. (1994). Pensar la ciencia. Barcelona:
Paidós.
Rossi, P. (1966). Los filósofos y las máquinas,
1400-1700. Barcelona: Editorial Labor.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
41
Diseño de dispositivo háptico que
simula cambios de temperatura
según la posición de la mano con
respecto a su entorno virtual
Design of a haptic device that simulates
temperature changes depending
on the position of the hand relative
to his virtual environmentx
Vladimir Prada1, Andrés Acuña2, Hans Araque3 y Andrés Velandia4
por medio del sistema embebido Arduino,
que genera una señal de PWM (modulación por ancho de pulso) y está encargado
de realizar la comunicación con el entorno virtual en Unity, que es una plataforma
que incorpora un lenguaje de programación gráfico y de código C.
Resumen
La mayoría de simulaciones hechas
hasta el momento en entornos virtuales involucran exclusivamente la vista y el oído.
Pero la creciente necesidad de lograr mayor fidelidad en las representaciones obtenidas y de incrementar la sensación de inmersión del usuario dentro de un entorno
virtual exige un componente de interactividad que solo puede alcanzarse mediante
dispositivos de tipo háptico (para el tacto).
En la fabricación del dispositivo se logra que el usuario sienta, en la palma de
su mano, los cambios de temperatura (frío
y calor) con respecto a la variación de
posición en su entorno virtual (nevado y
volcán). Así se logran avances para futuros
videojuegos al crear mayor conectividad
entre el usuario y la máquina.
En este artículo se presenta el diseño de
un dispositivo háptico que simula cambios
de temperatura y crea la sensación de caliente o frío en la palma de la mano según
la posición en la que se encuentre en el entorno virtual. Usando un sensor infrarrojo
de proximidad se determina la distancia de
la mano. El control de temperatura se hace
1
2
Ingeniero mecatrónico, magíster en Sistemas
Automáticos de Producción, integrante del grupo
de investigación GIAR de la Universidad Central,
vpradaj@ucentral.edu.co.
Estudiante de Ingeniería Electrónica, Universidad
Central, jacunap@ucentral.edu.co.
Palabras claves: háptica, sensor, sistema
embebido, entorno virtual (Unity).
2
4
Estudiante de Ingeniería Electrónica, Universidad
Central, haraquec@ucentral.edu.co.
Estudiante de Ingeniería Electrónica, Universidad
Central, avelandias@ucentral.edu.co.
Vladimir Prada, Andrés Acuña, Hans Araque y Andrés Velandia
Abstract
Most simulations performed so far
in virtual environments involving only
the sight and hearing, but the growing
need for greater fidelity representations
obtained and to increase the sense of
immersion of the user within a virtual
environment requires a component of
interactivity that can only be achieved
through haptic devices type.
This article describes the design of
a haptic device that simulates temperature changes creating the sensation of
hot or cold in the palm according to the
position where it is in the virtual environment is presented. Using an infrared
proximity sensor distance hand is determined; the temperature control is performed by means of Arduino embedded
system, generating a PWM signal (pulsewidth modulation) that is also responsible for performing communication with
the virtual environment Unity which is
a platform that incorporates a programming language graphic and code C.
In the embodiment of the device it
is achieved that the user feel changes in
temperature (hot and cold) in the palm of
your hand with respect to the change in
position in its (snowy and volcano) virtual
environment and making progress for future games, creating greater connectivity
between the user and the machine.
Keywords: haptics, sensor, embedded
system, virtual environment (Unity).
44
1. Introducción
En la actualidad, los dispositivos hápticos
han proporcionado grandes avances tecnológicos. Han logrado la interacción entre el
mundo real y el mundo virtual con sensaciones básicas que se pueden tener por medio
del sentido del tacto.
El estudio de la háptica se basa en señales
sensoriales que surgen de la interacción con
entornos reales o virtuales que incluyen variables físicas como fuerza, momento, dureza,
viscosidad, temperatura, etc., que provienen
de las características propias de aquello que se
toca, pero también de la persona que lo toca.
En 1985, se llevó a cabo un sencillo experimento de importantes consecuencias teóricas. En esencia, no se trataba más que de
presentar 100 objetos de uso común y evaluar
la precisión y rapidez con la que era posible
identificarlos. El nivel de reconocimiento fue
muy alto, no solo en cuanto a la adecuación
de las respuestas de identificación (95 %), sino
también con respecto a la rapidez con la que
estas se produjeron (el 68 % se dieron en menos de tres segundos y solo el 6 % de las respuestas requirió más de cinco segundos) (Jover, 1992). Según esto, el propósito de diseñar
dispositivos hápticos es que el usuario pueda
percibir múltiples sensaciones de tal forma
que se cree un ambiente de inmersión entre
usuario y máquina.
Dispositivos como Cybergrasp, Phantom
Omni y equipo quirúrgico Da Vinci son un
claro ejemplo de la evolución que han tenido
este tipo de dispositivos, que, además, son utilizados en diferentes áreas de la ciencia.
El empleo de sistemas de realidad virtual
como método de propiocepción en parálisis
cerebral constituye un nuevo enfoque de tratamiento que refuerza el aprendizaje motor
orientado a tareas (Pereira, 2014). Así mejora
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Diseño de dispositivo háptico que simula cambios de temperatura, según la posición
la calidad de vida de las personas en condición de discapacidad.
El dispositivo háptico desarrollado logra
crearles la sensación térmica a los usuarios, que
experimentan cambios de temperatura según
la distancia a la que se encuentre la mano referente del sensor infrarrojo de proximidad.
Este movimiento se visualiza en un entorno
virtual. Su objetivo es ayudar a la investigación
de los problemas de somestesia (alteraciones
de la sensibilidad) y a la creación de nuevos
videojuegos basados en una interacción más
real entre usuario y máquina.
2. Materiales y métodos
Se diseñó el flujograma de la metodología desarrollada (figura 1) y que debe tener el
dispositivo para que funciones de manera adecuada, a fin de que no les provoque lesiones a
los usuarios.
Los elementos que se utilizaron fueron los
siguientes: sensor de distancia (GP2Y0A41SK0F), para determinar la posición; celda de
Peltier, como actuador termoeléctrico; el sistema embebido Arduino, para hacer el control del dispositivo y la comunicación con la
interfaz gráfica del computador; y el sensor
de temperatura (LM35), que envía una señal
2.1 Entorno virtual en Unity
El entorno virtual se desarrolló en la plataforma Unity, que permite programar las
funciones de envío y recepción de datos en
código C. De ese modo se garantiza que el
usuario interactúe en tiempo real con el prototipo. En la figura 2, se observa un cubo blanco. Este objeto es el encargado de generar la
interacción con el usuario. En el punto medio,
en donde se encuentra el objeto, el usuario
sentirá la temperatura ambiente. Pero, a medida que mueva la mano al nevado o al volcán,
sentirá la respectiva sensación de calor o frío.
2.2 Sensor de proximidad
GP2Y0A41SK0F
Para determinar la posición del objeto se
utilizó el sensor infrarrojo GP2Y0A41SK0F,
que tiene una salida análoga. El rango de medición del sensor es de 4 a 40 cm y la salida del
sensor es una señal análoga, en el rango de 0,3V
a 2,8V. Esta señal analógica es leída mediante
una de las entradas análogas del sistema embebido Arduino (Banzi, 2011) y es procesada para
obtener el dato de distancia en centímetros.
Proceso
Entradas
Sensor de
temperatura
y proximidad
análoga al Arduino para que no sobrepase el
rango de trabajo de la celda de Peltier, lo que
asegura que el usuario no sufra ninguna lesión.
Salidas
Registro de
temperatura
Control del sensor
de proximidad
(Arduino)
Alimentación
Figura 1. Flujograma dispositivo háptico.
Fuente: elaborado por el autor, 2015.
Control de
temperatura
(Arduino)
Control de la
celda de Peltier
(Arduino)
Actuador
Visualización
en interfaz de
Unity
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
45
Vladimir Prada, Andrés Acuña, Hans Araque y Andrés Velandia
microcontrolador, que tiene una resolución de
10 bits. De ese modo se obtiene la ecuación 1:
5V
(1)
210
Resolución = 4,887 mV / bit
Resolución =
Donde la conversión de bits a voltios está
dada por la ecuación 2:
4,88mV ⎞
Voltios = Dato ⎛
(2)
⎝ bit ⎠
Figura 2. Entorno virtual en Unity.
Fuente: elaborado por el autor, 2015.
2.3 Alimentación y etapa
de regulación de voltaje
La fuente de alimentación utilizada por
este equipo es una fuente conmutada de 12V
(DC) a 13 A. Esta provee de energía a todo el
sistema y entrega así la potencia necesaria. La
celda de Peltier es el dispositivo que más corriente necesita para entrar en operación.
2.4 Funciones del Arduino
en el prototipo
El sistema Arduino (figura 3) es un sistema
embebido de código abierto utilizado para desarrollar y programar elementos electrónicos
(Gibb, 2010). Puede recibir y enviar información a la mayoría de los dispositivos e, incluso,
se puede comunicar a través de internet. Esta
tarjeta incorpora un microcontrolador marca ATMEGA328, que se encarga de todos los
procesos aritméticos y lógicos del dispositivo
háptico (Atmel Corporation).
El mando del dispositivo se ejecuta por medio del sistema embebido Arduino. El código
permite controlar la celda de Peltier usando la
señal de PWM y teniendo en cuenta la variación de tensión en la salida del sensor de proximidad con una relación de 0,1V/cm. Esta es
capturada por el conversor análogo digital del
46
En donde Dato es el valor que se obtiene
del valor registrado por el conversor análogo
digital. Para poder tener la posición del objeto
se hace la conversión de voltios a centímetros,
que da la ecuación 3:
10cm ⎞
Distancia = Voltios ⎛
(3)
⎝ v ⎠
Por último, se varía el ancho del pulso para
controlar la celda teniendo en cuenta la distancia en la que se encuentra la mano del sensor de proximidad. Esto da la ecuación 4:
⎛ Distancia − PM ⎞
(4)
PWM = ⎜
⎝ 13,5 × 255 ⎟⎠
Donde PM es la mitad del rango de distancia, que es el punto de referencia para aumentar o disminuir la temperatura de la celda.
Figura 3. Sistema embebido Arduino UNO.
Fuente: www.arduino.cc.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Diseño de dispositivo háptico que simula cambios de temperatura, según la posición
2.5 Función del módulo
de Peltier en el prototipo
El efecto Peltier se caracteriza por la aparición de una diferencia de temperaturas entre
las dos caras de un semiconductor cuando por
él circula una corriente. Por lo general, dichas
celdas están fabricadas con bismuto (para la
cara del semiconductor tipo P) y telurio (para
la cara tipo N) (Sandoval, Espinosa y Barahona, 2007).
En el prototipo, el módulo de Peltier es
controlado con la señal PWM que genera el
Arduino. Dicha celda es la que provoca el delta de temperatura en la mano. Para pasar de
caliente a frío, o viceversa, se requiere cambiar
la polaridad de la celda. Esto produce aspiración calórica en el lado de baja temperatura y
se produce calor en el lado de alta temperatura. Es decir, cumple la función de bomba de
calor (figura 4).
Aspiración calórica
Temperatura
baja
Metales
Semiconductores Semiconductores
tipo P
tipo N
Temperatura
alta
Corriente
eléctrica
Metales
Radiación calórica
Además, el uso del módulo de Peltier ofrece las siguientes ventajas:
• No se utiliza el freón para la refrigeración y no tiene efectos negativos sobre
el medioambiente.
• Es de tamaño pequeño y liviano.
• No solo se puede refrigerar. También se
puede calentar con solo cambiar la dirección de la corriente eléctrica.
• Tiene buena reacción a la temperatura,
es decir, se calienta y enfría con rapidez.
• Al no tener piezas móviles, no produce
ruido ni vibración.
• Es de fácil mantenimiento, pues no hay
que preocuparse por pérdidas de líquido ni de gases refrigerantes.
2.6 Sensor de temperatura LM35
El sensor integrado LM35 tiene como
función medir la temperatura para asegurar
el nivel de operación adecuado. Este proceso
consiste en medir la temperatura del módulo de Peltier y garantizar un nivel máximo de
40 ºC y un nivel mínimo de 5 ºC. La tensión
de salida del sensor es linealmente proporcional a la temperatura en grados centígrados.
Este no requiere calibración externa y tiene
un rango de funcionamiento desde los –55 ºC
hasta los 150 ºC (Liu et al., 2011, agosto).
Por cada variación de un grado en la temperatura hay una variación de diez mV en
la salida del sensor. Esta salida análoga está
conectada al bit 0 del puerto A del sistema
embebido Arduino. De esta manera, cuando
la celda se sale del rango de operación, el microcontrolador desactiva la alimentación del
módulo.
V
Figura 4. Celda de peltier.
Fuente: www.z-max.jp.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
47
Vladimir Prada, Andrés Acuña, Hans Araque y Andrés Velandia
3. Resultados y discusión
de resultados
Se diseñó un dispositivo háptico tipo mouse capaz de producir una estimulación térmica
en la palma de la mano para percibir sensaciones de temperatura (figura 5) que pasan por
diferentes niveles de calor y frío.
Además, se diseñó una interfaz en Unity
cuyo fin es que el usuario que manipule el
dispositivo pueda interactuar con un entorno
virtual. Este proyecto está enfocado en utilizar
cuatro componentes de gran importancia para
su correcto funcionamiento, a saber: la celda
de Peltier, el sensor de temperatura, el sensor
de proximidad y el sistema embebido Arduino.
Figura 5. Dispositivo háptico.
Fuente: elaborado por el autor, 2015.
El dispositivo háptico está diseñado de tal
forma que no les ocasiona lesiones a los usuarios, pues el sensor de temperatura (LM35)
envía una señal análoga al Arduino para que
no se salga del rango de operación que está
contemplado (entre 5 ºC y 40 ºC).
La plataforma Unity permite una interacción en tiempo real con el usuario: este pone
la palma de su mano sobre la celda de Peltier y
en el punto medio siente la temperatura ambiente; pero, a medida que desplace la mano,
sentirá calor o frío según la dirección del movimiento (figura 6).
48
Figura 6. Montaje final del dispositivo.
Fuente: elaborado por el autor, 2015.
4. Conclusiones
Con el conocimiento y tecnologías que
tenemos hoy en día se pueden desarrollar
diferentes dispositivos que son capaces de
ayudar a personas en estado de discapacidad
con problemas de asterognosia (dificultad de
reconocimiento de objetos a través del tacto), apraxias (control del movimiento voluntario), hemineglicencia contralateral (ignora
la parte izquierda del cuerpo y del espacio
extrapersonal), etc. De ese modo se mejora la
calidad de vida de las personas con este tipo
de problemas.
Para diseñar un prototipo háptico de
temperatura es indispensable establecer los
rangos de trabajo de la celda por medio del
sensor de temperatura, pues, de lo contrario,
el usuario podría sufrir lesiones en la piel debido a que la celda cambia de temperatura
rápidamente.
Una desventaja que se encontró en el prototipo es el alto consumo de corriente por
parte de la celda de Peltier, pues esta trabaja a
12V (DC) y 6 A.Y esto podría ser un factor de
riesgo eléctrico para el usuario.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Diseño de dispositivo háptico que simula cambios de temperatura, según la posición
Bibliografía
Jover, J. L. (1992).Tacto inteligente: el papel de
las estrategias de exploración manual en el
reconocimiento de objetos reales. Anales de
Psicología, 8(1-2), 91-102.
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Banzi, M. (2011). Getting started with Arduino. Sebastopol: O’Reilly Media, Inc.
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Liu, C., Ren, W., Zhang, B. y Lv, C. (2011,
agosto). The application of soil temperature
measurement by LM35 temperature sensors.
International Conference on Electronic
and Mechanical Engineering and Information Technology, Harbin, Heilongjiang, China.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
49
Modelo matemático
para determinar los cursos
que se deben inscribir
para minimizar el tiempo
de terminación del pregrado
Mathematical model to determine
the courses to enroll to minimize
undergraduate studies completion time
José Sánchez1 y Jainet Bernal2
Resumen
Por último, se describe el desarrollo de
una aplicación de escritorio que permite la
rápida y sencilla manipulación del modelo
por parte del estudiante.
En este artículo se presenta una aplicación de la investigación de operaciones
en el sector universitario que busca dar
respuesta a la necesidad que, cada semestre, tienen los estudiantes de pregrado de
seleccionar las materias para inscribir. Para
esto, se ha desarrollado y validado un modelo matemático basado en la programación
lineal entera mixta que ayuda a los estudiantes de ingeniería industrial de la Universidad Central a identificar los cursos que tienen que inscribir para minimizar el tiempo
de finalización de sus estudios de pregrado.
El modelo contempla requisitos, presupuestos y un histograma con tasas de aprobación por materia que minimizan de manera
indirecta el tiempo de duración del pregrado
y, según las materias aprobadas por el estudiante, se determinan las que debe inscribir
en el periodo inmediatamente siguiente.
Palabras clave: investigación de
operaciones, modelo matemático,
programación lineal entera mixta.
Abstract
This article shows an application of
operations research in the university sector, which seeks to respond to the need of
undergraduate college students in the selection of courses to enroll in the next semester. For this, it has been developed and
1
2
Estudiante de Ingeniería Industrial,
Universidad Central, jsanchezc19@ucentral.edu.co.
Ingeniero industrial, magíster en Ingeniería
Industrial, docente de Ingeniería Industrial,
jbernalo1@ucentral.edu.co.
José Sánchez y Jainet Bernal
validated a mathematical model that it helps
to students from Industrial Engineering of
the Central University to identify which
courses enroll for the next academic year, it
seeks to enroll those courses that minimize
the time of completion of their career.
The model is designed to facilitate this
task to the student, in addition, they are
utilized the requirements and restrictions
of a histogram with approval and disapproval rates for each subject, which indirectly would minimize the time in college.
The solution of this model is by Mixed Integer Linear Programming, where according to the subjects approved by the student
and the courses that they must enroll in
the next period.
The final step of this article is the realization and implementation of a desktop
application that allows the quickly and
easy manipulation of the model.
Keywords: operations research,
mathematical model, mixed
integer linear programming.
1. Introducción
Con anterioridad al comienzo de cada periodo académico, los estudiantes universitarios
de programas de pregrado de las instituciones universitarias en Colombia se enfrentan al
proceso de inscripción de asignaturas.
En dicho proceso, se deben tener en cuenta una serie de restricciones para escoger los
cursos que se inscribirán, tales como su disponibilidad presupuestal y ciertos prerrequisitos
(requisitos que se deben cumplir para poder
inscribir ciertas asignaturas). Pero, asimismo, y
más importante, se debe evitar que las restricciones de futuros semestres académicos com52
prometan el tiempo de terminación de todo
el plan de estudios.
Por esta razón, aunque la selección de cursos parece sencilla, debe corresponder a un
proceso serio, de sumo cuidado y que asuma
una planeación, para prever que la selección
actual de asignaturas no comprometa la inscripción de materias en próximos semestres
académicos.
El estudiante conoce previamente toda la
oferta de cursos y los requisitos para inscribirlos. Sin embargo, resulta útil contar con una
herramienta que le ayude al estudiante a identificar, en cada periodo académico, las materias
por inscribir a fin de que culmine sus estudios
de pregrado en el menor tiempo posible, teniendo en cuenta las restricciones y evitando
así que, cuando le resten pocas asignaturas por
cursar, no pueda inscribir alguna teniendo la
disponibilidad presupuestal para hacerlo.
Para ayudar a los estudiantes en este proceso, el presente proyecto está orientado, en
su primera fase, a desarrollar un modelo matemático que le recomiende al estudiante los
cursos que debería inscribir para el periodo
académico respectivo, de tal forma que se minimice el tiempo de terminación de todo el
plan de estudios.
Asimismo, se espera que el modelo incorpore información histórica del plan de estudios, como el conjunto de cursos que más
prerrequisitos anidados tienen (“cursos que
forman la ruta crítica del plan de estudios”) y
los cursos que pueden incidir en el tiempo de
culminación del plan de estudios (por ejemplo, una ponderación que prevalezca en la selección a aquellos cursos que históricamente
han requerido un mayor tiempo promedio
para ser aprobados).
La inclusión de un modelo matemático se
hace necesaria para resolver el problema. Es ahí
donde la programación lineal entera mixta des-
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Modelo matemático para determinar los recursos que se deben inscribir para minimizar el tiempo
empeña un gran papel, dados sus fundamentos
teóricos y las ampliaciones del modelo original,
como la hecha en este documento. La programación entera mixta tiene aspectos de la programación lineal, pero ofrece posibilidades más
reales en cuanto a la toma de decisiones, pues
aparecen variables continuas y variables binarias en donde el grado de complejidad aumenta
con respecto a la programación lineal.
La investigación de operaciones es un área
que ofrece un conjunto de técnicas y herramientas para sustentar la toma de decisiones.
Dentro de ella, se halla la programación lineal
y la programación lineal mixta. Estas, mediante
un modelo matemático, se orientan a obtener
soluciones que optimicen el objetivo o indicador trazado para comparar soluciones factibles, según lo definido por el tomador de la
decisión.Y se entiende por soluciones factibles
aquellas que cumplen con el conjunto de condiciones o restricciones que debe cumplir la
solución propuesta. Por eso, en la programación
matemática, se pueden encontrar diferentes aspectos en cuanto a su aplicación y desarrollo.
Sin embargo, todos convergen en un ámbito
netamente matemático, en donde la optimización prevalece (Castillo et al., 2002).
En este ámbito, las primeras actividades
formales de investigación de operaciones
(IO) se adelantaron en Inglaterra, durante la
Segunda Guerra Mundial, cuando un equipo
de científicos empezó a tomar decisiones con
respecto a la mejor utilización del material bélico y de los suministros. Al terminar la guerra,
las ideas formuladas en operaciones militares
se adaptaron para mejorar la eficiencia y productividad en el sector civil (Niebel y Freivalds, 2009).
Para ello, se cuentan con diferentes ayudas
matemáticas que facilitan las expresiones de un
problema en particular: “la IO es una ciencia
por las técnicas matemáticas que incorpora, y
un arte porque el éxito de las fases que conducen a la solución del modelo matemático
depende en gran medida de la creatividad y
experiencia del equipo de IO” (Bazaraa, Jarvis
y Sherali, 1998).
La programación lineal entera es un tema
que se describe en De la Fuente y Moreno
(1996, pp. 1-3). Allí se afirma que “se utiliza
el termino de programación lineal entera cuando
se obliga a que las soluciones de los problemas
deben ser enteras”. En cambio, como concepto más específico, en Cornejo y Mejía (2006),
se define como “aquel donde las variables son
números enteros no negativos”, además de tener todas las restricciones y la función objetivo en forma lineal.
Varios autores han abordado el problema.
Sin embargo, tienden a tratarlo desde la perspectiva de las instituciones y universidades, y
no desde la de los estudiantes, como se plantea
en este proyecto.
Un ejemplo claro de esto es el trabajo llevado a cabo en Chile por Saldaña, Oliva y
Pradenas (2007). En este se elaboró un modelo de programación lineal: “En esta investigación se ha caracterizado, modelado y resuelto
un problema de programación de horarios en
universidades a través de programación lineal
entera, obteniéndose modelos y métodos que
permiten resolver problemas de gran tamaño
en tiempos computacionales razonables y satisfaciendo niveles de calidad deseados”.
Otro modelo de gran interés es el planteado
por Alarcón (2009). En este, determinaron, por
métodos de programación lineal mixta, los desplazamientos y la asignación de los árbitros para
un campeonato de fútbol chileno, de manera
que se minimizarán los costos de transporte, se
tuvieran en cuenta restricciones como la de que
un árbitro local no puede dirigir un partido de
su misma localidad y se balanceara la carga de
los árbitros por medio de una ponderación y
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
53
José Sánchez y Jainet Bernal
registros del puntaje obtenido de cada árbitro.
Este modelo fue considerado como duro computacionalmente, con un tiempo de respuesta
de aproximadamente tres horas.
A partir de la revisión de antecedentes y
literatura de artículos, se tiene que el problema de asignación de horarios tiene diferentes
tipos, cuyas diferencias es necesario resaltar
(Schaerf, 1999).
En primer lugar, están los modelos de
programación de horarios de evaluaciones y
exámenes (examination timetabling, school course
timetabling, university course timetabling) (Hernández, Miranda y Rey, 2008).
Dos tipos de modelos timetabling son el
modelo de transporte (transport timetabling)
y el modelo de deportes (sports timetabling)
(Guerra, Pardo, y Salas, 2013). Ambos modelos
son catalogados como modelos NP (de problemas complicados que no son determinísticos y que muy a menudo son resueltos por
máquina de Turing).
Autores como Hernández, Miranda y Rey
(2008) y Saldaña, Oliva y Pradenas (2007) abordan el tema tratando de relacionar la asignación
de horarios con parámetros como los profesores, los salones y su disponibilidad; todo desde la
perspectiva de la universidad, sin tener en cuenta
las necesidades propias de los estudiantes.
Sin embargo, un trabajo más detallado es
el desarrollo de un modelo que contempla de
manera poco detallada las características individuales de los estudiantes, pero sin complementar con los gustos de los estudiantes y su
presupuesto (Cifuentes, 2012).
2. Aplicación que optimiza
la inscripción
El problema sigue siendo, entonces, la necesidad de los estudiantes de identificar los
54
cursos más adecuados para inscribir, pues se
espera que la selección no sea aleatoria, sino lo
más estratégica posible, de modo que se evite
tener que prolongar el tiempo de terminación
del plan de estudios.
Esta situación suele deberse a que alguno
de los cursos restantes por cursar es prerrequisito de otros que aún no se han cursado); lo
que obliga a tener que aplazar la inscripción
de por lo menos un curso para un periodo
académico posterior y a tener que inscribir
una menor cantidad de cursos en el periodo
actual, pese a contar con la disponibilidad presupuestal para inscribir otros.
Dado lo anterior, se propone desarrollar una
aplicación de escritorio basada en un modelo
matemático que determine, para un periodo
académico dado, las materias más adecuadas
para inscribir, a fin de minimizar el tiempo de
terminación de todo el plan de estudios. Para
eso, se toma un caso de estudio: el plan de estudios del pregrado en Ingeniería Industrial (plan
4035) de la Universidad Central.
En ese sentido, se propone llevar a cabo las
siguientes tareas:
• Identificar las condiciones que deben
tener en cuenta los estudiantes del plan
de estudios de ingeniería industrial en
el momento de inscribir las materias.
• Definir una expresión que asigne una
ponderación a cada uno de los cursos
del plan de estudios 4035, con base
en el número de cursos de los cuales
es prerrequisito y de la distribución de
probabilidad del tiempo que un estudiante invierte hasta aprobar el curso.
• Diseñar un modelo matemático que
identifique, para un estudiante dado, los
cursos que debe inscribir, de tal manera
que minimice el tiempo de terminación de todos los cursos.
• Operar el modelo matemático diseñado.
• Validar el modelo matemático diseñado.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Modelo matemático para determinar los recursos que se deben inscribir para minimizar el tiempo
• Desarrollar la aplicación utilizando la herramienta Solver de Excel y código VBA
(el lenguaje de macros de Microsoft Visual Basic; este se utiliza para programar
aplicaciones Windows y de Microsoft).
3. Metodología
En primer lugar, es necesario conocer la
estructura del plan 4035 (figura 1). Según se
puede observar, este plan de estudios está definido por créditos y no depende de manera
directa del semestre que se esté cursando. Es
decir, si se cumplen los prerrequisitos de una
determinada materia y se cuenta con el presupuesto, se puede ver la materia sin que importe el semestre que se esté cursando.
Esta figura presenta, en la parte izquierda,
el conjunto de cursos que el estudiante escogería para inscribir de la oferta mostrada en la
parte derecha.
Materias
que puede inscribir
Materias vistas
Estudiante
Figura 1. Conocimientos previos para determinar las materias adecuadas para inscribir.
Fuente: elaborado por los autores.
Luego se procedió a analizar el plan de estudio a fin de determinar cuáles son las condiciones o prerrequisitos necesarios para poder
cursar cada asignatura, pues el modelo debe
incorporar estas condiciones (figura 2).
Figura 2. Requisitos para inscribir materias.
Fuente: Facultad de Ingeniería Industrial.
A partir de esta información, se procedió a
definir una expresión matemática que define
una ponderación que contempla dos elementos. Primero, el número de materias que se
podrán ver al inscribir dicha materia. El segundo, estadísticas de aprobación, reprobación
y repetición de cada una de las materias del
plan 4035. Esta ponderación se hizo con el fin
de darle mayor prevalencia a las materias que
tienen un mayor grado de dificultad.
Para hacer esta ponderación, que se asignó
a cada materia, se asumió que un estudiante,
por mucho, pierde la materia dos veces. Es decir, se hizo el supuesto de que, a la tercera vez
de cursada, el estudiante la aprueba. Este supuesto se basa en que las probabilidades promedio de pérdida de una asignatura luego de
cursarla por tercera vez toman valores poco
significativos.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
55
José Sánchez y Jainet Bernal
Para comenzar, se procedió a determinar las
materias que son requisito de otra materia y el
número de materias que esta abre (tabla 1).
A partir de la tabla 1, se definió para cada
una de las materias el número de materias que
se pueden inscribir si estas son aprobadas. El
rango de datos esta entre cero y tres materias.
La normalización del número de materias que
abre será la ponderación que resuma el comportamiento de la materia dentro del plan de
estudios. Específicamente, se aprecia que hay
tres materias fundamentales: Matemáticas 1,
Matemáticas 3 y Estadística 1.
Inmediatamente después, se determinó, según los datos históricos, las materias que presentan una mayor dificultad.
Tabla 1. Número de materias que abre cada una de las materias del plan.
Materia
N.º de materias
que abre
Materia
Matemáticas 1
3
Práctica 3
1
Química 1
2
Constitución Nacional
0
Teoría de Sistemas
1
Investigación de Operaciones 1
1
Inglés 1
1
Estadística 2
1
Práctica de Ingeniería 1
1
Higiene y Seguridad
0
Contexto 1
0
Desarrollo de Producto
1
Física 1
1
Dinámica organizacional
1
Matemáticas 2
1
Costos y Análisis Financiero
1
Álgebra Lineal
1
Investigación de Operaciones 2
2
Algoritmos y Programación
0
Producción 1
1
Inglés 2
1
Calidad
1
Contexto 2
0
Gestión de Talento Humano
1
Física 2
0
Inteligencia de Mercados
0
Matemáticas 3
3
Práctica de Ingeniería 4
1
Fisicoquímica
1
Modelamiento
0
Ciencia de Materiales
1
Producción 2
1
Inglés 3
0
Gestión de Servicios
0
Practica de Ingeniería 2
1
Ingeniería Económica
0
Lógica
0
Contexto 3
0
Matemáticas 4
0
Logística
0
Probabilidad y Estadística
1
Electiva de Profundización 1
0
Procesos Industriales
1
Sistemas Integrados
0
Sistemas Naturales
0
Proyecto de Grado 1
1
Economía
1
Practica 5
0
Estadística 1
3
Electiva de Profundización 2
0
Ingeniería de Procesos
2
Electiva de Profundización 3
0
Gestión para la Innovación
1
Electiva de Profundización 4
0
Microeconomía
2
Proyecto de Grado 2
0
Fuente: elaborado por los autores.
56
N.º de materias
que abre
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Modelo matemático para determinar los recursos que se deben inscribir para minimizar el tiempo
Figura 3. Probabilidad de cursar la materia solo una vez.
Fuente: elaborado por los autores.
La figura 3 muestra las probabilidades de aprobar la materia la primera vez que se cursa.
Figura 4. Probabilidad de tener que cursar la materia dos veces.
Fuente: elaborado por los autores.
La figura 4 recoge las probabilidades de tener que cursar la materia por segunda vez.
Figura 5. Probabilidad de tener que cursar la materia por tercera vez.
Fuente: elaborado por los autores.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
57
José Sánchez y Jainet Bernal
La figura 5 da a conocer cuáles son las materias que tienen probabilidad de ser vistas por
tercera vez, es decir, las más complicadas, históricamente, dentro del plan. A partir de esta
tabla, se efectuó la ponderación, que resume la
dificultad de cada una de ellas.
Dada la complejidad de todos estos datos,
se procedió a realizar la normalización debida.
Esta normalización, al ser arbitraria, correspondió a valores entre 0 y 1 de las dos variables incluidas (ruta crítica y dificultad), lo que
explica los dados obtenidos (tabla 2).
Tabla 2. Ponderación de las variables por cada materia
Materia
Ruta
Difícil
Materia
Ruta
Difícil
Matemáticas 1
1,000
0,083
Práctica 3
0,250
0,083
Química 1
0,875
0,150
Constitución Nacional
0,000
0,350
Teoría de Sistemas
0,125
0,000
Investigación de Operaciones 1
0,250
0,533
Inglés 1
0,250
0,200
Estadística 2
0,375
0,533
Práctica de Ingeniería 1
0,500
0,533
Higiene y Seguridad
0,000
0,050
Contexto 1
0,000
0,750
Desarrollo de Producto
0,375
0,750
Física 1
0,125
0,533
Dinámica Organizacional
0,250
0,083
Matemáticas 2
0,875
0,200
Costos y Análisis Financiero
0,125
0,350
Álgebra Lineal
0,875
0,183
Investigación de Operaciones 2
0,125
0,000
Algoritmos y Programación
0,000
0,533
Producción 1
0,250
0,750
Inglés 2
0,125
0,200
Calidad
0,250
0,200
Contexto 2
0,000
0,083
Gestión de Talento Humano
0,125
0,750
Física 2
0,000
0,200
Inteligencia de Mercados
0,000
0,450
Matemáticas 3
0,750
0,350
Práctica de Ingeniería 4
0,125
0,533
Fisicoquímica
0,750
0,750
Modelamiento
0,000
0,750
Ciencia de Materiales
0,750
1,000
Producción 2
0,125
0,533
Inglés 3
0,000
0,750
Gestión de Servicios
0,000
0,650
Practica de Ingeniería 2
0,375
0,533
Ingeniería Económica
0,000
0,533
Lógica
0,000
0,533
Contexto 3
0,000
0,350
Matemáticas 4
0,000
0,533
Logística
0,000
0,200
Probabilidad y Estadística
0,625
0,750
Electiva de Profundización 1
0,000
0,350
Procesos Industriales
0,625
0,200
Sistemas Integrados
0,125
0,083
Sistemas Naturales
0,000
0,083
Proyecto de Grado 1
0,125
0,000
Economía
0,375
0,200
Practica 5
0,000
0,750
Estadística 1
0,500
0,750
Electiva de Profundización 2
0,000
0,550
Ingeniería de Procesos
0,500
0,533
Electiva de Profundización 3
0,000
0,083
Gestión para la Innovación
0,375
0,100
Electiva de Profundización 4
0,000
0,200
Microeconomía
0,250
0,200
Proyecto de Grado 2
0,000
0,533
Fuente: elaborado por los autores.
Según se infiere de la tabla 2, las materias
cuya variable ruta se acercan a 1 son más importantes, pues son prerrequisitos de más materias; mientras que, con respecto a la variable
58
dificultad, es posible concluir que, cuanto más
cerca están de 1, menos probabilidad de reprobación tienen.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Modelo matemático para determinar los recursos que se deben inscribir para minimizar el tiempo
4. Desarrollo del modelo
matemático y diseño
de la interfaz
Con los datos encontrados, que para el
caso de estudio son los más importantes, se
procedió a formular el modelo de la siguiente
manera.
Conjuntos
Asignaturas: las materias del
plan de estudios 4035, el del
pregrado en Ingeniería Industrial
de la Universidad Central.
Parámetros
Credj = Créditos de materia [i]
PondDifj = ponderación de dificultad de materia [i]
PondAbj = ponderación de ruta crítica de la
materia [i]
Aj = Materia [i] ya vista por el estudiante
CosCred = Costo de un crédito
- X17 ≤ A11 (el prerrequisito para Inglés III
es Inglés II).
- X18 ≤ A5 (el prerrequisito para Práctica II
es Práctica I).
- X20, X21 ≤ A14 (el prerrequisito para Matemáticas
IV y Probabilidad es Matemáticas III).
- X22, ≤ A15, A16 (el prerrequisito para
Procesos Industriales es Ciencia de
los Materiales y Fisicoquímica).
- X23 ≤ A3 (el prerrequisito para Sistemas
Naturales es Teoría de Sistemas).
- X25 ≤ A21 (el prerrequisito para Estadística I
es Probabilidad).
- X26 ≤ A22 (el prerrequisito para Ing. de Procesos
es Procesos Industriales).
- X28 ≤ A24 (el prerrequisito para Microeconomía
es Economía).
- X29 ≤ A18 (el prerrequisito para
Práctica III es Práctica II).
- X31 ≤ A15 (el prerrequisito para
Investigación I es Matemáticas III).
- X32 ≤ A25 (el prerrequisito para Estadística II
es Estadística I).
- X32, X33 ≤ A26 (el prerrequisito para Higiene y
Desarrollo de Producto es Ing. de Procesos).
- X35 ≤ A27 (el prerrequisito para Dinámica
Organizacional es Gestión para la Innovación).
Variable
Xj = Materia [i] a inscribir el siguiente semestre
Función objetivo
⎡
⎤
z = max ⎢ ∑ (PondDif j × X j + PondAb j × X j )⎥
j
⎣
⎦
- X36 ≤ A28 (el prerrequisito para Costos y
Análisis Financiero es Microeconomía).
- X37 ≤ A31, A25 (el prerrequisito para Investigación
de Operaciones II es Investigación de
Operaciones I y Estadística I).
- X38 ≤ A34 (el prerrequisito para Producción
I es Desarrollo de Producto).
- X39 ≤ A32 (el prerrequisito para Calidad es
Estadística II).
Restricciones
•
Restricción de no volver a cursar materias
que ya han sido aprobadas: Xj ≤ 1 − Aj
•
Restricción del prerrequisito de cursar
determinadas materias antes de cursar
las demás:
- X7, X8, X9 ≤ A1 (el prerrequisito para
Física I, Matemáticas II y Álgebra es
Matemáticas I).
- X14 ≤ A8, A9 (el prerrequisito para Matemáticas
III es Matemáticas II y Álgebra).
- X11 ≤ A4 (el prerrequisito para Inglés II es Inglés I).
- X13 ≤ A7 (el prerrequisito para Física II es Física I).
- X15, X16 ≤ A2 (el prerrequisito para Fisicoquímica
y Ciencia de los Materiales es Química).
- X40 ≤ A35 (el prerrequisito para Gestión de Talento
Humano es Dinámica Organizacional).
- X41 ≤ A25, A22 (el prerrequisito para Mercados
es Estadística I y Microeconomía).
- X42 ≤ A29 (el prerrequisito para Práctica IV es
Práctica III).
- X43, X42 ≤ A37 (el prerrequisito para Modelamiento
y Logística es Investigación de Operaciones II).
- X44 ≤ A38 (el prerrequisito para
Producción II es Producción I).
- X45 ≤ A40 (el prerrequisito para Gestión de
Servicios es Gestión de Talento Humano).
- X46 ≤ A36 (el prerrequisito para
Ingeniería Económica es Costos).
- X50 ≤ A39 (el prerrequisito para Sistemas
Integrados es Calidad).
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
59
José Sánchez y Jainet Bernal
•
Restricción de cursar mínimo dos
materias por semestre: ∑ X j ≤ 2
- X56 ≤ X51 (el prerrequisito para Proyecto
de Grado II es Proyecto de Grado I).
•
- X48 ≤ X44 (el prerrequisito para Logística
es Producción II).
Restricción de cursar máximo seis
materias por semestre: ∑ X j ≤ 6
•
Restricción de que la variable tome valores
0
binarios: X j = ⎢⎡1 ⎥⎤
- X52 ≤ X42 (El prerrequisito para Práctica V es
Práctica IV).
•
Restricción de la disponibilidad
de presupuesto: ∑ (CostCred × X j ) ≤ DispDin
j
j
⎣ ⎦
j
El operador de la formulación varía según los
datos ingresados por el usuario. Luego de verificar el modelo en Solver de Excel y en Gams,
se procedió a desarrollar la interfaz en Excel para
tener una mejor aplicación (figura 6).
Figura 6. Diseño de la interfaz en Excel.
Fuente: elaborado por los autores.
Se puede apreciar que el usuario puede
elegir, de todas las posibles opciones (parte izquierda), las materias aprobadas hasta el
momento (puede hacerlo dando clic sobre el
nombre de la materia). En ese mismo instante,
el estudiante ingresará el presupuesto disponible para el semestre y, según el parámetro
de ponderación, Solver de Microsoft Excel
60
arrojará la mejor respuesta: sugerirá que determinadas materias son las que el estudiante
debería inscribir.
Luego de escoger las materias aprobadas y
el tipo de ponderación y de ingresar el presupuesto, el estudiante obtendrá los resultados
ilustrados en la figura 7.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Modelo matemático para determinar los recursos que se deben inscribir para minimizar el tiempo
Figura 7. Respuesta de la interfaz en Excel.
Fuente: elaborado por los autores.
Como se puede apreciar en la figura 7, el
modelo de optimización lineal entera mixta le
ofrece una respuesta al estudiante que, según
los principios de optimización, corresponde a
las materias que el estudiante debería inscribir.
La interfaz y el modelo respetan todas las
restricciones de prerrequisitos, repetición,
presupuesto. Además, contempla el factor de
variabilidad entre los estudiantes, relacionada
con la posibilidad de escoger si matricular materias importantes o menos importantes.
5. Resultados
y recomendaciones
• Se encontraron materias que, por su ponderación de las materias que abren y por
su nivel de dificultad, tienen una prevalencia significativa sobre las demás. Por lo
tanto, hacen parte de la ruta crítica.
• Al maximizar la ponderación hecha,
se puede indirectamente minimizar el
tiempo de duración del pregrado.
• Con el diseño del modelo y su operación en Solver de Excel, se pudo establecer que la materias que debe inscribir un estudiante que ingresa a primer
semestre de Ingeniería Industrial con el
plan de estudios 4035 deben ser Matemáticas I, Química, Gestión de la Innovación, Inglés, Práctica de Ingeniería
I y Economía (asumiendo que el estudiante tiene el presupuesto para la carga
completa).
• La interfaz desarrollada sugiere, para un
periodo académico dado, las posibles
materias que debe ingresar el estudiante
según la ponderación escogida.
• El modelo sirve como herramienta que
le sugiere al estudiante la inscripción de
ciertos cursos, a fin de hacer más eficiente dicha selección.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
61
José Sánchez y Jainet Bernal
• Se recomienda socializar el trabajo
desarrollado en otros programas de la
Facultad de Ingeniería y de la Universidad, a fin de establecer la posibilidad
de efectuarle adaptaciones que permitan que sea usado por los estudiantes de
otros programas académicos.
• Se espera que el modelo le sirva al programa y a la facultad para ayudar a planear los espacios académicos y a asignar
los diferentes cursos para el periodo
académico siguiente, dado que, si el
modelo les sugiere inscribir los cursos a
los estudiantes, esto podría alimentar la
planeación de la asignación de recursos
para el siguiente periodo académico.
• Se encontraron materias que requieren
unos conocimientos previos, pero para
las cuales el sistema actual no contempla prerrequisitos. Por ejemplo, Economía no tiene ningún prerrequisito, pero
en ella se estudian temas avanzados de
cálculo diferencial e integral, lo que
puede contribuir a una alta tasa de deserción de los estudiantes.
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Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Mercadeo con causa social: factores
que inciden en la decisión de compra
de bolsos ecológicos fabricados con
material reciclable por adolescentes
embarazadas de bajos recursos
Marketing with a social cause: Factors that have
an influence on the buiying decision of ecological
bags made with reusable materials made
by pregnant teenager girls with low resources
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López,
Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno1
Resumen
Abstract
La presente investigación se desarrolló
con el fin de determinar los factores que
influyen en la decisión de comprar un
bolso ecológico fabricado con envolturas
de pasabocas y que es elaborado por adolescentes en estado de embarazo de bajos
recursos, que son la mano de obra detrás
de la elaboración del bolso. El enfoque investigativo que se utilizó es cuantitativo, se
acudió a una muestra de mujeres entre 18
y 45 años de la localidad de Chapinero, de
la ciudad de Bogotá. Como instrumento
de recolección de datos se usó una encuesta estructurada a través de la cual se obtuvo
la información necesaria para hacer inferencias acerca de las variables indagadas.
This research was conducted to determine the variables that influence the
purchasing decision of an ecological purse made with wrappers snack, considering
they are adolescents in gestation low income in Bogota, this womans makes labor
behind product manufacture. The research
approach used is quantitative, going to a
sample of women aged 18-45 years in the
town of Chapinero Bogota. It was applied
as a tool for data collection a structured
Palabras clave: bolso ecológico,
envoltura, población vulnerable,
conglomerado, intervalo de confianza,
Marketing con una causa social,
promedio, varianza, proporción.
1
Estudiantes de Mercadología, Universidad Central,
integrantes del Semillero de Investigación en Mercadología (SIMEC):
varandag@ucentral.edu.co
mcarrillol1@ucentral.edu.co
dhernandezc3@ucentral.edu.co
dluzm1@ucentral.edu.co
Asesora: Martha Oliva Becerra Avella, magíster
en Ciencias Estadísticas, investigadora del grupo
Tecnimat de la Universidad Central.
mbecerraa@ucentral.edu.co.
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López, Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno
survey with the necessary information to
make inferences about the studied variables was obtained.
Keywords: ecological bag, envelope,
vulnerable population, conglomerate,
confindence interval, Marketing with a
social cause, average, variance, proportion.
1. Introducción
Actualmente, las cifras del embarazo adolescente en Colombia van en aumento. Según
el Instituto Colombiano de Bienestar Familiar
(ICBF), cada año nacen en promedio 159 656
niños y niñas cuyas madres tienen entre 10 y
19 años de edad (El Espectador, 2014). Estas
cifras son bastante alarmantes, dado que anualmente nacen 5500 neonatos cuyas madres son
adolescentes que no han superado los 14 años
(Noticias RCN, 2014).
Por otro lado, la contaminación atmosférica
es una problemática ambiental que se ha vuelto
un problema de salud pública, pues ha entrado a
la lista de las causas de enfermedades respiratorias en los seres humanos. Esta contaminación
es causada por aproximadamente 7535 toneladas de basuras que se producen diariamente
como resultado de las actividades cotidianas de
los seres humanos (entre dichos residuos sobresalen las envolturas de abrebocas, que están caracterizadas por ser altamente contaminantes y
tener un bajo nivel de degradación).
Ambas problemáticas plantean una oportunidad de negocio. Se trata de una propuesta de mercadeo con causa social que abarque
tanto a adolescentes en estado de gestación de
bajos recursos de Bogotá como el cuidado del
medioambiente, involucrando de paso a las
fundaciones que brindan apoyo a estas muje64
res, así como a las empresas comercializadoras
de pasabocas.
Así pues, con esta propuesta se busca obtener un beneficio múltiple: mitigar una problemática ambiental y social y, a la vez, ofrecerles
beneficios legales y comerciales a las empresas
por brindar apoyo a una fundación que trabaja
por el bienestar de estas madres y sus hijos.
Con la investigación se logró caracterizar a
las consumidoras de bolsos ecológicos elaborados con envolturas de pasabocas que apoyan
causas sociales, lo que posibilita segmentar el
mercado y elaborar un perfil para dicha consumidora. Se consiguió conocer la disposición
de compra de las mujeres y los atributos que
debe tener el producto.
2. Mercado para los bolsos
ecológicos
¿Cuáles son los factores que inciden en la
decisión de compra de accesorios como bolsos, fabricados en material reciclado y elaborados por adolescentes de bajos recursos en
estado de embarazo?
Para responder a esta pregunta se emplearon varias herramientas estadísticas: el muestreo aleatorio por conglomerados, que consiste en seleccionar una muestra aleatoria simple
de conglomerados (que son una colección de
elementos); el muestreo aleatorio simple, en el
cual cada unidad o conglomerado tiene igual
probabilidad de ser seleccionado; la inferencia
estadística, que se basa en métodos para hacer
estimaciones o inferencias sobre las características de la población a partir de la información
contenida en la muestra aleatoria; y una prueba
piloto, por medio de la cual se verifica la pertinencia del tema, se prueba el instrumento de
recolección de investigación y se lleva a cabo el
diseño muestral.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Mercadeo con causa social: factores que inciden en la decisión de compra de bolsos ecológicos
Ahora bien, el interés de responder a esta
pregunta radica en la propuesta de crear una
estrategia conjunta de mercadeo con causa social. Para eso, resulta necesario usar las anteriores herramientas estadísticas para llevar a cabo
las siguientes actividades:
1. Determinar la aceptación que pueden
tener los bolsos desde una perspectiva
ecológica y social.
2. Establecer qué variables pueden ser determinantes en la decisión de comprar
un bolso ecológico.
3. Determinar el precio más adecuado
para el bolso ecológico.
4. Identificar qué tipo de distribución es
la apropiada para que el usuario adquiera el producto.
5. Calcular estimadores puntuales de medias, varianzas, proporciones, diferencia
de medias y de proporciones para lograr
hacer inferencias acertadas acerca de la
población escogida.
6. Calcular estimaciones tales como el
costo promedio de un bolso y la variabilidad de la disposición a pagar por un
bolso hecho a mano por adolescentes
de bajos recursos embarazadas
7. Estudiar las características de las mujeres que conforman el mercado objetivo,
como su edad, ocupación, estudio, ingreso, entre otras.
8. Calcular estimaciones por intervalo del
costo promedio de un bolso y la variabilidad de la disposición a pagar por un
bolso hecho a mano, así como características de las mujeres que conforman
el mercado objetivo, como edad, ocupación, estudio ingreso, entre otros.
9. Elaborar modelos de regresión lineal
múltiple en los cuales sus resultados y
pronósticos sean implementados en
estrategias de mercadeo para que estas
sean eficientes.
3. Metodología
La metodología que se empleó para desarrollar el proyecto fue la siguiente:
1. Se definieron el problema, los objetivos
y el alcance de la investigación.
2. Se hizo una prueba piloto en la que se
usó el instrumento de recolección de
datos con 65 mujeres.
3. Los resultados de la prueba piloto fueron útiles para reformular las variables
en estudio y, con eso, el instrumento de
recolección de datos.
4. Se efectuaron búsquedas en diferentes
fuentes de información para conocer el
total de la población (M). Este se tomó
de las estadísticas publicadas por la Secretaría Distrital de Planeación de Bogotá,
que mostraban la población de mujeres
en la capital por rangos de edad. Allí se
encontró que este total corresponde al
de las mujeres entre 18 y 40 años.
5. Se estableció el tamaño de la muestra
(n), que dio igual a nueve manzanas, y se
empleó muestreo por conglomerados.
6. Se procedió a desarrollar el trabajo de
campo en los conglomerados seleccionados.
7. Se tabularon las encuestas y se obtuvo la
base de datos para el estudio. Con ella se
desarrollaron cálculos estadísticos a fin de
hacer inferencias sobre la población (M).
3.1 Diseño muestral
Se empleó el método de muestreo aleatorio por conglomerados. Con este método, el
investigador puede elaborar el marco muestral
de conglomerados cuando no se cuenta con
la información. Una vez elaborado el marco
muestral, se utilizó muestreo aleatorio simple.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
65
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López, Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno
3.2 Población objetivo
Mujeres entre 18 y 40 años, conscientes de
la necesidad de cuidar el medioambiente y de
usar productos elaborados a mano, ubicadas en
la localidad de Chapinero, en Bogotá.
3.3 Nomenclatura
M: Número de elementos de la población
N: Número de conglomerados de la
población
n: Muestra de conglomerados
mi: Número de elementos en el conglomerado
y : Estimador de la media poblacional
La tabla 1 presenta algunos aspectos matemáticos de los estimadores de muestreo por
conglomerados.
Tabla 1. Estimadores de muestreo por conglomerados
Sc2 : Varianza de los datos
de una variable aleatoria.
Muestra
2
c
S =
−
m : Tamaño promedio
del conglomerado en
la muestra
−
m=
−
y : Estimador de la media
poblacional
−
y=
n
∑
i =1
(y − y m )
1
i
n −1
∑
n
i =1
mi
n
∑
∑
n
y
i =1 i
n
i =1
−
mi
2
∧
_
V ( y ) : Varianza estimada

de la media muestral
(N − n)
_
V (y) =

____
( Nn M 2 )
𝐵: Límite para el error
de estimación, margen
de error
B = 2 V (y)
Ƭ̅ : Estimador total
poblacional
T =My
Con base en los anteriores aspectos y en el
método de muestreo por conglomerados, se
efectuaron los siguientes pasos:
1. Se hizo una prueba piloto, en la que se
empleó el instrumento de recolección
de datos con 65 mujeres.
2. Los resultados de la prueba piloto se
usaron para el diseño muestral empleando muestreo aleatorio por conglomerados.
3. Se elaboró el marco muestral para este
muestreo.
4. Se usó el muestreo aleatorio simple sobre los conglomerados a partir del marco muestral.
66
∧
∧
×
∑
n
i =1
(y − y m )
1
−
2
i
n −1
_

__
_
5. Se calcularon los estimadores de la
media y total para la variable principal (disposición a pagar por un bolso
ecológico elaborado a mano). Para la
proporción, se utilizó la siguiente pregunta: “¿En el último año ha comprado
accesorios artesanales?”. (Estos cálculos
se presentan en la tabla 2).
6. Se obtuvo el tamaño de la muestra para
cada estimador. Como se observa en la
tabla 2, se calcularon nueve conglomerados para estimar la media y el total
de las variables mencionadas y seis para
la proporción. Por lo tanto, la investigación se desarrolla con una muestra de
nueve conglomerados.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Mercadeo con causa social: factores que inciden en la decisión de compra de bolsos ecológicos
Tabla 2. Estimadores de la media y total
Estimador
Valor
Varianza
del estimador
Media y
46 661
15 432 090,83
7 857
6 500
9
89 208 706 554
4 550 136 549 962
4 266 210
33 000 000
9
0,6607
0,0000001
0,000692
0,0007
7
Total
τ̂
Proporción p̂
4. Resultados
Con esta investigación se obtuvieron conocimientos muy valiosos sobre el mercadeo
con causa social: los factores que inciden en
la decisión de compra de bolsos ecológicos
fabricados con material reciclable por adolescentes embarazadas de bajos recursos.
A continuación, se presenta el análisis
univariado para obtener el perfil de las compradoras de bolsos ecológicos a través de sus
principales características, algunas de la cuales
son la edad, la ocupación, los ingresos mensuales, el nivel socioeconómico, la ocupación,
el consumo y gasto per capita de bolsos.
Asimismo, se halló el estimador del total
poblacional de estas variables, para obtener un
aproximado del tamaño del mercado en millones de pesos. Para contratar estos resultados,
se elaboraron intervalos con el 95 % de confianza y se hicieron pruebas de hipótesis.
B calculado B propuesto
n
4.2 Intervalos de confianza
Un intervalo de confianza es un rango de
valores en el que se puede ubicar un valor que
determina las características puntuales de la
población.
Edad
_
y± B
26,75 ± 4,05
22,69 < µ < 30,80
Las mujeres que están dispuestas a
comprar un bolso ecológico tienen una
edad entre los 23 y los 31 años de edad.
Ocupación
∧
p± B
0,75 ± 0,13
0,61 < P < 0,88
La proporción de mujeres que se dedican
a trabajar está entre el 61 % y el 89 %.
Estado civil
∧
4.1 Estimaciones
Una estimación es el procedimiento en el
que se utilizan los datos muestrales para hacer aproximaciones sobre los parámetros de la
población y hacer pronósticos sobre esta en
función de las variables estudiadas. Con ellos
se elaboran intervalos de confianza y se formulan y prueban hipótesis.
p± B
0,41 ± 0,14
−0,27 < P < 0,56
La proporción de mujeres casadas o
en unión libre con hijos está entre el
27 % y el 56 % de la población.
Estrato socioeconómico
∧
p± B
0,43 ± 0,12
0,30 < P < 0,55
La proporción de mujeres se encuentra en
el estrato 3 está entre el 31 % y el 55 %.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
67
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López, Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno
Dinero máximo promedio invertido
en un accesorio artesanal
Ingreso promedio mensual
_
y± B
$786.805,55 ± $183.420,57
$603.384,98 < µ < $970.226,12
Los ingresos mensuales están entre
$ 603 384,98 y $ 970 226,13.
Inversión total mensual en accesorios
_
y± B
60.958,33 ± 12291,19389
$48.667,14 < µ < $73.249,53
La cantidad promedio que las mujeres
gastan por un accesorio artesanal
oscila entre $ 48 667,14 y $ 73 249,53.
_
T±B
243.062.786.624,35
±98146804004
$144.915.982.620,50 < T <
$341.209.590.628,20
El total de dinero gastado en accesorios
mensualmente por las mujeres se encuentra
entre $ 144 915 982 620,50 y $ 341 209 590 628,20.
Ingreso total mensual
Cantidad promedio de bolsos
comprados en el último año
_
y± B
2,55 ± 0,41
2,13 < µ < 2,95
Se estima que la cantidad promedio de
bolsos que han comprado en el último año
las mujeres oscila entre los 2,13 y los 2,958.
_
T ± B
1.504.261.282.638,89
Factor relevante para la compra de un bolso
±350.674.270.468,63
$1.153.587.012.170,26 < T <
1.854.935.553.107,51
El total de ingresos mensuales del
público objetivo se encuentra entre
$ 1 153 587 012,26 y $ 1 854 935 553 107,51.
∧
p± B
G0,37 ± 0,74
0,30 < P < 0,44
El factor que se considera más relevante a la
hora de decidir comprar un bolso es el diseño
y la calidad, con el 30,02 % y el 44,98 %.
Reciclar
∧
p± B
0,58 ± 0,11
0,46 < P < 0,69
La proporción de mujeres que reciclan
está entre el 46,98 % y el 69,68 %.
Inversión promedio mensual en accesorios
_
y± B
127.13 ± 51.33
$75.79 < µ < $178.47
Dinero máximo total invertido
en un accesorio artesanal
_
T±B
116.543.738.208,33 ± 23.499.029.657
93.044.708.551,32<T <
140.042.767.865,35
Se estima que la inversión total en artículos
artesanales por parte de la población objetivo
se encuentra entre $ 93 044 708 551,32
y $ 140 042 767 865,35.
El dinero invertido en compra de accesorios
está entre $ 75 79847 y $ 178 470,06.
Cantidad total de bolsos
comprados en el último año
Compra de accesorios
artesanales en el último año
_
T±B
4.865.946,691 ± 791163,774
4.074.782,92 < T < 5.657.110,46
∧
p± B
0,59 ± 0,06
0,53 < P < 0,66
La proporción de mujeres que han comprado
accesorios artesanales en el último año
está entre el 53,17 % y el 66,27 %.
68
Se estima que la cantidad total de bolsos
comprados en el último año por el público
objetivo se encuentra entre 4 074 782,92
y 5 657 110,46 bolsos.
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Mercadeo con causa social: factores que inciden en la decisión de compra de bolsos ecológicos
Lugar donde adquieren
los bolsos convencionales
∧
p± B
0,61 ± 0,11
0,49 < P < 0,72
Las mujeres que adquieren los bolsos en centros
comerciales está entre el 49,47 % y el 72,74 %.
Dinero promedio que invierte
en la compra de un bolso
_
y± B
70.158,09 ± 17.776,92
0,70 < P < 0,86
El dinero invertido en la compra de un bolso
se encuentra entre $ 52 381,17 y $ 87 935,02326.
Dinero total que invierte
en la compra de un bolso
Intención de compra si se conoce
la procedencia de la mano de obra
El 100 % de las mujeres que dijeron en
primera instancia que no comprarían el bolso
ecológico cambiaron de opinión después
de conocer que este sería fabricado por
personas en condición de vulnerabilidad.
Disposición total a pagar
por el bolso ecológico
_
T±B
112.123.499.256,65 ±
22.054.062.097
90.069’437.159,38 < T <
134.177’651.353,92
El total en disposición a pagar esta entre
$ 90 069 437 159,38 y $ 134 177 651 353,92.
__
T±B
134.132.389.223,19
±33986976414
100.335.005.531,46 < T <
168.168.472.799,53
El dinero total invertido en la compra
de un bolso se encuentra entre
$ 100 335 005 531,46 y $ 168 168 472 799,53.
Interés por comprar un bolso ecológico
_
p± B
0,78 ± 0,083
0,70<P <0,86
Disposición promedio a pagar
de las personas que dijeron
que no comprarían el bolso ecológico
y cambiaron de opinión al saber
que beneficiaría a una población vulnerable
_
y± B
50.000 ± 14.408,67
35.591,32<µ<64.408,67
El promedio de dinero que las mujeres
invertirían en el bolso ecológico
esta entre $ 35 591 y $ 64 408,67.
El interés en comprar un bolso ecológico se
encuentra entre el 70,02 % y el 86,79 %.
Disposición promedio a pagar
por el bolso ecológico
_
p± B
0,78 ± 0,083
0,70<P <0,86
El interés por comprar un bolso ecológico
se encuentra entre 70,02% y el 86,79%
Tiempo de duración del bolso
∧
p± B
13,20 ± 2,98
10,22 < P < 16,18
El tiempo que esperan las mujeres que
dure el bolso es de aproximadamente
10,22 meses y 16,18 meses.
Disposición promedio a pagar
por el bolso ecológico
_
y ±B
58.646,32±11.535,40198
47110,9204<µ<70181,7243
Las mujeres están dispuestas a pagar
entre $ 47 110,93 y $ 70 181,72.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
69
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López, Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno
Disposición total a pagar de las personas
que dijeron que no comprarían el bolso
ecológico y cambiaron de opinión al saber
que beneficiaría a una población vulnerable
Dinero promedio máximo que las mujeres
han invertido en la compra de productos que
brinden apoyo a poblaciones vulnerables
_
º y±B
77.802,46±26.045,933
51.756,53<µ<103.848,4
__
T±B
95.592.950.000
±27.305.733.761,4
68.287.216.238,6 < T <
122.898.683.761,4
El total de dinero que las mujeres
invertirían en el bolso ecológico está
entre $ 68 287 216 238 y $ 122 898 683 761.
Compra de productos que brinden
apoyo a poblaciones vulnerables
El dinero máximo que las mujeres han
invertido en la compra de productos
que apoyen a poblaciones vulnerables
está entre $ 51 756 y $ 103 848.
Intención de participar en un evento
de moda que apoye causas benéficas
∧
p± B
0,92 ± 0,055
0,86 < P < 0,97
∧
p± B
0,60 ± 0,07
0,53 < P < 0,67
Las mujeres que han comprado productos
que apoyen a poblaciones vulnerables
está entre el 53,06 % y el 67,39 %.
Las mujeres que muestran
disposición para asistir a un evento
de moda que apoye causas benéficas
está entre el 86,49 % y el 97,59 %.
4.3 Comparación de poblaciones.
Diferencia de medias y proporciones
Este procedimiento nos permite confrontar dos hipótesis distintas, unas en forma de
porcentaje y otras en forma de media, para
determinar las posibles diferencias en cuanto
a una característica de una población a otra.
La disposición a pagar por un bolso ecológico de las mujeres que han comprado productos que brinden apoyo a poblaciones vulnerables es la misma de las que no han comprado dichos productos
La disposición a pagar por un bolso ecológico de las
mujeres que han comprado productos que brinden apoyo
a poblaciones vulnerables es la misma de las que no han
comprado dichos productos
1. Plantear la prueba: H o : µ1 = µ 2
H a : µ1 ≠ µ 2
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación:
Alta confianza en el proceso: 95 %
70
3. Cálculo del estadístico de prueba con los datos
de la muestra aleatoria
(y − y ) − D
=
_
Zp
_
1
2
2
1
o
2
2
σ
σ
+
n1 n2
Z pvalor-p
= 0,305754807
4. Método del
Valor − p = P (Z > Z p )
Valor − p = 0,759791341
5. Regla de rechazo: rechace HO SII Valor-p ≤ α
No se rechaza la hipótesis, que el dinero máximo invertido
es el mismo, porque 0,75 > 0,05
Las poblaciones de mujeres que han comprado productos
que brindan apoyo a poblaciones vulnerables y las que
no, tienen la misma disposición a pagar por un bolso
ecológico
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Mercadeo con causa social: factores que inciden en la decisión de compra de bolsos ecológicos
El dinero máximo invertido en promedio en la compra
de un accesorio artesanal de las mujeres de nivel alto es
el mismo que el de las mujeres de nivel bajo, para este
análisis se realiza una prueba de hipótesis
4. Método del valor-p
1. Plantear la prueba: H o : µ1 = µ 2
5. Regla de rechazo: rechace hO sii Valor-p ≤ α
H a : µ1 ≠ µ 2
Dinero máximo invertido en promedio por las dos
poblaciones
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación: Alta
confianza en el proceso: 95 %
3. Cálculo del estadístico de prueba, con los datos de la
muestra aleatoria
(y − y ) − D
_
Zp =
Valor − p = [ P (Z > 0,2938445)] ∗ 2
Valor − p = 0,80
No se rechaza la hipótesis, que la intención de compra es
la misma, porque 0,8 > 0,05
Las poblaciones de mujeres jóvenes-adultas y jóvenes
tiene la misma intención de compra de un bolso ecológico
_
1
2
o
El dinero invertido en un accesorio mensualmente por
parte delas mujeres jóvenes adultas es el mismo que el
de las mujeres adultas, para este análisis se realiza una
prueba de hipótesis
σ 12 σ 22
+
n1 n2
Z p = 0,0242
4. Método del valor-p
Valor − p = [ P (Z > 0,0242)] ∗ 2
Valor − p = 0,98
5. Regla de rechazo: rechace HO si Valor-p ≤ α
No se rechaza la hipótesis, que el dinero máximo invertido
es el mismo, porque 0,98 > 0,05
Las poblaciones de mujeres de los niveles altos y medios,
invertirán en promedio el mismo dinero en la compra de
un accesorio artesanal
La intención de compra de un bolso ecológico de las
mujeres jóvenes adultas es misma que la intención de
compra de las mujeres adultas, para este análisis se realiza
una prueba de hipótesis
1. Plantear la prueba: H o : P1 = P2
H a : µ1 ≠ µ 2
(p − p )− D
_
1
2
2
1
3. Cálculo de estadístico de prueba, con los datos de la
muestra aleatoria
(y − y ) − D
=
_
Zp
_
1
2
o
σ 12 σ 22
+
n1 n2
Z p = 0,2938445
4. Método del valor-p
Valor − p = 0,77
3. Cálculo de estadístico de prueba, con los datos de la
muestra aleatoria
Zp =
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación:
Alta confianza en el proceso: 95 %
Valor − p = [ P (Z > 0,2938445)] ∗ 2
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación: Alta
confianza en el proceso: 95%
_
1. Plantear la prueba: H o : µ1 ≥ µ 2
H a : µ1 < µ 2
2
2
σ
σ
+
n1 n2
Z p = 0,24935777
5. Regla de rechazo: rechace ho si Valor-p ≤ α
No se rechaza la hipótesis, que el dinero invertido en una
accesorio mensualmente es el mismo, porque 0,77 > 0,05
o
Las poblaciones de mujeres jóvenes-adultas y jóvenes
tiene invierte el mismo dinero promedio en accesorios
mensualmente
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
71
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López, Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno
La disposición a pagar por un bolso ecológico cuando las
mujeres conocen la procedencia de la mano de obra es
mayor o igual que la de aquellas que solo comprarían el
bolso ecológico si este apoya a una población vulnerable
(de lo contrario no lo adquirirían)
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación:
Alta confianza en el proceso: 95%
3. Cálculo de estadístico de prueba, con los datos de la
muestra aleatoria
k
1. Plantear la prueba: H o : µ1 ≥ µ 2
H a : µ1 < µ 2
Zp =
(
4. Método del valor-p
Valor − p = P (Z > Z p )
Valor − p = 0,41355201
5. Regla de rechazo: rechace ho sii Valor-p ≤ α
Compra de productos
que brinden apoyo
a poblaciones
vulnerables
Si
No
Total
Si
44
28
72
5. Regla de rechazo: rechace ho sii Valor-p ≤ α
Las poblaciones de mujeres que conocen la procedencia
de la mano de obra tiene mayor o igual disposición a pagar
por el bolso ecológico que las que solo lo comprarían si
apoya una población vulnerable
4.4 Pruebas de independencia
Permiten establecer qué tan dependiente o
no puede ser una variable de la otra, es decir, si
tienen relación o si, por el contrario, son independientes.
Relación entre la intención de compra de un bolso
ecológico y la acción de comprar productos que apoyen
poblaciones vulnerables
1. Plantear la prueba
Ho: La intención de compra de un bolso ecológico es
independiente de la acción de comprar productos que
apoyen poblaciones vulnerables
Intención de compra
del bolso ecológico
No
8
8
16
TOTAL
52
36
88
No se rechaza la hipótesis, que la intención de compra
de un bolso ecológico es independiente de la acción de
comprar productos que apoyen poblaciones vulnerables,
porque 0,41 > 0,05
El que las mujeres quieran o no comprar un bolso ecológico no depende de que ellas compren productos que
apoyen poblaciones vulnerables
Estudio de la disposición a pagar por un bolso ecológico
y la expectativa de vida útil del mismo
1. Plantear la prueba
Ho: La disposición a pagar de un bolso ecológico es
independiente de la expectativa de vida útil del mismo.
Ha: La disposición a pagar de un bolso ecológico no es
independiente de la expectativa de vida útil del mismo
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación: Alta
confianza en el proceso: 95 %
3. Cálculo de estadístico de prueba, con los datos de la
muestra aleatoria
Ha: La intención de compra de un bolso ecológico no
es independiente de la acción de comprar productos
que apoyen poblaciones vulnerables
72
eij
Valor − p = P ( x 2 > x 2p )
Valor − p = 0,45
No se rechaza la hipótesis, que la disposición a pagar
por un bolso ecológico es mayor o igual en las mujeres
que conocen la procedencia de la mano de obra porque,
0,45 > 0,05
2
v = ( 2 − 1)( 2 − 1) = 1
2
2
Z p = -0,1177592
)
v = (m − 1)( n − 1)
)
σ
σ
+
n1 n2
− eij
4. Método del valor-p
y 1 − y 2 − Do
2
1
ij
x 2p = 0,668566
3. Cálculo de estadístico de prueba, con los datos de la
muestra aleatoria
_
(f
i =1 j =1
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación:
Alta confianza en el proceso: 95 %
_
k
x 2p = ∑ ∑
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
k
k
x 2p = ∑ ∑
i =1 j =1
(f
ij
− eij
eij
x 2p = 0,063369125
)
2
Mercadeo con causa social: factores que inciden en la decisión de compra de bolsos ecológicos
4. Método del valor-p
Análisis de varianza
v = (m − 1)( n − 1)
v = ( 2 − 1)( 2 − 1) = 1
Origen
de las
variaciones
Suma
de cuadrados
GL
Promedio de
los cuadrados
F
Valor-p
Valor − p = P ( x 2 > x 2p )
Entre grupos
13454517462267
3
4484839154089
1,38
0,25492
Valor − p = 0,801248028
Dentro de
los grupos
226876597402597
70
3241094248609
Total
240331114864865
73
5. Regla de rechazo: rechace ho sii Valor-p ≤ α
Disposición a pagar
por el bolso ecológico
Todas las mujeres sin importar su ocupación invierten en
promedio la misma cantidad de dinero en accesorios
Tiempo
de duración
del bolso
0
a $ 100 000
$ 100 000
en adelante
Total
0 meses
a 16 meses
36
10
46
16 meses
en adelante
21
5
26
Total
57
15
72
No se rechaza la hipótesis, que la disposición a pagar de un
bolso ecológico es independiente de la expectativa de vida
útil del mismo, porque 0,80 > 0,05
El que las mujeres tengan una disposición a pagar determinada por un bolso ecológico no depende de lo que ellas
esperan que este dure
Análisis de varianza del dinero que invierten las mujeres en
la compra de accesorios teniendo en cuenta su ocupación
1. Plantear la prueba
Ho: μ1 = μ2 = μ3 = μ4
Ha: No todas las medias poblacionales son iguales
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación: Alta
confianza en el proceso: 95 %
3. Cálculo del estadístico de prueba
SMTR
CME
Fp = 1,38374228272275
Fp =
4. Método del valor-p
Valor − p = P (F > Fp )
Valor − p = 0,25492
5. Regla de rechazo: Rechace ho sii Valor-p ≤ α
como 0,25492 > 0,05 No rechazo Ho
μ1 = Inversión en la compra de accesorios de las mujeres
trabajadoras
μ2 = Inversión en la compra de accesorios de las estudiantes
μ3 = Inversión en la compra de accesorios de las mujeres
que estudian y trabajan
μ3 = Inversión en la compra de accesorios de las mujeres
que no estudian ni trabajan
Análisis de varianza de la expectativa de vida útil de un bolso ecológico teniendo en cuenta el factor que las mujeres
consideran más relevante a la hora de comprar un bolso
1. Plantear la prueba
Ho: μ1=μ2 = μ3=μ4
Ha: No todas las medias poblacionales son iguales
2. Nivel de significancia α = 5 %. Interpretación:
Alta confianza en el proceso: 95 %
3. Cálculo del estadístico de prueba
SMTR
CME
Fp = 0,93789597
Fp =
4. Método del valor-p
Valor − p = P (F > Fp )
Valor − p = 0,4273694
5. Regla de rechazo: Rechace ho sii Valor-p ≤ α
como 0,4273694 > 0,05 No. rechazo Ho
μ1 = Expectativa de vida útil de un bolso ecológico que
consideran como factor más relevante diseño-calidad
a la hora de comprar un bolso
μ2 = Expectativa de vida útil de un bolso ecológico que
consideran como factor más relevante precio-diseño a
la hora de comprar un bolso
μ3 = Expectativa de vida útil de un bolso ecológico que
consideran como factor más relevante precio-calidad
a la hora de comprar un bolso
μ4 = Expectativa de vida útil de un bolso ecológico que
consideran como factor más relevante tamaño-diseño
a la hora de comprar un bolso
Análisis de varianza
Origen de las
variaciones
Suma
de cuadrados
GL
Promedio de
los cuadrados
F
Valor-p
Entre grupos
191,22
3
63,74
0,93
0,42
Dentro de
los grupos
4553,50
67
67,96
Total
4744,73
70
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
73
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López, Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno
Hay suficiente evidencia para no rechazar que la expectativa de vida útil de un bolso ecológico es igual sin importar
el factor que las mujeres consideran más relevante a la
hora de comprar un bolso
Valor crítico de F
Superior a 95 %
Fp
Inferior a 95 %
Probabilidad
Estadístico t
Error típico
Suma de
cuadrados
Coeficientes
GL
74
Promedio
de los
cuadrados
Donde:
X1 = Ingresos mensuales.
X2 = Dinero invertido en
la compra de accesorios.
La expectativa de vida de un bolso es en promedio igual en
todas las mujeres, independiente del factor más relevante
X3 = Dinero máximo pagado por
de compra para ellas
un accesorio artesanal.
X4 = Dinero invertido en la compra
4.5 Regresión lineal múltiple
de cada bolso convencional.
Modelo de regresión lineal múltiple para X5 = Tiempo que esperan las muel pronóstico de la disposición a pagar por un
jeres que dure el bolso.
bolso ecológico:
X6 = Dinero máximo pagado por
∧
∧
∧
∧
∧
∧
∧
∧
−
con el que se brinda
y = β 0 + β1 X 1 + β 2 X 2 + β 3 X 3 + β 4 X 4 + β 5 X 5 + β 6 X 6 un
+ βproducto
7 X7
apoyo a poblaciones vulnerables.
−
∧
∧
∧∧
∧ + 0,003
∧X −∧ 0,04 X ∧ + 0,01X
y− = 10453,74
+
0,12
X
+
1294,10
X 5 + 0,85X 6
∧
∧
∧
∧
∧
2
3
4
β61 X
β X1
2 + β 3 X 3 + β 4 X 4y +
=ββ50X
+ 5β+1 X
+ 6β+
X 6 +cada
β7 Xmil
2 X 72 + 7β 3 X 3 + β 4 X 4 + β 5 X 5 + β 6 Por
7
pesos que aumenten los in∧
∧
∧
∧
∧
−∧
3X
−
0,04
X
+
0,01
X
+
0,12
X
+
1294,10
X
+
0,85
X
gresos
de
las
mujeres,
la X
disposición
a pagar
β 21 X 2 + β 3 X
β4= 10453,74
β5 X 5+4+0,003
β 6 XX
β7 X
2 3 +y
34
5 7 X 2 + 0,01
6 X 3 + 0,12 X 4 + 1294,10 X 5 + 0,85
6 +
1 − 0,04
6
por un bolso ecológico cambiará en 0,003
0,003X 1 − 0,04 X 2 + 0,01X 3 + 0,12 X 4 + 1294,10 X 5 + 0,85X 6
miles de pesos, permaneciendo todo lo deInferencias sobre cada elemento del mo- más constante. Este cambio se encuentra endelo:
tre –0,02 y 0,03 en miles de pesos con 0,95
de probabilidad.
Análisis de varianza
Por cada mil pesos más que las mujeres
gasten en compra de accesorios, la disposición a pagar por el bolso ecológico cambiará
en 0,04 miles de pesos, siempre y cuando las
Regresión 6 153973091031,19 25662181838,53 7,67 0,000019
demás variables permanezcan constantes, esta
Residuos 38 127074795332,45 3344073561,38
variación se encuentra entre –0,21 y 0,12 en
Total
38 281047886363,64
miles de pesos, con un 95 % de confianza.
También se puede inferir que, por un auPrueba del modelo:
mento de mil pesos en lo máximo que han
pagado las mujeres por un accesorio artesanal, se daría un cambio de 0,01 en la disposición a pagar por el bolso ecológico, siempre
y cuando las demás variables permanezcan
constantes. Con una probabilidad del 0,95 el
Intercepción 10453,74 24680,07 0,42 0,67 –39508,45 60415,93
cambio en esta variable estaría entre –0,41 y
X1
0,003
0,01 0,26 0,79
–0,02
0,03
0,43 miles de pesos.
X2
–0,04
0,08 –0,54 0,59
–0,21
0,12
Por cada mil pesos más que la mujer inX3
0,01
0,21 0,06 0,95
–0,41
0,43
vierta en la compra de un bolso convencioX4
0,12
0,16 0,73 0,47
–0,20
0,43
nal, la disposición a pagar aumentará en 0,12
X5
1294,10
1112,54 1,16 0,25 –958,13 3546,32
miles de pesos, si permanece todo lo demás
X6
0,85
0,15 5,71 0,00
0,55
1,15
constante. Con un 0,95 de probabilidad este
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Mercadeo con causa social: factores que inciden en la decisión de compra de bolsos ecológicos
cambio estará entre –0,20 y 0,43 miles de
pesos
Adicionalmente, por cada mes que aumente
la expectativa de vida útil de un bolso, aumen-
tará su disposición de pago en 1294,10 para un
bolso ecológico. Este cambio con un 95 % está
entre –958,13 y 3546,32 miles de pesos.
Tabla 3. Pronósticos o estimaciones sobre la disposición
a pagar por un bolso ecológico.
Ingresos
Inversión en Pago en Inversión Duración Inversión Pronóstico de
compras
accesorios en bolsos del bolso en apoyo la disposición
$ 1 000 000
$ 200 000
$ 50 000
$ 50 000
1
$ 50 000
$ 44 205,42
$ 600 000
$ 100 000
$ 50 000
$ 250 000
18
$ 250 000
$ 261 791,82
Así pues, una mujer que devengue 1 000 000
de pesos mensuales, que gaste mensualmente
en accesorios 200 000 pesos, que en el último
año haya pagado por un accesorio artesanal
máximo 50 000 pesos, que en la compra de
cada bolso convencional gaste 50 000 pesos,
que espere que la vida útil del bolso sea de un
mes y que haya gastado máximo 50 000 pesos
en la compra de un producto que brinde ayuda a una población vulnerable pagará por el
bolso ecológico 44 205,42 pesos.
Por otro lado, una mujer que devengue
600 000 pesos, que gaste mensualmente en accesorios 100 000 pesos, que en el último año
haya pagado por un accesorio artesanal máximo 50 000 pesos, que en la compra de cada
bolso convencional gaste 250 000 pesos, que
espere que la vida útil del bolso sea de 18 meses y que haya gastado máximo 250 000 pesos
en la compra de un producto que brinde ayuda a una población vulnerable pagará por el
bolso ecológico 26 791,82 pesos.
5. Discusión
A fin de tratar las problemáticas referidas
a contaminación por envolturas de pasabocas
y al embarazo adolescente en Colombia, se
propone evaluar la eficacia de comercializar
un producto (bolso ecológico) cuya materia
prima sean envolturas de pasabocas y que sea
elaborado por madres adolescentes, a través de
una estrategia de mercadeo con causa social
que permita hacer frente a estas situaciones y
que les ofrezca, además, beneficios a los actores contemplados por la propuesta (las empresas y las fundaciones).
La población objetivo serán mujeres entre
18 y 45 años de edad interesadas en comprar
accesorios como bolsos y que, además, llevan a
cabo sus actividades cotidianas en la localidad
de Chapinero. Ellas conformarán inicialmente
el mercado meta para este producto.
Dado que las personas en estudio se encuentran en la localidad de Chapinero, pueden presentarse limitaciones con respecto a
la generalización de los resultados obtenidos,
pues el contexto social, económico y cultural
tanto del país como de la misma ciudad varía
de un lugar a otro.
Después debe evaluarse la expectativa del
público objetivo frente a la capacidad real de
producción en términos de atributos físicos,
costos y tiempos de producción, pues esto determina si el producto puede responder a las
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
75
Viviana del Mar Aranda Guerrero, Maribel Carrillo López, Daniela Caterin Hernández Cetina y Daniela Alejandra Luz Moreno
necesidades de su mercado, además de generar
rentabilidad para las adolescentes que constituyen la mano de obra. Adicionalmente, debe
evaluarse si el desempeño proyectado del producto en el mercado (según lo hallado en el
estudio) cumple con su objetivo de solucionar
las problemáticas sociales y ambientales a la vez
que se convierte en un modelo de negocio.
Los resultados de esta investigación pueden convertirse en un punto de partida para
nuevas investigaciones que den cuenta de la
viabilidad de este tipo de proyectos de elaboración de productos con envolturas de pasabocas cuya mano de obra sean diferentes poblaciones vulnerables; así como para impulsar
otros proyectos con un enfoque de mercadeo
con causa social que beneficien a dichas poblaciones y aborden otras problemáticas de
contaminación ambiental.
Existen también la posibilidad de hacer
presencia en desfiles de moda en Colombia
como estrategia de comunicaciones integradas de mercadeo, a fin de aumentar sus ingresos y, de esta manera, sus ganancias.
6. Conclusiones
El proceso de investigación requiere una
labor constante y conocimientos amplios en
estadística. El trabajo de campo que se realiza
en la investigación es un desafío al que diariamente los mercadólogos se deben enfrentar.
Las herramientas obtenidas son necesarias
para elaborar un plan de mercadeo efectivo que
tenga en cuenta el mix propio del mercadeo
(plaza, precio, producto y promoción). De este
modo se puede crear una oferta de valor que
cumpla con las expectativas de las mujeres y produzca suficiente rentabilidad para la empresa.
El proyecto tiene viabilidad de convertirse
en un plan de negocio, debido a que el 79 %
de las mujeres están interesadas en adquirir un
76
bolso ecológico elaborado con envolturas de
pasabocas. El 21 % restante, que manifestó no
estar interesado en comprar el bolso, cambió
de opinión al conocer que estos iban a ser fabricados por personas en condiciones de vulnerabilidad. Esto lleva a pensar que el 100 %
de las mujeres compraría el bolso siempre y
cuando este contribuya al bienestar de personas en circunstancias difíciles.
Existe una diferencia de más de 150 000
pesos entre los precios que están dispuestas a
pagar las mujeres por el bolso cuando no conocen la procedencia de su mano de obra y
cuando la conocen. Esto quiere decir que la
población tiene un sentimiento social altruista
bastante arraigado.
Debido a que la disposición a pagar de las
mujeres es en promedio 69 000 pesos y que el
costo de fabricación de cada bolso es de aproximadamente 45 000 pesos, la elaboración del producto es rentable (se obtendría un margen de
utilidad del 53,33 % por la venta de cada bolso).
La inversión de las mujeres en la compra de accesorios mensualmente es igual sin
importar su ocupación. Esto indica que una
estudiante estará dispuesta a invertir la misma cantidad de dinero en accesorios que una
trabajadora.
La intención de comprar este bolso ecológico es independiente de si las mujeres han
comprado productos que brinden apoyo a poblaciones vulnerables.
Las mujeres esperan que la vida útil del
bolso ecológico sea de un poco más de un año
(13 meses). Por tal motivo, el producto se someterá a prueba a fin de optimizar su vida útil.
Además, en su fabricación se usarán materiales
de alta calidad que, a su vez, sean orgánicos
(diferentes a las envolturas) para mantener la
línea amigable con el medioambiente (como
“cáñamo”, fibra orgánica de alta resistencia al
peso, la humedad y el calor).
Universidad Central • Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas
Mercadeo con causa social: factores que inciden en la decisión de compra de bolsos ecológicos
Aproximadamente, un 61 % de las mujeres
acude a centros comerciales a la hora de comprar un bolso. Por eso, se diseñará un canal de
distribución de nivel 0 para que las mujeres
adquieran su bolso en puntos de venta propios
ubicados en los centros comerciales de la localidad de Chapinero.
Dado el intervalo de confianza de la disposición a pagar por un bolso ecológico (entre
$ 56 687 y $ 78 382), el precio debe ajustarse
dentro de esos rangos, para lograr captar toda
la venta potencial.
Se creará una oferta de valor contundente:
una que satisface la necesidad de transportar
los artículos personales de las mujeres mediante un producto amigable con el medioambiente. Por otra parte, el producto debe tener
un diseño único que haga lucir a la mujer sofisticada y vanguardista, la mejor calidad posible y un precio asequible, ya que estos son los
factores más relevantes para el público objetivo. El bolso debe tener un tiempo de vida de
entre 10 y 16 meses, según las expectativas de
las mujeres.
Mediante los atributos que se han identificado que debe tener el producto y la oferta
de valor propuesta, se espera llevar el bolso a
una fase de madurez y obtener un posicionamiento en la mente de las consumidoras, aprovechando el hecho que no hay competencia
directa con una marca previamente posicionada en la ciudad.
Una vez identificado y establecido el perfil de las compradoras potenciales, es posible
empezar una estrategia que incluya la mezcla
promocional más adecuada para dar a conocer
el producto entre las mujeres, haciendo uso de
algunos de los siguientes elementos de la mezcla promocional: publicidad, relaciones públicas, ventas personales, promoción de ventas y
merchandising. De igual modo, a través del
perfil de nuestras consumidoras y del carác-
ter de marca, se puede establecer el lenguaje adecuado para transmitir las bondades del
producto (sin menospreciar su materia prima),
con el estilo y tono preciso para llegar a las
consumidoras.
Por cada mil pesos que aumenten los ingresos de las mujeres, la disposición a pagar
por un bolso ecológico cambiará en 0,003
miles de pesos, con todo lo demás constante.
Por cada mil pesos más que la mujer invierta en la compra de un bolso convencional,
la disposición a pagar aumentará en 0,12 miles
de pesos, con todo lo demás constante. Con
un 0,95 de probabilidad, este cambio estará
entre –0,20 y 0,43 miles de pesos.
Adicionalmente, por cada mes que aumente la expectativa de vida útil de un bolso, aumentará su disposición de pago en 1294,10
pesos para un bolso ecológico. Este cambio, con un 95 % de probabilidad, está entre
–958,13 y 3546,32 miles de pesos.
Bibliografía
El Tiempo (2014). Al año nacen cerca de
159 000 bebés de madres adolescentes. Consultado en http://www.eltiempo.com/estilo-de-vida/salud/
icbf-alerto-sobre-embarazo-adolescente-en-colombia/14573315.
Noticias RCN (2014). En Colombia 17
menores quedan embarazadas a diario. Consultado en http://www.noticiasrcn.com/nacional-pais/colombia-17-menores-quedan-embarazadas-diario.
Revista Ingeciencia, n.o 1, 2016
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La preparación editorial de este número
de Ingeciencia estuvo a cargo de la Coordinación
Editorial de la Universidad Central.
En la composición del texto se utilizaron fuentes
Bembo Std, Memphis LT Std y Centaur.
En las páginas interiores se utilizó papel Propalmate
de 115 g y en la cubierta, Propalcote de 240 g.
La revista se terminó de imprimir en Editorial
Kimpres, en mayo de 2016, en la ciudad de Bogotá.