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FIGEMPA: Investigación y Desarrollo, ISSN 1390-7042/ Año V / Volumen 2 / Número 8 / Quito, Julio 2017 / Periodicidad semestral

La revista FIGEMPA Investigación y Desarrollo está destinada a la difusión de resultados de investigaciones y estudios técnicos realizados por profesores, profesionales y estudiantes de grado y posgrado de la Universidad y expertos nacionales e internacionales en áreas vinculadas a Ciencias de la Ingeniería, Ciencias Exactas y Naturales, Energía, Geología, Ingeniería Minera, Ingeniería Petrolera, Tecnología, Ciencias de la Tierra, Investigación, Seguridad y el aprovechamiento sustentable de los recursos naturales no renovables. Los criterios vertidos en los artículos son de estricta responsabilidad de sus autores y no reflejan necesariamente el pensamiento de la revista científica FIGEMPA Investigación y Desarrollo.

REVISTA “FIGEMPA: INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO” FIGEMPA: Investigación y Desarrollo / AÑO IV / VOLUMEN 1 / NÚMERO 8 / PERIODICIDAD SEMESTRAL / ISSN 1390-7042 / QUITO AÑO DE INICIO: 2000 IDIOMA: ESPAÑOL E-MAIL: [email protected] BLOG: http://revistafigempa.blogspot.com / Datos FIGEMPA para contraportada Dirección: Ciudadela Universitaria, calle Jerónimo Leyton y Gatto Sobral Teléfonos: (593-02) 2550-588 (593-02) 2566-726 ext: 118 Email: [email protected] Blog: http://revistafigempa.blogspot.com Quito-Ecuador UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR - JUNIO 2017 RECTOR: Dr. Fernando Sempértegui Ontaneda, PhD VICERRECTOR ACADÉMICO Y DE POSGRADO: Dr. Nelson Rodríguez Aguirre VICERRECTOR DE INVESTIGACIÓN, DOCTORADOS E INNOVACIÓN: Dr. Washington Benítez Ortiz VICERRECTOR ADMINISTRATIVO Y FINANCIERO: Econ. Marco Posso Zumárraga SECRETARIO GENERAL: DR. SILVIO TOSCANO VIZCAÍNO PROCURADOR: DR. RAMIRO ACOSTA CERÓN DIRECTOR GENERAL DE INVESTIGACIÓN: DR. ANGEL GUEVARA ESPINOZA

CONSEJO EDITORIAL

Año V / Volumen 2 / Número 8 / Quito, Junio 2017 / Periodicidad semestral

DIRECCIÓN GENERAL: Ing. Gustavo Pinto Arteaga, MSc. FIGEMPA - UCE ASISTENTE TÉCNICO: Dr. Marco González Escudero, MSc; EAPS FIGEMPA - UCE SECRETARIO DE REDACCIÓN: Dr. Juan Solano Mora CONSULTOR ASISTENTE DE COMUNICACIÓN: Lcdo. Christian Ortiz Villarreal COMITÉ DE ÉTICA-UCE

AÑO V / VOLUMEN 2 / NÚMERO 8

En portada: Fuego es un conjunto de partículas o moléculas incandescentes de materia combustible, capaces de emitir luz visible, producto de una reacción química de oxidación violenta. Desde esta conceptualización, el hombre primitivo descubrió como encender el fuego, venciendo a la oscuridad y el frío, sintiéndose fascinado por su fuerza y poder. Danzamos alrededor del fuego invocando espíritus invencibles, reunirnos en círculo alrededor de un fogón, sentarnos frente a una chimenea en una noche de invierno, son ritos que guardan relación con la atracción ancestral del fuego, su pertenencia solo a los dioses, hasta que Promoteo robó la llama sagrada y se la entregó a los hombres. Muchas religiones asocian el fuego con lo divino, símbolo del cambio, la purifica2 ción y el sacrificio. Es además un símbolo mágico de las cosmogonías tradicionales en Occidente y desde la cosmovisión andina le corresponde al Inti (Sol), vinculado al mundo espiritual, el futuro y la energía vital refinada que permite a la tierra se eleve a las montañas, al cielo, dador básico de energía en forma de luz y calor. La humanidad dio un gran salto en su evolución cuando fue capaz de generar y controlar su propio fuego (alimentación, metalurgia, calor, etc.), que ilumina, purifica, fecunda y transmuta (destruye algo y utiliza su energía para generar otra cosa). Aplica no sólo a la materia, sino también a las emociones más densas (ira, miedo extremo, odio, rencor, envidia, celos, violencia). Si trabajamos con una intención profunda, desde el alma, puede ayudarnos a transmutar esos sentimientos negativos en amor, sea cual sea su forma, porque está estrechamente vinculada al fuego sagrado que brilla en nuestro corazón, ayudándonos a alcanzar la visión y el propósito de nuestra vida. Por tanto, la FIGEMPA aporta al desarrollo de la ciencia y la industria, en el país y en el mundo, con la formación de profesionales altamente capacitados y éticamente comprometidos en el aprovechamiento y manejo responsable de los recursos naturales y energéticos.

Ing. Francisco Viteri Santamaría Ing. Ernesto de la Torre, M.Sc. Ing. Johnny Zambrano, PhD Ing. Boroshilv Castro MSc. Dr. Fernando Novillo, PhD Ing. Alberto Castillo, M.Sc. Dr. Ovadia Shoham PhD Dr. Félix Andueza

FIGEMPA - UCE ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA - UCE FACULTAD CIENCIAS QUÍMICAS - UCE CONSULTOR Tulsa University FIGEMPA - UCE

REVISORES INTERNOS REVISORES EXTERNOS Ing. Marlon Ponce Zambrano, MSc Ing. Carolina Bernal MSc - EPN Dr. Carlos Ordoñez, M.Sc. Ing. Luis Mejía Vallejo, MSc. - Consultor Ing. Luis Villacís, MSc Ing. Christian Vallejo, PhD - Consultor Ing. Galo Albán Soria MSc. Ing. Jaime Gutiérrez, MSc. – FICCFFyMM Ing. Gustavo Pinto, MSc. Ing. Daniel Philco C., MSc. - Consultor Ing. Carolina Artigas MSc. Ing. Johnny Zambrano, PhD - EPN Ing. Marco Rosero, MSc.– Ing. Química - UCE Dr. Fernando Novillo, PhD.– CCQQ - UCE Ing. Manuel Cazorla, PhD.– U. Alicante -España Ing. Boroshilv Castro MSc. – FICCFFyMM Ing. Alberto Castillo, M.Sc. – Consultor Ing. Ernesto de la Torre ,M.Sc– EPN Ing. Pablo Dejavayan, PhD – UNACH Ing. Gerardo Medina, PhD – UNACH Ing. Pedro Almagro Blanco, Ph.D. GRUPO DE MODELADO DE SISTEMAS COMPLEJO - UCE Ing. René Ayala, M.Sc.. – FUNDACIÓN FERLAT Ing. Manuel Cazorla, PhD. – U. Alicante -España Ing. Roberth Enríquez MSc. - FICCFFyMM Ing. Alberto Castillo, M.Sc. - Consultor Ing. Ernesto de la Torre, M.Sc – EPN Dr. Moisés Logroño M.Sc – Filosofía y Letras Dr. Fabián Rodríguez Ph.D . ESPE Ing. Lucía Jiménez M.Sc - ESPE Ing. Edgar Ayabaca M.Sc, - FICCFFyMM Ing. Sabino Menolasna, PhD – UNACH DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN TDG. Cecilia Gordón A - BORBOLETA PORTADA Lcdo. Stalin Bravo Aguila – EDITORIAL UNIVERSITARIA CORRECIÓN DE ESTILO Lcdo. Juan Solano Mora / Lcdo. Christian Ortiz Villarreal / Dr. Marco González Escudero, MSc; EAPS / Ing. Gustavo Pinto Arteaga, MSc. FOTOGRAFÍA: TDG. Cecilia Gordon / Chistian Ortiz. CONSEJO ASESOR - Ing. Ovadia Shoham , PhD Tulsa University - Ing. Eduardo Tulcanaza, PhD Universidad Central Chile - Ing. Jhon Bolaños, PhD Ministerio Coordinador de Recursos Estratégicos - Ing. Jorge Romero, PhD Universidad Atacama IMPRESIÓN: 0984605849

Contenidos:

Investigación

Informativo

Opinión

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL 2017

Ing. Francisco Viteri Santamaría, MSc. DECANO Dr. Jorge Ortiz Herrera, MSc. SUBDECANO Ing. Diego Palacios Serrano Ing. Liliana Troncoso REPRESENTANTES DOCENTES Sr. José Cedeño Lucas. REPRESENTANTE ESTUDIANTIL Ing. Jorge Bustillos Arequipa, MSc. DIRECTOR CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA Ing. Carlos Ortiz Chapalbay, MSc. DIRECTOR CARRERA DE INGENIERÍA DE MINAS Ing. Jorge Erazo Basantes, MSc. DIRECTOR (E) CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS Ing. Eduardo Espín Mayorga, MSc. DIRECTOR CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Ing. Marco Zaldumbide PhD. DIRECTOR DE POSGRADO Ing. Teresa Palacios Cabrera. PRESIDENTA ASOCIACIÓN DE PROFESORES Sr. Sixto Quizhpe Panjón PRESIDENTE ASOCIACIÓN DE EMPLEADOS Y TRABAJADORES Sr. Fernando Quespaz PRESIDENTE ASOCIACIÓN DE ESTUDIANTES Dra. Marcia Singaña Figueroa. SECRETARIA - ABOGADA

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FIGEMPA: Investigación y Desarrollo, ISSN 1390-7042/ Año V / Volumen 2 / Número 7 / Quito, Enero 2017 / Periodicidad semestral

ÍNDICE EDITORIAL

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MENSAJE DIRECTOR GENERAL

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EESTUDIO DE EXPLORACIÓN INICIAL: PROYECTO GEOLÓGICO-MINERO GUANAJUATO MÉXICO Llerena Marcelo / Guerrero R. Byron / Espinosa J. Denisse

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ESTIMACIÓN EMPÍRICA DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE A PARTIR DEL ENSAYO DE CARGA PUNTUAL EN ROCAS ANISÓTROPAS (ESQUISTOS Y PIZARRAS).

Burbano Danny / García Tania

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DESARROLLO DE UN MODELO PREDICTIVO EN EXCEL PARA EL PROCESO DE INYECCIÓN DE AGUA UTILIZANDO EL MÉTODO DE DAKE-WELGE PARA UN RESERVORIO HOMOGÉNEO DE ESTRATO SIMPLE

17

Joe Navarrete / Pamela Montalvo / José Cóndor

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA UNIVERSIDAD ABIERTA CASO UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

Susana Cadena / Robert Enriquez

27

MICROBIOTA EXTREMOFILA Y RESISTOMAS AMBIENTALES DE LA FUENTE TERMAL “TERMAS LA MERCED” QUITO-ECUADOR

33

MODELO PARA EL PRONÓSTICO DE LA DEMANDA REAL DE AGUA POTABLE EN QUITO

39

Medina-Ramírez Gerardo. PhD. / Naranjo Carina / Andueza Félix. PhD

Danilo Gortaire J. / Edgar Ayabaca C. / Felipe Borja B./ Benjamín Valarezo P. MODELO AUTOMATIZADO DE PROCESOS MEDIANTE EL USO DE HERRAMIENTAS DE SOFTWARE BUSINESS PROCESS MANAGEMENT, EN GESTIÓN AMBIENTAL VIAL

Ing. Patricio Ibarra Munizaga.

ANÁLISIS DE EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN EXTRACCIÓN DE ACEITE DE PALMA

61

OBTENCIÓN DE TERMOPLÁSTICOS A PARTIR DE PLUMAS DE POLLO

69

ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD A L ACONTAMINACIÓN EN LOS ACUÍFEROS DE LA UNIDAD HIDROGEOLÓGICA HUAQUILLAS

77

Malacatus Paúl, Magister / Chamorro Erika / Orellana Gabriela

Luis Calle Guadalupe / Washington Ruiz López / Katherine Verduga

4

51

López Vera Stephanya / Alulema Del Salto / Rafael Albertoab

GENERACIÓN DE INDICADORES DE PASIVOS AMBIENTALES Y SOCIALES PARA EL SUBSISTEMA DE INTELIGENCIA DE ESTADÍSTICAS APLICADO A LAS ACTIVIDADES HIDROCARBURÍFERAS

85

LA FIGEMPA FORTALECE CAPACITACIÓN Y ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL DE SUS DOCENTES

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INSTRUCCIONES PARA LOS AUTORES

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Chamorro Armas Sonia / Enríquez Vallejo Bolívar / González Escudero Marco Antonio / Palacios Cabrera Teresa Alejandra

Mensaje del Decano Funcionalidad y calidad de los contenidos, así como el uso de tecnologías para la enseñanza y el aprendizaje, constituyen las mayores exigencias de la educación en el mundo moderno. Y es en esta perspectiva, de innovación, actualización y difusión permanente, que se inscriben los nuevos objetivos y fines de la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental (FIGEMPA) de la siempre gloriosa Universidad Central del Ecuador. Nuestra Facultad cuenta con instalaciones y tecnología actualizada que permiten a nuestros docentes y estudiantes acceder a centros de información y a bibliotecas especializadas lo cual contribuye a comple-mentar los procesos formativos. La FIGEMPA, lo hacemos convencidos de que sólo el trabajo mancomunado servirá para proyectarnos con solvencia e idoneidad al ámbito académico nacional e internacional. El gran reto es alcanzar la calidad internacional, sobre la base de una estructura curricular moderna y funcional que responda a las demandas y expectativas de la era globalizada, con docentes de alto nivel, capaces de potencializar la construcción de nuevos conocimientos, como también de encauzar la práctica profesional, la investigación y el desarrollo, sólo así estaremos en condiciones de garantizar una sólida formación profesional y ofrecer a la ciudadanía: Una educación de calidad para el impulso de las industrias vinculadas a la geología, la minería y los hidrocarburos, así como, a la defensa y preservación del medioambiente.

Ing. Francisco Viteri Santamaria DECANO DE LA FIGEMPA

Editorial El esfuerzo siempre tiene su recompensa. FIGEMPA “Investigación y Desarrollo” ha llegado a su edición número 8, lo que significa además un gran compromiso, pues cada número implica un nuevo reto. La presente edición de nuestra revista conlleva el esfuerzo, trabajo y apoyo de toda la comunidad universitaria, pues esta revista no pertenece a la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental, sino a la Universidad Central del Ecuador, esperamos con este aporte sumar al esfuerzo conjunto por inscribir con letras de oro el nombre de nuestra querida institución en el vasto universo de la Investigación Científica. Esperamos que el investigador, no sólo de la Central pero principalmente de ésta, tenga en FIGEMPA “Investigación y Desarrollo” el soporte necesario para publicar los resultados de su trabajo y con ello fomentar en el ambiente académico ese espíritu de sacrificio por el bien común, para encontrar a través de la Investigación la solución a diversos problemas que aquejan a nuestra sociedad. En este número el lector podrá encontrar artículos vigentes e interesantes en el campo académico, así como de la ingeniería ambiental, petrolera, civil, química, informática, entre otras ramas. Cada uno de los artículo contribuye significativamente al desarrollo investigativo en nuestra institución. La Facultad de Ingeniería en Geologia, Minas, Petróleos y Ambiental, a través de FIGEMPA Investigación y Desarrollo, siempre se constituirá en un espacio que promulgue la Investigación y la Ciencia para el Desarrollo Sustentable, y el aprovechamiento responsable de los recursos. La responsabilidad social de nuestra publicación va más allá del proceso editorial, es el compromiso de entregar al lector estudios e investigaciones objetivas y propuestas viables. Deseamos que este ejemplar sea de su provecho profesional y académico. Una vez más se hace necesario extender el agradecimiento sincero a todos aquellos que han hecho posible que FIGEMPA “Investigación y Desarrollo” sea una realidad, sobre todo a las autoridades por hacer de este trabajo un objetivo institucional, a los autores por la confianza depositada en nosotros, a los revisores que dedicaron su tiempo a analizar cada uno de los artículos, y a toda nuestra comunidad centralina a quienes va dirigido nuestro esfuerzo y trabajo.

Ing. Gustavo Pinto Arteaga DRECTOR GENERAL

FIGEMPA: Investigación y Desarrollo, ISSN 1390-7042/ Año V / Volumen 2 / Número 8 / Quito, Julio 2017 / Periodicidad semestral

Recibido: 30 / marzo / 2017 Aprobado: 30 / mayo / 2017 ARTÍCULO ORIGINAL

EVALUACIÓN DEL IMPACTO QUE TENDRÁ EN LA ECONOMÍA DEL ECUADOR EL INICIO DE LA PRODUCCIÓN DE LOS DEPÓSITOS DE MATERIALES METÁLICOS.

Evaluation of the impact that will have on the economy of the Ecuador the start of production of the deposits of metallic materials. FRANCISCO SORIA VENEGAS e-mail: [email protected] Ingeniero en Geología. CONSULTOR

RESUMEN

CARLOS AGUILA GUEVARA e-mail: [email protected]

TERESA PALACIOS CABRERA [email protected]

Ingeniero en Geología de la Universidad Central del Ecuador. COORDINADOR GENERAL TÉCNICO DEL INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN GEOLÓGICO MINERO METALÚRGICO.

Ingeniera Química de la Universidad Central del Ecuador. DOCENTE FIGEMPA

El estudio se basa en el marco legal y tributario de minería, estudios económicos, para evaluar el impacto económico que implica el iniciar la explotación de los principales yacimientos minerales metálicos de El Domo, Fruta Del Norte, Loma Larga y Mirador en Ecuador. Además, estima el potencial de la industria minera en Ecuador sobre la base de la información certificada de los informes técnicos NI 43-101. En territorio ecuatoriano, los Andes poseen condiciones geológicas favorables para la formación de depósitos minerales metálicos de clase mundial. Estas características fisiológicas y geológicas son similares a las de todo el cinturón andino sudamericano donde países vecinos como Colombia, Perú, Bolivia, Argentina y Chile han desarrollado con éxito su industria minera. La metodología aplicada para evaluar los yacimientos minerales utiliza variables cualitativas y cuantitativas aceptadas globalmente y también ofrece recomendaciones para cambios en el régimen legal. Bajo el régimen jurídico vigente existen tres categorías para la explotación de yacimientos minerales: Operaciones mineras de pequeña escala, hasta 300 toneladas / día en operaciones subterráneas; Operaciones mineras de medina escala, hasta 1.000 ton / día en operaciones subterráneas y hasta 2000 ton / día en operaciones a cielo abierto, y Oper6 aciones mineras de gran escala, con una producción superior a los límites establecidos en los ya mencionados. Como resultado del análisis, se recomienda aumentar los límites de los volúmenes de producción para las tres categorías, de manera que el desarrollo y la producción minera sean más atractivos para los inversionistas y compañías mineras de todos los tamaños. Sobre la base del flujo de caja de los proyectos analizados, la carga fiscal varía de 38% a 45%. Sin embargo, el Ministerio de Minería y la consultora Wood Mackenzie (enero de 2016) concluyen que la carga tributaria es cercana al 27%. De acuerdo con la documentación internacional disponible de la NI 43-101, Ecuador tiene 8.5 M oz. de oro y 19,2 M oz. de plata en Reservas y 23.8 M oz. de oro y 168,3 M oz. de plata en Recursos Reservas de 47 millones de libras de cobre; 41.334 millones de libras de cobre como recurso y 865 millones de libras de molibdeno como recurso. La inversión inicial (CAPEX) para los 4 proyectos sumará U $ S 2.123 M, en la fase de construcción de la mina, entre los años 2017 y 2021. La demanda de empleo directo en el mismo período será de 4.140 empleados, de los cuales el 30% corresponderá al personal técnico y administrativo y el 70% a los operadores y trabajadores de campo. Preferiblemente, la fuerza de trabajo será local al área del proyecto. El empleo indirecto se asignará a nivel regional y nacional. Según los estudios, los métodos de explotación minera que se utilizarán se definen de la siguiente manera: en El Domo una combinación de minería a cielo abierto y subterránea, en Fruta Del Norte y Loma Larga como subsuelo, y Mirador como pozo abierto. La estimación del Ingreso Neto de Fundición (NSR) combinada para los 4 proyectos será de USD 11.410 millones, en 17 años de producción. Los beneficios económicos estimados para el estado agregando los 4 proyectos, incluyendo el impuesto sobre la renta + regalías + utilidades + IVA, en 17 años de operaciones de las minas serán USD 2.063 millones. PALABRAS CLAVE: Legislación Minero y Fiscal, Depósitos Minerales Metálicos, Industria Minera, Análisis Económico, Condiciones Geologicas Fisiográficas.

ABSTRACT The study is based on a mining legal and tax framework, economic studies, to evaluate the economic impact of starting the exploitation of the principal metallic mineral deposits of El Domo, Fruta Del Norte, Loma Larga and Mirador in Ecuador. Moreover, it estimates the potential of the mining industry in Ecuador based on the certified information of the technical reports NI 43-101. In Ecuadorian territory, the Andes possess geologic conditions favorable for the formation of world class metallic mineral deposits. These physiological and geological characteristics are similar to the ones on all the South American Andean belt where neighboring countries such as Colombia, Perú, Bolivia, Argentina and Chile have successfully developed their mining industry. The methodology applied to evaluate the mineral deposits uses qualitative and quantitative variables globally accepted and it also offers recommendations for changes on the legal regime. Under the current legal regime there are three categories for the exploitation of mineral deposits: Small Operations Mining, with up to 300 tones/day on underground operations; Medi um Operations Mining, with up to 1000 tones/day on underground operations and up to 2000 tones/day on open pit operations, and Large Operations Mining, with production larger than the limits set on the previously mentioned. As a result of the analysis, it is recommended that the limits of the production volumes should be increased for the three categories so that mining development and production becomes more attractive for investors and mining companies of all sizes. Based on the cash flow from the projects under analysis, the tax burden varies from 38% to 45%. Nevertheless, the Ministerio de Mineria (Mining Regulatory Agency) and industry consultant Wood Mackenzie (January, 2016) concludes that the tax burden is close to 27%. According to available NI 43-101 international documentation, Ecuador has 8.5 M oz. of gold and 19.2 M oz. of silver in Reserves and 23.8 M oz. of gold and 168.3 M oz. of silver in Resources. Reserves of 47 million pounds of copper; 41.334 million pounds of copper as a Resource and 865 million pounds of molybdenum as a Resource. The initial investment (CAPEX) for the 4 projects will add up to USD 2,123 M, in the mine construction phase, between the years 2017 and 2021. The direct employment demand in the same period will be of 4,140 employees, from which, 30% will correspond to technical and administrative staff and 70% to operators and field workers. Preferably, the working force will be local to the project area. Indirect employment will be assigned at a regional and national level. According to the studies, the mining methods to be used are defined as follows: in El Domo a combination of open pit and underground mining, in Fruta Del Norte and Loma Larga as underground, and Mirador as open pit. The estimate Net Smelter Revenue (NSR) combined for the 4 projects will be USD 11,410 million, in 17 years of production. The estimated economic benefits for the state adding the 4 projects, including Royalty + income tax + profif- sharing 7 + VAT, in 17 years of operations of the mines will be USD 2,063 million. KEYWORDS: Mining And Tax Legislation, Metallic Mineral Deposits, Mining Industry, Economic Analysis, Geological- Phisiographic Conditions. INTRODUCCIÓN Los Andes en territorio ecuatoriano, presentan condiciones geológico – estructurales que favorecen la formación de depósitos minerales metálicos de clase mundial. Estas características, fisiográficas-geológicas tienen similitud en el cinturón andino sudamericano, en cuyos países ha sido posible el desarrollo de la industria minera como es el caso de Colombia, Perú, Bolivia, Argentina y Chile. Algunos depósitos mineros en nuestro país, ya han sido evaluados y hasta la fecha no inician la etapa de explotación debido a varios factores, tales como: – Retraso en los permisos ambientales para la fase

de producción. – Procesos de firma de los contratos de explotación. – Reformas a la Normativa Legal y Tributaria. – Impuestos altos comparados con los de otros países mineros de la región – El país es muy incipiente en la industria minera. – Falta de aprovechamiento efectivo, adecuado y oportuno del potencial geológico minero del país – La minería artesanal y pequeña que existe en el

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país, ha incidido negativamente en la imagen y percepción de la industria minera.

– Diagnóstico de la aplicación de la normativa tributaria

– Falta de investigación en la exploración de minerales metálicos, debido a la suspensión de otorgamiento de concesiones mineras.

– Evaluación económica de los principales depósitos mineros.

– Falta de servicios mineros. Con estos antecedentes, planteamos la necesidad de hacer un Análisis Económico de los principales depósitos de minerales metálicos, que ya disponen de investigaciones de exploración avanzados y que estarían listos para entrar en la fase de producción. La Normativa Legal ecuatoriana vigente estipula tres categorías de explotación de minería metálica, que son: Pequeña Minería hasta 300 t/día en minería subterránea, 1000t/ día a cielo abierto; para Mediana Minería hasta 1000 t/día en subterráneo y 2000 t/día a cielo abierto; y Gran Minería sobre esos límites. Según documentos disponibles e informes con estándar canadiense NI 43-101, para el Ecuador se tienen: Reservas de 8,5 millones de onzas de oro y 19,2 millones de onzas de plata; Recursos de 23,8 millones de onzas de oro y 168,3 millones de onzas de plata. Reservas de 47 millones de libras de cobre; 41,334 millones de libras de cobre como Recurso y 865 millones de libras de molibdeno como Recurso.

2 MATERIAL Y MÉTODOS Se consideró información geológico – minera, a partir de los medios de difusión pública de las empresas propietarias de los derechos mineros, medios nacion8 ales e internacionales, seguido de la Clasificación de información histórica por tamaño y tipo de depósito mineral; simultáneamente se efectuó el Diagnóstico de la aplicación de la normativa tributaria; y, la Evaluación económica-social de los principales depósitos mineros, partiendo de la disponibilidad de los estudios actualizados en sus fases de Pre-factibilidad y factibilidad de los proyectos. La metodología utilizada consiste en la sistematización y evaluación de los depósitos minerales, aplicando de manera integral las variables cualitativas y cuantitativas mundialmente aceptadas y adaptadas a la realidad nacional, como se expone a continuación: – Obtención de la información geológico - minera a partir de los medios de difusión pública de las empresas propietarias de los derechos mineros, medios nacionales e internacionales. – Clasificación de la información histórica por tamaño y tipo de depósito.

– Evaluación del impacto social y laboral. 2.1 Técnicas de análisis. Las técnicas de análisis pueden agruparse en geológicas - mineras, económicas - financieras, legales, políticas y socio - ambientales; las mismas que son parte integral de la evaluación de los proyectos. • Técnicas de evaluación de los depósitos • Estudios: Conceptual, pre-factibilidad y factibilidad de los proyectos • Fuentes de financiamiento • Aplicación de herramienta tecnológica.

3. CARACTERÍSTICAS GENERALES Los costos y gastos imputables que se hayan generado para obtener, mantener y mejorar la empresa, son deducibles del impuesto a ganancias extraordinarias. A continuación, se presenta la tabla resumen de los impuestos que tiene incidencia directa en la carga tributaria. Tabla.1 Impuestos en Ecuador

fundición, refinamiento y transporte; en gran minería sólo se pueden deducir estos dos últimos.

4. RESULTADOS. Se obtuvo resultados en cuatro aspectos importantes: sugerencias al Marco Legal-Tributario, la exploración minera en Ecuador, la disponibilidad de recursos y reservas a la fecha; y los beneficios a nivel nacional a partir del respectivo análisis económico de los proyectos en procesos de factibilidad y explotación. 4.1 RECURSOS Y RESERVAS DE LOS PRINCIPALES PROYECTOS MINEROS METÁLICOS. Después de hacer un análisis de la información disponible de los principales proyectos mineros y tomando como base los informes con estándar canadiense NI 43-101, de la Bolsa de Valores de Toronto principalmente; se realizó un resumen del potencial minero en oro y plata; y un resumen de los recursos y reservas de todos los principales proyectos del Ecuador, tanto para oro-plata y cobre-molibdeno, expuestos en las tablas. Constituyendo así, un potencial real de la disponibilidad a la fecha de recursos y reservas con que cuenta el país.

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Se comparó las cargas tributarias de los países mineros, de los cuales en los últimos años (2012, 2014, 2016) el gobierno participó con el 52%, 37% y 27% respectivamente. Esta carga tributaria, respecto de la región continua siendo alta, por lo que el Ecuador se torna poco atractivo para el ingreso de capital extranjero, y los inversores locales no tienen la cultura para invertir en actividades de alto riesgo y largo plazo como lo es la minería; esto ha dado lugar una evolución de reformas a la Ley Minera y Reformas Tributarias, con el propósito de incentivar a la inversión privada. Se determinó que la aplicación del cálculo de las regalías debe estar basado en el ingreso neto (NSR), sin embargo, mientras en pequeña y mediana minería, los concesionarios pueden deducir el precio de

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Tabla 2: Reservas y recursos mineros de cobre y molibdeno en el Ecuador

y el apoyo del desarrollo cultural existente; y • Se prevé que el proyecto generé impuestos para el gobierno de US$ 156.596.197, por concepto de regalías, IR, Utilidades e IVA, durante la vida de la mina. 5.3 Resultados Económicos DEPÓSITO FRUTA DEL NORTE.

5.- ANÁLISIS ECONÓMICO

• Flujo de caja acumulado después de impuestos US$ 1,450,000,000.00

5.1 Resultados Económicos DEPÓSITO EL DOMO

• Periodo de recuperación de la inversión 4.5 años

– Flujo de caja acumulado después de impuestos • Tasa Interna de Retorno IRR, es de 15.7%Valor US$ 205.754,080 Neto Presente NPV (con tasa de descuento 5%), 11 – Periodo de recuperación de la inversión 2 años US$ 676,000,000.00 – Tasa Interna de Retorno TIR es de 33% • Impuesto acumulado para el Estado Ecuatoria– Valor Neto Presente NPV (con tasa de descuento no (13 años vida de la mina) US$ 914,000,000.00 7.5%), US$ 107,004,612 – Impuesto acumulado para el Estado Ecuatoriano 5.4 Beneficios para el Ecuador. (14 años vida de la mina) US$ 156,596,197. 5.2 Beneficios para el Ecuador. El Estudio Preliminar Económico de El Domo confirma que proporcionará beneficios considerables a Ecuador, a nivel local, provincial y nacional. Durante la construcción aprox. 400 empleos directos e indirectos y durante la operación aproximadamente 170 empleos directos (30% técnicos y administrativos y 70% obreros y operadores). • Mejora de la infraestructura local y regional • Continuación de los programas de inversión en la comunidad, desarrollo de pequeñas empresas

El Estudio de Factibilidad confirma que FDN proporcionará beneficios considerables a Ecuador, a nivel local, provincial y nacional. • Durante la construcción la empresa empleará a 2040 personas (1370 empleos directos y 670 empleos de los contratistas) y durante la operación la empresa em-

pleará 800 personas (70% obreros y operadores, y 30% especialistas, técnicos y administradores). • Mejora de la infraestructura local y regional.

• Continuación de los programas de inversión en la comunidad, desarrollo de pequeñas empresas y el apoyo del desarrollo cultural existente; y • Sobre la base de un precio del oro de US$ 1,250/

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onza, se prevé que el proyecto generé impuestos Oferta de Empleo para el gobierno de US$ 914 millones, por concepto de regalías, IR, Utilidades e IVA, durante la vida de la mina • Regalías anticipadas por US$ 65,000,000.00. 5.5 Resultados Económicos DEPÓSITO LOMA LARGA (QUIMSACOCHA) • Flujo de caja acumulado después de impuestos US$ 496,154,700.00. • Periodo de recuperación de la inversión 2.7 años. • Tasa Interna de Retorno IRR es de 26.3%

Tabla 4: Inversión de los Proyectos Mineros y Beneficios al Estado

• Valor Neto Presente NPV (con tasa de descuento 7.5%) US$ 232,400,000.00 • Benéfico Acumulado para el Estado Ecuator ano (12 años vida de la mina) US$ 379,595,300.00 5.6 Beneficios para el Ecuador El Estudio de Pre-Factibilidad confirma que el Deposito Loma Larga proporcionará beneficios considerables a Ecuador, a nivel local, provincial y nacional. 6.- DISCUSIÓN • Durante la construcción, aproximadamente 500 empleos (directos de la compañía y los contratistas) y durante la operación 176 empleos directos (99 empleos locales y 77 empleos de personal técnico administrativo).

La falta de un verdadero inventario técnico de recursos y reservas de todo el territorio ecuatoriano, ha hecho que se incurra en el desconocimiento del potencial geológico minero, y la disponibilidad de los depósitos minerales con que cuenta hasta la actualidad; por lo que amerita crear las condiciones Legales-Tributarias • Mejora de la infraestructura local y regional; justas para las partes (estado-inversionistas); con el • Continuación de los programas de inversión en propósito de incorporar efectivamente esta actividad la comunidad, desarrollo de pequeñas empresas al desarrollo económico del país. y el apoyo del desarrollo cultural existente; y La subasta funcionaría cuando el ente subastante (Es12 • Este proyecto se estima generé impuestos para el go- tado) tiene información geológica relevante que dé vabierno de US$ 379.59 millones; por concepto de rega- lor a esas áreas mineras, como trabajos de perforación y por lo menos se disponga de recursos inferidos. Las lías, IR, Utilidades e IVA, durante la vida de la mina. patentes de conservación deberían ser fijas como parte 5.7 Resultados Económicos DEPOSITO MIRADOR del incentivo a la inversión nacional y extrajera. - ECSA Otro aspecto a considerar es, el cambio en los límites – Flujo de caja acumulado después de impuestos de los volúmenes de producción de las diferentes categorías de explotación de minería metálica. US$ 755.432.674,00 – Periodo de recuperación de la inversión 4 años En la actualidad, la carga fiscal vigente constituye el 37%, siendo este uno de los más altos de la región; – Tasa Interna de Retorno IRR es de 17.7% situación que llevó al gobierno entre 2014-2015 a efectuar ciertas reformas tributarias y al reglamento – Valor Neto Presente NPV (con tasa de descuento minero: 8%) US$ 265,000,000.00 Por ser un país tradicionalmente no minero respecto a – Benéfico Acumulado para el Estado Ecuatoriano la intensidad con que se lleva esta actividad en el resto (17 años vida de la mina) US$ 612.792.800,00 de países de la región, se ha incurrido en la falta de agilidad para viabilizar la discusión de las normativas 5.8 RESUMEN DEL ANÁLISIS ECONÓMICO DE Legales y Tributarias; sin que se permita oportunaLOS PRINCIPALES PROYECTOS MINEROS mente la operación de los proyectos mineros; conseTabla 3: Inversión Costo Capital, Sostenimiento y cuencia de lo cual se tiene un retraso en cuanto a ser

receptores de nuevas tecnologías mineras; e ingresos extemporáneos por desarrollo económico minero. Los contratos de explotación minera, de los proyectos con reservas probadas y estudios de factibilidad, necesitan actualizar sus respectivos análisis de riesgos, conforme se realicen cambios o actualizaciones en la Normativa nacional vigente. Se espera a corto plazo una estabilidad jurídica, con la que se replique confianza para nuevas inversiones no solamente en proyectos mineros. 7 CONCLUSIONES • Las inversiones realizadas por la empresa privada y pública desde 1980 hasta 2009, no ha sido cuantificada; sin embargo los principales depósitos descubiertos, próximos a ser explotados fueron durante este periodo.

de los cuales 30% corresponden a técnicos, administrativos y gerenciales; 70% a operadores y obreros, de preferencia personal local de las zonas de influencia de los proyectos mineros; y para el período 2021 al 2038 será de 3,846 empleos directos. • Se estima que la generación de empleo indirecto asociado al desarrollo de los proyectos mineros en la etapa de operación de las minas será aproximadamente entre 15 mil y 20 mil puestos de trabajo. • El ingreso neto de fundición (NSR) sumado los 4 proyectos es de 11,410 millones de dólares, en aproximadamente en 17 años de producción y el beneficio del estado estimado de los 4 proyectos es aproximadamente de 5,700 millones de dólares considerando un 50% de la suma de costo neto de fundición.

• Los beneficios económicos para el estado sumados • En el análisis del marco Legal Minero en el Ecualos 4 proyectos y que corresponden a regalía + IR dor se ha determinado que ha variado desde la + utilidades + IVA, en 17 años de vida útil de las Constitución de 2008, debido a modificaciones minas será de 2,063 millones de dólares. Con un que han afectado las inversiones mineras privadas, promedio anual de ganancias por impuestos de como las establecidas en el Art. 408 de esta cons150 millones de dólares en función del precio de titución según el cual el Estado participará de los los metales en el mercado. beneficios y aprovechamiento de los recursos naturales, en un monto que no será inferior a los de 8 RECOMENDACIONES la empresa que los explota; un impuesto del 50.1% Como resultado de este trabajo de investigación se considerado uno de los más altos del mundo sugiere un cambio en la Normativa Legal, específica• El catastro minero no es abierto, como lo es en paí- mente en los siguientes artículos: ses mineros, donde prevalece el derecho de quien – Art. 29.- Del remate y subasta pública para el primero lo solicita. Para concesionar un área miotorgamiento de concesiones mineras. Es impornera en Ecuador es necesario un remate o subasta tante hacer un cambio en este artículo de la Ley, pública, donde la Empresa Nacional Minera ENAotorgando concesiones mineras al primero que MI EP, tiene la primera opción, si ella está intelo pida, cumpliendo requisitos como capacidad resada, lo que no hace atractivo a la inversión de técnica y económica de inversión, como lo es en empresas mineras privadas en el Ecuador. otros países de la región. La subasta funcionaría 13 • Según flujos de caja de los proyectos Fruta del Norcuando el ente subastante (Estado) tiene inforte, Mirador, Loma Larga y El Domo, la carga fiscal mación geológica relevante que dé valor a esas en el Ecuador varía entre 38% a 45%. Pero un anááreas mineras, como trabajos de perforación y lisis realizado por el Ministerio de Minería y Wood por lo menos se disponga de recursos inferidos. Mackenzie (Enero, 2016) concluyen que la carga fiscal en el Ecuador está cercana al 27%. Existiendo un – Art. 34.- Patente de conservación para concedesfase de flujos de carga fiscal analizados. sión. Las patentes de conservación son muy altas y están atadas al SBU, por lo que anualmente hay • Según información disponible de los principales incrementos; si queremos que la inversión exproyectos mineros y de acuerdo a informes con tranjera para la industria minera llegue a nuestro norma internacional NI 43-101, para el Ecuador se país debemos bajar estas tarifas y dejarlas fijas. tiene: Reservas de Oro 8.5 M oz y Plata 19.2 M oz y Recursos 23.8 M oz y 168.3 M oz. – Los volúmenes de producción. Se debe incrementar los volúmenes de producción de las diferentes ca• La inversión inicial (CAPEX) sumada de los 4 protegorías de explotación de minería metálica: Para yectos será de: 2,123 millones de dólares, durante Pequeña Minería debería ser por lo menos hasta el periodo de construcción, entre los años 2017 al 1000 ton/día en subterráneo y hasta 2000 ton/día 2021. a cielo abierto; para Mediana Minería debería ser por lo menos 5000 ton/día en subterráneo y de • La oferta de empleo directo durante la construcción 7500 ton/día a cielo abierto y Gran Minería sobre de la infraestructura de las minas, comprendida enesos límites. Estas recomendaciones se las plantea tre el 2017 al 2021 será de 4,140 empleos directos, en base a sustentos técnicos económicos, conside-

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rando la experiencia de países mineros donde los volúmenes de producción para estas categorías de explotación son similares a las recomendaciones planteadas y representan buenas condiciones para el desarrollo del sector minero. – Art. 165.- Concepto de Ingresos Extraordinarios. Es un impuesto que no existe en otras legislaciones del mundo, y al aplicarlo en nuestro país se convierte en un desincentivo a la inversión nacional e internacional. – Contrato de Explotación. Debemos eliminar de nuestra normativa legal el Contrato de Explotación. En otros países mineros, los títulos mineros desde el primer día, establecen condiciones y los términos que van a regir al titular concesionario durante toda la vida de la concesión. En Ecuador cuando se solicita una concesión se investiga y explora y, si se va empezar a explotar, se necesita negociar con el gobierno un Contrato de Explotación, esto genera gran incertidumbre y ahuyenta a los inversionistas, porque no saben cuáles van a ser los términos económicos que se van aplicar en la fase de explotación, luego de identificar un yacimiento minero. 7 BIBLIOGRAFÍA Asamblea Constituyente. (2008). Mandato Constituyente No 6. Montecristi, Ecuador. Calvo, G., & Johnston, A. (2016). CURIPAMBA PROJECT-EL DOMO DEPOSIT PRELIMINARY ECONOMIC ASSESSMENT. Toronto: FAusIMM.

14

Soria, F., & Aguila, C. (2016), EVALUACIÓN DEL IMPACTO QUE TENDRÁ EN LA ECONOMÍA DEL PAÍS, EL INICIO DE LA PRODUCCIÓN DE LOS DEPÓSITOS DE MINERALES METÁLICOS Constitución de la República del Ecuador. (20 de octubre de 2008). Quito: Registro Oficial No. 449. Cordoba, J. (2016). Rendicion de Cuentas 2015 Ministerio de Minería. Quito. CRIRSCO. (2013). INTERNATIONAL REPORTING TEMPLATE. Decreto Ejecutivo No. 475. (27 de octubre de 2014). Impuesto a los Ingresos Extraordinarios y Aplicación del Ajuste Soberano. Quito. Drobe, J., & Hoffert, J. (2008). MIRADOR COPPER GOLD PROJECT 30,000 TPD FEASIBILITY STUDY, ZAMORA CHINCHIPE - ECUADOR. Toronto: Ecuacorriente S.A. (ECSA). Dynasty Metals & Mining Inc. (2014). Independent Preliminary Assessment, Zaruma Gold Project. Toronto: Form 43-101F1. Extrayendo Transparencia. (15 de marzo de 2011).

(G. Faro, Productor) Obtenido de Información ciudadana sobre minas y petroleos: http://extrayendotransparencia.grupofaro.org/no rmativa-completa-sector-minero-ecuador/#.VT- HDpOuoUc Forter Wheeler, A., & Crippen Berger, K. (2016). FRUTA DEL NORTE PROJECT ECUADOR, NI 43-101 Technical Report on Feasibility Study. Toronto: LUNDIN GOLD INC. Henderson, W. (1979). Cretaceous to Eocene volcanic arc activity in the Andes of northern Ecuador. Journal of the Geological Society, 136, 367- 378. Hennessey, B. T. (2005). Mineral Resources Estimate for the Macuchi Project - Largo Resources Ltd. Toronto: Micon International Limited. INIGEMM. (8 de abril de 2016). Instituto de Investigacion Geológico Minero Metalurgico. Expominas. Quito. Ley de Minería. (31 de mayo de 1991). Ley No. 126 RO/ Suplemento 695. Quito, Ecuador. Ley de Minería. (29 de enero de 2009). Registro Oficial No.517. Quito, Ecuador. Ley Orgánica Reformatoria a la Ley de Minería. (16 de julio de 2013). Ley Orgánica Reformatoria a la Ley de Minería, a la Ley Reformatoria para la Equidad Tributaria del Ecuador y a la Ley Orgánica de Régimen Tributario Interno. Quito: Registro Oficial No. 37. Litherland, M., Aspden, J., & Jemielita, R. (1994). The metamorphic belts of Ecuador. Keyworth, Nottingham, U.K: British Geological Survey. Mackenzie, W. (2014). Análisis de la Situación Fiscal en el Sector Minero. Quito. Minería en el Ecuador bajo sus propias condiciones. (2012). Revista Business News Américas. Plan Nacional para el Buen Vivir 2013 - 2017. (2013). Plan Nacional de Desarrollo. Quito: SENPLADES. Reformas al Reglamento General a la Ley de Minería. (25 de noviembre de 2015). Quito: Registro Oficial No. 635 Suplemento No. 823. Regis, R. (2013). Gerente de Tax & Legal. Perú. Reglamento de Calificación de Recursos y Reservas Mineras. (17 de marzo de 2016). Quito: Registro oficial - Suplemento No. 714. Reglamento General de la Ley de Minería. (16 de noviembre de 2009). Quito: Registro Oficial Suplemento No.67. Roscoe Postle Associates Inc. (2016). INV METALS INC., TECHNICAL REPORT ON THE LOMA LARGA PROJECT, AZUAY PROVINCE, ECUADOR. Toronto.

Recibido: 31/octubre/2016 Aprobado: 5/enero/2017 ARTÍCULO ORIGINAL

ESTUDIO DE EXPLORACIÓN AVANZADA: PROYECTO GEOLÓGICO- MINERO GUANAJUATO MÉXICO

FIRST STAGE EXPLORATION STUDY GEOLOGICAL PROJECT-GUANAJUATO-MEXICO MINE DISTRICT

Marcelo Llerena Carrera [email protected] Docente FIGEMPA

Byron Guerrero Rodríguez bvguerreror@ uce.edu.ec Docente FIGEMPA

Jorge Macias Robles [email protected] Consultor

RESUMEN. El presente trabajo de investigación parte del estudio de exploración inicial del proyecto Geológico-Minero de Guanajuato - México, estos resultados permitieron proponer cuatro targets o blancos de perforación utilizando el modelo geológico modificado de Buchanan (1981), y las metodologías aplicadas tales como sistema de folios y el programa ARGIS, las cuales permitieron realizar los respectivos cortes o secciones geológicos del 15 proyecto, planificando cinco perforaciones en la zona Vetas Norte, una en la zona de La Brecha, una en la zona La Presa Vieja, y una en zona La Mina de Mercurio, la primera fase está constituido por 3250 metros de perforación distribuidos en los cuatro targets con la finalidad de verificar el real potencial de proyecto. PALABRAS CLAVE: perforaciones, targets, sistema de folios, cortes o secciones geológicas.

ABSTRACT. With the first stage of exploration and mining study Geological Guanajuato - Mexico Project, the present results of this investigation allowed to suggest four drilling targets, using the modified Buchanan (1981) geological model and applying methodologies such as Folios System and ARGIS program, the achieve pointed out cross-secctions or geological sections, identifying five drilling targets at Vetas Norte, one at La Brecha, one at La Presa Vieja and one at La Mina de Mercurio area, the first stage consists of 3250 drilling meters a long the way of the four targets in order to verify the real potencial of the potential project. KEYWORDS. Perforations, targets, folios system, cross-sections or geological sections.

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INTRODUCCIÓN. Los resultados obtenidos en el estudio de exploración inicial del proyecto Geológico-Minero de Guanajuato, determinaron que es un Sistema Epitermal de baja sulfuración (LS), el cual se encuentra mineralizado para Au y Ag. Los mismos que permitieron proponer cuatro targets o blancos de perforación, con la finalidad de obtener un real potencial de recursos en el proyecto mediante una primera fase de perforación.

m bajo la paleosuperfície, relacionados al “retraso” de la ebullición de los fluidos ascendentes en el sistema hidrotermal (Saunders,1996); 3. depósitos “profundos sin ebullición”, como Sombrerete en México. Éstos se caracterizan por hallarse dispuestos en zonas verticalmente extensas, relacionados con fluidos sobrepresionados, sin experimentar ebullición,que ascienden principalmente como líquidos (Albinson, 1988).

Se propone utilizar el esquema estructural general de los depósitos epitermales alcalinos (baja e intermedia sulfuración), modificado de Buchanan (1981) Fig. 1, en donde se indica la mineralogía de ganga, la generalización de los patrones de alteración típicos, y la variación en la mineralogía típica en profundidad, y en la morfología de la mineralización. Camprubi 2006, la extensión lateral y volumen de las aureolas de alteración depende, en gran manera, de la presencia de litologías permeables; debido a ello, la morfología y extensión de los halos puede variar desde el orden decimétrico hasta el hectométrico, inclusive dentro de un mismo depósito.

Figura 2. Tipos de depósitos epitermales alcalinos/neutros (baja e intermedia sulfuración) presentes en México, según su profundidad de formación relacionado al inicio del proceso de ebullición de fluidos sódico-clorurados ascendentes (simplificado de Albinson et al., 2001 Fuente: Camprubi 2006

Los cuatro targets (Blancos) de perforación son: 1. Zona vetas norte, 2. Zona la presa, 3. Zona Brechas, 3. Zona Minas de Mercurio.

1. PROPUESTA DE PERFORACIÓN ZONA VETAS NORTE

16

Figura 1: Esquema estructural general de los depósitos epitermales alcalinos (baja e intermedia sulfuración), modificado de Buchanan (1981), Fuente: Camprubi 2006

La figura 3 indica la propuesta de cinco perforaciones en la zona Vetas Norte. Se identifica la perforación en planta y sección (corte)

MATERIAL Y MÉTODOS. La metodología aplicada en el proyecto se basa en comparar los modelos preexistentes para un sistema epitermal de baja sulfuración con las similitudes geológico-estructurales, alteraciones, geoquímica de rocas y arcillas encontradas en el estudio inicial. La figura 2 muestra los tres tipos de depósitos epitermales los cuales son: 1. depósitos de “ebullición profunda” (o deep veintype), que son los más comunes dentro de los epitermales mexicanos (Albinson et al., 2001), como Fresnillo, Guanajuato, Pachuca-Real del Monte o Tayoltita. Suelen ser cuerpos minerales ciegos, es decir, que no afloran en superficie, relacionados con fluidos hidrotermales que inician la ebullición a ≥300ºC a profundidades de ≥1000 m bajo la paleosuperfície, y se dispersan lateralmente en el sistema hidrológico; 2. depósitos de “ebullición somera” (o hot spring type), como McLaughlin en E.U.A., o San Martín en México. Se presentan a unos 300-400

Figura 3. Zona Vetas Norte

Utilizando el sistema de folios y el programa ARGIS se realizan las secciones (cortes) geológicos, para proponer las perforaciones respectivas como se indica en la figura 4.

Fuente: Autor

Figura 4 .Zona Norte Sección YY´ (Perforación CE-DDH001)

La primera perforación CE-DDH001, sección YY´, ubicada en las coordenadas (304,391E / 2, 293,394N), con una longitud de perforación de 450 metros, Azimut de 140°, Angulo de perforación -60, dando una perforación real vertical de 300 metros teniendo como objetivo cortar vetas, brechas y diseminados.

Figura 7. Zona norte sección WW´ (Perforación CE-DDH004)

La cuarta perforación CE-DDH004, sección WW´, ubicada en las coordenadas (303,797E / 2, 293,688N), con una longitud de con una perforación de 450 metros, Azimut de 105°, Angulo de perforación -50, perforación real vertical de 210 metros teniendo como objetivo cortar vetas, brechas y diseminados.

Figura 8. Zona norte sección VV´ (Perforación CE-DDH005)

La quinta perforación CE-DDH005, sección VV´, ubicada en las coordenadas (303,288E / 2, 294,370N), con una longitud de perforación de 300 metros, AziLa segunda perforación CE-DDH002, sección ZZ´, ubicada en las coordenadas (303,892E / 2, 292,586N), mut de 45°, Angulo de perforación con una -50, percon una longitud de perforación de 300 metros, Azi- foración real vertical de 170 metros teniendo como 17 mut de 140°, Angulo de perforación -60, con una per- objetivo cortar vetas, brechas y diseminados. foración real vertical de 200 metros teniendo como objetivo cortar vetas, brechas y diseminados. 2 PROPUESTA DE PERFORACIÓN ZONA LA BRECHA Figura 5. Zona norte sección ZZ´ (Perforación CE-DDH002)

Figura 9. Zona La Brecha

La sexta perforación CE-DDH006, sección TT´, ubicada en las coordenadas (302,929E / 2, 292,205N), con una longitud de perforación de 500 metros, AziLa tercera perforación CE-DDH003, sección XX´, mut de 338°, Angulo de perforación -50, perforación ubicada en las coordenadas (304,954E / 2, 293,534N), real vertical de 380 metros teniendo como objetivo con una longitud de perforación de 450 metros, Azi- cortar vetas, brechas y diseminados. mut de 118°, Angulo de perforación -50, dando una perforación real vertical de 340 metros teniendo como objetivo cortar vetas, brechas y diseminados. Figura 6. Zona Norte sección XX´ (Perforación CE-DDH003)

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Figura 10. Zona La Brecha TT´ (Perforación CE-DDH006

3 PROPUESTA DE PERFORACIÓN ZONA LA PRESA VIEJA

Figura 15. Zona Mina de HG SS´ (Perforación CE-DDH008)

La primera perforación CE-DDH008, sección SS´, ubicada en las coordenadas (303,034E / 2, 286,767N), con una longitud de perforación de 400 metros, Azimut de 340°, con un Angulo de perforación -50, perforación real vertical de 350 metros teniendo como objetivo cortar vetas, brechas y diseminados. 5 CORTES Y SECCIONES A ESCALA REGIONAL

Figura 11. Zona Presa Vieja

Figura 16. Secciones Regionales (1:50000)

RESULTADOS. Tabla 1. Primera Fase de Perforación

18 Figura 12. Zona La Presa Vieja AA´ (Perforación CE-DDH007)

La séptima perforación CE-DDH007, sección AA´, ubicada en las coordenadas (305,606E / 2, 292,334N), con una longitud de perforación de 400 metros, Azimut de 195°, Angulo de perforación -50, con una perforación real vertical de 200 metros teniendo como objetivo cortar vetas, brechas y diseminados. 4 PROPUESTA DE PERFORACIÓN ZONA MINA DE HG

Figura 14. Zona Mina de HG (Perforación CE-DDH008)

Hoyos

Comunidades

Propietarios

Acceso

CEDDH001

Delgado

Nazario López

Con acceso vehicular.

CEDDH002

Delgado

Lucio Gómez.

Entrar por terreno de Bernardino López.

CEDDH003

Neutla

Hay particular: Daniel Capulín

La mayor parte con acceso vehicular, Faltan 150 mts hasta punto

CEDDH004

Delgado

Al ejido

Acceso Permisado, todo los accesos son por terracería.

CEDDH005

Delgado

Felix Sierra.

La mayor parte acceso vehicular, faltan 230 mts hasta punto.

CEDDH006

Delgado

No hay particular, pertenece al ejido

Acceso vehicular permisado, por minas de Caolín posibilidad de uso de trascabo 40 mts.

CEDDH007

Nuetla

Oscar Franco

Por parte de cerro, faltan 50 mts, hay que hacer acceso.

CEDDH008

Rincón de Centeno

hay particular.

 

Tabla 2. Primera Fase de Perforación (m) Numerode hoyos

Localización

Coordenadas E-N

Longitud (m)

Azimut

Angulo

Profundidad Vertical

Objectivo

CEDDH001

Zona 2 (Section Y-Y´)

304, 391 2, 293, 394

450

140°

-60

300

veins, Bxas, Diss

CEDDH002

Zona 1 (Section Z-Z´)

303, 892 2, 292, 586

300

140°

-60

200

veins, Bxas, Diss

CEDDH003

Zona 3 (Section X-X´)

304, 954 2,293,534

450

118°

-50

340

veins, Bxas, Diss

CEDDH004

Zona 2 (Section W-W´)

303,797 2,293,688

450

105°

-50

210

veins, Bxas, Diss

CEDDH005

Zona 4 (Section V-V´)

303,288 2,294,370

300

45°

-50

170

veins, Bxas, Diss

CEDDH006

La brecha (Section T-T´)

302,929 2,292,205

500

338°

-50

380

veins, Bxas, Diss

CEDDH007

La Presa Vieja (Section A-A´)

305,606 2,292,334

400

195°

-50

200

veins, Bxas, Diss

CEDDH008

La Mina Hg (Section (S-S´)

303,034 2,286,767

400

340

-50

350

veins, Bxas, Diss

Total

 

3250

[3]Buchanan, L.J., 1981, Precious metal deposits associated with volcanic environments in the Southwest: Arizona Geological Society Digest, 14, 237-262. [4]Camprubí, A., González-Partida, E., Iriondo, A., Levresse, G., 2006, Mineralogy, fluid characteristics and depositional environment of the Paleocene low-sulfi dation epithermal Au-Ag deposits of the El Barqueño district, Jalisco, Mexico: Economic Geology, 101 en prensa. [5]Camprubí, A., 1999, Los depósitos epitermales AgAu de Temascaltepec (Estado de México), México: Barcelona, España, Universitat de Barcelona, Col·lecció de Tesis Doctorals Microfi txades, 3528, 252 p [7] Hedenquist, J.W., 1996, Hydrothermal systems in volcanic arcs. Origin of and exploration for epithermal gold deposits: Genève, Suiza, Département de Minéralogie, Université de Genève, 139 p. [8]Hedenquist, J.W., Arribas, A. Jr., Urien-Gonzalez, E., 2000, Exploration for epithermal gold deposits: Reviews in Economic Geology, 13, 245-277. Llerrena, M. Guerrero, B. Espinosa, D., 2016, Estudio de Exploración Inicial, Guanajuato- Mexico

CONCLUSIONES El estudio justifica una primera fase de perforaciones para verificar el real potencial del proyecto.

[9]Nieto-Samaniego, A.F., Alaniz-Álvarez, S.A., Camprubí, A., 2005, La Mesa Central de México: estratigrafía, estructura y evolución tectónica cenozoica: Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 57, 285-317.

Se proponen ocho perforaciones distribuidas a lo largo de las zonas denominadas; Vetas Norte, La Presa, la Bre- [6]Saunders and Hames, 1996, Auburn University, Geochronology of Volcanic-Hosted Low-Sulfidation cha y Mina de Mercurio planificando perforar un total Au-Ag Deposits, Winnemucca-Sleeper Mine Area, de 3250 metros, distribuido en estos targets. Northern Great Basin, RECOMENDACIONES [10]Sillitoe, R.H., 1999, Styles of high sulfi dation gold, 19 silver and copper mineralisation in porphyry and Aplicar la comparación de los modelos geológicos preesepithermal environments, en PACRIM’99, Bali, Intablecidos en las fases de exploración avanzada. donesia, 29-44. El proceso de obtención de los permisos para la realización de trabajos exploratorios, incluyendo perfora- [11]Sillitoe, R.H., 1995b, Exploration of porphyry copper lithocaps:Australasian Istitute of Mining and ciones con las comunidades, es clave en el desarrollo Metallurgy Publication Series, 9/95, 527-532. de un proyecto en México como en cualquier otro país. Actualmente nos encontramos negociando las regalías que obtendrían cada uno de los Ejidos (comunidades), [12] Sillitoe, R.H., 1993, Epithermal models: genetic types, geometrical controls and shallow features, en en caso de que se encuentre algún recurso, proceso Kirkham, R.V., Sinclair, W.D., Thorpe, R.I., Duke, recomendable para ser aplicado en Sur América. J.M. (eds.), Mineral Deposit Modeling: Geological Association of Canada Special Paper, 40, 403-417. LITERATURA CITADA. [1]Albinson, T., 1988, Geologic reconstruction of [13]Steven, T.A., Ratté, J.C., 1960, Geology of deposits of the Summitville district, San Juan Mountains, paleosurfaces in the Sombrerete, Colorada, and Colorado: U.S. Geological Survey Professional PaFresnillo district, Zacatecas state,Mexico: Economic per, 343, 70 p. Geology, 83, 1647-1667. [2]Albinson, T., Norman, D.I., Cole, D., Chomiak, B.A., [14]Stoffregen, R.E., 1987, Genesis of acid-sulfate alteration and Au-Cu-Ag mineralization at Summitville, 2001, Controls on formation of low-sulfi dation epColorado: Economic Geology, 82,1575-1591. ithermal deposits in Mexico:constraints from fl uid inclusion and stable isotope data: Society of Eco[15] Servicio Geológico Mexicano SGM 2014. nomic Geologists, Special Publication, 8, 1-32.

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Recibido: 03 / abril / 2017 Aprobado: 24 / mayo / 2017 ARTÍCULO ORIGINAL

MODELACIÓN Y SIMULACIÓN NUMÉRICA DEL TRANSPORTE DE PETRÓLEO POR EL SISTEMA DE OLEODUCTO TRANSECUATORIANO

MODELING AND NUMERICAL SIMULATION OF OIL TRANSPORTATION BY THETRANSECUADORIAN OIL PIPELINE SYSTEM Hernán Guillermo Benalcázar Gómez

Guillermo Alexis Albuja Proaño

Matemático), Doctor en Ciencias Ph.D. Docente en la Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del Ecuador.

Ingeniero Matemático e Informático, Magister en Matemáticas Puras y Aplicadas, Doctorante en Ciencias Matemáticas). Docente en la Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del Ecuador

Iván Christian Naula Reina

René Alfonso Carrillo Flores

Ingeniero Matemático e Informático, Magister en Estadística Aplicada, Doctorante en Ciencias de la Computación). Docente en la Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del Ecuador Carlos Fabián Izurieta Cabrera

Ingeniero Informático, Magister en Ingeniería Industrial, Doctorante en Ciencias Informáticas. Docente en la Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del Ecuador y en la Escuela de Informática y Multimedia de la Universidad Internacional del Ecuador

Ingeniero Matemático, Magister en Docencia Universitaria para las Ciencias de la Ingeniería, Doctorante en Ciencias de Computación. Docente en la Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central

RESUMEN

20

Las ciencias fácticas establecen procesos y modelos matemáticos que permiten explicar un cúmulo de condiciones y situaciones de la realidad; uno de ellos, ha sido implementado mediante la aplicación de recursos tecnológicos, tal es el caso del presente artículo en donde se establece como objetivo de investigación el simular el transporte de crudo por el Sistema de Oleoducto Transecuatoriano (SOTE), aplicando un procedimiento metodológico fundamentado en la elaboración de un modelo matemático, esquema numérico, diseño de algoritmos y desarrollo de programas computacionales, cuya implementación permite como resultado, la obtención de un “simulador de transporte de petróleo en un oleoducto con un fluido isotérmico con dilución, gobernado por un sistema de ecuaciones diferenciales”. Este modelo se basa en los principios de la mecánica de fluidos y la hidráulica de tuberías. La solución presión-velocidad de estas ecuaciones es aproximada con el método de diferencias finitas centrales del cual se obtiene un esquema numérico estable. Así se concluye, que el procedimiento desarrollado contribuye a la generación de escenarios virtuales que permiten simular el transporte de crudos pesados mediante la mezcla con crudos más livianos o diluyentes a través del SOTE, de esta manera se minimiza el riesgo de afectación del Sistema de Oleoducto Transecuatoriano y el impacto ambiental. Palabras clave: Oleoducto; modelo matemático, diferencias finitas centrales, esquema numérico, mecánica de fluidos, transporte de petróleo pesado, hidráulica de tuberías. ABSTRACT: The factual sciences establish mathematical processes and models which allow explaining a wide number of conditions and situations on everyday life; One of them, has been implemented through the application of technological resources, such as the case presented on this article where it is established as the research objective to simulate the transport of oil by the Trans-Ecuadorian Pipeline System (SOTE), applying a methodological procedure based on the elaboration of a mathematical model, numerical scheme, design of algorithms and development of software, which implementation allows, as a result, the obtaining of an "oil transport simulator in an oil pipeline with an isothermal fluid with dilution, guided by a system Of differential equations. " This model is based on the principles of laws of and piping hydraulics. The pressure- velocity solution of these equations is approximated due the method of central finite differences from which a stable numerical scheme is obtained. That is how, it is concluded that the procedure developed contributes tothe generation of virtual scenarios that allow simulating the transport of heavy crude by mixing with lighter crudeor diluents through the SOTE, thus minimizing the risk of affecting the Pipeline System Trans-Ecuadorian and the environmental impact. KEYWORDS: Oil pipeline; Mathematical model, finite central differences, numerical scheme, fluid mechanics,transport of heavy oil, pipeline hydraulics.

1 INTRODUCCIÓN

y de continuidad; la primera determina la condición de un objeto en función de la velocidad, aceleración, masa y otras variables-función que afecta su movimiento; es decir define la evolución temporal de un sistema físico en un espacio; y la segunda expresa la conservación de la masa de manera numérica y en forma diferencial (aplicada al caso de investigación).

El transporte de crudo en el Ecuador constituye una actividad imperiosa, sobre todo al considerar que la totalidad del crudo proviene de la región amazónica. El país cuenta con dos oleoductos: el Oleoducto de Crudos Pesados (OCP), que es privado, destinado a la transportación de crudo pesado; y, el SOTE, un Un modelo matemático de flujo inestable e isotérmico oleoducto de propiedad del Estado ecuatoriano, que en una tubería, se obtiene mediante: la aplicación de se diseñó en los años 70 para transportar crudos livia- la segunda ley de Newton, la conservación de masa, nos. La Sociedad del siglo XXI exige buscar alternati- leyes de comportamiento y de información experivas que faciliten la transportación de crudos pesados mental. La dinámica del fluido en la tubería se exprepor la infraestructura del SOTE. Para esto se cono- sa en términos de presión p ( x, t ) y velocidad v( x, t ). ce dos opciones: la primera que consiste en calentar que son funciones de la posición y del tiempo. Los el crudo para disminuir su viscosidad, y la segunda, modelos a obtener son el resultado de la aplicación consiste en diluir el crudo pesado con otro de menor de ecuaciones diferenciales unidimensionales, siendo viscosidad o con diluyente. Dentro de lo expuesto, estas simplificaciones de modelos tridimensionales, pensar en la experimentación física de este método que se resuelven, usando un esquema numérico y alde transporte en el SOTE no es posible; debido a los goritmo computacional que simula el transporte del altos riesgos de ruptura del oleoducto, lo que impli- crudo por el SOTE. ca serios problemas de contaminación ambiental y su posterior remediación. A partir de estos anteceden- El proceso constructivo del modelo matemático se entes, es necesario disponer de un simulador matemáti- cuentra descrito en una metodología sistemática, lógico que permita experimentar el transporte de crudos ca y deductiva, que refleja su integralidad y alcance. pesados por el SOTE, mismo que considera aspectos tales como: caídas de presión, cambios de temperatura y los esfuerzos que se producen en la tubería, 3.1 ECUACIÓN DE MOVIMIENTO todos estos son simulados mediante la ejecución de programas computacionales basados en algoritmos Se considera un volumen de control Ω(t ) constituia partir de métodos numéricos de aproximación de do por una porción de fluido en la tubería de sección soluciones de ecuaciones en derivadas parciales. Esto transversal de área A y longitud dx . En este dominio se es factible gracias a la modelización matemática fun- toman dos puntos referenciales notados con 1 y 2 de damentada en las leyes de la mecánica de fluidos, la Ω(t ) , como se muestra en la figura1 hidráulica de tuberías y bombas centrífugas; así también, a los avances permanentes del análisis numérico de ecuaciones en derivadas parciales y al procesamiento digital de imágenes. 21 2. OBJETIVOS • Diseñar un modelo matemático basado en ecuaciones de movimiento y de continuidad. • Aproximar la solución del modelo matemático, mediante el esquema numérico fundamentado en diferencias finitas centrales • Elaborar un programa computacional, que bajo condiciones de viscosidad del crudo, caudal, condiciones iniciales de bombeo y estructurales del oleoducto, permita simular el transporte de crudo a través del SOTE. 3. METODOLOGÍA La construcción del modelo matemático se fundamenta teóricamente en las ecuaciones de movimiento

Figura 1. Secciones transversal con área y diagrama de fuerzas.

Las fuerzas que obran en este elemento de fluido son: F1 fuerza ejercida sobre la sección 1 debida a la presión, esto es, donde p es la presión y A es el área de la sección transversal; F2 es la fuerza debida al peso del fluido, la misma que se expresa como, donde m es la masa del fluido, δ su densidad y g = 9, 8 m2 el valor de la gravedad. Interesa s su componente paralela al eje central de la tubería, que se le nota F2, x y que está definida como , donde θ es el ángulo de incli-

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nación del tubo respecto de la horizontal. A continuación, la fuerza F3 ejercida sobre la sección 2 debida al cambio de presión respecto de la posición, definida como La fuerza debida a la fricción

En la práctica la ecuación (1) es reemplazada por la ecuación ([2], [6], [7], [8]):

F4 = t 0p Ddx , donde

donde 1 < l ≤ 2.

el diámetro.

t0

es el esfuerzo cortante, D t0 =

rf vv 8

f

Por la fórmula de Darcy-Weisbach, , con el coeficiente de fricción. La fuerza ejercida por variaF ción de la sección transversal 5 está definida como ∂p dx  ∂A  F5 =  p +  dx. ∂x 2  ∂x 

Para mayor información referirse a [2], [6], [7]. Por la segunda Ley de Newton, se tiene: . Remplazando los resultados precedentes, se obtiene la ecuación siguiente:

Luego de algunas simplificaciones, la ecuación precedente se escribe como

22



(2)

En el caso de flujo estable, ∂v = 0 , con lo que, la ecua∂t ción reduce a: v

∂v 1 ∂p f l −1 v v = − g sen(q ). + + ∂x r ∂x 2 D

(3)

Adicionalmente, si se considera la densidad r y el área A constantes, lo que implica ∂v = 0 , y de esta ∂x

resulta que la velocidad v es constante. La ecuación (3) se transforma en la siguiente ∂p fr l −1 = − rg sen(q ) − vv , ∂x 2D de donde:

con ∆x = x 2 − x1 . Esta ecuación es equivalente a la ecuación de Darcy-Weisbach ([2], [6], [7], [8]): en la que se considera el perfil del oleoducto. La ecuación (4) es la ecuación de flujo de estado estable generalmente utilizada como la

Como

Reemplazando este resultado en la igualdad precedente y dividiendo para Adx , resulta

Para

f ∂v ∂v 1 ∂p l −1 +v + + vv = − g sen(q ), ∂t ∂x r ∂x 2 D

dx

suficientemente pequeño, el término 1 ∂A ∂p dx es suficientemente pequeño por lo que es A ∂x ∂x 2

despreciable, y la ecuación precedente se reduce a:

Además, y dividiendo para r , se obtiene la siguiente ecuación de Euler: ∂v ∂v 1 ∂p f +v + + v v = − g sen(q ). ∂t ∂x r ∂x 2 D

(1)

condición inicial en los modelos de flujo inestable e isotérmico. En la figura 3 se muestra la cabeza piezométrica H o línea de nivel hidráulico sobre un dato arbitrario, que puede reemplazarse por la presión , donde z es función de x y representa la elevación del eje central del tubo. Resulta

Figura 2. Sección transversal. ∂p  ∂H ∂z   ∂H  (5) = rg  − − sen(q ) .  = rg  ∂x  ∂x ∂x   ∂x  v

∂v

≈0

onsidera que ∂x que es válido para flujos inestables de baja velocidad, la ecuación (1) se escribe como

Remplazando (5) en la ecuación precedente, se obtiene

De esta ecuación, se obtiene la siguiente ∂v ∂H f l −1 +g + vv = 0. (6) ∂t ∂x 2 D

La ecuación (6) es válida para fluidos poco compresibles que fluyen a baja velocidad. 3.2 ECUACIÓN DE CONTINUIDAD Se considera nuevamente el volumen de control Ω(t ) y denotamos con Γ(t ) su frontera. En Ω(t ) fluye un fluido de densidad r . Se tiene

luego, por el principio de conservación de la masa Nótese que el volumen de la porción de fluix , siendo A( x, t ) do contenida en Ω(t ) es A( x, t )d el área de la sección transversal que es función de x y de t. Resulta

y por el teorema de transporte de Reynolds, tenemos

Luego

Como se privilegia el movimiento del fluido en la dirección del eje del tubo, los componentes en las direcciones ortogonales a esta se consideran nulas, o sea v( x, t ) = (v( x, t ), 0, 0). La ecuación precedente se escribe como:

que es la ecuación de continuidad unidimensional, la misma que se la escribe como sigue r

∂A ∂r ∂v ∂r ∂A +A + rA + v + rv = 0, ∂t ∂t ∂x ∂x ∂x

dividiendo la ecuación precedente para rA , se deduce la siguiente:

El primer término de la ecuación (8) conduce a la elasticidad de la pared del tubo y su tasa de deformación con la presión, luego 1 dr r dt

El término toma en consideración la compresibilidad del fluido. La presión se introduce a través de la definición del módulo de elasticidad del fluido. Así:

23

Reemplazando estos dos últimos resultados en (8) se tiene

realizando las simplificaciones necesarias se reduce a:

donde n( s, t )

es el vector normal exterior a Γ(t ) y v ( s, t ) es la velocidad del fluido. Por el teorema de la divergencia de Gauss (ver [2], [15]), donde

Tomando en consideración que se sigue que: ∂p ∂p ∂v (10) +v + ra 2 = 0. ∂t ∂x ∂x La ecuación (10) se conoce como ecuación unidimensional de conservación de masa para fluidos ligeramente compresibles. En el caso de flujo estable

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∂p con lo que (10) se escribe como: =0 ∂t v

∂p ∂v + ra 2 = 0. ∂x ∂x

(11) ∂p v =0 Para flujos con velocidad pequeñas ∂x con lo que (10) se reduce a la siguiente: ∂p ∂v + ra 2 =0 ∂t ∂x ∂p ∂H = rg ∂ t ∂t , se sigue: y tomando en consideración que

a 2 ∂v ∂H + = 0. g ∂x ∂t Esta última ecuación conjuntamente con la de Euler, forman el modelo matemático conocido como de la columna elástica que se utiliza para simular el conocido problema de golpe de ariete (para más detalles referirse a [2], [3], [4], [6], [7], [8]). En el caso de estudio, este problema no será tratado debido al interés de modelos de flujo completamente desarrollados, incompresibles en los que la elasticidad de la tubería no es considerada o dicho de otro modo es de efecto despreciable. Para el SOTE, este problema en principio, no es prioritario. Para una segunda fase este modelo tiene mucho interés fundamentalmente por vincularse con el sistema SCADA.

3.3 EXISTENCIA Y UNICIDAD DE LA SOLUCIÓN DEL MODELO ESTACIONARIO E ISOTÉRMICO El modelo estacionario de flujo incompresible y completamente desarrollado en una tubería está gobernado por el siguiente sistema de ecuaciones diferenciales:

Nótese que se define a f1 , f 2 son los factores de fricción a 2000 y 4000 Reynolds respectivamente. En este intervalo se tiene la transición de flujo laminar a turbulento. El número de Reynolds está definido como Re( x) =

v( x) D( x) n ( x)

La fricción F ( x, v ( x ) = f ( x, v ( x )

. r ( x) l −1 v( x) v( x) 2 D( x) ;

1 < l ≤ 2.

El diámetro interno del oleoducto D , la densidad del fluido δ , la viscosidad cinemática v son 1 D , r , n ∈ H ( L , L ) . 1 2 funciones definidas en estrictamente positivas, constantes a trozos y acotadas, es decir que D, r ,n ∈ H 1 ( L1 , L2 ).

r r n ∈R max , min , max , n min , max Luego existen Dmin , D 1 x∈ , r ,n ∈ H [] (LL11,,L L22 )., que paraDtodo

+

tales

Dmin ≤ D( x) ≤ Dmax , r min ≤ r ( x) ≤ r max, n min ≤ n ( x) ≤ n max .

Además

v0 > 0. De la ecuación

24

se sigue que: donde la velocidad v y la presión p son las variables a analizar, que en este modelo intervienen y son funciones definidas en , donde : D ( x ) diámetro interno y consecuentemente el área de la sección transversal es A( x) = p D 2 ( x), densidad 4

del

fluido

r (x),

perfil

que muestra que v, v′ ∈ L2 ( L1 , L2 ) y en consecuencia

v ∈ H 1 ( L1 , L2 ).

De la ecuación se sigue que:

del oleoducto y viscosidad ciAnalicemos cada término:

nemática n (x), factor de fricción donde la función se define por :

2)

L2 ∫L1 r ( s )v( s )v ′( s )ds

L ≤ r max ∫L12 v( s )v ′( s ) ds ≤ r max v

2 H 1 ( L1 , L2 )

< ∞.

3) La función factor de fricción es una función positiva y acotada,

El esquema numérico resultante se escribe como sigue:

r j A j v j = r j −1 A j −1v j −1 , j = 1,..., n  v2 − v2 r~ j j −1 + p − p + ∆x j r~ ~f v~ v~ l −1 = − gr~ z j − z j −1 , j j −1 j j j j j  j 4∆x 2D 2∆x j j  donde Por lo tanto,

En conclusión, las funciones v, p ∈ H 1 ( L1 , L2 ) arriba definidas son solución del sistema de ecuaciones diferenciales. Es muy conocido en los cursos de análisis que estas funciones son la única solución del sistema de ecuaciones diferenciales propuesto. 3.4 APROXIMACIÓN NUMÉRICA (POSICIÓN DEL PROBLEMA) La ecuación de continuidad se escribe como

que se denomina sistema de ecuaciones discreto, donde vj y pj son las incógnitas, j = 1,2,...,n . Con el propósito de facilitar el cálculo, se define v j −1 + v j . Entonces r j −1 + r j , ~ ~ v ≈ rj ≈

2

j

2

v 2j − v 2j −1 ∆x j ~ ~  v j −1 + v j  v j −1 + v j  r~ j r j f j  + p j − p j −1 + 4∆x j 2D 2  2 

l −1

z j − z j −1 . = − gr~ j 2∆x j

De la primera ecuación del sistema discreto obtenemos r A v v = j −1 j −1 j −1 , j

r j Aj

j = 1,.., n.

Luego:

25

En esta última ecuación se calcula , En el caso estacionario, y . Luego, las dos ecuaciones precedentes se escriben como el sistema no lineal de ecuaciones diferenciales

donde v y p son las funciones incógnitas definidas en . Suponemos que estas funciones son de clase . 3.5 DISCRETIZACIÓN El modelo matemático se discretiza con diferencias finitas centrales.

2   r~   r A v  z −z  p j = p j −1 − gr~ j j j −1 − j   j −1 j −1 j −1  − v 2j −1       2∆x j 4∆x j   r j Aj    ,  l −1  ∆x j ~  r j −1 Aj −1v j −1 v j −1  v j −1 r j −1 Aj −1v j −1  r~ j f j  , j = 1,..., n + + −  2r A 2  2 2 r j Aj  2 D j j 

que permite calcular la presión en cada punto xj . Como el área de la sección transversal de la tubería es entonces con el diámetro interno que se escribirá en numérico precedente se escribe como:

, el esquema

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3.6 CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN. MÉTODO DE NEWTON

temperatura como

La ecuación de Colebrook ([1], [2], [9]) relaciona el coeficiente de fricción con el número de Reynolds la rugosidad relativa mediante la ecuación:

3.7 MODELOS DE TRANSPORTE DE PETRÓLEO POR TUBERÍAS PARA MEZCLAS

Donde denota el diámetro interno de la tubería, y es la rugosidad que para oleoductos cumple con normas internacionales (0.045 mm para acero comercial). Se observa que el factor de fricción no puede calcularse directamente, por lo tanto, es necesario recurrir a los métodos numéricos, particularmente el método de Newton. La ecuación de Colebrook se expresa en forma equivalente como la siguiente:

Se define la función θ de ]0, 1[ en como:

. Escribiremos al número de Reynolds .

La parte principal en el problema de transporte de crudos pesados en un oleoducto es el control sobre la viscosidad de este fluido. Uno de los métodos de transporte de crudos pesados es mezclar con otro crudo más ligero llamado diluyente, de modo que dé como resultado un crudo intermedio que tenga una densidad y viscosidad razonables. Con este propósito se determina la fracción de dilución, la densidad de la mezcla, así como la viscosidad a la temperatura de operación. Sean md la masa del diluyente, la masa de crudo (pesado) y se designe con mm a la masa de la mezcla. En lo que sigue los subíndices o superíndices d, c, m se referirán al diluyente, al crudo y a la mezcla. Tenemos entonces que: , donde Pc y Pd , son las densidades del crudo y del diluyente, y Vc y Vd son los respectivos volúmenes. Las fracciones de crudo y de diluyente se designan con xd y xc , definidas como: cd =

Vd V , cc = c , Vm Vm

Entonces

El método de Newton genera una sucesión definida como sigue: 26

 f 0 dado,   f = f − q ( f n ) , n = 0,1,2,... n  n +1 q ′( f n )

Una aproximación inicial de se obtiene de la ecuación de S. E. Haaland:

La aproximación inicial calculada con la ecuación de Haaland difiere a lo mucho en aproximadamente 5% con el valor real, por lo que el método de Newton converge en pocas iteraciones para la precisión fijada . En la práctica . Este algoritmo es aplicado cuando el número de Reynolds . Cuando 2000, el factor de fricción se calcula como . Tomando en consideración que r y que , v son funciones dependientes de la posición en el oleoducto, en cada punto x del oleoducto debe calcularse f en la forma propuesta. Para el caso térmico, la viscosidad es también función de la

r m = r d (1 − c c ) + r c c c = r d + c c ( r c − r d ) , o también r m = r d c d + r c (1 − c d ) = r c + c d ( r d − r c ) cd =

rm − rc . rd − rc

Esta relación será utilizada sistemáticamente en el modelo de transporte de crudos con diluyente. En términos de masas, se tiene:

La gravedad específica de un fluido se designa con

rm r r Vm = c Vc + d Vd ra ra ra (m) (c) (d ) S pgr Vm = S pgr Vc + S pgr Vd

y de esta relación obtenemos (m) (c) S pgr = S pgr

Puesto que

Vc ( d ) Vd (c) (d ) + S pgr = S pgr c c + S pgr cd. Vm Vm

4 RESULTADOS la ecuación precedente se escribe como

de donde

Esta es la ecuación de la densidad de la mezcla en unidades de campo a utilizarse en el modelo. Esta expresión es corregida con la temperatura si se toma en consideración que

Para el cálculo de la viscosidad de la mezcla se aplica la ecuación ASTM ([3], [4]) para la viscosidad cinemática a la temperatura de operación medida en cst. Para el efecto se asume que la viscosidad del crudo es vc a una temperatura Tc , la viscosidad del diluyente es a la temperatura Td Resultados experimentales muestran que la viscosidad de la mezcla vm es:

Se desea transportar un caudal de 200000 BPD de petróleo de 130 API, cuya viscosidad a 800 F es de 80 cst y a 1200 F es de 55 cst, usando como diluyente un crudo de 290 API, cuya viscosidad a 800 F es de 25 cst y a 1200F es de 13 cst a condiciones de bombeo iniciales de temperatura 1100 F, rugosidad absoluta de 0.0045 cm y una presión de succión de 120 psi. Si se desea que el API de la mezcla sea 16.5 0API a 60 0F, el programa calcula la fracción de diluyente que se tiene que emplear, en este caso es de 0.237, lo que significa un caudal de diluyente de 62200.7 BPD, lo que da como resultado un caudal de la mezcla de 262200.7 BPD. La Figura 3, muestra las curvas de viscosidad de los fluidos en función de la temperatura, donde se puede apreciar, que a mayor temperatura, la viscosidad disminuye. El simulador permite configurar las estaciones de bombeo, como por ejemplo la estación de Lumbaqui, que cuenta con seis bombas, cada una con seis etapas, funcionando a 3400 RPM.

Figura 3. Curvas de Viscosidades.

Esta viscosidad es la que se incorpora en el modelo de transporte de crudo por tuberías. Para el caso específico de petróleo del oriente ecuatoriano se dispone de la siguiente función para el cálculo de la viscosidad de una mezcla de crudos de diferentes densidades y viscosidades:

La investigación desarrollada, constituye un aporte a la ciencia y una contribución de alto impacto para el Estado ecuatoriano, la comunidad y el medio ambiente, por efecto de las siguientes razones: • Posibilita simular el transporte de crudo pesado a través del SOTE, de lo cual se deriva, un importante ahorro económico para el Estado ecuatoriano.

La Figura 4, muestra la curva que corresponde a una sola etapa de una bomba para agua. El simulador corrige automáticamente la curva para la mezcla a ser transportada mediante un modelo matemático. 27

Figura 4. Curva del sistema de bombeo de la estación para mezcla.

La Figura 5, muestra el cálculo del punto óptimo de operación de la bomba, donde se puede visualizar que la bomba opera en condiciones óptimas

• El impacto ambiental se elimina, dado que las pruebas se las realiza en el simulador y no en la estructura física del SOTE. • El estudio coadyuva a la generación de aprendizajes significativos, consolida el conocimiento y fortalece los principios de la Comunidad Científica.

Figura 5. Punto óptimo de operación.

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En la figura 6, se presenta el perfil del oleoducto en color verde, en color rojo se tiene la máxima presión admisible (M.P.A.), mientras que en color negro, se representa el gradiente hidráulico a lo largo del oleoducto. Es claro que el gradiente hidráulico tiene que estar entre la M.P.A. y el perfil del oleoducto. Si la curva del gradiente hidráulico está por encima de la M.P.A. la tubería se rompería, mientras que si se encuentra por debajo del perfil del oleoducto, significaría que la presión es insuficiente para que el fluido se mueva. En este caso se puede observar que es factible transportar un caudal de 200000 BPD de 130 API usando 62200 BPD de diluyente de 290 API.

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5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Mediante la modelización matemática y la simulación numérica, se generan escenarios virtuales para determinar la factibilidad de transportar un determinado caudal de crudo pesado usando un diluyente, desde la estación de Lago Agrio, hasta Balao, sin correr el riesgo de tener un colapso de la infraestructura. El diseño del modelo matemático isotérmico, se ajusta 28 a: las condiciones de viscosidad del crudo, caudal, condiciones iniciales de bombeo y estructurales del SOTE El esquema numérico de diferencias finitas, permitió hallar una solución aproximada del sistema de ecuaciones diferenciales, logrando identificar la presión y la velocidad en cualquier punto del Oleoducto. Los resultados obtenidos mediante el simulador, han sido comparados con los resultados de presión y velocidad, arrojados por el Sistema SCADA (controla y supervisa el proceso de transporte de crudo a lo largo del oleoducto), presentando un margen de error relativo menor al 5%. Se recomienda investigar y desarrollar modelos matemáticos térmicos para el transporte de crudo pesado, que permita simular el transporte de crudo por el oleoducto, añadiendo estaciones de calentamiento virtuales, que en el caso de determinarse su factibilidad en la simulación, se pueda sugerir su construcción.

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Recibido: 19 / sep / 2016 Aprobado: 10 / abril / 2017 ARTÍCULO ORIGINAL

DETERMINACIÓN DEL PARÁMETRO HIDROLÓGICO NÚMERO DE CURVA EN LA CUENCA DE LA QUEBRADA EL BATÁN, USANDO SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y PERCEPCIÓN REMOTA

DETERMINATION OF THE HYDROLOGICAL PARAMETER CURVE NUMBER IN THE BASIN OF THE CREEK EL BATÁN, USING GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS AND REMOTE SENSING Daniela Córdova Gutierres [email protected] [email protected]

Diego Paredes Méndez [email protected] [email protected]

Rafael Alberto Alulema del Salto [email protected] [email protected]

Ingeniera en Geología GERENCIA DE OPERACIONES EMPRESA PÚBLICA METROPOLITANA DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO.

Ingeniero Civil, Master of Science in Water Science and Engineering; DOCENTE UNIVERSIDAD CENTRAL EMPRESA PÚBLICA METROPOLITANA DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO.

Ingeniero en Geología, Master en Sistemas de Gestión Ambiental; DOCENTE UNIVERSIDAD CENTRAL; EMPRESA PÚBLICA METROPOLITANA DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO.

RESUMEN La modelación hidráulica de los Sistemas de Drenaje Urbano necesita gran cantidad de información base, como es la concerniente al análisis de escurrimiento e infiltración. Con la finalidad de disponer de datos reales y disminuir el grado de incertidumbre en los resultados del modelo hidráulico, se desarrolló esta investigación para determinar valores de escurrimiento superficial mediante el método número de curva, mediante la utilización de sistemas de información geográfica (SIG), percepción remota y ensayos en campo. Esta metodología fue desarrollada en la cuenca de la quebrada El Batán de la ciudad de Quito-Ecuador. El mapa Número de Curva (CN) se desarrolló en función de la combinación de parámetros como son el uso de suelo, cobertura vegetal y grupos hidrológicos del suelo (GHS); y la pendiente del terreno. Para la elaboración del mapa de usos y cobertura vegetal se utilizó imágenes Landsat, Rapideye y Ortofotos. En función de estudios previos en la zona urbana se generó el mapa GHS, mientras que para la zona natural se efectuaron ensayos de infiltración mediante el método Müntz y calicatas. Estos mapas generados fueron sometidos a procesos de reclasificación, rasterización, y mediante álgebra de 29 mapas se obtuvo el mapa CN. Como resultados de esta investigación se generaron 22 usos de suelo, además se obtuvo valores de CN ponderado en condiciones normales de humedad para la zona natural de 67 y para la zona urbana de 93 Adicionalmente se calcularon coeficientes de escorrentía para la zona natural 0.13 y para la zona urbana 0.40. PALABRAS CLAVE: Cuenca de la Quebrada El Batán, Número de Curva, Percepción Remota, Ensayos de Infiltración. ABSTRACT The Urban Drainage Modelling requires a great amount of basic information, for instance the analysis of surface runoff and infiltration. In order to obtain real data and reduce the degree of uncertainty in the results of the hydraulic model, in this research, a methodology was developed to determine surface runoff values based on the curve number method, by using geographic information systems (GIS), remote sensing and field surveys. This methodology was tested in the basin El Batán in the city of Quito-Ecuador. The Curve Number (NC) map was developed based on the combination of parameters such as land use, vegetation cover and soil hydrological groups (GHS); and the ground slope. Landsat, Rapideye and Ortofotos images were used for the mapping of vegetation cover and land use. Based on previous studies made in the urban area, the GHS map was generated, meanwhile for the natural zone infiltration some surveys were carried out by using the Müntz method and test pits. Subsequently these maps were subjected to reclassification, rasterization processes, and by map algebra of GIS, the CN map was obtained. The outputs of this research were: 22 types of land use, the values of ​​ NC in normal conditions of humidity for the natural zone is 67, while for the urban zone is 93. In addition the runoff coefficients are 0.13 and 0.40 for the natural zone the urban area respectively. KEYWORDS: Basin El Batán, The curve number, Remote Sensing, Infiltration Tests.

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INTRODUCCIÓN La ciudad de Quito en los últimos años ha tenido un aumento vertiginoso de la población, zonas urbanizadas, y por ende áreas impermeables. Además con la presencia de lluvias de gran intensidad ha provocado colapsos en el sistema de drenaje en Quito, produciéndose efectos directos y secundarios, como son inundaciones, daños a propiedades públicas y próvidas, impacto ambiental, social, subsidencias en las vías, accidentes de tráfico, deslaves, entre otros.

Combinando (1) y (2) y resolviendo para Pe se encuentra: Ec (3) La cual es la ecuación básica para el cálculo de la profundidad en exceso de precipitación o escorrentía directa de una tormenta utilizando el método (NRCS-CN).

Con el fin de reducir el número de variables de la fórmula y a partir de los datos recogidos durante 20 años de experimentación, Mockus establece la relación entre Para desarrollar planes de mitigación de estos impac- la abstracción inicial (Ia) y la retención potencial (S), tos adversos es fundamental desarrollar evaluaciones de tal forma que Ia se define como el 20% de S, [1] así: hidráulicas del sistema de drenaje urbano, mediante el Ec (4) uso de modelos hidrodinámicos, mismos que para su implementación y ejecución utilizan gran cantidad de información de entrada. Los análisis de infiltración, es- En el Sistema Internacional, con S expresada en mm, la relación es: currimiento, tipos de usos de suelo son parámetros fun Ec (5) damentales en el desarrollo de los modelos hidrológicos-hidráulicos de los sistemas de alcantarillado. Debido a Con base a esto; la ausencia de este tipo de estudios de suelos, la evaluación tradicional de esta importante infraestructura sanitaria ha Ec (6) utilizado parámetros teóricos, lo que conlleva a obtener resultados de las simulaciones hidráulicas con un alto gra- Por definición, el coeficiente de escorrentía medio final de un evento de lluvia [7] es: do de incertidumbre. Ec (7) Consecuentemente el objetivo principal de esta investi- gación fue determinar parámetros de escorrentía propios Dónde: de la zona de estudio, que reflejen sus características, cuyos valores son de trascendentales en el diseño, evaluación Ce = coeficiente de escorrentía y diagnóstico de estas obras sanitarias vitales en toda so- Pe = escorrentía superficial P = precipitación total ciedad. Durante un año de investigación se obtuvo valores propios de escorrentía e infiltración para la cuenca de la quebrada El Batán a una escala reducida, utilizando sistemas de información geográfica (SIG), percepción remota y análi30 sis en campo, en base al método Número de Curva del Natural Resource Conservation Service de Estados Unidos (NRCS-CN) [10], relacionando valores mediante una adaptación desarrollada por Témez (1987) en España [2]. COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA Y NÚMERO DE CURVA Este método fue desarrollado para determinar las abstracciones iniciales de la precipitación de una tormenta, del escurrimiento superficial y su coeficiente de escurrimiento [7].

Siendo la escorrentía superficial nula si la precipitación no supera el Ia, entonces (Es = 0mm si P ≤ Ia). CONDICIONES ANTECEDENTES DE HUMEDAD Los números de curva aplican para condiciones antecedentes de humedad (AMC, por sus siglas en inglés) en condiciones como muestra la (Tabla 1), condiciones normales (AMCII), para condiciones secas (AMCI) o condiciones húmedas (AMCIII) [8], los números de curva equivalentes pueden calcularse por: Ec (8)

Ec (9)

La hipótesis del método del (NRCS-CN) [10] consiste en Tabla 1. Clasificación de clases antecedentes de humeque las relaciones de las dos cantidades reales y las dos dad (AMC) para el método de abstracciones de lluvia cantidades potenciales son iguales, es decir, del SCS Ec (1) Del principio de continuidad Ec (2) Dónde:

Ia = abstracción inicial, Pe = exceso de precipitación, Fa = abstracción continuada, P = precipitación total y S = retención potencial.

Lluvia antecedente total de 5 días (pulgada)

Estación iniciativa

Estación de crecimiento

I

Menor que 0.5

Menor que 1.4

II

0.5 – 1.1

1.4 – 2.1

III

Sobre 1.1

Sobre 2.1

FUENTE: (Chow, Maidment, & Mays, 1964) [1]

Tabla 2. Número de curva con adaptaciones Témez, en geología local de la cuenca. Los datos pluviométricos recondiciones medias de humedad copilados de las estaciones Rumipamba, Bellavista, Rumipamba bodegas, Iñaquito, Antenas y Cruz Loma que se encuentran en la zona de estudio en el periodo Abril 2015 a Marzo 2016, fueron utilizados para los cálculos de escorrentía considerando las diferentes condiciones de humedad. Mediante las fotografías satelitales Landsat 4TM (2000/2005), Rapideye (2010-2011) y Quickbird (2010-2011) se realizó el mapa de usos y cobertura vegetal del suelo para la zona de estudio a una escala 1:5000. TRABAJOS DE CAMPO ENSAYOS DE INFILTRACIÓN (MÉTODO DE MÜNTZ O DOBLE ANILLO) El ensayo está constituido por dos cilindros metálicos abiertos en las dos bases para poder hincarlas parcialmente en el terreno, hasta una profundidad de 6-10cm. El cilindro interior tiene un diámetro de 20.8cm y el exterior de 31.1cm (Figura 2), al hincarlos en el terreno Los valores que se utilizó para relacionar con las condi- el cilindro interno debe estar colocado en el centro del ciones de la cuenca de la quebrada el Batán son los va- cilindro más grande y a la misma profundidad, los cilinlores modificados por Témez [13] en condiciones me- dros deben estar nivelados por lo cual se debe controlar antes de realizar el ensayo con un nivelador, además dias de humedad como muestra la (Tabla 2). de los cilindros se necesita una regla para controlar las medidas, agua, cronómetro y en este caso para medir la MÉTODOLOGIA pendiente del terreno se utilizó una brújula. (Figura 3). La zona de estudio corresponde a la Cuenca de la Quebrada El Batán, que se encuentra en la Provincia de Pichincha, cantón Quito, Ecuador. Está ubicada en los sectores centro norte de la ciudad. Posee una superficie total de 53 km2, con una área de aportación urbana de 36 km2 y 17 km2 de zonas naturales en las laderas del volcán Pichincha. (Figura 1). FUENTE: (Ferrer, Rodríguez, & Estrela, 1995) [3]

31 Figura 2. Medidas de anillos de Müntz

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN Se recopiló información de 130 puntos de los cuales, 74 corresponden a perforaciones profundas, 32 calicatas, 24 sondeos eléctricos verticales, distribuidos en la zona urbana de la cuenca. Para generar el mapa de grupos hidrológicos del suelo se utilizó 75 ensayos granulométricos de suelos entre calicatas y perforaciones profundas, y con el mapa de suelos taxonómicos de la cuenca se delineó los grupos de suelos, adicionalmente los sondeos eléctricos verticales fueron de utilidad para asociar la

Figura 3. Materiales necesarios para el ensayo de infiltración.

Luego de colocado y verificado que este correctamente hincado se vierte una cantidad de agua en el cilindro externo, luego en el interno, la cantidad de agua que se coloca en el interno debe ser tomada con una regla o

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medidor ubicado en el mismo.

infiltración básica obtenida para cada uno de los puntos ensayados mediante la ecuación Kostiacov-Lewis.

Cada cierto intervalo de tiempo se va midiendo los descensos del nivel del agua conforme decrece la ca- CALICATAS pacidad de infiltración, este ensayo concluye cuando el suelo al estar completamente saturado la capacidad de Como se indicó en el apartado 2.2 la recolección de infiltración se mantiene constante. estudios de suelos se encuentran en su totalidad en la zona urbana, por lo cual para el estudio pertinente se Para este proyecto se realizaron 13 ensayos, 12 ubicados realizaron calicatas en la zona natural de la cuenca junen la zona natural y uno en la urbana, las ubicaciones to a los ensayos de infiltración antes mencionados. exactas se pueden visualizar en la (Tabla 3). Las calicatas se las realizo de 1m*1m de profundidad (FigEn su mayoría los ensayos se los realiza en zonas con ura 4) suficiente para el estudio y análisis de escorrentía escasa información de suelos para obtener resultados superficial, los análisis granulométricos, de humedad y de estos por medio del coeficiente de escorrentía y vel- plasticidad se los realizo mediante ensayos en campo. ocidad de infiltración. Tabla 3. Coordenadas de ensayos realizados dentro de la zona de estudio. CÓDIGO EI

C

1

EI-1

C-1

2

EI-4

C-4

3

EI-5

4

No.

32

SECTOR

X

Y

Bellavista

503455,00

9979921,00

La Pulida Alta

498577,00

9983314,00

C-5

Barrio Osorio

499210,28

9983211,86

EI-6

C-6

Tanques Cochapamba

498816,00

9982665,00

5

EI-7

C-7

Chaupicruz

498523,96

9982303,87

6

EI-9

C-9

Antenas de Pichincha

497181,54

9981602,77

7

EI-10

C-10

Iñaquito Alto

497895,78

9981409,65

8

EI-11

C-11

Hacienda Rumiloma

497939,07

9979951,15

9

EI-12

C-12

Rumipamba

496656,00

9980606,00

10

EI-13

C-13

Las Casas

498166,70

9979704,50

11

EI-14

C-14

Teleférico 1

497333,30

9978835,30

12

EI-15

C-15

Teleférico

495619,00

9979596,00

13

EI-16

C-16

Quito Tenis

500905,68

9982096,96

Tabla 4. Velocidades de infiltración básica obtenidas en los puntos ensayados COD.

Figura 4. Calicatas realizadas en la zona natural de la cuenca.

Tabla 5. Porcentajes granulométricos identificados en los puntos de ensayos COD.

ESTUDIO GRANULOMÉTRICO

C-1

15% Gravas; 0% Arenas; 75% Limo; 10%Arcilla

C-4

15% Gravas; 0% Arenas; 65% Limo; 20%Arcilla

VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN (mm/h)

C-5

18% Gravas; 0% Arenas; 72% Limo; 10%Arcilla

C-6

20% Gravas; 0% Arenas; 80% Limo; 0%Arcilla

Ecuación de KostiakovLewis

C-7

10% Gravas; 30% Arenas; 55% Limo; 5%Arcilla

C-9

10% Gravas; 5% Arenas; 55% Limo; 30%Arcilla

EI-1

12.95

C-10

15% Gravas; 5% Arenas; 75% Limo; 5%Arcilla

EI-4

5.10

C-11

20% Gravas; 0% Arenas; 50% Limo; 30%Arcilla

EI-5

7.62

C-12

10% Gravas; 80% Arenas; 10% Limo; 0%Arcilla

EI-6

110.20

C-13

20% Gravas; 15% Arenas; 65% Limo; 0%Arcilla

EI-7

9.175

C-14

0% Gravas; 10% Arenas; 60% Limo; 30%Arcilla

EI-9

6.60

C-15

10% Gravas; 0% Arenas; 60% Limo; 30%Arcilla

EI-10

59.77

C-16

-----

EI-11

5.196

EI-12

73.62

EI-13

146.43

EI-14

11.7

EI-15

5.90

EI-16

11.03

En la (Tabla 4) se muestra los valores de velocidad de

En la (Tabla 5) se muestra los porcentajes de texturas encontrados en cada punto de ensayo.

PUNTOS GPS CAPTACIONES Se tomaron puntos GPS en cada una de las captaciones del sistema de alcantarillado en las quebradas de la zona

natural, para poder delimitar las subcuencas naturales etal y de grupos hidrológicos de suelos. Posteriormente, mediante la herramienta Hec-GeoHMS de ArcGis 10.3 se asignó números primos únicos a cada clase de clasicomo se indicará posteriormente. ficación en estos mapas, con estos valores se realizó una multiplicación de mapas y se obtuvo como resultado el mapa con rangos en números únicos, los mismos que se los relacionó en función de la (Tabla 2). Finalmente con estos datos se efectuó una reclasificación para obtener el mapa Número de Curva en condición II de humedad que es el objetivo principal de la investigación.

Mapa 1. Mapa de Ubicación de puntos de captaciones en la zona natural de la zona de estudio. FUENTE: Elaboración propia.

Tabla 6. Coordenadas captaciones zona natural de la cuenca de la quebrada El Batán No

CAPTACIONES

X

Y

Z 2952

1

San Lorenzo

499397,05

9984104,67

2

San Lorenzo 2

499205,13

9983645,63

3

Yacupugro

499183,83

9983292,17

4

San Isidro

499835,95

9983031,95

2924

5

Concepción

499855,19

9982248,83

2988

6

Caicedo

499801,27

9981894,69

2970

7

San Vicente 1

499764,47

9982460,83

2977

8

El Mirador

500084,93

9981422,20

2915

9

Chimichaba

499637,05

9981212,81

3027

10

Rumichaca

499750,33

9980520,38

2970

11

Manzana Chupa

499325,00

9981053,00

3015

12

Nunguilla

499530,08

9980335,53

13

Rumipamba

499951,05

9979921,77

14

La Isla

498798,52

9979465,22

MAPA DE PENDIENTES

15

La Comunidad

498467,19

9979233,33

16

El Tejado

498483,02

9978908,90

17

Vásconez

498341,97

9978266,72

Para generar este mapa partimos de un Modelo Digital de Elevación (DEM) 1:5000 obtenida de la base geográfica de la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS), y con la ayuda de la herramienta Slope, Raster Surface en 3D Analyst Tools se generó el mapa de pendientes, como muestra la (Figura 6). Utilizando la herramienta Reclassify del ArcGIS, se clasificó el mapa en dos rangos, con pendientes mayores y menores a 3%.

La (Tabla 6) nos indica las coordenadas de cada punto de las captaciones y el (Mapa 1) nos muestra los puntos ubicados dentro del área de estudio.

33

TRABAJOS DE GABINETE Una vez recopilada, analizada y procesada la información requerida en esta investigación, se siguió los pasos descritos en el flujograma de la (Figura 5), para Figura 6. A: Modelo DEM de la cuenca de la quebrada obtener los mapas de pendientes, usos y cobertura veg- El Batán. B: Mapa de pendientes clasificado en 5 rangos.

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C: mapa de pendientes reclasificado en dos rangos, el tienen más del 40% de arcilla y menos del 50% de arecolor rojo muestra pendientes mayores a 3% mientras na, textura arcillosa. que el color amarillo muestra las pendientes menores. Con los porcentajes granulométricos obtenidos en el MAPA DE USOS Y COBERTURA VEGETAL campo, datos que muestra la Tabla 5 y los estudios de suelos recopilados en la zona urbana, se determinó el Este mapa se lo realiza utilizando paquetes informáti- grupo hidrológico del suelo mediante el diagrama de cos ArcGIS, ERDAS IMAGINE 2015, antes de proce- Ferrer y Julia 2003, como muestra la (Figura 6). sar las imágenes satelitales recolectadas es necesario realizar una serie de correcciones como: mejorami- Una vez establecidos los puntos con su grupo hiento radiométrico, efectos atmosféricos y efectos de drológico de suelo se interpolan los datos para obtener ruido, además de su respectiva georeferenciación. un mapa generado en toda la zona de estudio, existen varias herramientas de interpolación como: IDW, krigPara la clasificación supervisada se utilizó diferentes ing, Natural Neibor, entre otras, para el proyecto se combinaciones de bandas para cada una de las im- utilizó el método de la distancia inversa (IDW), este ágenes Rapideye y Landsat 4TM, en coordinación con método se apoya en la continuidad espacial con vala imagen Quickbird que presenta mayor resolución, lores parecidos para posiciones cercanas que se van esta última utilizada en verdadero color para la clasifi- diferenciando conforme se incrementa la distancia, cación de la zona urbana. debido a que es el método menos complejo de todos los anteriormente propuestos y se lo va a relacionar En el (Mapa 2) se indica los 22 usos de suelo generados con el mapa de suelos taxonómicos, cada valor que en la cuenca de la quebrada El Batán, donde los más tiene una correspondencia con un punto determinarepresentativos dentro de la zona de urbana se encuen- do, influye sobre los demás de forma local y disminuye tran las zonas impermeables encontrándose dentro de proporcionalmente su efecto con la distancia. [4]. este grupo techos, azoteas, parqueaderos, canchas de basquetbol, patios, calles y aceras ocupando el 50.35% de superficie total, el 17.36% en la zona más natural de la cuenca, el área de páramos dividido en arbustivos y herbáceos, otra sector considerado importante tenemos el 12.94% del área total que corresponde a la zona de bosques donde la mayor área corresponde a bosque cultivado de eucalipto con una pequeña área considerada en regeneración debido a incendios forestales ocurridos y otra pequeña identificada como bosque cultivado de pino, en porcentaje restante tenemos clasificaciones más pequeñas o combinadas. 34

MAPA GRUPOS HIDROLÓGICOS DEL SUELO Los tipos de suelo es otra variable importante, el mapa debe estar clasificado en cuatro grupos según Mongil (2012) [9] así:

Figura 7. Diagrama de Ferrer y Julia 2003 para establecer grupos hidrológicos de suelos en los diferentes puntos estudiados.

Suelos que tienen bajo potencial de escurrimiento aun cuando estén húmedos. Tienen menos del 10% de arcilla y más del 90% de arena o gravas, suelos con texturas arenosas. Suelos con moderada capacidad de infiltración cuando se encuentran saturados. Poseen un 10 a 20% de arcilla y un 50 a 90% de arenas, tienen texturas franco-arenosas o areno-franca. Son suelos con capacidad de infiltración una vez saturados, tienen un 20 a 40% de arcillas y menos del 50% de arenas, poseen texturas francas, franco-limosa, franco-arcillo-arenosa, franco-arcillosa y franco-arcillo-limosa. Este grupo de suelos presentan un elevado potencial de escorrentía cuando están completamente saturados,

Mapa 2. Mapa de usos y cobertura vegetal para la cuenca de la quebrada El Batán.

de números de curva, se hizo un análisis paralelo de datos en una hoja de Excel, (Tabla 7), colocando los mismos valores primos establecidos en la tabla de atributos de cada mapa, con la finalidad de realizar la misma operación matemática multiplicando los valores designados, los resultados deben ser los mismos tanto en la hoja de Excel como en el raster obtenido. Estos valores se relacionaron con la (Tabla 2) para establecer el número de curva de acuerdo a las condiciones necesarias de cada lugar de estudio.

Mapa 3. Mapa de grupos hidrológicos del suelo en la cuenca de la quebrada El Batán.

En la (Tabla 7) las celdas marcadas de color amarillento nos muestran las zonas con esas características que no presenta la cuenca, por lo tanto eliminadas al momento de la reclasificación.

Para la reclasificación se ordenan los datos obtenidos por el álgebra de mapas y se los agrupa en rangos para El mapa interpolado fue importante relacionarlo con obtener un CNII medio, dándonos como resultado el el mapa taxonómico recopilado para delinear los gru- (Mapa 4). pos hidrológicos en la cuenca de la quebrada El Batán En el mapa se puede observar que los valores más alcomo muestra el (Mapa 3). tos corresponden a la zona urbana donde se encuentra el mayor porcentaje de áreas impermeables por lo MAPA NÚMERO DE CURVA tanto se genera mayor escorrentía. Para realizar este mapa debemos rasterizar los mapas: de pendientes, de uso y cobertura vegetal del suelo y el Tabla 7. Tabla de asignación de números de curva relmapa de grupos hidrológicos, clasificados con valores acionada a la Tabla de Témez (1978) primos únicos designados para cada tipo un número así: Mapa Usos de Suelos: 2, 3, 5, 7, 11, 13,….., 79. En nuestro trabajo se clasificó en 22 tipos de usos de suelos en toda la cuenca de la quebrada El Batán alcanzando a un número primo máximo de 79. Mapa de Pendientes: se asignó para pendientes mayores a 3% un número primo de 83 y para zonas con pendientes menores a 3% un número primo de 89. Mapa de Grupos Hidrológicos del Suelo: La zona de estudio presenta los cuatro grupos de suelos por lo cual para el grupo hidrológico A se le designó el número primo 97, para el grupo hidrológico B se le designó el número 101, para el grupo hidrológico C se le designó el número 103 y para el grupo hidrológico D se asignó el número primo 107. Una vez obtenidos los raster de los tres mapas clasificados se procede a realizar con la herramienta de álgebra de mapas en este caso a multiplicar los tres mapas rasterizados mediante la herramienta Raster Calculator presente en ArcToolbox. Esta herramienta multiplica cada uno de los números primos presentes en cada celda dando como resultado un número único con valores altos para cada celda presente en el área designada. Para poder reclasificar el mapa con rangos de valores

GRUPO HIDROLÓGICO DEL SUELO CÓD. MAPA 1 2

USOS

PASTO BOSQUE EUCALIPTO

A B C # PRIMOS # PRIMOS PEND. USOS PENDIENTE # PRIMO ÁLGEBRA CN TABLA # PRIMO ÁLGEBRA CN TABLA # PRIMO ÁLGEBRA CN TABLA

D # PRIMO

ÁLGEBRA CN TABLA

2 2

>3 3

83

97

24153

30

101

25149

55

103

25647

70

107

26643

77

3

3

83

97

40255

56

101

41915

67

103

42745

78

107

44405

89

5

3

83

97

56357

45

101

58681

66

103

59843

77

107

62167

83

7

3

83

97

88561

39

101

92213

55

103

94039

69

107

97691

11

3

83

97

104663

49

101

108979

69

103

111137

78

107

115453

85

7

ARBUSTOS

13 17

3

89 83

97 97

112229 136867

39 48

101 101

116857 142511

59 67

103 103

119171 145333

75 77

107 107

123799 150977

83 83

8

CULTIVO

9

PÁRAMO ARBUSTIVO Y HERBÁCEO

10

BOSQUE CON PASTO

11

ARBUSTOS CON PASTO

12

AZOTEAS PARQUEADEROS PATIOS

13

CALLES ACERAS

14 15

CENTROS COMERCIALES ZONAS PERMEABLES SIN VEGETACIÓN

16

ZONA AJARDINADA

17

ZONA AJARDINADA CON ZONAS IMPERMEABLES

18

CALLES DE GRAVA

19

ÁRBOLES CON PASTO

20

PEQUEÑAS ARBOLEDAS

21

MATORRAL CON PASTO

22

AGUA

75

17

3

83

97

152969

67

101

159277

76

103

162431

82

107

168739

86

19

3

83

97

185173

43

101

192809

65

103

196627

76

107

204263

82

23

3

83

97

233479

57

101

243107

73

103

247921

82

107

257549

86

29

3

83

97

249581

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