CAPITULO III MARCO METODOLOGICO. En este capítulo se describe con detalle el tipo y diseño característico de
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- María Jesús Blanco Pinto
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1 CAPITULO III MARCO METODOLOGICO En este capítulo se describe con detalle el tipo y diseño característico de esta investigación, junto con la representación de la población y muestra estudiadas en el desarrollo de la misma y las técnicas, instrumentos y herramientas empleadas para llevar a cabo con éxito cada objetivo planteado para la presentación de la propuesta ante el problema descrito. 3.1 Tipo de Investigación La presente investigación se caracteriza por ser de tipo Descriptiva. Según Arias (2006, p 24) consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno, individuo o grupo con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Por otra parte Hurtado (2010, p 101) indica la investigación descriptiva tiene como objetivo la descripción precisa del evento o estudio. Este tipo de investigación se asocia al diagnóstico. En la investigación descriptiva el propósito es exponer el evento estudiado, haciendo una enumeración detallada de sus características, de modo tal que en los resultados se 41
2 42 puedan obtener dos niveles dependiendo del fenómeno y del propósito del investigador. De igual forma Chávez (2004) expresa mediante la investigación descriptiva, la cual utiliza el método de análisis, se logra caracterizar un objeto de estudio o una situación concreta, señalar sus características y propiedades. Combinada con ciertos criterios de clasificación sirve para ordenar, agrupar o sistematizar los objetos involucrados en el trabajo indagatorio. Por lo anteriormente expuesto, se precisa este estudio sea del tipo Descriptiva ya que en él se realiza una evaluación de las condiciones actuales del sistema de tratamiento de efluentes en la Planta Termozulia y de igual manera se lleva a cabo la medición y evaluación de las variables verificando el rendimiento del proceso de tratamiento, estableciendo parámetros para la preparación del diseño del sistema automatizado de inyección de hipoclorito de sodio para la desinfección del efluente neutralizado, lo cual permitirá dar solución al problema planteado en cumplimiento de la Norma Ambiental para la descarga de líquidos a embalses, lagos y estuarios. 3.2 Diseño de la Investigación El diseño de la investigación es la estrategia que adopta el investigador para responder al problema planteado.
3 43 La investigación en estudio es considerada de Campo ya que es apoyada en la información obtenida directamente del lugar problema donde se desarrolla el estudio, los conocimientos adquiridos en su mayoría proceden de la interacción directa con el entorno de trabajo, ingenieros, operadores y es propia de la observación directa del investigador. Por lo cual la información obtenida en este medio, se considera como dato primario. Este hecho se fundamenta según Arias (2006, p. 31) en que la investigación de campo es aquella que consiste en la recolección de datos directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar variable alguna. En otro orden de ideas, Ramírez (1999) explica que la investigación de campo puede ser extensiva, cuando se realiza en muestras y en poblaciones enteras (censos); e intensiva, cuando se concentra en casos particulares, sin la posibilidad de generalizar resultados. Basado en la explicación de Ramírez particularmente en este estudio se desarrolla una investigación de Campo tipo Intensiva, ya que el mismo se cimienta en un caso individual, que consiste en un problema de control automatizado de inyección de hipoclorito de sodio para control biológico del efluente neutralizado el cual es producto del proceso de tratamiento de efluentes en la Planta Termozulia.
4 Unidad de Análisis Según Balcells (1994, p 267) en el análisis de contenido de las técnicas de investigación la unidad de análisis es el fragmento del documento o comunicación que se toma como elemento que sirve de base para la investigación. Puede clasificarse con arreglo o distintos criterios: según sea el contenido de base gramatical o no; según el significado. Por lo tanto en función de los objetivos propuestos para la investigación se determinan las unidades de análisis, las cuales de acuerdo con Ancona (1996, p 335) pueden ser individuos o agregados. Haciendo referencia a las unidades de análisis como unidades de observación. Diferenciando entre la estadística fundamental y la encuesta por muestreo es que las primeras, la unidad de análisis no es el individuo sino una agrupación de individuos en un territorio. De igual forma, Raigada (1998, p 60) dice las unidades de análisis son aquellas que unidades de observación que seleccionadas de antemano, y reconocidas por los observadores de campo y durante el tiempo de la observación se constituyen en objeto de la codificación y/o de la categorización en los registros construidos a tal efecto. Finalmente Losada (2003) establece que son los elementos que el investigador observa y luego segmento en diferentes categorías, según diferentes criterios y a partir de una unidad concreta. Para el caso de la investigación en desarrollo según se presenta en los objetivos propuestos, la unidad de análisis del estudio está representada por
5 45 la Planta de Tratamiento de Efluentes del Complejo Termoeléctrico General Rafael Urdaneta. 3.4 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Técnicas Arias (2006, p 67) se entenderá por técnica, el procedimiento o forma particular de obtener datos o información. Hurtado (2010, p 67) las técnicas tienen que ver con los procedimientos utilizados para la recolección de los datos, es decir, el cómo. Estas pueden ser de revisión documental, observación, encuesta y técnicas sociométricas. En base a las definiciones expuestas por ambos autores la técnica empleada en esta investigación es la Observación, la misma se realiza de forma indirecta, es decir, a través de datos obtenidos en años anteriores; la observación del proceso de tratamiento en conjunto con los resultados que se obtienen del mismo Instrumentos Arias (2006, p 69) indica que la aplicación de una técnica conduce a la obtención de información, la cual debe ser guardada en un medio material de manera que los datos puedan ser recuperados, procesados, analizados e interpretados posteriormente y a este soporte lo denomina instrumento. Hurtado (2010, p 153) los instrumentos representan la herramienta con la cual se va a recoger, filtrar y codificar la información, es decir, el con qué. Los
6 46 instrumentos pueden estar ya elaborados e incluso normalizados, como es el caso de los test y algunas escalas. Sin embargo, si se trata de eventos poco estudiados, puede ser necesario que el investigador elabore sus propios instrumentos, y estos pueden ser listas de cotejo, escalas o cuestionarios, entre otros. En algunas áreas del conocimiento se requiere de instrumentos de medición mecánicos o electrónicos dependiendo del véneto estudiado. Los instrumentos están en correspondencia con las técnicas, y la selección de las técnicas a utilizar en una investigación está relacionada con el tipo de indicios que permiten captar el evento de estudio. Existen diferentes tipos de instrumentos, ya que no todos los instrumentos de recolección de datos son instrumentos de medición. Algunos solo permiten captar la información y otros solo permiten registrarla. En esta investigación se utilizaron como instrumentos de recolección de datos los formatos de registro de operaciones, los cuales son manejados por el personal que opera la planta de tratamiento de efluentes; seguido de esto, para realizar el registro digitalizado de dichos datos se emplearon Hojas de Cálculo que permitieron tener un soporte de la información en periodos de tiempo relativamente largos, de modo que el investigador recuperó información cada vez que fue necesario. Teniendo en cuenta que no fue un instrumento de captación que permitiera la medición sino de registro que permitió asentar la información, por lo cual no fue necesario de acuerdo a la selectividad y precisión su validez y confiabilidad ya que los datos fueron tomados directamente del proceso de tratamiento existente.
7 Herramientas y Equipos En cuanto a la obtención de datos y simulaciones realizadas a lo largo del desarrollo de la investigación se utilizaron las siguientes herramientas y equipos: Computadora, Sistema Operativo Windows XP 2007, Software de Simulación MatLab 7.0, Programa de Siemens dedicado Step 7 y Manual de Operaciones de Planta de Tratamiento de Efluentes. 3.6 Procedimiento de la Investigación La metodología utilizada para lograr el cumplimiento de los objetivos específicos establecidos asociados a la variable general de la investigación, se dividió en cinco (5) fases, las cuales son: Fase 1. Exploración y razonamiento de la información del proceso de tratamiento de efluentes con todas las variables involucradas. En esta fase se realizó el estudio del proceso de tratamiento de efluentes, detallando los diferentes tipos de tratamiento que componen el proceso en general; procesos de tratamientos físicos, químicos y biológicos; haciendo revisión de los resultados de las muestras de agua tratada analizadas de forma trimestral, lo cuales se consideraron para el estudio en base a que representan directamente un efluente no tratado adecuadamente y que incumple con la Ley Ambiental.
8 48 Fase 2. Determinación de los rangos óptimos de operabilidad para la inyección de Hipoclorito de Sodio en relación con las concentraciones de Cloro Residual Libre. En esta fase se realizó la captación de una muestra de agua en la Planta de Tratamiento de Efluentes del Complejo Termoeléctrico a la cual se le aplicó el análisis de laboratorio para la determinación de la demanda de Hipoclorito de Sodio, lo que permitió definir el rango de concentración de Cloro Libre Residual en base a la inyección del producto desinfectante en bajo una concentración de pureza acorde con la calidad de agua, siendo esta última variable en el tiempo. A través de la representación de la demanda de Hipoclorito de Sodio se definieron de esta manera los criterios establecidos ejercidos sobre la variable a controlar. Fase 3. Obtención del modelo del proceso o sistema de control para la inyección de Hipoclorito de Sodio. En esta fase de la investigación se realizó la identificación del sistema de control por medio del uso de herramientas de la aplicación IDEN de Matlab para la obtención del modelo matemático; el modelo matemático para este caso de estudio no pudo lograrse a través de los métodos estadísticos del propio sistema dinámico con valores medidos ya que no se poseía data operacional suficiente que permitiera alcanzar este tipo de información.
9 49 Fase 4. Evaluación del sistema de control para la inyección de Hipoclorito de Sodio en el tratamiento de efluentes. Una vez establecidos los criterios de control y habiendo obtenido el modelo matemático durante el desarrollo de las fases anteriores, esta fase de la investigación consistió en evaluar y analizar los comportamientos dinámicos del proceso con todas sus variables por medio del uso de las aplicaciones de Simulink de Matlab. Considerando variar las constantes de proporcionalidad y derivativa en base a los tiempos de respuesta y alcances de estabilidad de la misma, lo cual le da valor directamente a la selección del modelo que pueda ajustarse y referirse a un proceso real como tal. Fase 5. Programación del Software para el sistema de control para la inyección de Hipoclorito de Sodio en el tratamiento de efluentes. Esta fase de la investigación se elaboró la programación del Software del sistema de control para la inyección de Hipoclorito de Sodio en el tratamiento de efluentes a través del programa de Siemens dedicado a Programación de Step 7 V5.5 SP2 con la herramienta "HW Config" y "KOP/AWL/FUP" el lenguaje elegido fue el AWL o también llamado ASSEMBLER.
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