1503 Biela 7.65 Nº06

El puerto como nodo intermodal
en la cadena logística.
ANÁLISIS
BIOMÉTRICO
La extracción de parámetros
geométricos a partir de una
imagen.
Biela 7.65REVISTA DEL MUNDO DE LA INGENIERÍA Y LA CONSTRUCCIÓN
AÑO 2
NÚMERO 6
MARZO 2015
ISSN 2386-639X
06
9 772386 639006

CONTENIDO
El puerto como nodo en la
cadena logística
Runsafer para la preven-
ción de lesiones
Página 10
Página 4
Desagües profundos en pre-
sas, fondo y medio fondo
Motores de combustión
interna alternativos
Página 18
Página 12
Limitación y control de po-
tencia en aerogeneradores
Ventanas Electrocrómicas
Página 32
Página 24
Reactores nucleares de IV
generación
Análisis biométricos.
Página 42.
Página 36
2 Nº6.Marzo de 2015

3Nº6.Marzo de 2015
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CONTENIDO
Robots de SOLDADURA,
presente y futuro
EUROTUNEL
página 50.
página 46.
Entramados de pórticos
en edificios de gran altura.
Recalces superficiales.
página 60.
página 54.
WIFI y WIMAX
Turboglorietas
página 70.
página 64.
Riesgos biológicos en
construcción:
Animales e Insectos III.
página 76.

EL PUERTO COMO NODO INTERMODAL
EN LA CADENA LOGÍSTICA
compra, fabricación, almacenaje y distribución de los
productos, creando sistemas de información y control
para lograr un flujo continuo de productos al menor
coste posible, evitando así
plazos amplios de entrega al
cliente y stocks excesivos.
En la actualidad, los puertos
se constituyen como verdade-
ros nodos de distribución de
las mercancías y puntos de
conexión de la intermodali-
dad del transporte. Los puer-
tos, al actuar como nodos de
la cadena logística, cumplen
principalmente una función
económica, es decir, buscan
favorecer el beneficio tanto de
los productores originales de
las exportaciones, como de
los consumidores finales de
las importaciones que pasan a
través del mismo. Este objeti-
vo se consigue mediante una
reducción del coste generali-
zado del transporte necesario
para trasladar las mercancías,
y que consiste en costes mo-
netarios, tiempo y riesgos
relacionados con pérdidas,
daños, disfuncionamiento y
retrasos.
Entre los principales objetivos
de un puerto, al convertirse en
nodo de la cadena logística,
está el de minimizar el tiempo de estancia tanto de los
barcos y vehículos, como el de las propias mercancías,
reduciendo así costes y ganando competitividad. Tam-
bién busca maximizar la integración de los distintos
Los puertos hoy en día, no son simples construcciones
de ingeniería que acogen, protegen y dan salida a los
buques. Y es que desde un punto de vista logístico, los
puertos ocupan una posi-
ción estratégica en el siste-
ma actual de producción,
comercio y transporte inter-
nacional. Son los puntos de
partida y llegada del trans-
porte marítimo que es el
que mayores volúmenes
mueve con diferencia. Los
puertos constituyen la ma-
yor y más importante inter-
faz entre los diferentes mo-
dos de transporte y son im-
portantes centros de infor-
mación. Un puerto eficiente
genera mejoras en la econo-
mía de toda la región, inclu-
yendo la propia ciudad.
Se hace evidente que ante la
evolución de los mercados y
de las empresas, junto con
las nuevas tendencias en la
economía y en el desarrollo
de los sistemas productivos,
han llevado a la necesidad de
implantar sistemas integra-
dos de logística en el campo
del transporte y las teleco-
municaciones. En un mundo
cada vez más globalizado y
competitivo, y con unos con-
sumidores cada vez más exigentes en sus demandas de
productos y servicios, la logística juega un papel capital
para obtener buenos resultados en la gestión de las em-
presas. La logística se relaciona de forma directa con
todas las actividades que conforman los procesos de
ANTONIO MOMPÓ GUERRA. INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS.
Imagen 1. El Puerto de Rotterdam, el mayor e Europa con más de 50
terminales, por el que pasan más de 7 millones de contenedores al año .
Ref: dutcharbitrationassociation.nl
Imagen 2. Terminal de contenedores del Puerto de Valencia, líder en el
tráfico de contenedores a nivel nacional y del mediterráneo occidental.
Ref: www.cadenadesuministro.es

5Nº6.Marzo de 2015
rarse como puntos de concentra-
ción de tráficos, donde la inevitable
ruptura de carga entre los lados ma-
rítimo y terrestre, permite realizar
un número cada vez mayor de acti-
vidades de valor añadido. Y es que
el incluir actividades de valor añadi-
do permite por un lado, la fideliza-
ción de los tráficos actuales, y por
otro la generación y fijación de acti-
vidad económica inductora de nue-
vos tráficos futuros. Los puertos
deben posicionarse como puntos
clave de las cadenas de transporte
optimizando la función de nodo de
transferencia. A pesar de ser punto
de ruptura de carga, los puertos han
de procurar como estrategia básica,
que el flujo de mercancías portua-
rias sea lo más rápido y eficaz posi-
ble. Para ello, han de buscar la opti-
mización tanto del flujo físico de la
mercancía como del flujo de infor-
mación que la acompaña, así como
la armonización entre los distintos
eslabones de la cadena portuaria, es
decir, manipulación, transporte y
almacenamiento. También juega un
papel capital la regulación de la acti-
vidad de los agentes implicados con
el fomento de la competitividad
empresarial y la integración efectiva
entre los distintos agentes de la co-
munidad portuaria.
A parte de promover a la fluidez en
el paso de la mercancía por el puer-
to, los puertos como nodos logísti-
cos, deben incidir en el desarrollo
de actividades logísticas que incre-
menten su competitividad. Esto
pasa por la ordenación de espacios
e infraestructuras portuarias desde
el punto de vista de su uso logístico,
como son la reserva y localización
de espacios diferenciados para el
desarrollo de Zonas de Actividad
Logística. También el puerto debe
asumir como objetivos la potencia-
ción del puerto como un nodo críti-
co para la gestión del conocimiento,
liderando los procesos de creación
de portales de contratación de car-
gas, o la participación activa de los
agentes especializados en el aprove-
chamiento del espacio e instalacio-
nes portuarias como áreas de activi-
dad logística, es decir transitarios,
operadores logísticos, etc.
modos de transporte que actúan en
el puerto, fomentando al máximo la
intermodalidad en la actividad del
puerto.
El puerto moderno se integra en la
cadena logística, la cual va desde la
producción hasta el consumo. No
es solo una cadena de transporte,
pues a lo largo de esa cadena, los
productos se transforman de mate-
rias primas o productos intermedios
en productos acabados. Se trata de
una cadena logística. Para racionali-
zar todas las actividades que inter-
vienen en esa cadena hace falta un
enfoque logístico: se trata de decidir
cuándo y dónde ha de realizarse
cada actividad.
Los puertos ya no son considerados
como nodos aislados de transferen-
cia de carga, ahora pasan a configu-
Imagen 4. La ZAL de Barcelona, la primera plata-
forma logística portuaria establecida en España .
Ref: www.interempresas.net

mite mejorar las ratios de beneficio.
También se consigue un ahorro en
la manipulación de productos: los
costes de manipulación son impor-
tantes en todos los procesos pro-
ductivos, por lo que evitar su trasla-
do primeramente a almacén, y des-
pués al departamento de pedidos
conlleva economías apreciables.
Esta estrategia supone el paso de un
proceso “push”, en que cada proce-
so en la secuencia de la producción
pasa su “output” al proceso siguien-
te, independientemente de que sea
o no requerido, a un sistema “pull”,
en el que cada fase tira de la ante-
rior para satisfacer sus requerimien-
tos, evitándose así la acumulación
de inventarios y los excesos de pro-
ducción. Por otro lado, la ausencia
de stocks hace imprescindible ase-
gurar la puntualidad y precisión de
los repartos, ya que pueden poner
en peligro la continuidad del proce-
so productivo.
La vertiente del consumidor final,
se refiere a la distribución física que
se desarrolla una vez los productos
han sido producidos para que lle-
guen al consumidor, o pasen al si-
guiente escalón en la cadena de pro-
ducción. Estas actividades incluyen
la manipulación de productos, su
almacenamiento, el empaquetado y
unitización de la carga, y el trans-
porte de mercancías en cualquier
modo. Se incluyen también activida-
des como la planificación de rutas y
el mantenimiento de los vehículos.
El objetivo es, por tanto, minimizar
el coste total de distribución como
estrategia para mejorar la posición
competitiva de las empresas.
Para incrementar la competitividad
del puerto como nodo logístico, hay
que conseguir su inserción en un
sistema de trasporte integrado y
eficaz como una condición básica.
La disponibilidad de servicios com-
petitivos y fiables, permite ofrecer
un nodo de tránsito en las condicio-
nes más favorables. La eficacia del
sistema de transporte integrado, que
incluye el puerto, se compone de 3
factores principales: coste, tiempo
de transporte y servicio. Los
“Mainports” se han convertido en
nodos materiales de consolidación
de flujos físicos y nodos inmateria-
les de manejo e intercambio de in-
formación. Con la transformación
del puerto de centro de transporte a
centro logístico, se incrementa nota-
blemente el flujo de información
entre agentes económicos.
Los principales puertos europeos,
con el fin de ampliar la captación de
En las estrategias logísticas pueden
identificarse dos vertientes: la pro-
ductiva, orientada a la gestión de las
cadenas de alimentación de los pro-
cesos productivos, y la del consumi-
dor final, que conlleva la puesta a
disposición del consumidor final de
los productos demandados.
La vertiente productiva incorpora
estrategias como la “just in time”,
mediante la cual los diferentes pro-
veedores del proceso productivo
aportan a éste, los materiales y pro-
ductos necesarios en el momento
exacto en que son requeridos, con
la calidad demandada. Esta estrate-
gia busca los importantes ahorros
derivados de la eliminación de sto-
cks. De esta manera consigue aho-
rro en inventarios de materias pri-
mas y componentes. La reducción
de volúmenes almacenados de ma-
terias utilizadas en el proceso pro-
ductivo, supone minimizar el capital
requerido en el proceso, lo que per-
Imagen 5. Esquema de la cadena logística en el transporte de mercancías entre diferentes países.
Ref: www.ssbint.com
“Un puerto eficiente genera mejoras en la economía de toda la región, incluyendo la propia
ciudad”-

7Nº6.Marzo de 2015
ma integrada al menos dos modos
de transporte diferentes para com-
pletar una cadena de transporte
puerta a puerta. El transporte inter-
modal permite, mediante un plan-
teamiento global, una utilización
más racional de la capacidad de
transporte disponible.
El transporte intermodal, ante todo,
se basa en una mayor cooperación
entre todos los diferentes modos de
transporte, siendo de vital impor-
tancia para la mejora de costes en la
cadena logística e influyendo en el
precio final de las mercancías en los
mercados de destino. La intermoda-
lidad no pretende imponer una op-
ción modal, por el contrario permi-
te utilizar mejor las vías navegables,
el ferrocarril, y el transporte maríti-
mo, que por sí solos no permiten el
transporte puerta a puerta. La inter-
modalidad es complementaria a
otras políticas de transporte desa-
rrolladas por la Unión Europea,
como el desarrollo de las Redes
Transeuropeas (RTE), la liberaliza-
ción de los mercados de transporte,
el fomento de una tarificación equi-
tativa y eficaz, o la realización de la
sociedad de la información en el
sector del transporte.
La logística del intercambio modal
marítimo-terrestre está encaminada
a optimizar la operación portuaria
para, de este modo, obtener la má-
xima economía del proceso de
transbordo. El buque obtiene sus
mayores beneficios cuanto mayor es
el tiempo que pasa navegando, res-
pecto al total de su ruta programa-
da, es decir, cuanto más tiempo esté
en puerto, menor será su beneficio.
Por lo tanto, es fundamental que
dicho tiempo sea el justo y necesa-
rio para completar la operación.
Para conseguirlo, es evidente que
dicha operación ha de programarse
con la antelación suficiente que per-
mita la disposición de atraque, equi-
pos y medios necesarios para evitar
así, cualquier tipo de demora al bu-
que. Todo ello exige una planifica-
ción conjunta perfectamente estruc-
turada, con base en una gestión in-
formatizada y una ordenación ópti-
ma del espacio portuario. En la ma-
yor parte de los puertos, a lo largo
de los últimos años, se ha distribui-
do el espacio en terminales
tráficos, están llevando a cabo un
importante esfuerzo de mejora de
las conexiones intermodales, tanto
desde el punto de vista de los servi-
cios como de infraestructura. Tanto
es así, que las estrategias de impulso
de las conexiones terrestres, en es-
pecial las ferroviarias, se han con-
vertido en prioritarias.
El transporte intermodal, como in-
tegrador de los modos de transpor-
te marítimo y terrestre, a la vez que
racionaliza la cadena logística del
transporte, reduce el consumo de
energía. Además, promueve el uso
adecuado y racional de las infraes-
tructuras y medios de transporte,
disminuyendo así el impacto me-
dioambiental. El transporte inter-
modal aprovecha la gran capacidad
del buque y del ferrocarril para aba-
ratar costes, junto con la flexibili-
dad de la carretera, que permite el
transporte puerta a puerta. El ele-
mento esencial en el desarrollo del
sistema intermodal es la unidad de
carga. En este sentido las técnicas
intermodales están basadas esencial-
mente en el semirremolque o tráiler,
la caja móvil y, muy especialmente,
el contenedor.
En el transporte de mercancías se
tiende a un desequilibrio creciente
en la utilización de los distintos mo-
dos de transporte y a una intensifi-
cación del tráfico, con un aumento
de la parte correspondiente al trans-
porte por carretera y una reducción
de la parte correspondiente al trans-
porte ferroviario. La intermodali-
dad, definida como una característi-
ca de un sistema de transportes, en
virtud de la cual, se utilizan de for-
“La eficiencia y eficacia del transporte intermodal pasa por la integración y armonización
de los distintos modos de transporte a todos los niveles ”-
Imagen 6. Características generales de los distintos modos de transporte de mercancías.

dad de los grandes centros de pro-
ducción y consumo y deben estar
dotados de conexión ferroviaria y
carretera. Este último modo sólo
utilizable como red capilar de distri-
bución y/o recogida de mercancía,
que debe llegar o salir del puerto
marítimo o del puerto seco, según
los casos, por ferrocarril vía directa
mediante trenes bloque. Debe dis-
poner de control aduanero, consti-
tuyéndose así en una prolongación
del puerto marítimo, al que comple-
menta y es su razón de ser. De ahí y
por su situación interior, la denomi-
nación de “puerto seco”.
El contenedor será la unidad de
carga básica a manipular en el puer-
to seco, pues es un elemento clave
para el desarrollo del tráfico inter-
modal, y la unidad que mayores exi-
gencias de equipamiento y espacio
supone. La universalización del uso
del contenedor en el transporte de
mercancías, tanto por tierra como
por mar, hace necesarios unos pun-
tos interiores especializados en la
manipulación y tratamiento, tanto
de los propios contenedores y co-
mo de sus mercancías.
La eficacia y eficiencia del puerto
seco se incrementan si éste se en-
cuentra conectado a una red de
transporte combinado, pues permi-
te alcanzar mercados más distantes
e incluso establecer entre puertos
marítimos lejanos, puentes terres-
tres como enlaces alternativos. To-
do ello supone para el puerto marí-
timo una ventaja competitiva que,
en ciertos casos, puede llegar a ser
especialmente significativa.
En la actualidad, el transporte inter-
modal de mercancías debe enfren-
tarse a una serie de problemas y
obstáculos. Y es que en un trayecto
de mercancías, un cambio de modo
de transporte equivale más a un
cambio de sistema que a un mero
transbordo técnico. Los costes de
fricción resultantes repercuten so-
bre la competitividad del transporte
intermodal y se traducen en precios
más elevados, trayectos más largos,
más retrasos y plazos menos fiables,
restricciones del tipo de mercancías
y menor disponibilidad de servicios
de calidad, un mayor riesgo de da-
ños en la carga, o procedimientos
administrativos más complejos.
Se debe trabajar en la integración a
nivel de servicios, reglamentación,
infraestructuras y material de trans-
porte, pues la inexistencia de redes
coherentes y de interconexiones
impone a los operadores costes de
especializadas, de acuerdo con las
necesidades operativas de los dife-
rentes tipos de carga a manipular.
Esto ha modificado muy favorable-
mente la gestión del puerto y ha
permitido una simplificación y agili-
zación de las operaciones mediante
el uso del equipo más adecuado en
cada caso, lo que, por otra parte, ha
supuesto mejorar la seguridad de la
manipulación y evitar daños a la
mercancía.
Los puertos secos pueden definirse
como áreas interiores de recepción
y expedición de mercancías que tie-
nen como origen o destino los
puertos marítimos. Se encuentran
situados, en general, en la proximi-
Imagen 7. El Puerto Seco de Villafría.
Ref: www.elcorreodeburgos.com

9Nº6.Marzo de 2015
temas de información de predic-
ción, son inaccesibles de forma in-
termodal. Además, los distintos mo-
dos de transporte tienen niveles
dispares de rendimiento y de calidad
de servicios, por lo que las informa-
ciones y prácticas comerciales no
siempre están coordinadas entre los
diferentes modos de transporte de
mercancías.
En lo relativo a los servicios y las
reglamentaciones orientados a los
distintos modos, podemos destacar
como uno de los principales obs-
táculos, la falta de sistemas armoni-
zados para la comunicación electró-
nica entre los diferentes eslabones
de la cadena intermodal, lo que im-
pide una planificación adecuada y
eficiente de las operaciones. Igual-
mente preocupante, es que en caso
de que la carga se estropee, es difícil
determinar la responsabilidad, pues
está regulada por diferentes conve-
nios internacionales en función del
modo de transporte de que se trate.
Se hace evidente que hay estrangu-
lamientos de carácter administrati-
vo, que afectan negativamente a la
competitividad del transporte inter-
modal.
La eficiencia y eficacia del transpor-
te intermodal de mercancías, pasa
por la integración y armonización
de los distintos modos de transpor-
te a todos los niveles.
transferencia. Además, el sistema
actual se financia y administra de
forma independiente para cada mo-
do de transporte, por lo que es difí-
cil determinar quién es responsable
del refuerzo de los vínculos entre
los diversos modos de transporte.
La falta de interoperabilidad entre
los modos también supone un pro-
blema, como por ejemplo los dife-
rentes sistemas de señalización fe-
rroviaria o el hecho de que las di-
mensiones de las unidades de carga
a través de los distintos modos de
transporte no estén armonizadas.
En cuanto a las operaciones y la
utilización de la infraestructura, en
particular de las terminales, los prin-
cipales problemas tienen que ver
con que los horarios de los diferen-
tes modos de transporte no están
armonizados, pues las terminales no
siempre pueden adaptarse a los ho-
rarios de trenes y buques que ope-
ran 24 horas al día y la jornada labo-
ral de los conductores y equipos no
siempre se adapta a operaciones
intermodales. A esto hay que añadir
que algunos servicios, como la iden-
tificación de los vehículos o los sis-
REFERENCIAS Y
BIBLIOGRAFÍA:
- Logística e intermodalidad. Nivel
1. Puertos del Estado.
- Logística e intermodalidad. Nivel
2. Puertos del Estado.
- Guía para el desarrollo de zonas
de actividades logísticas portuarias.
Puertos del Estado(2002).
- Cadenas integradas de transporte.
Camarero Orive, Alberto y
González Cancelas, Nicoletta
(2006).
- Gestión del transporte. Mira,
Jaime.
- http://www.puertos.es
Imagen 8. Sistema de almacenamiento de contenedores en la Terminal TCB del puerto de Barcelona.
Ref: www.cadenadesuministro.es

RUNSAFER: DISPOSITIVO ELECTRÓNICO
DESARROLLADO EN ESPAÑA PARA PREVENIR
LESIONES
BORJA GAVILÁ GARCÍA. Ingeniero Químico y Técnico
recomendaciones al corredor para
mejorar su rendimiento y evitar la
aparición de lesiones. Además,
esta web incluirá las funcionalidades
propias de las redes sociales on line,
que permiten al usuario estar en
contacto con corredores de todo el
mundo y compartir otros conteni-
dos como rutas para correr o infor-
mación del calzado más idóneo.
La gran novedad del nuevo sistema
frente a los sistemas actuales de
medición y entrenamiento para co-
rredores es que será el primer dis-
positivo del mercado que caracteri-
ce la técnica de carrera a partir de
parámetros biomecánicos y facilite
recomendaciones al usuario en
tiempo real para evitar la aparición
de lesiones y para mejorar su rendi-
miento.
El proyecto RUNSAFER es una
iniciativa europea del VII Programa
Marco de la Comisión Europea,
financiada a través del programa de
Investigación para pymes.
El Instituto de Biomecánica ha aco-
gido recientemente la reunión de
lanzamiento de este proyecto en el
que participan los centros tecnoló-
gicos IPMS-Fraunhofer y EII, ade-
más de las empresas KELME,
BKOOL, DUKOSI y NUROME-
DIA.
80 millones de corredores en Eu-
ropa
El número actual de corredores en
Europa supera los 80 millones;
aproximadamente el 36% de la po-
blación europea entre 15 y 65 años.
Correr se ha convertido en uno de
los deportes más populares y con
mayor número de adeptos en los
últimos años. Sin embargo, la prác-
tica de este deporte lleva asociada la
El Instituto de Biomecánica (IBV) y
KELME trabajan en el diseño de
unas zapatillas de correr que lleva-
rán integrado un dispositivo que
permita a los deportistas planificar
mejor su entrenamiento y evitar
posibles lesiones durante la práctica
deportiva.
El dispositivo consiste en un siste-
ma de medición microelectrónico
que es capaz de registrar paráme-
tros biomecánicos que caracterizan
la técnica del corredor durante la
carrera. Esta información se trans-
mitirá de forma inalámbrica al telé-
fono móvil del corredor mientras
practica deporte, donde una aplica-
ción le informará en tiempo real de
la actividad planificada y el nivel de
rendimiento.
La aplicación móvil también podrá
integrar información adicional pro-
porcionada por otros dispositivos
comerciales empleados habitual-
mente por los corredores como el
pulsómetro ó la localización GPS
proporcionada por el propio telé-
fono. .
El deportista también podrá descar-
gar toda la información generada en
un portal web que contará con una
aplicación especializada de planifi-
cación del entrenamiento. Esta apli-
cación on line generará planes de
entrenamiento personalizados a
partir del análisis de la biomecánica
de la carrera, permitirá realizar el
seguimiento del plan de entrena-
miento una vez iniciado y ofrecerá
Imagen 1. Representación del grafeno. Fuente: TheGuardian.co.uk
PONER AQUÍ IMAGEN

11Nº6.Marzo de 2015
rredores es muy alta. Un 38% de los
corredores europeos sufre o ha su-
frido alguna vez una lesión asociada
a la práctica deportiva y entre un 37
y un 56% de los corredores se lesio-
na al menos una vez al año.
El desarrollo del sistema RUNS-
AFER está dirigido en general a
todos los corredores europeos, pero
en particular a todos aquellos que
han sufrido lesiones en el último
año, lo que supone un total de más
de 37 millones de potenciales con-
sumidores.
aparición de lesiones que obligan al
corredor a parar la actividad y per-
der el nivel de forma conseguido
hasta su recuperación o incluso en
algunos casos, abandonar la prácti-
ca.
La incidencia de las lesiones en co-
Imagen 2 Esquema del funcionamiento del sistema electrónico de medida. Fuente: IBV (Instituto de biomecánica de Valencia)
¿Cómo funciona ?
tiempo real (información
sobre el rendimiento, suge-
rencias en cambios en la ca-
rrera o la señal de parada en
caso de detectar alto riesgo
de lesión).
3) Tras realizar la actividad, el
corredor es capaz de descar-
gar toda la información gene-
rada, generándose planes de
entrenamientos específicos
para mejorar el rendimiento.
1) El sistema electrónico de me-
dida recolecta y mide los
principales datos biomecáni-
cos durante la carrea.
2) La información es transmiti-
da de manera inalámbrica al
dispositivo móvil , facilitando
un sistema de feedback en

DESAGÜES PROFUNDOS EN PRESAS. FONDO Y
MEDIO FONDO.
hora del vaciado total del embalse
en caso de ser necesario. Salvo en
presas de categoría C, los desagües
de fondo deben ser dobles, parale-
los e iguales en cuanto a capacidad.
La posición de dicho desagüe en el
embalse suele localizarse en función
de los dos siguientes condicionan-
tes:
- Tener por encima del mismo, en el
llamado embalse “útil”, el volumen
de agua necesaria para la regulación
requerida en su explotación.
- Disponer por debajo del mismo
una altura sobre el lecho del embal-
se suficiente para que se acumulen,
en el llamado embalse “muerto”, los
sedimentos arrastrados por la co-
rriente sin interferir en su funciona-
miento.
A veces van acompañadas de otros
desagües del mismo tipo pero situa-
dos a menor profundidad, los lla-
mados desagües intermedios o de
medio fondo. La utilización de este
tipo de desagües depende sobreto-
do de los siguientes tres condicio-
nantes:
- La altura de la presa. Si la presa es
muy alta el desagüe de fondo estará
sometido a una gran presión lo que
supone mayores esfuerzos mecáni-
cos de funcionamiento y por lo tan-
to mayores riesgos de avería. Al
disponer de un desagüe intermedio
disminuirá la presión, por lo que
quedará dividida entre dos, y este se
encargará de desaguar hasta el nivel
de su cota. Mientras que el desagüe
de fondo la hará desde la cota del
desagüe intermedio hasta la suya.
- El caudal del río o ríos que vierten
en el embalse.
- La conveniencia en la colabora-
ción de los aliviaderos de superficie
con los desagües profundos en la
laminación de avenidas.
En este artículo únicamente nos
centraremos en aquellos desagües
que vierten directamente el agua al
río desde una cierta profundidad,
En cualquier tipo de presa, ya sea
de materiales sueltos, de fábrica e
incluso mixta, suelen ir acompaña-
das de desagües situados a diferen-
tes alturas. Normalmente las presas
suelen estar constituidas por varios
aliviaderos, diferentes tomas
(dedicadas principalmente a la ex-
plotación del embalse), etcétera,
mientras que solo suelen tener dos
o incluso hasta tres desagües a gran
profundidad, los llamados desagües
de fondo. Su utilización es de carác-
ter obligatorio ya que su singular
posición le hace insustituible a la
CARLOS SOTODOSOS MARTINSANZ. INGENIERO TÉCNICO OBRAS PÚBLICAS.
Imagen 1. Esquema de la disposición de los desagües de fondo y medio fondo en una presa de fábrica.
Fuente: ftp://ceres.udc.es

ese momento.
2. Reducir las filtraciones. Con la
disminución de la altura del agua se
puede proceder a la inspección de la
presa en busca de las filtraciones y,
en caso de ser necesario, realizar los
trabajos e inyecciones que permitan
sellarlas.
3. Crear un volumen preventivo
para el almacenaje del agua en pre-
visión de la llegada de grandes ave-
nidas y la consiguiente crecida del
nivel de agua almacenada en el em-
balse. Normalmente suele hacerse
con los aliviaderos de superficie
pero en caso de no ser suficiente
puede auxiliarse de los desagües
profundos, especialmente con los
desagües de medio fondo o inter-
medios en caso de tenerlos.
4. Este último apartado es una ex-
cepción y suele darse en casos muy
raros. Se trata de que el desagüe de
fondo actúa como hilo conductor
ininterrumpido entre la parte de
aguas arriba y aguas abajo de la pre-
sa en caso de sequía extrema. De
esta forma se permite un “caudal
continuo” que garantiza las condi-
ciones higiénicas y ecológicas nece-
sarias, en la medida de lo posible, en
todo el tramo del río. Quedando
únicamente en el embalse el
“volumen muerto”, este volumen es
el que quedaría por debajo del desa-
güe de fondo y no se puede extraer
sin ser bombeado.
- Función limpiadora de los sedi-
mentos acumulados en el fondo
del embalse.
La importancia de esta actividad
depende básicamente de la cantidad
de material en suspensión que lleva
la corriente de agua en ese río. Si las
aguas van muy cargadas de material
en suspensión el desagüe tiene esta
función como actividad principal,
mientras que si por el contrario, las
aguas van muy limpias no requeri-
rán de dicho uso.
Esta actividad de limpieza es exclu-
siva de los desagües de fondo. La
limpieza se lleva a cabo por erosión
y arrastre de partículas, por lo que
es necesario una velocidad mínima
del agua para que se lleve a cabo.
Además también dependerá de la
dimensión de los granos de las par-
tículas, su cohesión y su grado de
consolidación.
Es recomendable hacer funcionar el
desagüe de fondo a plena apertura
porque las líneas de corriente son
más rígidas, la velocidad más eleva-
do y por lo tanto la capacidad de
arrastre, que es lo que buscamos,
será mayor. Normalmente se espera
a que haya sobrantes de agua en el
embalse, si el ritmo de sedimenta-
ción lo permite, para hacerlo fun-
sin tener en cuanta su servicio y
dejando al margen las derivaciones
y tomas para su explotación.
 FUNCIONES DE LOS
DESAGÜES PROFUNDOS.
Las funciones principales y desglo-
sadas en orden de importancia y de
uso son las siguientes:
- Control de nivel y vaciado.
Todos los embalses suelen jugar
con las entradas y salidas de cauda-
les de agua en función de su plan
de explotación en condiciones nor-
males. Pero en situaciones anorma-
les puede ser necesaria e incluso
obligatoria una disminución del ni-
vel del agua como en los siguientes
casos:
1. Para disminuir el empuje hidros-
tático ante un comportamiento anó-
malo de la presa, pudiendo actuar
sobre ella y evitando de esa manera
los posibles riegos sobrevenidos por
dicho empuje. Este tipo de control
suele ser muy útil durante la primera
fase de llenado del embalse y su
“puesta en carga” una vez conclui-
da su construcción. De esta forma
se podrá desaguar el nivel de agua
del embalse hasta la cota del desa-
güe profundo, independientemente
del nivel de agua que tengamos en
Imagen 2. Foto de la Presa Tablachaca, Tayacaja (Perú). Fuente: www.panoramio.com
Imagen 3 y 4. Modelo hidráulico a escala 1:25 sin agua (3) y con agua (4) de la Presa Tablachaca que muestra la forma en que afecta la sedimentación a la presa y la
necesidad de tomar medidas para rectificarla. Fuente: www.scielo.com

to mayores riesgos de avería. Al
disponer de un desagüe intermedio
disminuirá la presión, por lo que
quedará dividida entre dos, y este se
encargará de desaguar hasta el nivel
de su cota. Mientras que el desagüe
de fondo la hará desde la cota del
desagüe intermedio hasta la suya.
- El caudal del río o ríos que vierten
en el embalse.
- La conveniencia en la colabora-
ción de los aliviaderos de superficie
con los desagües profundos en la
laminación de avenidas.
En este artículo únicamente nos
centraremos en aquellos desagües
que vierten directamente el agua al
río desde una cierta profundidad,
sin tener en cuanta su servicio y
dejando al margen las derivaciones
y tomas para su explotación.
 FUNCIONES DE LOS
DESAGÜES PROFUNDOS.
Las funciones principales y desglo-
sadas en orden de importancia y de
uso son las siguientes:
- Control de nivel y vaciado.
Todos los embalses suelen jugar
con las entradas y salidas de cauda-
les de agua en función de su plan
de explotación en condiciones nor-
males. Pero en situaciones anorma-
les puede ser necesaria e incluso
obligatoria una disminución del ni-
vel del agua como en los siguientes
casos:
1. Para disminuir el empuje hidros-
tático ante un comportamiento anó-
malo de la presa, pudiendo actuar
sobre ella y evitando de esa manera
los posibles riegos sobrevenidos por
dicho empuje. Este tipo de control
suele ser muy útil durante la primera
fase de llenado del embalse y su
“puesta en carga” una vez conclui-
da su construcción. De esta forma
se podrá desaguar el nivel de agua
del embalse hasta la cota del desa-
güe profundo, independientemente
del nivel de agua que tengamos en
ese momento.
2. Reducir las filtraciones. Con la
disminución de la altura del agua se
puede proceder a la inspección de la
presa en busca de las filtraciones y,
en caso de ser necesario, realizar los
En cualquier tipo de presa, ya sea
de materiales sueltos, de fábrica e
incluso mixta, suelen ir acompaña-
das de desagües situados a diferen-
tes alturas. Normalmente las presas
suelen estar constituidas por varios
aliviaderos, diferentes tomas
(dedicadas principalmente a la ex-
plotación del embalse), etcétera,
mientras que solo suelen tener dos
o incluso hasta tres desagües a gran
profundidad, los llamados desagües
de fondo. Su utilización es de carác-
ter obligatorio ya que su singular
posición le hace insustituible a la
hora del vaciado total del embalse
en caso de ser necesario. Salvo en
presas de categoría C, los desagües
de fondo deben ser dobles, parale-
los e iguales en cuanto a capacidad.
La posición de dicho desagüe en el
embalse suele localizarse en función
de los dos siguientes condicionan-
tes:
- Tener por encima del mismo, en el
llamado embalse “útil”, el volumen
de agua necesaria para la regulación
requerida en su explotación.
- Disponer por debajo del mismo
una altura sobre el lecho del embal-
se suficiente para que se acumulen,
en el llamado embalse “muerto”, los
sedimentos arrastrados por la co-
rriente sin interferir en su funciona-
miento.
A veces van acompañadas de otros
desagües del mismo tipo pero situa-
dos a menor profundidad, los lla-
mados desagües intermedios o de
medio fondo. La utilización de este
tipo de desagües depende sobreto-
do de los siguientes tres condicio-
nantes:
- La altura de la presa. Si la presa es
muy alta el desagüe de fondo estará
sometido a una gran presión lo que
supone mayores esfuerzos mecáni-
cos de funcionamiento y por lo tan-
Imagen 4. Esquema de las diferentes disposiciones de los elementos de cierre en un desagüe profundo.

y arrastre de partículas, por lo que
es necesario una velocidad mínima
del agua para que se lleve a cabo.
Además también dependerá de la
dimensión de los granos de las par-
tículas, su cohesión y su grado de
consolidación.
Es recomendable hacer funcionar el
desagüe de fondo a plena apertura
porque las líneas de corriente son
más rígidas, la velocidad más eleva-
do y por lo tanto la capacidad de
arrastre, que es lo que buscamos,
será mayor. Normalmente se espera
a que haya sobrantes de agua en el
embalse, si el ritmo de sedimenta-
ción lo permite, para hacerlo fun-
cionar aunque hay embalses que los
tienen en limitadas ocasiones.
La situación del desagüe de fondo,
como hemos comentado, siempre
tiene que estar por encima del lecho
del embalse con la intención de:
1. Dejar un margen inicial de depó-
sito de las partículas sólidas de tal
forma que evite que tenga que fun-
cionar de manera inmediata.
2. Tomar como base una superficie
horizontal y más grande para que de
esa forma sea más lenta la progre-
sión del depósito de las partículas
sólidas.
3. Aliviar las cargas sobre los ele-
mentos de cierre del propio desa-
güe.
Al dejar este pequeño margen en su
implantación siempre quedará un
espesor de sedimentos sin posibili-
dad de ser vaciados de manera auto-
mática por el desagüe, con otros
medios como con las dragas si se
podría hacer pero este posible pro-
ceso queda al margen de la infraes-
tructura que es lo que tratamos en
este artículo. Últimamente se ha
puesto de moda la utilización de
inyectores de agua a presión que
levanta los sedimentos de su lugar
de reposo facilitando su flotabilidad
y la facilidad de ser arrastrados por
el desagüe.
- Colaboración en el cierre del
desvío del río.
Al igual que la anterior función, esta
también es exclusiva de los desa-
gües de fondo. Dicha colaboración
del desagüe es puntual, breve y ex-
clusivamente circunstancial durante
trabajos e inyecciones que permitan
sellarlas.
3. Crear un volumen preventivo
para el almacenaje del agua en pre-
visión de la llegada de grandes ave-
nidas y la consiguiente crecida del
nivel de agua almacenada en el em-
balse. Normalmente suele hacerse
con los aliviaderos de superficie
pero en caso de no ser suficiente
puede auxiliarse de los desagües
profundos, especialmente con los
desagües de medio fondo o inter-
medios en caso de tenerlos.
4. Este último apartado es una ex-
cepción y suele darse en casos muy
raros. Se trata de que el desagüe de
fondo actúa como hilo conductor
ininterrumpido entre la parte de
aguas arriba y aguas abajo de la pre-
sa en caso de sequía extrema. De
esta forma se permite un “caudal
continuo” que garantiza las condi-
ciones higiénicas y ecológicas nece-
sarias, en la medida de lo posible, en
todo el tramo del río. Quedando
únicamente en el embalse el
“volumen muerto”, este volumen es
el que quedaría por debajo del desa-
güe de fondo y no se puede extraer
sin ser bombeado.
- Función limpiadora de los sedi-
mentos acumulados en el fondo
del embalse.
La importancia de esta actividad
depende básicamente de la cantidad
de material en suspensión que lleva
la corriente de agua en ese río. Si las
aguas van muy cargadas de material
en suspensión el desagüe tiene esta
función como actividad principal,
mientras que si por el contrario, las
aguas van muy limpias no requeri-
rán de dicho uso.
Esta actividad de limpieza es exclu-
siva de los desagües de fondo. La
limpieza se lleva a cabo por erosión
Imagen 5. Válvula de compuerta deslizante o
Burreau. Fuente: www.rosni.com
Imagen 4. Válvulas de chorro hueco o Howell-
Bunger en la Presa El Cenajo, Murcia.
Fuente: www.panoramio.com

esta forma permite un funciona-
miento suave y una distribución
más uniforme del caudal. Por ello y
al igual que las anteriores válvulas
también suele ser más utilizada en
tomas de explotación.
- Compuertas. Al contrario que
las válvulas, las compuertas son ex-
teriores al conducto de presión y se
introducen en él para cerrarlo. Se
utilizan con grandes dimensiones
que las válvulas no son capaces de
cubrir. Generalmente en desagües
de presas se utilizan de los dos tipos
siguientes:
1. Compuertas de segmento. Este
tipo de compuertas son cada vez
más utilizadas por sus múltiples
ventajas. Entre ellas se encuentran
un menor peso que el resto de com-
puertas para un mismo rendimien-
to, la ausencia de ranuras-guía que
evitan problemas de cavitación y
además ejerce menores esfuerzos de
elevación al estar concentrado el
empuje en el eje de giro.
Cuando se encuentra la compuerta
en el interior de la presa necesitará
un lugar para alojarse cuando se
encuentre en posición abierta o se-
miabierta. En caso de situarse al aire
libre no necesitaría dicho espacio a
imagen y semejanza de las com-
puertas superficiales.
2. Compuertas verticales. Este tipo
de compuertas consisten en una
placa móvil, plana o curva, que al
levantarse permite graduar la altura
del orificio que se va descubriendo
y a la vez controla la descarga pro-
ducida. El orificio, generalmente, se
abre entre el suelo del conducto de
presión y el borde inferior de la
compuerta. Al tener un mayor em-
puje hidrostático que las compuer-
tas de superficie necesitarán un bue-
na zona de rodamiento. Puede ser
de tipo “vagón” cuando el sistema
de rodadura está formado por rodi-
llos, cuyos ejes, fijos en los laterales
de cada compuerta, están separados
y esparcidos uniformemente. O
también pueden ser de tipo
“Stoney” cuando el deslizamiento
uniforme se consigue mediante la
instalación de un tren de rodillos
que se sitúan entre el perfil de apo-
yo de la compuerta y el carril de
rodadura de las guías. De esta for-
ma se evita el rozamiento en los ejes
sección circular de eje transversal a
la corriente llamada mariposa. La
posición de máxima apertura de la
válvula se da con la mariposa en
posición horizontal. Se suelen utili-
zar cada vez menos por el esfuerzo
mecánico que se requiere para man-
tenerla abierta. Suele utilizarse más
en tomas de explotación.
4. Válvula de aguja. Este tipo de
válvulas esta constituido por un
huso interior unido a una aguja mó-
vil, en función del movimiento de
dicha aguja puede obturar más o
menos el orificio circular de salida y
permitir con ello mayores o meno-
res caudales de salida de agua. De
Imagen 6. Antigua válvula de mariposa de la Presa
de Canelles, Lérida.
Fuente: www.embalses.net
Imagen 7. Válvula de aguja.
Fuente: www.valvulasross.com
Imagen 8. Esquema de la sección de una compuerta de segmento sumergida interior.

se suelen disponer unas rejas en el
paramento de aguas arriba a la en-
trada del conducto de presión evi-
tando la entrada de elementos que
puedan obstruirlas. Por ello la sepa-
ración entre sus barrotes tendrá que
se de un menor tamaño que la parte
más estrecha de la sección de la vál-
vula. Con velocidades pequeñas las
rejas son eficaces, pero con veloci-
dades altas se producen grandes
vibraciones en ellas debida a los
empujes. Por ello la tendencia actual
es a suprimirlas compensando su
ausencia con conductos de des-
aguado amplios y diáfanos aunque
no siempre es posible.
REFERENCIAS Y
BIBLIOGRAFÍA:
 Textos:
- Apuntes de proyectos y
construcción de presas. Tomo V.
Aliviaderos, desagües y tomas.
Alfonso Álvarez.
- Tratado básico de presas.
Tomo I. Generalidades. Presas
de hormigón y de materiales
sueltos. Aliviaderos. Eugenio
Vallarino.
- Guía Técnica de Seguridad.
Número 5. Aliviaderos y
desagües. C.E.G.P.
- Informe final sobre la
investigación en modelo
hidráulico físico de la Presa de
Tablachaca. Universidad de
Piura .
 Imágenes:
ftp://ceres.udc.es
www.scielo.org
www.panoramio.com
www.embalses.net
www.valvulasross.com
Imagen 9. Esquema de la sección de una compuerta vertical sumergida interior. Elevado por un cilindro
oleohidraúlico. Fuente: ftp://ceres.udc.es
Imagen 10. Rejas de los desagües de fondo parale-
los en la Presa Alto Lindoso , Portugal.
de las ruedas que tienen los de
“vagón” y la rodadura de los
“Stoney” se hace por lo tanto más
suave.
Las combinaciones entre compuer-
tas son muy variadas dependiendo
de cada caso, por ejemplo, las si-
guientes distribuciones son bastante
comunes a veces acompañadas de
ataguías en la zona del paramento
de aguas arriba.
- Dos compuertas de segmento.
- Una compuerta vertical para segu-
ridad y una compuerta de segmento
para control.
- Una compuerta de segmento para
seguridad y dos o más válvulas de
chorro hueco para regular el caudal
de descarga.
- Rejas. Para proteger las válvulas

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
ALTERNATIVOS. MEP Y MEC
una demanda objetiva por parte de
la sociedad que requiere plantas de
potencia que, entre otras exigencias,
sean fiables, eficientes, respetuosas
con el medio ambiente, fáciles de
mantener y poco costosas.
Este articulo va a tratar de explicar
el funcionamiento de este tipo de
motores, además de mostrar sus
elementos constructivos más im-
portantes y, finalmente, se tratará de
comparar las características de los
motores de encendido por compre-
sión y los de encendido provocado.
Introducción
Un MCIA es una máquina que me-
diante el desplazamiento lineal de
un émbolo permite obtener energía
mecánica a partir de energía térmica
almacenada en un fluido y liberada
por un proceso de combustión in-
terna.
Según el ciclo de trabajo se pueden
clasificar en motores de 2 tiempos o
motores de 4 tiempos y según la
mezcla de aire combustible se clasi-
fican en MEC Y MEP.
Los motores de 2T se emplean bási-
camente en motores MEP peque-
ños y baratos debido a su sencillez
constructiva. Este tipo de motores
presenta una elevada carga térmica
del motor, además de tener un mal
rendimiento debido al cortocircuito,
Los motores de combustión interna
alternativos (MCIA) equipan prácti-
camente a todos los vehículos de
transporte por carretera de mercan-
cías y pasajeros, y además tienen
implantación en el sector naval, ae-
ronáutico, industrial y de sistemas
auxiliares. Tanto para los motores
de encendido provocado (MEP)
como para los motores de encendi-
do por compresión (MEC) existe
DAVID RUBIO BARBA. INGENIERO TÉCNICO INDUSTRIAL ESP. MECÁNICA
Imagen 1. Motor de combustión interna alternativo
Fuente: www.mecanicaymotores.com

sión, el pistón sube y comprime la
mezcla de aire/combustible.
- 3er tiempo: carrera de expansión.
Se enciende la mezcla comprimida y
el calor generado por la combustión
expande los gases que ejercen pre-
sión sobre el pistón.
- 4to tiempo: carrera de escape. Se
abre la válvula de escape, el pistón
se desplaza hacia el punto muerto
superior, expulsando los gases que-
mados.
Los ciclos mostrados son teóricos,
de manera que, en un ciclo real, hay
diferentes tipos de pérdidas de calor
que modifican el rendimiento del
motor.
El ciclo es abierto, es decir, se inter-
cambia masa con el exterior durante
los procesos de admisión y escape.
Además, el fluido operante es reac-
tivo y modifica sus propiedades al
producirse la combustión.
Durante el proceso de compresión
hay pequeñas fugas de gas y se pro-
duce intercambio de calor entre el
fluido y la pared del cilindro y, por
tanto, el proceso no es adiabático.
En cuanto al proceso de combus-
tión hay pérdidas de calor hacia el
fluido refrigerante, la combustión
no es completa debido a las imper-
fecciones en la formación de la
mezcla y la velocidad media del pis-
tón y la del frente de llama son del
mismo orden, lo que impide que la
combustión ocurra instantáneamen-
te en el PMS.
Por último, durante el proceso de
expansión hay un elevado gradiente
de temperatura entre el fluido y la
pared del cilindro, el proceso no es
adiabático y ocurren grandes pérdi-
das de calor. Además, la apertura de
la válvula de escape antes del PMI,
provoca pérdidas de calor en los
gases enviados al exterior.
De esta manera, el balance térmico
en un motor típico queda del orden
del 30% en potencia efectiva, calor
cedido al refrigerante y flujo entálpi-
co de los gases de escape respecti-
vamente. El 10% se pierde por ac-
cionamiento de accesorios, combus-
tión incompleta y la convección con
el ambiente,
fenómeno que ocurre durante el
proceso de barrido y representa el
paso directo de mezcla fresca desde
la admisión al escape.
En MEC se utilizan en grandes mo-
tores como plantas de cogeneración
o grandes embarcaciones, debido a
que en este caso si que presentan un
buen rendimiento. No obstante,
precisan de una gran complejidad
en el diseño y deben tener bombas
de barrido y válvulas independientes
lo que no los hacen viables para
generalizar su utilización.
Puesto que los motores de 4 tiem-
pos están mucho más generalizados
en la actualidad, se explicará el fun-
cionamiento de éstos y se compara-
rán las diferencias entre los motores
MEC Y MEP con este ciclo de tra-
bajo.
Principio de funcionamiento
El motor de 4 tiempos funciona
según el ciclo Otto en MEP y según
el ciclo diesel en MEC (Imagen 3),
siguiendo esta serie de fases:
- 1er tiempo: carrera de admisión.
Se abre la válvula de admisión, el
pistón baja y el cilindro se llena de
aire mezclado con combustible.
- 2do tiempo: carrera de compre-
sión. Se cierra la válvula de admi-
Imagen 3. Ciclo diesel (izquierda) y ciclo Otto (derecha)
Imagen 2. Fases del motor de 4 tiempos. Fuente: www.enciclopedia.us.es

Elementos constructivos
El MCIA está formado por un con-
junto de sistemas estructurales que
permiten su correcto funcionamien-
to:
- Estructura soporte: compuesta
por el bloque de cilindros (donde se
apoyan las demás partes del motor),
que debe poseer conductos interio-
res para llevar el aceite a presión a
los diferentes cojinetes que sopor-
tan el cigüeñal, así como conductos
para llevar el aceite a la culata que, a
su vez, tiene conductos para llevar
el aceite al árbol de levas o de ba-
lancines.
También cuenta con la culata, la
pieza del motor de diseño más
complejo por la cantidad de funcio-
nes y requerimientos que debe cum-
plir. Por lo general tiene alojados
elementos como conductos de ad-
misión y de escape (empalman con
los colectores de admisión y esca-
pe), asientos de válvula, guías de
válvulas (pieza sobre la cual desliza
la válvula), circuitos de refrigera-
ción, y la junta de culata que sirve
para evitar las fugas en la unión en-
tre cilindro y culata, también sirve
de junta en las uniones de los con-
ductos de agua y aceite entre bloque
y culata.
Por último cuneta con el cárter, el
elemento que cierra el bloque, de
forma estanca, por la parte inferior,
y que cumple adicionalmente con la
función de actuar como depósito
para el aceite del motor. Simultá-
neamente, este aceite se refrigera al
ceder el calor exterior.
- Mecanismo pistón-biela-manivela:
compuesto por el pistón, que trans-
mite la fuerza de los gases a la biela,
siendo lo más estanco posible al
paso de gases de combustión al cár-
ter y de aceite del cárter a la cámara
de combustión, para ello leva a su
alrededor unos aros metálicos que
se ajustan al cilindro (segmentos).
El cigüeñal y la biela se encargan de
transformar el movimiento alterna-
tivo en rotativo, que suministre un
par útil.
- Mecanismo de distribución de ga-
ses: lo forman las válvulas, que son
las encargadas de controlar el paso
de fluido por la cámara de combus-
tión durante el proceso de admisión
de aire y de permitir la salida de los
gases de escape hacia el exterior
para que se renueve la carga. El sis-
tema de distribución agrupa a todos
los elementos mecánicos que pro-
vocan la apertura y cierre de las vál-
vulas, debe estar sincronizado con
el movimiento del cigüeñal y com-
pleta un ciclo de funcionamiento
cada dos vueltas del motor (el árbol
de levas gira a la mitad de revolucio-
nes que el cigüeñal).
Continuando con su funcionamien-
to, mediante el proceso de la com-
bustión desarrollado en el cilindro,
la energía química contenida en el
combustible es transformada prime-
ro en energía calorífica, parte de la
cual se transforma en energía cinéti-
ca (movimiento), la que a su vez se
convierte en trabajo útil aplicable a
las ruedas propulsoras; la otra parte
se disipa dela forma que se ha expli-
cado anteriormente.
El movimiento del pistón es trans-
mitido por medio de la biela al eje
principal del motor o cigüeñal, don-
de se convierte en movimiento rota-
tivo, el cual se transmite a los meca-
nismos de transmisión de potencia
(caja de velocidades, ejes, diferen-
cial, etc.) y finalmente al elemento
que se desea accionar como las rue-
das de un vehículo en el caso de la
automoción o accionamiento de
sierras mecánicas, bombas, genera-
dores etc., en el caso de régimen
estacionario.
Imagen 4. Estructura soporte. Fuente:
Departamento de motores térmicos de la
UPV.
Imagen 5. Mecanismo pistón-biela-manivela.
Fuente: www.aficionadosalamecanica.com

beo, rozamientos, etc. De
esta manera se puede cal-
cular como:
- Potencia efectiva: Es el
trabajo efectivo por unidad
de tiempo:
Donde z es el número de
cilindros, n es el régimen
de giro en vueltas/s e i es
el número de ciclos por
vuelta, que en el caso de 4T será de
0.5, ya que es una carrera de trabajo
por cada dos vueltas de cigüeñal.
- Rendimiento efectivo: Es la rela-
ción entre la potencia efectiva y la
potencia térmica consumida:
Donde mf es el gasto de combusti-
ble y Hc es el poder calorífico del
mismo.
- Presión media indicada y efectiva:
La presión media es la presión
constante que produce un trabajo
durante una carrera. La pmi tendrá
en cuenta el trabajo indicado y la
pme el efectivo o real por lo que
quedará expresada:
Donde Vd es el volumen de un ci-
lindro.
- Par efectivo: Es el par mecánico
obtenido por el eje motor, propor-
cional a la cilindrada y la pme y, por
lo tanto, al trabajo efectivo.
Puesto que Vd·z sería igual al volu-
men total o cilindrada (VT)
- Dosado y dosado relativo: El do-
sado (F) es la relación entre la masa
de combustible y la masa de aire
para realizar la mezcla:
El dosado relativo es la relación
entre el dosado y el dosado este-
quiométrico que es un tipo de do-
sado con unos valores de mezcla ya
establecidos para cada tipo de com-
bustible que se emplee.
- Rendimiento volumétrico: Es el
indicador de llenado del cilindro:
Donde mref es el gasto másico de
referencia asociado al volumen total
desplazado por el motor en unas
condiciones de referencia (ambiente
o entrada al colector de admisión) y
queda expresado como:
Donde ref es la densidad en dichas
condiciones.
Uniendo todas estas ecuaciones, la
potencia puede quedar expresada en
función de todos sus parámetros:
Además de los sistemas estructura-
les, también cuenta con los sistemas
auxiliares como el de lubricación
(utilización de aceite para reducir la
fricción de las piezas móviles), de
refrigeración( enfría el motor que se
sobrecalienta debido a las altas tem-
peraturas producidas por la com-
bustión), el sistema de alimentación
de combustible, el de renovación de
la carga (del que se hablará poste-
riormente) y el de encendido( sólo
en MEP puesto que el encendido es
provocado).
Parámetros de funcionamiento
A continuación se expondrán una
serie de elementos de los cuales de-
pende en funcionamiento del motor
para así poder conocer mejor los
parámetros que lo caracterizan.
- Trabajo indicado y efectivo: El
trabajo indicado es el que se realiza
en el ciclo ideal, mientras que el
efectivo es el que tiene en cuenta
todas las pérdidas, como el bom-
La potencia de un motor depende principalmente del
régimen de giro, del rendimiento efectivo y del llenado del
Imagen 6. Sistema de distribución. Fuente: Departa-
mento de motores térmicos de la UPV.
pie WWW 
niWzN ee 
cf
e
e
Hm
N


pmppmipme 
d
e
V
W
pme
 22
iVpme
n
N
w
N
M Tee
e


ma
mf
F 
e
R
F
F
F 
mref
ma
v 
niVrefmref T  
cTeRvee HVrefFFniN   ·

dientes de presión, con aparición de
ondas de presión a menudo audi-
bles, hablándose entonces de deto-
nación o picado de bielas, fenó-
meno muy peligroso, ya que las vi-
braciones inducen mayor transmi-
sión de calor a través de las paredes,
pudiendo destruir el motor si el fe-
nómeno es intenso y se mantiene de
manera prolongada. Por tanto, es
necesario evitar este tipo de com-
bustión en MEP.
En este tipo de combustión se pro-
ducen agentes contaminantes como
el CO, que depende del dosado y es
muy tóxico, además de hidrocarbu-
ros sin quemar debido a combustio-
nes incompletas o apagado de la
llama por mezclas pobres.
Combustión en MEC
A diferencia del MEP, en este caso
el motor admite aire sin combusti-
ble inyectándose este al final de la
carrera de compresión. De esta ma-
nera, la mezcla se autoinflama como
consecuencia de la propia compre-
sión. En este caso, siempre trabajan
con mezclas con exceso de aire.
Tan pronto como se inyecta el com-
bustible, se forman las primeras
gotas que se evaporan y mezclan
con el aire, y debido a las altas P y T
empiezan las prerreacciones quími-
cas que van a dar lugar después de
un cierto tiempo (llamado tiempo
de retraso) a la aparición de llama
por autoinflamación.
La localización del punto donde se
inicia la combustión es aleatoria, no
dependiendo la inflamación de la
mezcla de un aporte exterior de ca-
lor como ocurría en MEP, sino que
se trata de un fenómeno de autoin-
flamación que es consecuencia del
elevado estado térmico (P,T) que
existe en la cámara en las cercanías
del PMS (punto muerto superior).
La llama suele aparecer cuando la
distribución del aire y combustible
no es todavía homogénea, por lo
que coexisten los procesos de for-
mación de la mezcla y de combus-
tión. La duración de la combustión
es mayor en MEC que en MEP.
El diseño de la cámara de combus-
tión en MEC tiene una gran impor-
tancia, ya que además de favorecer
la correcta combustión, tiene tam-
bién la misión de propiciar la for-
mación de una mezcla adecuada. Se
distinguen dos tipos fundamentales
de cámaras:
· Cámara abierta (inyección directa):
el combustible se inyecta directa-
mente en el volumen entre culata y
pistón.
· Cámara dividida (inyección indi-
recta): el combustible se inyecta en
una precámara independiente al
volumen entre culata y pistón.
En cuanto a la contaminación, a
demás de producir hidrocarburos
sin quemar, en MEC se producen
NOx, ya que se forma a elevadas
temperaturas y presiones en mez-
clas pobres. Al mezclarse con el aire
se transforma en NO2, que es un
agente muy venenoso. Tanto para
MEC como para MEC, se han de
buscar soluciones para reducir la
contaminación, como mejorar los
procesos del ciclo de trabajo,
Combustión en MEP
Habitualmente, la formación de la
mezcla se realiza fuera del cilindro.
Una vez introducida en la cámara, la
combustión se inicia por una causa
externa, como el salto de una chis-
pa. La relación aire-combustible
utilizada está en el entorno de la
estequiométrica.
En MEP se habla de combustión
homogénea o premezclada ya que la
mezcla que se encuentra en el cilin-
dro es homogénea: posee en cual-
quier punto el mismo dosado.
La combustión normal tiene lugar
en el frente de llama que es la su-
perficie que separa la zona fresca de
la zona quemada: la zona quemada
trasmite calor al frente de llama,
entonces la mezcla que integra el
frente se inflama, pasando a engro-
sar la zona quemada, provocando
que avance el frente de manera sua-
ve y comprimiendo la mezcla fresca.
Si la mezcla fresca se inflama por sí
misma por estar sometida a altas
presiones y temperaturas que son
ocasionadas como consecuencia de
la compresión sufrida, se hablará de
una combustión por autoinflama-
ción. Es una combustión brusca y
descontrolada, casi instantánea, mu-
cho más rápida que la combustión
normal, provocando elevados gra-
Imagen 7. Cámaras de combustión MEC (izquierda y centro) y MEP (derecha)
Fuente :www.tallerdemecanica.com y www.geocities.ws

pérdidas a levantamien-
tos parciales, el rendi-
miento volumétrico es
menor que 1.
De esta manera, el tra-
bajo que caracteriza el
coste del PRC es el tra-
bajo de bombeo (Wb),
que tiene en cuenta to-
das las pérdidas ocasio-
nadas en este proceso.
Por tanto, cuando se
diseña un motor, ha de
tenerse en cuenta la
optimización del dia-
grama de distribución, que define la
apertura y cierre de válvulas de ma-
nera que mejore el llenado y reduz-
ca el Wb. También se mejora el dise-
ño y tamaño de las válvulas, o inclu-
so el número de éstas (culatas multi-
válvulas) además de optimizar el
diseño del colector de admisión y
escape para aprovechar la dinámica
de ondas y así mejorar el llenado el
motor y por tanto, el rendimiento
volumétrico.
La sobrealimen-
tación es otra
manera de au-
mentar la poten-
cia del motor y
consiste básica-
mente en incre-
mentar la canti-
dad de aire aspi-
rado.
Al colocar un
compresor antes
del colector de admisión, se consi-
gue una mayor masa de aire en el
mismo volumen lo que provoca un
aumento considerable de la poten-
cia. Esto también aumenta la tem-
peratura del ciclo, lo que hace el
motor más adiabático, aumentando
así el rendimiento efectivo.
No obstante, este aumento de pre-
sión aumenta las cargas mecánicas
en el interior del cilindro, y el au-
mento de temperatura provoca un
incremento del número de agentes
contaminantes del tipo NOx .
Para evitar esto, se utiliza un inter-
cooler entre el compresor y el mo-
tor, que consiste en un intercambia-
dor de calor que enfría el aire a alta
presión que ha sido comprimido.
Esta técnica está generalizada en
MEC pues prácticamente todos los
aspectos que presenta son ventajas.
No obstante, la sobrealimentación
en MEP aumenta el riesgo de pica-
do de la biela, ya que a tan alta pre-
sión, el riesgo de autoinflamación es
mayor, por lo que la utilización de
la sobrealimentación en este tipo de
motores no es muy popular.
Comparación MEP Y MEC
Para finalizar, se mostrará una tabla
con las diferencias principales entre
MEC Y MEP:
utilización de combustibles de bue-
na calidad, uso de catalizadores, etc.
Renovación de la carga y sobre-
alimentación
El proceso de renovación de la car-
ga (PRC) es la sustitución de los
productos quemados por mezcla sin
quemar (aire en los MEC), con el
fin de repetir los procesos termodi-
námicos que tienen lugar en el cilin-
dro. Mejorando la eficiencia de este
proceso se puede aumentar la po-
tencia del motor puesto que el PRC
depende el rendimiento volumétri-
co y la potencia depende de éste a
su vez.
Debido a los fenómenos de inercia
en el movimiento de los gases, al
calentamiento del aire por contacto
con las paredes del colector de ad-
misión y las paredes del cilindro que
se encuentran a alta T, a la pérdida
de presión (pérdida de carga) entre
la atmósfera y el cilindro por fric-
ción fluido-pared y turbulencia en
colector admisión y válvulas y a que
éstas válvulas no abren y cierran
instantáneamente en los puntos
muertos del pistón, introduciendo
Imagen 8. Esquema de un motor sobrealimentado.
Fuente: www.automovilismo.wikia.com
REFERENCIAS Y
BIBLIOGRAFÍA:
- Apuntes y transparencias del
departamento de motores térmicos
de la UPV.
- www.aficionadosalamecánica.com

cia, basados en mecanismos que permiten variar el án-
gulo de paso de las palas. Inicialmente se diseña el siste-
ma de control y se lleva a cabo un estudio implemen-
tando sistemas de regulación clásicos, analizando su
respuesta y robustez ante diferentes entradas. Una vez
que se han analizado éstos, se propone y se investiga
sobre otros modelos de control más actuales basados en
control borroso y control neuronal.
Sistemas de Regulación y Control
Los sistemas de regulación desempeñan hoy en día un
papel fundamental en la práctica totalidad de los proce-
sos industriales. La precisión y complejidad de los mo-
vimientos, el tiempo de respuesta, el esfuerzo de con-
centración necesario y la exactitud que debe alcanzarse
en los valores de las magnitudes físicas y químicas que
intervienen en los distintos puntos de los procesos in-
dustriales y máquinas, hace que no puedan gobernarse
manualmente y obliga a dotarlos de elementos inteligen-
tes que hagan viable su conducción automática.
El regulador constituye el elemento fundamental en un
sistema de control, pues determina el comportamiento
del bucle, ya que condiciona la acción del elemento ac-
tuador en función del error obtenido. Gran parte de los
controladores elaboran la señal de mando del acciona-
dor a través de un tratamiento de la señal de error.
Introducción
La energía eólica se ha consolidado como una de las
principales fuentes de energía renovable a nivel mundial
y se ha convertido en los últimos años en una excelente
apuesta para rentabilizar las inversiones en desarrollo
sostenible, sustituyendo a las fuentes de energía conven-
cionales por una energía mucho más limpia, segura y
respetable con el medio ambiente.
Su evolución ha sido claramente notable a lo largo de
las décadas y en la actualidad la energía eólica está expe-
rimentando una gran expansión a nivel mundial, en par-
ticular en Europa, donde Alemania, España y Dinamar-
ca se encuentran a la cabeza en potencia instalada. Toda
esta evolución se ha traducido en continuos progresos
tecnológicos, optimizando el rendimiento aerodinámico
de las palas, que permite mayor generación eléctrica con
la misma superficie de rotor, mejoras en lo relativo a la
aplicación de electrónica de potencia, que brinda a las
máquinas una conexión más eficiente, un progreso sus-
tancial en los sistemas de control y la incorporación de
nuevos tipos de generadores. A este respecto, si bien los
primeros parques emplearon turbinas de velocidad fija
con generadores asíncronos con rotor cortocircuitado,
en los últimos años la tendencia dominante ha sido la de
instalación de turbinas de velocidad variable, bien con
generadores asíncronos doblemente alimentados o bien
con generadores síncronos acoplados a la red mediante
convertidores electrónicos en el estator. También se
han logrado nuevos desarrollos para el control de po-
tencia y para evitar sobrecargas mecánicas y eléctricas
en el caso de vientos fuertes, utilizando sistemas de re-
gulación por cambio de ángulo de paso "pitch control" y
por pérdidas aerodinámicas "stall control".
El presente trabajo tiene como objetivo realizar un
estudio de los sistemas de regulación empleados para el
control de potencia de los aerogeneradores, centrándose
en los sistemas activos de limitación y control de poten-
SISTEMAS ACTIVOS DE LIMITACIÓN Y CONTROL
DE POTENCIA EN AEROGENERADORES
FERNANDO ABAD BARRAL. INGENIERO EN ELECTRÓNICA
Imagen 1. Controlador de acción proporcional, integral y derivativo.
Fuente: Departamento Automática. UAH.

posible gobernar la potencia modificando el régimen de
giro de la turbina.
Desde un punto de vista de control de potencia es mu-
cho más efectivo modificar el ángulo de ataque de la
velocidad del viento sobre los perfiles. Este efecto se
puede conseguir de forma pasiva, es decir, por diseño
aerodinámico es posible que a partir de una determina-
da velocidad del viento se produzca la pérdida aerodiná-
mica y la potencia desarrollada por la turbina se reduzca
considerablemente. El control de potencia se puede
realizar también de forma activa. Este tipo de control
consiste en girar la pala en la dirección del viento inci-
dente, reduciendo el ángulo de ataque y de igual manera
las fuerzas de sustentación. Si el giro se produce en sen-
tido contrario, en dirección opuesta a la velocidad del
viento incidente, se consigue la entrada en pérdida aero-
dinámica, pero en este caso de una forma controlada
(fenómeno de pérdida aerodinámica activa).
Por lo general, cada generador dispone de un sistema
de control basado en microprocesador que realiza dife-
rentes funciones. Por un lado, se encarga del control y
regulación de las variables de funcionamiento del aero-
generador, actuando sobre los sistemas de freno del
rotor y del bastidor, de cambio de paso de las palas, de
orientación y sobre el generador eléctrico, incluyendo la
comprobación y diagnóstico de la máquina antes de la
puesta en marcha y durante su funcionamiento y super-
visando las actuaciones de parada y arranque de la má-
quina en función de las condiciones del viento y de las
variables de funcionamiento. Por otro lado, también
juega un papel fundamental en el registro de las inciden-
cias producidas y de sus causas y de llevar a cabo la co-
municación con el sistema de control central.
Este tratamiento consiste en una amplificación del
error, su integración con respecto al tiempo o su deriva-
da con respecto al tiempo, dando lugar, respectivamen-
te, a las siguientes acciones básicas de control:
Acción proporcional (P).
Acción integral (I).
Acción diferencial o derivativa (D).
Sistemas Aerodinámicos de Control en
Aerogeneradores
La distribución de fuerzas aerodinámicas a lo largo de
la envergadura de una pala depende del módulo y direc-
ción de la velocidad del viento resultante en cada perfil.
Esta velocidad relativa es función, a su vez, de la veloci-
dad de giro de la máquina y de la geometría de la pala.
La contribución de todas estas fuerzas produce un par
mecánico y una fuerza de empuje sobre el rotor eólico
cuya dependencia es cuadrática con la velocidad del
viento incidente a la altura del buje de la máquina. Tan-
to el par como la fuerza de empujen dependen también
de la densidad del aire φ, del área barrida por las palas
cuyo diámetro es D y del coeficiente de par, Cq, y de
empuje, CT, respectivamente
Si no se toma medida alguna, puede suceder que para
velocidades del viento elevadas, el par y el empuje to-
men valores que superen la potencia eléctrica asignada
al generador eléctrico o las cargas admisibles sobre los
elementos mecánicos del aerogenerador. Además, los
distintos componentes de cada aerogenerador están di-
señados para alcanzar la potencia nominal del aerogene-
rador, que es la máxima potencia que éste puede apro-
vechar para una determinada velocidad del viento deno-
minada velocidad nominal y por tanto, para velocidades
del viento superiores a la nominal, es necesario limitar la
potencia que capta la aeroturbina. Por todas estas razo-
nes, es necesario controlar las fuerzas aerodinámicas.
Básicamente, las fuerzas aerodinámicas se pueden re-
ducir disminuyendo el ángulo de ataque de la velocidad
del viento sobre el perfil, o haciendo que se produzca
un desprendimiento de las líneas de corriente aumen-
tando el ángulo de ataque por encima de un valor deter-
minado (fenómeno de entrada en pérdida). También es
Imagen 2. Distribución de las cargas a lo largo de la pala.
Fuente: “www.cubasolar.cu”.
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42
1 2
2
V
D
CF T


)2(
82
1 2
3
V
D
CT q



o que se presenten problemas de inestabilidades.
El sistema de control de paso de pala también se utili-
za durante el arranque y la parada del sistema. Así, cuan-
do el aerogenerador arranca, la actuación sobre el paso
de pala permite conseguir una determinada aceleración
durante el proceso de arranque, aumentando el par si la
velocidad del viento es pequeña y limitándolo si la velo-
cidad del viento es alta, de forma que el aumento del
grado de carga durante la conexión se haga de forma
progresiva.
El principal inconveniente de este tipo de sistemas es
el coste del mecanismo de variación del ángulo de cala-
do y la mayor complejidad del sistema, lo que redunda
en una mayor fiabilidad. Por contra, su principal ventaja
frente a los sistemas de paso fijo es que permiten una
mayor captura energética, ya que por encima de la velo-
cidad del viento nominal la potencia se mantiene cons-
tante, incluso en el caso de que en las palas aparezcan
agentes externos como hielo o suciedad.
Diseño de un Controlador Clásico para la
Regulación del Ángulo de Paso
El diseño de sistemas de regulación conlleva el exhaus-
tivo estudio del sistema y en el caso de un aerogenera-
dor, exige que este sistema de control deba responder
con la exactitud, estabilidad y rapidez necesaria ante la
variabilidad y aleatoriedad del viento. Matlab y a través
de su entorno Simulink representan una importante he-
rramienta en la que se pueden realizar diseños físicos de
sistemas y diseñar controladores para dichos sistemas,
llevando a cabo simulaciones en las que poder interpre-
tar la respuesta obtenida.
El sistema que se pretende controlar es la pala del ae-
rogenerador y ésta modifica su ángulo de paso a través
de un actuador mecánico. Este actuador es gobernado
por un controlador, el cuál le indica la fuerza con la que
tiene que incidir sobre la pala para conseguir el ángulo
de paso deseado.
Sistemas Activos de Control de Potencia
Las turbinas eólicas de paso de pala variable utilizan
un sistema activo de giro de las palas para controlar las
actuaciones de la máquina de la siguiente forma: duran-
te el funcionamiento a carga parcial, se mantiene el án-
gulo de calado del perfil en un valor que hace máxima la
potencia desarrollada por la turbina, siendo β aproxima-
damente nula. Para velocidades del viento elevadas, el
sistema de control del ángulo de paso de pala aumenta
el ángulo de calado (esto es, disminuye el ángulo de ata-
que) para mantener la potencia constante y reducir las
fuerzas de empuje sobre el rotor eólico. La variación del
ángulo de paso β de las palas hace que varíe en una mis-
ma cantidad el ángulo de calado de todas las secciones
de la pala, θ´= θ + β, lo que produce una variación del
ángulo de ataque en todas ellas y, por tanto, de la poten-
cia. En la figura 3 se muestra como están relacionados
el ángulo de calado θ, el ángulo de incidencia φ y el án-
gulo de ataque α.
El control de paso puede girar la totalidad o una parte
de la pala. Los sistemas con control de paso en la totali-
dad de la pala tienen la ventaja, con respecto a los que
sólo permiten girar parte de ella, de ser aerodinámica-
mente más eficaces, ya que ante una misma variación
del ángulo girado las reducciones de la potencia son
mayores. Debido a ello, los sistemas con control de pa-
so en parte de la pala necesitan incrementar en mayor
medida el ángulo de paso para obtener las mismas pres-
taciones, esto hace que sea más probable que aparezcan
sobre el rotor eólico regímenes de pérdida aerodinámica
Imagen 5. Sistema de control de estudio.
Fuente: Matlab software.
Imagen 3. Ángulos de incidencia φ, de ataque α y de calado θ.
Fuente: Energía Eólica; Fundamentos y Tecnología
Imagen 4. Variación del ángulo de paso.
Fuente: Energía Eólica; Fundamentos y Tecnología.

recibida del controlador y generar una señal de salida, la
cual se aplica sobre el elemento mecánico final.
Por último, el controlador es el encargado de propor-
cionar la señal de fuerza que se dirige al actuador. Esta
señal de fuerza se genera en función de varios paráme-
tros de entrada como son la velocidad de extensión y la
extensión que tiene la pala y el ángulo de paso que se
desea conseguir.
Las tres señales de entrada se procesan y se tratan,
comparándolas en el bloque comparador y llevando la
salida de éste a la entrada del controlador PI. Este con-
trolador esta formado por una acción integral y una
La pala del aerogenerador ha sido diseñada a través de
la herramienta SinMechanics. Para modelar y simular un
sistema mecánico, primero, es necesario especificar las
propiedades de los cuerpos tales como la masa, la iner-
cia y los ejes de coordenadas sobre los cuales actuarán
los cuerpos. Posteriormente se colocan los sensores que
miden las fuerzas y movimientos de los cuerpos, así
como actuadores y elementos de fuerza que generan el
movimiento del sistema. El modelado de sistemas me-
cánicos se realiza por medio de los bloques que se en-
cuentran en las diferentes bibliotecas en las que está
organizado SimMechanics.
El diseño de la imagen 6 da lugar al componente me-
cánico de la imagen 7. El objetivo es realizar un sistema
de control que permita variar el ángulo de paso de la
pala al girar sobre su eje longitudinal. La pala del aero-
generador ha sido diseñada a partir del bloque Body de-
nominado Pala, y en él se definen sus propiedades. La
pala tiene una masa de 6600 kg y una inercia de 27461
kg.m2 y se define su Center of Gravity (CG) y varios Coor-
dinate Systems (CS) para generar los puntos que dan for-
man y tamaño al cuerpo. El resultado es un pala de 40m
de longitud.
Una vez diseñada la pala del aerogenerador, se aborda
el diseño del actuador. La finalidad del actuador es la de
generar una fuerza que se aplica sobre la pala para que
ésta modifique su ángulo de paso. El actuador recibe la
orden del controlador y proporciona una salida, necesa-
ria para activar el elemento final de control.
El esquema del diseño del actuador se muestra en la
imagen 8. Se trata de un diseño sencillo, en el que su
principal función es la de adaptar la señal de entrada
Imagen 7. Representación 3D de la pala del aerogenerador en SimMechanics.
Fuente: Matlab Software.
Imagen 6. Diseño de la pala de aerogenerador mediante SimMechanics.
Fuente: Matlab Software. Imagen 8. Diseño del actuador.
Imagen 9. Diseño del controlador.

Diseño de un Controlador Borroso para la
Regulación del Ángulo de Paso
El control difuso es considerado como la aplicación
más importante de la teoría de lógica difusa. La lógica
difusa es una técnica diseñada para imitar el comporta-
miento humano y fue concebida para capturar informa-
ción vaga e imprecisa.
Los controles difusos son típicamente utilizados cuan-
do el proceso a controlar es muy complejo, no-lineal y
su modelo matemático no es fácil de obtener. Por lo
que se hace uso de la información o experiencia dispo-
nible acerca de la planta a controlar, dicha experiencia
se puede poner de manifiesto mediante un conjunto de
reglas de control, las cuales expresen la información de
forma resumida.
Entre las ventajas de los controles difusos, radica en
que son menos sensibles a cambios de parámetros o
perturbaciones, esto es, comparando con los controla-
dores convencionales con el control borroso se encuen-
tra que es más robusto que el tradicional PID.
La estructura general de un controlador borroso está
formada por una base de conocimiento, una fase de
codificación (fuzzficación), un sistema de inferencia y
una fase de decodificación (defuzzificación).
El sistema de control va a ser similar al de la imagen 5,
y prevalecen los elementos principales: controlador,
planta y actuador. Sin embargo, lo que en este apartado
se plantea es utilizar otro modelo de control que aporta
otro punto de vista de afrontar el control de un sistema
físico. En este nuevo esquema, el controlador clásico ha
sido sustituido por un controlador borroso. En este
nuevo diseño el controlador borroso tiene como entra-
da el ángulo de paso de referencia y el ángulo de paso
que tiene la pala del aerogenerador. Por lo tanto se sim-
plifica el sistema, utilizando un menor número de varia-
bles de entrada.
acción proporcional, cuya finalidad es obtener una señal
de fuerza que modifique el ángulo de paso de la pala
según el ángulo de paso de referencia.
En el diseño de este controlador se ha tenido en cuen-
ta que el tiempo integral regula la velocidad de acción
de control, mientras que una modificación de la cons-
tante proporcional afecta tanto a la parte integral como
a la parte proporcional de la acción de control. La sinto-
nización del controlador se basa en la selección adecua-
da de sus parámetros, tal que el sistema de control tenga
un comportamiento adecuado y una robustez aceptable.
Tras estudiar el sistema de control y realizar varias si-
mulaciones, se obtuvieron los parámetros de ganancia
Kp y KI.
Finalmente, una vez que se han explicado todos los
bloques que intervienen en el sistema de control
(controlador, actuador y planta), se procede a su simula-
ción en el entorno de Simulink y al estudio de la res-
puesta obtenida. Para ello se visualiza el ángulo de refe-
rencia que se desea obtener y como varía el ángulo de
paso de la pala del aerogenerador para obtener dicho
valor de referencia.
Imagen 12. Estructural general de un controlador difuso.
Fuente: “www.depeca.uah.es”
Imagen 11. Variación del ángulo de paso de la pala del aerogenerador.
Imagen 10. Diseño del controlador PI.
Fuente: Matlab Software

yAlto} haciendo referencia a los posibles valores que
puede tomar el ángulo en un rango comprendido entre
-5º y 30º, como se había definido inicialmente para el
primer controlador. Para la variable de salida Fuerza se
han utilizado los siguiente términos lingüísticos:
{NegAlto, NegBajo, Zero, PosBajo y PosAlto}. Estos
términos hacen referencia a los diferentes valores que
puede tomar la variable fuerza.
Se editan las reglas que sirven de base de conocimien-
to para el controlador y que son de la forma "si Z es Ai
entonces Y es Bj" compuestas por un antecedente y un
consecuente y empleando el correspondiente conector
borroso (and, or, not, etc).
Finalmente se realiza la simulación del sistema anali-
zando la respuesta que se obtiene.
Por lo tanto, se puede concluir que el controlador bo-
rroso realiza un control robusto frente a cambios en el
sistema, tiene una gran capacidad de manejar informa-
El controlador borroso se ha desarrollado a partir de
Matlab y su entorno Fuzzy Logic Toolbox. Se trata de una
herramienta que permite simular el funcionamiento de
un controlador difuso mediante un Fuzzy Inference Sys-
tem, FIS, o sistema difuso de inferencia.
Existen diferentes métodos de inferencia dentro de la
literatura de control difuso, entre los más comúnmente
usados están los de Mamdani, Lusing Larson y Takagi-
Sugeno-Kang. El método que se emplea para la inferen-
cia es el de Mamdani, dada la facilidad que presenta para
su implementación y que es conocido como el método
de "mínimo-máximo".
Como ya se ha detallado, el controlador tiene dos en-
tradas y una salida. Las entradas ángulo de referencia y
ángulo de paso de pala tienen como términos lingüísti-
cos {Neg, Bajo, MedioB, Medio, MedioA, Alto y Mu-
Imagen 13. Sistema de control utilizando un controlador borroso.
Imagen 14. Interfaz gráfico Fuzzy Logic Toolbox.
Fuente: Matlab software. Imagen 16. Superficie de control del FLC .
Imagen 15. Funciones de pertenencia utilizadas para la variable de entrada.
Imagen 17. Simulación realizado con controlador borroso .

o niveles y poseen un alto grado de conectividad entre
ellas, conectividad que es ponderada por los pesos. A
través de un algoritmo de aprendizaje supervisado o no
supervisado, las Redes Neuronales Artificiales ajustan
su arquitectura y parámetros de manera que puedan
minimizar alguna función de error que indique el grado
de ajuste a los datos y la capacidad de generalización de
las Redes Neuronales.
El modelo está compuesto por un vector de pesos
w= (w1,..., wn) T equivalente a las conexiones sinápticas
en una neurona real, w0 es el umbral de acción o activa-
ción, el vector ‘x’ es la entrada y el escalar ‘y’ la salida de
la unidad. La actividad consiste en generar una única
salida y a partir de la aplicación de la función de activa-
ción f(y) a la suma ponderada entre el vector de entrada
x = (x1,..., xn) y el vector de pesos w= (w1,..., wn) más un
offset w0, obteniéndose la siguiente expresión:
donde f(y) es una función no-lineal. Existen diferentes
tipos de funciones de transferencia f(y), como escalón,
sigmoidal, gaussianas, etc.
El sistema de control que se pretende diseñar para
controlar el ángulo de paso de la pala va a ser similar a
los anteriores, pero en este caso el controlador es susti-
tuido por uno neuronal.
El controlador neuronal proporciona la fuerza necesa-
ria que aplicará el actuador sobre la pala del aerogenera-
dor, tal y como se realiza en los sistemas de regulación
previamente planteados. Es necesario utilizar ganancias
tanto a la entrada como a la salida del controlador, ya
que las funciones de activación que emplea la red neu-
ronal están tabuladas entre 0 y 1 o -1 y 1, dependiendo
de la función que se emplee. Para que el controlador
neuronal pueda generar una salida determinada, es nece-
sario llevar a cabo una fase de aprendizaje en la que la
red es entrenada y en la que se ajustan sus pesos.
ción que contiene gran incertidumbre, sencillez para
desarrollar controladores gracias al formato de las reglas
y relaciona entradas y salidas sin tener que tener un co-
nocimiento extenso de todas las variables, permitiendo
que el sistema pueda ser más confiable y estable que
uno con un sistema de control convencional.
Por otro lado, el control difuso también tiene sus des-
ventajas. Es importante señalar, que los sistemas basa-
dos en la Lógica Difusa requieren mayor simulación y
una excelente depuración y prueba antes de pasar a ser
operacionales. Además, en algunos casos es difícil poder
programar las reglas de la base de conocimiento y deter-
minar el uso de la función de inferencia más idónea sin
la participación de un experto en control. Por último,
también tiene como desventaja la dificultad de interpre-
tación de valores difusos.
Diseño de un Controlador Neuronal para
la Regulación del Ángulo de Paso
Las Redes de Neuronas Artificiales (RNA) se han he-
cho muy populares debido a la facilidad en su uso e im-
plementación y la habilidad para aproximar cualquier
función matemática. Las RNA´s, con su marcada habili-
dad para obtener resultados de datos complicados e
imprecisos, pueden utilizarse para extraer patrones y
detectar tramas que son muy difíciles de apreciar por
humanos u otras técnicas computacionales.
En general, se puede encontrar que una Red de Neu-
ronas Artificiales se suele caracterizar por tres partes
fundamentales: la topología de la red, la regla de apren-
dizaje y el tipo de entrenamiento.
La unidad de una red neuronal artificial es un procesa-
dor elemental llamado neurona que posee la capacidad
limitada de calcular, en general, una suma ponderada de
sus entradas y luego le aplica una función de activación
para obtener una señal que será transmitida a la próxima
neurona. Estas neuronas artificiales se agrupan en capas
Imagen 19. Sistema de control utilizando un controlador neuronal.
Imagen 18. Estructura básica de una neurona artificial.
Fuente: “www.depeca.uah.es”
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t
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tanto, la red queda entrenada y sus pesos ajustados se-
gún los requerimientos establecidos.
Finalmente, tras trabajar con el controlador off-line y
entrenar la red neuronal, éste se incluye en el esquema
de sistema de control y se realizan diferentes simulacio-
nes, analizando la respuesta obtenida.
Utilizar un controlador neuronal pone de manifiesto la
multitud de ventajas que ofrece este tipo de control. La
red neuronal artificial tienen la habilidad de aprender
mediante una etapa denominada etapa de aprendizaje,
por lo que se garantiza que se puede obtener una re-
puesta medianamente aceptable. Además las redes neu-
ronales tienen una gran flexibilidad, ya que pueden ma-
nejar información de entrada que tenga cambios no
muy importantes, como pueda ser ruido. También tie-
nen como ventaja la obtención de un modelo neuronal
directo de la planta, que permite la realización de expe-
rimentos y simulaciones reemplazando el modelo mate-
mático si este no está disponible.
Una vez que ha sido entrenada podrá proporcionar a
su salida la señal de fuerza que es necesario aplicar so-
bre la pala.
Inicialmente se realiza una simulación previa y se alma-
cenan las variables de entrada y salida en el entorno de
trabajo de Matlab. Esta simulación y los valores que
arroje van a servir para entrenar la red neuronal. El ob-
jetivo es que ante otras entradas la red neuronal, me-
diante un entrenamiento previo, pueda generar la salida
adecuada según el aprendizaje al que ha sido sometido.
El controlador neuronal se ha desarrollado a partir de
Matlab y su entorno Neural Network Toolbox. Se trata de
una herramienta que permite crear una red neuronal
según unos parámetros, seleccionando la función de
transferencia y realizando un entrenamiento de la mis-
ma, para finalmente generar la red neuronal que se em-
plea en el controlador.
Matlab ofrece la posibilidad de analizar el entrena-
miento y comprobar si se ha realizado según los pará-
metros indicados. En la imagen 21 se muestra la gráfica
que relaciona el error y el numero de iteraciones. Como
se puede comprobar, inicialmente el error es elevado y a
medida que aumenta el número de iteraciones, el error
va disminuyendo hasta lograr el valor requerido. Por
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA:
- Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica. J.L. Rodríguez Amenedo, J.C. Burgos Díaz.. Editorial Rueda.
- S. Haykin. Neural Networks: A comprehensive Foundation. Prentice Hall. 2008 .
- www.mathworks.com Matlab.
- www.eusflat.org European Society for Fuzzy Logic and Technology.
Imagen 20. Proceso de entrenamiento de la red neuronal.
Imagen 21. Resultado del entrenamiento de la red neuronal.

VENTANAS ELECTROCRÓMICAS, UN AHORRO
ENERGETICO
FERNANDO GÓMEZ ESTRADA. INGENIERO INDUSTRIAL
un confort visual para el usuario.
Para que se produzca una re-
ducción de consumo energético y
de los costes de instalación, se de-
ben utilizar soluciones constructivas
adecuadas, tanto los materiales y la
disposición de ellos den lugar a una
envolvente del edificio totalmente
aislante, tanto térmica como acústi-
camente, sin perder un confort vi-
sual para el usuario. Se intenta bus-
car pues, nuevas soluciones o nue-
vos materiales que reduzcan y con-
trolen las pérdidas o ganancias de
calor, y obtener una mejora en el
ahorro energético. Una familia de
materiales con estas características,
son los materiales electrocrómicos.
Los materiales electrocrómicos
tienen la capacidad de cambiar con-
tinua y reversiblemente su color por
medio de una reacción electroquí-
mica, debido a la composición quí-
mica de sus materiales.
En edificación existen diferen-
tes composiciones de ventanas y
clases de vidrios que mejoran el ais-
lamiento térmico, acústico y confort
visual, y a su vez mejoran la eficien-
cia de la edificación aunque nuevas
aplicaciones como los materiales
electrocrómicos mejoran el rendi-
miento notablemente.
Este tipo dispositivo tam-
bién es de aplicación en diferentes
tipos de pantallas como espejos re-
trovisores o viseras para evitar des-
lumbramientos, aunque en este ar-
tículo, el estudio se centra en la im-
Cada día se intenta conseguir
que los edificios sean lo más efi-
cientes posible, es decir, que consu-
man el mínimo de energía. Para
ello, se buscan soluciones, tanto
pasivas o constructivas como acti-
vas para que el edificio sea lo más
sostenible posible.
El edificio es un tipo de cons-
trucción que las personas utilizan
para su vida diaria, siendo éstos de
distintos tipos: viviendas, oficinas y
de uso público (servicios docentes,
administración, etc.), entre otros.
Este uso conlleva un consumo de
energía, provocado por las necesi-
dades de los usuarios ya sea en cale-
facción, iluminación, refrigeración,
etc. Todo este consumo requiere
energía, suponiendo este, en edifica-
ción de un 20% de la energía total
producida aunque cada vez más se
va incrementando.
Uno de los puntos clave es
conseguir un aislamiento completo
de la envolvente del edificio de ma-
nera térmica, acústica y buscando
1. El cristal electrocrómico es un material fascinante, un vidrio que se oscurece con el toque de un interruptor,
lo que elimina la necesidad de usar persianas y maximizar la luz natural. Ref: www.arquitecturayempresa.es
2. Consumo de energía en edificios residenciales
Ref: IDAE (Instituto de Diversificación y Ahorro
de Energía
Un estudio previo estima
que el uso de las ventanas
electrocróm ica s en
edificios podría representar
un ahorro energético entre
30 - 40 % en refrigeración

cos son dispositivos capaces de
controlar mediante una o varias
reacciones electroquímicas reversi-
bles la cantidad de luz que pasa a
través de él en diferentes rangos de
longitudes de onda. Mediante el
control de la cantidad de luz que
entra a la vivienda en verano, es
posible disminuir el consumo ener-
gético en refrigeración.
El electrocromismo está defini-
do como la capacidad de un mate-
rial para cambiar reversiblemente su
color mediante una reacción elec-
troquímica de oxidación o reduc-
ción provocada por la aplicación de
una corriente eléctrica. La aplicación
de esta corriente eléctrica aplicada al
material provoca en el dispositivo la
extracción o inserción de electrones
(oxidación o reducción), modifican-
do la estructura electrónica del ma-
terial y produciendo nuevos niveles
energéticos electrónicos desocupa-
dos u ocupados. La aparición o
desaparición de nuevos niveles
energéticos permite distintas transi-
ciones electrónicas, así como absor-
ción a diferentes longitudes de onda
modificando por tanto el color del
material.
Existe una gran variedad de mate-
riales utilizados para el diseño de
dispositivos electrocrómicos, estos
están compuestos y divididos por 7
capas de diferentes materiales. Las
dos más exteriores son las encarga-
das de de proporcionar resistencia al
material, así como las de un aisla-
miento térmico y acústico. Las dos
capas siguientes están hechas de un
material transparente conductor, las
cuales están conectadas a la corrien-
te eléctrica. Seguidamente y entre
estas dos capas conductoras, se en-
cuentran las tres capas centrales que
hacen oscurecer al cristal, una de
estas capas está formada por un ma-
terial electrocrómico, en donde el
trióxido de wolframio suele ser el
más utilizado. Otra capa de las tres
centrales es el contraelectrodo,
compuesto por un material capaz de
almacenar iones, este contraelectro-
En edificación existen diferen-
tes composiciones de ventanas y
clases de vidrios que mejoran el ais-
lamiento térmico, acústico y confort
visual, y a su vez mejoran la eficien-
cia de la edificación aunque nuevas
aplicaciones como los materiales
electrocrómicos mejoran el rendi-
miento notablemente.
Este tipo dispositivo tam-
bién es de aplicación en diferentes
tipos de pantallas como espejos re-
trovisores o viseras para evitar des-
lumbramientos, aunque en este ar-
tículo, el estudio se centra en la im-
plantación en la edificación y como
mejora la eficiencia energética en
una vivienda.
Los dispositivos electrocrómi-
5. Ya está siendo habitual la implantación de espejos
electrocrómicos en vehículos , así como en viseras
para evitar deslumbramientos.
Ref: noticias.coches.com
4. Esquema de las diferentes capas que componen los dispositivos
electrocrómicos. Ref: www.debocontarque.blogspot.com
Los dispositivos electrónicos también son utilizados
para evitar deslumbramientos
3. Además de ventanas exteriores, los dispositivos electrocrómicos también pueden instalarse
en interiores, ya sea en oficinas o baños. Ref: www.controlart.net

Las ventanas electrocrómicas
están formadas por los materiales
de una ventana convencional y por
el dispositivo electrocrómico. Este
tipo de ventana tiene la característi-
ca de que puede aumentar o dismi-
nuir su transparencia continua y
reversiblemente cuando se aplica
una corriente eléctrica al dispositi-
vo. Es posible por tanto ajustar el
grado de transparencia hasta el nivel
deseado.
En los últimos años ha crecido
el interés por reducir el consumo
energético de los edificios buscando
nuevas estrategias y soluciones que
hagan que los edificios sean más
sostenibles.. Varios estudios han
demostrado que el uso de ventanas
conmutables podría reducir el con-
sumo energético de los edificios. La
función principal de las ventanas es
proporcionar luz del día y contacto
visual con el mundo exterior, por
lo que se necesita una alta transmi-
tancia visible. Desde el punto de
vista energético, siempre es mejor
tener las ventanas en un estado bajo
de transparencia cada vez que haya
necesidades de refrigeración, pero
dependiendo de la luz del día y del
contacto visual. Por ello, es necesa-
rio un sistema de control que sea
utilizado por el usuario, modifican-
do la característica de luminosidad y
confort visual en función del con-
fort del usuario, siendo necesaria la
utilización de ventanas electrocró-
micas.
Las aportaciones de dispositi-
vos electrocrómicos en edificación
provienen del ahorro energético que
generan y de la capacidad que tie-
nen en cuanto al control en ilumina-
ción de los habitáculos.
Un estudio previo estima que
el uso de las ventanas electrocrómi-
cas en edificios podría representar
un ahorro energético entre 30 – 40
% en refrigeración. La aplicación de
dispositivos electrocrómicos en
ventanas de gran superficie se espe-
ra que mejore significativamente la
eficiencia energética de los edificios,
así como el confort térmico y visual,
ya que permite el control de los flu-
jos de energía solar radiante que
entra en un edificio a través de las
ventanas.
Los dispositivos electrocrómi-
cos poseen la cualidad de variar el
color, de claro a oscuro y viceversa,
permitiendo la variación de la tem-
peratura del local debido a la reduc-
ción de la ganancia solar cuando el
dispositivo está coloreado. Un efec-
to indeseado añadido es que al vol-
verse más oscuro, la temperatura
radiante aumenta porque absorbe
mayor cantidad de luz.
Esta tecnología se aplica, nor-
malmente, en edificios en los que se
quiera mejorar los gastos energéti-
cos derivados de los sistemas de
do, compuesto por un material ca-
paz de almacenar iones, este con-
traelectrodo puede ser un polímero
conductor u oxido metálico como
el óxido de níquel o de estaño. La
capa más central de todas, también
conductora puede ser una disolu-
ción electrolítica o un electrolito
sólido.
El conjunto de materiales que
lo componen hace que se produzca
un cambio en la estructura de los
polímeros cuando se aplica una co-
rriente eléctrica. Muchos materiales
han sido probados a lo largo de los
años, mejorando las propiedades
físicas y químicas del dispositivo,
como el color o la velocidad de co-
loración, como pueden ser los polí-
meros conductores, los cuales per-
miten la conductividad eléctrica de-
bido a que su estructura se caracte-
riza por enlaces de carbono,
(carbonos simples y dobles).
Características de los dispo-
sitivos electrocrómicos
6. Funcionamiento de un cristal electrocrómico según el grado de opacidad que se quiera.
Ref: www.arquitecturayempresa.es

1503 Biela 7.65 Nº06

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