Enero - Junio 2023

Volumen 13

N´umero 1

P´aginas 1 - 131

e-ISSN: 1390-5902

revistas.unl.edu.ec/index.php/cedamaz

Enero - Junio 2023

Volumen 13

N´umero 1

P´aginas 1 - 131

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Editora en Ciencias Forestales, Biodiversidad y

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Editor en Ciencias de la Salud y Biotecnolog´ıa

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Editor en Ciencias Exactas e Ingenier´ıas

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Universidad Nacional de Loja (Ecuador)

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Universidad Nacional de Loja (Ecuador)

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Centro de Ecolog´ıa Evolutiva (Francia)

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Universidad Estatal Amaz´onica (Ecuador)

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CONDESAN (Ecuador)

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Sociedad Ecuatoriana de Salud P´ublica (Ecuador)

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Universidad T´ecnica Particular de Loja (Ecuador)

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tidisciplinaria, con revisi´on por pares (peer-review pro-

cess) y de acceso abierto (open access license), dirigi-

da a profesores, estudiantes, profesionistas e investiga-

dores. Tiene como objetivo fomentar la comunicaci´on

cient´ıﬁca y la colaboraci´on entre personas y organiza-

ciones involucradas en investigaci´on y el desarrollo a

nivel local, regional e internacional. La revista fomenta

la transferencia del conocimiento cient´ıﬁco de manera

gratuita tanto para las y los autores, como para las y

los lectores, a trav´es de la divulgaci´on de resultados de

trabajos cient´ıﬁcos originales, en un amplio rango de

disciplinas que incluyen las siguientes ´areas de investi-

gaci´on:

Ciencias forestales, biodiversidad y medio am-

biente.

Ciencias agropecuarias.

Ciencias de la salud y biotecnolog´ıa.

Ciencias exactas e ingenier´ıas.

CEDAMAZ presenta informaci´on actualizada y per-

tinente a nivel regional e internacional destacando

tem´aticas en experiencias forestales, biodiversidad, me-

dio ambiente, veterinarias, agropecuarias, salud huma-

na, biotecnolog´ıa, ciencias exactas e ingenier´ıas.

Los trabajos o revisiones de literatura presentadas a

CEDAMAZ no deben haberse publicado previamen-

te en libros de memorias de un congreso o revistas

cient´ıﬁcas arbitradas. Las presentaciones previas en un

evento cient´ıﬁco pueden publicarse en la revista CE-

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de revisi´on por pares.

CEDAMAZ se publica en espa˜nol o en ingl´es, des-

de el a˜no 2019 dos veces al a˜no, en un solo volumen.

Las opiniones expresadas en documentos publicados en

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DAMAZ o de sus Editores.

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Univeridad Nacional de Loja

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Universidad Nacional de Loja. Av.P´ıo Jaramillo Alva-

rado y Reinaldo Espinosa, La Argelia, 110150 Loja -

Ecuador. https://unl.edu.ec

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Lcda. Sara Jaramillo Carri´on

Edici´on

M.Sc. Oscar M. Cumbicus-Pineda

M.Sc. Pa´ul Eguiguren

CEDAMAZ

E-ISSN: 1390-5902

PBX: (593) 07 - 2545100

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BY-NC-ND 4.0 L M N Q

INDICE

ART´

ICULOS

CIENCIAS FORESTALES, BIODIVERSIDAD Y MEDIO AMBIENTE

Desarrollo de una bebida soluble antioxidante con base en tomate de ´arbol

(Solanum betacea) para deportistas

Fernando Buitr´on y Jenny Ruales 1

Comunidades bacterianas del intestino de escarabajos peloteros y del

suelo en sucesi´on en la Reserva Tapichalaca

Daniela Rom´an-C´aceres, Heidy Jim´enez-Granda y Aura Paucar-Cabrera 8

CIENCIAS VETERINARIAS Y AGROPECUARIAS

Efecto de inoculaci´on micorr´ızica en la etapa productiva del cacao nacional

(Theobroma cacao L.) en la Amazon´ıa ecuatoriana

Lady Sisalima-Ortega, Vinicio Ruilova y Mirian Capa-Morocho 17

Estudio epidemiol´ogico de leptospirosis en cobayos en la regi´on interandina

del sur del Ecuador

Katherine Elizabeth Carri´on Monta˜no, V´ıctor Montes-Zambrano, Roberto Bustillos-Huilca,

Jhuliana Pineda-Romero, Claudia Quizhpe-Criollo y Jhuliana Luna-Herrera 25

Frecuencia de leptospirosis en pacientes caninos atendidos en el hospital

docente veterinario “C´esar Augusto Guerrero”

Galo Fabricio P´erez Gonz´alez, Dayanna Pinta, Jhuliana Luna y Edwin Mizhquero 31

CIENCIAS EXACTAS E INGENIER´

IAS

Aplicaci´on web para la gesti´on del arbolado urbano de la ciudad de Loja

Johnny Fabi´an Gonz´alez Guam´an, Wilman Chamba-Zaragocin y Oscar M. Cumbicus-Pineda 38

Clasiﬁcaci´on de cielos est´andar ISO 15469 CIE S 011/2003 usando datos de

distribuci´on de luminancia obtenidos a trav´es de im´agenes HDR

Fernando Ramirez-Cabrera 44

Dise˜no y construcci´on de un prototipo de esterilizaci´on empleando radiaci´on

UV-C para alimentos industrializados

Jeﬀerson Gaona-Gonz´alez, Rodolfo Merino-Vivanco, Jorge Carri´on-Gonz´alez,

Andy Vega-Le´on, Jonathan Gonz´alez-Espinosa y Alba Vargas-Naula 56

Estudio e implementaci´on de simulador de mapa topogr´aﬁco interactivo

Carlos Condolo-Castillo, Rodolfo Merino-Vivanco, Jorge Carri´on-Gonz´alez,

Andy Vega-Le´on, Jonathan Gonz´alez-Espinosa y Alba Vargas-Naula 65

Implementaci´on de un prototipo de estaci´on base para una red 4G-LTE

utilizando SDR

Juan Gabriel Ochoa-Alde´an y Sergio Garc´ıa-Minchala 71

Propuesta de medidas preventivas ante inundaciones. Caso Barrio Reina del Cisne

de Cariamanga, Provincia de Loja

Jessica Maza, Ximena Ochoa Tapia, Hern´an Castillo y Stalin Paladines 78

INDICE

Sistema avanzado de asistencia al conductor para la detecci´on de distracci´on y

somnolencia utilizando puntos de referencia faciales

Luis Dar´ıo Sinche Cueva 90

Puriﬁcador de aire para interiores, basado en radiaci´on UV-C,

como herramienta para prevenir el SARS-CoV-2

Brandon Narv´aez, Rodolfo Merino-Vivanco, Jorge Carri´on-Gonz´alez,

Andy Vega-Le´on, Jonathan Gonz´alez-Espinosa y Alba Vargas-Naula 96

ART´

ICULOS DE REVISI ´

Microorganismos ben´eﬁcos con potencial agr´ıcola: Una alternativa sostenible

para la producci´on de caf´e y calidad del suelo

Narcisa Urgiles-G´omez, Pa´ul Loj´an, Mar´ıa Eugenia ´

Avila-Salem, C´esar Benavidez-Silva,

Leslye Hurtado, Fernanda Livisaca, Pedro Guaya, Miguel Villamagua, Laura Poma

y Luc´ıa Quichimbo

103

Estudio de algoritmos de inteligencia artiﬁcial m´as utilizados para el

diagn´ostico de diabetes mellitus tipo 2

Gabriela Cuenca-Andrade, Ren´e Guam´an-Quinche, Francisco ´

Alvarez-Pineda,

Wilman Chamba-Zaragocin y Jos´e Oswaldo Guam´an-Quinche 114

Desarrollo de un Marco de Gesti´on del ciclo de vida de un producto software

utilizando modelos de innovaci´on de procesos: Revisi´on de Literatura

Paula Mercedes Alvarez Carri´on y Samanta Patricia Cueva Carri´on 122

Vocalizaci´on como marcador de estr´es en ganado bovino

Andres Norberto Haro Haro, Andr´es Suarez-Usbeck, Ana Burgos-Mayorga,

Jorge Navarrete , Juan Ramonez, Pedro Nieto y Mar´ıa Jos´e Andrade 126

INDEX

ARTICLES

FOREST, BIODIVERSITY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

Development a soluble antioxidant beverage of tree tomato

(Solanum betacea) for sportsmen

Fernando Buitr´on and Jenny Ruales 1

Bacterial communities of dung beetle guts and of succesional soil in

Tapichalaca Reserve Tapichalaca

Daniela Rom´an-C´aceres, Heidy Jim´enez-Granda and Aura Paucar-Cabrera 8

VETERINARY AND AGRICULTURAL SCIENCES

Mycorrhizal inoculation eﬀect on the productive stage of national cocoa

(Theobroma cacao L.) in the Ecuadorian Amazon

Lady Sisalima-Ortega, Vinicio Ruilova and Mirian Capa-Morocho 17

Epidemiological study of leptospirosis in guinea pigs in the southern

interandean region of Ecuador

Katherine Elizabeth Carri´on Monta˜no, V´ıctor Montes-Zambrano, Roberto Bustillos-Huilca,

Jhuliana Pineda-Romero, Claudia Quizhpe-Criollo, and Jhuliana Luna-Herrera 25

Frequency of leptospirosis in canine patients served at the

“C´esar Augusto Guerrero” veterinary teaching hospital

Galo Fabricio P´erez Gonz´alez, Dayanna Pinta, Jhuliana Luna, and Edwin Mizhquero 31

EXACT SCIENCES AND ENGINEERING

Web application for the management of urban trees in the city of Loja

Johnny Fabi´an Gonz´alez Guam´an, Wilman Chamba-Zaragocin, and Oscar M. Cumbicus-Pineda 38

ISO 15469 CIE S 011/2003 standard sky classiﬁcation using luminance

distribution data obtained through HDR images

Fernando Ramirez-Cabrera 44

Design and construction of a sterilization prototype using

UV-C radiation for industrialized foods

Jeﬀerson Gaona-Gonz´alez, Rodolfo Merino-Vivanco, Jorge Carri´on-Gonz´alez,

Andy Vega-Le´on, Jonathan Gonz´alez-Espinosa, and Alba Vargas-Naula 56

Study and implementation of an interactive topographic map simulator

Carlos Condolo-Castillo, Rodolfo Merino-Vivanco, Jorge Carri´on-Gonz´alez,

Andy Vega-Le´on, Jonathan Gonz´alez-Espinosa, and Alba Vargas-Naula 65

Implementation of a prototype base station for a 4G-LTE network

using SDR

Juan Gabriel Ochoa-Alde´an and Sergio Garc´ıa-Minchala 71

Proposal of ﬂood prevention measures. Case study: Reina del Cisne

neighborhood, Cariamanga, Loja Province

Jessica Maza, Ximena Ochoa Tapia, Hern´an Castillo, and Stalin Paladines 78

INDEX

Advanced driver assistance system for distraction and drowsiness

detection using facial landmarks

Luis Dar´ıo Sinche Cueva 90

Indoor air puriﬁer based on UV-C radiation as a tool to

prevent SARS-CoV-2

Brandon Narv´aez, Rodolfo Merino-Vivanco, Jorge Carri´on-Gonz´alez,

Andy Vega-Le´on, Jonathan Gonz´alez-Espinosa, and Alba Vargas-Naula 96

REVIEW ARTICLES

Beneﬁcial microorganisms in coﬀee: An alternative for a sustainable production

of coﬀee and soil improvement

Narcisa Urgiles-G´omez, Pa´ul Loj´an, Mar´ıa Eugenia ´

Avila-Salem, C´esar Benavidez-Silva,

Leslye Hurtado, Fernanda Livisaca, Pedro Guaya, Miguel Villamagua, Laura Poma,

and Luc´ıa Quichimbo

103

Study of artiﬁcial intelligence algorithms most used for the

diagnosis of type 2 diabetes mellitus

Gabriela Cuenca-Andrade, Ren´e Guam´an-Quinche, Francisco ´

Alvarez-Pineda,

Wilman Chamba-Zaragocin, and Jos´e Oswaldo Guam´an-Quinche 114

Development of a Software Product Lifecycle Management

Framework Using Process Innovation Models: Literature Review

Paula Mercedes Alvarez Carri´on and Samanta Patricia Cueva Carri´on 122

Vocal exception: Indicator of stress in cattle

Andres Norberto Haro Haro, Andr´es Suarez-Usbeck, Ana Burgos-Mayorga,

Jorge Navarrete , Juan Ramonez, Pedro Nieto, and Mar´ıa Jos´e Andrade 126

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 1–7, Enero–Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1721

Desarrollo de una bebida soluble antioxidante con base en tomate de árbol

(Solanum betacea) para deportistas

Development of a soluble antioxidant beverage of tree tomato (Solanum betacea) for

sportsmen

Fernando Buitrón 1,* y Jenny Ruales 2

1Instituto Superior Tecnológico Ecuatoriano de Productividad, Quito, Ecuador

2Departamento de Ciencias de los Alimentos y Biotecnología, Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador

*Autor para correspondencia: fernando.buitronp@gmail.com

Fecha de recepción del manuscrito: 07/12/2022 Fecha de aceptación del manuscrito: 16/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLos deportistas requieren hidratación que además de carbohidratos y electrolitos contenga antioxidantes y dado que el tomate

de árbol (Solanum betacea) es rico en antioxidantes el objetivo del presente estudio fue la elaboración de una bebida hidratante a base de

polvo de tomate de árbol para deportistas. Se realizó la caracterización química y nutricional de la pulpa que luego fue tratada con un cóctel

enzimático para incrementar los sólidos disueltos. Para deﬁnir las condiciones de secado de la pulpa por aspersión se probaron las variables:

ﬂujo de alimentación (12 y 17 mL/min); temperatura de secado (130, 140 150 y 180 °C); concentración de maltodextrina (3, 7 y 9%) y la

mejor condición de secado se seleccionó con un análisis sensorial. Se procesó la fruta para realizar la formulación de la bebida hidratante,

en la que se analizó la solubilidad, efectividad del proceso, características sensoriales y contenido de polifenoles. Las condiciones óptimas

de secado fueron temperatura de secado de 140 °C, ﬂujo de alimentación de 12 mL/min, y adición de maltodextrina al 9%, se adicionó

fosfato tricálcico a 100 ppm para mejorar la efectividad. La pulpa deshidratada tuvo un alto contenido de -carotenos, minerales, polifenoles

y antioxidantes. La formulación del producto tuvo un 37,47% de pulpa que proporciona 120 mg de polifenoles por cada 100 g de producto.

Se empacó en un trilaminado de 40 gr para preparar 600 mL. Finalmente, el estudio de estabilidad del producto (16,7 °C y 67-80% de

humedad relativa) durante tres meses mostró una vida útil de un año.

Palabras claveÐSolanum betacea, Hidratante en polvo, Antioxidante, Deportistas, Secado por aspersión.

AbstractÐAthletes require speciﬁc hydration that contains antioxidants in addition to carbohydrates and electrolytes, because the tree

tomato (Solanum betacea) is rich in antioxidants, the objective of the present study was the elaboration of a hydrating drink in tree toma-

to powder for athletes. The pulp was chemically and nutritionally characterized and then treated with an enzymatic cocktail to increase

dissolved solids. To deﬁne the pulp spray drying conditions, the following variables were tested: feed ﬂow (12 and 17 mL/min); drying

temperature (130, 140, 150 and 180 °C); maltodextrin concentration (3, 7 and 9%) and the best drying condition was selected by sensory

analysis. The fruit was processed and formulated of the hydrating drink powder, in which solubility, process effectiveness, sensory cha-

racteristics and polyphenol content were analyzed. The optimum drying conditions were drying temperature of 140 °C, feed ﬂow of 12

mL/min, and addition of maltodextrin at 9%; tricalcium phosphate was added at 100 ppm to improve effectiveness. The dehydrated pulp

contained a high content of -carotenes, minerals, polyphenols and antioxidants. The product formulation contained 37.47% pulp providing

120 mg of polyphenols per-100 g of product. It was packed in a 40 g trilaminate to prepare 600 mL. Finally, the product stability study

(16.7 °C and 67-80% relative humidity) for three months showed a shelf life of one year.

KeywordsÐSolanum betacea, Moisturizing powder, Antioxidant, Sportsmen, Spray drying.

INTRODUCCIÓN

Los deportistas de alto rendimiento realizan un esfuerzo

físico que genera pérdida de electrolitos por medio de

la sudoración que causa acumulación de ácido láctico, da-

ño muscular, deshidratación y producción de radicales libres

que provocan problemas degenerativos, por ello la necesidad

de la hidratación con una bebida que no sólo contenga elec-

trolitos y carbohidratos para restaurar las pérdidas de dichos

componentes sino también antioxidantes y polifenoles para

neutralizar el efecto de los radicales libres (Aritz Urdampi-

lleta et al., 2015).

Los principales antioxidantes contenidos en frutas y ve-

getales tienen la capacidad de prevenir enfermedades cróni-

cas no transmisibles asociadas al estrés oxidativo. Es así que

la pulpa de Solanum betacea (tamarillo o tomate de árbol)

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 1

DESARROLLO DE UNA BEBIDA SOLUBLE ANTIOXIDANTE BUITRÓN

se destaca por presentar vitamina C, vitamina E, provitami-

na A, minerales (potasio, calcio, cobre, hierro, manganeso y

magnesio) y compuestos antioxidantes, como antocianinas y

carotenoides (Alves et al., 2017). Sin embargo, en el país no

se ha explotado el potencial de esta fruta para la hidratación

de deportistas.

El tomate de árbol (S. betacea) es una planta nativa de

América del Sur Bolivia, Chile, Ecuador, y Perú. S. betacea

fue domesticada en el norte de Perú y el sur de Ecuador; y co-

mercialmente se lo cultiva en Colombia, Ecuador, Perú y en

Nueva Zelanda (Alves et al., 2017). En Ecuador S. betacea

se cultiva en un rango de 2000 a 3000 msnm., en las provin-

cias de Carchi, Imbabura, Pichincha, Cotopaxi, Tungurahua,

Chimborazo, Bolívar, Cañar, Azuay y Loja (Revelo Moran et

al., 2004), donde podemos encontrar cuatro genotipos: rojo

punton, anaranjado gigante, amarillo punton y mora. Existen

en mayor cantidad los genotipos anaranjado y amarillo y en

menor cantidad los morados (Chamba Vaca, 2018).

Según Morillas-Ruiz y Delgado-Alarcón (2012), S. be-

tacea tiene una concentración de compuestos fenólicos

2010,40 ± 0,02 gGA/g (µg de ácido gálico por gramo de fru-

ta) que le conﬁeren capacidad de inhibición de radicales li-

bres y actividad antioxidante, y además posee actividad pre-

biótica ya que se ha identiﬁcado hidrocoloides (proteína ara-

binogalactana) y polisacáridos hemicelulósicos productores

de ácidos grasos de cadena corta. Por lo tanto, S. betacea

es un alimento funcional potencial debido a sus propieda-

des biológicas, efectos antioxidantes, antiinﬂamatorios, an-

tivirales, antibacterianos, antidepresivos, anticancerígenos y

sus pigmentos naturales se asocian con la prevención de en-

fermedades crónicas.

Debido a las carectísticas que presenta S. betacea y aten-

diendo a la necesidad de los deportistas de alto rendimiento,

el principal objetivo de esta investigación es elaborar una ba-

se deshidratada de pulpa de tomate de árbol de genotipo ana-

ranjado gigante para la preparación de una bebida hidratante.

MATERIALES Y MÉTODOS

Obtención y preparación de la materia prima.

El tomate de árbol (S. betacea) de genotipo anaranjado

gigante se obtuvo en el cantón Cevallos, provincia de Tun-

gurahua. Se utilizaron 80 kg de fruta madura, previamente

seleccionada con la escala de color 5-6 de la norma técnica

NTE INEN 1 909:2015 (INEN, 2015).

Para obtener la pulpa, se lavó la fruta con agua potable

y cloro con una concentración de 50 ppm, se cortaron los

pedúnculos y la cáscara se retiró mediante pelado manual,

luego se troceó la fruta con el desintegrador RIETZ de 5 HP

modelo RP-8-k-115, marca General Electric. El despulpado

de la fruta se realizó en el pulpatador Langsenkamp mode-

lo M5707 con una malla de poro (N° 23) para separar las

semillas de la pulpa. La pulpa obtenida y los desechos se pe-

saron para calcular el rendimiento del proceso. Finalmente,

se empacó la pulpa en bolsas de polietileno de 8 kg y fueron

almacenadas a -19 ëC hasta su utilización.

Caracterización ﬁsicoquímica de la pulpa de S. beta-

cea.

La caracterización ﬁsicoquímica de la materia prima con-

sistió en evaluar los sólidos solubles totales, pH, índice de

solubilidad (ISA) y materia insoluble en alcohol (MIA). El

contenido de sólidos solubles totales fue determinado con la

medición de grados Brix de cada muestra al colocar 2 gotas

de pulpa de tomate de árbol en un brixómetro Hand Hekd

Refractometer CHASE modelo N ë80 -109. El pH se deter-

minó en muestras de 40 mL de pulpa homogenizada en un

vaso de precipitación de 250 mL con un pH-metro ORION

modelo 21OA calibrado antes de cada medición.

Para la determinación de la materia insoluble en alcohol

(MIA) se colocaron 20 g de pulpa (M) homogenizada dentro

un tubo Falcon y se centrifugó durante 10 minutos a 5000

rpm, concluido luego se separó el sobrenadante. A la pulpa

residual, se agregó 20 mL de alcohol etílico al 90%, se agitó

empleando un vortex y luego se centrifugó por 10 minutos a

4000 rpm. El proceso se repitió hasta que la pulpa se tornó

de color blanco. La pulpa blanca fue depositada en una caja

Petri y se registró el peso inicial (P1), luego fue sometida

a secado en una estufa a 70 ëC durante 24 horas. Una vez

enfriada la caja Petri en un desecador se registró el peso ﬁnal

(P2) y se calculó el porcentaje de MIA con la Ecuación 1.

%MIA =P

2−P

×100 (1)

Caracterización nutricional y de compuestos bioacti-

vos de la pulpa de S. betacea.

La caracterización nutricional y de compuestos bioactivos

consistió en los análisis: proximal, vitaminas, minerales, azú-

cares, ácidos orgánicos, polifenoles y la capacidad antioxi-

dante.

El análisis proximal de la pulpa de S. betacea consistió

en la determinación de la humedad, extracto etéreo, proteína,

ceniza y carbohidratos. La humedad se determinó según el

método descrito en AOAC (2007), 920.151, (37.1.12) utili-

zando una estufa de vacío a 70 ëC y 100 mm de Hg. El Ex-

tracto Etéreo (E.E) fue determinado según el método descrito

en AOAC (2007), 934.06, (37.1.10) y 920.39, (4.5.01), me-

diante secado en estufa de vacío y extracción con éter etílico

en un equipo Goldﬁsch. El contenido de Proteína (P) se ter-

minó según el método explicado en AOAC, (2007), 920.152,

(37.1.35). El contenido de cenizas se determinó según el mé-

todo descrito en AOAC, (2007), 940.26, (37.1.18), en una

muﬂa a 525 ëC. El contenido de carbohidratos (C) se deter-

minó según el método señalado por Hart y Fisher (1991).

Para determinar el valor energético se utilizó la Ecuación 2

(Hart y Fisher, 1991).

Valor energ Âetico kcal

100g= (P×4) + (E.E×9) + (C×4)

(2)

El contenido de Vitamina C como de β-carotenos se deter-

minó con el método descrito por (DECAB, 2004b). Este aná-

lisis se realizó en un equipo de HPLC marca Hewlett Packard

(HP), modelo 1050 series, usando un detector de UV-VIS.

El análisis de contenido de minerales (calcio, magnesio,

sodio, potasio, zinc, manganeso, hierro y cobre) en la pulpa

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 1–7, Enero–Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1721

de tomate de árbol realizó por espectroscopia de absorción

atómica según el método DECAB-01(Ruales et al., 2000).

El contenido de ácidos orgánicos se cuantiﬁcó siguiendo

el método descrito por (Pérez et al. (1997). Mientras que el

contenido de azúcares se cuantiﬁcó aplicando el método Mo-

diﬁcado del Manual de la columna ASTEC NH2 (DECAB,

2004a). La extracción y determinación de polifenoles solu-

bles totales se realizó según el método descrito por Slinkard

y Singleton (1977) y la capacidad antioxidante, se determinó

aplicando el método ABTS indicado por Re et al. (1999).

Hidrólisis de la pulpa de S. betacea.

Con el objeto de disminuir la carga de sólidos insolubles

(SIS) y aumentar la cantidad de sólidos disueltos (SD) se

realizó la hidrólisis de la pulpa. Para esto, se descongeló la

pulpa y hidrólizó a 30 ëC durante 30 minutos adicionando

1mL/kg de coctel enzimático Rap Vegetable Juice®.

Secado por aspersión de la pulpa de S. betacea.

El proceso de secado por aspersión se realizó en el equi-

po de secado marca BUCHI-B299, modelo MM-LAN 045

con una temperatura de salida entre 80 – 100 ëC. La pulpa

fue mezclada con maltodexltrina para mejorar el proceso de

secado e incrementar el rendimiento y la solubilidad del pro-

ducto seco(Miravet Valero, 2009) Previo a deﬁnir las condi-

ciones del proceso de secado, probaron 13 tratamientos con

los factores: i) ﬂujo de alimentación con dos niveles (12 y 17

mL/min); ii) temperatura de secado con cuatro niveles (130,

140 150 y 180 ëC); iii) concentración de maltodextrina con

tres niveles (3, 7 y 9%).

Efectividad del proceso.

La efectividad del proceso se evaluó por la cantidad de

sólidos disueltos en la pulpa (Ecuación 3). Donde EF corres-

ponde al porcentaje de efectividad, SD a los sólidos disueltos

que incluyen la adición de maltodextrina y el 3% de Sólidos

Insolubles. Los SIS correspondieron a los sólidos insolubles

tomados después de la enzimación

%EF =Peso del producto f inal

Peso de SD +Peso de SIS

×100 (3)

A partir de los resultados obtenidos en la efectividad del

proceso se seleccionaron los tratamientos con mayor rendi-

miento para la evaluación sensorial de los tratamientos y es-

coger la formulación más aceptable.

Características sensoriales de la pulpa deshidratada.

La evaluación sensorial se realizó con un grupo de 10 pa-

nelistas semi entrenados a quienes se presentaron las mues-

tras preparadas en forma de bebidas. Cada muestra fue iden-

tiﬁcada mediante cifras al azar de 3 dígitos. La bebida a eva-

luar se preparó al mezclar 20 g de la pulpa deshidratada de

tomate de árbol (en polvo) con 300 mL de agua de cada tra-

tamiento. Los atributos evaluados fueron el aroma y sabor

intenso a tomate de árbol, apariencia y consistencia de la

mezcla, presencia de grumos, color y presencia de sabores

extraños. Los atributos de sabor y aroma se caliﬁcaron usan-

do una escala de 1 a 10 cm, los demás atributos se caliﬁcaron

cualitativamente (Anzaldúa, 1994). El tratamiento que pre-

sentó las mejores puntuaciones sensoriales fue seleccionado

para formular el polvo hidratante.

Formulación del polvo hidratante.

Una vez determinado el mejor tratamiento de acuerdo con

los análisis sensoriales, se procedió a la formulación del pro-

ducto terminado. Se preparó una mezcla con 10 g de saca-

rosa, 14 g glucosa y 17 g pulpa deshidratada para preparar

500 mL de bebida. Para la adición de minerales se consideró

como referencia algunos productos hidratantes del mercado

y como aditivos se añadió fosfato tricálcico antiaglomerante,

sorbato de potasio como preservante, ácido cítrico como aci-

dulante, vitamina C como antioxidante, cloruro de magnesio

y cloruro de sodio como electrolitos funcionales y carboxi-

metil celulosa (CMC) al 1% como modiﬁcador de textura.

El producto terminado en forma de hidratante en polvo fue

empacado en presentaciones de 40 g en bolsa trilaminadas

de LDPE/foil/LDPE de 0,043 mm de espesor.

Estabilidad del polvo hidratante.

Para determinar la estabilidad del producto se evaluó el

polvo hidratante durante períodos de 0, 15, 30, 60 y 90 días

a temperatura ambiente (18 °C). Al cabo de cada periodo, en

cada muestra se determinó el contenido de humedad, ISA.

También se realizó un análisis sensorial al día 0 y 75 para de-

terminar la vida útil del producto. Para comprobar la inocui-

dad del producto ﬁnal se realizó el análisis microbiológico

por recuento del total de aerobios hongos ﬁlamentosos y le-

vaduras por gramo de alimento"según la Norma ISO 21527

(INEN, 2014) .

Para la determinación del IAA, ISA y PH se siguió el mé-

todo de Anderson et al. (1969), con algunas modiﬁcaciones.

Se pesaron 1,25 g (b.s) de harina en un tubo de centrífuga

previamente pesado, se adicionó 30 mL de agua destilada y

se colocó en baño maría a 60 °C durante 30 min con agi-

tación constante en un baño termostático (Lab Companion

BW-20H) equipada con una plancha de agitación sumergi-

ble (Variomag). Se dejó enfriar a temperatura ambiente para

llevar a centrifugación, a 4900 rpm durante 30 minutos en

una centrífuga (Bioblock Scientiﬁc Sigma 2-15). Luego, se

decantó el sobrenadante, se midió su volumen y se tomó una

alícuota de 10 mL en una caja Petri previamente pesada y

se secó en estufa a 70 °C durante 24 horas. Posteriormente,

se pesó nuevamente. El gel retenido en los tubos se pesó. El

IAA, ISA y PH se determinaron de acuerdo a las ecuaciones

5 a 7, respectivamente (Rodríguez-Sandoval et al., 2012).

El contenido de humedad se determinó por el método gra-

vimétrico 920.151.(37.1.12) (AOAC, 2007), para lo cual se

colocaron 2 g de polvo hidratante en cajas Petri y se llevó a

una estufa de vacío a 70 ëC hasta sequedad.

Análisis estadístico

La distribución normal de la eﬁciencia del proceso fue ve-

riﬁcada con la prueba de Shapiro-Wilks con un nivel de sig-

niﬁcancia de 0,05. Se realizó un análisis de factores simple

entre las variables temperatura, concentración de maltodex-

trina y ﬂujo de alimentación con la variable eﬁciencia del

proceso para determinar las mejores condiciones de secado.

DESARROLLO DE UNA BEBIDA SOLUBLE ANTIOXIDANTE BUITRÓN

Todos los análisis se realizaron con el software SigmaStat y

la herramienta Statwin.

RESULTADOS

Caracterización nutricional y de compuestos bioacti-

vos de la pulpa de S betacea.

La pulpa de tomate de árbol presentó valores de sólidos

totales de (10 grados Brix), y la media (con las desviaciones

típicas entre paréntesis) de pH fue de 3,6 (0,02) y el porcen-

taje de MIA de 1,26 (0,07). Se observó que los sólidos tota-

les de la pulpa hidrolizada increm entaron a 12 grados Brix,

mientras que el pH disminuyó ligeramente a 3,46 (0,02).

La caracterización nutricional se encuentra expresada en

valores en base seca (BS) (Tabla 1), se evidenció que la pulpa

de tomate de árbol contiene altas concentraciones de carbohi-

dratos, vitamina C, y minerales como el potasio, magnesio

y calcio. Las concentraciones de polifenoles y antioxidantes

fueron altas tanto en la pulpa como en la pulpa deshidratada

(Tabla 5).

Tabla 1: Caracterización nutricional de la pulpa de S. betacea

(n=3). (Media de los parámetros y su desviación estándar entre

paréntesis)

Parámetro Unidades/100 g BS Media

Humedad % p/p 84,02 (1,09)

Proteína g/100 g 14,85 (0,23)

Grasas g/100 g 4,49 (0,25)

Carbohidratos

totales g/100 g 75,63 (0,51)

Valor calórico Kcal/100 g 367,73

Vitamina C mg/100 g 105,00 (9,00)

β-carotenos mg/100 g 22,90 (1,50)

Azúcares

Fructosa g/100 g 10,14 (0,76)

Glucosa g/100 g 10,64 (0,15)

Sacarosa g/100 g 12,13 (0,89)

Ácidos orgánicos

Ácido cítrico g/100 g 15,41 (0,33)

Ácido tartárico g/100 g LND

Ácido málico g/100 g 1,97 (0,15)

Minerales

Calcio mg/100 g 160 (5,20)

Magnesio mg/100 g 97,85 (2,90)

Sodio mg/100 g 0,40 (0,01)

Potasio mg/100 g 2490,69 (71,00)

Zinc mg/100 g 1,20 (0,10)

Hierro g/100 g 1,30 (0,01)

Cobre g/100 g 0,50 (0,03)

LND : Límites no detectables

BS: Base Seca

Selección del tratamiento en base a la efectividad del pro-

ceso y las características sensoriales de la pulpa deshidratada

A partir de la evaluación de la efectividad del proceso (Tabla

2), se seleccionaron los tratamientos que presentaron efecti-

vidades superiores al 35% y correspondieron a los tratamien-

tos T3, T12, T7, T5, T11, T9 y T2 a los cuales se realizó el

análisis sensorial (Tabla 3). Se descartó el T13, ya que a esta

temperatura la consistencia del producto fue pastosa y no era

apta para el producto ﬁnal.

Tabla 2: Evaluación de la efectividad del proceso

Tratamiento Temperatura

(ëC)

Flujo

(mL/min)

Maltodextrina

(g/kg de pulpa)

Efectividad

del proceso(%)

T1 180 12 30 18,43

T2 180 17 70 34,83

T3 180 12 70 43,71

T4 180 17 30 14,62

T5 170 12 90 38,01

T6 165 14,5 70 28,2

T7 150 17 70 39,11

T8 150 12 70 26,84

T9 150 17 30 36,57

T10 150 12 30 27,22

T11 150 12 90 37,04

T12 140 12 90 42,00

T13 130 12 90 35,48

Al evaluar el efecto del ﬂujo de alimentación sobre la efec-

tividad del proceso, los tratamientos seleccionados no pre-

sentaron diferencias signiﬁcativas (p>0,05), siendo el ﬂujo de

alimentación de 12 mL/min, el que presentó la mejor efecti-

vidad del proceso. Tampoco se presentaron diferencias signi-

ﬁcativas entre los tratamientos al evaluar el efecto de la con-

centración de maltodextrina sobre la efectividad del proceso

(p>0,05). En este caso, la tendencia fue que la concentración

de maltodextrina de 90 g/kg de pulpa presentó las mejores

eﬁciencias del proceso. Finalmente, al evaluar la temperatu-

ra y la efectividad del proceso tampoco se presentaron dife-

rencias signiﬁcativas (p>0,05), y la tendencia mostró que la

efectividad del proceso mejora a 140 y 150 °C de temperatu-

ra, mientras que las temperaturas de 150 y 180 °C provocaron

que parte del producto se queme.

Tabla 3: Puntuaciones del Análisis sensorial de los tratamientos

seleccionados

Tratamiento

Condiciones

ëC/

(mL/min)/

(g/kg)

Aroma

(U)

Sabor

(U)

Color

(U)

Aspecto

(U)

Sabores

extraños

(U)

T9 150/17/30 4,01 4,26 4,68 4,60 5,80

T7 150/17/70 2,93 2,51 5,85 3,35 5,56

T3 180/12/70 4,18 3,20 7,35 5,51 6,90

T2 180/17/70 3,93 3,01 7,26 4,51 5,48

T12 140/12/90 8,00 8,64 7,86 8,57 0,00

T11 150/12/90 7,79 7,29 7,43 8,54 2,00

Aunque los tratamientos seleccionados presentaron las

mejores eﬁciencias de proceso, durante el análisis sensorial

(Tabla 3), se presentaron altas puntuaciones en el parámetro

de sabores extraños (quemado) para los tratamientos T9, T7,

T3 y T2. Y los tratamientos T11 y T12 obtuvieron las mayo-

res puntuaciones para los parámetros de aroma, sabor, color

y aspecto, se seleccionó al T12 (140 °C, ﬂujo de 12 mL/min

y una concentración de maltodextrina de 90 g/kg) como el

mejor tratamiento por la ausencia de sabores extraños. Una

vez seleccionadas las condiciones del proceso de secado, se

mejoró la efectividad del mismo al 50% con la adición de

100 ppm fosfato tricálcico de para obtener un mejor arrastre

y menos compactación en las paredes del atomizador (Mira-

vet Valero, 2009).

Formulación del polvo hidratante

La formulación del polvo hidratante a partir de la pulpa

deshidratada a 140 °C, ﬂujo de 12 mL/min, una concentra-

ción de maltodextrina de 90 g/kg y 100 ppm de fosfato tri-

cálcico se presenta en la Tabla 4. En esta formulación fue

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 1–7, Enero–Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1721

necesario añadir aditivos para que el polvo hidratante cum-

pla con los requerimientos de azúcares y minerales de una

bebida hidratante. Además, se adicionó carboximetil celulo-

sa (CMC) para mejorar la estabilidad del producto disuelto,

fosfato tricálcico (anticompactante) para aumentar la solu-

bilidad y sorbato de potasio como conservante del producto

ﬁnal. El valor calórico del producto ﬁnal fue de 119,79 calo-

rías en 600 mL.

Tabla 4: Formulación de la bebida hidratante en polvo

Ingredientes Porcentaje

(%)

Pulpa deshidratada 37,47

Azúcar 25,10

Glucosa 35,59

Fosfato tricálcico 0,37

Estabilizante CMC 0,37

Cloruro de sodio 0,56

Ácido cítrico 0,11

Ácido ascórbico 0,11

Cloruro de magnesio 0,15

Sorbato de potasio 0,15

Total 100

Aunque la concentración de sales minerales, polifenoles y

antioxidantes disminuyó en el producto ﬁnal, aún cumple con

los requerimientos de una bebida hidratante para actividad

deportiva (Tabla 5).

Tabla 5: Comparación de nutrientes de interés entre la pulpa

deshidratada y el polvo hidratante. (Media de los parámetros y su

desviación estándar entre paréntesis)

Parámetro Unidades n Pulpa

Deshidratada nPolvo

hidratante

Polifenoles mg/100g

muestra 3 223,65 (6,44) 3 115,23 (4,29)

Capacidad

Antioxidante

µmol/100g

muestra 3 929,88 (55,35) 3 513,84 (10,62)

Cloruro de

sodio g/100g 3 1 0,62

Ca mg/kg 3 160 (5,20) 1 6,72

Na mg/kg 3 0,40 (0,01) 1 136,00

Mg mg/kg 3 2490,69 (71,00) 1 150,60

Zn mg/kg 3 1,20 (0,10) 1 LD

LD: Límite de detección

Por otro lado, se puede evidenciar la inocuidad del produc-

to ﬁnal, puesto que en el contaje total de aerobios la muestra

no presenta crecimiento de bacterias ni levaduras, mientras

que presentó el conteo mínimo de hongos (Tabla 6).

Tabla 6: Análisis microbiológico producto terminado

Parámetro Conteo UFC/g

Contaje Aerobios 10 (a)

Contaje Hongos 2,6 X 103

Contaje Levaduras 10 (b)

UFC: Unidades Formadoras de colonias.

a: Estimado de Aerobios Contaje en Placa, fuera de rango

25-250, en los análisis la muestra en la dilución 10-1, no

hay crecimiento de bacterias.

b: Estimado de levaduras Contaje en Placa, fuera de rango

10-150, en los análisis la muestra en la dilución 10-1, no

hay crecimiento de levaduras.

Estabilidad del polvo hidratante. Se determinó que el pun-

to crítico de humedad para el producto ﬁnal es del 9% de

una muestra compactada y el punto crítico de solubilidad de

la pulpa deshidratada es del 24%. Como se observa en la

Figura 1, la humedad del producto ﬁnal no alcanza al pun-

to crítico mientras que la solubilidad supera el punto crítico

durante el periodo evaluado.

Fig. 1: Evolución del porcentaje ISA y el porcentaje de humedad

medidos en los 0, 15, 30, 60 y 90 días

Las ecuaciones de la vida útil del polvo hidratante de

acuerdo con el porcentaje de ISA y la humedad se visuali-

zan en la Tabla 7. Sin embargo, de acuerdo con el análisis se

determinó que la vida útil del producto es de 330 días alma-

cenado en percha a una temperatura ambiente de 16,7 °C y

humedad relativa entre el 67% y 80%.

Tabla 7: Vida útil del polvo hidratante

Parámetro Ecuación Límites

Críticos

Días a

límites

críticos

Solubilidad y = -0,7248x + 41,509 24 360

Humedad y = 0,257x + 1,3008 9 450

DISCUSIÓN

Los contenidos de ácido cítrico y ácido málico, β-

carotenos y polifenoles de la pulpa de S. betacea fueron su-

periores a los valores reportados por Acosta-Quezada et al.

(2015) en cultivares ecuatorianos de S. betacea anaranjado y

se mantuvieron dentro de los rangos el contenido de azúcares

(fructosa, glucosa y sacarosa). Ene l caso de los polifenoles,

el valor se asemejó al valor encontrado en la jalea de semi-

llas de S betacea anaranjado (Acosta-Quezada et al., 2015).

Mientras que los valores de β-carotenos encontrados en es-

te estudio concuerdan con los presentados por Ali Hassan

y Abu Bakar (2013) en cultivares de S. betacea morado de

Malasia. Las diferencias presentadas pueden deberse a que

los contenidos dependen de varios factores como la varie-

dad, estacionalidad, condiciones de cultivo, almacenamiento,

etc.(Márquez et al., 2017).

Los rendimientos obtenidos en la presente investigación,

asemejan a los de Siddick y Ganesh (2016), quienes encon-

traron una temperatura de 16 °C como la óptima para la recu-

peración de pulpa deshidratada de C. betacea, por otro lado

encontró que el secado a 140, 150 y 160 °C la solubilidad

DESARROLLO DE UNA BEBIDA SOLUBLE ANTIOXIDANTE BUITRÓN

de los polvos de C. betacea se incrementa en comparación

a los polvos secados en temperaturas inferiores y el mayor

rendimiento a una temperatura de secado de 120 °C (Herre-

ra Campos, 2018). Este último resultado diﬁere con nuestros

resultados ya que a 130 °C se obtuvo un polvo de consisten-

cia pastosa, esto podría deberse a las diferentes proporciones

de maltodextrina utilizadas en los ensayos y la no adición de

goma arábiga. Ya que tanto la maltodextrina y la goma ará-

biga se utilizan como portadores de material para eliminar

la pegajosidad y aumentar la temperatura de transición ví-

trea de la mezcla, sin embargo, se debe tomar en cuenta que

la aplicación excesiva de maltodextrina reduce la aceptación

del consumidor (Moghbeli et al., 2019). Por otro lado, en fu-

turos procesos para mejorar los rendimientos del secado por

aspersión se puede implementar otro tipo de portadores de

material como proteínas, polisacáridos (pectina) y surfactan-

tes (Moghbeli et al., 2019).

Al realizar el proceso de secado por aspersión se contribu-

yó a mantener las actividades antioxidantes de S. betacea, co-

mo lo demuestran Dillwyn et al. (2022), quienes midieron las

mayores actividades antioxidantes para el proceso de secado

por aspersión en comparación con el secado al sol, secado

en bandejas. El polvo hidrante fue formulado para suplir las

calorías necesarias para restaurar una hora de práctica depor-

tiva, ya que la falta de hidratación en los deportistas conlleva

efectos negativos, especialmente si la actividad física es de

larga duración. Según Urdampilleta et al. (2013) una deshi-

dratación superior al 2% incrementa la frecuencia cardiaca

y la temperatura corporal hasta los 40 °C, lo que obliga al

deportista a detener la actividad física. Por lo tanto, los de-

portistas deben ingerir líquidos con una frecuencia concreta

de volúmenes y concentraciones de electrolitos adecuados.

En cuanto al contenido de electrolitos de la bebida hidra-

tante de S betacea, la formulación se realizó en base a los

minerales establecidos en las etiquetas de los hidratantes en

el mercado debido a que cumplen con las recomendaciones

para bebidas de deportistas de 450-700 mg/L de sodio (Oli-

vos et al., 2012). Aunque aún no es un requisito la adición

de compuestos funcionales para la hidratación de deportistas

(Feye, 2018), la bebida hidratante de S. betacea formulada en

el presente estudio posee un valor nutricional superior a las

bebidas hidratantes comerciales debido a su alto contenido

de vitaminas y antioxidantes debido a que ayudan a comba-

tir el aumento de la producción de radicales libres y estrés

oxidativo (Olivos et al., 2012).

El producto ﬁnal cumple cabalmente con los requerimien-

tos de carbohidratos y electrolitos para un deportista y ade-

más tiene propiedades funcionales por la presencia de poli-

fenoles. El contenido de polifenoles y la capacidad antioxi-

dante determinados en el producto ﬁnal es alto y de acuerdo

con el equivalente de Trolux, de S betacea, esta bebida es una

fuente intermedia de antioxidantes (Márquez et al., 2017), el

potencial antioxidante de este producto hidratante es su con-

tenido de 120 mg de polifenoles por cada 100 g de producto.

El contenido de ácido ascórbico del producto ﬁnal es infe-

rior al obtenido por Castro et al. (2022) en una bebida similar

y se debió que existió una degradación total de la vitamina C

por el proceso térmico y se añadió vitamina C. La pulpa des-

hidratada del producto ﬁnal también es un buen aporte de

minerales, que de acuerdo con Torres (2012), S betacea pre-

senta buena bioaccesibilidad de Ca y Fe.

El análisis microbiológico del producto demuestra que no

hay crecimiento de bacterias ni levaduras y el conteo de hon-

gos está dentro del límite permisible, esto se debería a la pre-

sencia de compuestos fenólicos con posibles características

antimicrobianas (Zhao et al., 2009). Mientras que la evalua-

ción de la estabilidad del producto ﬁnal indica que en un em-

paque trilaminado es posible almacenarlo hasta un año sin

que pierda sus características organolépticas. El producto ﬁ-

nal es competitivo dentro del mercado, porque hasta el mo-

mento no se han desarrollado bebidas hidratantes naturales y

con antioxidantes y polifenoles, que coadyuvan en la hidra-

tación y a combatir enfermedades cardiovasculares.

CONCLUSIONES

La pulpa deshidratada tuvo una correcta rehidratación y

sin presencia de sabores extraños; el spray dryer en el proce-

so de secado existía compactación en las paredes del deshi-

dratador, requirió la adición de anticompactante, para evitar

la compactación de polvo en las paredes del mismo y tener

mayor rendimiento.

El proceso se deﬁnió con las siguientes condiciones 12

mL/min de ﬂujo de alimentación, 140 ëC de temperatura de

entrada de aire a la cámara, adición de maltodextrina al 9%

y la adición de 100 ppm de anticompactante, que resultó en

un incremento del rendimiento del proceso del 50% y el in-

cremento del 29% de solubilidad.

El producto ﬁnal resultó en un hidratante natural y funcio-

nal con el aprovechamiento de las propiedades antioxidan-

tes y electrolitos que posee S betacea (tomate de árbol), las

propiedades antioxidantes se mantuvieron con el proceso de

secado por aspersión, sin embargo fue necesario fortalecer la

bebida con vitamina C, obteniendo un producto ideal para la

reposición de energía y electrolitos perdidos en la práctica

deportiva, que es comparable con las bebidas energéticas del

mercado con contenido superior en polifenoles.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización y metodología RJ.; análisis formal, in-

vestigación, curación de datos, BF.; redacción Ð preparación

del borrador original, BF; redacción Ð revisión y edición, RJ

y BF; y supervisión, RJ. Todos los autores han leído y acep-

tado la versión publicada del manuscrito. Ruales, Jenny: RJ.

Buitrón, Fernando: BF

FINANCIAMIENTO

El presente estudio fue ﬁnanciado por el proyecto PA-

VUC (Producing added value from under-utilized tropical

fruit crops with high comercial potencial) FP6-2003-INCO-

DEV-DOS. CONTRACT 015279. La actualización de los re-

sultados para la publicación fue ﬁnanciada por el Instituto

Tecnológico Superior Ecuatoriano de Productividad.

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e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 8±16, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1795

Comunidades bacterianas del intestino de escarabajos peloteros y del suelo en

sucesión en la Reserva Tapichalaca

Bacterial communities of dung beetle guts and of succesional soil in Tapichalaca

Reserve

Daniela Román-Cáceres1,2,*, Heidy Jiménez-Granda1y Aura Paucar-Cabrera1

1Museo de Zoología-LOUNAZ, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

2Grupo de Investigación de Genética y Biología Molecular, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: daniela.roman@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 03/03/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 05/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEl suelo es un ecosistema importante en el que diferentes especies bacterianas desempeñan un papel fundamental como bioin-

dicadores de su comportamiento ecológico y evolutivo. En el presente estudio se aislaron y caracterizaron morfológicamente comunidades

bacterianas de la microbiota intestinal de escarabajos peloteros (Coleoptera: Scarabaienae) y del suelo de tres estados de sucesión ecoló-

gica (Bosque Primario, Bosque Restaurado y Pastizal en Restauración) de la Reserva Natural Tapichalaca (Ecuador). Se llevó a cabo el

aislamiento bacteriano de muestras de suelo y de intestino de escarabajos mediante la inoculación de cultivos mixtos y puros en dos medios

de cultivo: Agar Nutritivo y Agar Tripticasa de Soya. La identiﬁcación morfológica de las colonias bacterianas se realizó a través de la

observación de características macroscópicas y la identiﬁcación de las células bacterianas mediante Tinción Gram y observación microscó-

pica. Las cepas bacterianas obtenidas en el aislamiento de consorcios bacterianos de las muestras del intestino de los escarabajos y de las

muestras de suelo, se asociaron a diferentes posibles géneros bacterianos y se logró concluir que existe variación entre algunos de los gé-

neros identiﬁcados en relación con los tres estados de sucesión ecológica. En las muestras intestinales de escarabajos, de los cinco posibles

géneros asignados, el género Clostridium se identiﬁcó en el Bosque Primario y Enterobacter en la muestra intestinal de un espécimen del

pastizal. En las muestras de suelo, el género Corynebacterium se asoció en la muestra de suelo del Bosque Primario y Pseudomonas en la

muestra de suelo del pastizal.

Palabras claveÐMicrobiota, Identiﬁcación, Géneros bacterianos, Scarabaeinae.

AbstractÐSoil is an important ecosystem in which different bacterial species play a fundamental role as bioindicators of its ecological

and evolutionary behaviour. In the present study, bacterial communities were isolated and morphologically characterized from the intestinal

microbiota of dung beetles (Coleoptera: Scarabaienae) and from the soil of three states of ecological succession (primary forest, restored fo-

rest and grassland under restoration) of the Tapichalaca Nature Reserve (Ecuador). Bacterial isolation from soil and beetle intestine samples

was carried out by inoculating mixed and pure cultures in two culture media: Nutrient Agar and Trypticase Soy Agar. The morphological

identiﬁcation of the bacterial colonies was carried out through the observation of macroscopic characteristics and the identiﬁcation of the

bacterial cells through Gram staining and microscopic observation. The bacterial strains obtained in the isolation of bacterial consortia from

the beetle intestine samples and from the soil samples were associated with different possible bacterial genera and it was possible to con-

clude that there is a variation between some of the genera identiﬁed in relation to the three states of ecological succession. In the intestinal

samples of beetles, of the ﬁve possible genera assigned, the genus Clostridium was identiﬁed in the primary forest and Enterobacter in the

intestinal sample of a specimen from the grassland. In the soil samples, the genus Corynebacterium was associated in the soil sample from

the primary forest and Pseudomonas in the soil sample from the grassland.

KeywordsÐMicrobiota, Identiﬁcation, Bacterial genera, Scarabaeinae.

INTRODUCCIÓN

Las bacterias cumplen un rol valioso como bioindicado-

res del estado o de la perturbación del suelo. Estos

microorganismos responden rápidamente a las perturbacio-

nes ambientales y son actores fundamentales en los ciclos

biogeoquímicos y la descomposición de la materia orgánica,

por lo tanto, su composición puede ser valiosa para valorar el

funcionamiento del ecosistema (Gu et al., 2018).

Además de estar asociadas a diversas funciones medioam-

bientales, las bacterias también se encuentran relacionadas al

funcionamiento intestinal de los animales, un caso es la inter-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 8

COMUNIDADES BACTERIANAS DEL INTESTINO DE ESCARABAJOS PELOTEROS ROMÁN-CÁCERES et al.

acción simbiótica que tienen con los escarabajos. Los esca-

rabajos proporcionan hospedaje y protección a las bacterias

que se encuentran en su interior y, por su parte, las bacte-

rias participan en el proceso de digestión de los escarabajos

y les proporcionan protección contra patógenos, lo cual les

ayudan a desarrollar la capacidad de adaptarse a los constan-

tes cambios ambientales (Chouaia et al., 2019; Estes et al.,

2013).

Existen estudios que mencionan la importancia de este ti-

po de interacciones como la realizada por Falqueto et al.

(2022), donde se evaluó la presencia de hongos y bacterias

en la microbiota del intestino medio y posterior de escara-

bajos saproxilófagos en fase larvaria de la especie Pelidno-

ta luridipes Blanchard (Scarabaeidae: Rutelinae). Lograron

identiﬁcar 57 especies bacterianas y 7 especies de hongos,

con diferente composición y abundancia según su ubicación

en el intestino, lo que indicaba que la presencia de microbios

en las cámaras intestinales puede correlacionarse con la co-

lonización y función de los microorganismos en cada hábitat.

Los autores recomiendan realizar nuevas investigaciones con

escarabajos de esta y otras especies cercanas para determinar

microbiota asociada a diferentes estados larvarios y encon-

trar especies transitorias y residentes del intestino de estos

insectos y descubrir su potencial probiótico.

El objetivo pricipal de este estudio es el de aislar comuni-

dades benéﬁcas tanto del suelo como del intestino de escara-

bajos, ya que ambos organismos presentan beneﬁcios al eco-

sistema edáﬁco. Se conoce que el suelo puede albergar una

comunidad diversa de escarabajos y microorganismos que se

alimentan de excrementos, lo que permite una rápida elimi-

nación de los desechos animales depositados y la muerte o

antagonismo de cualquier patógeno presente. Por ejemplo,

los escarabajos peloteros (Coleoptera: Scarabaeidae) son ca-

paces de eliminar rápidamente los excrementos del ganado

en pastizales (Losey & Vaughan, 2006), y se ha sugerido que

también suprimen los patógenos presentes en los excremen-

tos. Además, los microorganismos del suelo también contri-

buyen a la descomposición de los excrementos (Chu et al.,

2007), suprimen comúnmente los patógenos de las plantas a

través de la competencia y el antagonismo químico (Weller

et al., 2002) y diﬁcultan la persistencia de microorganismos

patógenos que afectan la salud humana (Delgado-Baquerizo

et al., 2016).

La comprensión del rol que desempeñan las bacterias en

el suelo y en el intestino de los escarabajos estercoleros es

de vital importancia para los estudios de regeneración am-

biental, como lo es la restauración ecológica. Por ello, existe

un interés creciente en estudiar y comprender las respuestas

de las comunidades bacterianas del suelo bajo la restaura-

ción ecológica (Yu et al., 2021). Los modelos de sucesión

ecológica pueden ser comparados mediante el cambio en el

número de los taxones y la variabilidad entre las comunida-

des locales dentro de una región o hábitat determinados, ya

sea entre las etapas de sucesiones iniciales o avanzadas. Al

considerar que las trayectorias sucesionales pueden ser muy

irregulares y no lineales, dependiendo de sus características

ambientales, no se espera que las comunidades bacterianas

sean iguales (Ortiz-Álvarez et al., 2018).

El presente trabajo investigativo pretende generar informa-

ción sobre el desarrollo de consorcios bacterianos en el suelo

y en el intestino de los escarabajos estercoleros (Coleoptera:

Scarabaeinae) que habitan en diferentes estados de sucesión

del bosque de la Reserva Natural Tapichalaca, del cantón Pa-

landa, provincia de Zamora Chinchipe.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

El presente estudio se llevó a cabo en Ecuador, en la pro-

vincia de Zamora Chinchipe, cantón Palanda, en la Reserva

Natural Tapichalaca perteneciente a la Fundación Jocotoco.

Cuenta con un área de 3624 hectáreas y se encuentra en las

coordenadas Latitud -4,48333, Longitud -79,13333 (Funda-

ción Jocotoco, 2022). Se seleccionaron tres áreas de sucesión

ecológica: área de Bosque Primario (Lat: -4,49165; Long: -

79,12563), área de Bosque Restaurado con 23 años en proce-

so de restauración (Lat: -4,51165; Long: -79,13763) y área de

Pastizal en Restauración con 15 años en proceso de restaura-

ción (Lat: -4,50535; long: -79,13322). La cobertura vegetal

Pastizal en Restauración se reﬁere a varias áreas que eran

usadas para la ganadería que desde hace 15 años se dejaron

de usar con ese ﬁn y se destinaron para la restauración pa-

siva; sin embargo, en esta cobertura vegetal aún se presenta

la estructura de vegetación herbácea tipo pastizal, por lo cual

se mantiene la denominación de Pastizal en Restauración. En

cada estado de sucesión se estableció una parcela de 10 m x

10 m, subdividida en 4 cuadrantes de 5 m x 5 m y mediante

sorteo aleatorio se eligió una subparcela, la cual a su vez se

subdividió en subparcelas de 1 m x 1 m y aleatoriamente se

establecieron tres puntos de muestreo.

En el mes de febrero de 2022 se realizó un solo muestreo

por tipo de sucesión el cual fue monitoreado durante 24 ho-

ras. La captura de los escarabajos se llevó a cabo mediante

trampas de caída (pitfall) modiﬁcadas, cebadas con heces hu-

manas, según Da Silva y Hernández (2015). Las modiﬁcacio-

nes consistieron en colocar el cebo en un vaso plástico eleva-

do para evitar que el excremento pudiera entrar en contacto

con los escarabajos y alterar los resultados. El recipiente en-

terrado contenía suelo del mismo sitio de muestreo, de ma-

nera que los escarabajos capturados permanecían vivos hasta

llegar al laboratorio. La boca del recipiente contenía un em-

budo para evitar que los escarabajos salieran del recipiente, y

la trampa estaba protegida de la lluvia con un plato plástico

para evitar contaminación del cebo hacia el recipiente ente-

rrado en caso de precipitación. Una vez capturados los esca-

rabajos vivos se desenterraron los recipientes, se colocaron

tapas agujereadas y se etiquetaron todos los recipientes de

colecta por punto de muestreo. Todos los especímenes colec-

tados se trasladaron al Museo de Zoología de la Universidad

Nacional de Loja (LOUNAZ), con el ﬁn de realizar la selec-

ción aleatoria de los especímenes para la extracción del in-

testino. Mediante una identiﬁcación rápida se seleccionaron

a los individuos del género más representativo y se eligieron

mediante sorteo aleatorio dos individuos de dos de los tres

puntos de muestreo por cada estado de sucesión. Los escara-

bajos fueron identiﬁcados usando la colección de referencia

de escarabaeinos del Museo de Zoología LOUNAZ de mues-

treos en la Reserva Tapichalaca, con la clave de Chamorro et

al. (2018) y la conﬁrmación de identiﬁcaciones hasta nivel

de especie por el especialista Fernando Vaz de Mello.

El muestreo del suelo se llevó a cabo en los mismos pun-

e-ISSN: 1390-5902

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tos seleccionados para el muestreo de escarabajos, se toma-

ron tres muestras (A, B, C) a 20 cm de profundidad y fue-

ron homogeneizadas entre sí para obtener una sola muestra

compuesta por estado de sucesión (Gu et al., 2018). Se depo-

sitaron en una funda Ziploc con su respectiva etiqueta para

llevarlas al laboratorio. Se dejaron secar las muestras de sue-

lo durante 48 h a temperatura ambiente.

Material biológico obtenido del muestreo de escara-

bajos estercoleros y del suelo

Para la obtención de las muestras de intestino, se sacriﬁcó

a los escarabajos mediante enfriamiento a una temperatura

de -20 °C durante 24 horas, se los desinfectó con alcohol al

70% durante 3 minutos, y fueron enjuagados en agua estéril

para evitar contaminación (Arias-Cordero et al., 2012). En la

cámara de ﬂujo laminar con la ﬁnalidad de mantener un am-

biente estéril se procedió a realizar la disección del intestino:

empleando una aguja de microcirugía se realizó un corte en

la base de su abdomen y se extrajo el intestino (intestino an-

terior - recto) con una pinza esterilizada con alcohol al 70%

y calor (Schloss et al., 2006; Vasanthakumar et al., 2008).

La muestra de intestino fue colocada en un tubo criovial

con 2 ml de agua de peptona y se trituró por dos minutos

con la ayuda de una varilla de agitación desinfectada, luego

se agitó en el vórtex por 20 segundos para homogeneizar la

muestra, misma que fue considerada como muestra madre

a partir de la cual se procedieron a realizar siete diluciones

seriadas con factor 1:4 siguiendo la metodología mencionada

por (Heylen et al., 2012) que explica que con una dilución

alta se logra una distribución más uniforme en placas de agar.

Se agregó 0,5 ml de muestra madre en un tubo Eppendorf con

1,5 ml de agua de peptona autoclavada y se homogeneizó

durante 20 segundos, siendo esta la primera dilución (10−1).

El proceso fue el mismo hasta obtener la séptima dilución

(10−7).

Las tres muestras compuestas de suelo una vez secas se

tamizaron, de cada una se pesaron 10 g para mezclar en 90

ml de agua estéril y obtener la muestra madre. El proceso se

realizó con cada muestra de suelo, por separado; las muestras

madres se homogeneizaron durante 20 minutos (Sansupa et

al., 2021). A partir de las tres muestras madre homogenei-

zadas, se hicieron cinco diluciones seriadas (10−1- 10−5)

(Castañeda Briones, 2003)

Análisis de Temperatura y pH

La metodología utilizada en este estudio se centró en la to-

ma de parámetros in situ de temperatura (T°) y pH del suelo

con el objetivo de investigar su inﬂuencia en la actividad de

las bacterias del suelo. Para la medición de la temperatura,

se utilizaron sondas enterradas a diferentes profundidades en

las parcelas de muestreo. El pH del suelo se determinó en

la mezcla compuesta de cada área con un pHmetro calibra-

do. Las muestras de suelo se mezclaron y se les añadió agua

destilada para obtener una suspensión homogénea, luego se

midió el pH directamente en la suspensión. Estas medicio-

nes proporcionaron datos precisos y en tiempo real para es-

tablecer una relación entre la temperatura, el pH del suelo y

los posibles géneros bacterianos presentes. Según Reth et al.

(2005), la toma de estos parámetros (T° y pH) es esencial pa-

ra comprender los mecanismos que regulan las interacciones

entre el suelo, las bacterias y los procesos biogeoquímicos.

Material de medios de cultivo

La siembra de la muestra de intestino de los escarabajos

se realizó a partir de la quinta dilución, esta consistió en co-

locar dentro de las cajas Petri con medio de cultivo 0,01 ml

de cada una de estas diluciones mediante la técnica de agota-

miento en estrías (Reynoso et al., 2015). Para la obtención de

cultivos mixtos se trabajó con dos medios básicos de cultivo:

Agar nutritivo (AN) que permite el crecimiento de la mayoría

de bacterias y Agar Tripticasa de soja (TSA) que favorece el

desarrollo de bacterias más exigentes en sus requerimientos

nutricionales. Las placas respectivamente etiquetadas fueron

puestas en la incubadora durante 48 horas a 28 °C (Salazar

et al., 2009; Vasanthakumar et al., 2008). Además, se contó

con dos repeticiones por cada dilución sembrada y con dos

controles generales: un positivo que contenía muestra directa

del intestino y un negativo solamente con medio de cultivo.

Los cultivos fueron revisados cada 24 h.

Las colonias bacterianas presentes en los cultivos mixtos

fueron diferenciadas de acuerdo a sus características macros-

cópicas y se aislaron de manera independiente sembradas

nuevamente en TSA y AN y puestas en incubación duran-

te 24 h a 28 °C para adquirir cultivos puros.

El aislamiento de la muestra de suelo de los tres estados

de sucesión se inició a partir de la dilución 10−2, y el pro-

cedimiento de siembra fue el mismo que se empleó para las

muestras del intestino de los escarabajos hasta conseguir los

aislados puros.

Identiﬁcación morfológica de cepas bacterianas

De acuerdo a la caracterización macroscópica de las co-

lonias puras y a la observación microscópica de las células

bacterianas se realizó la revisión bibliográﬁca del manual de

Bergey (Garrity & Holt, 2001) para lograr asociar los dife-

rentes consorcios bacterianos con posibles géneros.

RESULTADOS

Muestreo de escarabajos peloteros y suelo de los tres

estados de sucesión ecológica

Todos los especímenes capturados pertenecieron al género

Ontherus, que en su mayoría están representados por la espe-

cie Ontherus howdeni Génier con un total de cinco ejempla-

res y existe un solo individuo de la especie Ontherus hadros

Génier (Tabla 1).

Tabla 1: Especies de escarabajos capturados en los tres estados de

sucesión ecológica de la Reserva Natural Tapichalaca.

Número de

identiﬁcación Especie Área de sucesión

0007541 Ontherus howdeni Bosque Natural

0007542 Ontherus hadros Bosque Natural

0007543 Ontherus howdeni Bosque Restaurado

0007544 Ontherus howdeni Bosque Restaurado

0007545 Ontherus howdeni Pastizal en Restauración

0007546 Ontherus howdeni Pastizal en Restauración

En la Tabla 2 se pueden obervar los datos de los paráme-

COMUNIDADES BACTERIANAS DEL INTESTINO DE ESCARABAJOS PELOTEROS ROMÁN-CÁCERES et al.

tros ambientales tomados in situ en tres sitios diferentes de la

Reserva Natural Tapichalaca para este estudio. Se registraron

temperaturas en rangos dentro de los 20 °C ± 23 °C para los

tres sitios de muestreo y tanto Bosque Natural como Bosque

Restaurado se encuentran en un rango de pH neutro a dife-

rencia del Pastizal en Restauración que es ligeramente ácido.

Tabla 2: Temperatura y pH de las muestras de suelo de los tres

estados de sucesión ecológica de la Reserva Natural Tapichalaca.

Área de sucesión Temperatura pH Elevación

Bosque Natural 22 °C 6,99 2503 m.s.n.m

Bosque Restaurado 21,8 °C 6,53 2450 m.s.n.m

Pastizal en Restauración 21,7 °C 5,70 2390 m.s.n.m

Aislamiento de bacterias a partir de intestinos de es-

carabajos peloteros y del suelo de los tres estados de

sucesión ecológica

En el espécimen 0007541 del Bosque Primario se aisla-

ron ocho cultivos mixtos y 12 cultivos puros. En el segundo

ejemplar 0007542 se obtuvieron seis cultivos mixtos y un

total de 11 cultivos. En total se logró recuperar 23 cultivos

puros entre los dos ejemplares del Bosque Primario.

Como resultado total de las dos muestras intestinales de

los escarabajos del Bosque Primario, se identiﬁcaron 23 co-

lonias puras. En el aislamiento bacteriano con la muestra in-

testinal del espécimen 0007543 de Bosque Restaurado exis-

tió crecimiento de cinco cultivos mixtos y se seleccionaron

seis colonias puras. A partir de la muestra de intestino del

escarabajo 0007544 presentó como resultado ocho cultivos

mixtos y la selección de nueve colonias puras.

En total, el aislamiento bacteriano de las muestras de in-

testino de los dos escarabajos del Bosque Restaurado sumó

14 colonias puras. En la Figura 1 se puede observar el creci-

miento de uno de los cultivos puros del escarabajo 0007543

perteneciente al Bosque Restaurado.

Fig. 1: Aislamiento de colonias puras de la muestra intestinal del

escarabajo 0007543 perteneciente al Bosque Restaurado de la

Reserva Natural Tapichalaca.

El aislamiento de la muestra del espécimen 0007545 dio

como resultado el crecimiento de ocho cultivos mixtos y la

selección de nueve colonias puras. Finalmente, con la mues-

tra de intestino del escarabajo 0007546 se consiguieron siete

cultivos mixtos y se identiﬁcaron diez colonias puras.

Las dos muestras de intestino de los escarabajos prove-

nientes del Pastizal en Restauración suman en conjunto un

total de 20 colonias puras. En la Figura 2 se puede observar

el crecimiento de uno de los cultivos puros del escarabajo

0007546 perteneciente al Pastizal en Restauración.

Fig. 2: Aislamiento de consorcios bacterianos de la muestra

intestinal del escarabajo 0007546 perteneciente al Pastizal en

Restauración de la Reserva Natural Tapichalaca.

En el aislamiento bacteriano efectuado con las tres mues-

tras de suelo de la Reserva Natural Tapichalaca, se evidenció

el crecimiento de nueve cultivos mixtos y la selección de 11

colonias puras para el Bosque Primario. La muestra del Bos-

que Restaurado dio como resultado un total de siete cultivos

mixtos, a partir de los cuales se seleccionaron 11 colonias pu-

ras. Finalmente, el crecimiento de bacterias a partir del suelo

del Pastizal en Restauración presentó nueve cultivos mixtos

y la identiﬁcación de 14 colonias puras.

En la ﬁgura 3 se ha colocado un ejemplo de dos cultivos

puros del Pastizal en Restauración.

Fig. 3: Aislamiento de consorcios bacterianos de la muestra de

suelo del Pastizal en Restauración de la Reserva Natural

Tapichalaca.

Identiﬁcación morfológica de bacterias presentes en

el intestino de los escarabajos y en las muestras de

suelo

Con base en las características macroscópicas de las colo-

nias y en la identiﬁcación morfológica de las células bacte-

rianas provenientes de la muestra de intestino del escarabajo

0007541 del Bosque Primario, se evidenciaron siete morfo-

logías coloniales diferentes. Dentro de estos tipos existieron

dos morfologías coloniales con mayor presencia, la primera

con una forma irregular, borde lobulado, elevada, superﬁcie

opaca, seca y lisa, color crema blanquecino, no transparenta,

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CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 8±16, Enero±Junio 2023

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siendo bacilos Gram+. La segunda morfología más repeti-

da era de forma irregular, borde lobulado, elevada, superﬁcie

brillante, cremosa y rugosa, color crema oscuro, no transpa-

rente, tratándose de cocos Gram+. En el caso de la muestra

intestinal del escarabajo 0007542 la morfología más repetida

poseía una forma irregular, borde rizado, elevada, superﬁcie

brillante, viscosa y lisa, color crema blanquecino, translúci-

da, en la cual se observaron cocos Gram+.

En los especímenes del Bosque Primario se identiﬁcaron

cinco morfologías coloniales en el caso de la muestra de in-

testino del escarabajo 0007543, de las cuales la morfología

con características de forma irregular, borde ondulado, ele-

vada, superﬁcie opaca, seca y rugosa color crema blanque-

cino, no transparenta y morfología celular correspondiente a

bacilos Gram+, se repitió en más de una caja. Por otro lado, a

partir de la muestra intestinal del espécimen 0007544, se ob-

tuvieron cuatro morfologías coloniales, dos de estas fueron

observadas en más de una colonia; tal es el caso de las co-

lonias que presentaron una forma irregular, borde ondulado,

elevada, superﬁcie brillante, viscosa y lisa, color crema, no

transparenta y en el proceso de tinción se identiﬁcaron cocos

Gram-. Asimismo, algunas siembras presentaron una morfo-

logía de forma irregular, borde ondulado, superﬁcie eleva-

da, brillante, cremosa, lisa, color crema no transparente y se

identiﬁcaron como cocos Gram+.

En lo que respecta a los especímenes muestreados en el

área de Pastizal en Restauración, se identiﬁcaron cinco mor-

fologías coloniales diferentes para la muestra intestinal del

escarabajo 0007545, la morfología más repetida presentó for-

ma irregular, borde rizado, elevada, superﬁcie brillante, vis-

cosa y lisa, color blanco, no transparente, y se observaron

con forma de cocos Gram-. En el caso de la muestra 0007546

se pudo apreciar cinco morfologías coloniales, dentro de las

cuales existió una morfología con forma irregular, borde riza-

do, elevada, superﬁcie brillante, viscosa y rugosa, color cre-

ma, no transparente que se trataba de cocos Gram-, la cual

fue una de las más repetidas junto con la morfología colonial

de características de forma irregular, borde rizado, superﬁcie

elevada, brillante, observados como cocos Gram+.

En la tabla 3 se detalla el número de morfologías encon-

tradas para la muestra intestinal de cada escarabajo según el

estado de sucesión del que provienen, asimismo, se presen-

ta el número de casos de las diferentes morfologías celula-

res observadas. De acuerdo a la caracterización macroscópi-

Tabla 3: Número de morfologías coloniales y celulares observadas

en las muestras de intestino de los escarabajos colectados en

distintos estados de sucesión de la Reserva Natural Tapichalaca.

Bosque

Primario

Bosque

Restaurado

Pastizal en

Restauración

7541 7542 7543 7544 7545 7546

Nro. Morfología

colonial 76545 5

Bacilos Gram+ 53311 1

Bacilos Gram- 01103 1

Cocos Gram+ 35130 3

Cocos Gram- 42155 5

ca de las colonias puras y a la observación microscópica de

las células bacterianas se logró asociar a diferentes posibles

géneros. Se identiﬁcaron cinco posibles géneros bacterianos:

Clostridium, Pseudomonas, Bacillus, Enterobacter y Staphy-

lococcus. El género Clostridium se identiﬁcó en los cultivos

puros del intestino del espécimen 0007541 del Bosque Pri-

mario; Pseudomonas y Staphylococcus se asignaron para las

colonias bacterianas de la muestra intestinal del espécimen

0007542 del Bosque Primario; Enterobacter fue identiﬁcado

en la muestra de intestino del escarabajo 0007546 del Pas-

tizal en Restauración; en el caso del género Bacillus se en-

contró al menos en una de las dos muestras de intestino de

los especímenes del Bosque Primario y del Bosque Restaura-

do, y en ambas muestras de los escarabajos provenientes del

Pastizal en Restauración (Tabla 4).

Tabla 4: Posibles géneros bacterianos identiﬁcados en las

muestras de intestino de los escarabajos que habitan en los tres

estados de sucesión de la Reserva Natural Tapichalaca.

Estado de sucesión

Bosque

Primario

Bosque

Restaurado

Pastizal en

Restauración

Género 7541 7542 7543 7544 7645 7546

Clostridium X

Pseudomonas X

Bacillus X X X X

Enterobacter X

Staphylococcus X

En la identiﬁcación morfológica de colonias y células bac-

terianas obtenidas en el aislamiento de las muestras de suelo,

se encontraron nueve morfologías coloniales para el Bosque

Primario, en donde aquella que más se repetía presentó ca-

racterísticas de forma irregular, su elevación elevada, color

crema, no transparencia de luz y la superﬁcie cremosa, tra-

tándose de bacilos Gram+. En la caracterización de las co-

lonias bacterianas de la muestra del Bosque Restaurado se

identiﬁcaron seis tipos de morfología colonial; el tipo de co-

lonia con más observaciones poseía forma irregular, borde

ondulado, superﬁcie cremosa y brillante, y color crema, y

se visualizó con forma de cocos Gram+. En cambio, para la

muestra del Pastizal en Restauración se distinguieron nue-

ve morfologías coloniales; la morfología de forma irregular,

borde ondulado, elevación elevada, superﬁcie mate, cremosa

y rugosa, color crema opaco, no transparente estuvo presen-

te en mayor cantidad de siembras, en donde se identiﬁcaron

cocos Gram+. En la Tabla 5 se presenta un resumen de la

cantidad de morfologías coloniales identiﬁcadas a partir del

aislamiento de la muestra de suelo de cada estado de sucesión

ecológica, detallando también el número de ocasiones en las

que se identiﬁcaron las diferentes morfologías celulares y el

tipo de Gram.

Tabla 5: Morfologías coloniales y celulares observadas en las

muestras de suelo de los tres niveles de sucesión de la Reserva

Natural Tapichalaca.

Bosque

Primario

Bosque

Restaurado

Pastizal en

Restauración

Nro. Morfología

colonial 9 6 9

Bacilos Gram+ 4 3 4

Bacilos Gram- 1 0 1

Cocos Gram+ 3 6 6

Cocos Gram- 3 2 3

Como resultado de la diferenciación de características ma-

croscópicas y microscópicas de las cepas bacterianas encon-

COMUNIDADES BACTERIANAS DEL INTESTINO DE ESCARABAJOS PELOTEROS ROMÁN-CÁCERES et al.

tradas en las muestras de suelo y con base en la revisión bi-

bliográﬁca realizada, fueron asociadas a cuatro posibles gé-

neros bacterianos: Corynebactrium, Clostridium, Pseudomo-

nas yBacillus. El género Corynebactrium se encontró única-

mente en la muestra de suelo del Bosque Primario y Pseudo-

monas en la muestra de suelo del Pastizal en Restauración;

Clostridium yBacillus estaban presentes tanto en la mues-

tra de suelo del Bosque Primario como en las muestras del

Bosque Restaurado y del pastizal (Tabla 6).

Tabla 6: Posibles géneros bacterianos identiﬁcados en las

muestras de suelo de los tres estados de sucesión de la Reserva

Natural Tapichalaca.

Género Estado de sucesión

Bosque

Primario

Bosque

Restaurado

Pastizal en

Restauración

Corynebacterium X

Clostridium X X X

Pseudomonas X

Bacillus X X X

DISCUSIÓN

Varios autores como Rhoads et al. (2012) han discutido la

importancia de utilizar métodos de identiﬁcación dependien-

tes de cultivo para caracterizar organismos, pero también han

enfatizado la necesidad de complementar estos enfoques con

técnicas de identiﬁcación molecular para lograr una mayor

precisión y comprensión de la especie en cuestión. Si bien los

métodos dependientes de cultivo, como la observación de ca-

racterísticas morfológicas y el crecimiento en medios especí-

ﬁcos, pueden proporcionar información inicial valiosa, exis-

ten limitaciones en términos de identiﬁcar especies con alta

precisión. En este sentido, los enfoques moleculares, como

la secuenciación de ADN o la reacción en cadena de la po-

limerasa (PCR), permiten la ampliﬁcación y análisis directo

del material genético, proporcionando información más pre-

cisa y conﬁable para identiﬁcar y clasiﬁcar organismos hasta

el nivel de especie.

La identiﬁcación de bacterias presentes en el intestino de

los escarabajos permitió reconocer cinco posibles géneros

bacterianos como: Clostridium que estuvo presente única-

mente en el intestino del espécimen 7541 del Bosque Pri-

mario, esta particularidad acerca de su presencia puede de-

berse que este género del orden Clostridial no suele ser muy

abundante en escarabajos comedores de estiércol (Ebert et

al., 2021). Otra razón que explique la existencia de estas bac-

terias en la microbiota intestinal de los escarabajos es que

generalmente se encuentran relacionadas a ciertos factores

como la compartimentación del intestino o las diferentes eta-

pas de su desarrollo, encontrándose más presentes en nuevos

adultos (Briones-Roblero et al., 2017; Chouaia et al., 2019).

El género Pseudomonas se encontró únicamente en la mues-

tra intestinal del escarabajo 0007542 del Bosque Primario.

Las Pseudomonas están frecuentemente asociadas a diversas

etapas de la vida de los insectos, y les aseguran un conjunto

de funciones ﬁsiológicas, por ejemplo, la degradación de po-

lisacáridos, lípidos y de la celulosa, asignación de nutrientes,

ﬁjación de nitrógeno y reciclaje de compuestos nitrogenados.

Se han registrado individuos del género mencionado en espe-

cies de escarabajo como el Holotrichia parallelea (Coleop-

tera: Scarabaeidae) (Estes et al., 2013). Huang et al. (2012)

con base en los resultados de su investigación con muestras

de larvas, aﬁrman que Pseudomonas fue el grupo más domi-

nante de bacterias celulolíticas en el intestino de las larvas

de escarabajos que habitan en el suelo. No obstante, en el

presente estudio los resultados no fueron similares, lo que

posiblemente pueda estar justiﬁcado por el método de ais-

lamiento. El género Staphylococcus también se encontró en

la muestra del escarabajo 0007542, la existencia y la capa-

cidad de estas bacterias en el microbioma de los escarabajos

para producir compuestos antimicrobianos y desarrollarse en

sustratos ricos en lípidos y proteínas, incluidos los produc-

tos cárnicos, les permiten aportar la regulación de la carroña

(Shukla et al., 2018).

El único género bacteriano que se identiﬁcó en al menos

una muestra de intestino de escarabajo de cada estado de

sucesión fue Bacillus, las bacterias de este género son cos-

mopolitas relacionadas con el tracto digestivo de animales e

insectos, por lo tanto, juegan un papel extremadamente di-

verso en organismos vertebrados e invertebrados. Además,

es posible que estos microorganismos se adquieran del me-

dio ambiente dado su cosmopolitismo y posiblemente sean

microbios intestinales transitorios que pasan por el intestino

con la alimentación (Shelomi & Chen, 2020).

Por otro lado, el género Enterobacter se logró identiﬁcar

en una muestra de intestino de escarabajo del pastizal, las

Enterobacteriaceae se asocian con frecuencia con funciones

nutricionales en insectos. Diferentes especies de Enterobac-

ter tienen una diversidad de capacidades funcionales en los

intestinos de los insectos al ayudar en su nutrición (Estes et

al., 2013). Sin embargo, la estructura comunitaria de esta fa-

milia está relacionada con cambios evolutivos en la ecología

de los escarabajos, como el hábito alimentario, el hábitat y la

morfología intestinal (Kudo et al., 2019).

En el aislamiento de cepas bacterianas con las muestras

de suelo, se registró la existencia de Corynebacterium en la

muestra de suelo del Bosque Primario, la presencia de este

género bacteriano puede manifestarse debido a la gran canti-

dad de vegetación que existe en el Bosque Primario, ya que

es uno de aquellos géneros que prosperan en suelos vírgenes

cumpliendo con la función de solubilizadoras de fosfato, lo

que aumenta el crecimiento de las plantas por varios meca-

nismos directos e indirectos (Kaur & Kaur, 2020). Sin embar-

go, en varios estudios también se indica que estas bacterias

generalmente se encuentran en suelos contaminados por pe-

tróleo, lo que puede atribuirse al hecho de que estos suelos a

menudo albergan una gran variedad de ﬂora microbiana que

es capaz de utilizar los hidrocarburos como fuente de energía

y carbono, debido al aumento de suministro de carbono que

generan los hidrocarburos residuales en el suelo, favorecien-

do así el crecimiento de estos organismos competentes en la

degradación de contaminantes hidrocarburíferos (Nwinyi &

Akinmulewo, 2019; Ozoude et al., 2018).

El género Pseudomonas se identiﬁcó solamente en la

muestra del pastizal, estas bacterias logran desarrollarse en

cualquier entorno dentro de un rango de pH de 4 a 8 (Li et al.,

2018), rango que coincide con el que posee esta área de su-

cesión. Puede decirse también que al tratarse de un suelo en

recuperación y que aún presenta rasgos de degradación por

ganadería, la presencia de Pseudomonas es posible ya que en

algunos estudios se ha comprobado que pueden ser predomi-

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 8±16, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1795

nantes en suelos de baja calidad (Bollinger et al., 2020).

Los géneros Clostridium yBacillus se reconocieron en los

cultivos puros obtenidos de las muestras de suelo de los tres

estados de sucesión (Bosque Primario, Bosque Restaurado

y Pastizal en Restauración). Las bacterias Clostridium cier-

tamente se encuentran en diversos ambientes (Shin et al.,

2018), se han estudiado en sitios de bosques primarios de

tierras altas que no han sufrido alteraciones y en sitios de

bosques secundarios de tierras altas que tenían apariencia si-

milar a los bosques primarios, pero han sufrido alteraciones

o han sido pastoreados durante años, luego abandonados y

en proceso de regeneración natural, en donde se ha obser-

vado que incluso su presencia puede ser mayor en los bos-

ques secundarios que en los primarios (Eaton et al., 2020).

Las bacterias del género Clostridium también se han aisla-

do de muestras de suelos que han sido labrados y de suelos

de pastizales anteriormente dedicados a la ganadería y se ha

evidenciado que su presencia es abundante, no obstante, esta

puede ser mayor en presencia de ganadería ya que se piensa

que estas bacterias están estrechamente relacionadas con el

estiércol (Ding et al., 2014; Larina et al., 2020).

Los miembros del género Bacillus casi siempre se encuen-

tran en la rizósfera de diversos ambientes, incluyendo bos-

ques y suelos desérticos (Dong et al., 2019; Zheng et al.,

2020). Tanto en el Bosque Primario como en el Bosque Res-

taurado, la notable presencia de vegetación puede ser gracias

a que estos microorganismos endóﬁtos ayudan a la descom-

posición de la materia orgánica y mejoran la disponibilidad

de nutrientes para el crecimiento de la mayoría de plantas

(Hu et al., 2021). En ocasiones el cambio de uso de suelo

no suele afectar la presencia de estas bacterias, por ello se ha

encontrado que pueden ser abundantes en los pastizales, aun-

que en algunos estudios se menciona que cuando las tierras

que han sido trabajadas regresan a los ecosistemas naturales,

los nutrientes del suelo inicialmente disminuyen rápidamente

debido al cese de la fertilización, lo que puede inﬂuir nota-

blemente en la diversidad microbiana del suelo (Guo et al.,

2018; Xu et al., 2021). No obstante, en este estudio no se con-

cuerda con esta idea, a razón de que las muestras del pastizal

permitieron relacionar las colonias puras con una mayor can-

tidad de géneros bacterianos en comparación a las muestras

del Bosque Restaurado.

En cuanto a las condiciones del suelo, en el muestreo de

suelo se logró evidenciar que el pH varía de acuerdo al esta-

do sucesional, los resultados arrojaron valores prácticamente

neutros de 6,99 para el suelo del Bosque Natural, 6,53 pa-

ra el Bosque Restaurado y un valor de valor de 5,70 para el

Pastizal en Restauración, considerándose este último el va-

lor con mayor cambio y acidez. A futuro se deberán hacer

estudios sobre la incidencia de las condiciones físicas y quí-

micas del suelo de bosques naturales e intervenidos sobre las

comunidades de bacterias.

CONCLUSIONES

En este estudio se obtuvo un total de 32 aislados puros

provenientes del intestino de los escarabajos colectados. El

género de escarabajos predominante en la colecta fue el gé-

nero Ontherus (O. hadros yO. howdeni). De estos 32 aisla-

dos se identiﬁcaron mediante morfología colonial y celular

cinco posibles géneros bacterianos donde el género Bacillus

fue identiﬁcado en cuatro de los seis especímenes.

A partir de las muestras de suelo se logró obtener 24 ais-

lados puros provenientes de Bosque Primario, Bosque Res-

taurado y Pastizal en Restauración, en estas muestras los po-

sibles géneros identiﬁcados en los tres estados de sucesión

fueron Clostridium yBacillus que concuerda con los pará-

metros de T° y pH analizados ya que estos géneros son co-

nocidos por desarollarse en rangos neutros de pH y en ragos

de T° de 20 °C ± 40 °C.

Los 56 aislados bacterianos de la Reserva Tapichalaca han

sido preservados y se encuentran almacenados a una tempe-

ratura de -80°C, para garantizar la viabilidad y estabilidad a

largo plazo. Esta colección de aislados bacterianos representa

una valiosa reserva de recursos microbiológicos que permiti-

rá investigaciones futuras sobre la diversidad y el rol de estos

organismos en procesos de restauración del suelo

Esta investigación demuestra que el aislamiento de bac-

terias mediante métodos dependientes de cultivo e identiﬁ-

cación morfológica sigue siendo válido y viable para la de-

terminación de géneros bacterianos. Estos enfoques clásicos

de cultivo en medios básicos y el análisis de características

morfológicas permiten obtener aislados puros de bacterias,

lo que facilita su posterior identiﬁcación y caracterización,

sin embargo a efectos de profundizar la identiﬁcación bac-

teriana a nivel de especie es pertinente destacar la necesidad

de realizar análisis moleculares que permitirán conocer con

claridad especies presentes en el intestino de los escarabajos

así como del suelo de distintos estados de sucesión.

AGRADECIMIENTOS

Nuestro agradecimiento a la Fundación Jocotoco que, a

través de José León (Coordinador de Investigación) y de los

guardaparques Franco Mendoza y Ramiro Mendoza de la Re-

serva Tapichalaca, nos otorgaron el acceso a la reserva y nos

apoyaron durante la investigación

Expresamos nuestros más sinceros agradecimientos a Jos-

selyn Jiménez y Soraya Salazar por su invaluable contribu-

ción en la realización de nuestro estudio y, especialmente,

por su destacada labor en la parte de la metodología y la eje-

cución de la parte práctica. Agradecemos también a Fausto

Paladines (Museo LOUNAZ) por su aporte sobre los escara-

bajos peloteros de Tapichalaca que complementa este estudio

y por su ayuda en el trabajo de campo.

Extendemos nuestra gratitud a Silvia Altoé Falqueto (Uni-

versidad Federal de Mato Grosso, Brasil), por compartir su

experticia en el cultivo de bacterias asociadas a larvas de es-

carabajos ﬁtófagos, su conocimiento, apoyo y calidez aportó

signiﬁcativamente en el inicio de esta investigación. Un agra-

decimiento a Fernando Vaz-de-Mello (Universidad Federal

de Mato Grosso, Brasil), por su apoyo con las identiﬁcacio-

nes de los escarabajos peloteros a nivel de especie.

También agradecemos a Yadira Collahuazo, Melania

Uchuari y María del Cisne Gonzales, por su apoyo y orienta-

ción en la preparación de medios de cultivo, así como en el

manejo de los equipos de laboratorio empleados.

Este estudio se llevó a cabo bajo el permiso de investiga-

ción del Ministerio del Ambiente, Agua y Transición Ecoló-

gica número MAAE-ARSFC-2021-1713.

COMUNIDADES BACTERIANAS DEL INTESTINO DE ESCARABAJOS PELOTEROS ROMÁN-CÁCERES et al.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: APC y DRC; metodología: APC,

DRC, HJG; análisis formal: DRC; investigación: APC, DRC,

HJG; recursos: APC, DRC, HJG; curación de datos: DRC;

redacción Ð preparación del borrador original: DRC; redac-

ción Ð revisión y edición: APC y DRC; visualización: APC

y DRC; supervisión: APC y DRC; administración de proyec-

to: APC y DRC; adquisición de ﬁnanciamiento para la inves-

tigación: APC y DRC. Todos los autores han leído y aceptado

la versión publicada del manuscrito.

Aura Paucar-Cabrera: APC. Daniela Román-Cáceres:

DRC. Heidy Jimenez-Granda: HJG.

FINANCIAMIENTO

Este estudio se llevó a cabo con ﬁnanciamiento propio y

de la Universidad Nacional de Loja, con el proyecto 07-DI-

FARNR-2021 titulado ªUso de escarabajos biorecicladores

(Coleoptera: Scarabaeinae) y consorcios bacterianos del sue-

lo como estrategia para la regeneración de ecosistemas en

tres áreas de Loja y Zamora Chinchipeº, otorgado por la Di-

rección de Investigación a Aura Paucar Cabrera (IP) y al gru-

po de investigación del Museo de Zoología LOUNAZ-UNL.

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e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 17±24, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1742

Efecto de inoculación micorrízica en la etapa productiva del cacao nacional

(Theobroma cacao L.) en la Amazonía ecuatoriana

Mycorrhizal inoculation effect on the productive stage of national cocoa (Theobroma

cacao L.) in the Ecuadorian Amazon

Lady Sisalima-Ortega1,*, Vinicio Ruilova2y Mirian Capa-Morocho1

1Facultad Agropecuaria y de Recursos Naturales Renovables, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

2Euroagro, Loja, Ecuador,

*Autor para correspondencia: lady.sisalima@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 19/01/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 15/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEl cacao es uno de los principales productos de exportación del Ecuador, siendo la variedad Nacional la que dio a conocer al

país en el mercado mundial por su aroma. Sin embargo, el manejo agronómico actual del cultivo no ha permitido que se desarrolle adecua-

damente y que se obtenga el rendimiento potencial de la variedad. La utilización de inóculo de hongos micorrízicos arbusculares (HMA)

podría ayudar a la absorción de nutrientes indispensables para las plantas, a proporcionar mayor resistencia a plagas y a reducir la toxicidad

de metales pesados. El presente estudio tuvo como objetivo probar dos cantidades de esporas de HMA (17 600 y 35 200) en diferentes

momentos de aplicación (una sola aplicación, aplicaciones mensuales y aplicaciones trimestrales) sobre las plantas de cacao Nacional en

etapa productiva en la provincia de Zamora Chinchipe, Ecuador. Se estableció un diseño completamente al azar, con 7 tratamientos (en la

que se incluye un control) y 4 repeticiones por tratamiento. Se evaluó: número de ﬂores y cuajado, frutos por planta, característica de frutos

y semillas, sanidad del fruto, producción y rendimiento. No se encontró una inﬂuencia de los tratamientos en el número de ﬂores por planta,

porcentaje de cuajado del fruto, número de frutos e índice de mazorca, pero sí en el peso de frutos y semillas, longitud y diámetro de frutos,

número de semillas por fruto, producción y rendimiento. Las aplicaciones mensuales de 17 600 esporas de HMA presentaron los valores

más altos en todas las variables. Por lo tanto, la aplicación de HMA podría contribuir a mejorar la producción de cacao en la Amazonía

ecuatoriana, y ser utilizada como estrategia de manejo orgánico del cultivo.

Palabras claveÐMicorrizas, Dosis y momentos, Variables productivas, Cacao Nacional.

AbstractÐCocoa is one of Ecuador’s main export products, being the Nacional variety the one that made the country known in the world

market for its aroma. However, the current agronomic management of the crop has not allowed it to develop adequately and obtain the

potential yield of the variety. The use of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculum could help the absorption of nutrients essential for

plants, provide greater resistance to pests, and reduce the toxicity of heavy metals. The present study aimed to test two amounts of AMF

spores (17600 and 35200) at different times of application (single application, monthly and quarterly applications) on National cocoa plants

in the productive stage in the province of Zamora Chinchipe, Ecuador. A completely randomized design was established, with 7 treatments

(including a control) and 4 replicates per treatment. The following variables were evaluated: number of ﬂowers and fruit set, fruit per plant,

fruit and seed characteristics, fruit health, production, and yield. No inﬂuence of the treatments was found on the number of ﬂowers per

plant, fruit set percentage, number of fruits and pod index, but it was found on fruit and seed weight, fruit length and diameter, number of

seeds per fruit, production, and yield. Monthly applications of 17600 AMF spores presented the highest values in all variables. Therefore,

the application of AMF could contribute to improve cocoa production in the Ecuadorian Amazon, and be used as a strategy for organic crop

management.

KeywordsÐMycorrhizae, Doses and timing, Production variables, Cacao Nacional.

INTRODUCCIÓN

El cacao Nacional es considerado un grupo genético par-

ticular que dio a conocer al Ecuador en el mercado

mundial por sus aromas y sabores característicos, atribuyén-

dole la denominación de cacao ﬁno y de aroma (Abad et al.,

2020). Estas características se les atribuyen a las condiciones

geográﬁcas y climáticas y a la riqueza en recursos biológi-

cos que posee su zona de producción. Según ANECACAO

(2021), la superﬁcie sembrada a nivel nacional de cacao Na-

cional en el Ecuador es de 631 500 hectáreas, mientras que la

producción ha alcanzado las 375 000 toneladas con un ren-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 17

EFECTO DE INOCULACIÓN MICORRÍZICA SISALIMA-ORTEGA et al.

dimiento promedio de 0,5 t/ha, considerándose dentro de la

media regional (0,55 t/ha) (FAOSTAT, 2022). Una investiga-

ción sugirió que el lugar de origen del cacao es Ecuador: se

encontraron restos de cacao en la selva Amazónica ecuato-

riana que datan de 3300 antes de Cristo, lo que signiﬁca que

el cacao se cultiva en Ecuador desde hace más de 5 000 años

(Valdez, 2021).

Actualmente, en la región Amazónica los productores

cuentan con cosechas anuales que les permiten obtener un

sustento económico, sin embargo, existen muchos proble-

mas en los cultivos que limitan obtener un buen producto

de exportación (Santos y Gaibor, 2016). Entre estos se pue-

de mencionar la presencia de enfermedades como Moniliasis

(Moniliophthora roreri), cuyo daño externo es caracterizado

por una necrosis, deformación y pudrición en mazorcas, lo

que conlleva a la muerte del fruto, y Escoba de bruja causada

por el hongo Moniliophthora perniciosa, así como la pre-

sencia de metales pesados, siendo el de mayor inﬂuencia el

cadmio (Cd), lo que es un impedimento para la exportación

ya que excede las concentraciones permitidas (Ortiz, 2018).

Además, existe un mal manejo del cultivo y falta de asisten-

cia técnica para su producción, especialmente en cacao orgá-

nico. La mayoría de productores opta por utilizar productos

químicos con efectos negativos en la producción, ya que im-

posibilitan la correcta nutrición de las plantas, y en la salud

del suelo (Santos y Gaibor, 2016). Otros de los problemas

que afectan a la región son los suelos muy superﬁciales de

poca fertilidad, ácidos, con deﬁciencia de nitrógeno, fósforo,

calcio y boro, por lo que no producen rendimientos agrícolas

aceptables (Moragas, 2018). Por otra parte, la falta de co-

nocimiento y de manejo de los procesos químicos de estos

suelos no ha permitido desarrollar un plan de fertilización

efectivo (Gobierno Autónomo Descentralizado Provincial de

Zamora Chinchipe, 2015). Todos estos factores contribuyen

a la disminución de la producción y rendimiento de cacao,

constituyendo un problema de importancia económica y co-

mercial a nivel local y nacional (Loayza y Zabala, 2018).

Los hongos formadores de micorrizas constituyen un me-

dio importante para la sostenibilidad y aumento de la produc-

ción de los cultivos, ya que facilitan la absorción de nutrien-

tes, proporcionan resistencia a plagas y enfermedades y ayu-

dan a reducir la ﬁtotoxicidad de metales pesados presentes

en el suelo (Guerra, 2008). Los hongos formadores de mico-

rrizas arbusculares (HMA) han sido ampliamente utilizados

en la producción agrícola (Cuenca et al., 2007; González y

Pupo, 2017; Peterson et al., 2004). En el caso de la asocia-

ción de Theobroma cacao L. con HMA, Leblanc y Márquez

(2014) mencionan que los HMA aumentan en la planta la ca-

pacidad de absorción de nutrientes minerales del suelo como

N, K, Ca, S, Cu, Zn, y principalmente los menos móviles co-

mo el P, a través de un aumento de la superﬁcie de absorción

de las raíces y del alcance de las raíces de micrositios impe-

netrables por los pelos radicales, aumentando así la produc-

ción de biomasa aérea, de raíces y total. Además, los HMA

constituyen una alternativa para contrarrestar el efecto ﬁtotó-

xico de los metales pesados en el cacao, ﬁtoestabilizando las

concentraciones de estos elementos mediante la inmoviliza-

ción del metal en el micelio del hongo, especialmente en las

paredes celulares (Riopedre et al., 2021).

Ballesteros et al. (2004) en su estudio de evaluación de

HMA en la etapa de almácigo de cacao, encontraron un efec-

to positivo en altura, absorción de fósforo, peso de biomasa

seca en la parte aérea y peso de biomasa seca de las raíces,

donde las plantas tratadas con micorrizas presentaron valores

40% superiores a los del testigo, aproximadamente. Sin em-

bargo, pocas investigaciones se han realizado para examinar

si los HMA pueden mejorar el rendimiento y la calidad del

cacao, especialmente bajo las condiciones de la Amazonía

ecuatoriana.

Con los antecedentes antes expuestos, el objetivo de la pre-

sente investigación fue analizar el efecto de los HMA sobre

la etapa productiva y rendimiento en el cultivo de Cacao Na-

cional aplicados en diferentes cantidades y momentos bajo

las condiciones de la Amazonía ecuatoriana, con la ﬁnalidad

de implementar una herramienta que beneﬁcie a los produc-

tores orgánicos de la región y aumente la productividad de

sus cultivos de cacao. Además, se determinó el efecto de los

HMA en la sanidad del cultivo y en el contenido de Cd en el

suelo.

MATERIALES Y MÉTODOS

Ubicación del ensayo

Esta investigación se realizó en la parroquia Guadalupe,

provincia de Zamora Chinchipe, Ecuador, a una altitud de

855 m s.n.m., latitud de 3,90ë Sur y longitud 78,87ë Oeste.

La temperatura oscila entre los 20 y 27ëC, con precipitación

anual de 2300 mm y humedad relativa del 80% (Gobierno

Autónomo Descentralizado Provincial de Zamora Chinchi-

pe, 2015). Según la clasiﬁcación Köppen Geiger, el clima se

clasiﬁca como Af, cálido y lluvioso todo el año, sin estacio-

nes (Rubel y Kottek, 2010). La textura del suelo es franca-

areno-arcillosa y arcillosa, con pH ácido, y con contenido de

materia orgánica entre medio y alto. Esta zona es representa-

tiva de la producción de cacao Nacional en la provincia.

Material vegetal

El área de la plantación fue de 1,0 ha con 625 plantas de

cacao Nacional de 7 años de edad, sembradas en un marco de

plantación de 4 m x 4 m. Los individuos para la investigación

se seleccionaron según la homogeneidad en altura, número

de ramas principales, vigor y estado fenológico de acuerdo

a la escala Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt und

CHemische Industrie (BBCH) 51 (Niemenak et al., 2010). El

periodo de evaluación fue de 7 meses, desde el 5 de febrero

hasta el 5 de septiembre de 2021.

Diseño experimental y tratamientos

La investigación se realizó con un diseño completamente

al azar (DCA), con 7 tratamientos y 4 repeticiones por trata-

miento (Fig. 1). Los tratamientos incluyeron dos factores con

tres niveles de factor cada uno: 1) dosis de micorrizas (0, 17

600, y 35 200 esporas de HMA por planta), y 2) momento de

aplicación (una aplicación, aplicaciones mensuales y aplica-

ciones trimestrales). Los tratamientos fueron: control con 0

esporas (T1), 17 600 esporas de HMA en una sola aplicación

(T2), 17 600 esporas de HMA aplicadas cada mes (T3), 17

600 esporas de HMA aplicadas cada tres meses (T4), 35 200

esporas de HMA en una sola aplicación (T5), 35 200 esporas

de HMA aplicadas cada mes (T6) y 35 200 esporas de HMA

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 17±24, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1742

aplicadas cada 3 meses (T7).

Fig. 1: Diseño completamente al azar instalado en el campo de

cacao.

Se consideraron tres plantas de cacao como unidad expe-

rimental (tratamiento), para un total de 12 plantas por trata-

miento en cuatro repeticiones, dando un total de 336 plantas

evaluadas. La aplicación del inóculo de HMA se realizó en

corona, a una distancia de 30 cm de la base de la planta a la

altura de las raíces superﬁciales.

Fuente de micorrizas

Como fuente de micorrizas se utilizó ORGEVIT, fertili-

zante orgánico certiﬁcado de alta calidad, originario de los

Países Bajos, con número de registro 1912-F-AGR-A, que

contiene HMA que penetran en el interior de las células de

las raíces y/o se ﬁjan a la superﬁcie de la raíz. Se utilizaron

HMA en dosis de 80 g/planta y 160 g/planta para las dosis

de 17 600 y 35 200 esporas, respectivamente. Cabe recal-

car que en cada aplicación se colocaron estas dosis según el

tratamiento (una aplicación, aplicaciones mensuales y apli-

caciones trimestrales).

Todas las plantas recibieron el mismo manejo agronómi-

co, es así que el control de arvenses se realizó de manera

manual cada 15 días utilizando una desbrozadora. Al inicio

del ensayo. se realizó una poda de mantenimiento eliminando

las partes vegetativas improductivas y con problemas sanita-

rios. Además, se realizó el control de enfermedades mediante

aplicaciones mensuales de productos orgánicos obtenidos de

la fermentación de materiales vegetales, como el xilotrom y

silver 6000 en dosis de 0,5 l/ha y 0,25 l/ha respectivamen-

te. Para el control de hormiga se aplicó hidróxido de potasio

mensualmente en dosis de 1 litro/ha. Cabe indicar que no se

realizó ningún tipo de riego, dada las altas precipitaciones de

la zona de estudio.

Variables analizadas

Durante la etapa productiva se evaluó el número de ﬂores

por planta y el porcentaje de cuajado de todas las unidades

experimentales. A la madurez ﬁsiológica se determinó el nú-

mero total de frutos por árbol de todas las unidades experi-

mentales, y se seleccionaron 3 frutos en todas las repeticio-

nes para evaluar la longitud y diámetro de frutos, peso de

los frutos y número y peso de semillas frescas (almendras).

Además, se determinó el índice de mazorca contando todos

los frutos requeridos para obtener 1 kg de semilla seca de

acuerdo a Graziani et al. (2002).

En la cosecha, se determinó la producción multiplicando

el peso fresco de los frutos por el número de frutos por planta.

Además, se estimó el rendimiento multiplicando el peso seco

de un grano, obtenido a partir de 50 semillas, por el número

de granos por fruto, el número de mazorcas por planta, y por

la densidad de plantas (620 plantas).

También se evaluó la sanidad de la fruta basándose en los

criterios de Fedecacao (2015), mediante la observación exter-

na de los frutos se determinó la incidencia de monilia (Moni-

liophthora roreri), a través del porcentaje de frutos enfermos

respecto del total de frutos evaluados por tratamiento.

En relación al suelo, se determinó el contenido inicial y

ﬁnal de cadmio en suelo en el laboratorio AgroAnálisis S.A.

acreditado por el Servicio de Acreditación Ecuatoriano. La

metodología usada fue espectrofotometría de absorción ató-

mica (según el método EPA 3052) (Perkin, 1976), y fue a

partir 30 g de suelo proveniente de las zonas radiculares de

cada tratamiento.

Análisis estadístico

Los datos registrados fueron analizados en el programa

INFOSTAT, en el cual se realizaron evaluaciones de norma-

lidad y posteriormente fueron sometidos a un análisis de va-

rianza (ANOVA), con un nivel de signiﬁcancia del 5%. Ade-

más, se realizaron pruebas de comparaciones múltiples de

Tukey al 95% de conﬁanza para determinar la existencia de

diferencias signiﬁcativas entre tratamientos por cada varia-

ble evaluada, excepto el contenido de cadmio debido a que

se contaba con un único dato por tratamiento.

RESULTADOS

La aplicación de diferentes dosis de esporas de HMA en

diferentes momentos no afectó signiﬁcativamente al núme-

ro de ﬂores y el porcentaje de frutos cuajados por planta de

cacao Nacional bajo las condiciones de la Amazonía ecua-

toriana (Tabla 1). El número de ﬂores promedio fue de 231

con un cuajado del 19%. Sin embargo, sí se observaron efec-

tos signiﬁcativos sobre las características morfológicas de los

frutos como longitud, diámetro y peso (Tabla 1). Los valores

mayores para longitud y diámetro, de 22,2 y 11,48 cm res-

pectivamente, fueron obtenidos con la aplicación mensual de

17 600 esporas de HMA. La media más baja se presentó en

el tratamiento control (sin aplicación de esporas de HMA)

con 16,65 y 9,18 cm de longitud y diámetro, respectivamen-

te. Además, se observó un efecto positivo en el peso de los

frutos, destacándose el tratamiento T3, que corresponde a la

aplicación de 17 600 esporas de HMA en aplicaciones men-

suales, que presentó frutos con un 59% más de peso en re-

lación al control. En cuanto al número de frutos por planta,

la aplicación de micorrizas en diferentes dosis no incide sig-

niﬁcativamente en esta variable, obteniéndose promedios de

39,6 frutos por planta de cacao Nacional (Tabla 1).

En lo referente al número de almendras por fruto (mazor-

ca), se mostraron diferencias signiﬁcativas (p = 0,0137) entre

los tratamientos, siendo el tratamiento T3 (con aplicaciones

mensuales de 17 600 esporas de HMA) el que tuvo mayor in-

ﬂuencia con una media de 43,75 almendras por fruto, mien-

tras que el tratamiento control (sin aplicaciones de esporas de

HMA) obtuvo la media más baja, con 31,25 almendras por

fruto (Tabla 1). El peso de las almendras se vio positivamen-

te afectado por los tratamientos, observándose el promedio

EFECTO DE INOCULACIÓN MICORRÍZICA SISALIMA-ORTEGA et al.

Tabla 1: Variables morfológicas y productivas de cacao Nacional (Theobroma cacao L.) en la parroquia Guadalupe, Zamora Chinchipe,

Ecuador, bajo diferentes dosis de esporas de micorrizas y momentos de aplicación.

Variable Tratamiento

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 P-valor

Flores

Número de

ﬂores

por planta

187,50a227,50a241,25a233,75a230,00a238,50a225,00a0,7654

Porcentaje de

cuajado (%) 16,50a17,00a22,50a18,75a17,25a20,50a18,75aa0,2318

Frutos

Números de

frutos

(frutos/árbol)

31,00aa39,25a60,50a33,50a40,00a30,00a42,75a0,9880

Peso (g) 619,75b668,50b986,75a679,95b710,02b792,62ab 779,37ab 0,0428

Longitud (cm) 16,65c17,15bc22,20a16,83bc 17,30bc 20,80ab 17,78bc 0,0010

Diámetro (cm) 9,18b9,80b11,48a9,69b9,63b11,36a9,94ab 0,0003

Número de

almendras

por fruto (g)

31,25b33,25ab 43,75a33,00ab 34,25ab 36,75ab 35,00ab 0,0137

Semilla

Peso de

almendras

por fruto (g)

158,83c193,13bc 273,71a165,81c188,87c261,25ab 188,09c0,0004

Índice de

mazorca

(frutos/kg

semilla seca)

23,47a23,25a18,43a20,47a21,35a19,15a20,43a0,0980

*Letras diferentes en sentido horizontal indican diferencias estadísticamente signiﬁcativas (p <0,05).

más alto de 273,71 g de almendras por fruto en el tratamien-

to T3, que supera en un 72% al control, que presentó el valor

más bajo (158,83 g/fruto).

En lo que respecta al índice de mazorca (número de frutos

necesarios para obtener un kilogramo de semilla seca), este

no se vio afectado por la aplicación de esporas de HMA en

diferentes momentos (p = 0,0980). Sin embargo, hay una ten-

dencia, ya que el menor índice de mazorca obtenido se atri-

buye a la aplicación de 17 600 esporas de HMA fraccionada

mensualmente, lo que implica un menor número de frutos,

18,43 frutos, para obtener 1 kg de semilla seca. En cambio,

el índice más alto se observó sin la aplicación de HMA (con-

trol), requiriéndose 5 frutos más para obtener 1 kg de semilla

seca (Tabla 1).

Producción y rendimiento

La producción y el rendimiento variaron con la aplicación

de esporas de HMA en diferentes dosis y momentos (p =

0,005 y 0,0345, respectivamente; Fig. 2). El tratamiento con

la aplicación de 17 600 esporas de HMA mensualmente in-

crementó la producción, obteniéndose el doble de cacao por

planta a diferencia del control. El rendimiento medio de ca-

cao en almendra seca pasó de 1 044,93 kg/ha sin la aplica-

ción de HMA a 3 282,95 kg/ha con la aplicación de 17 600

esporas de HMA mensualmente, incrementándose un 214%.

Sanidad de frutos

Las dosis de esporas de HMA aplicadas en diferentes mo-

mentos no afectaron signiﬁcativamente la incidencia de mo-

nilia; la plantación de cacao presentó una incidencia entre el

48 y el 52% (Tabla 2, Fig. 3).

Tabla 2: Incidencia de monilia (Moniliophthora roreri) en cacao

Nacional (Theobroma cacao L.) en la parroquia Guadalupe,

Zamora Chinchipe, Ecuador, con aplicación de esporas de hongos

micorrízicos arbusculares (HMA) en diferentes dosis y momentos.

Tratamientos Incidencia

(%)

T1 (Testigo, sin aplicación de HMA) 49a

T2 100% (1 sola aplicación) 52a

T3 100% (1 aplicación c/mes) 48a

T4 100% (1 aplicación c/3 meses) 50a

T5 200% (1 sola aplicación) 52a

T6 200% (1 aplicación c/mes) 48a

T7 200% (1 aplicación c/3 meses) 51a

*Letras iguales en sentido vertical no

expresan diferencias signiﬁcativas.

Contenido de cadmio en suelo

Los resultados de los análisis de cadmio realizados al ini-

cio y al ﬁnal del experimento evidencian una disminución

en todos los tratamientos, siendo el tratamiento T5 (una so-

la aplicación de 35 200 esporas de HMA) el que registra el

menor valor, con 0,01 mg de Cd por kg de suelo. Al ﬁnal del

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 17±24, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1742

Fig. 2: Producción de cacao Nacional en almendra fresca (A) y rendimiento de cacao Nacional en almendra seca (B) bajo diferentes dosis

y momentos de aplicación de esporas de hongos micorrízicos arbusculares (HMA) en la parroquia Guadalupe, Zamora Chinchipe,

Ecuador. T1: control con 0 esporas; T2: 17 600 esporas de HMA en una sola aplicación; T3: 17 600 esporas de HMA aplicadas cada mes;

T4: 17 600 esporas de HMA aplicadas cada tres meses; T5: 35 200 esporas de HMA en una sola aplicación; T6: 35 200 esporas de HMA

aplicadas cada mes y T7: 35 200 esporas de HMA aplicadas cada 3 meses. Letras diferentes indican diferencias estadísticamente

signiﬁcativas (p <0,05).

Fig. 3: Frutos de cacao Nacional afectados por monilia

(Moniliophthora roreri).

ensayo, el tratamiento T1 (control, sin aplicaciones de HMA)

registró el mayor valor, con 0,05 mg/kg de cadmio en suelo

(Figura 4).

Fig. 4: Contenido de cadmio en un cultivo de cacao Nacional

(Theobroma cacao L.) tratadas con diferentes dosis de micorrizas

en diferentes momentos en la parroquia Guadalupe, Zamora

Chinchipe, Ecuador. T1: control con 0 esporas; T2: 17 600 esporas

de HMA en una sola aplicación; T3: 17 600 esporas de HMA

aplicadas cada mes; T4: 17 600 esporas de HMA aplicadas cada

tres meses; T5: 35 200 esporas de HMA en una sola aplicación;

T6: 35 200 esporas de HMA aplicadas cada mes y T7: 35 200

esporas de HMA aplicadas cada 3 meses.

DISCUSIÓN

El mayor número de ﬂores por planta lo presentó el tra-

tamiento T3, aplicaciones mensuales de 17 600 esporas de

HMA, mientras que el tratamiento control (sin aplicación

de esporas de HMA) registró el menor número. Sin embar-

go, no existen diferencias signiﬁcativas entre los tratamien-

tos. Resultados similares fueron reportados por Berdeni et

al. (2018), quienes no encontraron diferencias signiﬁcativas

entre las plantas de manzana inoculadas con HMA y las no

inoculadas, por lo tanto, la inoculación de micorrizas no in-

ﬂuyó en la producción de ﬂores en este frutal.

Respecto al porcentaje de cuajado tampoco se encontraron

diferencias signiﬁcativas entre los tratamientos, lo cual diﬁe-

re de Vera (2010), quien en su estudio sobre la inﬂuencia de

HMA nativos en el cultivo de tomate, obtuvo un efecto posi-

tivo en el cuajado de frutos frente a los demás tratamientos.

La ausencia de efecto de la aplicación de HMA sobre el cua-

jado se pudo deber a que el cultivo presentaba una alta inci-

dencia de monilia, la cual provocó una alta pérdida de frutos

en general. Al respecto Correa et al. (2018) mencionan que,

en zonas de cultivo de cacao, la infección se presenta en la

superﬁcie de los frutos y en cualquier fase del desarrollo ve-

getativo, sin embargo, la susceptibilidad más alta se observa

en los primeros estados de desarrollo del fruto, en plantacio-

nes localizadas en regiones con alta humedad y sin manejo

adecuado.

En las variables longitud y diámetro de fruto se mostraron

diferencias estadísticamente signiﬁcativas, y el tratamiento

con mayores longitud y diámetro de mazorca fue el trata-

miento T3 con aplicaciones mensuales de 17 600 esporas

de HMA, el cual produjo un incremento de 5,55 y 2,3 cm

respectivamente, signiﬁcativamente mayor al control. Estos

resultados discrepan con los reportados por Latacela et al.

(2017), quienes no encontraron diferencias signiﬁcativas pa-

ra longitud de mazorca, aunque las mazorcas provenientes

de plantas de cacao tratadas con HMA mostraron un mayor

tamaño, mientras que para el diámetro de mazorca sí se re-

portaron diferencias estadísticas signiﬁcativas registrando el

mayor valor las mazorcas provenientes de plantas tratadas

EFECTO DE INOCULACIÓN MICORRÍZICA SISALIMA-ORTEGA et al.

con micorrizas. Estos resultados demuestran que los HMA

producen un efecto positivo en estas variables, sin embargo,

también es indispensable llevar a cabo un plan de fertiliza-

ción para la obtención de mejores resultados, esto logra una

mejor interrelación entre el nutriente y el organismo que lo

transforma en el suelo. Al respecto, Pérez (2000) maniﬁesta

que con la utilización de los HMA como biofertilizantes no

se suprime la aplicación de fertilizantes, sino que la fertiliza-

ción se hace más eﬁciente y puede disminuirse la dosis.

El uso de HMA afectó positivamente al número de mazor-

cas por planta, pero no afectó al índice de mazorca, mientras

que el peso de mazorca registró un aumento en el tratamiento

T3 de 367 g en relación al tratamiento T1 (control). Al res-

pecto, Vázquez et al. (2011) mencionan en su estudio que en-

contraron diferencias estadísticamente signiﬁcativas en cuan-

to al número de frutos por planta y al peso del fruto, siendo

las plantas tratadas con HMA las que presentaron el mayor

número y peso de frutos con respecto a las plantas no inocu-

ladas, atribuyéndose el incremento a una mayor exploración

del volumen del suelo y a una mayor absorción de agua y

nutrientes. De igual manera, Choez (2021) sostiene que la

aplicación de HMA en pitahaya aumenta el número de frutos

por planta y presenta mayor peso de frutos. Sin embargo, Co-

lina et al. (2020) no reportaron signiﬁcancia estadística para

el número de mazorcas en el cultivo de maíz, pero destaca-

ron que con aplicación de HMA se tuvieron más mazorcas

en comparación al tratamiento testigo sin estos microorga-

nismos.

En la variable número de almendras, se encontraron di-

ferencias signiﬁcativas en todos los tratamientos, siendo el

tratamiento T3 con aplicaciones mensuales de 17 600 espo-

ras de HMA el que tuvo mayor inﬂuencia, mientras que el

tratamiento T1 (control) obtuvo la media más baja. Estos re-

sultados concuerdan con Latacela et al. (2017) que en su es-

tudio mencionan que los tratamientos con HMA obtuvieron

un mayor número e índice de semilla en relación al testigo,

debido a que las micorrizas como recurso biológico generan

beneﬁcios al mejorar las condiciones ﬁsicoquímicas y bioló-

gicas del suelo favoreciendo la disponibilidad de nutrientes

para la planta. Las propiedades físicas reﬂejan la manera co-

mo el suelo almacena y provee agua a las plantas y permite

el desarrollo radical, de la misma forma las propiedades quí-

micas se relacionan con la calidad y disponibilidad de agua y

nutrientes para las plantas, entre ellas cabe resaltar pH, mate-

ria orgánica y conductividad eléctrica (Bautista et al., 2004).

En lo que respecta al peso de almendra, sí se encontraron

diferencias signiﬁcativas entre los tratamientos, ya que los

HMA produjeron un efecto positivo en cuanto al peso de al-

mendra. Esto concuerda con Terry y Leyva (2006), quienes

mencionan que los hongos micorrízicos contribuyen al esta-

do nutricional de las plantas, generando incrementos en los

componentes del rendimiento, evidenciándose en qué grado

los microorganismos logran poner en función de las plantas

sus diferentes mecanismos de acción relacionados con la ab-

sorción de nutrientes, contribuyendo al estado nutricional de

las plantas y ejerciendo un efecto positivo en la producción

del cultivo de tomate.

En relación a la producción y rendimiento, aplicaciones

mensuales de 17 600 esporas de HMA tuvieron efectos posi-

tivos, atribuidos a la mayor adaptabilidad de estos hongos a

las condiciones ambientales de la región, así como a una ma-

yor asociación con la parte radical de las plantas (Vázquez et

al., 2011). Por su parte, Franco (2018) menciona que la mejor

asimilación ya no solo de agua, sino también de nutrientes,

facilita un aumento de la producción aproximadamente en un

80% en relación a las plantas no micorrizadas en el cultivo

de soja. Las micorrizas mejoran la capacidad productiva de

suelos poco productivos, como los afectados por la desertiﬁ-

cación, la salinización y la erosión hídrica y eólica (Molina,

2008). Los HMA son eﬁcientes al poner a disposición a la

planta los elementos nutricionales esenciales como N, P, K,

Ca, Mg, S, Zn, Cu, Mo, Fe, Mn, que se traducen en buen

rendimiento obtenido, además de formar parte de una pro-

ducción sana y sostenible (Vera et al., 2004). El uso de HMA

en la producción de papaya ‘Maradol’ incrementó signiﬁca-

tivamente el rendimiento sin afectar la calidad de los frutos

(Vázquez et al., 2011). De igual manera, los resultados de

este estudio concuerdan con Luna et al. (2020), quienes en-

contraron resultados favorables con la inoculación de hongos

micorrícicos en el cultivo de papa, obteniendo rendimientos

hasta en un 30% más respecto al cultivo control. González

y Rodríguez (2004) en su estudio sobre aplicación de hon-

gos micorrícicos a plantas de café, al analizar la colonización

fúngica de la raíz, observaron que la cepa con una micorri-

zación más efectiva y un efecto agrobiológico superior fue la

de mayor porcentaje de colonización, lo que se debía a una

mayor frecuencia de aplicación de HMA, superando los va-

lores obtenidos en las plantas no micorrizadas, por lo tanto

se asegura su permanencia, que podría verse afectada por la

competencia de otros microorganismos del suelo o a las con-

diciones químicas del suelo, como el pH.

En este trabajo los rendimientos en todos los tratamientos

superaron los 1 000 kg/ha, alcanzando el máximo de 3,2 t/ha

con la aplicación de 17 600 esporas de HMA mensualmen-

te, valores que superan a los registrados para cacao Nacio-

nal. Sin embargo, estos valores son cercanos a los reportados

para el clon CCN-51 bajo fertilización: Sánchez-Mora et al.

(2015) registraron un rendimiento en seco de 1,05 t/ha con

la aplicación de fertilización completa en la costa ecuatoria-

na. De igual manera, en el clon CCN-51 Cuenca-Cuenca et

al. (2019) obtuvieron valores desde 0,995 a 2,39 t/ha usando

fertilización NPK en diferentes dosis, mientras que en el con-

trol (sin NPK), obtuvieron valores de 0,82 t/ha. En Colombia,

se reportaron rendimientos de 2,02 t/ha para el clon CCN-51

con fertilización NPK (Puentes-Páramo et al., 2016) y ren-

dimientos entre 2,3 y 2,8 t/ha usando fertilización completa

(Ruales-Mora et al., 2011).

En cuanto a la incidencia de monilia, no se mostraron di-

ferencias signiﬁcativas por lo que todos los tratamientos re-

gistraron un porcentaje similar, sin embargo, se debe resaltar

que sí existió una alta incidencia de esta enfermedad en todo

el cultivo; esto pudo deberse a las condiciones ambientales

que presenta la zona, ya que como lo mencionan Tuesta et al.

(2017) este desorden se puede deber a factores ambientales

como temperatura y precipitaciones elevadas, sumado a esto

se contaba con un cultivo orgánico, por lo cual no se aplica-

ron productos químicos sino orgánicos para el control de esta

enfermedad.

La aplicación mensual de 17 600 esporas de HMA llevó

a mayor producción y rendimiento, sin embargo, no produ-

jo una reducción mayor de Cd en el suelo en relación a la

aplicación del doble de cantidad de esporas de HMA, a pesar

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 17±24, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1742

de esto los resultados no exceden los parámetros permitidos,

siempre inferior a 1 mg/kg, permaneciendo en un intervalo

de 0,001 a 0,5 mg/kg, el cual no muestra un elevado poder

toxicológico, no obstante, cuando se origina un aumento del

metal el suelo adquiere un potencial tóxico eminente (Ba-

dillo, 2001). Al ﬁnal de la evaluación se evidencia una dis-

minución en todos los tratamientos, siendo el tratamiento T5

(una sola aplicación de 35 200 esporas de HMA) el que regis-

tra el menor valor, con 0,01 mg/kg, seguido del tratamiento

T6 (aplicaciones mensuales de 35 200 esporas de HMA) con

0,02 mg/kg. El tratamiento T1 (control) registra el mayor va-

lor con 0,05 mg/kg de cadmio en suelo. Estos datos muestran

un efecto positivo de las micorrizas y del sustrato en el cual

viene el inóculo, lo que concuerda con Coninx et al. (2017)

quienes mencionan que los HMA presentan un mecanismo

intracelular que incluyen la unión a los tioles no proteicos y

el transporte a los compartimientos intracelulares que redu-

cen la concentración de metales pesados en suelos.

CONCLUSIONES

La aplicación de HMA tuvo un efecto positivo sobre las

variables productivas de longitud y diámetro de mazorca, nú-

mero de mazorcas por planta, peso de la mazorca, número de

almendras por mazorca, peso de almendra, producción y ren-

dimiento, que podría deberse a una enmienda conjunta de las

micorrizas y el medio donde vienen los propágulos de mico-

rrizas, y a la mejor asimilación de agua y nutrientes.

La dosis de esporas de micorrizas y el momento de apli-

cación más eﬁciente para incrementar la producción y rendi-

miento del cultivo de cacao Nacional fue la aplicación men-

sual de 17 600 esporas de HMA, con lo cual se logró obtener

el mayor valor en producción y en rendimiento, con incre-

mentos superiores al 200%. De igual manera, se observó una

disminución del contenido de cadmio en el suelo con el uso

mensual de 35 200 esporas de HMA. Por lo tanto, la aplica-

ción de micorrizas podría contribuir a mejorar la productivi-

dad de cacao Nacional en la región amazónica del Ecuador,

y ser utilizada como una estrategia de manejo orgánico del

cultivo.

AGRADECIMIENTOS

Al Sr Víctor Cajas por facilitar el espacio en su ﬁnca para

llevar a cabo este estudio.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: MCM y VR; metodología: LSO,

MCM y VR; análisis formal: LSO y MCM.; investigación:

LSO; recursos: VR; curación de datos: LSO y MCM; redac-

ción Ð preparación del borrador original: LSO; redacción

Ð revisión y edición: MCM; visualización: LSO y MCM;

supervisión: MCM y VR; administración de proyecto: VR y

MCM; adquisición de ﬁnanciamiento para la investigación:

VR.

Todos los autores han leído y aceptado la versión publica-

da del manuscrito.

Lady Sisalima-Ortega: LSO. Mirian Capa-Morocho:

MCM. Vinicio Ruilova: VR.

FINANCIAMIENTO

El presente estudio fue ﬁnanciado por la empresa EURO-

AGRO S.A.

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CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 25±30, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1711

Estudio epidemiológico de leptospirosis en cobayos en la región interandina

del sur del Ecuador

Epidemiological study of leptospirosis in guinea pigs in the southern interandean

region of Ecuador

Katherine Carrión-Montaño1,*, Víctor Montes-Zambrano2, Roberto Bustillos-Huilca1, Jhuliana

Pineda-Romero1, Claudia Quizhpe-Criollo1y Jhuliana Luna-Herrera1

1Facultad Agropecuaria y de Recursos Naturales Renovables de la Universidad Nacional de Loja, Loja- Ecuador

2Departamento de Veterinaria, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad Técnica de Manabí, Manabí-Ecuador

*Autor para correspondencia: katherine.e.carrion@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 25/11/2022 Fecha de aceptación del manuscrito: 30/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLa leptospirosis es una de las zoonosis más importantes a nivel mundial, considerada una enfermedad re-emergente descuidada.

En el Ecuador no existen investigaciones que permitan conocer la epidemiología de la leptospirosis en cuyes, especie de gran importancia en

la alimentación de la población ecuatoriana, especialmente en sectores rurales de la región interandina; por lo que el objetivo de este estudio

fue determinar la frecuencia de infección por Leptospira spp. y los factores asociados en cuyes de las parroquias Chantaco y Chuquiribamba

del cantón Loja. Se estudiaron 175 animales mediante la prueba serológica de microaglutinación (MAT) y PCR convencional (gen hap1)

a partir de muestras de orina. Se realizó una encuesta epidemiológica para obtener información sobre procedencia de animales, sistema

de crianza, tipo de instalaciones, presencia de abortos, tipo de alimentación, suministro de agua, presencia de otros animales alrededor

de las granjas y control de roedores; asimismo se registraron datos individuales de los animales como el sexo y la edad. Se estimó una

frecuencia de infección de 6,86% (12/175). En la serología las muestras fueron positivas para los serovares Pomona, Hardjo, Tarassovi,

Sejroe, Bataviae y Canicola. Los factores asociados (p<0,05) fueron la ubicación geográﬁca del predio y la presencia de gatos. Este es

el primer reporte de leptospirosis en cuyes criados con ﬁnes de abastecimiento en el Ecuador, con lo que se espera que se programen

estrategias para el control de la enfermedad en animales y en el ser humano.

Palabras claveÐLeptospira spp., Cavia porcellus, Zoonosis.

AbstractÐLeptospirosis is one of the most important zoonoses worldwide, considered a neglected emerging disease. In Ecuador, guinea

pigs are very important in feeding the population, especially in rural sectors of the inter-Andean region, however there are no investigations

that allow us to know the epidemiology of leptospirosis in this species. The aim of this study was to determine the frequency of infection

by Leptospira spp. and the associated factors in guinea pigs from the Chantaco and Chuquiribamba parishes of the Loja canton. 175

animals were studied using the microagglutination serological test (MAT) and conventional PCR (hap1 gene) from urine samples. An

epidemiological survey was carried out to obtain information on geographic location, rearing system, type of facilities, presence of abortions

in the farms, type of food, water supply, presence of other animals around the farms and rodent control; individual data of the animals such

as sex and age were recorded. An infection frequency of 6.86% (12/175) was estimated. In serology, the samples were positive for the

Pomona, Hardjo, Tarassovi, Sejroe, Bataviae and Canicola serovars. The associated factors (p<0.05) were the geographic location of the

property and the presence of cats. This is the ﬁrst report of leptospirosis in guinea pigs raised for food in Ecuador, with which it is expected

that strategies and lines of action will be programmed to control the disease in the species or others that could be affected, including humans.

KeywordsÐLeptospira spp., Cavia porcellus, Zoonoses.

INTRODUCCIÓN

La leptospirosis es una de las zoonosis más extendidas

a nivel mundial causada por especies patógenas del

género Leptospira (Casanovas et al., 2018; Nair y Gomes,

2020). Esta enfermedad es considerada un problema emer-

gente de salud pública afectando tanto a países en vías de

desarrollo como a países desarrollados. Una extensa varie-

dad de mamíferos puede actuar como reservorios de especies

de Leptospira, dentro de estos las ratas se consideran el prin-

cipal reservorio de transmisión de la enfermedad (Boey et al.,

2019; Koizumi et al., 2022), ya que tras la colonización re-

nal se pueden excretar cantidades importantes del patógeno

al medio ambiente a través de la orina (Ge et al., 2020).

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 25

ESTUDIO EPIDEMIOLÓGICO DE LEPTOSPIROSIS EN COBAYOS CARRIÓN-MONTAÑO et al.

Estudios previos realizados en cuyes en países vecinos

como Perú han reportado seroprevalencias importantes del

31,61%, 38% y 40,5% en los departamentos de Lima, La

Concepción y Cajamarca, respectivamente; zonas que se ca-

racterizan por poseer condiciones ambientales aptas para el

mantenimiento del agente infeccioso (Gutiérrez y Morales,

2020; Luna, 2019; Vexelman et al., 2017). Asimismo, Bena-

vides et al. (2021) detectaron el agente infeccioso en cuyes

destinados al consumo humano (1,5%) en el municipio de

Pasto Nariño (Colombia) mediante PCR.

En el Ecuador el cuy es un importante sustento alimen-

ticio y por supuesto económico de la población indígena;

para la producción de esta especie se emplean tres sistemas

de crianza: familiar, familiar-comercial y comercial; de estos

sistemas, el primero es el más utilizado y sus características

favorecen el desarrollo de enfermedades infecciosas (Estupi-

ñán et al. 2018; Chavez y Avilés, 2022), que escasamente han

sido abordadas por los investigadores del país.

La prueba de microaglutinación (MAT) es la prueba de

referencia internacional para el diagnóstico de leptospirosis

tanto en animales como en el ser humano; la misma consis-

te en enfrentar los sueros problema con los antígenos vivos

de Leptospira para detectar la presencia de aglutinación me-

diante microscopía de campo oscuro (Lopardo et al., 2021;

OIE, 2021). Sin embargo, la serología puede ofrecer una ba-

ja sensibilidad, especialmente en animales con infecciones

crónicas, por lo que en las últimas décadas el uso de PCR ha

permitido la detección de Leptospira durante la fase aguda

de la infección (Mohd et al., 2018; Martin et al. 2015).

En consecuencia, el presente estudio buscó determinar la

frecuencia de infección por Leptospira spp., así como los

factores asociados a su presencia en cuyes de las parroquias

Chantaco y Chuquiribamba del cantón Loja, perteneciente a

la región sur del Ecuador.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se realizó un estudio observacional de corte transversal,

durante los meses de marzo y abril del 2022. Se considera-

ron dentro del estudio a 100 predios en donde se aplicó una

encuesta epidemiológica para conocer los factores asociados

a la infección por Leptospira spp., la cual estuvo constitui-

da por ocho preguntas de carácter cerrado relacionadas con:

ubicación geográﬁca del predio, sistema de crianza, tipo de

instalaciones, presencia de abortos, tipo de alimentación, su-

ministro de agua, presencia de otros animales en los alrede-

dores del sitio y control de roedores.

La selección de los establecimientos se hizo por el mé-

todo no probabilístico (por conveniencia) al no disponer de

un marco muestral de los predios de producción cavícola en

la zona de estudio. En los 100 predios se seleccionaron 175

animales de forma proporcional al tamaño del predio y al sis-

tema de crianza (Tabla 1).

El diagnóstico de leptospirosis se realizó mediante MAT y

PCR convencional para detección del gen hap1; por lo que se

recolectaron 175 muestras de sangre (5ml) mediante punción

cardiaca para la posterior obtención del suero sanguíneo y

167 muestras de orina por cistocentesis para la detección de

Leptospira patógena (en ocho animales no se pudo colectar

cantidad suﬁciente para la detección).

Tabla 1: Cantidad de cuyes muestreados.

Número de

animales

Número

muestreado Predios Muestras

1 a 50 1 50 50

50 a 100 2 30 60

101 a 200 3 15 45

>200 4 5 20

Total 100 175

Diagnóstico Serológico

Para la prueba de MAT se usó un panel de siete serovares

de Leptospira interrogans (Sejroe, Canicola, Hardjo, Bata-

viae, Wolfﬁ, Pomona) y Leptospira borgpetersenii (Tarasso-

vi). La detección de aglutinación se logró mediante la obser-

vación bajo microscopio de campo oscuro, considerando un

punto de corte de 1/50; las muestras positivas en esta dilución

(fase de screening) se titularon en diluciones dobles hasta un

punto ﬁnal de 1/1600; en el caso de co-aglutinaciones se to-

mó como positivo el serovar con la titulación más alta (OIE,

2021).

Diagnóstico por PCR convencional

Las muestras de orina fueron sometidas a un proceso de

estabilización y concentración siguiendo el protocolo esta-

blecido por Stoddard (2013), que consistió en lavado con

tampón fosfato salino (PBS); una vez estabilizadas las mues-

tra fueron conservadas a -20 ëC. El protocolo de extracción

(Matamala, 2018), consistió en utilizar 500 µl de buffer de

lisis que contiene EDTA, SDS, TRIS y ClNa y 5 µl de pro-

teinasa K sometidas a una incubación por una hora a 56ëC,

después de ese tiempo se aplicó etanol al 100% para provo-

car precipitación del ADN.

La detección del material genético bacteriano se realizó

por PCR convencional para el gen hap1 de 262 pb, pertene-

ciente a Leptospira patógena (reverse primer ªTGTTGGG-

GAAATCATACGAAC”; forward primer ªGCAAGCAT-

TACCGCTTGTGG”) (Branger et al., 2005). La ampliﬁca-

ción de PCR consistió en un ciclo inicial de 5 min a 95°C

seguida de 45 ciclos de 15 seg a 94°C, 35 seg a 56°C y 40

seg a 72°C; la extensión ﬁnal fue realizada durante 10 min a

72°C. Los productos de PCR fueron cargados en gel de aga-

rosa al 1,5% teñido con SYBR Safe y cargados con buffer de

carga 6X y sometidos a 100 voltios por 40 minutos. Para la

visualización a partir de electroforesis, se colocó el gel sobre

un transiluminador de luz azul (safe imagen 2.0 Invitrogen)

para determinar el peso molecular de las bandas obtenidas

del producto de PCR utilizando un marcador de peso mole-

cular de 50 pb.

Todo el proceso serológico y molecular se llevó a cabo en

el Laboratorio de Leptospira de la Universidad Técnica de

Manabí.

Deﬁnición de caso

Se consideró un caso como positivo a la infección por Lep-

tospira spp. a cualquier animal con resultado positivo a MAT

con un punto de corte mayor o igual a de 1/50 y/o en PCR

convencional.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 25±30, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1711

Análisis de datos

Se construyó una base de datos en el programa Microsoft

® Excel 2010 con la información de los animales incluidos

en el estudio; los datos se analizaron mediante estadística

descriptiva para determinar la frecuencia y distribución de la

enfermedad de acuerdo a cada una de las variables; mientras

que para establecer la asociación entre la infección por Lep-

tospira spp. y las variables independientes, se usó la prueba

exacta de Fisher, considerando un valor de pigual o inferior

a 0,05. Se utilizó el programa estadístico ªR” versión 4.2.1

de libre acceso.

RESULTADOS

Frecuencia de infección por Leptospira spp.

De acuerdo a la deﬁnición de caso, la frecuencia de in-

fección fue de 6,86% (12/175 animales), 10 animales fueron

seropositivos a MAT (5,71%) identiﬁcándose seis serovares:

Pomona, Hardjo, Tarassovi, Sejroe, Bataviae y Canicola (Ta-

bla 2); estos casos se identiﬁcaron en 11 predios. Tres ani-

males resultaron positivos mediante PCR (Figura 1), de estos

últimos, uno fue positivo en MAT.

Tabla 2: Serovares circulantes de Leptospira spp. en cuyes de las

parroquias Chantaco y Chuquiribamba del cantón Loja

Serovares

Número de animales

seropositivos Total Porcentaje

(%)

Chantaco Chuquiribamba

Pomona 1 2 3 1,71

Hardjo 1 1 2 1,14

Tarassovi 0 2 2 1,14

Sejroe 1 0 1 0,57

Bataviae 0 1 1 0,57

Canicola 1 0 1 0,57

Total 4 6 10 5,71

Fig. 1: Detección molecular de Leptospira a partir de muestras de

orina en uno de los animales estudiados. Se muestra la

ampliﬁcación del producto de PCR convencional para detección

del gen hap1 (262 pares de bases)

Factores asociados a la infección por Leptospira spp.

por individuo.

De los 12 animales con evidencia de infección, seis fueron

hembras y seis machos; mientras que con respecto a la edad,

10 cobayos tuvieron edades entre 8 a 10 semanas. No hubo

asociación estadística entre la edad y/o el sexo respecto a la

infección (p>0,05) (Tabla 3).

Tabla 3: Factores asociados a la leptospirosis en cobayos de las

parroquias Chantaco y Chuquiribamba, según las características

inidividuales de sexo y edad.

Variable Total Positivo Negativo Valor

de p

Número % Número %

Sexo

Macho 105 6 3,43 99 56,57 0,54

Hembra 70 6 3,43 64 36,57

Edad

(semanas)

8 ± 10 151 10 5,71 141 80,57 0,67

11 ± 16 24 2 1,14 22 12,57

Total 175 12 6,86 163 93,14

Factores asociados a la infección por Leptospira spp.,

por granja.

La mayor parte de granjas con animales infectados fueron

de los sectores Cañaro y Reina del Cisne, de las parroquias

Chantaco y Chuquiribamba, respectivamente. Las variables

procedencia (por sectores) y presencia de gatos estuvieron

asociadas con la infección (p<0,05) (Tabla 4).

DISCUSIÓN

En este estudio se logró detectar la evidencia de infección

por Leptospira spp. en el 6,86% de los cuyes estudiados me-

diante el análisis de MAT y PCR convencional, siendo este

el primer reporte en el país en animales destinados a pro-

ducción. Recientemente Orlando et al. (2020), reportaron el

caso de un cobayo seropositivo a MAT con un título de 1/800

a partir de una investigación en mamíferos domésticos y sil-

vestres de un centro de rescate en la ciudad de Guayaquil,

atribuyendo estos resultados a la interacción entre diferentes

especies animales.

En Perú, donde el consumo de cobayo es mayor aún que

en el Ecuador, se hallaron seroprevalencias de 31,61%, 38%

y 40,5%, esto según Vexelman et al. (2017), Luna (2019),

Gutiérrez y Morales (2020), respectivamente; estas diferen-

cias podrían atribuirse a múltiples factores como condicio-

nes ambientales y características geográﬁcas idóneas para el

mantenimiento del agente en el ambiente, escasas medidas

de bioseguridad, presencia de reservorios de mantenimiento

o accidentales y el curso mismo de la enfermedad.

Los serovares identiﬁcados en este estudio están relacio-

nados con infecciones incidentales en cobayos; así pues, L.

pomona y L. hardjo tiene como hospedadores de manteni-

miento a los bovinos; L. tarassovi es frecuentemente aso-

ciada a los cerdos; L. canicola se mantiene caninos; mien-

tras que L. sejroe y L. bataviae se presentan en diferentes

especies comobovinos y caninos (Putz y Nally, 2020; Ló-

pez et al., 2021); lo que pone en evidencia la susceptibi-

lidad de los cobayos para infectarse con distintos serova-

res, algo que coincide con lo reportado por Vexelman et al.

(2017), quienes identiﬁcaron anticuerpos contra los serovares

L.icterohaemorragiae, L. canicola y L. hardjo. Esto demues-

tra la relación de los cobayos con otras especies domésticas

o silvestres que cumplen el papel de hospedadores de man-

tenimiento, o incluso incidentales que puedan tener contacto

directo o indirecto con los animales estudiados.

ESTUDIO EPIDEMIOLÓGICO DE LEPTOSPIROSIS EN COBAYOS CARRIÓN-MONTAÑO et al.

Tabla 4: Factores asociados a la leptospirosis en cobayos de las parroquias Chantaco y Chuquiribamba, por granja

Variable

Total

granjas

Positivos

(%)

Negativos

(%)

Valor

de p

Procedencia (Parroquia) 1

Chantaco 50 5 45

Chuquiribamba 50 6 44

Procedencia (Sector) 0,02

Chantaco

Cañaro Alto/Bajo 11 4 7

Cumbe 14 1 13

Chantaco, Chantaco Alto/Centro 12 0 12

El Auxilio 7 0 7

Fátima 5 0 5

San Isidro 1 0 1

Chuquibamba

Reina del Cisne 6 4 2

San José 4 1 3

Chuquiribamba 7 0 7

Carmelo/ Bajo 9 0 9

Calucay 2 0 2

El Calvario 5 0 5

La Dolorosa 3 0 3

Hiñacapac 2 0 2

El Pordel 1 0 1

San Antonio 5 0 5

San Vicente 2 0 2

Zañe 4 1 3

Sistema de Crianza 1

Familiar 50 5 45

Familiar-comercial 50 6 44

Tipo de instalaciones 1

Poza 79 9 70

Jaulas 19 2 17

Cocina 2 0 2

Presencia de abortos 0,20

Si 44 7 37

No 56 4 52

Tipo de alimentación 0,34

Forrajes 53 4 49

Mixta (concentrado/forraje) 47 7 40

Administración de agua 0,21

Si 8 3 5

No 92 8 84

Presencia de perros 0,61

Si 89 11 78

No 11 0 11

Presencia de gatos 0,0011

Si 65 2 63

No 35 9 26

Presencia de roedores 0,52

Si 61 8 53

No 39 3 36

Presencia de bovinos 0,60

Si 10 0 10

No 90 11 79

Presencia de ovejas 0,21

Si 15 0 15

No 85 11 74

Presencia de equinos 1

Si 3 0 3

No 97 11 86

Control de roedores 0,60

Si 90 11 79

No 10 0 10

Total 100 11 89

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 25±30, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1711

En este estudio se identiﬁcó la presencia de la bacteria eliminada

en orina, por lo que es necesario recordar las serias implicaciones

en la salud de las especies suceptibles de este hallazgo, tal como

lo señalan Benavides et al. (2021), quienes de manera similar re-

portaron evidencia molecular de Leptospira patógena en el 1,5% de

cobayos destinados al consumo humano en el municipio de Pasto

(Nariño), quienes alertan de un riesgo potencial de infección para el

ser humano y otras especies animales.

Por lo antes dicho, los cuyes son susceptibles, tal como sucede

con otras especies a infecciones provocadas por distintos serova-

res, esta situación seguramente está favorecida por las condiciones

de crianza con escasas medidas de bioseguridad, así como por la

presencia de otros mamíferos domésticos y roedores (principales

reservorios y diseminadores de la enfermedad) que tienen acceso a

las instalaciones o que se encuentran en los alrededores de las gran-

jas.

Todos los animales seropositivos registraron títulos en MAT no

superiores a 1/50, lo que podría atribuirse a infecciones crónicas o

recientes, en las que la prueba serológica tiene una baja sensibilidad

y no es capaz de detectar anticuerpos (OIE, 2021). Esta limitación

en la técnica de referencia, especialmente, en la detección de porta-

dores crónicos de la bacteria ha sido considerado por otros investi-

gadores como Ramirez et al. (2017), quienes para su investigación

en ratas tomaron como punto de corte una dilución de 1/50 determi-

nando la infección por serovares como Tarassovi y Sejroe. En virtud

de estas limitaciones en la prueba de MAT se hace necesario el uso

de técnicas de diagnóstico más sensibles y con buena especiﬁcidad.

La variable procedencia (por sectores) fue considerada en este

estudio como un factor asociado a la infección, existiendo mayor

número de granjas con animales positivos en los sectores Cañaro y

Reina del Cisne, lugares en donde se mantenían a los cobayos en

pozas al ras del piso, así mismo, en donde se registró la presencia

de abortos, el ingreso de roedores a los galpones y actividades de

control de roedores, situaciones que podrían incrementar el riesgo

de exposición de los animales al patógeno. Vexelman et al. (2017);

Gutiérrez y Morales (2020), demostraron asociación con respecto a

la procedencia de los animales, esto último, lo que está relacionado

con las condiciones ambientales idóneas para la supervivencia la

bacteria.

Durante el proceso de levantamiento de información y muestreo

de la presente investigación quedó en evidencia el hecho de que las

granjas cavícolas de la zona de estudio no poseen en su mayoría

sistemas adecuados de bioseguridad lo que asegura el ingreso, man-

tenimiento y diseminación de patógenos como Leptospira, a partir

de otros reservorios como mamíferos domésticos o silvestres.

El 90% de encuestados en las granjas mencionaron realizar con-

trol de roedores especialmente mediante el uso de productos quími-

cos y con la presencia de gatos. En este contexto, hay que señalar

que la variable presencia de gatos estuvo estadísticamente asociada

a la infección (p<0,05), esto probablemente por la actividad de ca-

za que disminuye la población de roedores que son los reservorios

más importantes de Leptospira (Ospina et al. , 2017). Sin embargo,

no hay que olvidar que la interacción entre estos animales también

podría favorecer la transmisión entre especies ya que los gatos son

también susceptibles a la infección, tal como se ha reportado en Es-

paña, en donde se estimó una prevalencia del 4,1% para esta especie

(Murillo et al. 2020).

Los resultados de esta investigación toman importancia toda que

vez que la leptospirosis es una zoonosis de diagnóstico frecuente

en el Ecuador. Las actividades de manejo y faena de esta especie

podrían exponer a los productores al contagio, motivo por el cual

es recomendable que se establezcan planes de control y vigilancia

en las zonas estudiadas tanto en poblaciones animales como en el

ser humano por parte de las autoridades sanitarias responsables de

garantizar la salud animal y la salud pública del país.

CONCLUSIONES

La frecuencia de infección del 6,86%, pone en evidencia la sus-

ceptibilidad de esta especie a la infección natural por Leptospira

spp. en áreas de producción para el consumo humano; a la vez que

la identiﬁcación de los serovares Pomona, Hardjo, Tarassovi, Sej-

roe, Bataviae, Canicola demuestra la interacción de diferentes es-

pecies animales. Por otro lado, la detección de Leptospira patógena

por PCR convencional demuestra el potencial riesgo de contagio no

solo entre las especies animales, sino que también con el ser hu-

mano durante las actividades de manejo, convirtiéndose así en un

problema de salud pública.

Los factores asociados a la leptospirosis en cuyes: procedencia

(sectores) y la presencia de gatos deben tomarse considerarse dentro

de la creación y establecimiento de programas de bioseguridad con

el ﬁn de reducir el riesgo de contagio entre especies en las zonas

estudiadas.

AGRADECIMIENTOS

Al culminar esta investigación se agradece al personal técnico

de la Universidad Nacional de Loja y de la Universidad Técnica de

Manabí y a los productores de las granjas de cuyes de las parroquias

Chantaco y Chuquiribamba por su disposición en la participación

del este estudio.o.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: KCM y JLH; metodología: KCM, JLH,

RBH, VM; análisis formal: todos los autores; investigación: todos

los autores; recursos KCM, JPR, CQC; curación de datos: todos

los autores; redacción Ð preparación del borrador original: KCM;

redacción Ð revisión y edición: todos los autores; visualización:

todos los autores; supervisión: KCM y JLH; administración de pro-

yecto: todos los autores; adquisición de ﬁnanciamiento para la in-

vestigación: KCM, JPR, CQC.

Todos los autores han leído y aceptado la versión pública del

manuscrito. Katherine Carrión-Montaño KCM, Víctor Montes-

Zambrano VMZ, Roberto Bustillos-Huilca RBH, Jhuliana Pineda-

Romero JPR, Claudia Quizhpe-Criollo CQC, Jhuliana Luna- Herre-

ra JLH.

FINANCIAMIENTO

El presente estudio fue coﬁnanciado por la Universidad Nacional

de Loja y Universidad Técnica de Manabí.

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e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 31±37, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1282

Frecuencia de leptospirosis en pacientes caninos atendidos en el hospital

docente veterinario ªCésar Augusto Guerreroº

Frequency of leptospirosis in canine patients served at the ªCésar Augusto Guerreroº

veterinary teaching hospital

Galo Pérez 1,*, Dayanna Pinta 1, Jhuliana Luna 1y Edwin Mizhquero 1

1Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador,

*Autor para correspondencia: galo.perez@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 16/03/2022 Fecha de aceptación del manuscrito: 04/04/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLa leptospirosis es una enfermedad transmisible de los animales y del ser humano causada por cualquiera de los agentes

patógenos del género Leptospira. La infección en las especies susceptibles depende de la exposición a animales infectados o ambientes

contaminados. En el Ecuador, dadas las características geográﬁcas, medioambientales e higiénico sanitarias en áreas rurales es una de las

zoonosis de presentación más frecuente en el ser humano.. El presente trabajo tuvo como ﬁnalidad determinar la frecuencia de leptospirosis

en pacientes caninos atendidos en el Hospital Veterinario de la Universidad Nacional de Loja y los factores asociados a la infección.

Se analizaron 100 muestras de suero canino mediante el método de MAT usando un panel de 16 serovares de Leptospira interrogans,

Leptospira borgpetersenii, Leptospira santarosai y Leptospira biﬂexa, en el periodo noviembre 2019 - febrero 2020. Se realizó una encuesta

a los propietarios para obtener información acerca de: edad, raza, sexo, procedencia, cercanía con otras especies, contacto y control de

roedores, origen de aguade bebida; y, presencia de humedales, actividades del animal. Para el análisis estadístico de asociación se empleó

Chi cuadrado o Test Exacto de Fisher (considerando valores de pmenores o iguales a 0,05 como estadísticamente signiﬁcativos). La

frecuencia de leptospirosis canina fue del 29%; los serovares para los cuales se encontraron reacciones positivas fueron L. canicola, L.

autumnalis, L. hebdomadis y L. pomona. La variable origen de agua de bebida estuvo asociada con la infección por Leptospira spp.

(p=0,02).

Palabras claveÐLeptospirosis canina, Zoonosis, Enfermedad reemergente

AbstractÐLeptospirosis is a transmissible disease of animals and humans caused by any of the pathogens of the genus Leptospira.

Infection in susceptible species depends on exposure to infected animals or contaminated environments. In Ecuador, due to geographical,

environmental and hygienic-sanitary characteristics in rural areas, leptospirosis is one of the most frequent zoonoses in humans.. The aim

of this study was to determine the frequency of leptospirosis in canine patients treated at the Veterinary Hospital of the National University

of Loja and the factors associated with infection. 100 canine serum samples were analyzed by the MAT method using a panel of 16 serovars

of Leptospira interrogans,Leptospira borgpetersenii,Leptospira santarosai and Leptospira biﬂexa between November 2019 and February

2020. Owners were surveyed to obtain information about: age, race, sex, origin, proximity to other species, rodent contact and control,

source of drinking water; and, presence of wetlands activities of the animal. For the statistical analysis, Chi square tests or Fisher's exact

test were used (outcomes were considered statistically signiﬁcant at p 0.05). The frequency of canine leptospirosis was 29%; the animals

were reactive for L. canicola, L. autumnalis, L. hebdomadis and L. pomona. serovars. The source of drinking water variable was associated

with infection by Leptospira spp. (p=0,02).

KeywordsÐCanine leptospirosis, Zoonosis, Re-emerging disease

INTRODUCCIÓN

La leptospirosis es una zoonosis de distribución global re-

emergente causada por bacterias patógenas del género

Leptospira, que de no ser tratada oportunamente, puede lle-

gar a ser mortal; por lo que es considerada una enfermedad

de baja mortalidad, pero de alta morbilidad que afecta al ser

humano y a especies animales silvestres y domésticas, en-

tre ellas los caninos (Hernández Ramírez et al., 2017; Reyes

et al., 2019; Sykes et al., 2022; Tuemmers Apablaza et al.,

2013).

La bacteria posee características de viabilidad y capacidad

de multiplicarse a nivel renal, por lo que el perro puede ser un

portador de leptospira con capacidad de eliminar la bacteria

a través de la orina por algunos años, lo que pone en riesgo la

salud de otros animales y de los mismos propietarios (Ellis,

2015; Luna et al., 2008).

Estudios serológicos previos en Ecuador han demostrado

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 31

FRECUENCIA DE LEPTOSPIROSIS EN PACIENTES CANINOS PÉREZ et al.

frecuencias importantes en diferentes especies animales; así

por ejemplo en bovinos en la provincia de Loja y Manabí se

han reportado seroprevalencias del 74,83% y 56,21% (Pérez

Ruano et al., 2020; Román Cárdenas & Chávez Valdivieso,

2016); en caninos callejeros de la ciudad de Guayaquil se re-

portó recientemente una frecuencia del 99% (Intriago Cha-

morro, 2021), mientras que en caninos de un centro de resca-

te de esta misma ciudad, el 100% de los caninos domésticos

fueron seropositivos (Orlando et al., 2020).

Esta enfermedad es más común en áreas tropicales y sub-

tropicales con altos índices de precipitación (Bharti et al.,

2003). En Ecuador, entre el 2020 y el 2022 se diagnosticaron

424 casos en personas, de los cuales 24 casos fueron reporta-

dos en la provincia de Loja; sin embargo fueron más afecta-

das las provincias de Manabí, Esmeraldas, Zamora Chinchi-

pe y Sucumbíos (Ministerio de Salud Pública, 2020, 2021,

2022a).

De acuerdo a estos antecedentes se planteó determinar la

frecuencia de leptospirosis canina en pacientes atendidos en

el Hospital Docente Veterinario ªCésar Augusto Guerreroº y

los factores asociados.

MATERIALES Y MÉTODOS

Ubicación

El presente trabajo se llevó a cabo en el Hospital Veterina-

rio de la Universidad Nacional de Loja, que recibe pacientes

de la ciudad de Loja, así como de parroquias rurales del can-

tón y de otras provincias del sur del país.

Diseño del estudio y características del muestreo

En la presente investigación observacional de tipo trans-

versal se empleó un tipo de muestreo no probabilístico. Se

seleccionaron a 100 pacientes caninos entre noviembre 2019

y febrero 2020, con las siguientes características: perros ma-

yores de seis meses de edad (Day et al., 2016; Rodríguez

Rodríguez, 2018; Silva & Riedemann, 2007; Siuce M. et al.,

2015), sin distinción de raza, sexo y procedencia, que no ha-

yan sido vacunados o si fueron vacunados que no hayan reci-

bido la vacuna contra leptospirosis en los últimos seis meses

antes de la fecha de muestreo (Chiani, 2013; Franco Moreno,

2016).

Obtención de muestras y análisis de laboratorio

Las muestras de sangre se extrajeron de la vena cefálica, en

cantidad de 3 ml en tubos vacutainer sin anticoagulante, para

posteriormente ser centrifugadas durante 5 minutos a 1500

x g. Los sueros obtenidos se congelaron a -20°C hasta que

fueron enviados a los laboratorios de la Agencia de Regu-

lación y Control Fito y Zoosanitario (AGROCALIDAD) en

la ciudad Quito. Dichas muestras se sometieron al diagnósti-

co mediante la prueba de aglutinación microscópica (MAT)

(OIE, 2021).

Se empleó un panel de 16 serovares de Leptospira interro-

gans(Bataviae, Hebdomanis, Autumnalis, Cynopteri, Hard-

jo, Canicola, Icterohaemorrhagiae, Grippotyphosa, Wolfﬁ,

Bratislava, Copenhageni, Pyrogenes, Pomona), Leptospira

borgpetersenii (Tarassovi), Leptospira santarosai (Sherma-

ni) y Leptospira biﬂexa serovar Patoc (sapróﬁta).

Para deﬁnió como caso positivo a los caninos cuyas a

muestras de suero en MAT mostraron aglutinación en o sobre

el punto de corte de 1/100; las muestras positivas se titularon

en diluciones dobles hasta un punto ﬁnal de 1/3200.

Análisis estadístico

Por medio de estadística descriptiva se estimó la frecuen-

cia de leptospirosis canina y la distribución de la infección

de acuerdo a las variables propuestas.

Para la determinacion de factores asociados se consideró

como variable dependiente al diagnóstico (positivo/negativo)

en MAT y como variables independientes: edad, raza, sexo,

procedencia, cercanía con otras especies, contacto con roedo-

res, control de roedores, origen de agua de bebida, propósito

del perro y presencia de humedales.

En cuanto a la edad se hizo una clasiﬁcación de grupos

etarios de la siguiente manera: cachorros (nacimiento a 1 año

5 meses), jóvenes (1 año 6 meses a 4 años 11 meses), adultos

(5 años a 6 años 11 meses) y geriátricos (> 7 años).

Para el análisis de factores asociados se usó un análisis bi-

variado mediante la prueba de bondad de ajuste Chi cuadrado

y/o Test Exacto de Fisher, considerando un valor de p igual o

inferior a 0,05 como estadísticamente signiﬁcativo. Se utilizó

el programa estadístico ªRº versión 4.2.2 de libre acceso.

RESULTADOS

Frecuencia de leptospirosis en pacientes caninos

De los animales muestreados, 28 resultaron positivos para

serovares patógenos y un canino se registró positivo a agluti-

nación frente al serovar sapróﬁto Patoc, lo que representa el

29% de la población de estudio; mientras que el 71% de las

muestras restantes fueron negativas (Tabla 1).

El 23% de los sueros positivos presentaron anticuerpos pa-

ra el serovar Canicola y con menor frecuencia se detectaron

aglutinaciones para los serovares Autumnalis (3%), Hebdo-

madis (1%), Pomona (1%) y Patoc (1%).

Tabla 1: Títulos de anticuerpos determinados para los diferentes

serovares de leptospira mediante MAT

Titulos

Serovares 1/100 1/200 1/400 1/800 1/1600 1/3200 Total

Shermani 0 0 0 0 0 0 0

Bataviae 0 0 0 0 0 0 0

Hebdomadis 0 0 0 1 0 0 1

Tarassovi 0 0 0 0 0 0 0

Autumnalis 0 1 1 0 1 0 3

Cynopteri 0 0 0 0 0 0 0

Hardjo 0 0 0 0 0 0 0

Canicola 3 5 7 5 2 1 23

Icterohaemorrhagiae 0 0 0 0 0 0 0

Grippotyphosa 0 0 0 0 0 0 0

Wolfﬁ 0 0 0 0 0 0 0

Bratislava 0 0 0 0 0 0 0

Copenhageni 0 0 0 0 0 0 0

Wolfﬁ 0 0 0 0 0 0 0

Bratislava 0 0 0 0 0 0 0

Copenhageni 0 0 0 0 0 0 0

Patoc 1 0 0 0 0 0 1

Pyrognes 0 0 0 0 0 0 0

Pomona 1 0 0 0 0 0 1

Total 5 6 8 6 3 1 29

En la Tabla 1 también se puede notar que el titulo más alto

y de mayor frecuencia en el que se observó aglutinación fue

1/3200 (Canicola) y el titulo más bajo 1/100.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 31±37, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1282

Tabla 2: Distribución de leptospirosis pacientes caninos

Variables Total Positivos % Negativos % p valor

Raza 0,52

Mestizo 45 15 33.33 30 66.67

Deﬁnido 55 14 25.45 41 74.55

Sexo 0,52

Macho 45 15 33.33 30 66.67

Hembra 55 14 25.45 41 74.55

Edad 0,49

Cachorros (nacimiento - 1 año 5 meses) 11 1 9,09 10 90,91

Jóvenes (1 año 6 meses - 4 años 11 meses) 40 12 30,00 28 70,00

Adultos (5 años ± 6 años 11 meses) 20 7 35,00 13 65,00

Geriátricos (>de 7 años) 29 9 31,03 20 68,97

Procedencia 0,94

Carigán 2 0 0,00 2 100

San Sebastián 25 6 24,00 19 76,00

El Sagrario 7 3 42,86 4 57,14

Sucre 32 11 34,38 21 65,62

El Valle 12 4 33,33 8 66,67

Punzara 19 5 26,32 14 73,68

Cariamanga 1 0 0,00 1 100

Zamora 1 0 0,00 1 100

Yanuncay/Cuenca 1 0 0,00 1 100

Contacto con otras especies domésticas

Contacto con gatos 0,97

SI 29 9 31,03 20 68,97

NO 71 20 28,17 51 71,83

Contacto con bovinos 1

SI 6 2 33,33 4 66,67

NO 94 27 28,72 67 71,28

Contacto con otros perros 0,15

SI 61 14 22,95 47 77,05

NO 39 15 38,46 24 61,54

Contacto con cerdos 1

SI 1 0 0,00 1 100,00

NO 99 29 29,29 70 70,71

Contacto con roedores 0,65

SI 60 19 31,67 41 68,33

NO 40 10 25,00 30 75,00

Control de roedores en el domicilio 0,41

NO 68 18 26,47 50 73,53

Veneno comercial 16 4 25,00 12 75,00

Trampa 1 1 100 0 0,00

Mascota (biológico) 15 6 40,00 9 60,00

Origen de agua de bebida 0,02

Entubada 3 3 100 0 0

Potable 97 26 26,80 71 73,20

Actividad de animal 1

Compañía 99 29 29,29 70 70,71

Guardia 1 0 0,00 1 100

Presencia de humedales 1

SI 46 13 28,26 33 71,74

NO 54 16 29,63 38 70,37

FRECUENCIA DE LEPTOSPIROSIS EN PACIENTES CANINOS PÉREZ et al.

Distribución de leptospirosis canina e identiﬁcación

de los factores asociados

De acuerdo al sexo y la raza, la frecuencia de leptospiro-

sis canina en perros mestizos y en machos fue del 33,33%

(15/45), mientras que en animales de raza deﬁnida y en hem-

bras del 25,45% (14/55). Según la edad, el 35% (7/20) de

animales adultos fueron seropositivos. En relación a la pro-

cedencia, los lugares con mayor porcentaje de animales se-

ropositivos fueron las parroquias urbanas El Sagrario con el

42,86% (3/7) y Sucre con el 34,38% (11/32). Por otro lado,

19 de 63 perros en conctacto con otras especies domésticas

(30,16%) y 19 de 60 en contacto con roedrores (31,67%),

fueron positivos. Con respecto a las variables control de roe-

dores en el domicilio, tipo de actividad del animal y presen-

cia de humedades, la frecuencia de infección fue mayor en

animales que viven en propiedades en donde se hace control

biológico de roedores (40%), en compañía de sus propieta-

rios (29,29%) y que habitan en áreas con presencia de hume-

dales (29,63%). Ninguna de estas variables fue considerada

como factor asociado a la leptospirosis canina.

Únicamente la variable origen de agua de bebida fue con-

siderada un factor asociado a la leptospirosis, disminuyendo

el riesgo de infección en caninos que beben agua potable con

relación a los que consumen agua entubada (p= 0,02), siendo

que todos los animales que consumen agua entubada fueron

casos positivos.

DISCUSIÓN

La leptospirosis canina es una zoonosis que compromete la

salud de la mayoría de especies; siendo los caninos afectados

por serovares adaptados o que producen infecciones inciden-

tales con complicaciones serias e incluso la muerte (Huerta

M. et al., 2013).

La frecuencia de seropositividad de los animales en esta

investigación resulta preocupante (29%) por la afectación en

la salud de los caninos, el riesgo que implica en las personas

y además desde la perspectiva epidemiológica, ya que es un

indicativo importante de la alta presión infecciosa del medio

ambiente, en donde otras especies domésticas, sinantrópicas

o silvestres podrían estar involucradas (Major et al., 2014).

En otros países del continente se han reportado seropreva-

lencias importantes como el 20,2% en Colombia, el 38,51%

en México o el 82,35% en Argentina (Rivera Flores et al.,

1999; Rollán et al., 2018; Romero P. & Sanchez V., 2009), lo

que se entiende dada la capacidad de adaptación de la bacte-

ria (Xu et al., 2016).

Dada la evidencia de la gran cantidad de animales in-

fectados es preciso en el futuro hacer uso de técnicas más

sensibles y especíﬁcas de diagnóstico que permitan conocer

con mejor precisión la situación epidemiológica de la enfer-

medad en la especie en diferentes ambientes (Martin et al.,

2018).

En el Ecuador la leptospirosis es una enfermedad endémi-

ca reemergente, que se reporta con frecuencia en personas y

animales, de manera especial en la región Costa y en la Ama-

zonía, dadas las características climáticas que se prestan para

el mantemiento del agente en el ambiente (Barragan et al.,

2016; Orlando et al., 2020). Algunos estudios realizados en

la región Sierra evidencian la circulación del patógeno en las

poblaciones caninas con frecuencias de alrededor del 30%,

lo que es coherente con lo encontrado en esta investigación

(Yánez Posada, 2010).

Los caninos son los hospedadores de mantenimiento de

leptospira Canicola (Ellis, 2015), lo que se evidencia en esta

como en otras investigaciones en las que se lo ha reporta-

do como el serovar más frecuente (Chiani, 2013; Murcia et

al., 2020; Rivera Flores et al., 1999). Otros serovares para los

cuales se determinaron reacciones positivas fueron L. autum-

nalis, L. hebdomadis y L. pomona que ya se han reportado

previamente en la especie canina y que tienen importancia

epidemiológica considerando que sus reservorios principales

son roedores sinantrópicos y animales domésticos como los

cerdos (Cilia et al., 2021).

La interpretación de los títulos de anticuerpos tiene valor

clínico ya que títulos altos de 1:400 en adelante, como fueron

detectados para los serovares L. canicola, L. hebdomadis y

L. autumnalis corresponden con la forma clínica de presen-

tación de la enfermedad; mientras que títulos más bajos de

entre 1:100 y 1:200 sobretodo en muestras únicas podrían

sugerir infecciones recientes o crónicas, por lo que tiene va-

lor su interpretación siempre con las manifestaciones de la

enfermedad o la evaluación de la seroconversión en mues-

treos pareados (André-Fontaine & Triger, 2018; OIE, 2021;

Silva & Riedemann, 2007).

Identiﬁcación de los factores de asociados a la leptos-

pirosis en pacientes caninos

Respecto a la raza, del total de pacientes mestizos y de

raza deﬁnida incluidos en el estudio, el 33,33% y el 25,45%

resultaron positivos, respectivamente, sin haberse encontrado

diferencias signiﬁcativas tal como ya lo han reportado otros

investigadores (Polo Díaz, 2007; Silva & Riedemann, 2007).

Esto a pesar de que se conoce que los animales mestizos cuya

tenencia está sobretodo en manos de personas del ámbito ru-

ral podrían mantenerlos en mayor exposición por el contacto

directo con las fuentes de infección ambientales y animales.

A pesar de no haberse encontrado diferencias con respec-

to al sexo de los animales, algunos autores sugieren que los

machos podrían tener más riesgo de infección, probablemen-

te por ser más activo y realizar vagabundeo (Ward Michael et

al., 2002; Polo Díaz, 2007; Yánez Posada, 2010).

Según varios investigadores, es más frecuente la infección

en animales adultos que en cachorros; debido a que son más

activos fuera de su entorno doméstico normal, lo que aumen-

ta su posible exposición a las serovariedades de Leptospira,

siendo más relevante en perros callejeros (Ward Michael et

al., 2002; Hernández Niño et al., 2009; Tuemmers Apablaza

et al., 2013).

Dadas las características de la población en esta investiga-

ción, no existieron diferencias signiﬁcativas entre los grupos

etarios, aunque fue menos frecuente en cachorros, tal como

ya se ha informado en otros trabajos (Romero Flores, 2014).

Aunque no se encontraron diferencias entre los lugares de

procedencia de los pacientes, es necesario enfatizar en el he-

cho de que la mayoría de pacientes con diagnóstico positivo

provenían de las parroquias urbanas del cantón Loja; al res-

pecto es necesario considerar a la leptospirosis canina como

una enfermedad frecuente e importante, presente en muchas

áreas urbanas (Luna et al., 2008). Debido a que las áreas ur-

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 31±37, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1282

banas son propensas a inundaciones producto de la lluvia,

y la existencia de superﬁcies impermeables, representan un

riesgo signiﬁcativo para la presencia de leptospirosis (Ragha-

van et al, 2011).

Dada la naturaleza de la enfermedad se espera que se en-

cuentren en mayor riesgo de infección los animales que man-

tengan contacto con otras especies infectadas o con ambien-

tes contaminados, lo que seguramente es más factible en zo-

nas rurales en donde hay una interacción más dinámica en-

tre distintas especies animales; sin embargo, en esta inves-

tigación, no se hallaron diferencias signiﬁcativas respecto al

contacto con otras especies domésticas, lo que también han

identiﬁcado otros autores (Romero P. & Sanchez V., 2009).

Por otro lado, con respecto al contacto con roedores, al cono-

cerse que estas especies son los reservorios más importantes

de la bacteria, investigadores insisten en el papel determinan-

te para la infección y el desarrollo de la enfermedad (Huerta

M. et al., 2013; Polo Díaz, 2007); aunque en esta investiga-

ción el contacto con estas especies no se consideró un fac-

tor asociado, hay que tomar en cuenta que 6 de 15 propieta-

rios con animales seropositivos manifestaron que empleaban

a sus mascotas para el control biológico de roedores. En este

contexto también cabe mencionar que la mayoría de los pro-

pietarios indicaron que no mantenían a sus perros en activi-

dades de trabajo, por lo que no hubo diferencias estadísticas

respecto a la actividad o propósito del can.

Todos los caninos que tenían como fuente de bebida al

agua entubada (no potable) fueron positivos a leptospirosis

en este estudio, habiendose determinado que es un factor de

protección el consumo de agua potable, lo que ya ha sido pre-

viamente publicado en otros trabajos; a propósito del origen

del agua de bebida se ha señalado que el agua no potabili-

zada, podría contribuir al mantenimiento de la bacteria via-

ble para la infección, debido a que el contacto directo con el

agua es el mecanismo más común de diseminación. El mi-

croorganismo penetra a través de la mucosa, heridas, piel da-

ñada e inclusive piel sana (Feldman et al., 2021; Murcia et

al., 2020).

Los caninos que tuvieron presencia de humedales alrede-

dor de donde habitan fue el 28,26% a diferencia de los que no

tuvieron contacto que es de (29,63%), por lo tanto, tampoco

hubo una diferencia signiﬁcativa en relación a la presencia de

humedales. En estudios internacionales en la Región de Los

Ríos (Chile) se describe que las fuentes de infección pue-

den existir en charcos, canaletas, recipientes, bebederos para

animales, canales, ríos, e incluso el agua potable (Polo Díaz,

2007). En otro estudio realizado en Lima se mencionó que

los altos niveles de humedad pueden ser determinantes para

la infección y el desarrollo de la enfermedad (Huerta et al.,

2013).

CONCLUSIONES

En el presente estudio se concluye que mediante la prueba

MAT se obtuvo una frecuencia de leptospirosis del 29% con

reacciones aglutinantes sobre el punto de corte para serova-

res como Autumnalis, Hebdomadis, Pomona y Patoc, siendo

Canicola el serovar más frecuente (23%).

El factor de riesgo asociado a la infección de leptospirosis

canina fue la fuente de agua del canino (p=0.02), disminu-

yendo el riesgo de infección en caninos que consumen agua

potable con relación a los que consumen agua entubada.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: GFP y DEP; metodología: GFP, DEP

y JKL; análisis formal: GFP, JKL y EGM.; investigación:

GFP y DEP; recursos: GFP y DEP; curación de datos: GFP y

EGM; redacción Ð preparación del borrador original: GFP

y DEP.; redacción Ð revisión y edición: GFP, DEP, JKL y

EGM; visualización: GFP, DEP, JKL y EGM; supervisión:

GFP y DEP; administración de proyecto: GFP y DEP; adqui-

sición de ﬁnanciamiento para la investigación: GFP y DEP.

Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada

del manuscrito.

Galo Fabricio-Pérez: GFP. Dayanna Estefania-Pinta: DEP.

Jhuliana Katerine-Luna: JKL. Edwin Geovanny-Mizhquero:

EGM.

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DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1933

Aplicación web para la gestión del arbolado urbano de la ciudad de Loja

Web application for the management of urban trees in the city of Loja

Johnny Fabián González Guamán 1,*, Wilman Chamba-Zaragocin 1y Oscar M. Cumbicus-Pineda 1

1Carrera de Computación, Facultad de la Energía las Industrías y los Recursos Naturales No Renovables, Universidad Nacional de Loja

*Autor para correspondencia: jfgonzalezg@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 01/05/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 28/06/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEn respuesta a la creciente preocupación por la gestión sostenible de los árboles urbanos, numerosas ciudades del país se

encuentran buscando soluciones efectivas. Como resultado, diversas instituciones del sector público están formulando e implementando

políticas destinadas a la conservación, uso y manejo adecuado de los árboles en entornos urbanos. En este contexto, se llevó a cabo el pro-

yecto de investigación forestal titulado "Dinámica de crecimiento y servicios ecosistémicos del arbolado urbano de la ciudad de Loja". Su

objetivo principal fue desarrollar un inventario completo y actualizado de los árboles dentro de los límites de la ciudad, proporcionando así

una herramienta fundamental para futuras investigaciones y toma de decisiones. Para lograr este propósito, se diseñó y desarrolló una apli-

cación especializada capaz de gestionar eﬁcientemente los datos cientíﬁcos y técnicos recopilados por los investigadores. La metodología

utilizada para el desarrollo de la aplicación se basó en ICONIX, que permitió establecer modelos arquitectónicos lógicos y físicos repre-

sentados mediante diagramas UML. Posteriormente, se implementaron estos modelos utilizando un enfoque n-tier, dividiendo la aplicación

en capas lógicas y físicas. Para ello, se emplearon tecnologías como JavaScript, React, Mapbox, Node, Express, Sequelize y MySQL, tanto

para el backend como para el frontend de la aplicación. Esta combinación de tecnologías garantizó un desarrollo eﬁciente y una interfaz

de usuario intuitiva y atractiva. Una vez completada la implementación, se llevaron a cabo exhaustivas pruebas de caja negra y pruebas

funcionales, las cuales fueron sometidas a la validación del director del proyecto de investigación. Se veriﬁcó que la aplicación funciona-

ra correctamente y cumpliera con los requisitos establecidos. Además, se realizaron pruebas de los servicios API-REST para asegurar la

compatibilidad e integración adecuada con posibles futuras aplicaciones.

Palabras claveÐICONIX, Aplicación Web, Arbolado urbano, NodeJS, ReactJS

AbstractÐIn response to the growing concern for the sustainable management of urban trees, many cities in the country are seeking

effective solutions. As a result, various public sector institutions are formulating and implementing policies to conserve, use and properly

manage trees in urban environments. The forestry research project entitled "Dynamics of Growth and ecosystem services of urban trees

in the City of Loja"was carried out in this context. Its main objective was to develop a complete and updated inventory of the trees

within the city limits, thus providing a fundamental tool for future research and decision-making. A specialized application capable of

efﬁciently managing the scientiﬁc and technical data collected by the researchers was designed and developed to achieve this purpose.

The methodology used for the development of the application was based on ICONIX, which allowed the establishment of logical and

physical architectural models represented by UML diagrams. These models were then implemented using an n-tier approach, dividing the

application into logical and physical layers. For this purpose, technologies such as JavaScript, React, Mapbox, Node, Express, Sequelize,

and MySQL were used for both the application’s backend and front end. This combination of technologies ensured efﬁcient development

and an intuitive and attractive user interface. Once the implementation was completed, extensive black box testing and functional testing

were carried out and validated by the research project manager. It was veriﬁed that the application worked correctly and complied with the

established requirements. In addition, API-REST services were tested to ensure compatibility and proper integration with possible future

applications.

KeywordsÐICONIX, Web Application, Urban trees, NodeJS, ReactJS

INTRODUCCIÓN

En Ecuador, el Ministerio del Ambiente ha establecido

directrices nacionales para la conservación, uso y ma-

nejo adecuado de los árboles en zonas urbanas, reconociendo

su importancia como parte del Patrimonio Natural del país.

Estas directrices respaldan la protección de los árboles en

las ciudades y exigen a los municipios garantizar su mante-

nimiento y prevención, involucrando a la ciudadanía en su

cuidado (Código Orgánico del Ambiente, 2017).

En el ámbito de las Instituciones de Educación Superior,

los proyectos de vinculación con la sociedad representan una

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 38

APLICACIÓN WEB PARA LA GESTIÓN DEL ARBOLADO URBANO GONZÁLEZ GUAMÁN et al.

valiosa forma de contribuir a la solución de problemáticas so-

ciales desde una perspectiva académica e investigativa. En la

Universidad Nacional de Loja, la vinculación con la sociedad

en el marco de la investigación cientíﬁca implica actividades

cientíﬁcas y tecnológicas dirigidas a la sociedad, que contri-

buyan a mejorar y actualizar los planes de desarrollo local,

regional y nacional, así como a la transferencia de conoci-

miento y tecnología (Universidad Nacional de Loja, 2023).

Es en este contexto que surge el proyecto de investiga-

ción "Dinámica de crecimiento y servicios ecosistémicos del

arbolado urbano de la ciudad de Loja", liderado por el Dr.

Darwin Alexander Pucha Cofrep, en la Facultad Agropecua-

ria y de Recursos Naturales Renovables, especíﬁcamente en

la Carrera de Ingeniería Forestal. El objetivo general de es-

te proyecto es fomentar una gestión adecuada a través del

desarrollo y mantenimiento de un inventario actualizado de

árboles dentro de los límites de la ciudad, al mismo tiempo

que busca promover la educación y sensibilización ambien-

tal entre los ciudadanos. Como parte de esta iniciativa, se

solicita la colaboración de la Carrera de Ingeniería en Siste-

mas/Computación para abordar la problemática mediante el

desarrollo de una aplicación web.

En este contexto, la presente investigación tuvo como ob-

jetivo responder a la pregunta de investigación: ¿Cómo se

puede ayudar a los investigadores del Proyecto Dinámica de

crecimiento y servicios ecosistémicos del arbolado urbano de

la ciudad de Loja a obtener información relacionada con los

registros de árboles urbanos de la ciudad de Loja?. Para lo-

grarlo, se plantea el desarrollo de una aplicación web que per-

mita gestionar la representatividad de los árboles urbanos en

el marco del proyecto de investigación mencionado. El traba-

jo se divide en tres objetivos especíﬁcos: establecer el dise-

ño de la aplicación web utilizando la metodología ICONIX

(Porras Flores, 2019), implementar dicho diseño utilizando

el framework ReactJS (Aggarwal y Verma, 2018; Aggarwal

et al., 2018) y NodeJS (Haro et al., 2019), y llevar a cabo

pruebas de funcionalidad para validar la aplicación web.

A diferencia de otros enfoques y propuestas como Sego-

via y Berbey-Álvarez (2020) y Barriga Garcia y Medina Po-

lanco (2023) relacionados con este tema, este trabajo aborda

una perspectiva única, ya que se trabaja con un amplio con-

junto de datos que incluye 4,460 registros de árboles con 94

características individuales, tales como datos dasométricos,

morfológicos y ecológicos. Estos registros son gestionados

tanto por la base de datos como por la aplicación, y se repre-

sentan geográﬁcamente en mapas. A diferencia de trabajos

anteriores, esta propuesta considera una mayor cantidad de

variables y la posibilidad de almacenar datos de árboles a lo

largo del tiempo, lo que resulta fundamental para evaluar la

evolución de los registros y fomentar futuras investigaciones

en el campo.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para el desarrollo de la presnte investigación se utilizaron

los siguiente recursos tanto amteriales como metodológicos :

Recursos cientíﬁcos

Experimentación

Permitió evaluar la aplicación en un ambiente simulado,

con el ﬁn de determinar si el desarrollo de la solución infor-

mática cumple con los requisitos funcionales y no funciona-

les.

Recursos técnicos

Entrevista

La entrevista permitió la recolección de información sobre

las necesidades del proyecto forestal y sobre la gestión ac-

tual del inventario de árboles urbanos en la ciudad, de esta

manera se pudo obtener la especiﬁcación de requerimientos

funcionales y no funcionales para la aplicación web.

Metodología de desarrollo de software

La metodología empleada para el desarrollo de la apli-

cación web fue ICONIX Marín Ospina (2020), misma que

cuenta con cuatro fases que van desde el análisis hasta la im-

plementación, construyendo en camino la documentación de

los modelos empleado para la construcción del producto de

software.

Revisión bibliográﬁca

Permitió la recolección de información para la validez y

sustentación cientíﬁca del fundamento teórico de la investi-

gación, las fuentes bibliográﬁcas se basaron en libros, revis-

tas y documentos cientíﬁcos.

Recursos de software

Visual Studio Code: Como entorno para el desarrollo,

usado para la codiﬁcación e implementación de la apli-

cación.

Postman: Para el desarrollo, pruebas y documentación

de APIs.

GitHub: Repositorio de control de versiones del código

de la aplicación.

MySQL Workbench: Para la administración de tablas en

la base de datos.

Mendelay: Para la gestión bibliográﬁca.

StartUML: Para el modelado de diagramas especiﬁca-

dos en la metodología ICONIX.

Figma: Para el diseño del prototipo inicial de la aplica-

ción.

Tecnologías

MySQL: Como gestor de base de datos relacional para

la aplicación.

JavaScript: Como lenguaje de programación para el

frontend.

NodeJS: Como entorno de ejecución multiplataforma.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 38±43, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1933

React: Como librería/framework para el desarrollado la

aplicación web frontend.

ExpressJS: Como framework para el desarrollo del ser-

vidor web o backend.

ORM Sequelize: Como mapeador relacional de objetos

para NodeJS y conexión con la base de datos MySQL.

Railway: Como plataforma utilizada para el alojamiento

gratuito del backend y la base de datos.

Netlify: Como plataforma utilizada para el alojamiento

gratuito del frontend.

RESULTADOS

En este apartado se muestran las fases, actividades y tareas

que se llevaron a cabo para desarrollar la aplicación web, este

trabajo se lo realizó en 3 grandes fases. En la primera fase se

obtuvo el diseño lógico y físico de la aplicación mediante el

desarrollo de la metodología de software ICONIX, en la se-

gunda fase se implementó los diseños aplicados en la primera

fase y se desarrolló la infraestructura del backend y frontend

de la aplicación web, ﬁnalmente, en la tercera fase se realizó

pruebas al software para validar la aplicación web.

Fase 1: Diseño lógico y físico de la aplicación

En esta fase se realizó dos tareas, en primer lugar, se ela-

boró el modelo de requerimientos del sistema y, en segundo

lugar, se realizó el modelo lógico y físico de la aplicación

web, ambas tareas corresponden a la primera, segunda y ter-

cera etapa en la ejecución de la metodología de desarrollo de

software ICONIX, los cuales se obtuvo los siguientes resul-

tados.

Luego de la entrevista con el director del proyecto se deﬁ-

nieron 13 requerimientos funcionales (Tabla 1) y 10 requeri-

mientos no funcionales (Tabla 2).

Luego de la deﬁnición de requerimientos funcionales y no

funcionales se diseñó el diagrama conceptual del modelo de

domino de negocio (Figura 1), se realizó un prototipo de in-

terfaz de usuario (Figura 2) y el diagrama de casos de uso

(Figura 3).

Fig. 1: Modelo de dominio del negocio

Fase 2: Implementación del diseño de la aplicación

mediante el framework ReactJS y NodeJS

En esta fae se realizó dos tareas, en primer lugar, la codiﬁ-

cación de la aplicación web y el segundo lugar, la documen-

Tabla 1: Requerimientos Funcionales

ID Requisito Descripción

RF01 Visualizar

árboles

El sistema debe permitir al usuario visualizar la ubicación de los

registros de árboles en el aplicativo a través de un mapa web de

Mapbox.

RF02 Mostrar tipos

de mapas base

El sistema debe permitir al usuario cambiar entre diferentes vistas

de mapas base del servidor Mapbox: Satelital y de Calles.

El sistema debe permitir al usuario visualizar dos tipos de reportes:

RF03 Visualizar

reportes

a) Un. reporte preliminar con los detalles mínimos del árbol

seleccionado en el mapa.

b) Un reporte completo para el mismo árbol seleccionado.

c) El sistema debe permitir mostrar el identiﬁcador del árbol en un

código QR.

RF04 Filtra

consultas

El sistema debe permitir al usuario ﬁltrar las búsquedas de árboles

por especies, sitio y características, considerada como las variables

más relevantes.

RF05 Autentiﬁcar

usuario

El sistema debe permitir a los usuarios registrados ingresar a la

aplicación a través de las credenciales como: nombre de usuario

(email) y contraseña.

RF06 Actualizar

contraseña

El sistema debe permitir al usuario modiﬁcar su contraseña desde su

cuenta de usuario y se enviará la contraseña modiﬁcada al email.

RF07 Recuperar

contraseña

En caso de olvido de contraseña, el sistema debe ayudar al usuario a

recuperar el acceso a su cuenta, para ello el sistema validará el email

ingresado y se enviará un correo electrónico para el cambio de

contraseña.

RF08 Editar

árboles

El sistema debe permitir al usuario registrado editar las características

de un árbol especíﬁco. Para los campos de latitud y longitud, además

de digitar manualmente, se debe contar con la opción de desplazar el

punto de interés a la nueva posición.

RF09 Registrar

árbol

El sistema debe permitir al usuario registrado agregar nuevos árboles

y llegar los campos en un formulario de registro.

RF10 Eliminar

árbol

El sistema debe permitir al usuario Administrador eliminar un árbol del

registro forestal (se espera que la información vinculada con el registro

del árbol no se muestre al usuario ﬁnal).

RF11 Descargar

reportes

El sistema debe permitir al usuario Administrador descargar el reporte

de uno o varios árboles seleccionados en un archivo CSV.

RF12 Registrar

cuenta

El sistema debe permitir al usuario registrarse para crear una cuenta

en la aplicación web.

RF13 Validar

cuenta

El sistema debe permitir al administrador validar cuenta de usuario

registrado.

Tabla 2: Requerimientos No Funcionales

ID Requisitos Descripción

RNF01 Seguridad

La información manejada por el sistema estará protegida del acceso

no autorizado a través de roles. Un usuario con un rol especíﬁco no

podrá realizar acciones que no correspondan al rol asignado.

RNF02 Usabilidad

La aplicación mantendrá una interfaz intuitiva, de fácil uso para el

óptimo manejo del usuario. El tiempo de aprendizaje del sistema por

usuario será menor a 2 horas.

RNF03 Rendimiento o Calidad

La funcionalidad del sistema, informes y consultas que presenten una

complejidad mediana, sus tiempos de respuesta hacia el usuario debe

responder en menos de 7 segundos.

RNF04 Fiabilidad El sistema debe garantizar la tolerancia a fallos de conexión

proporcionando mensajes informativos y orientados a los usuarios.

RNF05 Persistencia

El sistema debe garantizar la recuperación y guardado de los datos

persistentes utilizados por la aplicación en la base de datos relacional

MySQL.

RNF06 Sincronización Los datos modiﬁcados o agregados en el sistema deben ser actualizados

por todos los usuarios que accedan a ellos en menos de 3 segundos.

FNF07 Disponibilidad El sistema debe estar activo 24 horas, los 7 días de la semana, los 365

días del año, garantizando toda la funcionalidad del sistema.

RNF08 Mantenibilidad Será desarrollado de forma modular para mantener una estructura de

código consistente y predecible.

RNF09 Desarrollo Debe funcionar a través de respuestas consumiendo servicios web

API REST bajo el formato de datos JSON.

RNF10 Interfaz GUI

La interfaz se ejecutará en entornos web, se utilizará un browser

habilitado con el estándar WebGL para el despliegue de gráﬁcos 2D/3D,

como por ejemplo Chrome 96, Edge 96, Firefox 97, Firefox91 (ESR),

iOS Safari 14, Safari 14, o versiones posteriores a las especiﬁcadas.

Fig. 2: Prototipo rápido de GUI en Figma.

APLICACIÓN WEB PARA LA GESTIÓN DEL ARBOLADO URBANO GONZÁLEZ GUAMÁN et al.

Fig. 3: Diagramas de caso de uso de la Aplicación Web.

tación correspondiente al diseño de la arquitectura web, que

se detallan a continuación:

La codiﬁcación se realizó bajo el entorno de ejecución

multiplataforma NodeJS, donde se instaló el framework pa-

ra backend ExpressJS, y para el frontend ReactJS. Se utilizó

las herramientas de Visual Studio Code como IDE para la

codiﬁcación, MySQL Workbench como herramienta de ad-

ministración de base de datos y Postman como plataforma

para el diseño y pruebas del API Server en el backend.

La documentación del código fuente se respaldó en tres

repositorios de GitHub (Privados):

webGISTree-backend

webGISTree-frontend

arbol_QR_db

En la Figura 4, se muestra la interfaz de inicio de la apli-

cación, que hace énfasis en la visualización de los puntos de

ubicaciones de árboles en el mapa. El menú lateral izquier-

do, las opciones para ﬁltrar árboles, cambiar entre los dife-

rentes tipos de mapas, administrar árboles, registrar árboles.

Estos dos últimos, el acceso solo para usuarios registrado cu-

ya cuenta se encuentra habilitada. Además, se muestra infor-

mación del árbol seleccionado dentro de un cuadro de infor-

mación (popup) al interior del mapa y un reporte completo,

en el panel lateral derecho.

Fig. 4: Interfaz inicial de la aplicación web, árbol seleccionado.

El diagrama de despliegue ilustra el diseño de la arquitec-

tura física de la aplicación (Figura 5), este consta de un Clien-

te web React que se comunica con el Servidor Node, don-

de se encuentra el servicio web (API-REST) WebGISTree-

backend, que interactúa a través de un Mapeador Relacional

de Objetos (ORM) con el servidor de base de datos relacional

MySQL.

Fig. 5: Diagrama de despliegue en servidores Railway y Netlify.

Fase 3: Pruebas de funcionalidad para la validación

de la Aplicación Web

En esta sección se desarrolló la etapa de pruebas, se co-

menzó por las pruebas unitarias al servicio web, pruebas de

caja negra y pruebas de funcionalidad para garantizar que

cumple con los requisitos establecidos en la inicialmente en

el desarrollo de solución informática.

Pruebas unitarias al servicio web API-REST

Se realizó las pruebas al servicio web API-REST con la

herramienta Postman y se probó los servicios creados me-

diante peticiones HTTPS validando sus respectivas respues-

tas en formato JSON.

Para ello se realizó el despliegue del servicio web Web-

GISTree en el servidor gratuito Railway , que simuló un am-

biente de control real, donde se evaluó el correcto funciona-

miento de las peticiones y se obtuvo los tiempos de respues-

tas, que se resumen en la Tabla 3.

Pruebas de caja negra

Se realizó las pruebas de caja negra en base los casos de

uso, tomando las descripciones de las ﬁchas de casos uso

para realizar las pruebas y validar si cumple o no con los

requisitos del software. Las pruebas fueron ejecutadas bajo

la supervisión del director del proyecto forestal Ing. Darwin

Pucha Cofrep, quien en previas socializaciones interactuado

con la aplicación web, descubrió comportamiento no espera-

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 38±43, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1933

Tabla 3: Principales endpoints del servicio web de la aplicación

WebGISTree

URL Token

(JWT) Método Descripción Respuesta

(tiempo)

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/feature/locations No GET

Obtener los puntos

de localización de

árboles

8.56s

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/auth/send-email-

reset-password

No POST

Enviar email con el

link para recuperar

contraseña

198ms

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/tree/:treeId No GET Obtener un registro

de árbol por su ID 331ms

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/auth/login No POST Iniciar sesión

usuarios 1056ms

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/tree/register-tree Sí POST Registrar datos en

tabla árbol. 30ms

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/feature/update-

feature/:treeId

Sí POST

Registrar

características para

un árbol

707ms

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/inconvenience/

update-inconvenience/:treeId

Sí POST

Registrar

inconveniente para

un árbol

915ms

https://webgistree-backend-

production.up.railway.app/specie/register-

specie

Sí POST Registrar especies 329ms

do y fallas de validación que fueron resueltos para la aproba-

ción de los casos de prueba.

Pruebas funcionales

Las pruebas funcionales fueron realizadas a cada uno de

los módulos del software para veriﬁcar que se cumpla con

las necesidades con respecto a los requisitos funcionales de

la aplicación web. La validación de las distintas funcionalida-

des se la realizo en un ambiente controlado con la aplicación

web subida en un servidor gratuito, se dio acceso al sistema

al director encargado del proyecto de investigación forestal,

para que use la aplicación agregando nuevos usuarios, vali-

dando usuarios, registrando árboles, editando árboles, entre

otras actividades.

En la Tabla 4 se muestra los requerimientos funcionales

con su respectivo estado de cumplimiento que fue aprobado

por el director del proyecto.

Tabla 4: Aprobación de funcionalidad ﬁnal de requerimientos

funcionales

Id Requisito Estado

RF01 Visualizar árboles Realizado

RF02 Mostrar tipos de mapas base Realizado

RF03 Visualizar reportes Realizado

RF04 Filtra consultas Realizado

RF05 Autentiﬁcar usuario Realizado

RF06 Actualizar contraseña Realizado

RF07 Recuperar contraseña Realizado

RF08 Editar árboles Realizado

RF09 Registrar árbol Realizado

RF10 Eliminar árbol Realizado

RF11 Descargar reportes Realizado

RF12 Registrar cuenta Realizado

RF13 Validar cuenta Realizado

Implementación de la aplicación

Una vez validado todo el diseño y realizadas las

pruebas el sistema fue implementado en el dominio

https://arbolqr.unl.edu.ec (Figura 6), un total de 5.321 árbo-

les han sido cargados al servidor hasta el momento de esta

publicación, se usó el protocolo seguro HTTPS (443), se ha-

bilitó la compatibilidad con TLS 1.2 y/o 1.3,

Fig. 6: Página principal de la aplicación en el dominio

https://arbolqr.unl.edu.ec.

DISCUSIÓN

Tras culminar el proceso de desarrollo y pruebas de la

Aplicación Web se puede responder a la pregunta de investi-

gación:

¿Cómo se puede ayudar a los investigadores del Proyecto

Dinámica de crecimiento y servicios ecosistémicos del ar-

bolado urbano de la ciudad de Loja a obtener información

relacionada con los registros de árboles urbanos de la ciudad

de Loja?

Se ayudó a los investigadores creando una aplicación web

que administra las características dasométricas, morfológi-

cas, ecológicas y de servicios ecosistémicos a través de ma-

pas interactivos de Mapbox, el cual opera bajo el formato de

archivo geográﬁco GEOJSON, que son obtenidos (cargados)

de la base de datos relacional MySQL e incrustados en in-

terfaces gráﬁcas la información y acciones de acuerdo al rol

de usuario, permitiendo así contar con una herramienta pa-

ra la gestión del arbolado urbano, que sirve tanto a usuarios,

investigadores y administradores para sus futuras investiga-

ciones.

CONCLUSIONES

La metodología ICONIX ayudó a organizar todas las acti-

vidades llevadas a cabo en la aplicación web, de manera que

permitió documentar la arquitectura lógica y física de la apli-

cación, la misma que es n-tier (cliente-servidor) con el patrón

de diseño modelo-vista-controlador (MVC).

Con la técnica de la entrevista, observación y la interac-

ción continua con los involucrados, se permitió obtener los

requerimientos iniciales y llevar a cabo un proceso iterativo

e incremental.

Utilizar JavaScript como lenguaje de programación per-

mitió la integración ORM Sequelize con Express para cons-

truir el backend sin ejecutar sentencias SQL, además utilizar

Mapbox con React para insertar geográﬁcamente los puntos

de interés con los registros de cada árbol en un mapa interac-

tivo.

La fase de pruebas ayudó a validar que la integración a

los servicios API-REST tengan un correcto funcionamiento,

además detectar errores que posteriormente fueron corregiros

y veriﬁcar que aplicación cumple con los requisitos especiﬁ-

cados.

Finalmente, se concluye que se desarrolló la versión 1.0

de la Aplicación Web denominada ªÁrbolQRº, que permite

APLICACIÓN WEB PARA LA GESTIÓN DEL ARBOLADO URBANO GONZÁLEZ GUAMÁN et al.

a través de mapas interactivos de Mapbox la consulta de in-

formación cientíﬁca y técnica de los árboles urbanos de la

ciudad de Loja y gestionar los registros dasométricas, mor-

fológicos y ecológicos, dando así contestación a nuestra pre-

gunta de investigación.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: JG y WCh; metodología: JG y WCh;

análisis formal: JG y WCh.; investigación: JG, WCh, OC; re-

dacción Ð preparación del borrador original: OC; redacción

Ð revisión y edición: OC; supervisión: Wch y OC.

Todos los autores han leído y aceptado la versión publica-

da del manuscrito. Johnny González: JG, Wilman Chamba:

Wch, Oscar Cumbicus: OC.

FINANCIAMIENTO

El presente estudio fue ﬁnanciado por la Universidad Na-

cional de Loja, bajo el proyecto de investigación: Dinámica

de crecimiento y servicios ecosistémicos del arbolado urbano

de la ciudad de Loja 17-DI-FARNR-2021.

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e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 44±55, Enero-Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1734

Clasiﬁcación de cielos estándar ISO 15469 CIE S 011/2003 usando datos de

distribución de luminancia obtenidos a través de imágenes HDR

ISO 15469 CIE S 011/2003 standard sky classiﬁcation using luminance distribution

data obtained through HDR images

Fernando Ramirez-Cabrera 1,*

1Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: fernando.ramirez@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 10/01/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 08/02/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEl aprovechamiento de la energía solar es clave para el desarrollo de fuentes de energía renovable, lo que hace necesario

estimar la cantidad de energía que se recibe del sol. Para ello, se han propuesto varios métodos para predecir la energía solar, lo que

requiere la estandarización de los diferentes tipos de cielos en el mundo. El estándar ISO 15469 CIE 011/2003 se ha utilizado para este

ﬁn. En este estudio, se compararon dos métodos de clasiﬁcación de cielos CIE: la comparación de las funciones de gradación e indicatriz

teóricas y los grupos homónimos observados, y la comparación del error medio cuadrático (RMSE) entre las distribuciones de luminancia

de la bóveda celeste y las luminancias teóricas deﬁnidas por el estándar CIE. Los datos de distribución de luminancias utilizados proceden

de imágenes de alto rango dinámico (HDR). Los resultados muestran que aproximadamente el 50% de las imágenes analizadas coinciden

en la clasiﬁcación. Sin embargo, se observó que un gran porcentaje de las imágenes que no mostraron coincidencias diﬁeren un máximo de

dos tipos de clasiﬁcación. Estos hallazgos indican que ambos métodos de clasiﬁcación son efectivos para estimar la energía solar recibida

del cielo y proporcionan una evaluación precisa de la clasiﬁcación de cielos CIE

Palabras claveÐEnergía solar, Energía renovable, Clasiﬁcación de cielos CIE, ISO 15469 CIE 011/2003, Imágenes de alto rango dinámico

(HDR)

AbstractÐThe use of solar energy is key to the development of renewable energy sources, which makes it necessary to estimate the amount

of energy received from the sun. To this end, several methods have been proposed to predict solar energy, which requires standardizing the

different types of skies around the world. The ISO 15469 CIE 011/2003 standard has been used for this purpose. In this study, two methods

of CIE sky classiﬁcation were compared: the comparison of theoretical gradation and indicator functions and homonymous observed

groups, and the comparison of the root mean square error (RMSE) between the luminance distributions of the sky vault and the theoretical

luminances deﬁned by the CIE standard. The luminance distribution data used came from high dynamic range (HDR) images. The results

show that approximately 50% of the analyzed images coincide in their classiﬁcation. However, it was observed that a large percentage of

the images that did not show coincidences differed by a maximum of two classiﬁcation types. These ﬁndings indicate that both classiﬁcation

methods are effective in estimating solar energy received from the sky and provide an accurate assessment of CIE sky classiﬁcation..

KeywordsÐSolar energy, Renewable energy, CIE sky classiﬁcation, ISO 15469 CIE 011/2003, High dynamic range (HDR) images

INTRODUCCIÓN

El sol representa para nuestra vida la principal fuente de

energía, de él derivan de una manera u otra todas las

otras fuentes de energías presentes en la tierra, entre ellas la

luz natural que constituye sin duda una fuente de energía re-

novable. Pero para poder aprovechar esta energía debemos

ser capaces de proporcionar al menos un pronóstico aproxi-

mado de la cantidad de energía que recibimos y determinar

de dónde proviene, por lo tanto, es necesario un modelo ma-

temático que permita estimar la contribución energética de

la luz solar, pero para lograrlo se debe tener un conocimien-

to previo de la distribución angular de las luminancias en el

cielo. Existen diversos problemas para modelizar la distribu-

ción de luminancia del cielo, por una parte, las innumera-

bles condiciones del cielo posibles y, por otra parte, los di-

versos modelos propuestos, derivados de investigaciones que

van desde los más básicos que simpliﬁcan las condiciones de

cielo, hasta los más complejos en donde se establecen proce-

dimientos propios que tienen en cuenta un tipo de cielo. Por

esta razón fue necesario parametrizar las condiciones de la

bóveda celeste mediante una serie de índices que si bien es

cierto no siempre coinciden con las complejas condiciones

del cielo, facilitan el cálculo de la distribución de luminan-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 44

CLASIFICACIÓN DE CIELOS ESTÁNDAR ISO 15469 CIE S 011/2003 RAMIREZ-CABRERA

cias. Dado que es importante conocer el tipo de cielo para la

modelización de la distribución de luminancia en la bóveda

celeste, la Comisión Internacional de Iluminación CIE (por

sus siglas en francés) adoptó una clasiﬁcación de 15 tipos

de cielos estándar en el intento de organizar todo el espectro

probable de cielos del mundo. El estándar ISO 15469 CIE S

011/2003 de la CIE, enumera un conjunto de distribuciones

angulares de luminancias relativas que son consecuencia de

dos funciones: gradación e indicatriz, que modelan el cielo

en un amplio rango de condiciones que van desde los cubier-

tos, donde solo llega iluminancia difusa, hasta cielos claros

donde no hay nubes presentes. Las distribuciones de lumi-

nancias propuestas por el estándar se caracterizan por ser si-

métricas respecto al meridiano solar, además se adaptan me-

jor a cielos homogéneos (cielos totalmente cubiertos), pero

el estándar no detalla un procedimiento de clasiﬁcación de

cielos, por esta razón un número importante de investigacio-

nes se han centrado en el desarrollo de métodos matemáticos

para la clasiﬁcación de cielos a partir de la distribución an-

gular de la luminancia. Los primeros avances en el modelado

de la distribución angular de las luminancias se dieron por

parte de Moon y Spencer (1942), quienes sugirieron un mo-

delo de distribución angular de luminancia a partir de sus ob-

servaciones de cielos cubiertos, que luego fue adoptado por

la CIE.Perraudeau y Chauvel (1986) introdujeron 5 tipos de

distribución de luminancia de cielo mediante el uso de índi-

ces de nubosidad. Perez et al. (1990) desarrollaron un mode-

lo en donde la luminancia de un punto del cielo es producto

de la luminancia cenital y un factor geométrico, asimismo,

Perez et al. (1993) propuso un modelo para describir los pa-

trones de distribución angular de la luminancia para todos

los tipos de cielo (All weather model). Igawa et al. (1999)

plantearon un conjunto de 20 distribuciones de cielo en fun-

ción de la luminancia global, determinando para cada uno

de ellos las funciones de gradación e indicatrices respectivas,

mas adelante, Igawa (2004) propuso un modelo para el cálcu-

lo de la distribución de luminancia para todas las condiciones

del cielo por medio de índices de cielo, según este modelo,

las condiciones de cielo se clasiﬁcan según estos índices. Sin

embargo, Kittler (1994), Kittler y Darula Dipllng (1997) pre-

sentaron un modelo estándar de distribución de luminancia

de cielo, estableciendo la relación entre la luminancia cenital

y la luminancia difusa, además introdujeron las nociones de

función de gradación relativa y función indicatriz relativa, es-

tos elementos apropiadamente combinados resultaron en los

15 tipos de cielos estándar que fueron adoptados por la CIE.

Este trabajo ha considerado inicialmente tres procedimien-

tos de clasiﬁcación de tipos de cielo CIE que se detallan a

continuación:

1. Clasiﬁcación del tipo de cielo por comparación de los

grupos de gradación e indicatriz teóricos y los grupos

homónimos observados.

2. Clasiﬁcación del tipo de cielo por comparación del error

medio cuadrático RMSE entre las medidas de luminan-

cia experimentales y las luminancias teóricas calculadas

de acuerdo con el estándar CIE, método propuesto por

Tregenza (1999)

3. Clasiﬁcación del tipo de cielo mediante el análisis de

la relación entre la luminancia del cenit y la iluminan-

cia difusa en un plano horizontal, según la propuesta de

Kittler y Darula Dipllng (1997).

El último procedimiento resulta útil solo para determi-

nados ángulos de cenit solar (Zs), para el resto de los

ángulos, proporciona resultados ambiguos, por lo tanto, para

este trabajo se descarta. Como todos los procedimientos ma-

temáticos, los modelos para el cálculo de la distribución de la

luminancia requieren de datos para su veriﬁcación, por esta

razón se han desarrollado diversos tipos de tecnologías para

la medición de las luminancias. Los equipos actuales usados

para medir la luminancia pueden clasiﬁcarse en dos grupos:

instrumentos con sensores móviles e instrumentos con sen-

sores estáticos. Dentro de los primeros se tiene el sky scan-

ner (Figura 1a), el cual realiza mediciones de luminancia de

145 sectores del cielo en periodos determinados de tiempo, a

distintas alturas y distintas orientaciones hasta cubrir toda la

bóveda celeste (Figura 1b).

(𝑍𝑠)

(a)

(b)

Fig. 1: (a) Sky scanner; (b) División del cielo en 145 sectores.

Sin embargo, el sky scanner presenta ciertas desventajas,

este equipo está diseñado con la intención de obtener la lu-

minancia media de un número limitado de sectores del cie-

lo, por lo que no tiene suﬁciente resolución para representar

adecuadamente las luminancias del cielo, otra desventaja es

el tiempo de escaneo de los 145 sectores de la bóveda ce-

leste, aproximadamente 4 minutos (Figura 1b). Con el pro-

pósito de sortear las limitaciones que presenta el sky scan-

ner se han presentado estudios que relacionan la distribución

de las luminancias del cielo con imágenes provenientes de

cámaras fotográﬁcas. Uno de los primeros trabajos presen-

tado en el siglo pasado (McArthur y Hay, 1981) consistía

en correlacionar fotografías del cielo con medidas de radian-

cia solar difusa, dada la tecnología analógica de la época las

imágenes tenían que ser previamente digitalizadas para obte-

ner dicha relación. Sin embargo, en la actualidad no se tiene

estos inconvenientes, las cámaras actuales ya proporcionan

una imagen digital que facilita el uso de técnicas que permi-

ten mejorar la calidad de la imagen y consecuentemente de

la información que en ellas se encuentra. La técnica que más

se usa con la ﬁnalidad de obtener información del cielo es la

generación de imágenes de alto rango dinámico o imágenes

HDR por sus siglas en inglés (High Dynamic Range). La ge-

neración de imágenes de alto rango dinámico es una técnica

fotográﬁca que permite capturar el detalle en las luces y en

las sombras dentro de una misma escena. Se logra combinan-

do varias fotografías con diferentes tiempos de exposición,

es decir, fotografías de bajo rango dinámico LDR (Neve et

al., 2009). La ventaja de esta técnica es que posibilita que

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CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 44±55, Enero-Junio 2023

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todas las zonas de la escena queden perfectamente expues-

tas, aunque tengan un gran contraste entre luces y sombras,

de esta manera se consigue más precisión en los valores de

luminancia. Considerando estos antecedentes, el objetivo de

este trabajo es evaluar cómo se comportan los dos primeros

procedimientos de clasiﬁcación de cielos descritos anterior-

mente cuando se utilizan imágenes de alto rango dinámico

de la bóveda celeste.

MATERIALES Y MÉTODOS

Cámara fotográﬁca digital

La cámara digital usada en este trabajo es la Canon EOS

6D con sensor de formato completo full frame, tecnología

CMOS y resolución de 20 megapíxeles, (Figura 2a). Los sen-

sores CMOS son más sensibles a la luz por lo que responden

mejor en condiciones pobres de iluminación que otros tipos

de sensores presentes en el mercado con tecnología CCD.

El sensor está compuesto por una matriz de píxeles que se

cargan de manera proporcional a la cantidad de luz que deja

pasar el obturador hacia el sensor, de esta manera el sensor

obtiene valores de irradiancias que mediante un algoritmo

matemático lleva a cabo una conversión analógica digital ob-

teniendo la función de respuesta f de la cámara (Figura 2b),

esta función es única para cada cámara.

(a)

(b)



󰆒

󰆒

Fig. 2: (a) Cámara fotográﬁca EOS 6D; (b) Curva de respuesta

hipotética de una cámara.

La Figura 2b muestra la curva de respuesta hipotética de

una cámara que se puede traducir como la repuesta del sensor

a la irradiancia Efrente al valor digital de los píxeles de la

imagen Z, se observa que la respuesta varía con la irradian-

cia; solo un intervalo de valores de irradiancia, denotado por

Atiene una resolución lo suﬁcientemente buena como para

ser utilizado en la generación de la imagen mediante pixeles

B, dado que para valores de irradiancia inferiores la imagen

presenta mucho ruido y para superiores se satura.

Objetivo ojo de pez

Dado que se pretende fotograﬁar la totalidad de la bóveda

celeste se debe emplear un objetivo gran angular que abarque

al menos 180°. Con este ﬁn, en este trabajo se ha empleado el

objetivo ojo de pez Sigma de 8mm, modelo F3.5 EX (Figura

3a).

Los objetivos ojos de pez tienen la capacidad de alcanzar

ángulos de visión extremos permitiendo capturar fotografías

con 180° de campo escénico, además presentan una distor-

sión inherente que se asemeja a una imagen reﬂejada en una

esfera, ya que no es posible formar una imagen de un campo



(a)

(b)

󰆒

󰆒

Fig. 3: (a) Objetivo ojo de pez; (b) imagen del cielo característica

capturada con el objetivo ojo de pez.

hemisférico en un plano sin distorsión (Figura 3b), por eso

es necesario realizar una proyección sobre un plano, precisa-

mente esta proyección es lo que caracteriza la lente, es de-

cir la manera en que se obtiene una realidad tridimensional

(espacio) y la imagen bidimensional (foto). El tipo de pro-

yección más común en estos objetivos es la equisólida lo que

signiﬁca que la relación entre el área del espacio y el área

resultante en la imagen es constante (Miyamoto, 1964)

Imágenes de alto rango dinámico HDR

Las imágenes de alto rango dinámico usadas para este tra-

bajo fueron tomadas en la ﬁnca de prácticas de la Universi-

dad Pública de Navarra, (42°47min. 1seg. N; 1°37min. 45.73

seg.O) durante los meses de julio a octubre del 2018, en este

periodo se capturaron 1885 imágenes que fueron analizadas

por los dos métodos de clasiﬁcación de cielos evaluados.

Metodología

Siendo el objetivo de este trabajo evaluar el comporta-

miento de dos procedimientos de clasiﬁcación de tipos de

cielos cuando se utilizan imágenes de alto rango dinámico, el

primer paso es establecer las condiciones para la generación

de imágenes HDR. El manejo de la información proporcio-

nada por la cámara es importante, ya que de esta depende el

análisis de la distribución de la luminancia, por lo tanto, se

ha dividido la metodología en tres partes:

1. Calibración geométrica de la cámara.

2. Generación de imágenes HDR de la bóveda celeste.

3. Procedimientos de clasiﬁcación de cielos.

Cabe añadir que las imágenes HDR no están calibradas fo-

tométricamente, es decir, no son las luminancias reales. Los

procedimientos de clasiﬁcación de cielos empleados en es-

te trabajo usan valores de luminancias relativas a un punto

determinado, por lo tanto, este hecho no tiene importancia.

Calibración geométrica de la cámara.

La calibración geométrica de la cámara es fundamental en

el análisis de información espacial pues permite la localiza-

ción y comparación de los datos teóricos y los observados. En

este trabajo la información es recogida íntegramente a partir

de los píxeles de la imagen que contienen información de la

distribución de la luminancia difusa y de la posición espacial

CLASIFICACIÓN DE CIELOS ESTÁNDAR ISO 15469 CIE S 011/2003 RAMIREZ-CABRERA

del punto del espacio que se representa en el píxel correspon-

diente. Dado que el objetivo ojo de pez que se utiliza en este

trabajo lleva a cabo una proyección equisólida, su función de

proyección se recoge en la ecuación 1.

R=2fsin(θ/2)(1)

Donde θes el ángulo entre un punto en el mundo real y el

eje óptico, que va desde el centro de la imagen hasta el centro

del objetivo ojo de pez, fes la distancia focal de la lente y

Res la posición radial de un punto en la imagen. Se puede

observar que la función de proyección relaciona el ángulo θ

y la distancia radial Rde un elemento espacial. Al analizar la

función de proyección, 90 grados es el ángulo θmáximo del

objetivo con un campo de visión de 180 grados, y tomando

una distancia focal fde 1 la proyección equisólida máxima

que se obtiene es R=√2 que es la distancia radial máxima

del círculo de la imagen capturada (Figura4).

  



Donde θ es el ángulo entre un punto en el mundo real y el

 

el ángulo θ y la distancia radial 

analizar la función de proyección, 90 grados es el ángulo θ

  

  󰇛󰇜

determine su posición a través de dos coordenadas: acimut γ





󰇛 󰇜 

  󰇛󰇜󰇛󰇜



   

  󰇡 

󰇢



Fig. 4: Proyección equisólida del objetivo.

En la práctica, es inevitable que existan variaciones de la

función de proyección ideal debido a las limitaciones en la

fabricación, por esta razón se consideró apropiado veriﬁcar

la proyección de la lente. Haciendo uso de instrumentos de

precisión del laboratorio de óptica del departamento de Fí-

sica de la Universidad Pública de Navarra se determinó la

función de proyección que más se ajusta al objetivo. El pro-

ceso consiste en capturar una fotografía de una fuente de luz

(LED) previamente alineada al objetivo con el propósito de

determinar las coordenadas de los píxeles que corresponden

al centro de la imagen, luego hacer girar la cámara en su pro-

pio eje una serie de ángulos y registrar una imagen en cada

uno de ellos, de esta manera se encuentra la posición de los

píxeles respecto a ese ángulo en particular, el proceso se re-

pite hasta cubrir los 90 grados de visión requeridos.

El resultado obtenido es la función de proyección de la

lente ajustada que responde a la ecuación 2

R=1,88852sin(0,538784 θ)(2)

Una vez encontrada la función de proyección, el siguiente

paso es asignar la ubicación de los píxeles de la imagen me-

diante un sistema de coordenadas espaciales que determine

  



Donde θ es el ángulo entre un punto en el mundo real y el

 

el ángulo θ y la distancia radial 

analizar la función de proyección, 90 grados es el ángulo θ

  

  󰇛󰇜

determine su posición a través de dos coordenadas: acimut γ





󰇛 󰇜 

  󰇛󰇜󰇛󰇜



   

  󰇡 

󰇢



Fig. 5: Proceso de calibración de cámara.

su posición a través de dos coordenadas: acimut que es el

ángulo formado por un elemento del cielo y el sur en la su-

perﬁcie de una esfera; y cenit Zque representa la posición

de un elemento del cielo, relativa a la normal del plano. Para

encontrar el ángulo del cenit Zse requiere la distancia ra-

dial Rdel centroide de cada píxel de la imagen, por lo que se

estableció la posición de los pixeles relativa al centro de la

imagen mediante matrices de coordenadas (x,y)y con ayuda

de la relación pitagórica (ecuación 3) se obtiene la distancia

radial R.

R=q(matrizx)2+ (matrizy)2(3)

El ángulo de cenit Zde los puntos en el espacio que repre-

sentan la posición del píxel correspondiente se encuentra con

la función de proyección del objetivo previamente encontra-

da (ecuación 2), donde Z=θyRes la distancia radial ya

calculada, obteniendo así la ecuación 4.

arcsinR

1,88852 

0,538784 (4)

El resultado es una matriz que contiene la distribución ceni-

tal de cada punto del espacio que se representa en el píxel

correspondiente; se puede observar la representación gráﬁca

de la matriz en la Figura 6.

Fig. 6: Representación de la matriz de ángulos de cenit:

1°:0.01775.

El ángulo de acimut de cada píxel se calcula mediante la

relación tangencial de sus coordenadas rectangulares usando

la ecuación 5.

tan(γ) = coordenadasy

coordenadasx

(5)

Siendo que la distribución de la luminancia depende de la

posición del sol, también es importante conocer su ubica-

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 44±55, Enero-Junio 2023

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ción exacta, para este trabajo se recurrió al algoritmo de po-

sicionamiento del sol (PSA) desarrollado por B.Muriel et al.

(2001). Este algoritmo requiere como datos de entrada el año,

mes, día, hora UTC, latitud y longitud del lugar, el resultado

es la posición del sol en coordenadas locales, es decir, acimut

solar γsy cenit solar Zs.

Generación de imágenes HDR de la bóveda celeste.

El proceso para la captura de las imágenes HDR consiste

en colocar sobre una estructura ﬁja la cámara y el objetivo

dirigidos hacia la bóveda celeste a 90° del plano de la estruc-

tura, con orientación norte sur (Figura 7).

El ángulo de acimut γ de cada píxel se calcula mediante la

𝑡𝑎𝑛(𝛾)=𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠_𝑦

𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠_𝑥

𝛾𝑠 𝑍𝑠

𝜒 = acos(cos 𝑍𝑠 ∙cos 𝑍 + sn 𝑍𝑠 ∙ sin 𝑍 ∙ cos|𝛾 − 𝛾𝑠|)

Donde χ es la distancia angular entre el sol y

𝑍

𝑍𝑠 𝛾

𝛾𝑠

Fig. 7: Montaje de la cámara en la estructura.

Procedimientos de clasiﬁcación de cielos.

Los procedimientos de clasiﬁcación de cielos elegidos en

este trabajo tienen como base lo establecido en la norma ISO

15469 CIE S 011/2003, por lo tanto, es necesario establecer

los principales puntos de referencia de la bóveda celeste (ver

Figura 8).

Fig. 8: Puntos de referencia de la bóveda celeste.

Dado que la luminancia de un punto cualquiera en la bóve-

da celeste varia con la distancia al sol, es preciso determinar

la distancia angular entre el sol y cada uno de los elementos

del cielo por medio de la ecuación 6.

χ=arccos(cosZs cosZ+sinZs sinZcos|γ−γs|)(6)

Donde χes la distancia angular entre el sol y un elemento

arbitrario del cielo, Zes el ángulo de cenit del elemento del

cielo, Zs es el ángulo de cenit del sol, γes el ángulo de acimut

del elemento del cielo y γses el ángulo de acimut del sol.

Clasiﬁcación del tipo de cielo por comparación entre

los grupos de gradación e indicatriz teóricos frente a

los grupos homónimos observados.

El estándar CIE deﬁne a la luminancia relativa de un punto

con respecto a la luminancia cenital mediante el producto de

las funciones de gradación e indicatriz, por lo tanto, el primer

paso para el desarrollo de este procedimiento es el cálculo

de dichas funciones teóricas siguiendo el proceso descrito a

continuación:

1. Determinación de las coordenadas solares a través del

algoritmo PSA mediante la información proporcionada

por la imagen.

2. Cálculo de las distancias angulares al sol χmediante la

ecuación 6.

3. Cálculo de la función de gradación ϕ(Z)teórica. Esta

función representa el aumento o la disminución de la

luminancia del cielo desde el cenit hacia el horizonte y

responde a la ecuación 7. Los coeﬁcientes aybdeﬁnen

seis grupos de la función de gradación estándar. Los va-

lores de los coeﬁcientes de los seis grupos y las curvas

características se pueden observar en la Figura 9a.

ϕ(Z) = 1+aexpb

cosZ(7)

4. Cálculo del valor de la función de gradación del cenit

ϕ(0)mediante la ecuación 8.

ϕ(0) = 1+aexp(b)(8)

5. Cálculo de la función de gradación relativa, entre la fun-

ción de gradación ϕ(Z)del elemento del cielo y la fun-

ción de gradación cenital ϕ(0), como se observa en la

ecuación 9.

ϕ(Z)

ϕ(0o)=1+aexp(b/cosZ)

1+aexpb(9)

6. Cálculo de la función indicatriz f(χ). Esta función ex-

presa la relación entre la luminancia de un punto del cie-

lo situado a una distancia angular del sol χy la de otro

punto situado a la distancia angular de 90°. La indicatríz

está ligada a la dispersión de la radiación solar a su paso

por la atmósfera, y se calcula mediante la ecuación 10.

f(χ) = 1+cexp(d.χ)−expd.π

2+e cos2(χ)

(10)

Los coeﬁcientes c,dyedeﬁnen los seis grupos de la

función indicatriz estándar; los valores de los coeﬁcien-

tes de los seis grupos y las curvas características pueden

observar en la Figura 9b.

Puesto que el estándar ISO 15469 CIE S 011/2003 descri-

be la luminancia de un punto de la bóveda celeste relativa al

cenit, es preciso determinar la función indicatriz en el cenit

f(Zs)por medio de la ecuación 11, de esta manera el valor

de la luminancia de un punto de la bóveda celeste Lv(z,γ)

queda deﬁnida por medio de la ecuación 12.

CLASIFICACIÓN DE CIELOS ESTÁNDAR ISO 15469 CIE S 011/2003 RAMIREZ-CABRERA

(a)

(b)

Fig. 9: (a) Representación gráﬁca de los seis grupos de funciones

de gradación relativa estándar y los valores de los coeﬁcientes a y b

correspondientes; (b) Representación gráﬁca de los seis grupos de

funciones indicatriz estándar y los valores de los coeﬁcientes c, d y

e correspondientes.

f(Zs) = 1+cexp(d Zs)−expdπ

2+ecos2(Zs)

(11)

Lv(z,γ) = L

=f(χ)ϕ(Z)

f(Zs)ϕ(0o)(12)

Donde Lv es la luminancia en un elemento arbitrario del

cielo (Kcdm−2),LZes la luminancia del cielo en el cenit

(Kcdm−2).

La determinación del tipo de cielo CIE se hace por combi-

nación de los grupos de gradación e indicatriz. Al combinar

los 6 grupos de gradación con los 6 grupos indicatriz se po-

dría obtener hasta 36 tipos de cielos diferentes, no obstante,

la CIE solo considera los 15 tipos de cielos estándar mostra-

dos en la Tabla 1.

El siguiente paso es la extracción de las funciones de gra-

dación e indicatriz experimentales de los píxeles de la ima-

gen HDR, el propósito es determinar a qué grupo pertenecen

dichas funciones y así clasiﬁcar el tipo de cielo, para lo cual

se tomaron las siguientes consideraciones. Para el cálculo de

la función de gradación los datos de interés son las luminan-

cias relativas al cenit de los puntos en que la distancia al sol

χse mantenga constante, ya que en ellos la función indica-

triz se mantendrá igualmente constante y la variación que se

pueda apreciar entre las luminancias solo será achacable a la

gradación. Para una distancia al sol χdada, dichos puntos se

encuentran en la circunferencia que resulta de la intersección

entre la bóveda celeste y el cono que tiene por vértice el cen-

tro de dicha bóveda, por eje la dirección del vector del sol y

por ángulo χ, como se observa en las Figuras 10 a y b.

 

  

 



  

 



(a)

(b)

Figura 10. Consideraciones para el cálculo de la

 

 

󰇛󰇜



 

   

󰇛󰇜

󰇛 󰇜

 󰇛󰇜  󰇛󰇜

󰇛󰇜  󰇛󰇜 󰇛󰇜

󰇛󰇜  󰇛󰇜

󰇛󰇜󰇛 󰇜

󰇛 󰇜





   

󰇛 󰇜

  

puntos de dicho almicantarat (con distintas χ) y

  

Fig. 10: Consideraciones para el cálculo de la función de

gradación: (a) cuando Zs=45°; (b) cuando Zs<45°.

Si como distancia angular se elige aquella que cumple χ=

Zs (10a), la ecuación 12 quedaria reducida a la 13 y, por tanto

las luminancias relativas al cenit observadas proporcionarán

los valores de la función de gradación relativa.

L(Z,γ)χ=Zs

=f(Zs)g(Z)

f(Zs)g(0)=g(Z)

g(0)(13)

En la Figura 10a se observa que si Zs>45° al hacer χ=Zs

puede tenerse información de la evolución total de la grada-

ción (desde Z=0 a Z=90). Por el contrario, si Zs ≤45 (ver

Figura 10b) se perderá información de los almicántaras más

bajos y a la hora de comparar la gradación con los estándares

el ajuste será menos preciso, por esta razón, para este trabajo

se han tomado los siguientes criterios:

1. Si Zs ≥45 se consideraran los valores experimentales

correspondientes a la distancia al sol χ=Zs.

2. Si Zs <45 se consideraran los valores experimentales

correspondientes a dos χdistintas. La primera igual a

Zs y la segunda igual a 90°, y como se observa en la

Figura 10b, en ese caso, para χ=90 la ecuación 12 se

transforma en la ecuación 14, por lo que, a diferencia de

los que ocurre cuando χ=Zs las luminancias relativas

al cenit no proporcionan directamente los valores de la

función de gradación relativa, ver ecuación 14.

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CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 44±55, Enero-Junio 2023

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Tabla 1: Descripción de los 15 cielos estándar; Fuente: 2003-Spatial Distribution of Daylight CIE Standard General Sky.

Tipos Grupo de

gradación

Grupo

Indicatriz

Gradación Indicatriz Descripción de la distribución de luminancia

a b c d e

1 I 1 4,0 -0,7 0 -1 0

Cielo cubierto estándar del CIE, con gradación

pronunciada de la luminancia hacia el cenit,

uniformidad azimutal.

2 I 2 4,0 -0,7 2 -1,5 0,15 Cielo cubierto con gradación pronunciada y un ligero

brillo hacia el sol.

3 II 1 1,1 -0,8 0 -1,0 0 Cielo cubierto graduado moderadamente

con uniformidad azimutal.

4 II 2 1,1 -0,8 2 -1,5 0,15 Cielo cubierto graduado moderadamente y un

ligero brillo hacia el sol.

5 III 1 0 -1,0 0 -1,0 0 Cielo con luminancia uniforme.

6 III 2 0 -1,0 2 -1,5 0,15 Cielo parcialmente nublado, sin gradación hacia el

cenit, ligero brillo hacia el sol.

7 III 3 0 -1,0 5 -2,5 0,30 Cielo parcialmente nublado, sin gradación

hacia el cenit, brillante en la región circunsolar.

8 III 4 0 -1,0 10 -3,0 0,45 Cielo parcialmente nublado, sin gradación

hacia el cenit, corona solar clara.

9 IV 2 -1,0 -0,55 2 -1,5 0,15 Cielo parcialmente nublado con el sol obscurecido.

10 IV 3 -1,0 -0,55 5 -2,5 0,30 Parcialmente nublado con la zona circunsolar más

brillante.

11 IV 4 -1,0 -0,55 10 -3,0 0,45 Cielo azul blanco con corona solar clara.

12 V 4 -1,0 -0,32 10 -3,0 0,45 Cielo despejado, baja turbidez en la luminancia.

13 V 5 -1,0 -0,32 16 -3,0 0,30 Cielo despejado, atmósfera contaminada.

14 VI 5 -1,0 -0,15 16 -3,0 0,30 Cielo turbio sin nubes con corona solar amplia.

15 VI 6 -1,0 -0,15 24 -2,8 0,15 Cielo azul blanco turbio, con corona solar amplia.

L(Z,γ)χ=90

Lz =f(90)g(Z)

f(Zs)g(0)=g(Z)

f(Zs)g(0)(14)

f(Zs) = L(Z,γ)χ=Zs

L(Z,γ)χ=90

(15)

Para obtener f(Zs)basta con dividir los valores de luminan-

cias relativas al cenit para un mismo Zcomo en las dos cir-

cunferencias de la Figura 10b. Los sucesivos valores de la

función de gradación experimental serán los correspondien-

tes a χ=Zs más los correspondientes a χ=90 multiplica-

dos, estos últimos, por f(Zs).

Una vez establecidas las consideraciones para la determi-

nación de la función de gradación de las imágenes HDR, a

continuación, se detalla el procedimiento para el cálculo de

las luminancias relativas al cenit de la imagen HDR:

1. Extracción de las luminancias del cenit Lz de la imagen

HDR considerando un grado de apertura.

2. Extracción de los valores de luminancias Lde la imagen

HDR cuya distancia al sol es igual al ángulo de cenit

solar Zs, es decir χ=Zs.

3. Cálculo de las luminancias relativas al cenit Lv(z,γ)me-

diante la ecuación 12.

4. Extracción de los ángulos de cenit de los píxeles cuya

distancia al sol es χ=Zs. El resultado es la función

de gradación relativa de las luminancias de la imagen

HDR; la representación de las funciones de gradación

relativa teórica frente a sus homónimas de la imagen

HDR, permite observar de manera gráﬁca a que grupo

de gradación teórica se asemeja la función de gradación

experimental, se puede observar un ejemplo en la Figura

11.

  

  

   

󰇛󰇜



    

 󰇛󰇜

󰇛 󰇜

 󰇛󰇜  󰇛󰇜

󰇛󰇜  󰇛󰇜 󰇛󰇜

󰇛󰇜  󰇛󰇜

󰇛󰇜󰇛 󰇜

󰇛 󰇜





   

󰇛 󰇜

  

puntos de dicho almicantarat (con distintas χ) y

  

󰇛󰇜

󰇛 󰇜



󰇛 󰇜





󰇛󰇜󰇛󰇜

󰇛󰇜󰇛󰇜

󰇛󰇜󰇛󰇜

󰇛󰇜󰇛󰇜

󰇛󰇜

󰇛󰇜 󰇛󰇜

  

Fig. 11: Función de gradación relativa experimental para el cielo

correspondiente a las 10:12 del 06 de agosto de 2018 en Pamplona,

Navarra

Para el cálculo de la función indicatriz de la imagen HDR

también se realizaron consideraciones que se detallan a con-

tinuación. Si se analizan las luminancias registradas por la

cámara y se extraen las pertenecientes a un determinado al-

micantarat, el cociente entre las luminancias observadas en

los distintos puntos de dicho almicantarat (con distintas χ)

y la del punto en donde χ=90, proporcionará los distintos

puntos f(χi)de la función indicatriz observada de acuerdo

con la ecuación 16.

CLASIFICACIÓN DE CIELOS ESTÁNDAR ISO 15469 CIE S 011/2003 RAMIREZ-CABRERA

L(Z,γI)

L(Z,γI)χ=90

f(χi)ϕ(Z)

f(Zs)ϕ(0o)

f(90)ϕ(Z)

f(Zs)ϕ(0o)

=f(χi)

f(90)=f(χi)(16)

Para que, en un momento dado, en un determinado almi-

cantarat (de ángulo de cenit Z) exista un punto χ=90, es

necesario que se veriﬁque la desigualdad de la ecuación 17.



tan(Z)tan(Zs)



≤1 (17)

En la Figura 13a pueden apreciarse los puntos A y B en los

que χ=90, pertenecientes al almicantarat 1, ecuación 18. ,

en el almicantarat 2 no existe ningún punto en que χ=90.

(γ−γs) = ±Cos−1−1

tan(z).tan(Zs)(18)

(a)

(b)

χ = 90°

Zs <66°

indicatriz.pdf

Figura 12: (a) Puntos en los que se encuentra χ=90 sobre

almicantarat 1; (b) Consideraciones para el cálculo de la fun-

ción indicatriz cuando Zs<66°

Si de todos los posibles almicantarates se elige el corres-

pondiente al del sol en el momento dado, de acuerdo con

la ecuación 17, solo si Zs es mayor a 45° habrá puntos con

χ=90. Además, si se elige otro almicantarat para identiﬁ-

car la función indicatriz, hay que tener en cuenta que a me-

dida que su ángulo de cenit Zse aleja de Zs, las distancias

mínimas al sol van aumentando, lo que hace que se pierda

información de cómo es la función indicatriz para valores

pequeños de χ. Con el ﬁn de que la indicatriz observada se

extienda a un rango amplio de valores de χ, lo que asegurará

una mejor identiﬁcación del grupo indicatriz, en este trabajo

se han adoptado los siguientes criterios:

1. Si Zs ≥66° se utilizarán las medidas del almicantarat

solar con Z=Zs.

2. Si Zs <66° se utilizarán las medidas de dos almicánta-

ras. El primero es el más próximo al solar Zcon distan-

cia solar a 90°; el segundo es el de Z=78°.

Habiendo establecido las consideraciones para la extrac-

ción de la función indicatriz de las imágenes HDR, a conti-

nuación, se describe el procedimiento de extracción de dicha

función:

1. Selección de los píxeles de la imagen HDR cuya distan-

cia al sol χsea igual a 90 grados.

2. Extracción de la función indicatriz f(χ)del almicanta-

rat solar de la imagen HDR que dependerá de la posi-

ción del sol, haciendo caso a las consideraciones previa-

mente detalladas, es decir, cuando Zs ≥66° y cuando

Zs <66°. Además, se tendrán en cuenta por separado

las mitades del cielo divididas por el meridiano solar ya

que la luminancia a 90° en cielos intermedios pueden

ser diferentes para cada mitad del cielo.

3. Extracción y representación de las luminancias Ly sus

respectivas distancias angulares χde la función indica-

triz experimental de la imagen HDR. Al igual que con la

función de gradación, la representación de las funciones

indicatrices teórica y experimental permite observar de

manera gráﬁca a qué grupo de función indicatriz están-

dar se asemeja la experimental. El resultado se muestra

en la Figura 13.



󰇛󰇜󰇛󰇜  

     

󰇛󰇜  

󰇛󰇜󰇛󰇜

  

 



  



valores pequeños de χ. Con el fin de que la indicatriz



 

  

 

  

χ󰇛󰇜

   



Fig. 13: Función indicatriz relativa experimental para el cielo

correspondiente a las 10:12 del 06 de agosto de 2018 en Pamplona,

Navarra.

4. Selección del tipo de cielo CIE mediante la combina-

ción de la función de gradación y función indicatriz.

Dado que la CIE no contempla todas las combinaciones

posibles dentro de sus 15 tipos de cielos estándar, para

este trabajo se usa la propuesta de Kobav et al. (2013)

recogida en la Tabla 2.

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Tabla 2: Tipos de cielo CIE según la combinación entre la función

de gradación e indicatriz.

Indicatriz Gradación

I II III IV V VI

11 3 5 9 9 9

22 4 6 9 9 9

32 7 7 10 10 12

48 8 8 11 12 14

58 8 8 11 13 14

68 8 8 13 13 15

Clasiﬁcación del tipo de cielo por comparación del

error medio cuadrático (RMSE) entre las medidas de

luminancia experimental y las luminancias teóricas de-

ﬁnidas por el estándar CIE.

Este procedimiento de clasiﬁcación de tipos de cielos se

basa en la comparación entre la distribución angular de lu-

minancias relativas al cénit Lv(z,γ)de la imagen HDR y las

correspondientes a cada uno de los 15 tipos de cielos están-

dar establecidos por la CIE. El tipo de cielo se elige deter-

minando que distribución de luminancia relativa teórica es el

que presenta el menor RMSE cuando se lo compara con la

experimental. El procedimiento se describe a continuación:

1. Determinación de las coordenadas solares, azimut solar

γsy cenit solar Zs, mediante el algoritmo de posiciona-

miento PSA.

2. Cálculo de las distancias angulares al sol χmediante la

función de proyección ajustada, expresada en la 6.

3. Generación de las 15 distribuciones de luminancias re-

lativas estándar de la CIE, correspondientes a los cielos

estándar CIE recogidos en la Tabla 1, en la que se ha

incluido los valores de los parámetros a,b,c,dyepara

cada uno de dichos cielos.

4. Cálculo de la función de gradación teórica ϕ(Z)me-

diante la ecuacion 7.

5. Cálculo de la función de gradación del punto cenital

ϕ(0)siguiendo la ecuación 8

6. Cálculo de la función indicatriz estándar teórica f(χ)

haciendo uso de la ecuación 10.

7. Cálculo del valor de la función indicatriz en el cenit

f(Zs)mediante la ecuación 11.

8. Cálculo y representación de las 15 distribuciones de lu-

minancias estándar relativas al cenit Lv(z,γ), por medio

de la ecuación 12.

9. Cálculo de la distribución de luminancia relativa al cenit

Lv experimental de la imagen HDR empleando la ecua-

ción 12; como luminancia del cenit Lz se consideró el

valor correspondiente del píxel central de la fotografía.

10. Extracción del tipo de cielo mediante el cálculo del mí-

nimo valor del RMSE entre los valores de distribución

de luminancia estándar y la distribución de luminancia

experimental.

RESULTADOS

Con el propósito de analizar los resultados alcanzados, en

la Tabla 3 se recogen las frecuencias de ocurrencia de los 15

tipos de cielo obtenidas mediante el procedimiento de com-

paración de las funciones de gradación e indicatriz (Grad-

Ind). Por su parte la Tabla 4 muestra la frecuencia de clasiﬁ-

cación tras la aplicación del procedimiento de comparación

del error medio cuadrático (RMSE) entre las medidas de lu-

minancia experimental y las luminancias teóricas. Para faci-

litar el análisis de los resultados obtenidos, las Figuras 14a

y b ilustran los porcentajes de ocurrencia de ambos procedi-

mientos, mientras que la Figura 14c los agrupa.

A primera vista (ver Figura 14c) las frecuencias de clasiﬁ-

cación de los 15 tipos de cielo obtenidas por los dos métodos

son semejantes, el porcentaje de ocurrencia más relevante en

ambos procedimientos es el de tipo de cielo 12 con 23,7%

para el método Grad-Ind y el 24,4% para el procedimiento

RMSE; así mismo, otro porcentaje notable en los dos pro-

cedimientos es el tipo de cielo 13, con el 11% de ocurrencia

para el método Grad-Ind frente al 15% obtenido por el méto-

do RMSE. De igual forma, si observamos que porcentaje de

clasiﬁcación es el que presenta la menor frecuencia, ambos

métodos coinciden en el tipo de cielo 3, resultando el 2%

para el método Grad-Ind, y el 1,6% para el procedimiento

RMSE.

El estándar ISO 15469 CIE S 011/2003 establece un con-

junto de 15 tipos de cielo estándar repartidos en 3 grupos:

los 5 primeros corresponden a cielos cubiertos, los 5 siguien-

tes son cielos parcialmente cubiertos y los 5 últimos son los

cielos claros, teniendo en cuenta esto, resulta interesante co-

nocer cuál es el porcentaje de ocurrencia para cada uno de

estos grupos según la información ilustrada en la Figura 14c,

así pues, la Tabla 5 muestra la ocurrencia de los 3 conjuntos

de cielos, se puede apreciar que el porcentaje de los tipos de

cielos cubiertos es semejante en ambos procedimientos, sien-

do del 16,92% para el procedimiento RMSE y el 14,27%

del procedimiento Grad-Ind. Por otro lado, los porcentajes

de ocurrencia para los tipos de cielos claros superan el 50%

en ambos procedimientos de clasiﬁcación, lo que quiere de-

cir que la mayoría de las imágenes analizadas corresponden

a tipos de cielos claros.

DISCUSIÓN

Las coincidencias de clasiﬁcación de los tipos de cielos

obtenidos por el método de Grad-Ind y el metodo RMSE se

observan en la Figura 14a, sin embargo, puede darse el caso

que correspondan a resultados de clasiﬁcación cruzados, por

este motivo, la Tabla 6 muestra la comparación de las fre-

cuencias de clasiﬁcación de un procedimiento frente al otro,

en ella salta a simple vista que la mayoría de los resultados

se concentran alrededor de la diagonal, esto signiﬁca que no

existe una diferencia signiﬁcativa en la frecuencia de clasiﬁ-

cación obtenida por ambos métodos y además, hay un gran

número de coincidencias, es decir, que existe una gran can-

tidad de imágenes clasiﬁcadas como el mismo tipo de cielo

por los dos procedimientos, una gran cantidad de imágenes

son clasiﬁcadas como tipo de cielo 12, con un total de 447

imágenes para el procedimiento Grad-Ind y 460 para el mé-

todo RMSE, otra frecuencia de clasiﬁcación notable es la del

CLASIFICACIÓN DE CIELOS ESTÁNDAR ISO 15469 CIE S 011/2003 RAMIREZ-CABRERA

Tabla 3: Frecuencia de clasiﬁcación de cielos para el procedimiento de comparación de las funciones gradación e indicatriz.

Tipos de cielo CIE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Total

GRAD-IND 49 50 37 77 56 90 164 178 100 87 161 447 207 142 40 1885

Ocurrencia [%] 2,6 2,7 2 4,1 3 4,8 8,7 9,4 5,3 4,6 8,5 24 11 7,5 2,1 100

Tabla 4: Frecuencia de clasiﬁcación de cielos para el procedimiento RMSE.

Tipos de cielo CIE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Total

RMSE 56 83 31 111 38 74 139 148 35 58 191 460 282 106 73 1885

Ocurrencia [%] 2,97 4,4 1,6 5,9 2 3,9 7,4 7,9 1,9 3,1 10 24 15 5,6 3,9 100

(a)

(b)

(c)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Ocurrencia [%]

Tipos de cielo CIE

Comparación de las frecuencias de ocurrencia para los tipos

de cielo RMSE y GRAD-IND

RMSE

Grad-Ind

Fig. 14: (a) Frecuencia de clasiﬁcación de tipos de cielos obtenidos mediante el procedimiento RMSE; (b) Frecuencia de clasiﬁcación de

tipos de cielos obtenidos mediante el procedimiento GRAD-IND; (c) Comparación de las frecuencias de clasiﬁcación entre los dos

procedimientos.

tipo de cielo 13, con 207 casos para el método Grad-Ind fren-

te a los 282 de casos del método RMSE. Por otra parte, si se

observa cual es la frecuencia con menor número de casos,

ambos procedimientos coinciden en el tipo de cielo 3, con 31

casos para el método RMSE y 37 casos para el procedimiento

Grad-Ind.

Por otro lado la Tabla 7 recoge el número de coinciden-

cias para los 15 tipos de cielos, se observa que 929 imáge-

nes analizadas coinciden en la clasiﬁcación en ambos méto-

dos, lo que representa aproximadamente el 50% del total de

muestras estudiadas, siendo el tipo de cielo 12 con un 35,2%

el que muestra un mayor número de coincidencias, mientras

que los cielos de tipo 2 y 3 son los de porcentaje de ocurren-

cia mas bajo con un 1,9% y 1,2% respectivamente.

Si se compara la información ilustrada en la Figura 14c y

los datos de la Tabla 6, las frecuencias de clasiﬁcación de am-

bos métodos son bastante parecidas, por lo que resulta difícil

establecer la precisión de los métodos solamente observando

las frecuencias de clasiﬁcación, por tal razón, es necesario el

analisis del porcentaje de coincidencias para cada tipo de cie-

lo, en la Tabla7 se evidencia que solo el 50% de las imágenes

clasiﬁcadas coinciden, no obstante, al examinar la diferencia

absoluta entre los resultados de clasiﬁcación de ambos pro-

cedimientos (ver Tabla 8 ) se aprecia que un 25% de las imá-

genes clasiﬁcadas diﬁeren en ±1 tipo y el 12% diﬁeren ±2

tipos, si consideramos esta información junto con los casos

en los que la clasiﬁcación coincide (diferencia cero) aproxi-

madamente el 87% de las imágenes son clasiﬁcadas con una

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 44±55, Enero-Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1734

Tabla 5: Frecuencia de ocurrencia para los 3 conjuntos de tipos de cielos.

Tipos de cielos RMSE [%] Grad-Ind [%]

Cielos cubiertos [1-5] 319 16,92 269 14,27

Cielos Parcialmente cubiertos [6-10] 454 24,08 619 32,84

Cielos Claros [11-15] 1112 58,99 997 52,89

Total 1885 100 1885 100

Tabla 6: Comparación de las frecuencias de clasiﬁcación de los dos procedimientos.

RMSE Grad-Ind

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Total

126 16 2 10 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 56

2 11 18 0 10 0 1 8 35 0 0 0 0 0 0 0 83

3 3 1 11 9 3 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 31

4 9 12 16 29 2 7 23 13 0 0 0 0 0 0 0 111

5 003325 6 0 0 1 0 0 0 0 0 0 38

6 0 1 4 6 13 28 16 5 1 0 0 0 0 0 0 74

7 0 1 1 9 9 33 44 36 1 0 5 0 0 0 0 139

8 0101185173 1 4 7 0 1 0 0 148

9 000000 1 1 23 6 0 1 1 2 0 35

10 0 0 0 0 0 1 6 5 10 20 9 7 0 0 0 58

11 0 0 0 0 3 4 11 8 9 50 73 25 7 1 0 191

12 0 0 0 0 0 0 0 0 44 3 19 327 22 45 0 460

13 0 0 0 0 0 0 0 2 4 3 47 64 149 12 1 282

14 0 0 0 0 0 0 0 0 6 1 1 16 8 59 15 106

15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 19 23 24 73

Total 49 50 37 77 56 90 164 178 100 87 161 447 207 142 40 1885

Tabla 7: Porcentajes de coincidencias para cada tipo de cielo.

Tipo de cielo CIE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Total

Concordancia 26 18 11 29 25 28 44 73 23 20 73 327 149 59 24 929

Ocurrencia [%] 2,8 1,9 1,2 3,1 2,7 3,0 4,7 7,9 2,5 2,2 7,9 35,2 16,0 6,4 2,6 100,0

Tabla 8: Distribución de diferencias de clasiﬁcación.

Diferencias 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Total

Frecuencia 929 478 233 137 43 24 41 0 0 0 0 0 0 0 0 1885

Ocurrencias [%] 49 25 12 7,3 2,3 1,3 2,2 0 0 0 0 0 0 0 0 100

tolerancia máxima de ±2 tipos de cielos.

En ambos casos, se observa que el mayor número de coin-

cidencias se agrupa alrededor de la diagonal de la Tabla 6,

además el porcentaje de coincidencias es muy alto (87%), si

consideramos que los datos de la distribución angular de las

luminancias se recoje por medio de los pixeles de imágenes

HDR, se evidencia que ambos métodos arrojan resultados se-

mejantes, sin embargo, se deberia comparar los métodos de

clasiﬁcación analizados con información proporcionada por

el Sky Scanner. El procedimiento de clasiﬁcación Grad-Ind

menciona la propuesta de Kobav et al. (2013) para la asigna-

ción de combinaciones de las funciones de gradación y fun-

ciones de indicatriz para los tipos de cielo estándar ISO/CIE.

La propuesta inicial de estos autores sugiere una tabla de re-

ducción única adecuado para todas las elevaciones solares, en

este trabajo se ha evidenciado que la propuesta de Kobav et

al. da resultados muy aproximados frente al método RMSE,

sin embargo, para futuros trabajos seria importante comparar

los resultados obtenidos con otros métodos de clasiﬁcación.

Sin lugar a dudas los enormes avances en el ámbito de

las fotografía digital y la generación de imágenes HDR han

logrado salvar las diﬁcultades que tuvieron en su tiempo

McArthur y Hay, facilitando la correlación de los valores

de los píxeles de las imágenes con los datos de radiacian-

cia/luminancia de la boveda celeste, lo que supone una op-

ción en la obtención de los valores de la luminancia del cielo,

sin tener que recurrir a equipos que por su complejidad son

de difícil acceso por su costo.

CONCLUSIONES

De acuerdo con las frecuencias de clasiﬁcación, las dos

metodologías arrojan resultados considerablemente pareci-

dos para los 15 tipos de cielos; se ha veriﬁcado que los por-

centajes de clasiﬁcación de ambos métodos son más pare-

cidos para tipos de cielo cubierto y claro, no así para cie-

los parcialmente cubiertos, además, se ha evidenciado que la

mayoría de imágenes analizadas corresponden al tipo de cie-

lo 12, que según establece la CIE corresponde a uno de los

tipos de cielos claros, lo que se puede considerar natural da-

do que el periodo de tiempo en el que las imágenes fueron

capturadas corresponden a las estaciones de verano y otoño,

esto también explica el bajo porcentaje de ocurrencia para

los tipos de cielo cubiertos. Pese a que los dos procedimien-

tos de clasiﬁcación están fundamentados en el estándar ISO

CLASIFICACIÓN DE CIELOS ESTÁNDAR ISO 15469 CIE S 011/2003 RAMIREZ-CABRERA

15469 CIE S 011/2003 los resultados presentan un porcenta-

je de coincidencia de aproximadamente el 50%, no obstante,

el 37% de las imágenes que no presentan coincidencias en

la clasiﬁcación diﬁeren en máximo 2 tipos de cielos, lo que

lleva a la conclusión de que, para la mayoría de los casos los

resultados arrojados por ambos métodos son bastante apro-

ximados.

FINANCIAMIENTO

El presente trabajo fue realizado en la ﬁnca de prácticas de

la Universidad Pública de Navarra con recursos propios del

investigador.

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e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 56±64, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1844

Diseño y construcción de un prototipo de esterilización empleando radiación

UV-C para alimentos industrializados

Design and construction of a UV-C sterilization prototype for industrial food products

Jefferson Gaona-González1, Rodolfo Merino-Vivanco 2, Jorge Carrión-González 3, Andy

Vega-León 4, Jonathan González-Espinosa 3y Alba Vargas-Naula 4,*

1Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

2Centro de Investigación, Innovación, Desarrollo de Prototipos Tecnológicos y Pruebas Electroenergéticas ± I2TEC, Universidad

Nacional de Loja, Loja, Ecuador

3Carrera de Electricidad, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

4Carrera de Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: alba.vargas@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 05/04/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 15/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLos alimentos que se comercializan en empaques pueden estar contaminados con distintos tipos de microorganismos que

producen enfermedades. El desarrollo de esta investigación brinda una solución para la esterilización de alimentos industrializados mediante

el uso de la Radiación Ultravioleta (UV) en 253,7 nm. Se analizaron trabajos relacionados a la tecnología UV y sus efectos en los patógenos

para determinar el valor necesario de dosis UV, y se investigó sobre la población patógena propensa a desarrollarse en materiales como:

plástico, cartón, vidrio y metal. Para el dimensionamiento y construcción del prototipo se realizó la toma de medidas de los principales

alimentos industrializados que se ofertan en los supermercados, así como se analizó el tipo de material a utilizar, seleccionando el acero

inoxidable por sus propiedades reﬂectivas y de anti corrosión. Para veriﬁcar la correcta aplicación de dosis UV y garantizar la seguridad de

los usuarios, se realizaron pruebas con un radiómetro y se veriﬁcó que el prototipo no genere gases tóxicos mediante el uso de un medidor

de ozono. El prototipo es capaz de trabajar en dos modos de operación: estándar y envase, arrojando una dosis UV máxima de 57,64

mJ/cm2 en el proceso más largo del modo estándar. Los resultados obtenidos mostraron que el prototipo sirve para esterilizar distintos tipos

de envases y que las dosis de radiación UV emitidas por las lámparas son suﬁcientes para inactivar varios tipos de microorganismos, entre

ellos la Escherichia coli que es una de las bacterias más comunes encontradas en los supermercados del país.

Palabras claveÐEsterilización, Ultravioleta, Prototipo, Alimentos, Microorganismos.

AbstractÐPackaged foods can be contaminated with various types of microorganisms that cause disease. The development of this research

provides a solution for the sterilization of industrialized foods through the use of ultraviolet (UV) radiation at 253.7 nm. Studies related

to UV technology and its effects on pathogens were analyzed to determine the necessary value of UV doses, and research was conducted

on the pathogen population prone to develop in materials such as plastic, cardboard, glass and metal. For the sizing and construction of

the prototype, measurements were taken of the main industrialized foods offered in supermarkets, and the type of material to be used was

analyzed, selecting stainless steel for its reﬂective and anti-corrosion properties. In order to verify the correct application of the UV doses

and to guarantee the safety of the users, tests were carried out with a radiometer and it was veriﬁed that the prototype does not generate

toxic gases with an ozone meter. The prototype is capable of operating in two modes: standard and package, with a maximum UV dose of

57.64 mJ/cm2 in the longer process of the standard mode. The results obtained showed that the prototype can be used to sterilize different

types of containers and that the doses of UV radiation emitted by the lamps are sufﬁcient to inactivate several types of microorganisms,

including Escherichia coli, one of the most common bacteria found in the country’s supermarkets.

KeywordsÐSterilization, Ultraviolet, Prototype, Food, Microorganisms.

INTRODUCCIÓN

Alo largo de la historia, la alimentación se ha conside-

rado como un elemento primordial para la preserva-

ción de la salud humana; por lo tanto, es importante man-

tener un estricto cuidado respecto a la higiene que poseen

los alimentos que se ingieren. Pese a ello, este tema suele

pasar desapercibido cuando el alimento se ofrece dentro de

un envase o empaque, ya que estas superﬁcies pueden estar

contaminadas con microorganismos sin que el consumidor lo

note. El procedimiento de esterilización para eliminar o miti-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 56

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTERILIZACIÓN GAONA-GONZÁLEZ et al.

gar dichos microbios es una herramienta vital para controlar

la proliferación de enfermedades y preservar la salud de las

personas.

Según Wilkinson (2023), la contaminación alimentaria ha-

ce referencia a la presencia de un contaminante en el alimen-

to que puede provocar alteraciones en la salud del consumi-

dor. Dicha contaminación puede producirse durante la ma-

nipulación del comestible o en las etapas del proceso de fa-

bricación. Dependiendo de su naturaleza, puede ser una con-

taminación biológica, química y cruzada. Sin embargo, en

la cadena de producción y suministro es en donde existe una

mayor posibilidad de contaminación, deterioro y/o alteración

de los alimentos (Martínez, 2013).

Existen diversos microorganismos que pueden llegar a es-

tar en contacto con los alimentos y cumplir con distintos ro-

les; por ejemplo, los probióticos que aportan en el procesa-

miento de los alimentos, los saproﬁtos que son un factor cla-

ve en la biodegradación y deterioro de alimentos, y los pa-

tógenos que producen infecciones e intoxicaciones alimenta-

rias (Bencko, 2020).

En la industria existe una gran cantidad de microorganis-

mos asociados a la contaminación de las superﬁcies de los

alimentos, entre los principales están: Escherichia coli, Sal-

monella spp, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, etc.

(Chauret, 2014). En el ámbito nacional, Pillalaza y Baque-

ro (2018), examinaron decenas de carros de compras usados

en los supermercados del cantón Quito e identiﬁcaron la pre-

sencia de varias bacterias coliformes, siendo la Escherichia

coli la predominante.

Según menciona Coba (2021), la agencia ecuatoriana de

estudios de mercado Dichter & Neira realizó una investiga-

ción en el año 2021 de cerca de 350 000 compras en 400

tiendas, obteniendo como uno de los resultados que en la lis-

ta de compras de los ecuatorianos, el primer lugar lo ocupa-

ban los alimentos provenientes de la industria, como: gaseo-

sas, snacks, agua embotellada, etc.; es decir, los ecuatorianos

muestran una fuerte inclinación hacia la compra de productos

que se comercialicen en un envase/empaque. Es por este mo-

tivo que los envases son un elemento esencial ya que son los

encargados de preservar el contenido, asegurar la calidad del

mismo y mostrar información importante sobre el alimento a

consumir; por ello, también es importante el tipo de material

del que están construidos, ya sea vidrio, metal, plástico, etc.

(Food Insight, 2020).

Respecto a los microorganismos presentes en los envases,

en Sood et al. (2019), se realizó el análisis de distintos tipos

de recipientes hechos a partir de cartón y papel, en donde se

comprobó la presencia de las bacterias: Bacillus, Staphylo-

coccus yPseudomonas. En la investigación hecha por Siro-

li et al. (2017), se mostró la presencia de Escherichia coli,

Listeria monocytogenes, Pseudomonas aeruginosa ySalmo-

nella spp en envases hechos a base de materiales plásticos.

En alimentos enlatados (atún) también existe la probabilidad

de contaminación con microorganismos, como: Clostridium

spp, Salmonella spp, Shigella spp, Campylobacter jejuni y

Escherichia coli (Traister, n.d.). Finalmente, según Pinto et

al. (2015), al analizar envases de vidrio del sector industrial,

se identiﬁcaron bacterias como Staphylococcus spp. y Baci-

llus cereus.

Una de las formas para inactivar estos microorganismos

y desinfectar superﬁcies es el uso de radiación ultravioleta.

Debido a las características celulares de estos microbios, no

existe una dosis de radiación UV estándar que se conside-

re letal para todos. Sin embargo, en Malayeri et al.(2016),

se presentan las dosis recomendadas para la inactivación de

ciertos patógenos, obteniendo como información relevante al

objeto de estudio de este proyecto, que la mayor dosis de

radiación es de 36 mJ/cm2 para envases hechos a partir de

papel/cartón y la mínima de 4,6 mJ/cm2 para plásticos. Adi-

cionalmente, se puede concluir que el plástico es más suscep-

tible a albergar microorganismos (cerca de 6 tipos de bacte-

rias) mientras que el vidrio tiene menor posibilidad de con-

taminación (2 tipos de bacterias).

En el estudio reciente realizado por Bartolomeu et al.

(2022) se evaluó la eﬁcacia de la radiación UV-C en la es-

terilización de superﬁcies inanimadas, como plástico, metal,

madera y vidrio; obteniendo como resultado que las superﬁ-

cies de plástico, metal y madera necesitaron cerca de un mi-

nuto para lograr la inactivación de patógenos, mientras que

el vidrio requirió una tiempo total de 30 segundos. Para este

estudio emplearon lámparas UV-C con una emisión máxima

de 254 nm.

La ingesta de alimentos contaminados o desinfectados in-

correctamente tiene repercusiones en la salud de las perso-

nas, produciendo enfermedades que van desde diarreas hasta

síndromes neurológicos. Estas afecciones pueden llegar a ser

letales y por tal motivo han sido clasiﬁcadas bajo el nom-

bre de Enfermedades Transmitidas por Alimentos (ETA) por

parte de la Organización Mundial de la Salud (OMS), la mis-

ma estima que las ETA llegan a enfermar a 600 millones de

personas cada año y miles fallecen debido a esta causa. Otro

dato para tener en cuenta es que aproximadamente el 40% de

la población que padece de ETA corresponde a niños meno-

res de 5 años (Organización Mundial de la Salud, 2020).

Frente a las desventajas y limitaciones que involucran los

distintos métodos tradicionales de desinfección y a la nece-

sidad de preservar la salud de las personas que consumen

alimentos contenidos en envases / empaques, resulta factible

implementar prototipos que involucren una tecnología con

capacidad germicida, que brinden una esterilización eﬁcaz

y eﬁciente, y que no produzcan residuos químicos; es decir,

que usen radiación ultravioleta.

MATERIALES Y MÉTODOS

En esta sección se exponen los diferentes componentes ne-

cesarios para el cumplimiento de la investigación.

Contexto

El proyecto se desarrolló dentro de un marco compuesto

de dos categorías, tales como la académica y la social, duran-

te el periodo de abril 2021 a septiembre 2022, en la Carrera

de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones de la Fa-

cultad de la Energía, las Industrias y los Recursos Naturales

No Renovables (FEIRNNR) de la Universidad Nacional de

Loja (UNL).

Procedimiento

Se realizaron diversas actividades resumidas a continua-

ción:

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 56±64, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1844

1. Se realizó una revisión bibliográﬁca de los conceptos

fundamentales relacionados a la tecnología ultravioleta,

como espectro de operación, unidades de medida, irra-

diancia, dosis y tiempo de exposición en diversas fuen-

tes enfocadas a la investigación cientíﬁca.

2. Se recopiló información de investigaciones enfocados

a la determinación de dosis UV para la inactivación de

patógenos como virus y bacterias.

3. Se analizaron los distintos tipos de materiales utilizados

para la fabricación de envases alimentarios con el ﬁn de

recopilar las bacterias más comunes presentes en cada

tipo.

4. Se evaluaron las características dimensionales de los ali-

mentos industrializados que se ofertan en supermerca-

dos para establecer un volumen adecuado de desinfec-

ción.

5. Se diseñó un circuito de control y activación en base

a los aspectos técnicos inmersos utilizando materiales

electrónicos idóneos

6. Se realizaron los cálculos de energía necesaria para el

dimensionamiento y cantidad de lámparas.

7. Se desarrolló una interfaz GUI para el manejo del equi-

po considerando los fundamentos determinados.

8. Se fabricó el diseño desarrollado a partir del material y

componentes elegidos.

9. Se realizaron pruebas de validación de resultados del

prototipo.

Recursos de Hardware y Software

Los recursos utilizados se resumen en la Tabla 1.

Tabla 1: Recursos de Hardware y Software.

Tipo Recurso Aplicación

Hardware Raspberry Pi 3B Ejecución de operaciones

Software

Python Lenguaje de programación

PyCharm v.2022.1.2 Interfaz gráﬁca

Proteus v.8 Simulación de circuitos de control

Tinkercad Diseño de estructura en 3D

Lucidchart Diagrama de operación del prototipo

Presupuesto

En la Tabla 2 se detallan los materiales utilizados para el

diseño y construcción del prototipo. Todos los elementos se

adquirieron a proveedores locales y nacionales.

Para determinar el costo total para la fabricación del pro-

totipo se tomó en cuenta el valor total de los materiales, el

costo por el diseño de los elementos que componen el dispo-

sitivo y el valor por la mano de obra de construcción de la

estructura metálica (carcasa). Estos valores se resumen en la

Tabla 3.

Debido a que los materiales se compraron en el merca-

do local y nacional, y que la mano de obra para el diseño y

construcción del prototipo también es de origen local, existe

facilidad para que la población adquiera este prototipo; así

como el soporte en caso de existir alguna novedad.

Tabla 2: Presupuesto de materiales para la construcción del

prototipo

Ítem Material - Dispositivo Cantidad Unidad

Valor

unitario

($)

Valor

total

($)

1 Lámpara UV-C 2 Unidad 178,00 356,00

2 Raspberry Pi 1 Unidad 325,00 325,00

3Pantalla TFT Raspberry

Pi - 2.8"táctil PiTFT 1 Unidad 85,00 85,00

4Tarjeta electrónica de

control 1 Unidad 25,00 25,00

5 Fuente de alimentación 2 Unidad 16,00 32,00

6Estructura de acero

inoxidable 1 Unidad 245,00 145,00

7 Impresión 3D 1 Global 85,00 85,00

TOTAL 1153,00

Tabla 3: Presupuesto total para la elaboración del prototipo.

Ítem Rubro Valor total ($)

1 Materiales 1153,00

2 Diseño 2500,00

3 Construcción 350,00

Total 4003,00

RESULTADOS

Fundamentos de operación

Una vez establecidas las bases teóricas y analizado la do-

cumentación relevante respecto a sistemas de desinfección

con radiación ultravioleta germicida (UVGI) para superﬁ-

cies, se determinaron ciertos requerimientos necesarios para

una adecuada operación del prototipo:

La capacidad de penetración de la UV-C hace que no

pueda ir más allá de la superﬁcie del envase, por lo que

se requieren objetos libres de polvo o grasa para el tra-

tamiento.

Los sistemas UVGI para superﬁcies deben cubrir las

áreas sombreadas que se puedan generar, de manera que

requieren irradiar al objeto desde más de un punto, cu-

briendo distintos ángulos.

Las cabinas o cajas UV resaltan de entre todos los equi-

pos para desinfección de objetos por su facilidad de ma-

nejo y de no requerir uso de protección especial.

Las barreras contra la radiación deben ser eﬁcaces y

además tener propiedades reﬂectivas para concentrar de

mejor manera la energía, a la vez que cubren las áreas

sombreadas.

La dosis UV que recibe un objeto depende de la inten-

sidad del foco de radiación y el tiempo de exposición.

La energía ultravioleta radiada sigue la ley del cuadrado

inverso, lo que minimiza su eﬁcacia conforme aumenta

la distancia.

La incorporación de un mecanismo de seguridad como

alarmas, sensores, etc., para proteger la integridad de los

operarios es muy necesaria.

Las características dimensionales del dispositivo de es-

terilización deben proveer un espacio adecuado para po-

der incorporar fácilmente los objetos (alimentos).

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTERILIZACIÓN GAONA-GONZÁLEZ et al.

La inhibición de gas ozono es fundamental para aplica-

ciones domésticas.

Dosis de inactivación

A partir de la investigación realizada sobre las dosis de ra-

diación necesarias para inactivar los patógenos presentes en

cada material de construcción según los diferentes envases

que se pueden encontrar, se establecieron las dosis especíﬁ-

cas para cada material, teniendo en cuenta el patógeno que

requería la mayor concentración de energía para su inactiva-

ción (Tabla 4).

Tabla 4: Dosis para cada material de envase.

Material Dosis de inactivación (mJ/cm2)

Plástico 17

Papel/Cartón 36

Metal 29

Vidrio 12

El microorganismo Escherichia coli se estableció como el

más frecuente en los supermercados del país; por lo tanto,

cualquier dosis suministrada debe cubrir su dosis de inacti-

vación. De esta manera se puede establecer una dosis máxi-

ma para alcanzar una esterilización en cualquier material de

envase, comparando los microorganismos que requerían las

dosis más altas necesarias para su inactivación, lo cual puede

apreciarse en la Tabla 5.

Tabla 5: Comparación de dosis de acuerdo con distintos criterios.

Indicador Microorganismo Dosis de inactivación

(mJ/cm2)

OMS Hepatitis A 35

Industria alimenticia Cryptosporidium spp. 6

Supermercados Escherichia coli 17

Una vez contrastadas las dosis, se estableció el valor de

35 mJ/cm2como la dosis máxima necesaria para esterilizar

cualquier material de envase, lo cual es necesario para cal-

cular los tiempos de exposición durante el que operarán las

fuentes de radiación para proveer la esterilización a los obje-

tos.

Fuente de radiación

Se realizó la búsqueda de una fuente de radiación que cum-

pla con la longitud necesaria para su acoplamiento en el volu-

men de desinfección, así como con los fundamentos de ope-

ración establecidos.

Luego, se midió la intensidad UV a partir de una variación

de la distancia con el ﬁn de determinar la intensidad emitida

a la distancia requerida. Las mediciones se pueden observar

en la Tabla 4, que muestran la intensidad medida desde 1 cm

hasta 50 cm.

Con el ﬁn de observar de mejor manera la variación de la

intensidad UV conforme se realizaba un aumento a la distan-

cia, se elaboró la gráﬁca correspondiente contrastando am-

bas partes (potencia y distancia). Los valores se detallan en

la Tabla 6 y la gráﬁca puede observarse en la Figura 1, la cual

muestra el cumplimiento de la ley del cuadrado inverso.

Tabla 6: Comparación de dosis de acuerdo con distintos criterios.

Distancia del foco

de radiación (cm)

Intensidad de radiación

(uW/cm2)

Producción de

ozono O3 (ppm)

1 8785 0

3 5383 0

5 4038,8 0

10 2052 0

15 1305 0

20 907 0

25 653 0

30 494 0

35 395 0

40 318 0

45 259 0

50 217 0

Fig. 1: Variación de la intensidad UV del foco de radiación.

Dispositivo de seguridad e iluminación

Un dispositivo de seguridad es necesario en la categoría

de proyecto en el que se encuentra el presente prototipo; por

lo cual, se implementó un sensor para controlar la apertu-

ra/cierre de la puerta, de manera que condicione la operación

del prototipo y provea seguridad al usuario mientras lo usa.

El sensor usado para este proyecto es el sensor de aper-

tura de puerta MC-38, debido a su gran rango de operación

y portabilidad. Este sensor es diseñado propiamente para el

control de puertas y ventanas en gran inﬁnidad de proyec-

tos, se compone de dos partes y sus características pueden

observarse en la Tabla 7.

Tabla 7: Características de MC-38.

Sensor de apertura de puerta MC-38

Corriente nominal 100 mA

Tensión nominal 100 V

Potencia nominal 3 W

Dimensiones 27 mm x 14 mm x 8 mm

Distancia de activación mínima 15 mm

Distancia de activación máxima 25 mm

Adicionalmente, aprovechando la implementación de este

sensor, se añadió un dispositivo para indicar cuando la puerta

se encuentre abierta. Para este caso una cinta Led se consi-

dera idónea, puesto que provee de iluminación suﬁciente en

entornos de baja luminosidad.

Criterios para el dimensionamiento estructural

La investigación realizada sobre las características dimen-

sionales de los alimentos analizados, arrojó medidas nece-

sarias de 32,5 cm (alto), 22 cm (largo) y 16,9 cm (ancho),

estableciendo así una forma rectangular para el primer es-

pacio. También se consideraron criterios adicionales, como

la disposición de un producto dentro del volumen (vertical u

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horizontal), características de los elementos y espacios adi-

cionales; de esta manera, las medidas se resumen en la Tabla

Tabla 8: Medidas ﬁnales del volumen de desinfección.

Medida Valor (cm)

Alto (Vertical) 40

Largo (Horizontal) 60

Ancho (Profundidad) 40

Se consideró la implementación de un material que sea al-

tamente resistivo al crecimiento microbiano y a la vez cuen-

te con propiedades reﬂectivas, asegurando que la radiación

llegue a todos los puntos. Luego de realizar las debidas con-

sultas, el material idóneo resultó ser el acero inoxidable pues

cumple con los requerimientos antes descritos.

En la Figura 2 se aprecia la estructura física y la disposi-

ción de los dos espacios o compartimentos considerados para

abarcar las operaciones de desinfección de forma óptima. El

primer compartimiento contiene las lámparas UV (ubicadas

arriba y abajo), una rejilla para colocar los productos, una

puerta con vidrio transparente que permite visualizar el pro-

cedimiento de esterilización; y, el segundo, la pantalla de la

unidad de procesamiento (Raspberry Pi) que además sirve de

contenedor para los componentes electrónicos necesarios.

Fig. 2: Diseño estructural en 3D del prototipo.

El diseño realizado permite que, tanto el primer como el

segundo compartimento, dispongan de una cubierta desple-

gable para facilitar mantenimientos futuros y ofrecer la posi-

bilidad de incorporar nuevos componentes o realizar nuevas

conexiones.

Impresión de elementos 3D

Como medida de protección de los elementos se realizó la

impresión de una carcasa para la Raspberry Pi, según archi-

vos base de uso libre disponibles en Internet. De igual forma,

se imprimió un soporte para aislar la placa PCB y un con-

tenedor para el sensor de puerta, tal como se observa en la

Figura 3.

Fig. 3: Elementos impresos en 3D.

Fabricación de estructura física ﬁnal

En base a los criterios de diseño descritos en párrafos an-

teriores, se realizó la fabricación de la estructura en acero

inoxidable que puede apreciarse en la Figura 4. Cabe men-

cionar que el material base es el acero mate, el cual es más

resistente a la corrosión y cuenta con un espesor de 1 mm pa-

ra proveer ﬁrmeza frente a las manipulaciones que pudieran

realizarse.

Fig. 4: Estructura fabricada.

También se fabricó una malla de metal (Figura 5) para el

soporte de los productos que se coloquen dentro del proto-

tipo. Posee varias perforaciones para no obstruir el paso de

la luz; sin embargo, éstas no le restan rigidez ya que soporta

normalmente los elementos que se pongan sobre la misma.

Fig. 5: Malla de soporte.

Circuito de control y activación

Para el diseño del circuito electrónico requerido para acti-

var y controlar el equipo, se utilizó el software de simulación

electrónico Proteus. En la Figura 6 se observa el circuito, el

cual está compuesto por: capacitores, diodos, un módulo relé

de dos canales, Leds (integrados en el módulo relé), diodos,

un regulador de voltaje que provee una alimentación estable

de 5 V para el módulo relé.

También se incluyó la esquematización de lámparas de

110 V, simulando las lámparas UV; la cinta Led y las señales

de activación utilizando pulsadores, lo que simula las seña-

les de los pines GPIO de la Raspberry Pi. De esta forma, se

realizó el diseño de la placa PCB que se observa en la Figura

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTERILIZACIÓN GAONA-GONZÁLEZ et al.

Fig. 6: Circuito de activación y control.

Fig. 7: Placa PCB de circuito de control y activación.

Medición de intensidad UV efectiva y cálculo de tiem-

pos de exposición

En base a las dosis requeridas y la intensidad proporciona-

da por la fuente de radiación, se calculó el tiempo de exposi-

ción necesario para esterilizar cada material y un tiempo ne-

cesario que abarque la esterilización de todos los materiales

para envases establecidos, en base a la dosis proporcionada

por la Tabla 9.

Tabla 9: Dosis para cálculo de tiempos de exposición.

Material Dosis UV para esterilización

(mJ/cm2)

Plástico 17

Papel/Cartón 36

Metal 29

Vidrio 12

General 36

La ecuación 1 sirve para encontrar una expresión que per-

mita calcular el tiempo requerido de manera matemática para

alcanzar la dosis necesaria:

D=Et∗IR

Et=

(1)

En donde:

D = Dosis UV necesaria (mJ/cm2)

Et= Tiempo requerido (segundos)

IR= Intensidad de radiación UV (µW/cm2)

Durante la medición, la intensidad generada mostró ser no

lineal respecto al paso del tiempo, esto debido a que empe-

zó con un valor que fue aumentando conforme transcurrían

los segundos. Luego, tras mantener encendidos los focos de

radiación durante un minuto, la intensidad alcanzó un pico

máximo de 633,5 uW/cm2. A partir de este tiempo no existió

una mayor variación respecto a la potencia generada; por lo

tanto, este valor es el que se empleó como intensidad de ra-

diación UV para realizar los cálculos correspondientes; En la

Tabla 10 se resumen las mediciones realizadas en 5, 30, 45 y

60 segundos.

Tabla 10: Mediciones de intensidad UV efectiva.

Tiempo (s)

Intensidad UV de

las fuentes

(mJ/cm2)

5 604,2

30 608,4

45 613,1

≥60 633,5

Ya que las propiedades físicas de cada material son dife-

rentes, es necesario considerar un margen de seguridad para

garantizar que la dosis requerida, sea suministrada en su tota-

lidad. Se considerará un margen del 15% para plástico, 30%

para vidrio, 45% para metal y 60% para el papel/cartón.

Además, debido a que las lámparas UV requieren de un

tiempo para estabilizarse y suministrar una dosis estable, es-

te tiempo debe adicionarse al inicio de cualquier periodo de

esterilización. Las mediciones realizadas indican que es ne-

cesario un tiempo de 1 minuto de calentamiento para estabi-

lizar la intensidad UV suministrada, considerando estos cri-

terios los tiempos de exposición ﬁnales fueron calculados y

se muestran en la Tabla 11.

Tabla 11: Tiempos de exposición ﬁnales.

Tipo

Tiempo

calculado

(s)

Margen de

seguridad

(s)

Tiempo de

exposición

(s)

Tiempo de

exposición

(min, s)

Plástico 27 4 91 1’ 31º

Papel/Cartón 57 34 151 2’ 31º

Metal 46 21 127 2’ 7º

Vidrio 19 6 85 1’ 25º

General 57 34 151 2’ 31º

Los tiempos ﬁnales consideran el tiempo de calentamiento

(60 s). Sobre los valores que poseen decimales, se recomien-

da considerar el redondeo al inmediato superior. Una vez ob-

tenidos los tiempos de exposición ﬁnales, se editó el código

fuente para establecerlos dentro de cada modo de operación

en el prototipo; para ello se accedió de forma remota median-

te la herramienta VNC Server que permite establecer una co-

nexión inalámbrica y manipular el sistema de la Raspberry

Pi desde un computador.

Medición de radiación UV externa y generación de

ozono

Para garantizar que no existan fugas de radiación UV, se

realizaron mediciones con el radiómetro LS126C UV Light

Meter en puntos estratégicos del prototipo, como en las unio-

nes de la puerta con la estructura; obteniendo valores de 0,0

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µW/cm2. También se realizó la veriﬁcación interna y exter-

na de que no existe la generación de ozono con el Detector

de gases HD-P900. Estas pruebas se pueden observar en la

Figura 8.

Fig. 8: Mediciones de UV y de ozono.

Con los parámetros conﬁgurados y los valores necesarios

obtenidos, se realizaron pruebas de operación para veriﬁcar

el cumplimiento del tiempo de exposición para cada uno de

los modos de operación del dispositivo: estándar y envases

(Figura 9). En el modo ªestándarº es posible desinfectar dis-

tintos tipos de empaques, mientras que en el modo ªenvasesº

se considera especíﬁcamente el material del que está hecho

el envase del alimento, es decir, se usa únicamente cuando

los envases a desinfectar son del mismo material.

Fig. 9: Procesos de esterilización para distintos tipos de alimentos

industrializados.

En la Tabla 12 se resumen las características de los modos

de operación, los tiempos necesarios según la dosis efectiva

medida y el material a esterilizar.

Tabla 12: Características de modo de operación.

Modo

Tiempo de

exposición

(min, s)

Intensidad

efectiva

(µW/cm2)

Material

Dosis UV

suministrada

(mJ/cm2)

Estándar 2’31º 633,5 Hasta

Cartón 57,64

Envases

1’31º

633,5

Plástico 19,63

2’31º Papel /

Cartón 57

2’7º Metal 42,44

1’25º Vidrio 15,83

Se debe tener en cuenta que las dosis UV de inactivación

para los patógenos diﬁeren en su valor; por lo cual, el proto-

tipo diseñado es capaz contrarrestar una mayor gama de los

expuestos en la Tabla 13, siempre y cuando se encuentren

dentro del rango de operación. En otras palabras, la dosis de

inactivación debe ser igual o menor que la dosis UV máxima

que puede generar el prototipo (57,64 mJ/cm2) mediante el

proceso más largo.

DISCUSIÓN

El proceso inmerso en el diseño y la construcción de un

dispositivo que opera con tecnología ultravioleta debe estar

Tabla 13: Dosis UV para inactivar microorganismos.

Microorganismo Tipo

Dosis de

inactivación

(mJ/cm2)

Bacillus cereus Bacteria 12

Bacillus subtilis Espora 36

Campylobacter jejuni Bacteria 5,80

Clostridium spp. Espora 8,40

Cryptosporidium spp. Parásito 6

Enterococcus spp. Bacteria 15

Escherichia coli Bacteria 17

Listeria monocytogenes Bacteria 4,60

Hepatitis A Virus 35

Norovirus Virus 30

Pseudomonas aeruginosa Bacteria 17

Salmonella spp. Bacteria 29

Serratia spp. Bacteria 2,20

Shigella spp. Bacteria 8,20

Staphylococcus aureus Bacteria 10

Vibrio cholerae Bacteria 8,90

sujeto a investigación, con el ﬁn de establecer los fundamen-

tos acordes a los requerimientos de esta tecnología. Por otro

lado, tanto el dimensionamiento como la estructuración de

los subsistemas que lo componen se determinan en base a las

características de sus componentes, los cuales se implemen-

tan en base a las necesidades del dispositivo.

De entre todos los materiales, el acero inoxidable resulta

ser el candidato más equilibrado la construcción de dispo-

sitivos que operan con tecnología UVGI, debido a su dura-

bilidad, capacidad de reﬂexión a los rayos UV (permitiendo

cubrir las zonas obscuras de un objetivo) y es altamente re-

sistente a la corrosión y crecimiento microbiano. Debido a

esto múltiples trabajos como los de Ochoa y LLanos (2021)

y Guairacaja y Cevallos (2021), lo utilizan como material de

construcción para la estructura de su prototipo.

Al medir la intensidad generada, es posible calcular la do-

sis UV que se alcanza; de esta forma, comparando esta dosis

con las expuestas por Malayeri et al. (2016), se puede ve-

riﬁcar que se han alcanzado 5 o más niveles de reducción

logarítmica para los patógenos objetivos, lo cual, según la

investigación realizada, permite alcanzar la esterilización en

los productos sometidos.

Las mediciones realizadas indican que la intensidad UV

que recibe un producto, se estabiliza tras estar expuesto al-

rededor de un minuto a la radiación, lo cual resultó muy im-

portante para el cálculo correcto de los tiempos de exposi-

ción para cada uno de los modos de operación. Cabe desta-

car que en el diseño realizado por Ochoa y LLanos (2021),

se establecen tiempos similares para cada uno de los tipos

de productos que se pueden usar; sin embargo, dentro de los

alimentos industrializados, únicamente se tratan enlatados.

El hecho de incluir investigaciones nacionales como inter-

nacionales respecto a los patógenos propensos a desarrollarse

en un determinado material de envase para alimentos, permi-

te establecer criterios más sólidos respecto a la población pa-

tógena objetiva por cada modo de operación, produciendo un

tratamiento más especíﬁco y efectivo. Asimismo, esta con-

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTERILIZACIÓN GAONA-GONZÁLEZ et al.

dición, proporciona compatibilidad para su uso en entornos

nacionales e internacionales.

Otro aspecto para tener en cuenta, es el estado del envase

respecto al cambio en sus características físicas, tales como

el color. Durante las pruebas realizadas, los productos que se

sometieron a los procesos de esterilización, no presentaron

cambios en la integridad de su envase. Estos resultados son

similares a los obtenidos por Castillo y Ulloa (2017), don-

de se expusieron láminas de papel encerado de color verde

(material de protección para la piel de banano) a la radiación

ultravioleta, y luego se veriﬁcó que el papel conservaba su

color y no presentaba quemaduras luego de la exposición.

CONCLUSIONES

En el presente proyecto se diseñó y construyó un sistema

de esterilización que actúa sobre la superﬁcie del envase de

alimentos industrializados aprovechando la capacidad germi-

cida de la luz ultravioleta de onda corta.

Los conceptos teóricos adquiridos a través de la revisión

de múltiples fuentes bibliográﬁcas, permitieron el estableci-

miento de las bases de desarrollo del prototipo; tales como,

la dimensión estructural, material de construcción, población

patógena objetiva, categorías de envases, dosis UV necesa-

rias y fuentes de radiación UV.

La utilización de una Raspberry Pi como unidad de control

permite concentrar y controlar varios subsistemas a través de

una sola placa, de manera que favorece la proyección a fu-

turo a la vez que facilita su integración a nuevas tecnologías

emergentes.

Las dimensiones estructurales del prototipo estuvieron su-

jetas principalmente a las dimensiones de los productos (ali-

mentos) sobre los cuales se realizaron las respectivas medi-

ciones, teniendo en cuenta criterios como las distintas formas

de disposición de estos dentro del dispositivo.

El diseño del prototipo en dos compartimentos permitió

centralizar el control y ofrecer un acople ideal entre los pro-

cesos que se ejecutan, a la vez que muestra ﬂexibilidad para

extender su capacidad, facilitar el mantenimiento y prestar

nuevas opciones de uso.

Las pruebas realizadas demostraron la nula emisión de ca-

lor por parte de las fuentes de radiación al extraer los pro-

ductos luego de un proceso de esterilización, esto permitió

desestimar la idea de la generación de calor externo que pue-

da afectar al usuario durante la manipulación del dispositivo.

El desarrollo de mecanismos de seguridad resulta impor-

tante en dispositivos que operan con tecnología UVGI, de

esta forma se precautela la integridad del usuario frente a los

efectos resultantes de la exposición a la radiación ultraviole-

ta.

Los tiempos de exposición ﬁnales incluyeron un tiempo

de calentamiento para las fuentes de radiación con el ﬁn de

estabilizar la intensidad irradiada, un tiempo extra acorde a

las características de cada material y el tiempo calculado que

relaciona la intensidad UV y dosis UV necesaria a través de

las ecuaciones obtenidas en la revisión literaria.

Las mediciones realizadas con el radiómetro UV permi-

tieron veriﬁcar que el dispositivo es capaz de producir la ra-

diación necesaria para alcanzar la dosis UV de inactivación

para la población patógena tendiente a desarrollarse acorde

al material de un envase.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a la carrera de Ingeniería en Electrónica y Te-

lecomunicaciones de la Universidad Nacional de Loja y a sus

profesores, en especial al director del proyecto, el Ing. Pa-

bel Merino, encargado del Centro de Investigación, Innova-

ción, Desarrollo de Prototipos Tecnológicos y Pruebas Elec-

troenergéticas ± I2TEC.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: RMV; metodología: RMV; análisis

formal: AVL.; investigación: JGG; recursos: JGE; curación

de datos: JCG; redacción Ð preparación del borrador origi-

nal: JGG; redacción Ð revisión y edición: AVN; administra-

ción de proyecto: RMV; adquisición de ﬁnanciamiento para

la investigación: JGG. Todos los autores han leído y aceptado

la versión publicada del manuscrito.

Rodolfo Merino-Vivanco: RMV. Andy Vega-León:

AVL. Jefferson Gaona-González: JGG. Jonathan González-

Espinosa: JGE. Jorge Carrión-González: JCG. Alba

Vargas-Naula: AVN.

FINANCIAMIENTO

El ﬁnanciamiento para el desarrollo del proyecto se obtuvo

de los propios recursos de los autores.

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DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1841

Estudio e implementación de simulador de mapa topográﬁco interactivo

Study and implementation of an interactive topographic map simulator

Carlos Condolo-Castillo1, Rodolfo Merino-Vivanco 2, Jorge Carrión-González 3, Andy

Vega-León 4, Jonathan González-Espinosa 2y Alba Vargas-Naula 4

1Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

2Centro de Investigación, Innovación, Desarrollo de Prototipos Tecnológicos y Pruebas Electroenergéticas ± I2TEC, Universidad

Nacional de Loja, Loja, Ecuador

3Carrera de Electricidad, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

4Carrera de Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: alba.vargas@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 05/04/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 15/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLos dispositivos interactivos de simulación en 3D para topografía de realidad aumentada son de gran ayuda para crear modelos

topográﬁcos y para la enseñanza de las ciencias de la Tierra. Esta implementación está constituida por dos etapas principales, la primera

etapa está formada por la construcción de la estructura de la caja de arena; la segunda etapa está constituida por el ajuste y calibración

del software de realidad aumentada, el mismo que proyectará la imagen del relieve sobre la superﬁcie de arena. Este dispositivo será una

herramienta para crear nuevos medios de enseñanza que le permitan al docente impartir sus conocimientos de una forma más interactiva y

práctica en materias como petrografía, cartografía, sistemas de información geográﬁca, aplicación de softwares mineros, geotecnia minera,

etc. Este recurso se presenta para fomentar y fortalecer metodologías activas, basadas en el aprendizaje interactivo.

Palabras claveÐSimulador 3D, Realidad aumentada, Curvas de nivel, Mapa topográﬁco, Aprendizaje interactivo.

AbstractÐInteractive 3D simulation devices for augmented reality topography are very helpful for creating topographic models and for

teaching Earth sciences. This implementation is constituted by two main stages, the ﬁrst stage is formed by the construction of the sandbox

structure; the second stage is constituted by the adjustment and calibration of the augmented reality software, which will project the image

of the relief on the sand surface. This device will be a tool to create new teaching resources that will allow teachers to impart their knowledge

in a more interactive and practical way in subjects such as petrography, cartography, geographic information systems, application of mining

software, mining geotechnics, etc. This resource is presented to promote and enhance active methodologies based on interactive learning.

KeywordsÐ3D simulator, Augmented reality, Contour lines, Topographic mapping, Interactive learning.

INTRODUCCIÓN

Las formas de enseñanza existentes y la integración de

la tecnología en la educación, impactan directamen-

te en el aprendizaje de los estudiantes; por lo tanto, es vital

el planteamiento sobre nuevas formas de enseñar y aprender

(Ebrahimi, 2017; Nebrija, 2016).

Esta evolución en el contexto pedagógico ha obligado la

implementación de distintas tecnologías, una de ellas es la

Realidad Aumentada (RA) (Pérez et al., 2021). Sobre es-

te recurso tecnológico AlNajdi (2022), Montenegro-Rueda y

Fernández-Cerero (2022), Perez-Calañas et al. (2023), sugie-

ren que el uso de RA en la educación superior ha permitido

mejorar la experiencia de aprendizaje, aunque un factor muy

importante es veriﬁcar que los docentes se encuentren capa-

citados para la aplicación de esta tecnología, la percepción

que los estudiantes o usuarios tienen de ella y las limitacio-

nes que la misma pueda presentar.

Esta tecnología es un conjunto de elementos y dispositi-

vos que permite agregar información virtual a la información

física existente. Para que las aplicaciones de RA sean acce-

sibles es muy importante tener una red de comunicaciones

adecuada, debido a que las potencialidades de la RA radi-

can en acceder en tiempo real a la información digital com-

plementaria a la del mundo físico (Telefónica, 2011; Turner,

2022).

Un mapa topográﬁco muestra varias características natu-

rales y artiﬁciales, desde el curso del agua hasta carreteras y

ediﬁcios; sin embargo, no se representan todas las curvas de

nivel, únicamente las que corresponden a unas altitudes de-

terminadas. Esas altitudes son arbitrarias y vienen deﬁnidas

por el tipo y escala del mapa que se vaya a utilizar (Giner &

Rodríguez, 2020). Este tipo de mapas es usado por personas

que trabajan en ciencias de la tierra, centros de operaciones

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 65

ESTUDIO E IMPLEMENTACIÓN DE SIMULADOR DE MAPA TOPOGRÁFICO CONDOLO-CASTILLO et al.

de rescate, excursionistas, etc. La correcta lectura de estos

mapas requiere comprender que la información de elevación

continua se codiﬁca mediante líneas de contorno, así como

la habilidad para visualizar el terreno en tres dimensiones a

partir de dichas líneas (Atit et al., 2016).

Los laboratorios son un mecanismo de apropiación del co-

nocimiento ya que unen la teoría y la práctica real (Urrea

Quiroga et al., 2013). La repotenciación de los espacios edu-

cativos (laboratorios, talleres, centros de simulación) de la

Universidad Nacional de Loja (UNL) es uno de los ejes a

los que se les ha dado atención prioritaria, ya que estos lu-

gares permiten que los estudiantes desarrollen sus destrezas

y habilidades prácticas de una forma eﬁciente, logrando que

en el futuro tengan un óptimo desenvolvimiento en el campo

laboral.

Esta investigación se desarrolla con la ﬁnalidad de solven-

tar una de las necesidades de la Carrera de Minas de la Fa-

cultad de la Energía, las Industrias y los Recursos Naturales

No Renovables (FEIRNNR) UNL, proponiendo la aplicación

de nuevas metodologías de enseñanza basadas en tecnología;

de esta forma, los estudiantes podrán captar los conocimien-

tos impartidos teóricamente en clases de una forma más di-

námica, reforzarán estos aprendizajes y lograrán una mejor

comprensión del tema.

El prototipo de simulador de mapa topográﬁco interactivo

es un recurso educativo y tecnológico que permite combinar

y moldear un entorno físico del mundo real con elementos

virtuales para simular varios fenómenos y/o riesgos geológi-

cos asociados a distintos procesos. Esto se realiza a partir de

la construcción de un modelo análogo, como una caja de are-

na o mediante una maqueta topográﬁca (Herranz et al., 2019;

Savova, 2016).

A partir de la revisión bibliográﬁca de los sistemas de si-

mulación en 3D interactivos para topografía, se analizan las

diferentes alternativas de software y los conceptos generales

de realidad aumentada; posteriormente, se desarrolla el dise-

ño de la caja de realidad aumentada, y se detalla de forma

breve los materiales y recursos necesarios para la construc-

ción del prototipo. Finalmente, se desarrollan los manuales

que permitan al usuario utilizar y brindar mantenimiento de

forma adecuada al simulador.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para el desarrollo de la investigación se utilizó una varie-

dad de métodos y herramientas que permitieron el cumpli-

miento satisfactorio de las actividades planiﬁcadas.

Software

Paquete ARSandbox

Dentro del paquete se encuentran programas como Vrui

VR, Kinect 3D video capture Project y Sandbox, que se dis-

tribuyen de forma libre bajo la licencia GNU General Public

License en el portal del desarrollador (Herranz et al., 2019).

Linux

Para la implementación del proyecto se usó el sistema ope-

rativo Linux Mint versión 19.3, debido a su estabilidad, se-

guridad y, lo más importante, ya que se trata de un sistema

operativo de código abierto, el cual permite mayor manipula-

ción y una fácil instalación del software Sandbox de realidad

aumentada.

Solidworks

Este software se utilizó para el desarrollo del diseño del

dispositivo Sandbox de realidad aumentada, y así tener un

mayor control y versatilidad al momento de la creación y

edición del modelo de la caja de arena. También sirvió pa-

ra el diseño de los perﬁles de cada una de las partes de la

estructura de la caja para facilitar su ensamblaje.

Hardware

Computadora

Tomando en cuentas las consideraciones de (Oliver Krey-

los, n.d.) se debe contar con una computadora con una tarjeta

gráﬁca de alta gama (que ejecute cualquier versión de Linux),

con un chip gráﬁco que podría ser una tarjeta Nvidia GeForce

y un procesador por encima de Core i3 7ma generación. La

computadora debe tener un buen CPU, pero hay cierta liber-

tad en cuanto a la RAM, debido a que 2GB son suﬁcientes

para ejecutar el software AR Sandbox o en cuanto almace-

namiento, un disco duro de 20 GB es suﬁciente para instalar

Linux y el software AR Sandbox

En este caso se utilizó una laptop DELL Inspirion i7

7500u, la cual cuenta con las siguientes características ade-

cuadas para la implementación:

Intel Core i7 7500U 2.7GHz ± Séptima Generación

RAM: 24 GB DDR4 / Disco Duro 1TB

Pantalla LED 15,6"HD 1366x768

Video AMD Radeon R5 M445 4GB ddr5 dedicados

DVD-RW, Teclado iluminado, Bluetooth 4.0.

Windows 10 Home

Cámara Microsoft Kinect 3D

Se trata de una cámara de profundidad con una percepción

en 3D que permite capturar el movimiento de las personas de

manera eﬁciente, mientras la cámara infrarroja que incluye

permite diferenciar la profundidad. El adaptador USB a 2.0

permite la conexión del dispositivo Kinect 3D a la compu-

tadora mediante el puerto USB.

En este proyecto se utilizó un sensor Kinect de primera ge-

neración 1414 que permite capturar el movimiento de las per-

sonas a través de más de 48 puntos de articulación, mediante

un algoritmo complejo de reconocimiento de imágenes. Es-

te dispositivo se usa para la generación del mapa topográﬁco

y recopilación de la información del relieve moldeado en la

caja de arena.

Proyector de video

Permite proyectar e interactuar con el mapa topográﬁco

generado en la superﬁcie de la arena por el software AR-

Sandbox. En este caso se usó un proyector de alcance corto

y una relación de aspecto nativa de 4:3 para que coincida con

el campo de visión de la cámara Kinect.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 65±70, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1841

Caja de Arena

Se utilizó una caja de arena que se adapta a la distancia

de detección mínima y máxima de la cámara Kinect y, por lo

tanto, a la resolución deseada. El tamaño adecuado de la caja

de arena es de 40º x 30º o 1 m x 75 cm.

Para un fácil traslado, se realizó un diseño que posea rue-

das. La altura de la caja de arena es de aproximadamente 20

cm.

Estructura de aluminio

Se elaboró una estructura de aluminio colocada en la par-

te central de la caja para poder ubicar la cámara Kinect y el

proyector; éstos tendrán que ubicarse a una distancia deter-

minada para que el escaneo y la proyección se acople a las

dimensiones de la caja de arena (A 1 metro de distancia de la

superﬁcie de arena).

Arena

La caja debe llenarse con arena a una profundidad de cerca

de 4º o 10 cm. La arena que se sugiere emplear es la arena

Sandtastik que posee excelentes propiedades de proyección

para que la imagen proyectada sobre ella se pueda visualizar

de una manera adecuada. La cantidad de arena a utilizar es

de 200 libras, aproximadamente.

Debido a la diﬁcultad para la adquisición de dicho tipo de

arena en el país, se optó por utilizar un tipo de arena con

características similares.

Descripción general

En la Figura 1 se muestra el proceso que lleva a cabo el

software, el cual consta de 4 etapas principales.

Fig. 1: Diagrama de funcionamiento.

Conﬁguración inicial

En esta etapa se conﬁgura la cámara Kinect con los pará-

metros de calibración de fábrica, y se determinad la fórmula

de conversión de profundidad en base a la distancia focal, al-

tura real del objeto y la altura de la imagen. Es importante

mencionar que el código está desarrollado en C++.

Mediante la función depth se obtiene el valor de profun-

didad, el cual trabaja bajo el método de luz estructura (Figu-

ra 2), adquiriendo la información de profundidad por medio

de la proyección de patrones regulares de puntos infrarrojos

que se proyectan sobre un objeto, los cuales son captados por

el sensor de profundidad infrarrojo. Posteriormente utiliza el

proceso de triangulación para determinar la distancia de un

punto en un espacio 3D a partir de la visión de dos o más

imágenes, es decir los valores de disparidad en cada punto.

Fig. 2: Método de luz estructurada (Kim & Choi, 2019)

Para calcular el plano de referencia o plano base es nece-

sario conocer las coordenadas y distancia de al menos tres

puntos, los mismo que se proporcionan mediante la especiﬁ-

cación de la superﬁcie y de sus esquinas. La ecuación 1 que

representa el plano base es la siguiente:

Ax +By +Cz +D=0 (1)

Asignación de colores

El software utiliza una combinación de varios shaders

GLSL (Lenguaje de sombreado OpenGL) para colorear la

superﬁcie por elevación usando mapas de color personaliza-

bles. Este tipo de sombreado deﬁne los colores RGBA (Red

Green Blue Alfa) para cada pixel que se procesa. Los colo-

res RGBA están compuestos por rojo, verde, azul, alfa; en

donde el parámetro alfa es un número entre 0.0 (totalmente

transparente) y 1.0 (nada transparente) el cual es agregado

en un proceso posterior dependiendo de la profundidad del

pixel.

Calibración

Para la calibración se hace el reconocimiento de un ele-

mento de forma circular de 120 mm de diámetro de superﬁ-

cie blanca (Figura 3), comprobando si existe un elemento con

dichas características dentro de la superﬁcie; una vez recono-

cido, almacena el punto de enlace recién capturado y pasa a

un nuevo punto, este proceso se repite entre 12 a 36 veces

dependiendo de la calidad de calibración que se quiera tener.

RESULTADOS

El prototipo está constituido por una barra de aluminio, la

misma que soporta el sensor Kinect y el proyector. También

se puede apreciar la caja de arena, en la misma que se pro-

yecta sobre la arena la imagen de los mapas generados por el

software (Figura 4).

El resultado de la funcionalidad del prototipo de mapa to-

pográﬁco interactivo se muestra en la Figura 5, en donde se

observa la proyección del relieve que se moldea en la su-

perﬁcie de la arena, la cual ha sido modiﬁcada mediante la

manipulación de la misma.

La superﬁcie de la arena puede ser modiﬁcada por el usua-

rio, sin restricción alguna, para generar una diversidad de re-

lieves; que van desde superﬁcies muy bajas hasta elevaciones

ESTUDIO E IMPLEMENTACIÓN DE SIMULADOR DE MAPA TOPOGRÁFICO CONDOLO-CASTILLO et al.

Fig. 3: Elemento de calibración

Fig. 4: Modelo del prototipo.

considerables (Figura 6).

Mediante la paleta de colores se representa las zonas más

elevadas; por ejemplo, el color naranja indica si se trata de

una gran elevación mientras que el color azul representa las

zonas más bajas, es decir el nivel del mar; y a esto se agregan

las líneas de color negro que representan las curvas de nivel.

DISCUSIÓN

Con el objetivo de implementar un simulador de mapa to-

pográﬁco que permita a los docentes de la FEIRNNR UNL

mejorar los métodos educativos en el campo de las Ciencias

de la Tierra, este dispositivo se convierte en un elemento po-

tenciador de los procesos de enseñanza ± aprendizaje; permi-

tiendo crear nuevas formas de impartir conocimientos a los

estudiantes y fortaleciendo su formación académica, ya que

los estudiantes van a estar en la capacidad de desarrollar sus

destrezas y habilidades de una forma más eﬁciente median-

te el manejo de esta tecnología para poner en práctica los

conocimientos teóricos. Esta teoría se respalda según Melo

Bohórquez (2018) y Blázquez Sevilla (2017) quienes consi-

deran que con la realidad amentada es posible aprender de

la observación fuera del aula, siendo un concepto diferente

Fig. 5: Proyección Topográﬁca.

Fig. 6: Modiﬁcación de la superﬁcie para generar relieves.

de aprendizaje basado en el descubrimiento y en la visuali-

zación de modelos 3D.

A partir de múltiples opciones que ofrece el software den-

tro del campo de la geología, topografía, cartografía, entre

otras; se puede desarrollar la creación de cuencas hidrográﬁ-

cas y regulación de caudal, áreas de captación, diques; como

también la creación de superﬁcies terrestres o la simulación

a partir de maquetas hechas a escala. Igualmente, al ser un

software de código abierto, existe la posibilidad de agregar y

programar ﬂuidos personalizados por el usuario, como puede

ser, ﬂuido de agua, magma o petróleo para simular los impac-

tos relacionados. También se puede emplear este dispositivo

en distintos niveles de educación, adaptando la complejidad

de los contenidos planteados según las necesidades de los es-

tudiantes.

Analizando los resultados obtenidos se corrobora que este

simulador permite la implementación de diversas metodolo-

gías que admiten un enfoque integral de la docencia en el

estudio de las Ciencias de la Tierra.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 65±70, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1841

CONCLUSIONES

La aplicación de la realidad aumentada en la educación

ha mostrado ser una técnica innovadora para estudiantes y

maestros, debido a que mejora y refuerza los conocimientos

mediante la visualización de modelos 3D; además, de que

puede realizarse la adaptación de los contenidos planteados,

según la complejidad de los mismos.

La implementación del simulador de mapa topográﬁco

permite la creación de nuevas metodologías de enseñanza -

aprendizaje basadas en métodos innovadores que le permiten

al estudiante comprender con más facilidad los conocimien-

tos teóricos.

Se realizó el diseño y réplica de un simulador de mapa to-

pográﬁco interactivo, y mediante las comprobaciones reali-

zadas del prototipo, se demostró su correcto funcionamiento.

Este prototipo contribuye a la potenciación de los espacios

educativos de la Universidad Nacional de Loja, aportando al

desarrollo de las destrezas de los estudiantes que les permiti-

rán desenvolverse de gran forma en el campo laboral.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a la carrera de Ingeniería en Electrónica y Te-

lecomunicaciones de la Universidad Nacional de Loja y a su

planta docente; así como a la Facultad de la Energía de la

UNL. Un especial agradecimiento al Ing. Rodolfo Pabel Me-

rino, encargado del Centro de Investigación, Innovación, De-

sarrollo de Prototipos Tecnológicos y Pruebas Electroener-

géticas ± I2TEC, y al Ing. Jorge Isaac Peralta, docente de la

Carrera de Electricidad UNL.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: RMV; metodología: RMV; análisis

formal: AVL.; investigación: CCC; recursos: JGE; curación

de datos: JCG; redacción Ð preparación del borrador origi-

nal: CCC; redacción Ð revisión y edición: AVN; administra-

ción de proyecto: RMV; adquisición de ﬁnanciamiento para

la investigación: CCC. Todos los autores han leído y acepta-

do la versión publicada del manuscrito.

Rodolfo Merino-Vivanco: RMV. Andy Vega-León:

AVL. Carlos Condolo-Castillo: CCC. Jonathan González-

Espinosa: JGE. Jorge Carrión-González: JCG. Alba

Vargas-Naula: AVN.

FINANCIAMIENTO

El ﬁnanciamiento para el desarrollo del proyecto se obtuvo

de los propios recursos de los autores, más la colaboración

de equipos (Computador y proyector) proporcionados por la

carrera de Minas UNL.

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Implementación de un prototipo de estación base para una red 4G-LTE

utilizando SDR

Implementation of a prototype base station for a 4G-LTE network using SDR

Juan Ochoa-Aldeán1,* y Sergio García-Minchala1

1Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: jochoa@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 05/04/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 17/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEn el presente trabajo implementamos un prototipo de estación base para una red 4G-LTE, como herramienta experimental

para el estudio y análisis de las redes móviles para la Carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Loja.

Se ha detectado que a los estudiantes de nuestra carrera le falta experiencia práctica con tecnologías inalámbricas de última generación,

por lo que mediante este prototipo los estudiantes podrán comprender de mejor manera el funcionamiento de las redes 4G-LTE, ya que

el mismo permite observar el funcionamiento, la comunicación, los servicios y los diferentes tipos de datos que se intercambian entre las

diferentes entidades de la red. Para su ejecución, se realizó el análisis sobre los diferentes softwares de implementación de código abierto de

LTE, como para el resto de las tecnologías/dispositivos que son complementarias en el despliegue de la red LTE. El proyecto, por lo tanto,

se desarrolló mediante la plataforma de software OpenAirInterface (OAI) y el hardware BladeRF Micro 2.0 xA9, que son los elementos

principales que permiten emular el funcionamiento de una red 4G LTE comercial y se lo implementó en el Centro de Investigación,

Innovación, Desarrollo de Prototipos Tecnológicos y Pruebas Electroenergéticas I2TEC de la Facultad de Energía de nuestra Universidad.

Finalmente, para determinar el desempeño de la red, realizamos diferentes pruebas en el laboratorio de telecomunicaciones mediante la

utilización de herramientas y/o servicios que se pueden implementar en la red. Con esto, entregamos un prototipo adecuado para una mejor

compresión de esta tecnología y un mayor conocimiento practico acerca del funcionamiento de la misma.

Palabras claveÐOAI (OpenAirInterface), SDR (Software Deﬁned Ratio), 4G, LTE (Long Term Evolution), eNB (Evolved Node B),

BladeRF.

AbstractÐIn this project, we implemented a prototype of a base station for a 4G-LTE network as an experimental tool for the study and

analysis of mobile networks for the Telecommunications Engineering program at the National University of Loja. It has been identiﬁed

that students in our program lack practical experience with the latest wireless technologies, so this prototype will enable students to better

understand the operation of 4G-LTE networks, as it allows observation of the operation, communication, services, and different types of data

exchanged between the different entities of the network. To execute this project, we analyzed different open-source LTE implementation

software, as well as other complementary technologies/devices needed for the deployment of the LTE network. The project was developed

using the OpenAirInterface (OAI) software platform and the BladeRF Micro 2.0 xA9 hardware, which are the main elements that allow

the emulation of the operation of a commercial 4G LTE network. The implementation was done at the I2TEC of our university. Finally, to

determine the performance of the network, we carried out various tests in the telecommunications laboratory using tools and/or services

that can be implemented in the network. With this, we delivered a suitable prototype for a better understanding of this technology and

greater practical knowledge about its operation.

KeywordsÐOAI (OpenAirInterface), SDR (Software Deﬁned Ratio), 4G, LTE (Long Term Evolution), eNB (Evolved Node B), BladeRF.

INTRODUCCIÓN

Las comunicaciones móviles en los últimos años, han su-

frido un creciente reconocimiento en el ámbito de la

sociedad, y su evolución a lo largo del tiempo ha alcanzado

a lo que actualmente se conoce como red 4G LTE. La red 4G

LTE es considerada como uno de los principales medios para

que la economía de un país sea más rápida y eﬁciente, y es la

que siempre nos acompañan en nuestras labores diarias. Esta

tecnología 4G LTE, mejorar la velocidad de transferencia de

datos y la experiencia del usuario al movilizarse utilizando el

protocolo de internet (IP).

Entonces su estudio comprende un pilar fundamental para

los estudiantes de la carrera de Telecomunicaciones, debido

a que el mismo contribuye en su formación como profesiona-

les caliﬁcados para el diseño, optimización e implementación

de redes telefónicas, redes de datos, sistemas de comunica-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 71

IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTACIÓN BASE PARA UNA RED 4G-LTE OCHOA-ALDEÁN

ciones móviles.

Es por ello que se desarrolló este prototipo como he-

rramienta tecnología para un mejor análisis y para el me-

joramiento de las experiencias prácticas de los estudiantes

con respecto a tecnologías de comunicación e información.

Nuestro prototipo ha sido implementado en un PC, en donde

con la ayuda de elementos como el hardware SDR y el soft-

ware OpenAirInterface se logró implementar la red de ma-

nera completa. La evaluación del prototipo se realizó medi-

ciones de potencia de señal en función a la distancia a través

de una aplicación celular que permite leer en tiempo real el

valor de Potencia en el equipo de usuario (UE).

Estado del Arte

LTE

La tecnología LTE (Long Term Evolution), es un están-

dar que permiten la transmisión de datos de alta velocidad en

forma inalámbrica entre dispositivos móviles. Este estándar

se empezó a deﬁnir en el año 2005 y fue creado por el 3rd

Generation Partnership Project (3GPP). Los documentos del

3GPP se estructuran en Releases, cada una de ellas caracteri-

zada por la incorporación de un conjunto de funcionalidades

destacadas en relación a la versión anterior (Comes et al.,

2010).

La versión 8, conocido como Release 8, fue la primera

versión que deﬁnió la red LTE. Esta versión surgió en el año

2008, como una evolución de la tecnología UMTS. La ver-

sión permite (3GPP, 2023):

Velocidad de enlace descendente de hasta 100 Mbit/s y

para enlace ascendente de hasta 50 Mbit/s.

Esquema de acceso radio para enlace descendente:

OFDMA (Acceso múltiple de dominio de frecuencia or-

togonal).

Tecnología de acceso radio para enlace ascendente: SC-

FDMA (enlace ascendente de Acceso múltiple de domi-

nio de frecuencia de portadora única).

Arquitectura LTE

La arquitectura de una red LTE se llama EPS (Envolved

Packet System), que se caracteriza por poseer una arquitec-

tura de red central, que agrega redes de acceso que incluyen

LTE, 3G o 2G (Comes et al., 2010).

Esta arquitectura está formada por dos subredes: la EU-

TRAN (Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network)

y la EPC (Evolved Packet Core) como se observa en la Figura

a) Red de acceso EUTRAN: Es la capa de radio acceso

que permite conectar los usuarios con la red central llamada

EPC (Evolved Packet Core) (Kibhat, 2012).

b) Núcleo de red EPC: es responsable de la gestión de

tráﬁco de red necesarias para proporcionar una red completa

de banda ancha móvil. Esto incluye, por ejemplo, la auten-

ticación, la funcionalidad de cobro y la conﬁguración de las

conexiones de extremo a extremo (Dahlman et al., 2013).

Fig. 1: Diagrama simpliﬁcado de la red LTE

SDR

Los dispositivos SDR, son equipos programables, reconﬁ-

gurables, eﬁcientes y rentables respectos a los dispositivos de

radio de generaciones anteriores. El mismo hardware permite

crear diferentes modos de radio o funcionalidades, utilizan-

do para este ﬁn los componentes electrónicos disponibles en

el mercado, combinados convenientemente para suplir las li-

mitaciones de los procesadores actuales (Fundora y Torres,

2013).

Uno de los hardware SDR más importantes para el desa-

rrollo de redes móviles son los BladeRF.

BladeRF es una plataforma de radio deﬁnida por software

(SDR) diseñada por Nuand, que permite que una comunidad

de aﬁcionados y profesionales exploren y experimenten con

las facetas de las comunicaciones de RF. Actualmente posee

dos generaciones:

BladeRF: permite sintonizar frecuencias desde los 300

MHz hasta los 3,8 GHz. Se conecta a un host (compu-

tador) a traves de una conexión USB 3.0. Permite que el

microcontrolador USB 3.0 y el FPGA se reprogramen a

través de JTAG o directamente a través de USB (Nuand,

2022b).

BladeRF 2.0: son dispositivos de segunda generación,

que tiene un rango de frecuencia de 47 MHz a 6H GHz.

Estan diseñados para aplicaciones móviles y de alto ren-

dimiento. Es compatible con GNURadio, GQRX, SDR-

Radio, SDR#, gr-fosphor, SoapySDR en Windows, Li-

nux y macOS (Nuand, 2022a). Para este proyecto se ha

utilizado un SDR de esta versión.

Softwares para LTE

Respecto a los softwares disponibles, su elección se basa

en la implementación que se realice. Algunos de los más im-

portantes, que permiten el desarrollo de redes móviles son:

1. OpenLTE: es una implementación de código abierto de

las especiﬁcaciones 3GPP LTE. Su octava versión de

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 71±77, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1839

código (desarrollado en lenguaje C++ y C), permite pro-

bar y simular la funcionalidad de transmisión y recep-

ción de enlace descendente y la funcionalidad de trans-

misión y recepción PRACH de enlace ascendente (B.,

2021).

2. SrsLTE (SrsRAN): srsLTE, es una implementación de

código abierto (en lenguaje C++ y C) desarrollada por

Software Radio System (SRS), que permite implemen-

tar redes 4G/5G LTE (Systems, 2023). Su paquete in-

cluye:

SrsUE.

SrseNB.

SrsEPC.

3. OpenAirInterface: es una plataforma que permite im-

plementar un sistema LTE basada en software de código

abierto, que incluye el conjunto completo de protocolos

estándar 3GPP para E-UTRAN y EPC. Esta desarrolla-

do en lenguaje C. Se puede usar para crear y personali-

zar estaciones base LTE (OAI eNB), equipos de usuario

(OAI UE) y red central (OAI EPC) en una computadora

(OpenAirInterface, 2023).

Su capa física posee las siguientes características.

Cumple con la versión 8.6 de LTE, con un subcon-

junto de la versión 10;

Conﬁguraciones FDD y TDD en ancho de banda

de 5, 10 y 20 MHz;

Modo de transmisión: 1 (SISO) y 2, 4, 5 y 6 (MI-

MO 2×2);

La plataforma OAI se puede utilizar en varias conﬁguracio-

nes diferentes que involucran componentes comerciales en

diversos grados (OpenAirInterface, 2023):

Comercial UE ↔Comercial eNB + OAI EPC

Comercial UE ↔OAI eNB + Comercial EPC

Comercial UE ↔OAI eNB + OAI EPC

OAI UE ↔OAI eNB + OAI EPC

OAI UE ↔OAI eNB + EPC Comercial

OAI UE ↔eNB comercial + EPC comercial

El software es compatible con diferentes dispositivos de

radio frecuencia como (openairinterface5G, 2022):

USRP B210;

USRP X310;

BladeRF;

LimeSDR;

EURECOM EXPRESSMIMO2 RF

MATERIALES Y MÉTODOS

Para el desarrollo de este proyecto, primeramente, utili-

zamos el método analítico el cual nos permitió redactar y

delimitar el planteamiento del problema, realizar el marco

teórico y evaluar los datos recopilados. La mayoría de los

estudios están enfocados en el uso de libros, artículos cien-

tíﬁcos y documentos (Releases) emitidos por organizaciones

como 3GPP.

Luego a través del software elegido (enfoque cualitativo)

creamos la red. Para este caso fue necesario instalar prime-

ramente en el PC el Sistema operativo Linux Ubuntu, luego

instalamos los componentes tanto del EPC como del eNB

(que funciona de la mano del hardware SDR), que permiten

implementar la arquitectura completa de LTE anteriormente

mencionada.

Posterior a ello, realizamos el grabado de información en

las tarjetas USIM con los datos ingresados en el EPC. Luego

conﬁguramos los dispositivos móviles y se insertó las tarjetas

USIM para que puedan ser identiﬁcadas y operen dentro de

la red.

Por último, realizamos pruebas de rendimiento (método

experimental) para veriﬁcar el funcionamiento de la red im-

plementada. La Figura 2, muestra un resumen de todo el pro-

ceso metodológico realizado.

Fig. 2: Diagrama de ﬂujo empleado para la implementación del

prototipo

Software y equipos utilizados

Software

El software utilizado fue OAI, el mismo que es software de

código abierto, por lo que las actualizaciones del mismo no

tienen costo alguno, además ofrece una implementación eNB

completa y un controlador RAN en tiempo real el cual nos

IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTACIÓN BASE PARA UNA RED 4G-LTE OCHOA-ALDEÁN

brinda una mejor ﬂexibilidad en términos de implementación

mediante diferentes tipos de conﬁguraciones.

1. Conﬁguración Utilizada

OAI presenta varias conﬁguraciones, pero la que más se

adaptó para cumplir con los objetivos del proyecto fue:

OAI EPC + OAI eNB + UE (Comercial).

2. Sistema Operativo

Respecto al sistema operativo, para este caso se utili-

zó la versión de Ubuntu 18.04, que al igual que OAI

es software libre y de código abierto, elejimos esta ver-

sión debido a que sus versiones anteriores no eran com-

patibles con la versión del SDR (2.0), y sus versiones

superiores poseen problemas para compilar una de las

entidades (OAI/UE) de la red LTE (Shigeru, 2022).

Equipos

1. Laptop Dell Inspiron 550 Core i7: debido a los requi-

sitos presentados por el software (CPU Intel® Core™

i5-6600K a 3,50 GHz × 4) se decidió usar una PC per-

sonal de 4 núcleos y de onceava generación.

2. Hardware SDR: Para la transmisión y recepción de se-

ñales de radiofrecuencia desde el eNB hacia los dispo-

sitivos móviles se empleó el dispositivo BladeRF Micro

2.0 xA9 del laboratorio de telecomunicaciones.

Fig. 3: BladeRF Micro xA9

3. Los equipos de usuarios (UE): para este caso se utiliza-

ron dos teléfonos móviles de la gama media, tales como:

Samsung A10 y Samsung J1.

4. Lector de tarjeta: se utilizó un lector de tarjetas 4g eco-

nómico (marca: Oyeitime), el cual funciona perfecta-

mente con prácticamente todas las tarjetas inteligentes

de contacto y sistemas operativos de PC (es.made-in

china.com, 2022).

SOLUCIÓN PROPUESTA

Arquitectura Utilizada

El esquema utilizado es el que se puede observar en la

Figura 4 Para su implementación se ha utilizado una sola

máquina, en la cual instalamos el sistema operativos Linux

Ubuntu 18.04 (64 bits).

Como se puede observar en la Figura 4, la arquitectura está

formada por dos subredes: la EUTRAN (Evolved Universal

Terrestrial Radio Access Network) y la EPC (Envolved Pac-

ket Core).

El EPC se encuentra conectada al eNB mediante una in-

terfaz S1, pero para este caso como se está realizando en

una sola maquina no fue necesario el uso de un cable de red

Ethernet.

Restricciones de Diseño

El prototipo desplegado cuenta con las siguientes restric-

ciones:

La red, no permite realizar el handover en la interfaz S1

(openairinterface5G, 2023).

La tarjeta BladeRF admite solo 25 Resource Block

(RB), limitante para aumentar el rendimiento de la red.

OpenAirInterface solo admite hasta 40 Equipos de

usuario (COST UEs) [15].

OpenAirInterface proporciona solo velocidades de 16 -

17 Mbit/s en modo de transmisión FDD DL: 5 MHz, 25

PRBS/MCS 28 (openairinterface5G, 2021).

Proporciona cobertura en entornos o laboratorios de po-

cas interferencias.

RESULTADOS

En este apartado se mencionan las diferentes pruebas que

realizamos para evaluar el rendimiento de la red implementa-

da. Se mostrarán las diferentes aplicaciones o softwares uti-

lizado para el análisis de la red. En este caso las pruebas se

han realizado en el laboratorio de Telecomunicaciones.

Monitorizacion del eNB con T-TRACER

A traves de la herramienta T-tracer se monitoreo todas las

señales/datos que el eNB envía y recibe al estar conectado

con el equipo móvil (UE) (Research, 2023). La Figura 6,

muestra la ventana de T-Tracer con las diferentes informa-

ciones del enlace radio.

Las gráﬁcas de la parte superior indican parámetros como:

la potencia de la señal de entrada, la modulación utilizada

que en este caso fue de 16 QAM y QPSK (dependiendo de

la distancia), la dispersión de retardo del canal, la energía se-

leccionada del UE en conjunto con sus velocidades binarias

de los enlaces uplink como downlink.

Test de Rendimiento

Esta prueba de rendimiento consistió en comprobar los

servicios dotados por la red: el acceso a internet y el servicio

de llamadas VoIP.

1. Visualización de páginas y descarga de archivos

Esta prueba se realizó mediante la visualización de la

página web de la Universidad Nacional de Loja y la des-

carga de algún tipo de archivo como música. La Figura

7, muestra la prueba realizada con éxito.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 71±77, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1839

Fig. 4: Esquema para la implementación del prototipo Nodo LTE

Fig. 5: Prototipo Nodo LTE implementado

Fig. 6: Ventana de la herramienta T-Tracer de OAI

2. Llamadas VOIP.

Para esta prueba, se realizó llamadas VOIP entre dos

UEs (Samsung A10 y J2) a traves de un servidor SIP

como Asterisk (instalador en la laptop) y la aplicación

ZoiPer instalado en los dos UEs (Figura 8).

Nota: La ﬁgura muestra la llamada realizada por el usuario

3 (ext103) al usuario 1 (ext101) mediante la aplicación de

Zoiper y el Servidor SIP de Asterisk.

Fig. 7: Test de rendimiento (Navegación y descarga de archivo)

Fig. 8: Test de llamada de voz IP, realizado entre el Samsung J7

(ext103) y el Samsung A10 (ext 101)

Asterisk, es un software libre de código libre que permite

implementar un servidor de comunicaciones basados en VoIP

mediante SIP (Session Initiation Protocol). Los usuarios son

considerados como clientes SIP, y estos pueden ser físicos

(teléfonos IP) o clientes basados en software libre para esta-

blecer comunicación entre los extremos. Estos softwares son

conocidos como softphones, algunos de ellos son: Twinkle,

Linphone, Ekiga, Zoiper, X-lite, etc. Siendo Zopier el soft-

ware utilizado en este caso (Cachimba, 2017).

IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTACIÓN BASE PARA UNA RED 4G-LTE OCHOA-ALDEÁN

Test de Potencia: RX

Para realizar estas pruebas se procedió a descargar la apli-

cación de Network Cell Info Lite (NCIL) en el UE conectado

a la red. Esta aplicación consta de herramientas de medición

y diagnóstico de redes móviles y wiﬁ, lo cual permite obser-

var la banda LTE utilizada y la potencia promedio obtenida

(RSRP)(Figura 9).

Fig. 9: Potencias promedio recibida por el UE mediante la

aplicación NCIL

Nota: La ﬁgura muestra las diferentes pruebas de potencia

RSRP que fueron realizados a 1 metro (-75dBm) y a 2 metros

(-88 dBm) de distancia del bladeRF.

Test de velocidad

Esta prueba consistió en medir el tráﬁco máximo en UL

y DL, en modo de trasmisión SISO. Los resultados son los

que se muestran en la ﬁgura 8. Como se podrá observar en

la Figura 10, la red provee una velocidad promedio cercana

a los de 10 Mbps, por lo que el sistema permite navegar por

internet.

Fig. 10: Velocidad promedio de la red, tanto de Uplink como

Downlink

Análisis de la Banda de Frecuencia

Para obtener datos acerca de la banda en la que trabaja, se

utilizó el analizador de espectro de la Universidad Nacional

de Loja, el cual censa las frecuencias desde la banda de los 10

MHz hasta los 6 GHz (Cuéllar Charry, 2019). Como se podrá

Fig. 11: Banda de frecuencia LTE, obtenida mediante el Software

LCS Spectrum Analyzer.

observar en la Figura 11, la red se encuentra implementada

sobre la banda de frecuencia de 2,68 GHz, siendo esta la ban-

da de frecuencia Downlink (requisitos del UE) que utilizar la

red para poder transmitir paquetes de información/control a

los diferentes equipos de usuarios.

Test de Cobertura

s Para obtener datos acerca de la cobertura que la red pue-

de abarcar, se tomó en cuenta la Tabla 1. La tabla muestra

que para que una red LTE sea considerada de buen rendi-

miento, los tres parámetros (RSRP, RSRQ y RSSNR) deben

estar dentro de las dos primeras categorías. Y la aplicación

Network Cell Info, permite medir estos tres parámetros en

cada uno de los UEs.

Tabla 1: Calidad de señal LTE, deﬁnida mediante RSRP, RSRQ y

RSSNR

CALIDAD RSRP (dBm) RSRQ (dB) RSSNR (dB)

Excelente >-80 >-10 >20

Buena -80 a -90 -10 a -15 13 a 20

Pobre -90 a -100 -15 a -20 0 a 13

Muy pobre <-100 <-20 <0

Por lo tanto, las pruebas se realizaron mediante la aplica-

ción de Network cell info instalada en dos dispositivos UE

Comerciales que fueron colocados alrededor del Hardware

SDR. Los resultados, se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2: Cobertura proporcionada por la red LTE

Distancia (m) RSRP (dBm)

0,5 -75

1 -78

2 -85

3 -98

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 71±77, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1839

Tabla 3: Costos referenciales.

Descripción Costo (USD)

1 tarjeta SDR BladeRF 850

1 Laptop 1200

1 lector de SIM 75

1 Smartphone 150

TOTAL 2275

Costos

Para el análisis de costos debemos tener en cuenta dos fac-

tores, el primero es el tipo de hardware que estamos utilizan-

do, el cual es de bajo costo y segundo el software de código

abierto que utilizamos nos garantiza que los softwares nece-

sario ni las actualizaciones del prototipo no tendrán costo al-

guno. A continuación, presentamos la Tabla 3 con los costos

referenciales del prototipo:

CONCLUSIONES

El prototipo de Nodo LTE funciona correctamente permi-

tiendo realizar varias funciones como: es el registro de usua-

rio, la autenticación, conexión con los usuarios y el acceso a

internet.

OpenAirinterface facilita la instalación y conﬁguración de

la red, puesto que tiene diferentes guías de soporte.

La red ofrece un servicio estable suﬁciente para el uso de

aplicaciones cotidianas.

La arquitectura propuesta resulta ser escalable, lo cual per-

mite añadir más elementos (eNBs/UEs) dentro de la misma

red.

El prototipo de Nodo LTE está implementado con hardwa-

re de bajo costo y software de código abierto.

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DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1842

Propuesta de medidas preventivas ante inundaciones. Caso Barrio Reina del

Cisne de Cariamanga, Provincia de Loja

Proposal of ﬂood prevention measures. Case study: Reina del Cisne neighborhood,

Cariamanga, Loja Province

Jessica Maza 1, Maritza Ochoa 1,*, Hernán Castillo 1y Jimmy Paladines 1

1Carrera de Geología Ambiental y Ordenamiento Territorial,Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: maritza.ochoa@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 05/04/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 31/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLas inundaciones son los fenómenos naturales más peligrosos debido a su recurrencia, y a los efectos dejados en los sectores

sociales y económicos, lo que genera un retraso en el desarrollo de una comunidad o de una nación. La presente investigación realiza la

propuesta de dos medidas preventivas ante inundaciones, la primera enfocada en fortalecer la resiliencia de la población, mediante el diseño

y socialización de un plan comunitario de gestión de riesgos; y la segunda enfocada a la implementación de una estación hidrométrica, con

el ﬁn de realizar el monitoreo a la quebrada Totoras y prevenir de manera oportuna a la población expuesta sobre las posibles inundaciones

generadas por aun aumento de caudal y desbordamiento de la quebrada. Para proponer la ubicación de la estación hidrométrica fue necesario

realizar la zoniﬁcación de amenazas por inundaciones de la microcuenca las Totoras, mediante un análisis multicriterio empleado el modelo

jerárquico de Saaty; e identiﬁcar los elementos expuestos, para determinar el lugar idóneo de su ubicación.

Palabras claveÐInundaciones, Prevención, Amenaza, Elementos expuestos.

AbstractÐFloods are the most dangerous natural phenomena due to their recurrence and the effects they have on social and economic

sectors, which result in a setback for the development of a community or a nation. This research proposes two ﬂood prevention measures.

The ﬁrst focuses on strengthening the population’s resilience by designing and disseminating a community risk management plan. The

second measure aims to implement a hydrometric station to monitor Totoras creek and provide timely warnings to the exposed population

about possible ﬂoods caused by an increase in water ﬂow and creek overﬂow. To propose the location of the hydrometric station, it was

necessary to carry out ﬂood hazard zoning of the Totoras micro-watershed using a multicriteria analysis based on the Saaty hierarchical

model. Additionally, elements exposed to ﬂooding were identiﬁed to determine the ideal location for the station.

KeywordsÐFloods, Prevention, Hazard, Exposed Elements.

INTRODUCCIÓN

Ecuador es un país que debido a sus particularidades geo-

gráﬁcas, climáticas, factores geológicos y tectónicos,

presentan regularmente fenómenos catastróﬁcos de origen

hidrometeorológico (inundaciones), geológico, entre otros.

(Toulkeridis, 2015). En el país la respuesta del Estado ante

los desastres producidos por fenómenos naturales, en las úl-

timas décadas ha sido de carácter reactivo, focalizando en la

atención post-evento en situaciones de emergencia o desas-

tre, centrado en las labores de rehabilitación y reconstrucción

de viviendas e infraestructura afectada por fenómenos natu-

rales.

De las diferentes amenazas que afectan el territorio ecua-

toriano, las inundaciones son las que han generado mayores

desastres, cuyo origen puede estar asociado al Fenómeno del

Niño, o a las altas precipitaciones durante períodos prolon-

gados de tiempo, lo que ocasiona aumento del caudal y por

ende el desbordamiento de quebradas y ríos durante la tem-

porada invernal. De igual forma, se debe considerar que las

lluvias desencadenan otro tipo de eventos peligrosos como:

deslizamientos, ﬂujos, aluviones, entre otros; y quienes re-

sultan más afectados son las personas o comunidades que

viven cerca de cuerpos de agua o en zonas de inundación.

De acuerdo con los datos históricos tomados del Servicio

Nacional de Gestión de Riesgos y Emergencias (SNGRE) en-

tre los años 2017 al 2019, el cantón Calvas se ha visto afec-

tado por dos tipos de amenaza de carácter natural como son

las inundaciones y el déﬁcit hídrico/sequía; para el caso de

las inundaciones, el riesgo es considerado alto, en base a los

daños y pérdidas, tanto sociales como económicas de even-

tos históricos de inundaciones, han sido de una considerable

magnitud, sin dejar de lado los riesgos residuales que inﬂu-

yen directamente sobre la comunidad y los territorios produc-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 78

PROPUESTA DE MEDIDAS PREVENTIVAS ANTE INUNDACIONES MAZA et al.

tivos de la zona, que han afectado al desarrollo y la economía

de los pobladores.

En la parroquia Cariamanga del cantón Calvas, las inunda-

ciones dejaron graves escenarios de daños y pérdidas, como

el producido el 26 de marzo del 2017, tras dos horas de in-

tensas precipitaciones, ocasionó la crecida y desbordamiento

de la quebrada ªLas Totorasº, lo que provocó la evacuación

de alrededor de 90 personas de sus viviendas hacia hogares

de refugio, pérdidas económicas y daños a la infraestructura

urbana de las calles 24 de mayo y en los barrios ªReina del

Cisneº y ªLa Fraguaº. Así mismo, otros eventos importantes

se desarrollaron el 4 de octubre del 2018, lo que conllevó que

alrededor de cuatro familias fueran damniﬁcadas y se presen-

taran daños en infraestructuras; así como el evento producido

el 3 de marzo del 2019, en donde las inundaciones provoca-

das por las fuertes precipitaciones inhabilitaron el sistema de

alcantarillado en varias zonas, entre los cuales se encuentra

el barrio ªReina del Cisneº.

En cuanto al desarrollo e implementación de medidas pre-

ventivas ante inundaciones es importante mencionar que, la

prevención dentro del contexto de la Gestión de Riesgos se

analiza con enfoque prospectivo, como lo cita el Programa

de las Naciones Unidas para el Desarrollo (2012), implica

abordar medidas y acciones de prevención en la planiﬁcación

del desarrollo para evitar que se generen nuevas condiciones

de riesgo. Es por ello que, generar propuestas de prevención

es crucial para abordar situaciones de riesgo ocasionadas por

las inundaciones; estas propuestas no solo promueven la con-

ciencia social sobre las amenazas locales, sino también evitan

el desarrollo de actividades productivas en zonas vulnerables.

Para fortalecer y desarrollar comunidades preparadas,

conscientes y resilientes en cuanto a la gestión de riesgos

asociados a las inundaciones por lluvias torrenciales, resul-

ta fundamental elaborar propuestas de prevención, las cuales

deben tener un enfoque tanto prospectivo como correctivo,

con el objetivo de garantizar una respuesta adecuada ante

estos eventos, a través de la zoniﬁcación de las áreas ame-

nazadas por inundaciones, la identiﬁcación de los elementos

expuestos y la elaboración de medidas preventivas especíﬁ-

cas; y de esta manera, tratar de minimizar tanto las pérdi-

das económicas y humanas ocasionadas por inundaciones y

contribuir signiﬁcativamente tanto al bienestar social como

al económico en la zona de investigación.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de Estudio

La Microcuenca las Totoras se ubica en la parroquia Caria-

manga, cantón Calvas, provincia de Loja, al sur del Ecuador,

la extensión territorial de la microcuenca es de 9,61 km², y la

altitud oscila entre los 1932 y 2180 m.snm como se muestra

en la Figura 1. Para el planteamiento de propuestas de medi-

das preventivas, se desarrolló en los barrios Reina del Cine y

la Fragua de la parroquia Cariamanga.

La zona de estudio yace sobre la Unidad geológica Ahua-

ca, está constituida principalmente de tobas dacíticas de color

gris claro a blanco con tonos rosa. Las tobas se encuentran

estratiﬁcadas, con leve buzamiento hacia el noreste y con án-

gulos moderados al noroeste en otros sectores, con lo que se

asume un espesor de aproximadamente 300 a 500 m para esta

unidad, dentro del área de estudio.

Fig. 1: Ubicación de la zona de estudio

Para realizar la propuesta de medidas preventivas ante

inundaciones, en los barrios Reina del Cisne y la Fragua

de Cariamanga, fue necesario elaborar la zoniﬁcación de la

amenaza ante inundaciones y la identiﬁcación de elementos

expuestos, como insumos para generar la propuesta de im-

plementación de medidas preventivas ante inundaciones en

la zona de estudio.

Recopilación de información secundaria

A continuación, en la Tabla 1 se detallan la información

preliminar utilizada para la presente investigación, como in-

sumos previos para el desarrollo del presente estudio.

Tabla 1: Información preliminar empleada en la investigación

Ítem Escala Fuente Año

Ortofotos Calvas 1:5 000 SIGTIERRAS 2013

Base de datos de intensidades

máximas de precipitación INAMHI 2015

Hoja Geológica Macará 1:100 000 Instituto Nacional de investigación

geológico minero metalúrgico 2018

Hoja Geológica Cariamanga 1:100 000 Instituto Nacional de investigación

geológico minero metalúrgico 2018

Mapa de Uso de Suelo del cantón

Calvas 1: 25 000 Plan de Uso y Gestión de Suelo (PUGS) 2020

Modelo Digital del Terreno (MDT) 3 x 3 m SIGTIERRAS 2013

Información de Variables.

En cuanto al análisis de variables empleadas para la zoniﬁ-

cación de la amenaza por inundaciones, se utilizaron seis va-

riables las cuales fueron: Pendiente, Geomorfología, Litolo-

gía, Uso de Suelo, Densidad de drenaje e Intensidad máxima

de precipitaciones, estos parámetros permitieron identiﬁcar

la probabilidad de ocurrencia de la amenaza por inundación.

Para la determinación de la amenaza a inundaciones en

la microcuenca ªLas Totorasº se asignaron pesos para cada

variable, asignando valores de 1-4 usando la escala de Saaty.

A continuación, se describe la metodología para generar cada

variable antes citada, así como el peso asignado.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 78±89, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1842

Pendientes

La pendiente de la zona de estudio fue obtenida a partir

del MDT 3x3. Seguidamente, se realizó una reclasiﬁcación

en cinco categorías de acuerdo al grado de inclinación esta-

blecida por Demek (1972), como se observa en la Tabla 2.

Tabla 2: Clasiﬁcación de Pendientes.

Clase Rango (°) Peso

Ligeramente inclinado 0-5 4

Muy inclinado 15-May 3

Fuertemente inclinado 15-35 2

Empinado 35-55 2

Vertical >55 1

Nota: Obtenido de Demek (1972)

Densidad de drenaje

La densidad de drenaje son el resultado de la dinámica

ﬂuvial y de la propia geomorfología del terreno, es por ello

que, para la construcción de la red de drenaje se partió del

MDT para aplicar las herramientas FLOW DIRECTION y

FLOW ACCUMULATION en el software ArcGIS 10.4.1®

para establecer el volumen acumulado de las celdas que dre-

nan hacia un punto especíﬁco e identiﬁcar ríos o quebradas.

A partir de la red hídrica se determinaron las zonas de acu-

mulación o la concentración de ﬂujo de agua. El proceso con-

sistió en calcular las longitudes de drenajes y posteriormente

obtener la densidad de drenaje, como se muestra en la Tabla

Tabla 3: Densidad de drenaje de la zona de estudio

Acumulación Peso

Muy alto 4

Alto 3

Moderado 2

Bajo 2

Muy Bajo 1

Geomorfología

A partir de la información descrita en el documento ªGe-

neración de Geoinformación para la gestión del territorio a

nivel nacional escala 1:25 000º, componente ªGeopedología

y amenazas geológicasº, subcomponente ªGeomorfologíaº

elaborado en febrero del año 2012 por SENPLADES se de-

terminaron las unidades geomorfológicas del sector median-

te la clasiﬁcación propuesta por el Centro de Levantamien-

tos Integrados de Recursos Naturales por Sensores Remotos

(CLIRSEN) en el año 2011, por medio de la categorización

de los niveles relativos, puntualizando que la información

que se procesó para determinar esta variable se encuentra a

una escala de 1:10 000. En la Tabla 4 se describe la clasiﬁ-

cación de unidades geomorfológicas o geoformas empleadas

en el siguiente estudio:

Uso suelo

La determinación del uso de suelo se lo realizó a partir

de información base obtenida por el GAD cantonal de Cal-

Tabla 4: Clasiﬁcación de unidades Geomorfológicas.

Unidad geomorfológica Código Peso

Coluvio Aluvial antiguo Co 4

Relieve colinado muy bajo R2 4

Relieve colinado bajo R3 3

Relieve colinado medio R4 2

Relieve colinado alto R5 1

Relieve colinado muy alto R6 1

Relieve colinado montañoso R7 1

Obtenido de CLIRSEN (2011), modiﬁcado

por los autores (2022).

vas, en el documento ªPlan de Uso y Gestión del Sueloº de

Calvas, elaborado en el año 2020, la información preliminar

fue el mapa de uso de suelo a escala 1:25000, el mismo que

sirvió de base para su actualización y posterior generación

de un mapa de uso de suelo a escala 1:10 000, mediante la

utilización de Ortofotos de la parroquia Cariamanga a esca-

la 1:5.000 del año 2013. La clasiﬁcación de Uso de Suelo

empleada fue adaptada en base a la clasiﬁcación propuestas

por el GAD cantonal de Calvas (2020) como se observa en la

Tabla 5.

Tabla 5: Clasiﬁcación de uso de suelo

Uso de suelo Descripción Peso

Urbano Viviendas, comercio, se desarrollan

actividades cotidianas 4

Pecuario Crianza de animales pecuarios. 4

Agropecuario

mixto

Crianza de animales pecuarios y

actividades agrícolas 3

Conservación y

producción Zonas con poca actividad agrícola 2

Conservación y

protección Zonas de protección y áreas verdes 1

Obtenido de GAD cantonal de Calvas y modiﬁcado por

los autores (2022).

Litología

La determinación de la litología se la realizó mediante tra-

bajo de campo, el cual consistió en la descripción de aﬂora-

mientos de la zona de estudio cada 100 metros en zonas acce-

sibles y cada 200-300 metros cuando existía la presencia de

similar litología. Se tomaron 69 puntos de aﬂoramiento en el

área de estudio entre zonas accesibles y zonas con la presen-

cia de litología similar. La elaboración del mapa litológico

fue generada a partir del mapa topográﬁco, la hoja geológica

de Macará y la información descrita en campo, en donde se

identiﬁcó el tipo de rocas existentes, como se muestra en la

Tabla 6.

Tabla 6: Litología del área de estudio

Litología Peso

Tobas riolíticas a dacíticas meteorizadas

rosas y rojizas 3

Tobas dacíticas meteorizadas grises 2

Tobas dacíticas meteorizadas con presencia

de andesitas piroxénicas 1

PROPUESTA DE MEDIDAS PREVENTIVAS ANTE INUNDACIONES MAZA et al.

Intensidad máxima de precipitaciones

El factor intensidad máxima de precipitaciones expresa

la inﬂuencia de las lluvias como factor causal preparatorio

o desencadenante de las inundaciones, se expresa como la

cantidad de agua que cae a la superﬁcie durante un tiem-

po determinado. Para la determinación de las intensidades

en el presente trabajo se consideraron las intensidades má-

ximas de precipitación en 24 horas para un tiempo de re-

torno de 2 años, de las estaciones Cariamanga, El Lucero y

Colaisaca. La información fue obtenida y calculada a partir

del documento ªDeterminación de ecuaciones para el cálcu-

lo de intensidades máximas de precipitaciónº elaborado por

el INAMHI en 2019, considerando las tres estaciones antes

descritas, se empleó una serie de datos que van desde el año

1982 al 2011, obteniendo un total de 29 años analizados, co-

mo se muestra en la Tabla 7.

Tabla 7: Niveles de intensidades de precipitaciones máximas en

24h para cada estación

Código Estación Este Norte Altura Intensidad

M146 Cariamanga 660425 9520865 1968 2,92

M433 El Lucero 670140 9513320 1204 1,39

M544 Colaisaca 644952 9522561 2480 2,48

Nota. Obtenido de INAMHI (2019).

Estos valores fueron procesados en el software ArcGIS

10.4.1® mediante la herramienta IDW, generando así los ran-

gos de intensidades máximas en 24 horas para un periodo de

retorno de 2 años en la microcuenca ªLas Totorasº, como se

muestra en la Tabla 8.

Tabla 8: Rangos de intensidades máximas de precipitación en la

microcuenca ªLas Totorasº.

Rangos de intensidades Peso

2,90-2,92 4

2,87-2,90 3

2,85-287 2

2,82-2,85 2

2,79-2,82 1

Zoniﬁcación del grado de amenazas por inundaciones

Para la generación del mapa de amenaza por inundaciones

se realizó mediante el método geomorfológico, el cual anali-

za la disposición y tipología de las formas del terreno y los

depósitos generados durante o tras el evento de avenida. Con

ello se pueden delimitar las áreas geomorfológicamente acti-

vas dentro del cauce ﬂuvial y sus márgenes, y por tanto con

amenaza de ser inundadas en el marco de la dinámica natural

de la corriente ﬂuvial (Lario et al., 2017). Para el análisis fue

necesario recopilar información geológica y geomorfológi-

ca, pendiente de la cuenca, red hidrográﬁca, uso del suelo e

intensidad máxima de precipitación, para zoniﬁcar las zonas

con peligro de inundaciones.

El procesamiento de la información y análisis cartográﬁ-

co se realizó mediante un análisis multicriterio del modelo

matemático de Saaty, el cual consistió en ponderar el peso de

cada variable para establecer el nivel de importancia de éstas,

y obtener el mapa de susceptibilidad a inundaciones (factores

condicionantes: Pendiente, Densidad de drenaje, Geomorfo-

logía, Uso de Suelo, Litología), y posterior, este resultado se

procesó con el factor desencadenante (Intensidades máximas

de precipitaciones), para obtener como resultado ﬁnal el ma-

pa de amenaza ante inundaciones.

Procedimiento para realizar la ponderación Saaty

Los pasos empleados para la ponderación de las variables

analizadas, se basaron en lo establecido por Thomas Saaty

(1980) y su aplicabilidad dentro del campo de las amenazas

por inundaciones en Santos et al. (2021):

Parámetros: Se identiﬁcan los parámetros que permitan

caracterizar el fenómeno en estudio. En función del nú-

mero de parámetros identiﬁcados se obtuvo el número

de ﬁlas y columnas de la matriz de ponderación (matriz

cuadrada).

Matriz de Comparación de Pares: Se realiza la compa-

ración de pares para la determinación de la importancia

relativa usando la escala de Saaty. Suma inversa. Los

valores de la matriz deben estar en decimales para una

facilidad en el cálculo de la ponderación. Se suma ca-

da columna de la matriz para obtener la inversa de las

sumas totales.

Matriz de Normalización: Se elabora la matriz multipli-

cando la inversa de las sumas totales por cada elemento

de su columna correspondiente. Vector priorización. Se

determina el vector priorización (ponderación), median-

te la suma promedio de cada ﬁla. Debe cumplir que la

suma de cada columna debe ser igual a la unidad.

Calcular: Dividir los elementos del vector de suma pon-

derada entre el correspondiente valor de prioridad para

cada uno de los criterios.

Calcular λmax: Sumar todos los valores de λencontra-

dos.

Calcular índice de constancia con la ecuación 1: Dónde

n es el número de parámetros optados.

CI =λmax −n

n−1(1)

Determinar la Relación de Consistencia

RC =CI

RI (2)

Donde RIº es el Índice Aleatorio de una Matriz de Com-

paraciones Pareadas, generada, como su nombre sugiere, de

forma aleatoria.

Para matrices de 3 parámetros la RC debe ser menor a

0.04, para matrices de cuatro parámetros la RC debe ser me-

nor a 0.08 y para matrices mayores a cuatro deben ser meno-

res a 0.10. (p. 15).

Para la determinación de la amenaza por inundaciones en

la zona de estudio, fueron deﬁnidos los factores geomorfoló-

gicos que condicionan la amenaza por inundaciones, con la

ﬁnalidad de generar la susceptibilidad a inundaciones, como

se muestra en la ecuación 3.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 78±89, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1842

Suscep In.=Ci(Pd)+Ci(DD)+Ci(Gm f )+Ci(US)+Ci(L)

(3)

Dónde:

Ci= Ponderación obtenida partir de la relación de constan-

cia por el método de Saaty.

Pd= Pendiente.

DD= Densidad de drenaje.

Gmf= Geomorfología.

US= Uso de Suelo

L= Litología.

El nivel de importancia de cada parámetro fue determina-

do de acuerdo a como las variables estudiadas condicionan la

ocurrencia de inundaciones en la zona de estudio. En primer

lugar, se encuentra la pendiente del terreno, debido a que por

la acción de la gravedad, cuando ocurre copiosa precipitación

durante la temporada lluviosa, las aguas escurren y se acu-

mulan en zonas bajas, para el caso de estudio, corresponde a

los barrios Reina del Cisne y La Fragua. En segundo pues-

to se ubica la densidad de drenaje, la cual a partir de la red

hídrica de la microcuenca ªlas Totorasº, desencadenada por

las precipitaciones determina las posibles líneas de recorrido

del ﬂujo de agua, teniendo en cuenta que a mayor densidad

de drenaje, el tiempo de escorrentía es menor, por lo cual se

considera como un indicador de amenaza. En tercer puesto se

ubica la geomorfología, dado que permite el reconocimiento

de las principales geoformas y su distribución espacial per-

mite evidenciar procesos morfodinámicos antiguos y recien-

tes para entender la dinámica hídrica y la identiﬁcación de

zonas propensas a inundación y desborde. En cuarto lugar

se ubica el uso de suelo debido a que los cambios de este

indicador afectan el régimen hidrológico de la microcuenca

y pueden impactar en la frecuencia o el tamaño de eventos

de inundaciones en áreas urbanas; y ﬁnalmente la litología,

puesto que en dependencia del tipo de roca y porosidad, pue-

de contribuir a la escorrentía o inﬁltración del agua, y desen-

cadenar otro tipo de amenaza, como los deslizamientos.

Para la determinación de la susceptibilidad a inundaciones

en la microcuenca ªLas Totorasº se asignaron pesos para ca-

da variable a partir de la comparación de pares para la identi-

ﬁcación de la importancia relativa, asignando valores de 1-4

usando la escala de Saaty, como se muestra en la Tabla 9.

Tabla 9: Asignación de pesos para determinar la importancia

relativa de cada variable para la susceptibilidad por inundación por

el método jerárquico de Saaty.

Pendiente Geomorfología Densidad

drenaje

Uso

suelo Litología Wi CI

Peso

LAM

DAJ

Pendiente 1 2 2 3 3 2,05 0,36 0,96

Densidad

drenaje 1/2 12 2 3 1,43 0,25 1,09

Geomorfología 1/2 1/2 12 2 1,00 0,18 1,06

Uso

suelo 1/3 1/2 1/2 12 0,70 0,12 1,05

Litología 1/3 1/3 1/2 1/2 10,50 0,09 0,95

Pi 2,67 4,33 6 8,5 11

Total 5,67 1 5,114

Los valores ponderados fueron analizados mediante la de-

terminación de la razón de constancia (Cr), el mismo que

consiste en la relación entre el cálculo de índice de constan-

cia y el índice de consistencia aleatorio. El resultado obteni-

do corresponde a 0,024, lo que indica la consistencia en la

asignación de valores para cada parámetro es aceptable.

A continuación, de la variable Intensidad de precipitación

como factor desencadenante, se obtuvieron los niveles de im-

portancia para cada uno de los rangos de intensidades me-

diante la matriz de Saaty, con la ﬁnalidad de generar un mo-

delo ráster de intensidades de precipitaciones, como se mues-

tra en la Tabla 10.

Tabla 10: Asignación de pesos para determinación de importancia

relativa para el factor desencadenante - intensidad máxima de

precipitación.

Rangos de intensidades

máximas de precipitación 2,90-2,92 2,87-2,90 2,85-287 2,82-2,85 2,79-2,82 Wi CI

Peso

LAM

DAJ

2,90-2,92 1 2 2 3 3 1,81 0,33 0,88

2,87-2,90 1/2 1 2 2 3 1,35 0,25 1,06

2,85-287 1/2 1/2 1 2 3 1,07 0,20 1,14

2,82-2,85 1/3 1/2 1/2 1 2 0,74 0,14 1,15

2,79-2,82 1/3 1/3 1/3 1/2 1 0,51 0,09 1,12

Pi 2,67 4,33 5,83 8,5 12

Total 5,49 1 5,36

De igual manera, los valores de ponderación fueron ana-

lizados mediante la determinación de la razón de constancia

(Cr), el cual corresponde a 0,07, lo que indica la consistencia

en la asignación de valores para cada parámetro es aceptable.

Posteriormente se tomó en consideración el factor desen-

cadenante (Intensidad de precipitaciones máximas) para la

generación de cartografía de amenazas por inundaciones en

la microcuenca ªLas Totorasº, como se muestra en la Ecua-

ción 4.

Amenaza In.=Ci(SuscepIn) +Ci(P)(4)

Dónde:

Ci= Ponderación obtenida a partir de la relación de facto-

res condicionantes y desencadenantes.

Suscep In = Susceptibilidad

P= Intensidad de precipitación máxima.

El mapa de amenaza por inundaciones fue obtenido a tra-

vés de dos modelos ráster: ráster de susceptibilidad por inun-

daciones (factores condicionantes) y ráster de intensidades

máximas en 24 horas de la zona (factor desencadenante), te-

niendo como resultado cinco clases de amenaza a inunda-

ción: muy bajo, bajo, medio, alto y muy alto.

Determinación de los elementos expuestos frente a

inundaciones en el barrio ªReina del Cisneº

Los elementos expuestos hacen referencia a la presencia

de personas, medios de subsistencia, servicios ambientales y

recursos económicos y sociales, bienes culturales e infraes-

tructura que por su exposición o ubicación geográﬁca pue-

den ser afectados por la manifestación de una amenaza (Ley

1523, 2012).

Se recopiló información de la zona de estudio que por su

exposición se encuentren en alto y muy alto nivel de amena-

za ante inundaciones, esto en base al criterio establecido el

SNGRE, el cual indica que los diagnósticos de vulnerabili-

dad o de exposición de infraestructuras vitales o esenciales

se centrará en aquellas que presenten un alto nivel de exposi-

ción. (SNGRE, 2019). Los datos levantados corresponden a

infraestructura educativa, residencial y económica, vías, agua

potable, alcantarillado pluvial y sanitario; y en cuanto a la

población expuesta se determinó el número de habitantes por

grupos especíﬁcos: hombres, mujeres, niños, personas con

discapacidad, adultos mayores y mujeres embarazadas, con

PROPUESTA DE MEDIDAS PREVENTIVAS ANTE INUNDACIONES MAZA et al.

el ﬁn de establecer los grupos poblacionales que necesiten

atención prioritaria/especial en caso de suscitarse un evento

como las inundaciones.

Propuesta de medidas preventivas a inundaciones en

el barrio Reina del Cisne, Parroquia Cariamanga,

Cantón Calvas

Una vez realizado el mapa de amenazas por inundación

y la determinación de los elementos expuestos en la micro-

cuenca "Las Totoras", se describen a continuación los proce-

dimientos seguidos para la propuesta de medidas preventivas

ante inundaciones para el caso de estudio: Barrio Reina del

Cisne.

Medidas preventivas no estructurales: Elaboración de

Plan Comunitario

Para cumplir con la propuesta de medidas preventivas no

estructurales se ha empleado como metodología la ªGuía

para la conformación de Comités Comunitarios de Gestión

de Riesgoº emitida por la Secretaría de Gestión de Riesgos

(SGR) mediante resolución N°SGR-116-2018, el mismo que

norma los lineamientos para la conformación del Comité Co-

munitario de Gestión de Riesgos (CCGR), el cuál fue indis-

pensable para la propuesta de implementación del Sistema de

Alerta Temprana (SAT).

El plan Comunitario de Gestión de Riesgos, como medida

preventiva, fue trabajado en la zona de estudio los días 26 de

noviembre del 2020 y 24-25 de junio del 2021, con los mora-

dores del barrio ªReina del Cisneº, en el cual se conformó el

Comités Comunitarios de Gestión de Riesgo (CCGR), con-

juntamente con la participación de funcionarios del Proyecto

de Gestión de Riesgos Sin Fronteras ± Gobierno Provincial

de Loja y Secretaría de Gestión de Riesgos, el mismo que,

una vez diseñado se encargará del correcto desenvolvimiento

de los habitantes de la comunidad en caso de presentarse un

evento peligroso.

Medidas preventivas estructurales: Propuesta de un

Sistema de Alerta Temprana (SAT)

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Cul-

tura, las Ciencias y la Educación (UNESCO), los SAT comu-

nitarios se utilizan en cuencas hidrográﬁcas medianas y pe-

queñas, los instrumentos utilizados son básicos y no requie-

ren de técnicos especializados, estos sistemas comunitarios

requieren que la población esté bien organizada, la participa-

ción es realizada de manera voluntaria (UNESCO, 2011).

Para el presente caso de estudio se planteó un sistema de

alerta temprana frente a inundaciones, para lo cual se dise-

ñó el plan operativo del SAT que consiste en los siguientes

pasos, como se muestra en la siguiente Figura 2.

Conocimiento del riesgo.

Deﬁnir el escenario: Como parte fundamental de la pro-

puesta se desarrollaron talleres de sensibilización a la po-

blación de la microcuenca ªLas Totorasº, con el objetivo de

promover conocimiento, generar capacidades y actitudes di-

rigidas a reducir los riesgos y actuar de manera adecuada y

oportuna en situaciones de emergencia, haciendo uso y pro-

Fig. 2: Flujograma de pasos seguidos para la propuesta del SAT

moción de los Sistemas de Alerta Temprana.

Plan de evacuación: Se estableció un protocolo de evacua-

ción de la comunidad, para lo cual se realizó un análisis de

las amenazas presentes en la localidad, se identiﬁcaron gru-

pos expuestos (niños, niñas, mujeres embarazadas, personas

con capacidades especiales y adultos mayores), puntos de

encuentro, alarmas comunitarias, zonas seguras y albergues

temporales, además se ubicó en la microcuenca ªLas Toto-

rasº la señalización de emergencia.

Capacitación: Para el proceso de capacitaciones se desa-

rrollaron talleres considerando las siguientes temáticas: As-

pectos básicos de la Gestión de Riesgos, herramientas de ges-

tión del Riesgo comunitario, temas de prevención y respues-

ta, y Sistemas de Alerta Temprana.

Seguimiento y monitoreo del evento peligroso.

Propuesta de estación hidrométrica: Comprende la deﬁni-

ción de equipos que se implementaran para el seguimiento y

monitoreo.

Monitoreo: Para el cumplimiento de esta fase, se proce-

dió a proponer la implementación del SAT para la quebrada

Las Totoras, la cual su ubicación e instrumentos utilizados se

deﬁnieron en la presente investigación.

Seguimiento: Como parte del proceso de seguimiento del

SAT, se establecieron equipos de trabajo de la siguiente ma-

nera: administradores del SAT, brigadas de emergencia y Co-

mité de Operaciones de Emergencia.

Difusión y comunicación de la alerta

Se desarrolló un protocolo de difusión y comunicación de

la alerta, la cual comprende: conocimiento de la alerta, alerta

a la comunidad y activación de la sirena comunitaria.

Capacidad de respuesta

Se desarrollaron protocolos a realizarse en caso de susci-

tarse un evento peligroso como las inundaciones.

RESULTADOS

La primera fase de la investigación, se centró en la zoni-

ﬁcación de la amenaza por inundaciones de la zona de estu-

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 78±89, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1842

dio, como resultado el mapa de peligrosidad por inundacio-

nes (Figura 3), el cual fue obtenido a través de dos mode-

los ráster: ráster de susceptibilidad por inundaciones (facto-

res condicionantes) y ráster de intensidades máximas en 24

horas de la zona (factor desencadenante).

Fig. 3: Depresión como rasgo por géneroMapa de peligrosidad por

inundaciones de la microcuenca ªLas Totorasº

A partir del análisis y procesamiento de los modelos ráster

para la determinación del nivel de amenaza por inundaciones

presente en la microcuenca ªLas Totorasº, y como se puede

evidenciar en la Tabla 11, se han obtenido los siguientes re-

sultados: Nivel de amenaza Muy bajo, Bajo, Medio, Alto y

Muy Alto, dentro de los cuales, los niveles de muy baja ame-

naza ocupan un área de 2,06 km2, representa un 21,42% del

total de la zona de estudio; el nivel de amenaza baja se en-

cuentra presente en 2,56 km2, representa el 26,67%. Por otro

lado, el nivel medio de amenaza por inundaciones abarca una

superﬁcie de 1,97 km2, representa el 20,45% del total de la

microcuenca. Finalmente, los niveles alto y muy alto ocupan

una superﬁcie de 2,50 km2 y 0,53 km2 respectivamente.

Tabla 11: Descripción de nivel de amenaza ante inundaciones en

la microcuenca "Las Totoras"

Nivel de amenaza Área (km2) Porcentaje

Muy Bajo 2,06 21,42

Bajo 2,56 26,67

Medio 1,97 20,45

Alto 2,50 26,01

Muy Alto 0,53 5,46

Total 9,61 100

Estos resultados demuestran el alto y muy alto nivel de

amenaza directa a la que se enfrentarían los pobladores del

barrio ªLa Fraguaº, y de manera indirecta a los demás mo-

radores de la parroquia Cariamanga en caso de suscitarse un

evento por inundaciones, como se puede ver en la Figura 4.

En la segunda fase de la investigación, se procedió a iden-

tiﬁcar los elementos expuestos a inundaciones, utilizando cri-

terios basados en la ubicación geográﬁca de dichos elemen-

tos en las zonas de alta y muy alta peligrosidad. Estas áreas

incluyen los barrios ªLa Fraguaº y ªReina del Cisneº, la ciu-

dadela ªAmazonasº y una parte de la zona central y sur de la

Fig. 4: Zonas con peligro a inundaciones de los barrios Reina del

Cisne y La Fragua

parroquia Cariamanga.

En infraestructura esencial, hace referencia a ediﬁcaciones

o servicios básicos que permitan el correcto desenvolvimien-

to y desarrollo de los habitantes de una comunidad, dentro de

este componente se analizó: alcantarillado pluvial, alcantari-

llado sanitario, agua potable, los mismos que se encontrarían

expuestos al suscitarse un evento peligroso como una inun-

dación, generando malestar en la comunidad.

A partir del mapa de amenaza se determinó que las zo-

nas de alta y muy alta peligrosidad por inundaciones po-

drían afectar a 3.497,59 m de tubería alcantarillado pluvial,

las mismas que en caso de existir desbordamientos podrían

afectar 3.497,59 m de tubería de agua potable de estas zo-

nas. Además, se verían afectados 3.237,73 m de tubería de

alcantarillado sanitario como se muestra en la Figura 5.

Las infraestructuras destinadas al comercio, educación y

residencia se verían afectadas, especialmente las que se en-

cuentran ubicadas en la calle 18 de noviembre; alterando

considerablemente el bienestar de los pobladores y sus me-

dios de subsistencia.

A través del trabajo realizado en campo, se pudo consta-

tar que cerca de 145 de 317 ediﬁcaciones tienen exposición

directa ante la amenaza por inundaciones, entre las cuales

se encuentran residencias, comercios, institución educativa

ªUnidad Educativa Cariamangaº y el ªSindicato de choferes

Calvasº. Adicionalmente, se pudo determinar que un número

signiﬁcativo de viviendas han sido deshabitadas, debido a los

daños y pérdidas que han ocasionado las inundaciones ocu-

rridas en el pasado. Por otro lado, no se han encontrado insti-

tuciones municipales ni gubernamentales que podrían verse

afectados. Sin embargo, se ha observado la presencia de cen-

tros de salud como el IESS Unidad de Atención Ambulatoria

Cariamanga y el Hospital del día ªTamayoº, los mismos que

se ubican en zonas de muy alta peligrosidad a inundaciones.

A continuación, en la Tabla 12 y Figura 6 se resume las

ediﬁcaciones expuestas a inundaciones de la zona de estudio:

Tabla 12: Ediﬁcaciones expuestas

Ediﬁcaciones Número

Unidades educativas 1

Comercial y Residencial 363

Producción (Agricultura) 11

Residencial (Viviendas) 825

Residencial y producción 46

Turístico y comercial 8

Total 1.254

PROPUESTA DE MEDIDAS PREVENTIVAS ANTE INUNDACIONES MAZA et al.

(a) Agua Potable

(b) Alcantarillado pluvial

Fig. 5: Tipos de alcantarillado posiblemente afectado

Fig. 6: Ediﬁcaciones expuestas

En cuanto a infraestructura vial, como se muestra en la Fi-

gura 7, demuestra que al producirse una inundación, las vías

mayormente afectadas serían la calle 18 de noviembre, Ge-

rónimo Carrión, Daniel Ojeda, Eloy Alfaro, calle José Ángel

Palacios y parte de la Av. Del ejército y Clotario Paz, abar-

cando 4.100,98 m de vías que posiblemente podrían verse

afectadas; ocasionando molestias a los moradores del barrio

citados en el apartado anterior y limitando el acceso a barrios

como ªReina del Cisneº.

Fig. 7: Infraestructura vial expuesta

La población expuesta en el barrio ªLa Fraguaº, ciudadela

ªAmazonasº y parte del centro de la parroquia Cariamanga,

cuenta con un aproximado de 823 personas (ver Tabla 13),

siendo estos las zonas de mayor afectación ante la amenaza

de inundaciones. Por otro lado, el barrio ªReina del Cisneº

cuenta con una población aproximada de 140 habitantes entre

hombres, mujeres, niños y adultos mayores con los cuales

se pretende incorporar medidas preventivas no estructurales

ante inundaciones.

Tabla 13: Grupos especíﬁcos en barrio "La Fragua", ciudadela

ªAmazonasº y parte del centro de Cariamanga

Grupos especíﬁcos N° habitantes

Hombres 272

Mujeres 257

Niños 176

Personas con discapacidad 24

Adulto Mayor 88

Mujeres embarazadas 6

Total 823

En la tercera fase, con la información de amenaza y ele-

mentos expuestos ante inundaciones, se realizaron las pro-

puestas de medidas preventivas a inundaciones, focalizándo-

se en las zonas de alta y muy alta amenaza, así como a los

elementos expuestos ante este fenómeno peligroso.

La propuesta de medidas preventivas se realizó en dos en-

foques, el primero que corresponde a medidas preventivas no

estructurales, las cuales se centran en la población y se orien-

tan en aumentar el conocimiento para reducir el riesgo y au-

mentar la resiliencia; y el segundo enfoque, que correspon-

den a medidas preventivas estructurales, que hace referencia

a la implementación de equipos, instrumentos o construcción

física para evitar los posibles impactos que generen las ame-

nazas.

En cuanto a las medidas preventivas no estructurales, se

diseñó y ejecutó el Plan comunitario de Gestión de Riesgos,

en el cual se desarrollaron actividades vinculadas con los po-

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 78±89, Enero±Junio 2023

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bladores de los barrios expuestos, quedando deﬁnido el plan

con el siguiente esquema:

1. Datos Generales

2. Organización del comité comunitario de gestión de ries-

gos

3. Componente de análisis del riesgo

a) Antecedentes de eventos

b) Identiﬁcación de la amenaza

c) Descripción de las vulnerabilidades

d) Identiﬁcación del riesgo

e) Diagnóstico de capacidades y/o conocimientos an-

cestrales de la comunidad

f) Identiﬁcación de recursos de la comunidad

4. Componente de reducción de riesgos

5. Componente de respuesta

a) Actividades de respuesta frente a la amenaza

b) Mecanismos de alarma para situaciones de emer-

gencia

c) Zona de seguridad/ evacuación

d) Personas que necesitan ayuda especial

e) Mapa de recursos

f) Registro de miembros de las brigadas

Este plan fue socializado con los moradores de la zona

de estudio, los cuales han participado de manera activa y su

seguimiento estará en manos de las instituciones pertinentes

(GAD Calvas y SGR), con el ﬁn de tener comunidades pre-

paradas ante inundaciones.

La propuesta de medida preventiva estructural, se la reali-

zó mediante el análisis de los eventos históricos de inunda-

ciones en la zona de estudio, considerado que este fenómeno

se ha desencadenado principalmente por las lluvias torren-

ciales, lo que genera un aumento signiﬁcativo del caudal de

la quebrada las Totoras y por ende su desbordamiento; es por

ello que la medida preventiva propuesta corresponde a una

estación hidrométrica, la cual está conformada por estructu-

ras que permite medir el aforo, a partir de escalas hidromé-

trica que registra el nivel (altura), del cuerpo de agua en todo

momento un punto ﬁjo.

Esta estación se propone sea ubicada en las coordenadas:

Este = 660512 m; Norte = 9520242 m, como se muestra en

la Figura 8. El sitio seleccionado para la ubicación del sis-

tema de monitoreo presenta una pendiente entre 15° y 35°.

Esta elección se basa en la consideración de que esta área

en particular, correspondiente al tramo natural de la quebra-

da "Las Totoras", y es representativa debido a la conﬂuencia

de las vaguadas, lo que genera un ﬂujo constante en condi-

ciones generales de la microcuenca. Además, existe buena

accesibilidad del lugar, lo que permitirá realizar el monitoreo

y seguimiento correspondiente.

La estación hidrométrica propuesta debe tener como míni-

mo los siguientes elementos:

Fig. 8: Propuesta de ubicación de Estación hidrométrica en

microcuenca "Las Totoras"

Estación de Monitoreo: Comprende una estación tipo

sensor de radar y sensor de lluvia, con sus respectivos com-

ponentes y accesorios: gabinete para equipos, panel de co-

nectores; registrador de datos; controlador de carga; panel

solar de 100W, batería seca; gabinete para almacenamiento

y revisión de cables; modem celular 4G; sensor de nivel tipo

radar; sensor de precipitación tipo balancín; torre de soporte,

brazo de soporte del radar fabricado de aluminio; sistema de

pararrayos y sistema de puesta a tierra de 5 ohm; sistema de

puesta a tierra; instalación y cerramiento.

Sistema de transmisión de datos: Comprende modem

celular 4G que envía las lecturas en el sensor hacia el softwa-

re de recepción, interpretación y emisión de alerta, se com-

plementa el sistema con el servicio de datos a través de una

operadora celular con cobertura en el área de implementa-

ción de la estación.

Centro de recepción de datos: En dicho centro se deberá

equipar con un servidor en el cual se encontrará instalado el

software para la recepción, interpretación y emisión de alerta

en función de los umbrales de alerta establecidos en el mode-

lamiento hidrológico, dicho servidor deberá contar conexión

permanente de internet a través del cual el software enviará

mensajes de texto a los administradores del sistema contem-

plados en el componente dos.

Mecanismos de activación de la alerta: Se deberá im-

plementar un sistema sonoro de aviso (sistema de alerta bono

100; autodiagnóstico on/off; módulo para conexión GSM; kit

de conexión por red celular para control de mensajes; unidad

de control; instalación de sirena de alerta).

Mecanismos de apoyo en campo: Se deberá contar con

dos radios, megáfonos, pitos entre otros, los cuales estarán

bajo responsabilidad de los miembros del Comité de Gestión

de Riesgos Comunitario.

DISCUSIÓN

Crear conciencia en materia de Gestión de Riesgos debería

ser de gran importancia entre las instituciones gubernamen-

tales, organismos de respuesta y comunidades, de este modo

los habitantes estarán preparados en caso de suscitarse even-

PROPUESTA DE MEDIDAS PREVENTIVAS ANTE INUNDACIONES MAZA et al.

tos peligrosos de origen geológico-hidrometeorológico y así

tener una comunidad preventiva y resiliente ante diferentes

amenazas.

Las inundaciones que históricamente han afectado al ba-

rrio Reina del Cisne de la parroquia Cariamanga, es un in-

dicio para que la comunidad técnica y cientíﬁca centre sus

esfuerzos en aplicar el conocimiento y la técnica desde la in-

geniería para prevenir el riesgo que afectan tanto social como

económicamente esta parroquia.

La presente investigación inició a partir de información

preliminar y de la generación cartografía temática como ba-

se técnica para la ubicación de las medidas preventivas ante

inundaciones dentro de la microcuenca ªLas Totorasº.

La determinación de la amenaza ante inundaciones fue

mediante la asignación de ponderaciones de acuerdo al ni-

vel de importancia para cada una de las variables: Pendiente,

Densidad de drenaje, Geomorfología, Uso de Suelo, Litolo-

gía, Intensidad máxima de precipitaciones; y para cada uno

de los parámetros de dichas variables. Este procedimiento

fue posible mediante el análisis multicriterio desarrollado por

Saaty, en donde los resultados obtenidos han sido consisten-

tes tanto para los niveles de susceptibilidad y amenaza.

De acuerdo a la información presentada por DesInventar

durante los años 2012 hasta 2017, describen que han ocu-

rrido eventos peligrosos como inundaciones en la parroquia

Cariamanga en sectores como: barrio ªLa Mercedº, barrio

ªLa Fraguaº, en el barrio ªEl Doradoº, ciudadela ªAmazo-

nasº y sectores céntricos de la parroquia Cariamanga. Entre

los eventos peligrosos más importantes ocurridos en la zona

de estudio, tenemos el ocurrido el 21 de enero del 2012 en

el Convento ubicado en el barrio ªLa Mercedº, debido a las

intensas precipitaciones se produjo el colapso del sistema de

alcantarillado provocando inundaciones y generando moles-

tias a los habitantes del sector; el 04 de enero del 2012 se

produjo una inundación en el barrio ªLa Fraguaº debido al

colapso del sistema de alcantarillado ocasionando afectacio-

nes en dos viviendas y directamente sobre cinco habitantes.

Asimismo, se registraron inundaciones debido a las intensas

precipitaciones con una duración aproximada de una hora el

26 de marzo del 2013 en sectores céntricos de la parroquia

Cariamanga, afectando a una vivienda y seis personas. El 04

de marzo del 2016 se produjeron inundaciones en el barrio

ªEl Doradoº afectando directamente a ocho personas y oca-

sionando daños en dos viviendas. Finalmente, el 24 de marzo

del 2017, se presentaron inundaciones en varios sectores de

la parroquia, como en la ciudadela ªAmazonasº y barrio ªLa

Fraguaº, destruyendo seis viviendas y afectando a otras 54

casas, además de presentarse daños en 5 m de vías y de dejar

damniﬁcadas a 24 personas; 237 habitantes afectados y 76

evacuados.

Las zonas de alta y muy alta peligrosidad identiﬁcados en

el mapa de amenaza por inundaciones, coinciden con los sec-

tores en donde se han producido inundaciones de acuerdo a

los datos de antecedentes históricos presentados por DesIn-

ventar, por lo cual se demuestra que el geoprocesamiento y

la correlación de cada uno de los factores condicionantes y

desencadenantes fueron desarrollados con una eﬁcacia del

100%. Cabe mencionar que no existen investigaciones pre-

vias sobre amenaza a inundaciones en la microcuenca ªLas

Totorasº, por tal motivo, no se pudo realizar la correlación de

los resultados obtenidos en la presente investigación con los

datos de otros estudios realizados.

En referencia a otros estudios de amenaza implementados

a nivel local y nacional, es importante mencionar que en su

mayoría ha sido desarrollados a escalas pequeña, donde los

datos no ayudan a la identiﬁcación de elementos expuestos,

así como al diseño de medidas de prevención ante inundacio-

nes. Un ejemplo donde pudiera aplicarse este tipo de meto-

dologías es en todas las cuencas y microcuencas que gene-

ran inundaciones en temporada lluviosa por desbordamiento

de ríos y quebradas, como el caso ocurrido el viernes 17 de

marzo de 2023, por causas de las lluvias se produjo el des-

bordamiento del río Quindigua provocando inundaciones en

viviendas y la afectación del puente en el Deseo en los can-

tones de la Mana y Pangua de la provincia de Cotopaxi, en la

cual el 20 de marzo de 2023 se declaró en estado de emergen-

cia para realizar acciones inmediatas que se requieran para

proteger a la ciudadanía y afrontar cualquier situación nega-

tiva que se pudiera generar por la situación de emergencia

por inundaciones (SGR, 2023).

A nivel regional, la metodología propuesta ha sido desa-

rrollada para evaluar peligrosidad y riesgo por inundacio-

nes en el río Pichari en la provincia La Convención ± Cusco

(2020), en cuyos resultados muestra una certeza del 98% en

referencia al análisis de inundaciones pasadas en este sitio,

determinando así que esta metodología pudiese ser aplica-

ble para la zoniﬁcación de amenazas, y aportar como herra-

mienta para la toma de decisiones en temas relacionados a la

gestión de riesgos y planiﬁcación territorial.

Posterior a la identiﬁcación de la amenaza y los elementos

expuestos, como base técnica para la propuesta de implemen-

tación de un sistema de alerta temprana, se determinó que el

lugar idóneo para establecer las medidas preventivas estruc-

turales y no estructurales fue en el barrio ªReina del Cisneº,

en él se llevó a cabo la conformación del Comité Comunita-

rio de Gestión de Riesgos y el Plan Comunitario de Gestión

de Riesgos gracias a la organización de los habitantes. Fina-

lizada la etapa de la elaboración del plan comunitario de GR

fue realizada la propuesta para la implementación de un sis-

tema de alerta temprana ante inundaciones, para la cual ha

sido pertinente estructurarla de la siguiente manera: Como

primer punto se encuentra el conocimiento del riesgo, abar-

cando temas de capacitación, planes de evacuación, gestión y

articulación con entidades cantonales; como siguiente punto

contempla temas de seguimiento (administradores del SAT,

brigadas de emergencia, comités de operaciones de emer-

gencia) y monitoreo (estación hidrométrica); seguidamente,

se abordaron temas de difusión y comunicación, ﬁnalizan-

do con la capacidad de respuesta por parte del comité, COE

cantonal y la propuesta de un simulacro.

Las medidas preventivas estructurales (estación hidromé-

trica y equipos necesarios para su monitoreo) fueron presu-

puestados en 25.525,44 dólares, gasto que sería cubierto por

las entidades competentes. La propuesta del sistema de aler-

ta temprana desarrollada en la presente investigación cuenta

con lo siguiente:

Plan comunitario de Gestión de Riesgos

Administradores del SAT (GAD Calvas y Comité co-

munitario de Gestión de Riesgos)

Mapa de recursos

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 78±89, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1842

Protocolos de alerta y activación de los equipos de tra-

bajo

Conocimiento del riesgo y capacidad de respuesta de la

población e instituciones vinculantes.

CONCLUSIONES

El mapa de amenaza por inundaciones fue la base técnica

que permitió identiﬁcar las zonas con muy alta y alta peli-

grosidad, en donde se determinaron los elementos expuestos

y posteriormente se desarrolló la propuesta de implementa-

ción de medidas preventivas ante inundaciones, en una zona

idónea para la implementación, monitoreo y seguimiento del

SAT.

Los elementos expuestos en las zonas de alta y muy alta

peligrosidad, que corresponden a infraestructuras esenciales

como: unidades educativas, zonas residenciales, de comercio

y zonas de producción; además de servicios básicos como el

agua potable, alcantarillado pluvial y sanitario; Así mismo se

determinó el número de habitantes de los barrios ªLa Faguaº,

ciudadela ªAmazonasº y parte del centro de la parroquia Ca-

riamanga que se encontrarían expuestos a inundaciones. Por

otro lado, el reconocimiento de los diferentes elementos ex-

puestos ayudará a la determinación de vulnerabilidades en

futuros estudios.

La propuesta de medidas preventivas estructurales en la

quebrada ªLas Totorasº, fue compartida y socializada con

funcionarios del GAD de Cariamanga, Cuerpo de Bomberos

de Cariamanga y SGR, además de los habitantes del barrio

ªReina del Cisneº, los mismos que se gestionarán su adquisi-

ción y se encargarán del seguimiento y monitoreo de la esta-

ción hidrométrica, cumpliendo así la función más importan-

te, la cual será alertar a los moradores del barrio ªLa Fraguaº,

ciudadela ªAmazonasº y demás entidades pertinentes en ca-

so de existir un aumento de los niveles de la quebrada ªLas

Totorasº, con ello reducir daños y evitar eventos catastróﬁcos

como personas damniﬁcadas o fallecidos.

AGRADECIMIENTOS

Proyecto Gestión de Riesgos sin Fronteras. Departamento

de Planiﬁcación Territorial del Consejo Provincial de Loja.

Coordinación zonal 7, Secretaría de Gestión de Riesgos.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: MCJ y OTM; metodología: MCJ y

OTM; análisis formal: CGH y PJS; investigación: MCJ y

OTM; recursos: MCJ, OTM, CGH y PJS; curación de datos:

MCJ y OTM; redacción Ð preparación del borrador original:

OTM; redacción Ð revisión y edición: OTM, CGH y PJS;

visualización: OTM, CGH y PJS; supervisión: OTM, CGH

y PJS; administración de proyecto: OTM. Todos los autores

han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Jessica Maza - Collaguazo: MCJ. Maritza Ochoa - Tapia:

OTM. Hernán Castillo - García: CGH. Jimmy Stalin Paladi-

nes: PJS

FINANCIAMIENTO

El presente estudio fue ﬁnanciado por fondos propios.

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DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1814

Sistema avanzado de asistencia al conductor para la detección de distracción

y somnolencia utilizando puntos de referencia faciales

Advanced driver assistance system for distraction and drowsiness detection using

facial landmarks

Luis Darío Sinche Cueva 1,*

1Carrera de Computación,Facultad de Energía, las Industrias y los Recursos Naturales No Renovables, Universidad Nacional de Loja,

Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: luis.d.sinche@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 15/03/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 30/04/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEn este artículo se presenta el desarrollo de un sistema avanzado de asistencia al conductor para la detección de somnolencia

y distracción en tiempo real como una solución ante los accidentes de tránsito utilizando visión artiﬁcial. Inicialmente se aborda la proble-

mática sobre los accidentes de tránsito en Ecuador en 2021, para luego deﬁnir la distracción y la somnolencia y sus diferentes clases. En un

siguiente punto, se presentan los trabajos de investigación más sobresalientes relacionados con la detección de somnolencia y distracción

con los tipos de detección utilizados. Luego, se da a conocer las metodologías aplicadas en esta investigación, para la revisión de literatura

se utilizó la metodología para la revisión sistemática de la literatura aplicada a la ingeniería y la educación y para la implementación del

proyecto la metodología SCRUM. Para la detección de somnolencia y distracción se la realiza mediante puntos de referencia faciales; en

cuanto a la somnolencia se utiliza la relación de aspecto del ojo EAR y como un aporte nuevo en la detección de distracción se aplica una

diferencia de distancias horizontales.

Palabras claveÐPuntos de referencia faciales, Detección de somnolencia, Detección de distracción, Visión por computadora.

AbstractÐThe following article presents the development of an advanced driver assistance system for detection of drowsiness and dis-

traction in real time. This is a solution to trafﬁc accidents using artiﬁcial vision. A discussion of the problem of trafﬁc accidents in Ecuador

in 2021 is initially offered, followed by a discussion of the different classes of distractions and drowsiness. In a next point, the most outstan-

ding research works related to drowsiness and distraction are presented with the types of detection used. Then, the methodologies applied in

this research are disclosed. For the literature review the Methodology for systematic literature review applied to engineering and education

was employed and for the implementation of the project the SCRUM methodology. For the detection of drowsiness and distraction, it is

carried out by facial reference points; Regarding drowsiness, the aspect ratio of the EAR eye is used and, as an innovative contribution in

the detection of distraction, a difference in horizontal distances is incorporated.

KeywordsÐFacial landmark, Drowsiness detection, Distraction detection, Computer vision.

INTRODUCCIÓN

La Organización Mundial de la Salud (OMS), estima

que, debido a los accidentes de tránsito, a nivel mun-

dial, 1.35 millones de personas fallecen por año. Esto conlle-

va a que los accidentes de tránsito sean un problema de salud,

que se intenta resolver a nivel mundial, incluyendo metas en

los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) (WHO, 2018).

En Ecuador, en el año 2021, debido a los accidentes de trán-

sito, 17.532 personas resultaron heridas, mientras que 2.131

fallecieron.

Es así que una de las soluciones desarrolladas y en creci-

miento, son los Sistemas Avanzados de Asistencia al Con-

ductor (ADAS), con el objetivo de construir vehículos y ca-

rreteras más seguras, para los conductores y peatones. Es-

te tipo de sistemas trabaja con un conjunto de sensores que

reciben información en tiempo real, de la conducción y el

ambiente externo donde se moviliza, y dan como respues-

ta advertencias al conductor o actúan directamente sobre los

sistemas de control del vehículo (Zhao, 2015).

Antecedentes

En Ecuador, en el año 2021, existieron 21.352 siniestros de

tránsito, dejando 17.532 personas lesionadas y 2.131 perso-

nas fallecidas, según datos de la agencia nacional de tránsito

(Agencia Nacional de Tránsito del Ecuador ANT, 2023).

El sistema que se presenta en este estudio, tiene como ob-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 90

SISTEMA AVANZADO DE ASISTENCIA AL CONDUCTOR PARA LA DETECCIÓN DE DISTRACCIÓN SINCHE CUEVA

jetivo disminuir los accidentes de tránsito, por lo cual, se eva-

lúa los accidentes de tránsito ocasionados por somnolencia y

distracción. La somnolencia es una de las causas que provo-

can los siniestros de tránsito, pero, no es la razón principal,

como algunos investigadores lo mencionan, al menos no en

Ecuador. De los 21.352 siniestros de tránsito provocados en

el año 2021 en Ecuador, el conducir desatento a las condi-

ciones de tránsito (celular, pantallas de video, comida, ma-

quillaje o cualquier otro elemento distractor), produjo 5.640

siniestros de tránsito, es decir, el 26% de los siniestros. Esta

es la causa con mayor porcentaje de ocurrencia. El conducir

en estado de somnolencia o malas condiciones físicas (sueño,

cansancio y fatiga), produjo 128 siniestros, en el mimo año.

El conducir bajo la inﬂuencia de alcohol, sustancias estupe-

facientes o psicotrópicas y/o medicamentos, produjo 1.656

siniestros; esta última causa se la tomará como parte de la

detección de somnolencia, ya que el consumo de estas sus-

tancias produce somnolencia al conductor, llevando así a un

posible accidente de tránsito (Agencia Nacional de Tránsi-

to del Ecuador ANT, 2023).

Distracción

La Administración Nacional de Seguridad del Tráﬁco en

las Carreteras de los Estados Unidos, categoriza a la distrac-

ción en los siguientes grupos: distracción manual, distracción

visual, cognitiva, auditiva, olfativa y gustativa (Regan et al.,

2008). A continuación, se describe cada uno de los tipos de

distracciones:

Distracción manual: Esta distracción es la más común

entre los conductores, ya que la persona quita las ma-

nos del volante por un determinado tiempo para realizar

una tarea distinta a la conducción segura. Se asocia con

la postura del conductor cuando: interactúa con los pa-

sajeros, manipula los sistemas de audio o navegación

del tablero del vehículo, movimientos bruscos para aga-

rrar objetos, beber, comer, arreglarse, maquillarse, entre

otras actividades (Abouelnaga et al., 2017).

Distracción visual: este tipo de distracción desvía la

atención visual de conductor. Entre estas distracciones

se encuentra la somnolencia y miradas involuntarias

fuera de la carretera por eventos llamativos al exterior,

como, por ejemplo, el desvío ocular hacía el celular

cuando suena por una llamada o un mensaje de texto

(Fernández et al., 2016).

Distracción Cognitiva: este tipo de distracción ocurre

cuando el conductor piensa en algo diferente mientras

conduce (Maralappanavar et al., 2016). El conductor

puede tener sus ojos abiertos en dirección a la carretera,

pero su mente se encuentra distraída, esto hace que este

tipo de distracción sea la más peligrosa, ya que no hay

indicadores que maniﬁeste el conductor que se pueda

medir para detectar la distracción (Azman et al., 2012).

Distracción auditiva: es debida a la atención que el con-

ductor aposta a el sonido que llama su atención. La más

común, hablar por celular mientras se conduce (Regan

et al., 2008).

Distracción olfativa: cuando un olor desagradable mo-

lesta al conductor, quitando su atención a una conduc-

ción segura (Regan et al., 2008).

Distracción gustativa: esta se puede presentar después

de una distracción manual, cuando el conductor consu-

me alimentos, y mientras realiza esta actividad, de su

alimento puede surgir un sabor amargo o picante. El

conductor centrará su atención en resolver este inconve-

niente de su alimentación, perdiendo la concentración

en una conducción segura (Regan et al., 2008).

Somnolencia

La somnolencia es la tendencia de una persona a quedarse

dormida. La somnolencia se ha convertido en un problema

dentro de la salud laboral, por lo que aumentan los estudios

de esta sobre pilotos de aviación, conductores de vehículos o

médicos. Aunque la somnolencia puede ser debida a diversas

razones, se ha divido en dos clases principales: la somnolen-

cia patológica y la somnolencia normal (Rosales Mayor y

Rey De Castro Mujica, 2010).

Somnolencia normal: tiene como causa más común la

privación del sueño, y es resultado del ritmo circadiano,

especíﬁcamente, como dormir por la noche y estar des-

pierto durante el día.

Somnolencia patológica: en este tipo de somnolencia se

encuentra el Síndrome de Apnea-Hipopnea del Sueño

SAHS, disritmia circadiana, medicación, entre otras

Trabajos Relacionados

En la literatura, se encontró investigaciones relacionados

con la detección de distracción, detección de somnolencia,

y detección de somnolencia y distracción. Dentro de las in-

vestigaciones más citadas, en la detección de somnolencia,

se encuentra Reddy et al. (2017), con su trabajo Real-time

Driver Drowsiness Detection for Embedded System Using

Model Compression of Deep Neural Networks. Aquí se pre-

senta un enfoque de aprendizaje profundo basado en visión

por computadora para detectar la somnolencia de un conduc-

tor. El estudio divide a su arquitectura en 2 partes, la primera

es la detección y alienación del rostro y la segunda parte es

el modelo de detección de somnolencia. Para la detección y

alineación del rostro, utiliza las redes convolucionales en cas-

cada de tarea múltiples por su rápida y precisa detección de

rostro. El modelo alcanza una validación del 94,8 por ciento.

De la misma manera, la investigación más citada en cuanto

a la detección de distracción, tenemos a Murphy-Chutorian y

Trivedi (2010), esta investigación calcula la estimación ini-

cial de la posición y orientación de la cabeza del conductor.

Su trabajo comienza con detectores de rostro AdaBoost en

cascada, histogramas LGO y regresores de vectores de so-

porte (SVR). Rastrea la cabeza del conductor en seis grados

de libertad, utilizando una cámara que funciona a 30 fotogra-

mas por segundo (fps). Además de esto presentan un algorit-

mo para el seguimiento visual en 3D.

En la investigación de Nambi et al. (2018), presentan

Demo: HAMS: Driver and Driving Monitoring using a

Smartphone, HAMS (Harnessing Auto-Mobiles for Safety),

la cual, expone un sistema basado en teléfonos inteligentes

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para el monitoreo del conductor y su conducción, con el obje-

tivo de cumplir la misma funcionalidad de un sistema ADAS,

pero a un bajo costo. Este proyecto comienza con la extrac-

ción de imágenes a través de un teléfono celular inteligente,

el cual, extrae imágenes tanto de la cámara frontal para el

conductor, como de la cámara trasera para la carretera. Con

la cámara frontal se realiza la detección del rostro con los

puntos de referencia faciales y localiza los puntos caracterís-

ticos. En los ojos se mide el cierre de los mismos, utilizando

la métrica de la relación de aspecto del ojo EAR y se cuanti-

ﬁca su extensión de cierre con la métrica de PERCLOS. En

la boca, la somnolencia se determina cuando la persona bos-

teza, y para detectar el bostezo se realiza con la métrica de

la relación de aspecto de la boca MAR. Con la cámara trase-

ra, el sistema detecta y delimita en un cuadro a los vehículos

que se encuentran frente a él, e identiﬁca la clase de vehículo,

con esta información estima la distancia a los otros vehícu-

los, también identiﬁca el carril en el que se ubica el vehículo,

para lograrlo entrena el sistema con una base de datos ex-

tensa y enfoques de aprendizaje. Los autores concluyen que

su sistema funciona en carreteras bien señalizadas, como en

carreteas urbanas sin marcar.

En Ahmed et al. (2015), se detecta la somnolencia de una

persona mediante el comportamiento ocular. La toma de ima-

gen se la realiza mediante una cámara pequeña y con el foto-

grama capturado se convierte de imagen en RGB a imagen en

escala de grises. El siguiente proceso es aplicar la ecualiza-

ción del histograma de la imagen y eliminar el ruido binario.

Ya con la imagen procesada, detecta el rostro con el algo-

ritmo de Haar Cascade y selecciona la región de interés, es

decir, el ancho y alto de la pupila. Con la ubicación de los

ojos procede a determinar si los ojos están cerrados o abier-

tos. Para determinar si el ojo está abierto o cerrado utiliza el

reﬂejo de la retina para descubrir los ojos en el rostro, es-

te proceso lo repite con cada fotograma obtenido del vídeo.

Si el sistema encuentra cerrados los ojos del conductor por

cinco cuadros consecutivos, asume que el conductor se está

quedando dormido y se emite una señal de advertencia. El

programa se desarrollada en C++ y utiliza bibliotecas de vi-

sión por computadora de OpenCV. El estudio demuestra que

el programa presenta diﬁcultades al detectar los ojos de una

persona con gafas.

En Hossain y George (2018), IOT based Real-time Drowsy

Driving Detection System for the Prevention of Road Acci-

dents, el sistema realiza la detección de somnolencia del con-

ductor mediante la detección del rostro. La detección es pre-

viamente entrenada por un conjunto de datos 300-VW, lue-

go se detecta los puntos de referencia faciales utilizando un

clasiﬁcador Haar Casacade. Si el sistema detecta que en el

conductor existe somnolencia, emitirá una alerta tratando de

despertar al conductor. Si el conductor tiene a quedarse dor-

mido más de tres veces, se envía una notiﬁcación por correo

electrónico al propietario del vehículo, esto en caso de que el

vehículo sea de una compañía de alquiler de vehículos.

En Junaedi y Akbar (2018), realizan la detección de som-

nolencia mediante visión por computadora. Primero realiza

la detección de la cara y los ojos en cada cuadro con el al-

goritmo de Viola y Jones. Con los ojos detectados, se calcula

PERCLOS con las regiones del iris de ambos ojos. Para la

extracción de la región del iris, utiliza la transformación cir-

cular de Hough para asilarlo y luego detecta los límites del

iris con el método de detección de bordes Sobel, según los

autores, este método es el mejor para esta tarea.

MATERIALES Y MÉTODOS

El desarrollo de esta investigación comienza con la revi-

sión de la literatura sobre las investigaciones relacionadas

con la detección de somnolencia y distracción. Para iniciar

con la revisión de la literatura se implementa la metodolo-

gía propuesta por Torres-Carrión et al. (2018), en su trabajo

denominado ªMethodology for systematic literature review

applied to engineering and educationº, en donde se presenta

un método para la revisión sistemática de la literatura cientí-

ﬁca.

Para el desarrollo del proyecto, se extrae de la revisión sis-

temática de literatura, las técnicas existentes de detección de

somnolencia y distracción de conductores de vehículos. A

partir del análisis, se experimenta de forma iterativa las técni-

cas más relevantes para evaluar su rendimiento. En este punto

se logra determinar técnicas de detección de somnolencia y

distracción del conductor que se desarrollaran en el mismo

código. Debido a la iteración e incremento en la gestión del

proyecto se implementa la metodología scrum.

Para desarrollar la solución se presenta un sistema confor-

mado por 4 etapas. Estas 4 etapas están constituidas por: la

detección de rostro, la detección de ojos, la detección de dis-

tracción y somnolencia y ﬁnalmente por la activación de la

alarma (Figura 1).

Fig. 1: Arquitectura de la solución planteada.

El sistema contempla una cámara instalada en la parte su-

perior del tablero, detrás del volante, la cual captura en vídeo

la imagen del conductor en tiempo real y este será enviado

al sistema para que cada fotograma sea procesado. En cada

fotograma, se detectará el rostro, si lo detecta, determinará si

existe o no somnolencia o distracción en el conductor, de ser

así, se emitirá una alerta al conductor.

Detección de rostro y ojos

Con los datos obtenidos de la revisión de la literatura, se

evaluó dos algoritmos: algoritmo de Viola y Jones y el algo-

ritmo de Puntos de referencia faciales.

El algoritmo de Viola y Jones, aunque en muchas inves-

tigaciones este algoritmo ha dado buenos resultados, tiende

a tener diﬁcultades al detectar el rostro de una persona que

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no se encuentra dentro de los rangos permitidos en la etapa

de entrenamiento, como los giros laterales, giros hacia arriba

o hacia abajo. No ocurre lo mismo con los puntos de refe-

rencia faciales, ya que este algoritmo es fuerte frente a estos

inconvenientes (Cueva y Cordero, 2020).

El algoritmo de puntos de referencia faciales, se basa en la

extracción de 68 puntos característicos del rostro, mediante

un sistema pre entrenado para estimar la ubicación de los

puntos faciales (Figura 2.

Fig. 2: Puntos de referencia faciales (Group, 2023).

Con la detección del rostro y la extracción de los puntos de

referencia faciales logrados, el siguiente paso en esta inves-

tigación, es la detección de puntos de referencia únicamente

de los ojos. Cada ojo está representado por 6 coordenadas

(x, y), comenzando en la esquina izquierda del ojo, y luego

trabajando en sentido horario alrededor del resto de la región

(Soukupova y Cech, 2016), ver Figura 3.

Fig. 3: Puntos de referencia del ojo.

Detección de somnolencia

Con los puntos de referencia de los ojos extraídos, se co-

mienza a determinar la manera de detectar la somnolencia en

una persona. En Soukupova y Cech (2016), su trabajo, Real-

Time Eye Blink Detection using Facial Landmarks, presenta

un algoritmo que detecta en tiempo real, el parpadeo de una

persona. De su investigación, se toma un punto clave, una

cantidad escalar única, la Relación de Aspecto del Ojo EAR

(eye aspect ratio). Esta medida caracteriza el nivel de la aper-

tura del ojo en cada fotograma en tiempo real.

De la relación entre el ancho y el alto de las coordenadas

de los ojos, se deriva la ecuación de la relación de aspecto

del ojo EAR, ver 1 y Figura 3.

EAR =∥p2−p6∥+∥p3−p5∥

2∥p1−p4∥(1)

Aplicando la ecuación 1 al algoritmo para obtener el EAR,

dio como resultado que mientras se mantenía los ojos abier-

tos el EAR tenía un valor de 0,34, mientras que si los ojos se

cerraban el valor de EAR bajaba a un valor de 0,13 (Figura

4). Con estos dos datos podemos determinar un umbral que

permita determinar si la persona esta somnolienta o no.

Fig. 4: Calculando el valor Relación de Aspecto del Ojo, EAR.

Detección de distracción

Esta investigación brinda un aporte muy importante, en lo

que se reﬁere a la distracción de un conductor, ya que no se

plantea ninguna técnica propuesta en la literatura, sino, se

presenta una técnica simple pero efectiva.

Si obtenemos la distancia horizontal de los puntos P1 y

P4, referentes a la Figura 3, de cada ojo, obtendremos dos

distancias horizontales que serán casi iguales. En la Figura

5, se puede observar que la distancia horizontal de cada ojo,

son muy parecidas. Estas distancias deberían ser iguales, ya

que nuestros ojos son simétricos, pero diﬁeren en un valor

mínimo, posiblemente a la inclinación o posición lateral mí-

nima entre la cámara y el rostro.

Fig. 5: Distancia horizontal entre los puntos de referencia de cada

ojo.

Si la persona gira la cabeza levemente, la distancia hori-

zontal entre estos puntos cambia. En la Figura 6, se puede

ver que la distancia horizontal del ojo derecho toma un valor

de 21, mientras que la distancia horizontal del ojo izquierdo

toma un valor de 31. Luego de varias pruebas se pudo de-

terminar lo siguiente: con los giros laterales de la cabeza, la

distancia horizontal de los ojos varía, y si la diferencia entre

estas dos distancias supera el valor de 4, se determina que la

persona esta distraída. Esto lo representamos en 2:

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Distraccion =|P1−P4|derecho −|P1−P4|izquierdo

Distraccion ≥4→Conductor distraido (2)

Fig. 6: Distancia horizontal entre los puntos de referencia de cada

ojo con un movimiento lateral del rostro.

Evaluación de algoritmos

En toda la investigación los algoritmos fueron implemen-

tados y evaluados en Python 3.6, para ello fue necesario im-

plementar varias bibliotecas como OpenCV e Imutils. Ade-

más, para la edición del código se utilizó Visual Studio Code.

El sistema fue puesto a prueba desde una laptop Asus i7,

dando respuestas sin retrasos en la detección de somnolencia

y distracción. La webcam utilizada en el tablero del vehículo

fue una Logitech de 21 fps.

RESULTADOS

Para evaluar el algoritmo implementado, se toma 6 vídeos

grabados en diferentes tiempos y ambientes, mientras se con-

duce el vehículo y cada vídeo tiene una duración de 10 minu-

tos, en total se obtiene 60 minutos de conducción. Se registra

los 3 eventos que detecta el sistema: somnolencia, distrac-

ción y ausente, y, se determina dos parámetros para evaluar

el sistema: acierto y falla.

Si el sistema detecta la actividad que muestra el conductor

en ese momento se la reconoce como acierto, y si el sistema

detecta una actividad que no corresponde a lo que muestra el

conductor se la reconoce como falla. Durante los 60 minutos

de conducción se obtuvo el 87 por ciento de aciertos y 13 por

ciento de falla.

Cuando la persona gira la cabeza y el sistema puede detec-

tar parte del rostro, se toma como distracción, mientras que,

si se tiene un giro mayor de la cabeza, de tal forma que no

se pueda detectar el rostro, el sistema lo toma como ausencia

del conductor. En cuanto a la somnolencia del conductor, se

tiene una actividad llamada cabeceo, este cabeceo es mínimo

al inicio de la somnolencia por lo que el sistema detecta los

ojos que están cerrados y puede tomarlo como somnolencia.

Si existe un cabeceo a tal punto que el conductor mantenga la

cabeza hacia abajo por un tiempo igual o mayor al segundo

y medio se tomará como ausencia del conductor para emitir

la alerta.

El tiempo de detección del rostro y ojos para evaluar el

EAR y la fórmula de distracción son inmediatos, es imper-

ceptible al ojo humano. El tiempo para emitir la alarma de

somnolencia estimada en un segundo y medio, mientras que

el tiempo para emitir la alarma de distracción fue mayor, de-

bido a que el conductor debe mirar los retrovisores en cierto

tiempo mientras conduce, por lo que fue estimado un tiempo

de 2 segundos.

En la Figura 7 se observa la detección de somnolencia del

conductor en tiempo real, mientras conduce por las calles. El

valor de EAR para determinar si se encuentra somnoliento,

fue menor a 0.23.

Fig. 7: Detección de somnoliencia en conducción.

En la Figura 8, se observa la detección de distracción del

conductor, al distraerse por el manejo de la pantalla táctil del

automóvil. En este caso se utiliza (2), para determinar que

la diferencia de las distancias horizontales del ojo izquierdo

DistI con el ojo derecho DistD, es mayor a 4, por lo tanto, el

conductor está distraído.

Fig. 8: Deteción de distracción en conducción.

En la Figura 9, se observa que se activa la detección de

distracción del conductor, por el uso del celular. Al igual que

en el caso anterior se utiliza (2), y determinar que la dife-

rencia de las distancias horizontales de los ojos es igual a 4,

determinando así la distracción de la persona.

En la Figura 10, se observa una nueva alerta. En este caso

no es detección de somnolencia ni distracción, sino, que el

sistema alerta al conductor, ya que este, a salido del cuadro

de detección que evalúa los puntos de referencia faciales.

CONCLUSIONES

La investigación en las metodologías de detección de som-

nolencia y distracción, determina que la implementación del

método de visión por computadora es el más óptimo por su

no intromisión, su buena precisión, su bajo costo al poner en

marcha y su respuesta en tiempo real.

SISTEMA AVANZADO DE ASISTENCIA AL CONDUCTOR PARA LA DETECCIÓN DE DISTRACCIÓN SINCHE CUEVA

Fig. 9: Deteción de distracción en conducción.

Fig. 10: Deteción de distracción en conducción.

Con la aplicación de las técnicas de detección, basadas en

visión por computadora, es posible concluir que el algorit-

mo de Viola y Jones y el algoritmo de puntos de referencia

faciales detectan el rostro de la persona, pero el algoritmo

de Viola y Jones al tener diﬁcultades de detección del rostro

fuera de los rangos permitidos en las etapas de entrenamien-

to, es descartado, por lo tanto, el algoritmo que demuestra un

buen desempeño en la pruebas para la detección de rostro y

ojos, es el algoritmo de puntos de referencia faciales.

Mediante la investigación se implementa un sistema que

detecta la somnolencia y distracción del conductor utilizan-

do puntos de referencia faciales que incide positivamente en

la reducción de accidentes de tránsito por su rápido tiempo

de respuesta, sin ningún tipo de retraso. El sistema detecta la

somnolencia y distracción del conductor con una alta preci-

sión, y es ﬂexible a la postura y movimientos de la cabeza

del conductor, a los distintos rasgos físicos de la persona, a

el uso de lentes claros y a la conducción en diferentes tipos

de carreteras.

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DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1840

Puriﬁcador de aire para interiores, basado en radiación UV-C, como

herramienta para prevenir el SARS-CoV-2

Indoor air puriﬁer based on UV-C radiation as a tool to prevent SARS-CoV-2

Brandon Narváez1, Rodolfo Merino-Vivanco 2, Jorge Carrión-González 3, Andy Vega-León 4,

Jonathan González-Espinosa 2y Alba Vargas-Naula 4

1Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

2Centro de Investigación, Innovación, Desarrollo de Prototipos Tecnológicos y Pruebas Electroenergéticas ± I2TEC, Universidad

Nacional de Loja, Loja, Ecuador

3Carrera de Electricidad, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

4Carrera de Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: alba.vargas@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 05/04/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 08/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEn el presente proyecto se diseñó e implementó un prototipo de puriﬁcador para ambientes cerrados, basado en la aplicación

de radiación ultravioleta (254 nm), como solución a la elevada tasa de infección del coronavirus especialmente por vía aeróbica como

producto de la actividad humana en espacios de baja ventilación y gran aﬂuencia de personas. Para su desarrollo se deﬁnieron tres etapas:

Fundamentación teórica, diseño y construcción. El prototipo se diseñó en torno a una estructura principal de acero inoxidable y estructuras

de PLA obtenidas mediante impresión 3D; incluyendo componentes externos de desinfección como el ﬁltro de aire. El diseño conceptual

fue llevado a cabo sobre la base de las investigaciones y experimentaciones asociadas a la patogénesis del SARS-CoV-2. Respecto a la

construcción, el prototipo se orientó a ofrecer una facilidad de montaje y despliegue de los componentes, además de brindar ﬂexibilidad

a la interconexión de los mismos. Finalmente, las pruebas se efectuaron con relación a la dosis alcanzada por el dispositivo, obteniendo

valores superiores al umbral de inactivación del virus. Con esto, se obtuvo el prototipo funcional de puriﬁcador de aire de control digital

orientado a la inactivación del SARS-CoV-2.

Palabras claveÐTecnología, Desinfección, UVGI, Coronavirus.

AbstractÐIn this project, a prototype of a puriﬁcator for closed environments was designed and implemented, based on the application

of ultraviolet radiation (254 nm), as a solution to the high rate of coronavirus infection, especially by aerobic action as a result of human

activity in spaces with low ventilation and crowded areas. Three stages were deﬁned for its development: theoretical foundation, design

and construction. The prototype was designed around a main structure of stainless steel and PLA structures obtained through 3D printing;

including external disinfection components such as the air ﬁlter. The conceptual design was carried out based on research and experimen-

tation associated with the pathogenesis of SARS-CoV-2. Regarding the construction, the prototype was oriented to offer ease of assembly

and deployment of the components, in addition to providing ﬂexibility to the interconnection of the components. Finally, the tests were

carried out in relation to the dose reached by the device, obtaining values above the virus inactivation threshold. With this, the functional

prototype of a digitally controlled air puriﬁcator oriented to the inactivation of SARS-CoV-2 was obtained.

KeywordsÐTechnology, Disinfection, UVGI, Coronavirus.

INTRODUCCIÓN

Desde ﬁnales de 2019, la humanidad ha atravesado una

dura etapa debido a las circunstancias sanitarias rela-

cionadas con la pandemia generada por la propagación del

virus SARS-CoV-2, lo mismo que ha obligado a gran parte

de la población a establecer ciertos protocolos de bioseguri-

dad, como el conﬁnamiento preventivo y la acogida de una

modalidad virtual para el desempeño de sus tareas cotidianas.

Como recalcan Qian et al. (2021), las características de

propagación del virus evidencian un aumento en el riesgo de

transmisión en entornos de alta congestión de personas, espe-

cialmente en espacios cerrados y con sistemas de ventilación

deﬁcientes. Esto incluye, por supuesto, los entornos conexos

con el desempeño de actividades académicas en cualquier ni-

vel.

Con los procesos de vacunación efectuados a nivel mun-

dial, se ha logrado el retorno progresivo a las actividades ge-

nerales en los distintos entornos de la sociedad; sin embar-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 96

PURIFICADOR DE AIRE PARA INTERIORES, BASADO EN RADIACIÓN UV-C NARVÁEZ et al.

go, el proceso de inmunización total es una tarea compleja

y prolongada, por tanto, es indispensable el desarrollo y la

aplicación de diversas iniciativas que oferten un resguardo

sanitario en beneﬁcio del restablecimiento de diversas labo-

res que involucren un ﬂujo de personas en espacios cerrados.

Es evidente que las circunstancias han propiciado un cre-

cimiento exponencial en la creación y distribución de artícu-

los destinados a la higiene personal, véase las mascarillas,

alcohol isopropílico, etc., e incluso ha aumentado el interés

hacia el desarrollo de herramientas de desinfección genera-

lizadas como las cabinas de desinfección para el acceso de

personal. Al contrario que los mecanismos e instrumentos

antes mencionados, existe un método de desinfección físico

en el que se aprovecha la fundamentación cientíﬁca en temas

relacionados con la estructura biológica de agentes de infec-

ción como los virus y las diversas propiedades del espectro

electromagnético, para la destrucción de este tipo de micro-

organismos con un nivel de eﬁcacia y eﬁciencia superior.

La introducción de la radiación ultravioleta en el área de

desarrollo y mejoramiento de los procesos de sanitización en

distintos entornos de aplicación ha permitido alcanzar nuevos

y mejores resultados para proveer garantías en la integridad

del personal involucrado tanto en actividades menores hasta

procesos industriales.

En función de esto, se planteó la idea general del presente

trabajo, buscando la implementación de un prototipo de pu-

riﬁcación de aire mediante la aplicación de un valor umbral

de radiación UV-C, que permita la inactivación del virus cau-

sante de la COVID-19 en entornos cerrados. Para su cumpli-

miento, se concibieron las etapas de fundamentación teórica,

diseño estructural y de funcionamiento, y la construcción del

dispositivo.

MATERIALES Y MÉTODOS

En la presente sección se detallan los materiales y métodos

utilizados para el desarrollo de la investigación. Se explica

tanto la metodología de trabajo, así como el proceso a nivel

general que se llevó a cabo durante el periodo dispuesto para

la terminación del proyecto.

Contexto

El proyecto de investigación se desempeñó dentro de un

contexto académico y social, durante el periodo de octubre

2021 a marzo 2022, en la Carrera de Ingeniería en Electró-

nica y Telecomunicaciones de la Facultad de la Energía, las

Industrias y los Recursos Naturales No Renovables de la Uni-

versidad Nacional de Loja, con la colaboración de personal

docente enfocados en entornos aﬁnes al proyecto en cuestión.

Procedimiento

En el desarrollo se aplicó un enfoque cuantitativo, dado

que la investigación requirió un proceso sistemático para eje-

cutar los procedimientos pertinentes; partiendo desde el plan-

teamiento de los temas tratados, hasta la documentación y la

documentación de resultados obtenidos.

Para alcanzar el objetivo, se siguió un procedimiento es-

pecíﬁco, el cual se resume a continuación:

a. Se llevó a cabo una recopilación en repositorios cientí-

ﬁcos con el ﬁn de conceptualizar los pilares fundamen-

tales del proyecto, y así, deﬁnir los requerimientos bá-

sicos del sistema, en relación con las propiedades del

virus y los aerosoles, considerando las propiedades de

las tecnologías de generación UV.

b. Se establecieron las características y capacidades de los

componentes a usarse en el prototipo, en especial de la

unidad de control y las fuentes de radiación, conside-

rando las limitaciones del sistema y las ventajas de des-

pliegue.

c. Se desempeñó un proceso de diseño estructural y de

funcionamiento para el prototipo, considerando las di-

mensiones especíﬁcas de los componentes, la dosis de

exposición y el tiempo de ejecución como los principa-

les.

d. Se diseñaron aspectos relacionados a la interconexión

de subsistemas y acoplamiento de las estructuras secun-

darias, a través de herramientas digitales de simulación

y modelado 3D.

e. Se desarrolló una interfaz gráﬁca para la interacción del

usuario; cubriendo aspectos de conﬁguración de pará-

metros de operación e información del prototipo.

f. Se procedió a la evaluación total del sistema mediante

medición de los parámetros de trabajo, deﬁniendo dis-

tintas conﬁguraciones de aplicación para comprobación

de funcionamiento y cumplimiento de la dosis UV de-

seada.

Planteamiento del prototipo

El prototipo se fundamentó mediante la recopilación de la

bibliografía en el contexto de la pandemia de la COVID-19 y

desinfección mediante tecnología UV-C, para deﬁnir los pa-

rámetros fundamentales para el diseño y estructuración del

dispositivo. Entre ellos, se destaca el estudio de Biasin et

al.(2021), que deﬁne la dosis necesaria para una inactivación

del 99,999% del SARS-CoV-2 en un valor de 19,6 mJ/cm².

El prototipo se estructuró de forma segmentada entre las

distintas etapas de operación del sistema, englobando meca-

nismos de control, administración y ejecución de las tareas

concernientes a la puriﬁcación del aire. Aquí se deﬁnieron

los elementos principales de cada subsistema, con base en

los parámetros generales y especíﬁcos para cada subetapa

del dispositivo. En adición, se consideró la gestión de usuario

mediante medios de control digital.

En el desarrollo del prototipo, es de vital importancia la

disposición de equipo especializado para la medición de los

valores de campo, en especial, para dimensionar la intensidad

de radiación ultravioleta entregada por las lámparas y más

factores relacionados.

En complemento al diseño anterior, se contempla la ne-

cesidad de una etapa de conexión entre la unidad de control

y los componentes de aplicación, garantizando la compati-

bilidad entre los valores de desempeño de los componentes

involucrados. Otro paso importante para las etapas del diseño

y construcción es la obtención de estructuras secundarias del

prototipo, lo que implica el uso de herramientas de modelado

3D.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 96±102, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1840

Recursos Cientíﬁcos

Método Analítico

Es un procedimiento basado en la descomposición del todo

en partes fundamentales y de carácter consecuente (Lopera

Echavarria et al., 2010). Para la presente investigación, se

empleó este método para reconocer y desarrollar, de forma

segmentada y ordenada, los elementos para la ejecución del

proyecto.

Estudio del estado del arte

Este método se centra en la revisión de propuestas inves-

tigativas o experimentales acerca de un fenómeno u objeto

especíﬁco (Guevara Patiño, 2016). En la ejecución del pro-

yecto se aplicó esta técnica para la búsqueda y contrastación

de información en diversas fuentes bibliográﬁcas relaciona-

das con las etapas, la metodología y los procesos externos

vinculados a la gestión y el diseño eﬁciente de dispositivos

relacionados a la puriﬁcación del aire mediante tecnología

ultravioleta.

Recursos técnicos

Herramientas colaborativas

Se hizo uso de herramientas colaborativas disponibles en

internet como: Google Drive, para el manejo de información

generada a partir de documentación y modelos relacionados;

Zoom, como principal herramienta de comunicación entre

los involucrados.

Entornos de desarrollo de software

Se empleó el entorno de administración de paquetes ªAna-

conda Navigatorº como plataforma de despliegue de ªJupiter

Notebookº, herramienta empleada como medio de desarrollo

de la interfaz gráﬁca y editor del código fuente para la admi-

nistración del dispositivo.

Software de diseño eléctrico/electrónico

Se utilizaron herramientas digitales de diseño y simula-

ción de los dispositivos electrónicos, como ªCircuitLabº y

ªFritzingº, para el cumplimiento del segundo objetivo.

Software de modelado 3D

El diseño de las estructuras secundarias se dio a partir de

herramientas digitales de modelado como ªTinkercadº. Esto

permitió la obtención de estructuras especíﬁcas para el pro-

totipo.

Impresión 3D

En la etapa de construcción fue importante la obtención

de piezas personalizadas de acuerdo a los requerimientos del

prototipo; para ello se realizó la impresión de estructuras a

base de ﬁlamento de plástico (PLA).

Presupuesto

Para el desarrollo de este proyecto se utilizaron los mate-

riales y cantidades detallados en la Tabla 1.

Tabla 1: Presupuesto para la construcción del prototipo.

Ítem Material -

Dispositivo Cantidad Unidad

Valor

unitario

($)

Valor

total

($)

1 Lámpara UV-C 2 Unidad 178,00 356,00

2 Raspberry Pi 1 Unidad 325,00 325,00

Pantalla TFT

Raspberry

Pi- 2.8"táctil

PiTFT

1 Unidad 85,00 85,00

4Ventilador con

control PCW 2 Unidad 35,00 70,00

Tarjeta

electrónica de

control

1 Unidad 25,00 25,00

6Fuente de

alimentación 2 Unidad 16,00 32,00

7Estructura de

acero inoxidable 1 Unidad 145,00 145,00

8 Impresión 3D 1 Global 85,00 85,00

9Filtro mecánico

3M 1 Unidad 35,00 35,00

TOTAL 1158,00

RESULTADOS

Consideraciones de la literatura

La luz UV produce daños en el ácido desoxirribonuclei-

co (ADN) y ácido ribonucleico (ARN) de los patógenos, de

modo que se inhibe su capacidad de reproducirse. Este fenó-

meno se llama inactivación; es decir, los organismos no pue-

den ampliar su población y desarrollar enfermedades (Bintsis

et al., 2000). El mecanismo de inactivación es el mismo para

todos los microorganismos, la diferencia es la dosis necesaria

para inactivarlos. La cantidad de inactivación es directamente

proporcional a la dosis de radiación UV-C que se recibe.

Las lámparas de mercurio de baja presión se destacan co-

mo las fuentes artiﬁciales más comunes de ultravioleta, dise-

ñadas para una variedad de potencias y una radiación máxima

ubicada en 253,7 nm de longitud de onda (UV-C), lo cual es

cercano al pico de efectividad germicida de los microorga-

nismos (Luo & Zhong, 2021).

Sobre la base del material cientíﬁco, se han establecido los

criterios fundamentales de los dispositivos de desinfección

de aire ante el SARS-CoV-2 (ASHRAE, 2021); se tomaron

en cuenta las siguientes consideraciones:

Los sistemas de desinfección UVGI ofrecen mayor

efectividad en ambientes con un despliegue de aplica-

ción directa y a corta distancia.

Para sistemas en espacios ocupados, se establecen ba-

rreras de contención de radiación, principalmente con

materiales con propiedades reﬂectivas para mejorar su

desempeño.

La dosis de radiación está directamente relacionada con

el tiempo de exposición de las partículas en el aire y a

la potencia UV entregada por las lámparas LPM.

La energía radiada por las fuentes UV obedece a la ley

del cuadrado inverso, por lo que ofrece una mayor po-

tencia en distancias cortas (Darnell et al., 2004).

Las características del dispositivo de ventilación deben

tener la capacidad de acoplarse a las propiedades físi-

PURIFICADOR DE AIRE PARA INTERIORES, BASADO EN RADIACIÓN UV-C NARVÁEZ et al.

cas del mismo, a ﬁn de deﬁnir un óptimo despliegue del

mecanismo de inactivación.

Volumen de aplicación cerrado, para evitar riesgos de

exposición para los individuos en el espacio de desin-

fección.

En la Tabla 2, se describen los ejes principales de diseño

para el dispositivo deﬁnidos a partir de la bibliografía revisa-

da; estos valores se orientan a la capacidad de desinfección

del sistema UVGI y los requerimientos de inactivación del

SARS-CoV-2.

Tabla 2: Datos relevantes sobre el SARS-CoV-2 y su inactivación.

Características Descripción

Tamaño del virus 60 - 140 nm

Tiempo de vida 1,09 h

Tamaño promedio de aerosoles 0,1 - 50 µm

Tiempo de asentamiento de aerosoles 20 s - 79 días

Dosis de inactivación 16,9 mJ/cm²

Longitud de onda de radiación UV 254 nm

Si bien la radiación ultravioleta representa un método muy

eﬁciente para la eliminación de patógenos, el uso de sistemas

UV-C conlleva el riesgo de exposición, la misma que puede

producir daños oculares, principalmente en la córnea, daños

cutáneos como resequedad o quemaduras en la piel y otros

síntomas derivados (ASHRAE, 2021).

En adición, se contempla el tipo de tecnología de gene-

ración UV-C, teniendo en consideración las propiedades de

ciertos rangos de longitudes de onda que pueden producir

ozono (Claus, 2021); teniendo como factor clave su inhibi-

ción, ya que la concentración de este gas puede ser perjudi-

cial para las personas en el entorno de aplicación, limitando

el planteamiento inicial.

Diseño del dispositivo

El punto de partida del diseño, fue la cuantiﬁcación de la

intensidad de radiación entregada por las lámparas mediante

la medición de valores respecto a varias distancias. Gracias

a los valores obtenidos, se pudo trazar la curva de desem-

peño en la aplicación de radiación ultravioleta UV-C de las

lámparas LMP elegidas para el prototipo (Figura 1).

Fig. 1: Curva de intensidad de radiación de las lámparas UV.

Para el proceso de medición se empleó un radiómetro UV

profesional, especialmente diseñado para lámparas germici-

das con emisiones de 254 nm, el mismo que se dispuso a de-

terminados valores de distancia respecto al foco de radiación

(Figura 2).

Fig. 2: Medición de radiación UV.

El diseño del prototipo estructural (Figura 3) se desarrolló

en torno a las dimensiones necesarias para alcanzar la dosis

de radiación deseada, incluyendo la deﬁnición de estructuras

secundarias para la ubicación de estructuras pertenecientes a

los subsistemas de control electrónico, de alimentación, entre

otros. Estas estructuras se han destinado a la impresión 3D, a

base de ﬁlamento PLA.

Fig. 3: Diseño estructural del prototipo.

Control

El control de operaciones del prototipo se orienta a la ca-

pacidad de deﬁnición de los parámetros correspondientes al

procedimiento del mismo, por ello, se utilizó una Raspberry

Pi 3 B+ como unidad de control, la cual brinda las caracte-

rísticas necesarias para la gestión de los componentes y la

administración de los procesos del dispositivo.

Se buscó establecer un sistema intuitivo y de fácil manejo

para el usuario, añadiendo una pantalla táctil para el ajuste de

parámetros, además de posibilitar el monitoreo y la interven-

ción en el proceso de desinfección. Esto se logró por medio

de varios botones desplegados en una interfaz gráﬁca (Figura

4).

Construcción

El diseño efectuado en la etapa anterior permitió la ob-

tención de un circuito electrónico de activación que servirá

como nexo entre el controlador y los componentes contro-

lados (lámparas y ventilador), así como la creación de las

estructuras de contención de los subsistemas de activación,

alimentación y la unidad de control; todo a través de impre-

sión 3D.

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 96±102, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1840

Fig. 4: Ventana principal de la interfaz gráﬁca.

Con la deﬁnición de los distintos subsistemas, se dio paso

al ensamblaje de todos los componentes del prototipo:

El volumen principal contiene las fuentes UV en su in-

terior, mismas que se orientan conforme a los requeri-

mientos de conexión eléctrica, sumado al ventilador y

la estructura de disposición del ﬁltro en sus extremos.

En la parte inferior, ejerciendo como base del prototipo,

se dispone una estructura de contención para los com-

ponentes de alimentación y el circuito externo de acti-

vación.

La unidad de control se despliega a partir de una cubier-

ta de PLA que facilita la interconexión con la pantalla y

la circuitería interna.

En la Figura 5, se observa el prototipo resultado obtenido

luego del proceso de ensamblaje y conexión eléctrica, ade-

más, con el despliegue de la interfaz gráﬁca de usuario.

Fig. 5: Vista general del dispositivo ensamblado.

Medición

Con las dimensiones y características del prototipo deﬁ-

nidas para su operación, se llevó a cabo una medición de la

capacidad del mismo en términos de la dosis alcanzada en el

tiempo de recorrido de los contaminantes en el aire para dis-

tintos puntos de recepción interna (ecuación 1); esto con base

en la relación expuesta por Kowalski (2009). En la Tabla 3 se

detallan los resultados de la medición.

D(t) = I·t(1)

Tabla 3: Medición de intensidad de radiación dentro del prototipo.

Distancia

(cm)

Potencia

(mW/cm2)

Punto de

referencia

Dosis UV

(mJ/ cm2)

5,38 8,172 Lejano 16,908

5,0 8,471 Medio 17,527

1,25 14,10 Cercano 29,179

Posteriormente, se realizó un testeo de los valores de radia-

ción y concentración de ozono obtenidos en la parte externa

con el dispositivo en operación, con el ﬁn de corroborar la

seguridad de aplicación del mismo.

Se obtuvieron valores nulos en casi todos los puntos de

medición, con excepción de la zona lateral (ventilador), en

donde se registró ciertos niveles de radiación cercanos a los

20 µW/cm² a una distancia aproximada de 5 cm; sin embar-

go, a una distancia de 50 cm (aprox.) se registraron lectu-

ras prácticamente nulas; es decir, 0 µW/cm². En cuanto a las

concentraciones de ozono, se corroboró que las lámparas no

producen ninguna cantidad de este gas.

Respecto al tiempo necesario para puriﬁcar cierta cantidad

de volumen de aire, en base a los valores indicados en la

Tabla 4, se obtuvo que el tiempo necesario para esterilizar

un volumen de aire de 1m3es de 3 minutos con 57 segundos

(aproximadamente 4 minutos).

Tabla 4: Detalles de operación del prototipo en modo automático

(6 horas).

Duración

del periodo

de operación

(min)

Ciclos de

aplicación

Potencia UV

media

(µW/cm2)

Volumen de

aire puriﬁcado

por periodo

(m3)

Volumen de

airepuriﬁcado

por operación

(m3)

30 8

9940,32

7,59 60,72

45 6 11,39 68,31

60 5 15,18 75,90

DISCUSIÓN

El proceso de implementación de un prototipo puriﬁcador

de aire involucra un extenso proceso, iniciando con la funda-

mentación teórica de los procedimientos involucrados en la

operación de los dispositivos de puriﬁcación de aire median-

te tecnología ultravioleta, y principalmente, enfocado en la

inactivación del SARS-CoV-2.

El análisis de la literatura permitió la identiﬁcación de los

parámetros involucrados en el diseño de los mecanismos co-

rrespondiente a las operaciones de un puriﬁcador de aire; en-

tre las variables base para la ejecución del proyecto se esta-

blecen el tiempo de aplicación de la radiación, el caudal de

aire intervenido, los valores mínimos a alcanzar y la factibili-

dad de ciertas soluciones en relación con el tipo de ambiente

planteado.

La eliminación de patógenos presentes en el aire es un pro-

ceso que depende de una gama de factores, los mismos que

implican una variabilidad en las condiciones de desempeño

de los diversos dispositivos de puriﬁcación. El presente pro-

yecto delimita el tratamiento de espacios cerrados, de bajo

nivel de ventilación y con una concurrencia moderada de per-

sonas.

La elección de la unidad de control del sistema, debía cum-

plir con un despliegue óptimo de los procesos y permitir el

acoplamiento de un medio de interacción digital, para be-

neﬁcio del usuario; por ello, se utilizó una tarjeta SBC de

100

PURIFICADOR DE AIRE PARA INTERIORES, BASADO EN RADIACIÓN UV-C NARVÁEZ et al.

Raspberry Pi modelo 3 B+. El desarrollo del código fuente

se efectuó en Python, a partir de la gama de módulos de este

lenguaje de programación.

La variación de los parámetros de funcionamiento trajo

consigo la necesidad de intercalar los sistemas a través de

un circuito externo, capaz de establecer un nexo entre los

sistemas, además de salvaguardar la integridad de la unidad

de control. Para su diseño se empleó el programa de simula-

ción online CircuitLab, debido a la variedad de componentes

ofrecidos para el despliegue de circuitos y permite el sondeo

dinámico de valores de voltaje y corriente.

En cuanto a la estructura del prototipo, se decidió emplear

acero inoxidable para el volumen principal, puesto que ofre-

ce una gran resistencia a daños provocados en la manipula-

ción del mismo, así como una base sólida la ﬁjación de otros

componentes en su interior. Adicionalmente, la superﬁcie re-

ﬂectiva del material permite la concentración de las emisio-

nes dentro del volumen.

Las pruebas realizadas permitieron veriﬁcar el despliegue

de un nivel de inactivación pertinente para el SARS-CoV2 a

partir de los parámetros de aplicación en aerosoles. En adi-

ción, la adaptación del ﬁltro de aire ofrece un respaldo del

dispositivo ante folículos de mayor tamaño. Como punto adi-

cional, se corroboró la operabilidad del dispositivo en am-

bientes de interacción humana, dados los valores nulos de

potencia UV externos a una distancia prudente y las normas

de seguridad establecidas.

Deﬁniendo las características de ejecución del prototipo

desarrollado, se puede destacar la capacidad de despliegue en

ambientes ocupados, además del despliegue de medios mo-

dernos de interacción para el usuario. En el mercado local

se encuentran algunas opciones de despliegue de sistemas de

desinfección de aire con luz ultravioleta, aunque con cierta

limitación por la exposición a la radiación y la generación de

ozono.

Los sistemas comerciales ofrecen un nivel de dosis mayor

y permiten el acoplamiento con sistemas de ventilación ya

existentes. En comparación, el prototipo construido ofrece

un margen de error limitado ante la dispersión de partículas

en el aire.

CONCLUSIONES

Mediante la revisión bibliográﬁca se logró identiﬁcar y es-

tablecer los factores principales para el diseño y construcción

de un dispositivo puriﬁcador de aire con tecnología ultravio-

leta, para la determinación de los ejes de desarrollo del pro-

totipo.

El análisis del despliegue, la estructura y la disposición de

los recursos tecnológicos de diversos sistemas antes desarro-

llados, permitió deﬁnir el esquema general de operación y las

bases de desarrollo para los subsistemas abarcados.

El cálculo de los parámetros del prototipo permitió esta-

blecer las dimensiones físicas y la capacidad de ﬂujo para

la elección de los componentes del sistema. La medición del

valor de radiación demostró que el sistema es apto para al-

canzar la dosis UV de inactivación para el SARS-CoV-2 en

aerosoles presentes en el aire.

El mecanismo lógico de administración programado en

Python integró la ﬂexibilidad de los sistemas digitales y la

facilidad de manejo de los dispositivos táctiles para obtener

un medio intuitivo de interacción y de fácil despliegue, basa-

do en las facultades ofrecidas por el sistema Raspberry Pi.

El proceso de medición de radiación y dosis alcanzada en

la operación del prototipo arrojó valores acordes al umbral de

inactivación para el SARS-CoV-2 señalados en la literatura,

lo cual minimiza la probabilidad de contagio en ambientes

de poca ventilación y de intervención directa de personas.

A través de las mediciones realizadas con los equipos, se

demostró que no existe peligro para las personas ante la ex-

posición continua al funcionamiento del prototipo, ya que

la radiación ultravioleta está contenida dentro del mismo y

las lámparas germicidas utilizadas no generan residuos de

ozono.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a la carrera de Ingeniería en Electrónica y

Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Loja y

a su planta docente, en especial al director del proyecto, el

Ing. Pabel Merino, encargado del Centro de Investigación,

Innovación, Desarrollo de Prototipos Tecnológicos y Prue-

bas Electroenergéticas ± I2TEC.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

conceptualización: RMV; metodología: RMV; análisis for-

mal: AVL.; investigación: BN; recursos: JGE; curación de

datos: JCG; redacción Ð preparación del borrador original:

BN; redacción Ð revisión y edición: AVN; administración

de proyecto: RMV; adquisición de ﬁnanciamiento para la in-

vestigación: BN. Todos los autores han leído y aceptado la

versión publicada del manuscrito.

Rodolfo Merino-Vivanco: RMV. Andy Vega-León: AVL.

Brandon Narváez: BN. Jonathan González-Espinosa: JGE.

Jorge Carrión-González: JCG. Alba Vargas-Naula: AVN.

FINANCIAMIENTO

El ﬁnanciamiento para el desarrollo del proyecto se obtuvo

de los propios recursos de los autores.

REFERENCIAS

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Luo, H., & Zhong, L. (2021). Ultraviolet germicidal irradia-

tion (UVGI) for in-duct airborne bioaerosol disinfection:

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Qian, H., Miao, T., Liu, L., Zheng, X., Luo, D., & Li, Y.

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102

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 103±113, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1310

Microorganismos benéﬁcos con potencial agrícola: Una alternativa sostenible

para la producción de café y calidad del suelo

Beneﬁcial microorganisms in coffee: An alternative for a sustainable production of

coffee and soil improvement

Narcisa Urgiles-Gómez 1,*, Paúl Loján 2, María Eugenia Ávila-Salem 3, César Benavidez-Silva 4,

Leslye Hurtado 1, Fernanda Livisaca 1, Pedro Guaya 1, Miguel Villamagua 1, Laura Poma 5y

Lucía Quichimbo1

1Facultad Agropecuaria y de Recursos Naturales Renovables, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

2Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Técnica Particular de Loja, Loja, Ecuador

3Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad Central del Ecuador, Quito, Ecuador

4Centro de Investigaciones Territoriales (CIT), Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

5Facultad de Educación, el Arte y la Comunicación, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: narcisa.urgiles@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 30/03/2022 Fecha de aceptación del manuscrito: 30/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLa caﬁcultura es una actividad importante en Ecuador ya que se practica en todas las regiones del país, bajo diferentes pisos

altitudinales, tanto en monocultivos como en sistemas agroforestales. La principal característica del café ecuatoriano es sus exquisitos aro-

ma y sabor, reconocidos a nivel internacional. Al ser una bebida de alto consumo, su comercialización constituye una fuente de ingresos

importante para todos los actores que intervienen en los diferentes eslabones de su cadena de producción. El objetivo de la presente revisión

bibliográﬁca fue la recopilación de diferentes experiencias alrededor del mundo relacionadas con la aplicación de microorganismos bené-

ﬁcos en el cultivo del cafeto. Entre los microorganismos promotores del crecimiento vegetal (MPCV) podemos mencionar a los hongos

micorrízicos arbusculares, el género Trichoderma spp. y rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal. La literatura recopilada ha sido

obtenida en el marco de un diseño experimental y análisis estadísticos rigurosos que validaron su publicación en artículos cientíﬁcos o

trabajos de tesis. Se analizó la información relevante publicada entre los años 2011 al 2022. Los resultados de las diferentes investigaciones

sugieren un efecto positivo importante de la adición de MCPV en el desarrollo de las plantas a nivel de vivero y en cafetales asociados a

sistemas agrícolas, agroecológicos y agroforestales. Se puede concluir que el uso de microorganismos en la caﬁcultura constituye una alter-

nativa sustentable para disminuir el uso de fertilizantes convencionales y pesticidas, conservando la fertilidad físico-química y promoviendo

la diversidad microbiana del suelo.

Palabras claveÐInoculación, Vivero, Cafetales, Hongos micorrízicos arbusculares, Rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal.

AbstractÐThe coffee production is an important economic activity in Ecuador. Coffee is grown in all regions of the country, under

different altitudinal zones, both in monocultures and agroforestry systems. The main characteristic of Ecuadorian coffee is the exquisite

aroma and ﬂavor recognized internationally. Being a highly consumed beverage, its commercialization constitutes an important source of

income for all actors involved in the different links of its production chain. The aim of this review was to collect experiences around the

world related to the application of beneﬁcial soil microorganisms on coffee cultivation. Among the most extensively studied plant growth-

promoting microorganisms (PGPM) we can mention the arbuscular mycorrhizal fungi, Trichoderma spp., and plant growth-promoting

rhizobacteria. Analyzed literature has been obtained in the frame of an experimental design and rigorous statistical analysis that validated

their publication as scientiﬁc articles or thesis. Relevant information published between the years 2011 to 2022 was compiled. Brieﬂy, the

results of the reviewed articles suggest a signiﬁcant positive effect of the addition of PGPM on the development of coffee seedlings and

under agroforestry crops. It is concluded that the use of microorganisms in coffee cultivation constitutes a sustainable alternative to reduce

the use of conventional fertilizers and pesticides to increase coffee production, and at the same time allows climate change mitigation,

preserving physical and chemical soil fertility and promoting microbial diversity.

KeywordsÐInoculation, Nursery, Coffee-plantations, Arbuscular mycorrhizal fungi, Plant growth-promoting rhizobacteria.

INTRODUCCIÓN

El café es uno de los productos agroindustriales más im-

portantes en el comercio internacional (Pothakos et al.,

2020); su producción primaria juega un papel fundamental en

la economía de muchos países generando fuentes de empleo

y produciendo importantes ingresos económicos (Figueroa-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 103

MICROORGANISMOS BENÉFICOS CON POTENCIAL AGRÍCOLA URGILES-GÓMEZ et al.

Hernández et al., 2019). Durante el año cafetero 2018-2019,

según la Asociación Nacional Ecuatoriana de Café (ANE-

CAFÉ), la producción de este cultivo alcanzó los 268 000

millones de sacos de 60 kg, es decir, 352 500 quintales de

café en grano en el Ecuador (EFE, 2017). A pesar de ello,

se registró para el mismo año 2019 una creciente demanda

nacional con una estimación de 2 200 000 sacos de 60 kg,

para abastecer el consumo interno (Novillo et al., 2021). Por

otro lado, a pesar del impacto del COVID-19 en la econo-

mía mundial, las exportaciones de café tuvieron resultados

positivos en el primer trimestre del 2020 (Banco Central del

Ecuador, 2020; Chiriboga et al., 2022).

Las especies de café económicamente importantes son:

Coffea arabica yC. robusta dentro de las cuales existen múl-

tiples variedades (Pozo, 2014). Estas especies, durante los

últimos 15 años, se han ubicado entre los primeros nueve

cultivos con mayor superﬁcie cosechada, produciéndose en

19 provincias del Ecuador (ESPAC, 2016). Su comerciali-

zación, industrialización y exportación son relevantes en la

economía, desarrollo social y preservación ambiental, ya que

se cultivan en diversas regiones del país, con participación de

aproximadamente 105 000 familias, de las cuales el 70% co-

rresponde a pequeños productores (PRO-ECUADOR, 2016).

En este contexto, las provincias de Loja, El Oro y Zamora

Chinchipe en el sur del Ecuador presentan condiciones eda-

foclimáticas de altitud, precipitación, temperatura, humedad

relativa y viento apropiados para su cultivo, lo cual las vuel-

ve atractivas para la producción de café de calidad (Duicela-

Guambi et al., 2017; COFENAC, 2013).

Dentro del manejo integrado de los cafetales, se debe con-

siderar el manejo adecuado de la microbiología del suelo, ya

que los microorganismos son responsables de la dinámica y

transformación de los componentes orgánicos e inorgánicos

para una correcta nutrición de las plantas (Acevedo y Delga-

do, 2019). Sin embargo, en las últimas décadas, su rol se ha

visto opacado en la agricultura convencional debido a prác-

ticas agrícolas inadecuadas y un uso excesivo de fertilizantes

inorgánicos, herbicidas y plaguicidas generando efectos ne-

gativos en la microbiología del suelo, en el ambiente y en la

salud humana (Correa, 2013). Los microorganismos pueden

promover el crecimiento de las plantas a partir de mecanis-

mos directos e indirectos. Entre ellos se destacan: ﬁjación

de nitrógeno, mejoramiento de las propiedades físicas del

suelo, control de ﬁtopatógenos, aumento del desarrollo ra-

dicular, asimilación de nutrientes de la planta, solubilidad de

compuestos inorgánicos y transformación de compuestos or-

gánicos, producción de ﬁtohormonas, etc. (Delgado, 2019).

De ahí la importancia de los microorganismos en la ecolo-

gía del suelo y en la promoción de cultivos de importancia

económica y social y en donde muchos esfuerzos están sien-

do realizados para la selección de organismos con potencial

agrícola (Pardo et al., 2021; Ferreira et al., 2019).

Entre los microorganismos capaces de promover el creci-

miento de las plantas a través de mecanismos directos e in-

directos se encuentran los hongos micorrízicos arbusculares

(HMA), los cuales se asocian simbióticamente con las raíces

de la gran mayoría de las plantas terrestres y contribuyen a

mejorar su eﬁciencia en la captación de nutrientes, al mejo-

ramiento de la estructura del suelo y a la productividad de

los cultivos (Avila-Salem et al., 2020; Hernández-Acosta et

al., 2018). Pero un manejo inadecuado del suelo puede afec-

tar directamente su biodiversidad y frecuencia (Avila-Salem

et al., 2020). Otro grupo de hongos bastante utilizados en la

producción agrícola lo constituyen diferentes especies dentro

del género Trichoderma debido a su rol como estimuladores

del crecimiento vegetal y como agentes de biocontrol de ﬁto-

patógenos fúngicos radiculares como Phytium (Muthukumar

et al., 2011) y Fusarium (Chen et al., 2019).

Además de los hongos, las rizobacterias promotoras del

crecimiento vegetal (BPCV o PGPR por sus siglas en in-

glés) también cumplen un rol fundamental en el desarrollo

de las plantas. Algunos de los géneros más conocidos son:

Alcaligenes, Pseudomonas, Azospirillum, Bacillus, Klebsie-

lla, Azotobacter, Enterobacter, Gluconacetobacter, Burkhol-

deria, Arthrobacter, Rhizobium, Bradyrhizobium, Serratia,

entre otros (Saharan y Nehra, 2011). Sin embargo, su éxi-

to en la aplicación agrícola dependerá de la cepa de PGPR

utilizada, mas no del género ya que se ha reportado especi-

ﬁcidad en la asociación microorganismo-planta (Drogue et

al., 2012). El uso de PGPR como biofertilizantes se ha incre-

mentado mucho en los últimos años con un enfoque para la

agricultura sostenible y saludable (Mhatre et al., 2019; Del-

gado, 2019).

La presente revisión pretende recopilar los resultados rele-

vantes obtenidos en la última década en el marco de la apli-

cación de HMA, Trichoderma y PGPR en la producción del

café, y su posible uso en la producción agroecológica de este

cultivo como una alternativa al uso indiscriminado de fertili-

zantes y pesticidas.

MATERIALES Y MÉTODOS

La presente revisión bibliográﬁca recopiló las experiencias

de diferentes investigaciones a nivel de laboratorio, inverna-

dero y campo que se han realizado en torno a esta temáti-

ca como una base de consulta para su posible implementa-

ción en la cadena productiva del café, así como la conser-

vación del suelo y biodiversidad microbiana. Las bases de

datos de consulta fueron revistas de Web of Science (WOS),

SCOPUS, Google académico y Scielo de los años 2011 al

2022. Las palabras utilizadas como criterio de búsqueda fue-

ron: microorganismos benéﬁcos (beneﬁcial microorganisms)

y (AND) Suelo (Soil) como palabras clave integradoras, en

conjunto (mediante OR) con las palabras clave aplicación,

café, micorrizas, hongos micorrízicos arbusculares y bacte-

rias. Debido a la escasa información sobre el tema en revistas

indexadas se decidió expandir la búsqueda para incluir tesis

de pregrado y postgrado. La información en diferentes sec-

ciones estuvo enfocada en aquellos microorganismos repor-

tados con mayor frecuencia en este tipo de estudios: (1) hon-

gos micorrízicos arbusculares (HMA), (2) Trichoderma spp.

y (3) bacterias promotoras del crecimiento vegetal - BPCV o

PGPR, principalmente bacterias ﬁjadoras de nitrógeno, como

Bacillus spp., mismos que se encuentran asociados al cultivo

de café (Tabla 2).

RESULTADOS

Una vez realizada la búsqueda en las bases de datos WOS

y Scopus, se encontraron artículos cientíﬁcos relacionados

con los términos de búsqueda, aunque tres de ellos no estu-

vieron relacionados con la aplicación de microorganismos,

104

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 103±113, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1310

Tabla 1: Descripción de investigaciones publicadas durante el periodo 2011 - 2022 sobre uso y/o aplicación de microorganismos

benéﬁcos en la producción del café en sistemas agrícolas y forestales en Sudamérica.

Autor Año Condiciones del

experimento/Ubicación Objetivo Tipo de publicación

Adriano-

Anaya et

al.

2011 Vivero/ Chiapas,

México

Evaluar el efecto

Azospirillum sp. (cepa 11B)

yAzotobacter sp. (cepa

PACHAZ 08), sólo y en

combinación, sobre el

crecimiento y desarrollo de

plántulas de café en etapa de

vivero.

Revista Mexicana de

Ciencias Agrícolas.

Latindex

Carhuavilca 2011

Campo/Provincia La

Convención,

Departamento de

Cusco, Perú

Producción de plantas de

café con inóculos de

Trichoderma spp.

Tesis de Grado

Universidad Nacional

de San Antonio Abad

Del Cusco.

Trejo et al. 2011

Invernadero y

campo/Estado de

Veracruz, México/

Producción de plantas de

café con inóculos de HMA.

Revista chilena

de historia natural

Latindex

Andrade-

Montalvo 2012

Campo/Cantón

Píllaro, Tunguahua,

Ecuador

Determinar la eﬁcacia de

Trichoderma harzianum yT.

viride para el control de

marchitez en mora de

castilla (Rubus glaucus

Benth).

Tesis de pregrado

Escuela Politécnica de

Chimborazo

Cuéllar-

Gaviria 2014

Vivero/Finca

productora La Sierra,

ubicada en el

Suroeste de Antioquia

- Colombia.

Crecimiento de plantas de

café utilizando el

bioformulado con base en B.

subtilis EA-CB0575.

Tesis de maestría.

Universidad EAFIT

Santana-

Aragone 2014

Campo/Babahoyo,

provincia de Los

Ríos, Ecuador

Comportamiento

agronómico del cultivo de

café a las aplicaciones de

varios microorganismos.

Tesis de pregrado.

Universidad de

Babahoyo

Zhirvi-

Ordoñez 2016

Vivero/Parroquia

Molleturo, provincia

del Azuay, Ecuador

Producción de plantas de

café con inóculos de

Trichoderma spp

Tesis de maestría.

Universidad de

Cuenca

Cisneros et

al. 2017

Laboratorio y

Vivero/El Palmar,

Municipio de Dagua,

departamento del

Valle del Cauca,

Colombia

Producción de plantas de

café con inóculos de Bacillus

spp

Biotecnología en el

Sector Agropecuario

y Agroindustrial.

Latindex

Hernández-

Acosta et al. 2018 Vivero/Estado de

Veracruz, México

Producir plántulas de café

con inóculos de HMA.

Agro Productividad.

Latindex

Del Águila

et al. 2018

Vivero/ Provincia de

San Martín, Distrito

de Tarapoto, Perú

Evaluar el efecto de los

HMA en la producción de

plantas de café vigorosas con

características morfológicas

ideales para su trasplante

Información

tecnológica

Latindex

Vallejos-

Torres et al. 2019

Vivero y

Campo/Distrito de

Huambo, provincia

Rodríguez de

Mendoza, Perú

Producción de plantas de café

con inóculos de HMA

Información

tecnológica.

Latindex

Gómez-

Acevedo y

Pulido

Delgado

2019

Germinador y

Vivero/Junín,

Táchira, Venezuela

Determinar el efecto de la

adición de HMA y Trichoderma

sobre el desarrollo de plántulas

de café.

Universidad & Ciencia

Latindex

105

MICROORGANISMOS BENÉFICOS CON POTENCIAL AGRÍCOLA URGILES-GÓMEZ et al.

Tabla 1: Descripción de investigaciones publicadas durante el periodo 2011 - 2022 sobre uso y/o aplicación de microorganismos

benéﬁcos en la producción del café en sistemas agrícolas y forestales en Sudamérica.

Autor Año Condiciones del

experimento/Ubicación Objetivo Tipo de publicación

Cabrera-

Rodriguez

et al.

2020 Laboratorio/Veracruz,

México.

Determinar el microbioma

del suelo en cafetales

manejados bajo sistemas de

producción orgánicos o

convencionales mediante

secuenciación masiva de

rRNA 16S.

Emirates Journal of

Food and Agriculture.

ISI Web of knowledge

Ávila-

Bayona

et al.

2020

Campo/Sasaima,

Cundinamarca,

Colombia

Determinar el impacto de las

micorrizas en los indicadores

de calidad del suelo,

particularmente en los

parámetros microbianos y

enzimáticos a lo largo del

tiempo durante el primer año

de aplicación.

Ingeniería Solidaria.

Latindex

Urgiles et

al. 2020 Invernadero/Provincia

de Loja, Ecuador

Caracterización morfológica

de hongos micorrízicos

arbusculares (HMA)

asociados al café en sistemas

agroforestales de la

provincia de Loja, Ecuador.

Bosques Latitud Cero.

Latindex

Ramos-

Cabrera et

al.

2021

Laboratorio y

almácigo/Hacienda

Los Naranjos,

municipio de Cajibio,

Cauca, Colombia.

Bacterias endofíticas

solubilizadoras de fósforo de

café Var. Bourbon y su

evaluación en la promoción

de crecimiento en el cultivo

de café Var. Castilla.

Biotecnología en el

Sector Agropecuario y

Agroindustrial.

Ltindex

Chambe-

Mamani et

al.

2021

Laboratorio y

Campo/Provincia

Sandia, de la Región

Puno, Perú

Producción de plantas de

café con inóculos de

Trichoderma spp

Polo del conocimiento.

Latindex

106

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 103±113, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1310

sino a estudios de la diversidad microbiana asociada al ca-

fé, por lo que no fueron incluidos en la presente revisión.

Luego de realizada la revisión en Google académico y Scielo

se encontraron nueve artículos cientíﬁcos relacionados con

los criterios de búsqueda, a los cuales se adiciona la infor-

mación de tres Tesis de pregrado y dos Tesis de Maestría. La

mayor parte de trabajos se encontró en la plataforma Scielo

con 11 artículos publicados en diferentes revistas Latindex

- "Sistema Regional de Información en Línea para Revistas

Cientíﬁcas de América Latina, el Caribe, España y Portu-

gal"(Tabla 1). En algunos casos debido a su importancia tam-

bién se incluyeron trabajos publicados antes del 2011 pero

que no constan en la tabla 1 (particularmente los siguientes:

Sánchez et al., 2000, Osorio et al., 2002, Cupull-Santana et

al., 2003 y Guilcapi-Pacheco et al., 2009).

Aplicación de HMA en plantas de café

De acuerdo a Trejo et al. (2011), la inoculación con HMA

aislados de ﬁncas cafetaleras favoreció signiﬁcativamente el

crecimiento de plantas de café en comparación con cepas de

HMA de diferente origen, por ello el uso de inoculantes ba-

sados en consorcios integrados por más de una especie de

HMA tiene especial importancia para asegurar mayores efec-

tos benéﬁcos en sus hospederos. En un estudio realizado por

Vallejos-Torres et al. (2019) se evaluaron las respuestas en

campo de clones de café var. Caturra con la inoculación de

consorcios de HMA y la aplicación de diferentes dosis de

compost. Para esto, plántulas clonadas de café se colocaron

en viveros, y 3 meses después fueron llevadas a campo. Los

consorcios y/o inóculos de HMA se recolectaron a partir de

muestras de suelo rizosférico de las plantas de café de culti-

vos, estos fueron multiplicados en camas con sustrato estéril,

utilizando plantas trampa de maíz (Zea mays) por un perio-

do de 60 días, para luego extraer las esporas. Se utilizaron

cuatro consorcios o inóculos de HMA, identiﬁcados en la ri-

zósfera y recolectados de plantas de café robusta, tolerantes

a la roya amarilla. En el primer consorcio se identiﬁcaron

cinco especies de HMA (Acaulospora sp, A. foveata, A. me-

llea, Glomus sp1 y G. geosporum), en el segundo también

se identiﬁcaron cinco especies (Acaulospora scrobiculata, A.

rhemii, A. sp, Glomus sp y G. aggregatum), en el tercero se

identiﬁcaron ocho especies (Acaulospora rugosa, A. foveata,

A. mellea, Glomus sp1., Glomus sp2., G. geosporum, G. si-

nuosum yAmbispora appendicula) y en el cuarto consorcio

se identiﬁcaron seis especies (Acaulospora sp., A. tubercula-

ta, A. rhemii, A. foveata, Glomus sp2. y G. geosporum). Pos-

teriormente, se realizó la inoculación de esporas de HMA en

los clones de café al mismo tiempo que la transferencia de

estacas enraizadas a bolsas con sustrato estéril para su acli-

matación. Se inocularon 3000 esporas del consorcio de HMA

a cada clon, en contacto directo con las raíces de las plántu-

las clonales de café. Seguidamente, se instalaron en campo

plántulas de café micorrizadas y aclimatadas. Los resultados

mostraron que la introducción de HMA en cultivos de café es

de gran importancia en el desarrollo de las plántulas, ya que

el manejo adecuado de estos microorganismos como biofer-

tilizantes favorece la producción del cultivo de café a menor

costo y con plantas más vigorosas, sanas y vitales para su

trasplante en campo.

En un estudio similar realizado en Veracruz (México)

por Hernández-Acosta et al. (2018), se reportó el uso de

dos inóculos de HMA en condiciones de vivero. El prime-

ro, un consorcio de Zac-19 (identiﬁcado como Rhizophagus

diaphanus), G. claroides yG. diaphanum, un segundo con-

sorcio conformado por Rhizophagus aggregatus, cuya fuente

de inóculo fueron raíces de Phaseolus vulgaris L. Se apli-

caron 10 g de inóculo por unidad experimental, a 4 cm de

profundidad. Para la siembra utilizaron una mezcla de sue-

lo y materia orgánica con un bajo contenido de fósforo (P), y

pH de 6,5. El suelo fue regado un día antes, y la semilla junto

con el inóculo fueron cubiertos con suelo y una capa delgada

de tezontle (roca roja de origen volcánico) previamente este-

rilizado. Se evaluaron las variables: volumen radical con el

método volumen desplazado, peso seco con una balanza gra-

nataria, porcentaje de colonización micorrízica en las raíces

y el número de esporas por gramo de suelo seco. Los resul-

tados mostraron que el inóculo Zac-19 promovió de forma

más eﬁciente el desarrollo de las plantas respecto al testigo,

generando un aumento en altura (198% mayor al testigo),

área foliar (676%), volumen de la raíz (910%) y peso seco

(1063%). Por otra parte, el estudio de Trejo et al. (2011) eva-

luó el efecto de siete consorcios de HMA aislados de ﬁncas

cafetaleras con diferente nivel de tecnología (bajo, medio y

alto) para el crecimiento de plantas de café variedad Garnica,

en condiciones de invernadero y campo. El inóculo micorrí-

zico provino de muestras de campo con diferente grado de

tecniﬁcación propagado en cultivos trampa. Posteriormente,

se extrajeron las esporas de HMA del suelo y se caracteriza-

ron morfológicamente con base a las descripciones del IN-

VAM (2004). Para la inoculación de las plántulas, se preparó

una mezcla de suelo con arena desinfectada, posteriormente,

las semillas se desinfectaron y luego pregerminaron durante

una semana. Una vez que apareció la radícula, se estableció

un almácigo con arena estéril, hasta que se obtuvieron plán-

tulas con presencia de hojas y cotiledones. Se inocularon las

plántulas individualmente con 10 g de una mezcla de frag-

mentos de raíces con 58% de colonización y con suelo de

cada consorcio micorrízico, obtenidos de los cultivos trampa.

Se evaluó su efectividad con base en la altura de las plantas,

comparando plantas fertilizadas vs. el testigo, cada 30 días a

partir de los 90 días después de la inoculación. A los 130 días,

fueron llevadas a campo con el ﬁn de evaluar el efecto de los

consorcios en la supervivencia de las plantas, las cuales fue-

ron trasplantadas y distribuidas completamente al azar. La

evaluación en campo se realizó hasta los 290 días después de

la inoculación. Los resultados mostraron que, a mayor nivel

en tecniﬁcación de la producción de café, menor número de

especies de HMA. En invernadero los consorcios de HMA

incrementaron la altura de las plantas en un 91% con rela-

ción al testigo. En campo, las plantas inoculadas mostraron

mayores niveles de sobrevivencia que los testigos.

Otro estudio reportado por Urgiles et al. (2020) se enfo-

có en el aislamiento y caracterización morfológica de HMA

procedentes de sistemas agroforestales asociados al cultivo

de café de las zonas de Malacatos, Chaguarpamba y Lozum-

be, de la provincia de Loja (Ecuador). Primeramente, se re-

colectaron muestras de suelo y raicillas de alrededor de las

plantas de café, las que se multiplicaron en cultivos trampa

utilizando plántulas de Plantago lanceolata L. como plan-

ta hospedera, a las cuales se las mantuvo dentro de Sunbags

(Sigma-Aldrich) para evitar contaminación. La observación

107

MICROORGANISMOS BENÉFICOS CON POTENCIAL AGRÍCOLA URGILES-GÓMEZ et al.

de estructuras de HMA en las raíces de la planta hospede-

ra fue realizada mediante el protocolo descrito en Urgiles et

al. (2009). Los resultados de la caracterización morfológica

de las esporas de HMA mostraron la presencia de los gé-

neros Acaulospora (2 morfotipos) y Glomus (9 morfotipos)

en las plantas trampa. Con ello, se estableció un consorcio

de HMA (biofertilizante), utilizando propágulos de esporas,

hifas y masas de micelio, suelo y raicillas de Plantago lan-

ceolata L. provenientes de los sistemas agroforestales aso-

ciados al café. De la misma manera, Osorio et al. (2002) ob-

servó que el crecimiento de las plantas de café mejora con

la aplicación de enmiendas orgánicas, y se incrementó aún

más con la inoculación de 3 fuentes de inóculo micorrízico:

(1) Entrophospora colombiana, (2) inóculo exótico a base de

Glomus manihotis, G. fasciculatum yE. colombiana, y (3)

un inóculo nativo a base de un mix de esporas con predo-

minancia de esporas del género Glomus spp. pero se reduce

drásticamente en suelos no modiﬁcados.

También Sánchez et al. (2000) reportan que las plántu-

las de café de las variedades Caturra Rojo y Catuaí Ama-

rillo inoculadas con 14 cepas de HMA (Glomus fascicula-

tum, G. manihotis, G. spurcum, G. agregatum, G. mosseae1,

G. mosseae2, G. mosseae3, G. mosseae4, G. etunicatum1,

G. etunicatum2, G. intraradices, G. occultum, G. caledo-

nium yAcaulospora scrobiculata) en tres tipos de suelos,

presentaron resultados heterogéneos dependiendo de la ce-

pa de HMA, de la variedad de café y del tipo de suelo. Sin

embargo, algunas cepas como G. fasciculatum, G. mosseae y

G. intraradices mostraron los mejores resultados en la mayor

parte de escenarios. Del Águila et al. (2018) en su estudio

reportan que al evaluar el efecto de la inoculación de ocho

consorcios de HMA de diferentes procedencias en plantas de

café var. Caturra, se obtuvo un incremento promedio de la al-

tura de las plantas de 10,65% de los tratamientos inoculados

respecto al tratamiento testigo e incrementos de 77,45 hasta

239,31% en el área foliar de plantas inoculadas respecto al

testigo.

Aplicación de Trichoderma en la producción de plan-

tas de café

Trichoderma es un género de hongos del suelo distribuido

en todo el planeta y que abarca algunas especies utilizadas

frecuentemente como agentes de biocontrol, entre las más

utilizadas en la agricultura se pueden mencionar: T. atroviri-

de, T. harzianum, T. asperellum, T. virens, T. longibrachia-

tum yT. viride. Se encuentran de manera natural en dife-

rentes zonas y hábitats, especialmente donde existe materia

orgánica o desechos vegetales en descomposición y son uti-

lizadas frecuentemente como biocontrolador de microorga-

nismos ﬁtopatógenos del suelo como Pythium yFusarium

y para el control de nemátodos (Guzmán-Guzmán et al.,

2023). Trichoderma se clasiﬁca como un hongo promotor

del crecimiento vegetal, debido a que producen la enzima

1-aminociclopropano-1-carboxilato (ACC) desaminasa y al-

gunas ﬁtohormonas (Tyskiewicz et al., 2022).

Debido a su capacidad de adaptación a diversas condicio-

nes ambientales y sustratos presenta un elevado potencial de

uso en diferentes condiciones y procesos tecnológicos para

su multiplicación (Sivila y Alvarez, 2013). Sus principales

usos son: (1) estimulador del crecimiento vegetal, (2) protec-

ción de semillas contra el ataque de patógenos y (3) como

alternativa a los fertilizantes químicos y plaguicidas (Castro

y Rivillas, 2012). En un estudio de Zhirvi-Ordoñez (2016) en

la parroquia Molleturo al noroeste del cantón Cuenca (Ecua-

dor) se evaluaron dos cepas nativas de Trichoderma (T. har-

zianum -Rifai y T. koningii) a una concentración inicial de

1x106 UFC/ml (unidades formadoras de colonias/mililitro)

y posteriormente diluidas en 3 concentraciones: 15, 20 y 25

cm3/L y una cepa comercial de T. harzianum a una concen-

tración de 1,5, 2 y 2,5 g/L en el control de Rhizoctonia sp.

en semilleros de café. Se estableció un diseño experimental

que consistió en 11 tratamientos, de los cuales 9 consistían en

aplicaciones de las dos Trichoderma nativas y una comercial

a tres diluciones, 1 tratamiento con un fungicida (Captan) y

un testigo absoluto a base de agua estéril. La metodología

aplicada constó de una fase de laboratorio y otra de campo.

Los resultados obtenidos mostraron que todos los tratamien-

tos con Trichoderma mostraron un porcentaje de emergen-

cia mayor que los 2 tratamientos testigos, pero la especie T.

harzianum aplicada en dosis de 20 cc/litro mostró la mayor

emergencia de plántulas con un porcentaje de 95% compa-

rado con el 79 y 76% de los testigos tratados con captan y

agua destilada, respectivamente. El menor porcentaje de in-

cidencia de Rhizoctonia fue en el tratamiento T. harzianum

aplicado en dosis de 20 cc/L con un valor de 4,25%, com-

parado con el 20 y 29% de los testigos tratados con captan

y agua destilada, respectivamente. Así mismo, Carhuavilca

(2011) en la provincia La Convención, del Departamento de

Cusco (Perú), evaluaron T. harzianum yT. viride Pers y una

combinación de las dos cepas en el control del ojo de po-

llo (Mycena citricolor Berk. Curtis) del café var. Catimor,

con una edad de 7 años de producción y con un distancia-

miento de plantación de 2 por 1 metro y una densidad de 5

000 plantas/ha y sombra con especies vegetales como gua-

bos (Inga feuilleei), aguacate (Persea americana) y albizia

(Albizia julibrissin). Se aplicó un diseño experimental con 5

tratamientos y 3 repeticiones. Los tratamientos fueron: Tes-

tigo absoluto, Testigo con Caldo Bordelés, T. harzianum, T.

viride y una mezcla de T. harzianum yT. viride, que se apli-

caron a una concentración de 108 conidias/gramo por planta.

Se realizaron 5 aplicaciones con bomba de mochila distribui-

das en un lapso de 40 días. Los parámetros que se evalua-

ron en el experimento fueron la incidencia y severidad de la

enfermedad durante 4 meses de observación. Los resultados

mostraron que el tratamiento en el que se observó un me-

nor incremento de la incidencia de ojo de pollo (inóculo ini-

cial versus inóculo ﬁnal) fue el de T. viride con 5,88% y con

respecto al testigo con Caldo Bordelés el incremento fue de

37,5%. Por otro lado, la severidad del ojo de pollo en el tra-

tamiento testigo con Caldo Bordelés se redujo en un 57,22%

mientras que en la combinación de cepas de Trichoderma la

reducción fue del 35,62%. Por otra parte, Chambe-Mamani

et al. (2021) realizaron un estudio con el objetivo de eva-

luar la efectividad del control biológico y químico de la roya

(Hemileia vastatrix Berk. & Br) en plantas de café de 5 años

de edad de la var. Caturra, con el uso de especies nativas de

Trichoderma spp. Se aplicaron seis tratamientos: Trichoder-

ma sp1, Trichoderma sp2, T. viride, T. harzianum, hidróxido

de cobre y un testigo. En la fase de campo se realizaron 5

aplicaciones foliares cada 10 días en plantas de café con las

cepas de Trichoderma spp. con una concentración de esporas

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e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 103±113, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1310

de 1x107 UFC/mL. Las variables que se midieron fueron la

incidencia y severidad de la roya amarilla en las plantas de

café durante la quinta aplicación (50 días). Los resultados ob-

tenidos mostraron que el tratamiento con T. viride obtuvo los

mejores resultados con incidencia del 39,33% y severidad

del 14,50%, respectivamente en comparación con el trata-

miento testigo 90,67% y 77,67% de incidencia y severidad,

respectivamente. Los resultados mostraron que la incidencia

de la roya amarilla fue menor en los tratamientos con hidró-

xido de cobre, T. viride yT. harzianum con 32%, 39,33 y

55,33% respectivamente (Tabla 2).

Tabla 2: Promedios de 10 repeticiones por tratamiento de la

incidencia y severidad de Hemileia vastatrix a la quinta aplicación

de los tratamientos. Letras diferentes dentro de la misma columna

indican diferencias signiﬁcativas entre los tratamientos con el test

de Duncan al 95% de probabilidad.

Tratamientos Incidencia (%) Severidad (%)

T1 - Trichoderma viride 39,33 a 14,50 a

T2 - Trichoderma harzianum 55,33 b 23,67 b

T3 - Trichoderma sp. (nativa 1) 57,33 b 23,00 b

T4 - Trichoderma sp. (nativa 2) 75,33 c 39,33 c

T5 - Hidróxido de cobre 32,00 a 11,83 a

T6 - Testigo 90,67 d 77,67 d

Fuente: Chambe-Mamani et al. (2021).

La sustitución de productos químicos por T. harzianum ga-

rantizan la germinación de las semillas de café con menos

impactos en el ambiente, mientras que la doble inoculación

de micorrizas en el germinador y vivero garantiza la obten-

ción de posturas de óptima calidad, comprobándose que la

co-inoculación de ambos biofertilizantes constituye una al-

ternativa de protección ﬁtosanitaria durante los estadios de

germinador y vivero, económicamente factible para la pro-

ducción de plántulas de café (Acevedo y Delgado, 2019). En

Ecuador Guilcapi-Pacheco (2009) evaluó dos dosis de aplica-

ción, 10 y 20 g/L (no indica número de ufc/gr), en semilleros

de café variedad Caturra utilizando productos a base de T.

harzianum yT. viride y encontró que la emergencia de las

semillas a los 45 días fue mayor en los tratamientos con T.

harzianum yT. viride con las dosis más altas de aplicación,

dando valores de 97,9% y 93,7% respectivamente compara-

do con el 83,8% de germinación del testigo. Así mismo, la

incidencia de damping-off en el testigo sin aplicación de Tri-

choderma fue de 50,82%, mientras que en los tratamientos

con dosis baja del inoculante (T. hazianum yT. viride) fue

mucho menor, concretamente 10,23% y 12,07%, respecti-

vamente. Resultados similares se encontraron para todas las

variables de desarrollo (altura, diámetro del tallo y vigor de

la planta) de las plantas a los 90 días después del repique a

fundas.

En un estudio desarrollado en Cuba por Cupull-Santana et

al. (2003) se evaluó el efecto de la aplicación de Trichoderma

viride en forma de semilla peletizada (3x109 UFC/ml) o co-

mo suspensión conidial (5x108 UFC/ml) en el desarrollo de

plántulas de café en etapa de vivero y el control de Rhizocto-

nia solani Kuhn. Los resultados de emergencia de las plantas

a los 60 días mostraron diferencias signiﬁcativas entre los

tratamientos con T. viride peletizada y suspensión obtenien-

do 68,3% y 65,8% de emergencia, respectivamente, mientras

que en el tratamiento testigo se obtuvo un 30%. Respecto al

porcentaje de incidencia de Rhizoctonia en las plántulas de

café a los 100 días se encontró que en los tratamientos con T.

viride peletizada y suspensión la incidencia fue del 7 y 5,5%

respectivamente, mientras que en el tratamiento testigo fue

del 53,6%. También se encontraron diferencias signiﬁcati-

vas entre los tratamientos con Trichoderma y el testigo en

las diferentes variables de desarrollo de las plántulas: altura,

diámetro, número de pares de hojas y masa seca foliar.

Según Bartra-Lescano (2017), la incidencia y severidad de

la roya del cafeto es menor cuando se aplica T. harzianum. El

control químico de la roya es eﬁcaz, sin embargo, contami-

na el ambiente, es costoso y tiene un alto riesgo en el desa-

rrollo de resistencia (Canjura-Saravia, 2000). Por tanto, los

microorganismos benéﬁcos como Trichoderma spp. consti-

tuyen una alternativa sana y limpia para combatir plagas y

enfermedades en las plantas (Andrade-Montalvo, 2012).

Utilización de PGPR en la producción de plantas de

café

Las PGPR por su siglas en inglés (plant-growth promoting

rhizobacteria) son un grupo poliﬁlético de bacterias del sue-

lo que promueven el crecimiento de las plantas a través de

mecanismos directos como por ejemplo: producción de ﬁto-

hormonas como el ácido indolacético (IAA), solubilización

de fosfatos, producción de sideróforos, ﬁjación biológica de

nitrógeno, producción de ACC (ácido 1-aminociclopropano-

1-carboxílico) o mecanismos indirectos como: producción de

ACC deaminase y sideróforos, inducción de resistencia sisté-

mica, antagonismo de hongos y bacterias patógenas a través

de varios mecanismos (producción de antibióticos, enzimas

degradadoras de la pared celular, quorum quenching) (Olan-

rewaju et al., 2017; Mohanty et al., 2021). En este sentido las

PGPR constituyen una alternativa biotecnológica para pro-

mover el crecimiento del cultivo de café (Kejela et al., 2016).

En una investigación de Adriano-Anaya et al. (2011) se

evaluó el efecto de Glomus intrarradices, Azospirillum sp.

(cepa 11B) y Azotobacter sp. (cepa PACHAZ 08), solos y en

combinación, sobre el crecimiento y desarrollo de plántulas

de café var. Bourbon en etapa de vivero. Las plántulas selec-

cionadas fueron inoculadas con 1 mL del cultivo bacteriano

que contenía 1x108 UFC/mL y 1 cm2 de medio geliﬁcado

con raíces que contenían esporas y micelio de HMA. Se eva-

luaron 8 tratamientos resultantes de la aplicación de los mi-

croorganismos solos o en combinación con 100 repeticiones

por tratamiento. Los resultados mostraron que los tres bio-

fertilizantes tuvieron un efecto positivo en el crecimiento y

desarrollo en las plántulas de café en vivero, además de pro-

mover la síntesis de cloroﬁla y un incremento del 58,5% del

nitrógeno total del área foliar en relación con los tratamientos

no inoculados. La cepa 11B de Azospirillum tuvo un efecto

positivo en ocho de los nueve parámetros evaluados.

En un estudio realizado por Cisneros et al. (2017) en

Colombia, se evaluaron microorganismos solubilizadores de

fosfato aislados de estudios previos de la rizósfera de plantas

de café var. Caturra, luego seleccionaron los microorganis-

mos Kocuria sp., Bacillus subtilis, Sagenomella diversispora

yPenicillium ochrochloron. Se sembraron un total de 1000

semillas y se mantuvieron bajo condiciones ambientales por

80 días, para luego inocular el sistema radicular de las plántu-

las, en el caso de los hongos con 1x106 UFC/mL y en el caso

de las bacterias con 1x108 UFC/mL. Se realizó un diseño

109

MICROORGANISMOS BENÉFICOS CON POTENCIAL AGRÍCOLA URGILES-GÓMEZ et al.

completamente al azar con 23 tratamientos: los tratamientos

del 1 al 11 contenían un sustrato de suelo + pulpa de café

descompuesta, del 12 al 22 contenían suelo + pulpa de café

descompuesta + RF (roca fosfórica; 40 ppm) y el tratamiento

23 contenía suelo + DAP (2 g/planta). Los resultados mostra-

ron diferencias signiﬁcativas entre los tratamientos en cuanto

a concentración de P, y se encontró que los valores más al-

tos se consiguieron en los tratamientos sin RF. En cambio, el

menor contenido de P se dio en suelo en los tratamientos con

RF, por lo que se puede concluir que el uso de microorganis-

mos solubilizadores de fósforo mejoran la disponibilidad de

P en el suelo.

El estudio de Cuéllar-Gaviria (2014) fue realizado en la

ﬁnca productora La Sierra al suroeste de Antioquia, Colom-

bia. Se usó la cepa B. subtilis EA-CB0575, con el ﬁn de pro-

mover el crecimiento en plantas de café var. Castilla a nivel

de almácigo. Se evaluó la cepa bacteriana en forma de bio-

formulado a base de pesta (harina, semolina, caolín indus-

trial y goma Xanthan) a dos concentraciones: 1*108 UFC/ml

y 1*107 UFC/ml disuelta en agua. Se incluyeron además dos

controles: formulación a base de pesta (P) sin la bacteria y

control absoluto a base de agua (C). El experimento se reali-

zó en etapa de germinador y en etapa de almácigo. En etapa

de germinador se realizó un diseño de bloques completos al

azar en donde 100 semillas fueron seleccionadas por trata-

miento y sumergidas en el tratamiento correspondiente para

luego ser colocadas en camas de arena para su germinación.

Los tratamientos fueron distribuidos aleatoriamente. Luego

de 8 semanas, 20 chapolas fueron seleccionadas al azar pa-

ra evaluar: longitud aérea, longitud radicular y diámetro del

tallo. Los resultados mostraron que el tratamiento con con-

centración de 1*107 UFC/ml causó un aumento signiﬁcati-

vo del diámetro de la planta en un 8,3% comparado con el

control (C). No hubo diferencias signiﬁcativas en las demás

variables evaluadas. En etapa de almácigo no se observaron

diferencias signiﬁcativas respecto al control.

Ramos-Cabrera et al. (2021) realizaron un estudio en el

municipio de Cajibío (Cauca-Colombia), con la ﬁnalidad de

buscar bacterias endofíticas solubilizadoras de fósforo (PBS)

provenientes de las raíces de plantas de café var. Bourbon

y su efecto en la promoción de crecimiento en el cultivo de

café var. Castilla. Las bacterias fueron aisladas del sistema

radicular de plantas del café e identiﬁcadas molecularmente.

Finalmente, realizaron una evaluación del efecto de estas en

la promoción de crecimiento del café en etapas de almácigo.

Cuando las plantas emitieron el primer par de hojas se ino-

cularon con las cepas End-F-5 y End-F-34 en una concen-

tración de 1x108 UFC/mL, los tratamientos fueron: testigo

absoluto, inoculado con End-F-5, inoculado End-F-34 e ino-

culado con End-F-34 + End-F-5. Se evaluó el crecimiento de

las plantas por medio de la evaluación de las variables: núme-

ro de hojas, longitud de tallo, peso seco de raíz, parte aérea de

planta y contenido de fósforo en tejido. En cuanto al diseño

estadístico se estableció un diseño completamente al azar con

tres réplicas. Las cepas End-F-34 y End-F-5 presentaron me-

jor capacidad para solubilizar fósforo en los ensayos in vitro,

por lo que se utilizaron en el ensayo de inoculación en café

en etapa de semillero. Los resultados en invernadero también

demostraron que los tratamientos con las cepas End-F-5 y

End-F-5+End-F-34 tuvieron los mejores resultados respecto

al número de hojas, ya que este parámetro aumentó en un 4,8

y 3,7% respectivamente en relación al control.

El objetivo del uso de PGPR como biofertilizantes se ha

incrementado en las últimas décadas. En una investigación

en la que se obtuvieron 42 cepas de Bacillus provenientes

de cultivos de café de Etiopía se encontró que la cepa BT42

identiﬁcada como Bacillus amyloliquefaciens demostró las

mejores características como antagonista de Colletotrichum

gloeosporioides yFusarium oxysporum. Además, se encon-

tró que BT42 poseía excelentes características en la produc-

ción de: ácido indolacético (AIA), amonio y sideróforos, in-

crementando el crecimiento de las plantas y demostrando su

potencial como biofertilizante (Kejela et al., 2016). Otro de

los géneros ampliamente distribuidos en el suelo y que ha de-

mostrado un efecto positivo en el crecimiento de las plantas

es Pseudomonas, cuya principal característica es su potente

efecto inhibidor de patógenos del suelo. Este efecto se puede

explicar por la producción de compuestos bacterianos, como

sideróforos, ácido cianhídrico y antibióticos.

CONCLUSIONES

Los estudios de hongos micorrízicos arbusculares (HMA)

y su inoculación en plántulas de café han demostrado que

mejoran su crecimiento y desarrollo, debido a la relación

simbiótica que establecen con las raíces de las plántulas, per-

mitiendo obtener un mayor número de plantas sanas y vi-

gorosas, e inﬂuyendo positivamente en la productividad de

cultivos agroforestales y del café. Se ha evidenciado que la

aplicación de abonos orgánicos junto a biofertilizantes con

base en consorcios de HMA, mejora la nutrición y el desa-

rrollo de las plantas de café, representando una alternativa

sostenible para la agricultura y silvicultura y la conservación

del suelo. Por otra parte, la aplicación de hongos del género

Trichoderma constituyen una alternativa que permite el con-

trol biológico de hongos patógenos en sistemas de produc-

ción agroecológica o agroforestal de café, promoviendo un

alto porcentaje de germinación, crecimiento y desarrollo de

plántulas, tanto en vivero como en plantaciones.

Es imprescindible el aprovechamiento de las comunidades

microbianas presentes en el suelo en cuanto a su diversidad y

funcionalidad, sumado a otros procesos esenciales para una

eﬁciente multiplicación, correcta formulación y aplicación

de los inoculantes en cultivos de café. En este sentido, la utili-

zación de microorganismos rizosféricos benéﬁcos constituye

una opción sostenible, debido a su potencial para incremen-

tar la captación de nutrientes como el nitrógeno y el fósfo-

ro, pero también para promover el crecimiento de las plantas

debido a su capacidad de producir ﬁtohormonas y actuar co-

mo antagonistas de enfermedades radiculares. Cabe destacar

que estos hongos y bacterias, en combinación con progra-

mas de fertilización apropiados, podrían mejorar el manejo

adecuado de los recursos naturales. En este sentido, los re-

sultados de varias investigaciones indican que la aplicación

de estos microorganismos, sea como bioformulaciones basa-

das en una cepa o en consorcios microbianos, tiene un gran

potencial para mejorar la productividad del café, y permiten

la conservación y recuperación del recurso suelo.

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e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 103±113, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1310

AGRADECIMIENTOS

Nuestro agradecimiento a la Dirección de Investigación de

la Universidad Nacional de Loja por el ﬁnanciamiento y apo-

yo logistico para el desarrollo del proyecto de investigación

10-DI-FARNR-2021.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: NUG, MEAS y PL, ; metodología:

CBS y NUG; análisis formal: PL y NUG; investigación:

NUG y LH ; redacción-preparación del borrador original:

NUG, PL, MEAS y CBS; redacción Ðrevisión y edición:

NUG ; visualización: NUG, LH y LP; supervisión: NUG, PL,

MEAS, CBS, LH, FL, PG, MV, LP y LQ. Todos los autores

han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Narcisa Urgiles-Gómez: NUG. Paúl Loján: PL. María Eu-

genia Ávila-Salem: MEAS. César Benavidez-Silva: CBS.

Leslye Hurtado: LH. Fernanda Livisaca: FL. Pedro Guaya:

PG. Miguel Villamagua: MV. Laura Poma: LP y Lucía Qui-

chimbo: LQ.

FINANCIAMIENTO

El presente estudio fue ﬁnanciado por la Dirección de In-

vestigación de la Universidad Nacional de Loja, a través del

proyecto de investigación 10-DI-FARNR-2021.

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113

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CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 114±121, Enero-Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1804

Estudio de algoritmos de inteligencia artiﬁcial más utilizados para el

diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2

Study of artiﬁcial intelligence algorithms most used for the diagnosis of type 2

diabetes mellitus

Gabriela Cuenca-Andrade1, René Guamán-Quinche 1, Francisco Álvarez-Pineda 1, Wilman

Chamba-Zaragocin 1y José Guamán-Quinche 1,*

1Carrera de Ingeniería en Sistemas, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador

*Autor para correspondencia: jose.o.guaman@unl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 01/03/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 06/04/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLa diabetes es la segunda causa de muerte a nivel mundial sobre todo en países de bajos recursos. En el Ecuador uno de

cada diez personas es diagnosticado con diabetes mellitus tipo 2, esto es debido a factores de riesgo como: antecedentes familiares con

diabetes, medicación, sedentarismo o mala alimentación. Por lo tanto, es indispensable hacer una Revisión Sistemática de Literatura sobre

el estado del uso de técnicas o algorítmos de Inteligencia Artiﬁcial para el diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2; con este ﬁn de responder

la pregunta: ¿Cuáles son las técnicas de inteligencia artiﬁcial aplicadas al diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2?

Palabras claveÐDiabetes tipo 2, Técnicas de inteligencia artiﬁcial, Predicción de diabetes

AbstractÐDiabetes is the second leading cause of death worldwide, especially in low-income countries. In Ecuador, one in ten people

is diagnosed with type 2 diabetes mellitus, this is due to risk factors such as: family history of diabetes, medication, sedentary lifestyle or

poor diet. Therefore, it is essential to carry out a Systematic Literature Review on the state of the use of Artiﬁcial Intelligence techniques

for the diagnosis of type 2 diabetes mellitus; in order to answer the question: What are the artiﬁcial intelligence techniques applied to the

diagnosis of type 2 diabetes mellitus?

KeywordsÐType 2 diabetes, Artiﬁcial intelligence techniques, Diabetes prediction

INTRODUCCIÓN

Según la OMS (Organización mundial de la salud) la dia-

betes es ªuna enfermedad crónica que aparece cuan-

do el páncreas no produce insulina suﬁciente o cuando el

organismo no utiliza eﬁcazmente la insulina que produceº

(S. OMS, 2020), siendo una de las patologías metabólicas

con más prevalencia en el mundo aumentando con mayor ra-

pidez en países de ingresos bajos o medios (Organizacion

Mundial de la Salud, Informe Mundial Sobre la diabetes,

2016). En 2015, el Atlas de la Diabetes de la Federación In-

ternacional de Diabetes (FID) estima que uno de cada once

adultos tiene diabetes representado por una población de 415

millones de personas entre las edades de 20 y 79 años; ade-

más estima que en el año 2040 unos 642 millones de perso-

nas, entre uno de diez adultos tendrá diabetes (International

Diabetes Federation y Séptima, 2015). De acuerdo a Harri-

son (Sataloff et al., 2015), la clasiﬁcación de la diabetes se

contempla en cuatro grupos: (i) Diabetes tipo 1 (DMT1) que

se caracteriza por la destrucción de las células betas provo-

cando una deﬁciencia absoluta de insulina, (ii) Diabetes tipo

2 (DMT2) se presenta en personas con grados variables de

insulina o deﬁciencia de ella que puede ser o no predomi-

nante, (iii) Diabetes gestacional (DMG) que se caracteriza

por la alteración del metabolismo de los hidratos de carbono

en el primer trimestre de embarazo y (iv) otros tipos de dia-

betes que se caracteriza por defectos genéticos, inducida por

drogas o químicos o por factores inmunológicos.

En Ecuador, la diabetes afecta a la población con las tasas

cada vez más elevadas, siendo la segunda causa de muerte

en el país, según la encuesta ENSANUT 2017, la prevalen-

cia de diabetes en la población de 10 a 59 años es de 1.7%,

esa proporción va subiendo a partir de los 30 a 50 años de

edad, donde uno de cada diez ecuatorianos ya tiene diabetes,

lo que a menudo es por consecuencia del estilo de vida que

lleva la población (INEC, 2017). Según la revista A.L.A.D.

(2019) en el Ecuador el número de casos que padecía diabe-

tes mellitus tipo 2 es 554.500 personas entre una población

de 20 y 79 años. Además el diagnóstico de la DMT2 siem-

pre ha presentado inconvenientes en sus resultados, debido a

la falta de precisión de los exámenes de laboratorio y la co-

nexión del cuestionario Findrisk (Bello, 2016), relacionado

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ESTUDIO DE ALGORITMOS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL CUENCA-ANDRADE et al.

al estilo de vida del paciente (Toro et al., 2020), a esto tam-

bién se suma el análisis de los estudios epidemiológicos don-

de se identiﬁca tres retos a resolver: el número creciente de

casos en riesgo, un porcentaje alto de casos no diagnostica-

dos y la efectividad del tratamiento aplicado es insuﬁciente

(A.L.A.D., 2019). Algunas deﬁniciones importantes vemos

en anexo 3.

TRABAJOS RELACIONADOS Y MÉTODOS

Según (Shetty y Katkar, 2019a), (Chen et al., 2017), pro-

pusieron un modelo que ayuda a los médicos a detectar la

enfermedad en etapas tempranas, lo que ayuda a reducir la

probabilidad de contraer la diabetes de tipo 2 (Diabetes de

Inicio Adulto). El modelo propuesto se construye sobre un

conjunto de datos de tiempo real y tres tipos diferentes de al-

goritmos de árboles de decisión como Simple Cart, J48 y NB

Tree, utilizando la herramienta WEKA para el entrenamien-

to.

En los estudios (V. Kumari et al., 2013), (M. Kumari et

al., 2014), (Kadhm et al., 2018), (Sampieri et al., 1997), pro-

ponen distintos algoritmos de inteligencia artiﬁcial para la

predicción/diagnóstico de diabetes tales como SVM, Clasi-

ﬁcación Bayesiana, Naive Bayes y KNN (D. Barrios y In-

fantes, 2018), (Benítez et al., 2013) con base en el análisis

de algunas variables tales como número de embarazos, pre-

sión arterial diastólica, espesor cutáneo del tríceps, índice de

masa corporal, herencia y edad manteniendo la misma pro-

porción entre individuos diabéticos y no diabéticos. Dicho

estudio identiﬁca a la diabetes como una enfermedad crónica

de mayor riesgo en la salud mundial.

Sin embargo (Sampieri et al., 1997), también realizó un

enfoque de clasiﬁcación basado en el Árboles de Decisión

(Rodríguez, 2017), (Lantz, 2019) para asignar a cada mues-

tra de datos una clase apropiada, es decir realiza una clasiﬁ-

cación para la predicción, dicho estudio utilizo como herra-

mienta de software a Matlab.

En otros estudios se han usado la regresión logística (Be-

nítez et al., 2013), máquinas de soporte vectorial (Rodríguez,

2017), (Lantz, 2019), k-menas (Freddy y Viera, 2015), (Ram

y Christian, 2016), redes neuronales (D. Barrios y Infan-

tes, 2018), (Wang, 2013), redes bayesianas (Verónica et al.,

2015), (Mosquera et al., 2018) y en si otras técnicas de in-

teligencia artiﬁcial para predicción y diagnostico (Kopitar et

al., 2019), (O. Barrios et al., 2017a).

MATERIALES Y MÉTODOS

El objetivo principal planteado es de realizar una revisión

sistemática en la aplicación de técnicas o algoritmos de in-

teligencia artiﬁcial para el diagnóstico de diabetes mellitus

tipo 2, y, se plantea la siguiente pregunta de investigación:

¿Cuáles son las técnicas de Inteligencia Artiﬁcial aplicadas

al diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2? Para alcanzar el

objetivo general, se siguió el protocolo deﬁnido por Barba-

ra Kitchenham (Barbara, 2007) (Petticrew y Roberts, 2008),

se usó la investigación bibliográﬁca (Kitchenham, 2004) ,

aunque existen otras técnicas como bola de nieve (Bocco et

al., 2014), (Baltar y Gorjup, 2014), además se debe tener en

cuenta las amenazas que puedan existir en las RSL (Carrizo

y Moller, 2018), (Bocco et al., 2014), (G, 2005).

A. Formulación de preguntas de investigación

Para establecer las preguntas de investigación en la RSL,

se realizó una búsqueda explotaría que consistió en analizar

cuatro artículos seleccionados al azar para analizar los pro-

blemas que se presentan al diagnosticar diabetes tipo 2, las

soluciones propuestas por los autores y algunas palabras cla-

ves. Para ﬁnalizar se planteó 3 preguntas del mapeo sistemá-

tico (MQ) y 3 preguntas de la revisión sistemática (RQ):

Preguntas del Mapeo Sistemático (MQ)

MQ1: ¿Cuántos estudios se publicaron en los últimos

cinco años en el área de inteligencia artiﬁcial aplicada a

la detección de la diabetes mellitus tipo 2?.

MQ2: ¿En qué publicaciones se han encontrado estu-

dios relacionados con el tema?.

MQ3: ¿Quiénes son los autores más relevantes y activos

en esta área? Artículos más citados.

Preguntas de la Revisión Sistemático (RQ)

RQ1: ¿Cuáles son las técnicas o algoritmos de

inteligencia artiﬁcial signiﬁcativos para la predic-

ción/diagnóstico de la diabetes mellitus tipo 2?.

RQ2: ¿Cuáles son las variables que se tomaron en cuen-

ta para la predicción diagnóstico de la diabetes mellitus

tipo 2 en los resultados?.

RQ3: ¿Qué herramientas de software se han aplicado

para la predicción/diagnóstico de la diabetes mellitus ti-

po 2 en los estudios?.

B. Estrategia de búsqueda

Se determinó los términos base aplicando el método PI-

COC propuesto por (Libed et al., 2020) para deﬁnir el ám-

bito de la RSL y se usa para deﬁnir el ámbito de la revisión

sistemática (Bocco et al., 2014), (G, 2005) Sus componen-

tes son la población, intervención, comparación, resultados y

contextos. Este método permitió deﬁnir las expresiones que

compusieron la cadena de búsqueda. Los términos clasiﬁca-

dos se detallan en la siguiente lista:

Población (P): ªType 2 Diabetes Mellitusº.

Intervención (I): ªIntelligence artiﬁcialº.

Comparación (C): No aplica.

Resultados (O): ºAlgorithmsº OR ªClassiﬁcationº OR

ªMethodsº OR ªPredictive modelingº OR ªTechni-

quesº.

Contexto (C): ªIntelligence artiﬁcialº.

Para completar los términos identiﬁcados en PICOC se uti-

lizó las palabras claves detalladas en la Tabla 1. Además, a

través del 2020 IEEE Thesaurus se obtuvieron las sinonimias

de cada término para la construcción ﬁnal de la cadena de

búsqueda.

El conjunto de términos ﬁnales se detalla en la Tabla 2.

115

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 114±121, Enero-Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1804

Tabla 1: Deﬁnición de palabras claves

Título Palabras

claves candidatas

An Accurate Diabetes

Prediction System Based

on K-means Clustering

and Proposed Classiﬁcation

Approach.

(Sampieri et al., 1997).

Classiﬁcation,

Algorithms.

Prediction of Diabetes

Using Bayesian Network

(Kadhm et al., 2018)

Technique, Algorithms,

Machine learning,

Classiﬁcation.

Type II Diabetes

Analysis using Naïve

Bayesian Classiﬁcation

Algorithm

(Vidhya y Shanmugalakshmi, 2020a)

Type II Diabetes,

Machine learning,

Algorithms, Prediction.

Deep learning based

big medical data analytic

model for diabetes

complication prediction

(Brereton et al., 2007)

Deep Learning,

Diagnostic diabetes,

Neural Networks.

Tabla 2: Conjunto de términos

Palabra

clave Sinónimos Relación

Algorithms.

Classiﬁcation,

Methods,

Techniques,

Predictive

Modeling

Resultados.

Artiﬁcial

Intelligence

Automated detection,

Deep learning,

Machine learning,

Neural networks

Predictive analysis

Intervención.

Type 2

diabetes mellitus

Diagnostic Type II,

Diabetes,

Prediction Type-2

diabetes

Type-II Diabetes

Población.

C. Criterios de inclusión y exclusión

En la búsqueda de artículos se seleccionó aquellos que

cumplan los criterios de inclusión y se desechará aquellos

que cumplan por lo menos uno de los criterios de exclusión,

los mismos que se presentan a continuación.

Criterios de inclusión

IC1. Artículos provenientes de librerías digitales y fuen-

tes indexadas.

IC2. Artículos que contengan estudios de técnicas de in-

teligencia artiﬁcial para el diagnóstico y predicción o re-

sultados de análisis comparativos de los algoritmos para

el diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2.

IC3. Los artículos que contengan el área de inteligencia

artiﬁcial y relacionados.

IC4. Artículos que hayan sido publicado desde el año

2016 al 2021.

IC5. Artículos que hayan sido publicados en revistas

cientíﬁcas y conferencias.

IC6. Los artículos que se hayan publicado en el idioma

inglés y español.

Criterios de exclusión

EC1. Artículos duplicados serán excluidos.

EC2. Artículos que no estén escritos en el idioma inglés.

EC3. Artículos que hayan sido publicados antes del

2016.

EC4. Se excluyen artículos donde el contenido sea simi-

lar a otros estudios quedando solo estudios de contenido

más completo.

EC5. Se excluyen capítulos de libro, libros, artículos

técnicos y resúmenes.

EC6. Se excluyen artículos cuyo título no tenga relación

con el objeto de estudio.

EC7: Todos los artículos que no pertenecen al área de

Ciencias y Computación.

D. Deﬁnición de fuentes Bibliográﬁcas o utilizar

Para que la selección de artículos sea de calidad y de rigor,

las búsquedas de artículos se realizaron en bases de datos

cientíﬁca en función a su relevancia y al acceso. Por ello, las

bases de datos seleccionados se detallan a continuación:

ACM Digital Library.

IEEE Digital Library.

Science@Direct.

Scopus.

E. Preguntas de calidad

Las siguientes preguntas se establecieron para evaluar la

calidad de los artículos preseleccionados:

QA1: ¿El autor realiza un análisis comparativo entre di-

versas técnicas de inteligencia artiﬁcial para la predic-

ción/diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2?.

QA2: ¿En los estudios se menciona alguna herramienta

de software utilizada para la predicción/diagnóstico de

diabetes mellitus tipo 2?.

QA3: ¿En los estudios utilizan conjunto de datos para la

predicción/diagnóstico de diabetes mellitus tipo 2?.

Para ﬁnalizar, se determinaron los parámetros de puntua-

ción para deﬁnir qué artículos serán seleccionados y recha-

zados. Los parámetros se detallan a continuación:

Si la respuesta es Si su puntuación será de 1,0.

Si la respuesta es Parcialmente su puntuación será de

0,5.

Si la respuesta es No su puntuación será de 0,0.

116

ESTUDIO DE ALGORITMOS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL CUENCA-ANDRADE et al.

F. Cadenas de búsqueda

Para la creación de las cadenas de búsqueda, se consi-

deró sinónimos de palabras claves, mediante el Thesaurus

de IEEE, de igual manera se utilizó los operadores lógicos

ªOR/ANDº, con la ﬁnalidad de potenciar la búsqueda. To-

mando en cuenta los estudios como: artículos de revistas y

conferencias. La cadena de búsqueda se la deﬁnió de la si-

guiente manera:

(’Type 2 Diabetes Mellitus’ OR ’Diagnostic Type II Dia-

betes’ OR ’Type-II Diabetes’) AND (’Intelligence artiﬁcial’

OR ’machine learning’ OR ’Neural Networks’) AND (’Al-

gorithms’ OR ’Methods’ OR ’Techniques’)

ACM Digital Library: [[All: "type 2 diabetes mellitus"]

OR [All: "diagnostic type ii diabetes"] OR [All: "pre-

diction type-2 diabetes"] OR [All: "type-ii diabetes"]]

AND [[All: .artiﬁcial intelligence"] OR [All: .automated

detection"] OR [All: "deep learning"] OR [All: "ma-

chine learning"] OR [All: "neural networks."] OR [All:

"predictive analysis"]] AND [[All: .algorithms"] OR

[All:çlassiﬁcation"] OR [All: "methods"] OR [All: "pre-

dictive modeling"] OR [All: "techniques"]] AND [Pu-

blication Date: (01/02/2016 TO 01/02/2021)].

IEEE Digital Library: ((’Type 2 Diabetes Mellitus’ OR

’Diagnostic Type II Diabetes’ OR ’Prediction Type-2

diabetes’ OR ’Type-II Diabetes’) AND (’artiﬁcial in-

telligence’ OR ’automated detection’ OR ’Deep Lear-

ning’ OR ’machine learning’ OR ’Neural Networks’

OR ’Predictive Analysis’) AND (’Algorithms’ OR

’Classiﬁcation’ OR ’Methods’ OR ’Predictive mode-

ling’ OR ’Techniques’)).

Cadena en Scopus: (TITLE-ABS-KEY((’Type 2 Dia-

betes Mellitus’ OR ’Diagnostic Type II Diabetes’ OR

’Prediction Type-2 diabetes’ OR ’Type-II Diabetes’))

AND TITLE-ABS-KEY ((’Artiﬁcial intelligence’ OR

’automated detection’ OR ’Deep Learning’ OR ’ma-

chine learning’ OR ’Neural Networks’ OR ’Predicti-

ve Analysis’)) AND TITLE-ABS-KEY ((’Algorithms’

OR ’Classiﬁcation’ OR ’Methods’ OR ’Predictive mo-

deling’ OR ’Techniques’))) AND (LIMIT-TO (LAN-

GUAGE , ’English’)) AND (LIMIT-TO (PUBYEAR ,

2021 ) OR LIMIT-TO (PUBYEAR, 2020) OR LIMIT-

TO (PUBYEAR, 2019 ) OR LIMIT-TO ( PUBYEAR ,

2018) OR LIMIT-TO (PUBYEAR , 2017) OR LIMIT-

TO (PUBYEAR , 2016 ) ) AND ( LIMIT-TO ( SUBJA-

REA , ’COMP’ ) ) .

Cadena en Science@Direct: (’Type 2 Diabetes Melli-

tus’ OR ’Diagnostic Type II Diabetes’ OR ’Type-II Dia-

betes’) AND (’artiﬁcial intelligence’ OR ’machine lear-

ning’ OR ’Neural Networks’) AND (’Algorithms’ OR

’Methods ’ OR ’Techniques’) .

RESULTADOS

Los resultados para la selección de estudios se detallan en

los siguientes pasos:

Se procedió a realizar la ejecución de las cadenas de

búsqueda en cada base de datos seleccionadas de los

cuales dio como resultado 224 artículos (datos.bib).

Se identiﬁcaron y eliminaron 23 artículos que estaban

duplicados.

Se procedió a analizar 201 artículos, de cada artículo se

leyó los resúmenes, palabras claves y las conclusiones

quedando un total de 47 artículos.

Por último, se aplicó las preguntas de calidad quedando

como resultado 35 artículos seleccionados, de los cuales

se extrajo la información necesaria para responder las

preguntas de investigación. Ver: enlace.

RQ1: ¿Cuáles son las técnicas de inteligencia arti-

ﬁcial o algoritmos signiﬁcativos para el diagnósti-

co/predicción de la diabetes mellitus tipo 2?

Se identiﬁcaron 154 técnicas o algoritmos de inteligencia

artiﬁcial para la predicción/diagnóstico de la Diabetes Melli-

tus Tipo 2. Al encontrar una cantidad muy extensa de técni-

cas o algoritmos, se lista las 8 técnicas/algoritmos más uti-

lizadas por los autores en sus experimentaciones o casos de

estudio, como se ilustra en la Figura 1. Además, en la tabla

3 se detalla cada técnica con el número de artículos y el por-

centaje que hacen mención de ellas.

Tabla 3: Técnicas o algoritmos más utilizados

Técnica

Nro

artículos Porcentaje

Artiﬁcial Neuronal

Network (ANN). 17 11.04%.

Random Forest

(RF). 13 8.44%.

Support Vector

Machine (SVM). 13 8.44%.

Decision Tree

(DT). 12 7.79%.

K-nearest

neighbor (KNN). 11 7.14%.

Logistic Regression

(LR). 10 6.49%.

K-means. 6 3.90%.

Adaboost. 5 3.25%.

El algoritmo ANN, en el estudio (Patil et al., 2020) el au-

tor utiliza el algoritmo para predecir y detectar la diabetes a

través de variables de impacto del padecimiento de diabetes,

dichas variables pertenecen al conjunto de datos de la Pima

Indian Diabetes Dataset (PIDD).

Por otro lado, en (Lukmanto et al., 2019) utilizaron al al-

goritmo ANN como modelo ensamblado con otros algorit-

mos tales como K-means, RF, DT, SVM y Naive Bayes (NB)

debido a que mejora el tiempo de cálculo de la red obtenien-

do mejores resultados, la aplicación desde este algoritmo con

otros obtuvo el 98% de aceptabilidad dicho conjunto de da-

tos está comprendido por 400 personas de diferentes grupos

de edad, hábitos alimenticios, culturas, fumadores, no fuma-

dores, bebedores, no bebedores, etc. Un caso similar se pre-

senta en (Derevitskii y Kovalchuk, 2019), que utiliza una téc-

nica de clustering K-Means mejorada para producir centros

de cluster (centros de clasiﬁcación) en un conjunto de en-

trenamiento para la red en lugar de todas las instancias del

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conjunto de entrenamiento dando precisión de predicción en

un 86% de aceptabilidad dicha técnica se aplicó al conjunto

del PIDD conformado por 768 personas.

Fig. 1: Algoritmos usados para la detección de diabetes

En cuanto al estudio (Shetty y Katkar, 2019b) utilizo los

algoritmos SVM, ANN y RF donde obtuvieron un 90.1%,

88.02%, y 83.59% respectivamente de precisión en la dataset

PIDD percibiendo en dicho estudio que la mejor predicción

la realizó SVM, dicho estudio desarrolla una comparación de

resultados de precisión la cual a su vez propone un modelo

hibrido entre los tres algoritmos para una mejor predicción.

Para ﬁnalizar, la propuesta descrita en (Kazerouni et al.,

2020) realiza una comparación de cuatro algoritmos de

Aprendizaje Automático: DT, KNN, ANN y DL en dos dife-

rentes conjuntos de datos, la primera obtenida del hospital de

Frankfurt (Alemania), y la segunda es el conocido conjunto

de datos de la India Pima; encontrando en primera instancia

resultados que usan diferentes métricas y técnicas; con res-

pecto a las técnicas los Arboles de decisión obtiene mejores

resultados antes del procesamiento con un 98% y después

del procesamiento 99.5% KNN mejora la precisión.

RQ2: ¿Cuáles son las variables que se tomaron en

cuenta para el diagnóstico/predicción de diabetes me-

llitus tipo 2 en los resultados?

En cuanto a QR2 se identiﬁcaron variables que determinan

los factores de riesgo para predicción/diagnóstico de las dia-

betes deﬁnidas en la base de datos de Pima Indian Diabetes

Dataset (PIDD) debido a que 21 de los 35 estudios la utiliza-

ron en sus casos de estudios y experimentos. Ver: enlace.

Por lo que se reﬁere a las variables más determinantes

tanto en artículos que aplicaron casos de estudio y experi-

mentaciones para la predicción/diagnóstico de diabetes son

Edad (Age), Índice de Masa Corporal (BMI), concentración

de glucosa en sangre (Plass), tal como se ilustra en la Figura

En estudios como (Ganesh y Sripriya, 2020) contienen

AGE, BMI, PLASS estas variables pertenecen a conjuntos de

datos distintos al PIDD, tales como Big Medical Data Analy-

Tabla 4: Variables de casos de estudio y experimentos

Descripción Variable

Nro

experi-

mentos

Nro

caso

estudios

Número de veces

embarazadas. PREG 9 7.

La glucosa en

plasma concentración

2 horas en una

prueba de tolerancia.

PLASS 12 12.

La presión

arterial diastólica

(mm Hh).

PRESS 9 10.

Tríceps espesor

del pliegue de

la piel (mm).

SKIN 9 8.

2 horas suero

de insulina

(mu U/ml).

TEST 9 7.

Índice de masa

corporal. BMI 12 11.

Función de la

diabetes pedigrí. PED 10 8.

Edad. AGE 10 10.

Diabético. CLASS 1 8.

Otras variables tomadas en cuenta

Sexo. GENDER 4 6.

Fumador. SMOKING 2 5.

Alcohólico. DRINKING 2 3.

Sed. THIRST 3.

Altura. HEIGHT 3.

Fatiga. FATIGUE 3.

Peso. WEIGHT 3.

Antecedentes

Familiares. FAMILY 2 4.

Mala

Alimentación. FOOD 2 4.

Sedentarismo. STAYIN 2 6.

Depresión. WEIGHT 3.

Colesterol. CHOLESTEROL 3 2.

tics y Mostoles Univerity Hospital (Madrid, España), en este

estudio excluye la variable glucosa en sangre porque la uti-

lizan para etiquetar los datos (diabetes si/no), y a su vez es

considerada como variable ruidosa, también excluyó la edad,

ya que la tendencia habría sido invariablemente, utilizando

variables como SMOKING, CHOLESTEROL, BMI, TEST

para el entrenamiento de los datos con el algoritmo KNN ob-

teniendo una precisión y sensibilidad de predicción del 95%.

Otro estudio similar es (Vidhya y Shanmugalakshmi,

2020b), realiza una comparación entre dos bases de datos:

caso 1) Pima Indian Diabetes que esta comprendido por 8

atributos de varios factores de riesgo clínicos, físicos y epide-

miológicos y caso 2) Hippokrateion dataset la cual contiene

información relacionada con la demografía, el estilo de vida,

los exámenes de laboratorio, las complicaciones o comorbi-

lidades y el tratamiento con un total de 27 atributos, ambos

conjuntos de datos contienen edad, indice de masa corporal

118

ESTUDIO DE ALGORITMOS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL CUENCA-ANDRADE et al.

Fig. 2: Variables para la predicción/diabetes mellitus tipo 2

y concentración de glucosa sin embargo se obtuvo mejores

resultados con los atributos del caso 1 con un clasiﬁcación e

precision del 92.86% con el algoritmo ensamblado Badding.

RQ3: ¿Qué herramientas de software se han aplicado

para el diagnóstico de la diabetes mellitus tipo 2 en los

estudios?

Entre las tecnologías identiﬁcadas se mencionan las si-

guientes: Java, Python, Weka, Matlab, SAP y SPSS sin em-

bargo, con un porcentaje del 43% los artículos seleccionados

no mencionan las tecnologías aplicadas, seguido de un por-

centaje del 3% en Java, 6% Python y R, 11% para Python y

ﬁnalmente un 20% para Weka. También se identiﬁca que en

algunos de los estudios utilizan en conjunto dos herramientas

de software para aplicar la predicción tal como es el caso de

Java más Weka o Matlab más Weka que representan el 3%.

(ver Figura 3).

Fig. 3: Herramientas de software

El uso del software WEKA para evaluar la efectividad del

modelo propuesto en (Daanouni et al., 2019) están programa-

dos en el leguaje C++, en la que compara el rendimiento de

cinco enfoques de clasiﬁcación, Antminer, CN2, ANN, Ada-

boost y Bagging para la predicción de la diabetes mellitus,

estos algoritmos se han probado con tres conjuntos de datos

de diabetes de tipo 2 (PIDD, US, AIM’94) donde el algorit-

mo Antminer ha alcanzado el valor kappa más alto de 0,982,

dicho estudio menciona la gran cantidad de métodos que po-

see la herramienta e indica la personalización de acuerdo a

los requisitos del estudio como una de sus mayores ventajas.

Por otra parte (Dong et al., 2019), (Patil et al., 2020) y (P et

al., 2020) explicaron que eligieron Python por su sencillez y

eﬁcacia, así como por el enorme apoyo de las bibliotecas que

permiten realizar estimaciones y predicciones. En los tres ar-

tículos antes mencionados utilizan el algoritmo ANN, LR,

KNN, SVM, debido a su capacidad para predecir y calcular

valores aproximados y funciones interconectadas a partir de

un gran número de entradas que pueden ser desconocidas, ca-

be recalcar que los conjuntos de datos utilizado son distintos

a la base de datos PIDD donde se aprecia en los tres estudios

realizan la división del conjunto en datos para entrenamiento

en un 70% y el 30% para pruebas.

Para (Lukmanto et al., 2019) la combinación de Weka y

Matlab en algoritmos como ANN, SVM, KNN, Naive Bayes

y algoritmos ensamblados permiten entrenar, probar y vali-

dar la predicción de diabetes a través de un sistema exper-

to donde utiliza la validación cruzada para dar a conocer el

diagnóstico, dicho sistema fue aplicado un conjunto de 400

personas que contenía la información de 11 atributos a través

del cuestionario del Test de Findrisk.

En (Durgadevi y Kalpana, 2017) se utiliza el software

SPSS para el análisis de los resultados, mientras (Loku et

al., 2020) utiliza SAP para predecir la diabetes ya que per-

mite la entrada y transformación de datos para cada variable

deﬁnida y así aplicar en distintos escenarios, en este estu-

dio realiza la recolección de datos a través de un formulario

de Google capturando 656 casos. Por otra parte, en (Singh

y Singh, 2020) se usa software RStudio con el lenguaje R

donde implementa el algoritmo LR para veriﬁcar la relevan-

cia de las variables para una mejor predicción. A pesar que

15 de los artículos no describen la herramienta utilizada en

su contenido, 8 de ellos pertenecen a la base datos PIDD co-

mo por ejemplo (O. Barrios et al., 2017b), (Wu et al., 2018),

119

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(Alehegn y Joshi, 2019), (Shetty y Katkar, 2019b) donde di-

chos autores utilizan las 8 variables del conjunto para realizar

la predicción a través de la validación cruzada utilizada co-

múnmente en la herramienta de software WEKA.

CONCLUSIONES

Los algoritmos identiﬁcados como mas signiﬁcativos pa-

ra la predicción y/o diagnóstico de Diabetes Mellitus Tipo 2

son los siguientes: Artiﬁcial Neuronal Network (ANN), Ran-

dom Forest (RF) Support Vector Machine (SVM), Decision

Tree o Árbol de decisión (J48, C4.5), K-nearest neighbor´s o

vecino más cercano (KNN) y Logistic R egression (LR), de

los cuales el mejor algoritmo para detección de diabetes me-

llitus tipo 2 es el algoritmo ANN debido que realiza el pro-

cesamiento de las variables de entrada por capas en un gran

conjunto de datos comprendido con datos cuantitativos como

cualitativos, mientras que el algoritmo SVM no trabaja con

grandes volúmenes de información y requiere de clases de-

pendientes para realizar una correcta predicción, ﬁnalmente

el algoritmo Deep Learning aún se encuentra en fase de ex-

perimentación para la detección de la diabetes mellitus tipo

2, ya que los datos deben ser cuantitativos, sin embargo cabe

recalcar que tiene gran aceptación con grandes volúmenes de

datos.

Las variables más utilizadas dentro de los casos de estudio

como experimentación son: Índice de masa corporal (BMI),

concentración de glucosa en sangre (PLASS) y edad sin em-

bargo el ampliar las variables mejora la predicción.

Para ﬁnalizar los lenguajes de programación más utiliza-

das en los estudios seleccionadas fueron: Java y Python, las

herramientas más utilizadas dentro del estudio son Weka y

Matlab.

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Desarrollo de un Marco de Gestión del ciclo de vida de un producto software

utilizando modelos de innovación de procesos: Revisión de Literatura

Development of a Software Product Lifecycle Management Framework Using Process

Innovation Models: Literature Review

Paula Mercedes Alvarez Carrión 1,* y Samanta Patricia Cueva Carrión2

1Dirección General de Tecnologías de la Información y Transformación Digital, Universidad Técnica Particular de Loja, Loja, Ecuador

2Ciencias de la Computación y Electrónica, Facultad de Ingenierías y Arquitectura, Universidad Técnica Particular de Loja, Loja,

Ecuador

*Autor para correspondencia: pmalvarez@utpl.edu.ec

Fecha de recepción del manuscrito: 07/11/2022 Fecha de aceptación del manuscrito: 11/03/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐLa innovación se constituye en la actividad más relevante que agrega valor a las empresas y permite mejorar su competitividad.

En este contexto, las aplicaciones de software han tomado una gran relevancia como herramientas que apoyan a la estrategia y operaciones

de las empresas. Consecuentemente, la ingeniería de software y la innovación son dos ramas que deben alinearse y complementarse para

alcanzar los retos actuales. En este estudio, se analizan los artículos que abordan los métodos implementados en el desarrollo de productos

de software y que se consideran métodos de innovación. El método utilizado es la revisión sistemática de la literatura (SLR) de 42 artículos

publicados dentro de los últimos 5 años en las bases cientíﬁcas Scopus, Springer Link, ResearchGate, EBSCO y Proquest. Se consideran

los criterios de inclusión y exclusión, pertinencia, evaluación de calidad y validez de los estudios. Los hallazgos reﬂejan las actividades que

se consideran innovadoras en el ciclo de desarrollo de software y se concluye que los retos abren posibilidades de inclusión de inteligencia

artiﬁcial en diferentes fases del ciclo.

Palabras claveÐInnovación, SDLC, Ciclo de vida de desarrollo de software, Modelos de innovación de procesos, Revisión sistemática

de literatura.

AbstractÐInnovation is the most relevant activity that adds value to companies and improves their competitiveness. In this context,

software applications have taken great relevance as tools that support the strategy and operations of companies. Consequently, software

engineering and innovation are two branches that must align and complement each other to meet current challenges. In this study, articles

that address the methods implemented in the development of software products and that are considered innovation methods are analyzed.

The method used is the systematic literature review (SLR) of 42 articles published within the last 5 years in the scientiﬁc databases

Scopus, Springer Link, ResearchGate, EBSCO, and Proquest. Inclusion and exclusion criteria, relevance, quality assessment, and validity

of the studies were considered. The ﬁndings reﬂect the activities that are considered innovative in the software development cycle and it is

concluded that the challenges open possibilities for the inclusion of artiﬁcial intelligence in different phases of the cycle.

KeywordsÐInnovation, SDLC, Software development life cycle, Process Innovation Models, Systematic literature review.

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de software ha evolucionado de programas

pequeños limitados por el hardware de la época (años

1950) a software de gran tamaño y complejidad que atiende a

diversas necesidades (actualidad). En la marcha, han existido

varias técnicas que han ido apoyando a la administración de

estas complejidades, entre ellas técnicas inherentes a lengua-

jes de alto nivel de programación, evolución de la ingeniería

de software, arquitectura de software y herramienta CASE

(computer-aided software engineering).

Básicamente, la ingeniería de software busca minimizar

los problemas para la entrega de software que cumpla con

tres condiciones: fácil de entender, sin defectos y que sea ve-

riﬁcable (de calidad). A lo largo del tiempo, se han deﬁnido

múltiples estrategias que permiten cumplir con estas condi-

ciones, pero a la fecha no existe técnica/modelo que permita

conocer el verdadero coste y la duración real que tendrá un

proyecto de software antes de su inicio.

La innovación es el "proceso por el cual se buscan formas

diversas, creativas y nuevas para satisfacer las necesidades

aún no cubiertas, satisfechas de manera deﬁciente o emer-

gente"(Mulgan, 2007). Según esta deﬁnición no solo se trata

de crear algo sino también de modiﬁcar algo existente dán-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 122

DESARROLLO DE UN MARCO DE GESTIÓN ALVAREZ

dole un valor agregado para que sea comercializado. Básica-

mente consiste en agregar o modiﬁcar las cosas introducien-

do novedades que permitan expender el producto en mayor

cantidad y con mayor agilidad. Es tal la importancia de la in-

novación y más en el ámbito del desarrollo de software, que

la presente investigación busca determinar qué actividades

son consideradas innovadoras y se pueden ir adoptando en

las fases del ciclo de desarrollo de software. En este contex-

to, es importante destacar que la innovación a más de crear

valor para las organizaciones que desarrollan software, bus-

ca también desarrollar capacidades en los individuos que las

conforman para que les permita mejorar la gestión.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para llevar a cabo el estudio se realizó una revisión siste-

mática de la literatura (SLR) como estrategia para identiﬁcar

los artículos que contengan los estudios con mayor relevan-

cia acerca de la innovación en el ámbito del desarrollo de

software. Para su desarrollo se utilizó el método de (Torres-

Carrion et al., 2018) adaptada de (Kitchenham, 2004) y (Bac-

ca, Baldiris, Fabregat, y Graf, 2014), que divide el proceso en

tres fases: la planiﬁcación, la realización de la revisión y el

reporte de la revisión.

En la fase de planiﬁcación se identiﬁcan las preguntas de

investigación, mentefacto conceptual, estructura de búsque-

da semántica, revisiones sistemáticas relacionadas y selec-

ción de revistas; y, se desarrolla un protocolo de revisión. En

la fase de realización se ejecutan un conjunto de actividades

tales como: identiﬁcación de la investigación, selección de

estudios primarios, evaluación de la calidad del estudio, ex-

tracción y seguimiento de datos, síntesis y monitorización de

datos. En la fase de reporte, se presentan los resultados de la

revisión de la literatura.

RESULTADOS

Planiﬁcación de la revisión

En esta etapa se determina la estrategia para las búsquedas

en las bases de datos cientíﬁcas iniciando por la deﬁnición

del mentefacto conceptual de la Figura 1.

Adicional, se deﬁnió las preguntas de investigación para

cumplir con el objetivo del presente estudio:

RQ1: ¿Cuántos estudios hay en las bases de datos SCO-

PUS, EBSCO, RESEARCH GATE, SPRINGER LINK,

PROQUEST acerca de la innovación en el ámbito del

desarrollo de software en los últimos cinco años?

RQ2: ¿Qué actividades en cada una de las etapas del ci-

clo de vida del desarrollo de software son consideradas

métodos innovadores?

RQ3: ¿Cuáles son los retos dentro del ciclo de vida de

desarrollo de software en el campo de la innovación?

El protocolo para la revisión y las pautas de cómo selec-

cionar y evaluar los estudios pertinentes se desarrollaron con-

siderando:

Bases cientíﬁcas: Scopus, Springer Link, ResearchGate,

EBSCO y Proquest.

Categorías y palabras clave: Innovación, SDLC, Inge-

niería de software.

Criterios de inclusión y exclusión: período de tiempo:

desde 2016 (últimos 5 años); tipo de documento: artícu-

los; tipo de revista: open access; campo delimitado de

estudio: innovación, ingeniería de software; idioma: in-

glés.

Realización de la revisión

En esta etapa se realizó una selección de revistas en las que

se han publicado los artículos que se consideran relevantes

para la revisión, siempre que éstas cubran el ámbito de la in-

vestigación, obteniéndose el listado de revistas que publican

artículos inherentes al tema investigado y sus correspondien-

tes métricas de impacto descritas en la Tabla 1.

Esta fase permitió dar respuesta a la RQ1: Determinan-

do que de los 42 artículos seleccionados, 20 son de mayor

relevancia para la investigación.

Reporte de la revisión

Los resultados obtenidos para las preguntas de investiga-

ción producto de la revisión sistemática de la literatura se

detallan a continuación:

RQ2: En la etapa de análisis de requerimientos, la aplica-

ción de Design Thinking (Lucio-villegas, 2021) es una acti-

vidad innovadora que mejora la generación de especiﬁcacio-

nes correctas que describan con claridad y sin ambigüedades

el comportamiento que se espera del producto de software

a desarrollar introduciendo esta metodología para resolver

los problemas complejos de los requerimientos a través de

nuevas ideas y la participación activa de los clientes (Borba,

2016).

En la etapa de diseño, el desarrollo de software basado en

componentes (Xie et al., 2020) para la elaboración de una

biblioteca de componentes reutilizables es una actividad in-

novadora (Oberhauser & Stigler, 2017) que permite reducir

los tiempos y simpliﬁcar el desarrollo del producto, mejo-

rando su calidad y reduciendo su costo. Si bien no es una

práctica nueva, esta supone madurez en el proceso de desa-

rrollo de software implementado un plan de reutilización y

una formación sólida en el equipo de implementación así co-

mo una documentación eﬁcaz de los componentes para que

sean efectivamente reutilizables y estén siempre disponibles.

En la etapa de codiﬁcación, las revisiones de código

(Baum et al., 2016) son una actividad innovadora que permi-

te crear productos más conﬁables y que reduce riesgos que

propicien el fracaso de los proyectos. Así mismo, las revi-

siones de código mejoran enormemente la capacidad de los

miembros del equipo de codiﬁcación (Pater et al., 2018) ya

que permiten identiﬁcar nuevas ideas, técnicas y tecnologías

para escribir código aumentando progresivamente su calidad

(Furfaro et al., 2016).

En la etapa de pruebas, la paralelización de pruebas auto-

matizadas (Milojkovic et al., 2020) es una actividad innova-

dora que permite minimizar los errores en los productos de

software previo a que éstos sean publicados a los usuarios ﬁ-

nales. Si bien la automatización de pruebas no es aplicable a

todos los proyectos de software, generalmente se constituye

en un elemento potenciador de la productividad ya que sim-

123

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 122±125, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1261

Fig. 1: Mentefacto Conceptual

Tabla 1: Métricas de las Revistas Citadas

Revista Nro. Artículos SJR2020 Cuartil H5-Google

IEEE Comunications Surveys and Tutorials 4 4,65 Q1 156

Industrial Management & Data Systems 1 0,99 Q1 84

Journal of Systems and Sotware 1 0,64 Q1 62

Technological Forecasting and Social Change 1 2,23 Q1 106

Information and Management 1 2,15 Q1 12

Software Quality Journal 2 0,36 Q1 27

International Journal of Engineering Pedagogy 1 0,44 Q2 16

Empirical Software Engineering An International Journal 1 0,61 Q2 52

Foresight 1 0,37 Q2 22

Information and Software Technology 1 0,61 Q2 59

Journal of Database Management 1 0,26 Q3 8

Scientiﬁc Programming 1 0,27 Q3 20

International Journal of Systems Assurance Engineering

and Management 1 0,30 Q3 26

Communication in Computer and Information Sciencie 1 0,16 Q4 12

Journal of Physics: Conference Series 1 0,21 Q4 39

pliﬁca el trabajo repetitivo y complejo que se desarrolla en

los diferentes ciclos de prueba del producto.

El paralelismo de la automatización de las pruebas sur-

ge de la necesidad de que los productos de software sean

compatibles con todos los navegadores web de las diferen-

tes tecnologías existentes en el mercado o con los diferentes

dispositivos móviles y sus correspondientes sistemas operati-

vos. De manera transversal a estas cuatro fases, se ha podido

identiﬁcar como actividad innovadora el aprendizaje obteni-

do de participar y/o colaborar en las comunidades virtuales

de práctica ªVCoPº (Correia et al., 2010), ya que aumentan

las posibilidades de comunicación y colaboración para resol-

ver problemas (Eito-Brun, 2017), así como el acceso a más

información y experiencias en determinadas tecnologías que

son utilizadas en las fases del ciclo de desarrollo de software.

RQ3: De la investigación realizada, en la fase de manteni-

miento del ciclo de vida de desarrollo de software no existen

investigaciones previas que contemplen actividades que se

puedan considerar como innovadoras, por lo que se ve nece-

sario propiciar investigaciones futuras en este contexto.

Así mismo, los retos en el ámbito de la gestión del ciclo

de vida de desarrollo de software están orientados a la apli-

cación de técnicas de Inteligencia Artiﬁcial que prometen re-

sultados favorecedores (Clarke et al., 2016), (Xiaolong et al.,

2021). Identiﬁcar y sintetizar problemas y desafíos relacio-

nados con el conocimiento tácito en software(Idrus & Ali,

2019).

124

DESARROLLO DE UN MARCO DE GESTIÓN ALVAREZ

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

Este estudio presenta los resultados de la revisión sistemá-

tica de la literatura, producto de una identiﬁcación, evalua-

ción y clasiﬁcación de estudios primarios que se enfocan en

la innovación en el ciclo de vida de desarrollo de software; y,

que de los artículos obtenidos se han identiﬁcados activida-

des innovadoras en las cuatro fases del ciclo de vida: análisis,

diseño, codiﬁcación y pruebas que pueden servir como mé-

todos aplicables en un marco de gestión.

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CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 126±131, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1763

Vocalización como marcador de estrés en ganado bovino

Vocal exception: Indicator of stress in cattle

Andrés Haro Haro 1,*, Andrés Suarez-Usbeck 2, Ana Burgos-Mayorga 4, Jorge Navarrete 5, Juan

Ramonez1, Pedro Nieto-Escandon1y María José Andrade 3

1Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Cuenca, 010205, Cuenca, Ecuador

2Facultad de Ciencias Pecuarias, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, 060106, Ecuador

3Facultad de Ciencias Sociales y Humanísticas, Universidad de Loja, 110107, Loja, Ecuador

4Carrera de Medicina Veterinaria, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Técnica de Ambato, 180601, Cevallos, Ecuador

5Carrera de Medicina Veterinaria, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Recursos Naturales y del Ambiente, Universidad Estatal de

Bolívar

*Autor para correspondencia: andresharo86@hotmail.com

Fecha de recepción del manuscrito: 10/02/2023 Fecha de aceptación del manuscrito: 04/05/2023 Fecha de publicación: 30/06/2023

ResumenÐEl incremento en el número de bovinos diﬁculta al granjero a observar y monitorear animales individualmente, evento in-

ﬂuenciado con la salud emocional del animal. Conjuntamente, los consumidores actuales de los productos y subproductos bovinos exigen

más control e información sobre el bienestar durante su producción. Varias metodologías son descritas para controlar y medir el bienestar

animal. La vocalización o expresión vocal del animal puede ser medida y traducida a niveles emocionales positivos y negativos que intere-

san como marcadores o indicadores de estrés que aqueja a esta especie en particular. Por ello, el objetivo de esta revisión fue describir los

eventos que inﬂuyen en el estrés del ganado bovino vinculados a métodos de identiﬁcación por expresión vocal. El uso de vocalizaciones

como marcador de estrés para evaluar el bienestar del ganado bovino se ha discutido constantemente, no obstante, el contenido dinámico

emocional manifestado por la vocalización o niveles de expresión vocal deberían ser más estudiados; claramente, se podría predecir y

proporcionar un estado positivo emocional inﬂuenciando sobre la producción y bienestar de los animales.

Palabras claveÐBienestar animal, Vocalización, Ganado bovino, Estrés.

AbstractÐThe increase in the number of bovines makes it difﬁcult for the farmer to observe and monitor animals individually, an event

inﬂuenced by the emotional health of the animal. At the same time, current consumers of bovine products and by-products demand more

control and information about the welfare during their production. Different methodologies were described to control and measure animal

welfare. Vocalization or vocal expression of the animal can be measured and translated into positive and negative emotional levels that serve

as markers or indicators of stress that afﬂicts this particular species. The aim of this review was to describe the events that inﬂuence in cattle-

stress linked to methods of identiﬁcation by vocal expression. The use of vocalizations as an indicator of stress to assess the well-being

of cattle has been constantly discussed, however, the dynamic emotional content manifested by vocalization or levels of vocal expression

should be further studied. Interestingly, it could be predicted and therefore we might provide a positive emotional state inﬂuencing the

production and well-being of the animals.

KeywordsÐAnimal welfare, Vocalization, Cattle, Stress

INTRODUCCIÓN

La importancia de garantizar el bienestar de los animales

se extiende desde que Darwin (1952), justiﬁcó que los

animales tienen expresión de emociones y estados emocio-

nales generados en regiones cerebrales sobre las estructuras

subcorticales medial y caudal (Ruggieri, 2013; Neethirajan,

2021). Deﬁnir las emociones como función decisiva para la

vida productiva de los animales de granja, facilitaría la res-

puesta a eventos de producción y reproducción, exterioriza-

das por emociones y niveles estresantes que acusen al gana-

do bovino (Bishop et al., 2019; Green et al., 2021). Por un

lado, las emociones positivas provocan un comportamiento

de acercamiento, conﬁanza y satisfacción sobre la producti-

vidad en esta especie, mientras que las emociones negativas

desencadenan un comportamiento de evitación y estrés cuan-

do se encuentran con estímulos que los amenazan (Burman

et al., 2007; Briefer, 2012; Green et al., 2021).

Las emociones son reconocidas como una reacción afecti-

va e intensa, pero de corta duración, a un evento o estímulo

especíﬁco que altera su estado emocional (Green et al., 2021;

Neethirajan, 2021), sin embargo, pueden prolongarse y alte-

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. 126

VOCALIZACIÓN COMO MARCADOR DE ESTRÉS EN GANADO BOVINO HARO et al.

rar los parámetros durante la vida productiva de los animales

de granja. En particular, el ganado bovino expresa signos de

emociones negativas y positivas (Panksepp, 2005; Green et

al., 2021), que pueden ser percibidas por monitoreo de sus

estados motivacionales traducidos como estrés; estados que

pueden ser medidos por vocalización o expresión vocal con

grabadoras de voz digital, (Shorten y Hunter, 2023; Ede et

al., 2019; Wildridge et al., 2020), por muestreo focal con cá-

maras de vigilancia (Proctor y Carder, 2015) y por Software

de reconocimiento social (Neethirajan, 2021).

La interacción y toma de medidas sobre bienestar de los

animales es complicada y diﬁcultosa para los ganaderos al

momento de observar y monitorear animales individuales

con problemas que acusan su bienestar sobre la producción.

El uso de equipos de vigilancia o acústicos (cámaras de vi-

deo y grabadoras de voz, respectivamente) podrían facilitar

la evaluación de las emociones del ganado bovino y traducir-

las a niveles de satisfacción y estrés (Ede et al., 2019; Haro,

2021). Hacia ello, la vocalización no requiere interacción fí-

sica entre granjero y ganado bovino, lo que signiﬁca que se

pueden recopilar estos eventos sin interferir con la expresión

de los comportamientos naturales de la especie (Green et al,

2021). Durante mucho tiempo y en varios estudios se ha dis-

cutido el uso de vocalizaciones para la evaluación del bien-

estar de los animales de granja (Briefer, 2012; Green et al.,

2018, Green et al., 2019, Ede et al., 2019; Green et al., 2021),

sin embargo, el contenido dinámico emocional y de bienestar

de las vocalizaciones del ganado bovino requiere una mayor

revisión, por lo tanto, el objetivo de esta revisión fue anali-

zar la expresión vocal del ganado bovino como marcador de

estrés.

MATERIALES Y MÉTODOS

La recopilación de información para la elaboración de es-

ta revisión narrativa sobre vocalización como marcador de

estrés en ganado bovino tuvo énfasis en el material que se

adaptó a las palabras clave bienestar animal, comportamien-

to animal, vocalización, expresión vocal, ganado bovino y

estrés. El material cientíﬁco fue de revisión dentro de ar-

tículos cientíﬁcos, secciones de libros, revistas, páginas web

de plataformas cientíﬁcas, extraídos de las bibliotecas cien-

tíﬁcas electrónicas Latindex, Dspace, MDPI, SienceDirect,

Scielo, Scopus, Springer, Wiley, Redalyc, y de las revistas

cientíﬁcas Biotechnologie, Agronomie, Société et Environ-

nement, Computers and electronics in agriculture, Animals,

Applied Animal Behaviour Science, Journal of Zoology,

Biology Letters, Applied Animal Behaviour Science, Jour-

nal of dairy science, Preventive veterinary medicine, Journal

of Dairy Science, Animal, Dairy Knowledge Center, Journal

of Biosystems Engineering, Handbook of emotions, Biosys-

tems Engineering, Consciousness and cognition, Physiology

& behavior, Journal of Experimental Biology, Animal Beha-

viour, Revista de neurología, Journal of Veterinary Behavior,

Biological Sciences. Concisamente para la narración biblio-

gráﬁca, se utilizaron los artículos relacionados con la impor-

tancia de las expresiones vocales en animales de granja y ga-

nado bovino, bienestar animal y el comportamiento de los

animales durante su vida productiva. En la tabla 1 se mues-

tran los estudios sobre vocalizaciones y comportamiento vo-

cal como indicadores de bienestar animal en mamíferos y

ganado bovino lechero que se utilizaron para describir esta

narración entre el año 2005 y 2023.

Tabla 1: Material conceptual relacionado a la vocalización como

marcador de estrés en ganado bovino y animales de granja

Autorías Estudio

Panksepp (2005), Ruggieri (2013), Briefer

(2020)

Expresión de las emociones en el

hombre y en los animales

Watts y Stookey (2000), Burman et al. (2007),

Green et al. (2019), Bishop et al. (2019)

Vocalizaciones y comportamiento

vocal como indicadores de bienestar

animal

Silva et al. (2009), Proctor y Carder (2015),

Vandermeulen et al. (2016), Buller et al. (2020)

Monitoreo automatizado para la

expresión vocal en cerdos y bovinos,

mundo digital

de la Torre et al. (2015), Ede et al. (2019),

Meagher et al. (2019), Wildridge et al. (2020),

Green et al. (2021), Schnaider et al. (2022),

Göncü y Bozkurt (2019), Neethirajan (2021),

Haro (2021)

Estados afectivos en el ganado bovino

lechero. Comportamiento vocal de vacas

durante el postparto (madre/cría)

Tate et al. (2006), Ferrari et al. (2008),

Reefmann et al. (2009), Ferrari et al. (2010),

Navon et al. (2013), Jung et al. (2021),

Andriamandroso et al. (2016)

Bioacústica y expresión del ganado

bovino lechero y cerdos

Charlton et al. (2011), Briefer, (2012),

Linhart et al. (2015), Reby et al. (2016),

Farokhnejad et al. (2023)

Expresión vocal de emociones en

mamíferos: mecanismos de producción

y evidencia

LA VOCALIZACIÓN DEL GANADO BOVINO CO-

MO MARCADOR DE ESTRÉS

El incremento en el número de bovinos de producción de

leche y carne por granja ha aumentado drásticamente en el

2023, 2% más que años anteriores (Farokhnejad et al., 2023),

evento que diﬁculta al granjero y administradores de granja

a observar y monitorear animales bovinos individualmente

(Green et al, 2021; Farokhnejad et al., 2023). Al mismo tiem-

po, los consumidores actuales y potenciales de los productos

y subproductos bovinos exigen más control e información

sobre el bienestar animal durante su producción, antes y du-

rante el sacriﬁcio, el impacto ambiental y la calidad del pro-

ducto (Haro et al., 2019; Buller et al., 2020). Por expresiones

vocales del ganado bovino se podrían determinar los niveles

de estrés vinculados al bienestar animal en la cadena pro-

ductiva de esta especie (Green et al., 2021), proporcionando

información actualizada sobre el estado emocional correla-

cionado con la producción del mismo, sistemas que pueden

ser usados por el granjero y administradores de granja pa-

ra alertar sobre eventos críticos del ganado bovino (Briefer,

2012; Green et al., 2018, Haro et al., 2019, Ede et al., 2019;

Green et al, 2021). En la práctica, no se puede optar por in-

formación continua sobre el comportamiento animal: la falta

de conocimiento, el tiempo para toma de datos, él número de

animales por grupo y los equipos relacionados con la obten-

ción de información del componente de vocalización (Jung et

al., 2021) son las complicaciones para deﬁnir el estado emo-

cional de los animales de granja. Por ello, analizar, conocer

y determinar el nivel de estrés relacionado con la práctica

de producción en el ganado bovino por expresión vocal es el

interés de esta revisión.

EMOCIONES EN ANIMALES DE GRANJA

Las emociones en los animales de granja son reconocidas

como una reacción afectiva e intensa, aunque de corta du-

ración sobre un evento o estímulo especíﬁco que altera su

estado motivacional (Darwin, 1852; Panksepp, 2005), si es-

tas son continuas pueden llegar a alterar su estado de salud

manifestándose un estrés crónico (Panksepp, 2005; Green et

127

e-ISSN: 1390-5902

CEDAMAZ, Vol. 13, No. 1, pp. 126±131, Enero±Junio 2023

DOI: 10.54753/cedamaz.v13i1.1763

al, 2021), traducido en baja producción durante su vida pro-

ductiva. El ganado bovino, en particular, expresa signos de

emociones negativas y positivas (Panksepp, 2005), que se

pueden medir a primera vista, a modo de miedo y nervio-

sismo durante el manejo rutinario como el ordeño, moviliza-

ción, trabajo con equipos mecánicos de granja y durante el

sacriﬁcio (Panksepp, 2005; Wildridge et al., 2020). El prin-

cipio básico para medir el comportamiento animal puede ser

simple, un comportamiento habitual es el miedo (emoción

o valencia negativa, Schnaider et al., 2022) y la satisfacción

(emoción o valencia positiva, Green et al., 2021) de los bovi-

nos en su entorno productivo (Proctor y Carder, 2015; Green

et al, 2019), se supone que un animal experimenta una emo-

ción dada que puede ser medida por respuestas neuroﬁsio-

lógicas, conductuales y cognitivas (Tate et al., 2006; Green

et al, 2021). Los procesos neuroﬁsiológicos, conductuales y

cognitivos pueden usarse como indicadores de la emoción

dentro de la práctica ganadera (Green et al, 2021). Estos pro-

cesos comúnmente utilizados como indicadores de estrés en

animales de granja están determinados por la variabilidad

de la frecuencia cardíaca, frecuencia respiratoria, sesgos de

atención, memoria y juicio (Reefmann et al., 2009; Briefer,

2012; Green et al., 2018). Los marcadores o indicadores de

comportamiento incluyen posturas corporales, movimientos

y expresión vocal en distintas frecuencias (Reefmann et al.,

2009; Wildridge et al., 2020; Haro, 2021). Por tal motivo y

como resultado, han surgido nuevas metodologías para medir

el comportamiento animal que se ofrece a granjeros e inves-

tigadores (Wildridge et al., 2020; Haro, 2021; Green et al.,

2021). Utilizar la expresión vocal del ganado bovino como

uno de los marcadores de estrés podría ayudar a interpre-

tar las emociones experimentadas por los animales (Grandin,

1988).

EXPRESIÓN VOCAL EN GANADO BOVINO

La exploración sobre la comunicación por expresión vocal

de las emociones entre especies de mamíferos y entre mamí-

feros, en particular estudios sobre los indicadores vocales de

las emociones y el bienestar animal, a menudo se centraron

en los parámetros de las vocalizaciones (Figura 1) jerárqui-

cos entre especie humana y especies de producción pecuaria

o animales de granja (humana, porcinos, bovinos y equinos),

vinculadas con el número de llamados, la duración de la lla-

mada, la aparición de tipos de llamadas y la distribución de

energía producida en la expresión (Linhart et al., 2015; Kelt-

ner et al., 2016; Kolacz et al., 2018).

La teoría de la fuente y ﬁltro es la encargada de que se

modele el aire que ﬂuye desde la laringe y el tracto vocal a

un ﬁltro lineal que modela la expresión vocal en mamíferos

(Briefer, 2012; Reby et al., 2016), se ha aplicado este fenó-

meno a varias especies y ha revelado vínculos interesantes

entre las vocalizaciones y los atributos anatómicos o ﬁsio-

lógicos de la persona que hace el llamado (Charlton et al.,

2011; Wildridge et al., 2020; Haro, 2021).

Las vocalizaciones en los bovinos se generan por las vi-

braciones de las cuerdas vocales (Briefer, 2012, Reby et al.,

2016), que son ﬁltradas en el tracto vocal, evento llamado

fuente y ﬁltro (Figura 2). La fuente de la expresión vocal que

determina la frecuencia esencial de la llamada y el ﬁltro en el

tracto vocal es el que da forma a la señal inicial ampliﬁcando

Fig. 1: Ilustración sobre la vocalización para llamados de jerarquía

(1), entre humanos y animales de granja (2), y efectos positivos y

negativos de la expresión vocal para cada especie, que pueden ser

indicadores útiles de activación emocional y valencia (3), adaptada

de Darwin (1852), Briefer (2012) y Moore et al. (2016).

ciertas frecuencias y amortiguando otras, dando lugar a los

formantes llamados picos espectrales (Briefer, 2012, Reby et

al., 2016; Green et al, 2021). Curiosamente, los parámetros

vocales de la fuente dependen de la anatomía y ﬁsiología de

la laringe, mientras que los parámetros vocales relacionados

con el ﬁltro están determinados por la anatomía y ﬁsiología

del tracto vocal supralaríngeo (Briefer, 2012; Briefer, 2020).

Fig. 2: Teoría de la fuente y ﬁltro: modulación del aire que ﬂuye

desde la laringe y el tracto vocal a un ﬁltro lineal que modela la

expresión vocal, ilustración modiﬁcada de Briefer (2012).

La expresión vocal de la fuente y el ﬁltro podría ayudar

a predecir e identiﬁcar los parámetros inﬂuenciados por las

emociones como marcador de estrés por ser considerado el

vínculo entre la estructura de las vocalizaciones y su modo

de producción (Briefer, 2020, Green et al, 2021). En bovi-

nos, la distribución de frecuencias en el espectro o paráme-

tros formantes, la amplitud y tasa de vocalización podrían ser

la clave para la diferenciación vocal de la valencia emocio-

nal (Bishop et al., 2019; Haro, 2021; Green et al, 2021). Por

lo tanto, utilizar la producción vocal de la fuente y el ﬁltro,

incluidas las frecuencias formantes, serían la media de estrés

por expresión vocal del ganado bovino por obtención de per-

ﬁles vocales especíﬁcos de la emoción (Bishop et al., 2019;

Green et al, 2021).

Varios estudios han demostrado (Grandin, 1988, Green et

al., 2018, Green et al., 2019, Wildridge et al., 2020; Ha-

ro, 2021; Green et al., 2021) que monitorear la producción

128

VOCALIZACIÓN COMO MARCADOR DE ESTRÉS EN GANADO BOVINO HARO et al.

acústica de los animales de granja, en particular del ganado

bovino (Green et al, 2021), proporciona una representación

precisa y no invasiva de las respuestas biológicas (detección

de celo, Göncü y Bozkurt (2019), y trastornos metabólicos,

Green et al., 2021) para traducir los estados emocionales de

los animales (bienestar animal). En especies porcinas y bovi-

nas, el monitoreo acústico de la tos permite obtener informa-

ción relacionada a enfermedades respiratorias (Ferrari et al.,

2008; Silva et al., 2009; Ferrari et al., 2010), marcador utili-

zado para detectar y diagnosticar enfermedades en grupos e

individuos (Vandermeulen et al., 2016).

La monitorización acústica para la detección y clasiﬁca-

ción de las vocalizaciones puede requerir de interacción físi-

ca entre el granjero y el animal, no obstante, en la mayoría

de los casos esta interacción no es requerida (Green et al.,

2019). Además, expone opciones en la toma de audios pro-

ducidos por los bovinos como la frecuencia del llamado o la

expresión vocal producida, la intensidad (Figura 1), espec-

tros de potencia y frecuencia en la producción del llamado

(Green et al., 2019; Green et al., 2021). Estas expresiones

vocales medidas pueden proporcionar información sobre las

experiencias subjetivas de los animales, incluidos sus estados

motivacionales y emocionales antes mencionados (Bishop et

al., 2019; Haro, 2021; Green et al., 2021).

Las interacciones entre crías y vacas son expresadas por

una alta incidencia de vocalizaciones acústicas que deter-

minan el bienestar de estos animales (Bishop et al., 2019;

Green et al., 2021), expresiones positivas al apego emocio-

nal en contacto cría/madres, y expresiones negativas cuando

las crías son separadas, acción inﬂuenciada con los niveles de

estrés que sufren los bovinos durante los periodos de postpar-

to (comportamiento materno, Meagher et al., 2019) y destete

(estrés por separación, de la Torre et al., 2015). Las crías bo-

vinas realizan vocalizaciones agudas y prolongadas cuando

se distancian de sus madres (Watts y Stookey, 2000), enten-

dido como un evento o comportamiento de separación, suce-

so relacionado en todas sus categorías productivas, la jerar-

quía y el apego al grupo de pastoreo o animales en extensivo

concluyente a factor estresante (Watts y Stookey, 2000, de la

Torre et al., 2015).

El entorno medioambiental también es un causante de es-

trés en el ganado bovino, los ruidos ambientales y la maqui-

naria agrícola son los referentes al factor estresante, durante

el ordeño las vacas tienen vocalizaciones más agudas depen-

diendo de la agresividad en la técnica empleada (ordeño ma-

nual y mecánico), determinado como evento estresante para

las vacas lactantes (Briefer, 2012; Wildridge et al., 2020).

Al mismo tiempo, la interacción vocal entre granjero (ad-

ministradores, obreros y ordeñadores, Hanna et al. (2009))

inﬂuyen en sus niveles estresantes, que también pueden ser

medidos por la expresión vocal sobre sus comportamientos

emocionales positivos y negativos (Bishop et al., 2019; Wil-

dridge et al., 2020; Haro, 2021).

Este tipo de vocalización inﬂuencia las alteraciones pro-

ductivas y emocionales de los animales, los niveles de estrés

se elevan y pueden ser medidos por la expresión vocal indivi-

dual o grupal cuando esta especie está en interacción social

(Andriamandroso et al., 2016; Green et al., 2021). A pesar

de existir más interés en el estudio de las expresiones voca-

les sobre la condición emocional en animales de granja, no

se ha demostrado realmente la relación existente entre la vo-

calización y el comportamiento social sobre la detección del

bienestar en entornos de producción real (Mellor, 2016).

CONCLUSIONES

El uso de vocalizaciones como marcador de estrés para

evaluar el bienestar del ganado bovino se ha discutido duran-

te mucho tiempo, no obstante, el contenido dinámico emo-

cional manifestado por la vocalización o niveles de expre-

sión vocal debería ser más estudiado, maniﬁestamente, se

podría predecir y proporcionar un estado positivo emocional

inﬂuenciado sobre la producción y bienestar de los animales

bovino o de granja.

AGRADECIMIENTOS

El agradecimiento a la ESPOCH y la Universidad de

Cuenca por su contribución en la redacción y revisión del

manuscrito, además, agradecer a la Consultora Internacional

Milk and Meat por su ayuda con el trabajo, compartiendo el

conocimiento ganadero.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES

Conceptualización: AHH y ASU; metodología: MJA y

AB; análisis formal: AHH, AB, JN, PNE y JR.; investiga-

ción: AHH y ASU; recursos: AHH y MJA; curación de datos:

AB, JN y JR; redacción Ð preparación del borrador original:

AHH y ASU; redacción Ð revisión y edición: AHH, ASU,

PNE y MJA; visualización: AB, JN, PNE y JR; supervisión:

AHH y ASU; administración de proyecto: AHH; adquisición

de ﬁnanciamiento para la investigación: AHH y ASU. Todos

los autores han leído y aceptado la versión publicada del ma-

nuscrito.

Andrés Haro Haro: AHH. Andrés Suarez-Usbeck: ASU.

Ana Burgos: AB. Jorge Navarrete: JN. Juan Ramonez: JR.

Pedro Nieto-Escandon: PNE. María José Andrade: MJA.

FINANCIAMIENTO

El presente estudio fue ﬁnanciado por el Departamento del

Conocimiento Ganadero de la Consultora Internacional Milk

and Meat para una ganadería sostenible.

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