Revista de Ciencia y Tecnologí a Ingeniería y Tecnología, Salud, Biología y Genética,

Educación Cientí‚ca y Tecnológica

AÑO 17 / Nº 23/ 2015 ÍNDICE

4 Trabajo por Proyectos con Estudiantes de Agronomía para Activar la Innovación Tecnológica en la Nueva Universidad Cubana / Carlos Alberto Hernández Medina.

13 Estructura Microscópica de los Palos de Yerba Mate Canchada / Carlos Eduardo Núñez, Liliana Ybarra.

18 Evaluación de la Transferencia de Masa Durante el Secado de la Corteza de la Sandía para la Obtención y Caracterización de la Harina / Julianne V. F. Portela, Thayze R.B. Pessoa, Jacinete Pereira Lima, Ânoar. A. El-Aouar

25 Densidad, Velocidad del Ultrasonido y Módulo de Elasticidad de la Madera de Pinus douglasiana , en Relación a su Contenido de Humedad / Javier Ramón Sotomayor Castellanos.

31 Evaluación de la Autenticidad del Té Verde de Diferentes Marcas Comerciales que se Expende en San José, Costa Rica / Jason Alvarez, Gabriel Zamora, José M. Chaverri-Fernández, María F. Méndez, María L. Arias-Echandi.

36 Comparación entre Modelos en Diferencias Finitas Aplicados a la In‚ltración en Suelos / Hector A. Pedrozo, Mario R. Rosenberger, Carlos E. Schvezov.

45 Formulación de Insecticida/Repelente en Lipogel de Larga Duración para Aplicación Preventiva Veterinaria / Juan C. Falkowski, Eduardo S. Bañay, José M. Blariza, Alicia R. Duarte, P. Oviedo.

48 Condiciones Higiénicas del Servicio de Alimentación en un Centro de Atención Psicosocial / Franciele G. Pereira, Nara B. Bolzan, Joice T. Silveira, Lana C. Almeida.

54 Hongos Entomopatógenos en la Provincia de Misiones: Revisión / Gustavo A. Bich, María L. Castrillo, Marilyn R. Silva, Gabriela V. Díaz, Laura L. Villalba, Pedro D. Zapata, Martha G. Medvedeff†.

59 Problemáticas Interniveles en la Enseñanza de las Ciencias Naturales que di‚cultarían las Trayectorias Escolares / Patricia M. Morawicki, Ana G. Pedrini, Alicia M. Oudín, Bárbara V. Ortega, Lorena Estatuet.

65 Instrucciones a los autores.

68 Instructions to authors.

71 Instruções aos autores.

74 Con‚rmación de Autoría y Derechos de Publicación. / Con‚rmation of Authorship and Publication Regulations. / Con‚rmação de Autoria e Direitos de Publicação. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, QUÍMICAS Y NATURALES

• SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO. FCEQyN–UNaM Secretaria: Mgter. Celina Vedoya.

• REVISTA DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA

COMITÉ EDITORIAL Editor principal: Dra. Alicia E. Ares. Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales. UNaM. Misiones. Argentina. Editor adjunto: Dr. Miguel E. Schmalko. Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales. UNaM. Misiones. Argentina.

CONSEJO DE EDICIÓN Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales. UNaM. Argentina Dr. Alberto S. Fenocchio. Dr. Dardo A. Martí. Dra. Laura A. Ramallo. Dra. Marina Quiroga. Dra. Laura L. Villalba. Dr. Pedro D. Zapata. Dra. Ana María Zoppi. Dr. Eduardo O. Sosa (Invitado). Dra. Claudia Mendez (Invitada).

Instituciones de la Argentina Mgter. Nilda Josefa Corral. Facultad de Humanidades. UNNE. Resistencia. Chaco. Dra. Silvia Di Genaro. Universidad Nacional de San Luis. San Luis. Argentina. Dr. Roque Hours. Universidad Nacional de La Plata. Argentina. Dr. Rodolfo Mascheroni. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. La Plata. Argentina. Dr. Jorge E. Monzón. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. UNNE. Corrientes. Argentina. Dra. Silvia Resnik. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Argentina. Dr. José G. Seijo. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. UNNE, Corrientes. Argentina.

Instituciones del Exterior Dra. María Sol Brassesco Annichini. Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto-USP, Brasil. Dr. Rafael A. Auras. Michigan State University, Michigan, Estados Unidos. Dra. Marusia Stefanova. Instituto de Investigaciones de Sanidad Vegetal (INISAV). Dr. Andre Luiz Ferraz. Departamento Biotecnologia, Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Brasil. Mgter. Mirtha Lucía Abraham Nazif. Univ. Academia de Humanismo Cristiano. Providencia, Santiago de Chile. Dra. Pilar López Ruiz. Universidad de Alcalá de Henares. Madrid. España. Dr. José Ignacio Paláez Sánchez. Universidad de Málaga. España.

Revista de Ciencia y Tecnología on line: www.fceqyn.unam.edu.ar/recyt. Hecho el depósito de la Ley 11723. Impreso en Argentina. ISSN de la revista impresa: 0329–8922. ISSN de la revista electrónica: 1851-7587. Esta Revista es un servicio de la SECIP. Está prohibida su venta a terceros como también la reproducción total o parcial con ‚nes comerciales. Los trabajos presentados han sido aceptados para su publicación por el Consejo de Dirección y el Consejo de Edición. La Revista no se hace responsable de las opiniones contenidas en los artículos, siendo de responsabilidad exclusiva de los autores de los mismos. La edición de la Revista cuenta con el apoyo económico de la Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales y de la Fundación Fac. Cs. Ex. Qcas. y Naturales. Toda correspondencia relacionada a la Revista debe ser dirigida a: Revista de Ciencia y Tecnología. Félix de Azara 1552, 3300, Posadas, Misiones, Rep. Argentina. Teléfono: 54-376-4422186, Fax: 54-376-4425414 , E–mail: [email protected]. Revista de periodicidad semestral. EQUIPO EDITORIAL Armado de interior y tapa: Javier B. Giménez. Revisión de texto: Julia E. Renaut. Revisión de texto en inglés: Responsable: Lic. María C. Benassi; Docentes: Prof. María E. Sobrero, Lic. Silvia Flores, Lic. Martha S. Godoy, Prof. María L. Stefañuk, Prof. María F. Picasso. Revisión de texto en portugués: Prof. Cristina S. Pastori. Colaboradores técnicos: ASC. Mónica R. Mounier, ASC. Víctor R. Narvaez.

COMITÉ DE REVISIÓN EXTERNO INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA, SALUD, BIOLOGÍA Y GENÉTICA, EDUCACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA

Dr. Adrian Lifschitz. Facultad de Ciencias Veterinarias. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos (Argentina). Dr. Domingo A. Tarzia. Universidad Austral (Argentina). Dr. Graciela S. Centenaro. Universidad Federal del Pampa (Brasil). Dr. Jorge Nuñez Jover. Universidad de La Habana (Cuba). Dr. Juan C. Reginato. Universidad Austral (Argentina). Dr. Marcos Maiocchi. Universidad Nacional del Nordeste (Argentina). Dr. René Navarrete Padilla. Universidad de Guanajuato (México). Dr. Ricardo E. Pino Torrens. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (Cuba). Dra. Diana T. Masih. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Nacional de Córdoba (Argentina). Dra. María P. Bonomini. Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires (Argentina). Mgter. Alicia Bohren. Facultad de Ciencias Forestales. Universidad Nacional de Misiones (Argentina). Mgter. Carla C. Bauermann Brasil. Universidad Federal del Pampa (Brasil). Mgter. Gertrudis Campaner. Universidad Nacional de Córdoba (Argentina). Mgter. María T. Alcalá. Universidad Nacional del Nordeste (Argentina). Mgter. Sergio D. Prat Kricun. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria - INTA (Argentina).

La Revista de Ciencia y Tecnología (RECyT) publica artículos originales que representan una contribución para el desarrollo cientí‚co–tecnológico. Incluye trabajos de investigación básica y aplicada y de desarrollo tecnológico, revisiones bibliográ‚cas de alto impacto, notas técnicas y, eventualmente, estudios de casos que por su relevancia ameriten publicarse. 4 Carlos Alberto Hernández Medina : Trabajo por proyectos e innovación tecnológica en Cuba

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 4–12 Trabajo por proyectos con estudiantes de agronomía para activar la innovación tecnológica en la Nueva Universidad Cubana

Work by projects with agronomy students to activate technological innovation in New Cuban University

Carlos Alberto Hernández Medina 1,* 1 - Centro Universitario Municipal Camajuaní, Joaquín Paneca 62-A. Camajuaní, CP 52500, Villa Clara, Cuba.

* E-mail: [email protected]

Resumen

Se hizo un estudio sobre la utilización del trabajo por proyectos con los estudiantes en el Centro Universitario Municipal (CUM) para responder a la necesidad de introducción de los resultados científicos con el objetivo de solucionar problemas productivos en las Empresas Agropecuarias del municipio Camajuaní. Se profundizó en el enfoque del diagnóstico estratégico como proceso emprendido con el fin de servir de guía para la toma de decisiones, solucionar los problemas detectados y promover el mejoramiento de la calidad del proceso formativo. El proceso de innovación tecnológica debe ser primero de carácter interno, realizando un proceso de diagnóstico institucional adaptado a los propósitos de la institución y al mismo tiempo de carácter externo, a realizarse con la selección e introducción de los Resultados Científicos que aseguren la solución de los principales problemas productivos en las Empresas Agropecuarias que se detectaron en el diagnóstico estratégico.

Palabras clave: Trabajo por proyectos; Solución de problemas; Diagnóstico; Innovación tecnológica.

Abstract

A study on the use of the work was done by projects with students at the Municipal University Centre (M UC) to respond to the need for introduction of scientific results to solve production problems in the Agricultural Business of Camajuaní municipally. It focused on the strategic diagnosis to help as a guide in the decision making process, to solve problems encountered and to promote the improvement of the quality of the training process. The process of technological innovation must be first internal, performing an institutional assessment process adapted to the purposes of the institution; and also external, to be held with the selection and introduction of Scientific Results to ensure the solution of major production problems in Agricultural Enterprises that were detected in the strategic diagnosis.

Keywords: Work by projects; Solution of problems; Diagnostic; Technological Innovation.

Introducción y los demás países. El modelo de gestión de la Nueva Universidad Cubana en los CUM se encuentra en pleno La educación es uno de los mayores logros alcanza- auge y requiere de consolidación y perfeccionamiento. dos en los últimos 45 años en la República de Cuba. Su Una revisión de la forma tradicional de abordar la constante perfeccionamiento es preocupación y ocupación enseñanza en países de Latinoamérica y del Caribe [1, sistemática de directivos, especialistas, investigadores 2, 3, 4] deja ver de una enseñanza libresca, memorística, y maestros. Corresponde a la Universidad suministrar verbalista, transmisora de datos fragmentarios e informa- enseñanza superior y extenderla a todo el pueblo. Le ciones puntuales que lleva a una comprensión de la ciencia !"#$%&'(&)* +)('*)' !,&-. /)" !'" &!.[")'3'4 5#!4 ('*6-' descontextualizada de lo cotidiano y de las necesidades de conocimientos y la cultura. Es su obligación formar los la vida social. Como consecuencia existen corrientes críti- profesionales de nivel superior en número y calidad que ")-'8#&'"#&-. 6!)!'&*'- /! [")469':&(. !&!" )'3'(&*&,)!" )' demanden las necesidades de la nación, desarrollar su del currículo. espíritu de investigación, completar su formación cultural, Según Álvarez [5] nuestro sistema educativo escolar y moral, política y corporal, contribuir a elevar, mediante la universitario se caracteriza por estar organizado curricular- extensión universitaria, el nivel cultural del pueblo cubano mente por disciplinas especializadas. Más que determinar 3'56$&!.)('&*' !.&(")$% 6'" &!.["6'3'"#*.#()*'&!.(&'7#%)' cuáles son las competencias que un profesional debe poseer

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Carlos Alberto Hernández Medina : Trabajo por proyectos e innovación tecnológica en Cuba 5 nos hemos esforzado por determinar cuáles son los conoci- en su versión hipotético - experimental. Pero los alumnos $ &!.6-'8#&'4&%&'.&!&('3'*6-';&$6-'"*)- [")46'&!'4 -" :* - !6';)")!'&!'*)'&-"#&*)' !,&-. /)" !'" &!.[")',* 4)9'-6*6' nas o asignaturas. Como consecuencia el tiempo de estudio reproducían en rutinas los procesos del pensar y generar lo hemos dividido y parcelado según estas disciplinas y de hipótesis explicativas y del diseño de experimentos para la importancia otorgada a las mismas. Esta estructura de -#'"6![($)" !?' enseñanza ha ocasionado que tanto alumnos como docentes Las primeras propuestas de trabajo por proyectos apa- nos encontremos descontentos de nuestra práctica. recen a principios del siglo XX, en la enseñanza primaria y Hoy las instituciones educativas son presionadas por -&"#!4)( )?'C&D&3'EFG';)%)'(&-)*.)46'*)' !\#&!" )'8#&'*)' la sociedad en la búsqueda de un proceso formativo que experiencia ejerce sobre el razonamiento y los pedagogos :&($ .)'*)'56($)" !'4&':(65&- 6!)*&-'(&\&= ,6-9'"):)"&-' de la época aplicaron sus ideas a la enseñanza. El Método de resolver problemas y aprender de modo autónomo. A de proyectos es un plan de trabajo que se elige libremente la educación se le exige preparar los profesionales para con el objetivo de realizar algo que despierta el interés los nuevos tiempos, promoviendo en ellos el aprender a propio; puede tratarse de la solución de un problema o de conocer, a hacer y aprender a ser, pilares en los que, según una tarea que se desea llevar a cabo. Delors [6] se centra el desarrollo de la persona y de la La enseñanza por proyectos abre interesantes y pro- sociedad. misorias posibilidades para la formación. Los proyectos Para implementar estos cambios es necesario contribuir, permiten a los estudiantes actuar como investigadores desde la universidad, a la apropiación por parte de los en el mundo en que viven, y los capacitan para procesos estudiantes de procedimientos y estrategias cognitivas, como el planteamiento de hipótesis, la observación, la metacognitivas y motivacionales que le permitan gestio- experimentación, el estudio de campo, la documentación nar el conocimiento en lugar de consumirlo y resolver y la reconstrucción sistemática de sus ideas sobre un tema. problemas en vez de acumular información. Con ello los También pueden estimular el análisis crítico de problemas ayudaremos a aprender a aprender a lo largo de toda la sociales, la valoración de alternativas de acción, el diseño vida y en cualquier situación y contexto. Esta necesidad de acciones de cambio e, incluso, el desarrollo de algunas de cambio se empezó a evidenciar, según Matus [21], a de ellas, con lo que se lograría que los estudiantes supieran partir de la década de los ochenta cuando la mayoría de los no sólo indagar, sino también actuar como ciudadanos más :)-&-', , &(6!'#!)' :6")'4&'4&-&!")!.6'"6!'*)':*)! [") - cultos, críticos y participativos [10]. ción normativa, en la medida en que se vieron frustradas la mayor parte de las predicciones realizadas por los expertos Articulación del proceso de formación en torno al trabajo :*)! [")46(&-9'"6!'(&-:&".6')*'4&-)((6**6'8#&'-&'*6/()()' por proyectos "6!'&-.)'56($)'4&':*)! [")" !'&!'&*'- -.&$)'&4#"). ,6?' Junto a ese cambio surgió una visión alternativa de la Los cambios en el mercado laboral e innovaciones en :*)! [")" !9'5#!4)4)'&!'#!)'"6!"&:" !'4 -. !.)'4&'*)' la tecnología provocan movilidad constante en las especia- realidad. Teóricos como Matus [7] señalan como una de lizaciones laborales y profesionales. Es aquí donde surge *)-':6.&!" )* 4)4&-'4&'&-.&'!#&,6'&!568#&'4&':*)! [")" !' el reto para el sistema educativo con respecto a “… cómo la idea de que no hay una verdad absoluta sino verdades preparar a las nuevas generaciones para enfrentarse de compartidas y asumidas colectivamente en un compromiso $)!&()'(&*). ,)$&!.&')#.!6$)9'&[")+'3'-). -5)".6( )')' construido intersubjetivamente. la complejidad y variabilidad de las estructuras sociales, Estamos pasando por cambios profundos en la educa- culturales, políticas y laborales que rodean la vida de los ción. En la modernidad industrial esta se utilizó, primero, ciudadanos contemporáneos. Y a la vez, cómo adaptar la en la adhesión de la población a una cultura científico- &-"#&*)'3'&*'- -.&$)':)()'(&-:6!4&(')'*)'"6$:*&@ 4)4'3'\& - . "! ")'8#&'@#-. [")()'*)'&$&(/&!" )'4&'*)'-6" &4)4' !4#- - xibilidad del contexto social, cuando parecen permanecer trializada, se centró en la transmisión del conocimiento básicamente inalterables e inalterados desde los orígenes " &!.["6'/&!&()46'3'-&':(6$6, '*)'"( . ")')*':&!-)$ &!.6' de su implantación generalizada…” [26]. $. "69'(&* / 6-69'[*6-["69'* .&()( 6'6')(.-. "6?' La enseñanza por proyectos es una estrategia impres- Después la educación se utilizó para fomentar que la " !4 %*&':)()'*6/()('#!'):(&!4 +)@&'&-"6*)('- /! ["). ,6'3' población pensara y obrara en los mismos términos que pertinente. Los resultados de la indagación psicológica y *6';)" )'&*'" &!.["6'3'&*'. "! "6')*'"6!.(6*)('5&!$&!6-' :&4)// ")'"6![($)!'")4)',&+'"6!'$)36('5#&(+)'8#&'*)' o cambios en algún aspecto de la realidad. Para ello se escuela investigativa es la opción que mejor asegura el centró en actividades que reproducían los experimentos ):(&!4 +)@&'- /! ["). ,6'3':&(. !&!.&'EHIG?' que los científicos realizaban para confirmar hipótesis, El trabajo por proyectos favorece la creación de intentando formar la capacidad de pensar en la forma que estrategias organizativas del conocimiento y propician &*'" &!.["6')*'/&!&()('"6!6" $ &!.6'" &!.["6?'A /# &!46' el desarrollo de habilidades metacognitivas, potencian la los trabajos de Piaget [8] y Dewey [7] se apuntaba en la autonomía y aumentan el grado de iniciativa del alumno. 4 (&"" !'4&':(6$6,&('*)'56($)" !'&!'&*'$ .646'" &!.["6' Los estudiantes construyen su aprendizaje en base a las

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 6 Carlos Alberto Hernández Medina : Trabajo por proyectos e innovación tecnológica en Cuba

4 -. !.)-'.)(&)-9'&8# ,6"!46-&9'(&\&= 6!)!46'-6%(&'*6-' ! '(&,6*#" 6!)( )?'L)'&4#")" !')% &(.)'4&'[!&-'4&'*6-'MI'3' errores, intentándolo de nuevo. Dejan de ser espectadores principios de los 70 dio un impulso fuerte a experiencias de y las actividades se convierten en el referente del proceso aprendizaje de primera mano y a aprender haciendo [15]. educativo; facilitando la puesta en práctica de los conoci- El enfoque Regio Emilia para edad temprana, reconocido mientos teóricos y el desarrollo de nuevos contenidos. El y aclamado entre los mejores sistemas educativos en el /()46'4&'4 ["#*.)4',)'&!')#$&!.6')'$&4 4)'8#&':(6/(&-)!' mundo, se basa en proyectos [16, 17]. en sus conocimientos, pasando de lo simple a lo complejo L6-':( !" :)*&-'%&!&[" 6-'4&*'):(&!4 +)@&'%)-)46'&!' 3'4&'*6'/&!&()*')'*6'&-:&"["69'*6'8#&':&($ .&' (')-&!.)!46' proyectos incluyen: los conocimientos. • Preparar a los estudiantes para los puestos de trabajo. El Trabajo por Proyectos privilegia el desarrollo de una Logran habilidades y competencias de colaborar, investigación proyectiva que se concreta en el diseño de planear, tomar decisiones y manejar el tiempo [18, 11]. sistemas capaces de dar respuestas a problemas prácticos • Aumentar la motivación. Con frecuencia aumenta la de la producción agropecuaria. Estos objetivos son solo asistencia, la participación en clase y la disposición para posibles desde el conocimiento alcanzado actualmente y realizar varias tareas [19]. desde una investigación de tipo interactivo que se concreta • Hacen conexión escuela / realidad. Los estudiantes &!'$64 [")('*)-'"6!4 " 6!&-'&!'*)-'8#&'&-.'.()%)@)!46'&!' retienen más conocimiento y habilidades en proyectos la producción agropecuaria del municipio, creando nuevas estimulantes. Hacen uso de habilidades mentales de or- condiciones. den superior en lugar de memorizar datos en contextos Esta estrategia de enseñanza es un modelo de instruc- aislados sin conexión con su posible uso en el mundo ción auténtico en el que los estudiantes planean, imple- real [18]. mentan y evalúan proyectos que tienen aplicación en el • Ofrecen oportunidades de colaborar para construir mundo real más allá del aula de clase [11, 12]. En ella se conocimiento. El aprendizaje colaborativo permite recomiendan actividades de enseñanza interdisciplinaria, compartir ideas o servir de caja de resonancia a ideas de largo plazo y centradas en el estudiante, en lugar de de otros, expresar sus propias opiniones y negociar lecciones cortas y aisladas. habilidades necesarias en el puesto de trabajo [20]. Las estrategias de instrucción basada en proyectos • Aumentan las habilidades sociales y de comunicación. tienen sus raíces en la aproximación constructivista • Acrecientan las habilidades para la solución de pro- que evolucionó a partir de los trabajos de psicólogos y blemas [19]. educadores como Vygotsky, Bruner, Piaget y Dewey. El • Permiten hacer y ver las conexiones existentes entre constructivismo mira el aprendizaje como resultado de diferentes disciplinas. construcciones mentales; esto es, los individuos, aprenden • Permiten el uso de fortalezas individuales de aprendi- construyendo nuevas ideas o conceptos, basándose en sus zaje y enfoques hacia él. conocimientos actuales y previos [13]. • Posibilitan una forma práctica de usar la Tecnología Más importante aún, los estudiantes encuentran los [19, 21]. proyectos divertidos, motivadores y retadores porque desempeñan en ellos un papel activo tanto en escogerlos El trabajo del proyecto no es una materia como mate- como en el proceso de planeación [14]. mática o física, es un contexto para aplicar conceptos y No son proyectos aquellas actividades en las que habilidades. No es un elemento “agregado” a las materias el problema y la metodología ya vienen dados y donde del plan de estudio. Es un componente integral e integrador los estudiantes se limitan a actuar, en todo caso, como del trabajo y forma parte del currículo. Es resultado de «ayudantes de investigación». A veces algunas de estas aprendizaje integrador de competencias transversales *)%6(&-':#&4&!'(&-#*.)(',)* 6-)-':&(6'!6'*)-'"*)- [")$6-' a lograr pues son requeridas en el proceso de análisis y "6$6':(63&".6-'- '!6'")* [")!'"6$6'.()%)@6-'"6(.6-?'J)()' solución de problemas que pueden resolverse mediante la ser proyectos les falta la fuerza de la iniciativa y de la actividad tecnológica como son: diseño, desarrollo, innova- autogestión estudiantil. ción, mejoramiento y adaptación de servicios y productos. K-.&'&!568#&'$6. ,)'3'%&!&[" )')'*6-'@,&!&-')'):(&! - El CUM ha asumido la necesidad de formar al profe- der porque les permite seleccionar temas que les interesan sional para obrar en un entorno donde compiten muchas y que son importantes para sus vidas . Ofrece posibilidad propuestas de satisfacción a las necesidades. Por ello de introducir en el aula una extensa gama de oportuni- debe estar en capacidad para gestionar estratégicamente dades de aprendizaje. Motiva a estudiantes de diferentes los procesos y las tecnologías requeridas para realizar su proveniencias socioculturales. Ellos pueden escoger temas función y ser capaz de desarrollar autocapacidad. Hay que relacionados con sus propias experiencias y utilizar estilos formarlo en funciones productivas mediante las cuales de aprendizaje relacionados con su cultura o estilo personal se busque la satisfacción de las necesidades del entorno. de aprender [15]. Debemos centrarlos en el desarrollo del conocimiento La incorporación de proyectos al currículo no es nueva " &!.["6N.&"!6*/ "6'3'&-.().&/ )-':)()'*)' !-&(" !'"(. ")'

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Carlos Alberto Hernández Medina : Trabajo por proyectos e innovación tecnológica en Cuba 7 y creativa en la producción y la vida. al trabajar varios conceptos relacionados con el desarrollo Actualmente tratamos de materializar la formación del de estrategias para formar investigadores. Estas deben profesional para su integración a procesos productivos tenerse muy en cuenta al aplicar el método de trabajo sostenibles y competitivos, acompañada de una formación por proyectos. Casi todas están dirigidas a trabajar en el en valores, habilidades y competencias. Para ello el diseño sentido de compromiso y autopreparación del individuo. curricular define primero el esquema general y dentro Estos factores resultan esenciales al comprometer el factor ubica las habilidades, valores y competencias a lograr humano con las metas a alcanzar. dependiendo del contexto. Es difícil dar recetas pero es evidente que existen prác- En el CUM se puede trabajar en proyectos tecnológicos ticas que estimulan mayor participación de los estudiantes. surgidos de una evaluación estratégica de la tecnología de Estas implican enfocarse en un trabajo retador y complejo cada unidad productiva desde el punto de vista del aporte y utilizar un enfoque interdisciplinario en lugar de por que hace a la cantidad y calidad del producto logrado. La asignatura estimulando el trabajo cooperativo [26]. definición de una estrategia tecnológica a desarrollar y Teniendo en cuenta que la enseñanza basada en el traba- la formulación, diseño, desarrollo e implementación de jo por proyectos trabaja las características individuales de proyectos que operen la estrategia de adquisición de nueva los estudiantes y les permite explorar sus áreas de interés tecnología, mejoramiento de la poseída, adaptación de tec- dentro del marco de un currículo establecido se realizó nologías, reconstrucción o copia, innovación y desarrollo esta investigación con el objetivo de utilizar el trabajo por de nueva tecnología es esencial. proyectos con los estudiantes en el Centro Universitario La estrategia de Formación por Proyectos que está Municipal (CUM) para responder a la necesidad de intro- implementando el CUM es una estrategia de cambio 4#" ('*6-'(&-#*.)46-'" &!.["6-':)()'-6*#" 6!)(':(6%*&$)-' metodológico que se soporta en tres premisas: productivos en las Empresas Agropecuarias del municipio a) Centra el proceso formativo en el estudiante y el Camajuaní, Cuba. profesor tiene papel de facilitador y guía. %O'P6$)'"6$6'(&5&(&!" )':)()'-#'4&[! " !'*)-'"6$:&- Materiales y métodos .&!" )-'4&[! 4)-'&!'*)'Q!-. .#" !? "O'Q$:#*-)'&*'#-6'4&'. "! ")-'4 4". ")-')". ,)-'"6$6R' El trabajo se desarrolló en 28 Unidades de Base de la Diagnóstico estratégico, método de proyectos y estudio Agricultura de Camajuaní, Cuba, entre septiembre y no- de casos que sean válidas para dar respuesta a proble- viembre de 2010 con estudiantes y profesores de la carrera mas del entorno. 4&'Q!/&! &()'U/(6:&"#)( )?'J&(- /# '"6$6'6%@&. ,6'*6/()(' un diagnóstico de cada unidad mediante la evaluación de Según Miñana [22] la mayoría de las veces se asocia el la evolución y composición de las diferentes producciones término al método de trabajo por proyectos, desarrollado y de los rendimientos. Para su realización se siguió la guía principalmente en sus inicios por Kilpatrick. Esta es una que responde en el diagnóstico. Con el análisis de la infor- $&.646*6/)'8#&',)'4&-4&'*)' 4&!. [")" !'4&'#!':(6%*& - mación obtenida se elaboró el Banco de Problemas de la ma hasta su solución pasando por etapas que incluyen Agricultura en el Municipio. El diagnóstico constituyó una la búsqueda de información, el diseño y elaboración de herramienta para el análisis del proceso productivo por la propuestas, construcción y evaluación. Delegación del Ministerio de la Agricultura y el Gobierno. S6';)3'#!'! "6'$64&*6'4&':(63&".6'! '#!)'4&[! " !' K*'.()%)@6'(&)* +)46'. &!&'"6$6'V%@&. ,6-'K-:&"["6-R muy acotada de lo que debe ser un proyecto estudiantil, 1- Diagnosticar la situación productiva y organizativa pero sí podemos decir que es un trabajo educativo más en los diferentes tipos de Unidades Productivas de Base o menos prolongado, con fuerte participación de los de la Agricultura de Camajuaní. estudiantes en su planteamiento, en su diseño y en su WN'Q4&!. [")('*6-':( !" :)*&-':(6%*&$)-':(64#". ,6-'3' seguimiento, y propiciador de la indagación en una labor organizativos que afectan la producción. autopropulsada conducente a resultados propios [23,24]. XN'J(63&".)('*)'-6*#" !'4&'*6-':(6%*&$)-' 4&!. [")46-' Un proyecto combina el estudio empírico con la consulta $&4 )!.&'J(63&".6-'4&'Q!!6,)" !? bibliográfica y puede incluir propuestas o acciones de mejora en el ámbito social. En la realización del trabajo se diagnosticaron 28 El trabajo por proyectos persigue el objetivo de acercar Unidades productivas y los equipos de trabajo estuvieron una realidad concreta a un ambiente académico mediante la formados por un estudiante y su tutor. realización de un proyecto de trabajo. Tiene como ventajas el hecho de que es interesante, se convierte en incentivo Se siguieron los siguientes pasos del Diagnóstico: para el desarrollo de competencias en los estudiantes, motiva a aprender y estimula en el futuro profesional el • Selección de las unidades a diagnosticar. Área plantada desarrollo de habilidades para resolver situaciones reales. por cultivos. En nuestro trabajo adoptamos las ideas de Castillo [25] • Medidas de conservación de los suelos en función de la

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erosión, salinidad y otros. proceso docente se llevó a cabo de manera participativa de • Costo unitario de los diferentes cultivos. Resultados forma que el estudiante se convirtió en un Extensionista &"6!$ "6'[!)!" &(6-'4&'*)'#! 4)4? Agrícola Rural y “Maestro ambulante”, sobre la base del • Y)".6(&-'8#&' !" 4&!'&!'*)'&[" &!" )'&"6!$ ")9'.)!.6' pensamiento Martiano que les permitió la socialización y positiva como negativamente. adopción entre las familias campesinas y productores de • U!* - -'4&'"$6'-&':6!&'4&'$)! [&-.6'*)' !.&/()" !' las abundantes técnicas agroecológicas. agricultura-ganadería. Los estudiantes-extensionistas crearon una atmósfera • Preparación de suelo. Equipos e implementos que se 4&'"6![)!+)'5),6(&" &!46'*)':)(. " :)" !?'Z. * +)(6!'#!' usan, tipos y calidad de las labores. vocabulario adaptado a los participantes, mostraron su • K,)*#)" !'4&'*)'- &$%()'3':*)!.)" !?'L)%6(&-'[.6. " - fe en la gente y sus capacidades, escucharon a todos con ! ")-'&-:&"[")-':)()'")4)'"#*. ,6?' paciencia y estimularon e incentivaron la participación de • Cosecha, momento y método, manipulación, conserva- cada productor. ción y comercialización. El proceso de sensibilización estuvo dirigido a todos los • Masa Porcina. Masa Ovina. Masa Bobina. Masa de socios de las cooperativas, granjas, UBPC y trató de buscar Aves de Corral. su mayor participación. Se promovió un primer encuentro • Valoración de influencia de la topografía sobre la con la Junta directiva y un segundo encuentro con todos producción agrícola y animal. los socios de la Unidad de Producción. Para la preparación • Análisis de la producción acumulada con los resultados de los encuentros de sensibilización, se elaboraron como de años anteriores. soportes pancartas, plegables y papelógrafos que son • Diagnóstico sobre las actividades mecanizadas que se herramientas que agilizan el trabajo. efectúan en la entidad. En las entrevistas, recorridos y observaciones en juntas • Tipos de implementos. Máquinas Agrícolas. Guía del 4 (&". ,)-9'[!")-9'3'4&' !4 , 4#6-'-&'*6/('&*'6%@&. ,6'4&' control de los mantenimientos. conocer a los miembros de la unidad productiva y enten- der concretamente lo que ellos explican. De acuerdo a Diagnóstico sobre Sanidad Vegetal los participantes se realizaron entrevistas con miembros 4&'*)'[#!.)'6'*)'[#!.)'&!':*&!6?'J)()'#!'#-6'&[" &!.&'4&*' • Cultivos principales, plagas y malezas principales por tiempo coordinaron previamente con la junta para ubicar cultivo y cómo es su combate. 3'*6")* +)('*)-'[!")-'6'#! 4)4&-'3'6(/)! +)('*6-' . !&()( 6-' • Características de los principales plaguicidas químicos de visita. Cada entrevista tuvo duración de 1h. 30m., que se utilizan en la entidad. !"*#3&!46'&*'(&"6(( 46'4&'*)'[!")? • Manipulación y conservación de los plaguicidas quí- micos. Métodos de investigación • Principales productos plaguicidas biológicos que se utilizan en la entidad. La información del diagnóstico anterior se utilizó para • Análisis de la protección del medio ambiente en el (&)* +)('&*')!* - -'4&'\).( +'CUYV'&!'&*'"#)*'-&'(&\&@)!' ecosistema donde se ubica la entidad. componentes internos que constituyen las fortalezas y debilidades de la unidad, que proceden de la dotación de Diagnóstico rural participativo sobre tracción animal recursos, estructura y comportamiento y los agentes que actúan. Entre los componentes externos analizamos las • Tipo de alimentos para los animales. Uso que le da al oportunidades y amenazas existentes en el entorno que estiércol. pueden incidir en la unidad. • ¿Se utiliza la vaca para el trabajo o solo para leche? Se empleó la Matriz de Vester para mostrar las interac- ¿Utiliza el caballo como animal de tiro o solo como ciones de dependencia y motricidad entre las variables y monta? Tipo de yugo o arnés que utiliza. Fabricación comprobar el grado en que cada una afecta a las otras. Para de ellos. ello se listaron los problemas relevantes detectados en el • ¿Como obtienes animales nuevos e implementos? ¿Son 4 )/!-. "6'&!'[*)-'3'"6*#$!)-'&!'#!'$ -$6'6(4&!'3'-&'*&-' atendidos por veterinarios? asignaron valores de categoría a través de una escala. Con • ¿Continuarías empleando la tracción animal de tener *6-'(&-#*.)46-'4&'&-)'$).( +'-&'"*)- [")(6!'*)-',)( )%*&-':)()' acceso a un tractor? el trabajo corto y a mediano plazo. El nivel de causalidad se midió por la escala: 0- No es causa. 1- Causa indirecta. Los estudiantes partieron en que el Proyecto asignado 2- Causa medianamente directa. 3- Causa muy directa. debe desarrollar las capacidades para el trabajo con las El Diagrama de causa y efecto permitió analizar las Unidades Productivas, la comunicación y la capacitación ")#-)-'8#&' !" 4&!'&!'*)'- .#)" !':(64#". ,)9' 4&!. [")! - de adultos, propiciar el desarrollo del pensamiento creador do los factores humanos, tecnológicos, agrobiológicos y y contribuir a la formación en valores del profesional. El materiales que deben solucionarse.

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Resultados y discusión vinculan hombre/área ni estimulación. No usan materia orgánica ni abonos verdes. Mal sistema de riego. La asignatura de Proyectos Agropecuarios en las ca- • CPA2. Escaso riego. Falta combustible, yugos, sogas, rreras agropecuarias tiene como objetivo contribuir a la herraduras, clavos de herrar, molino de viento. No formación humanista de los egresados, de forma que les técnicos agropecuarios. Mala capacitación. No aplican permita insertarse más fácilmente en el medio rural y con- instructivos técnicos. No lombricultura, medios bioló- tribuir mejor al desarrollo agrario sostenible del país. De gicos, ni compost. Mala agrotecnia. Bajo nivel técnico. esta forma la asignatura contribuye a que los estudiantes • UBPC Cañera: Baja población. Baja calidad de la den soluciones para el desarrollo sostenible, a más largo cosecha. Pobre explotación del riego. Malas hierbas. :*)+69'8#&'"6!4#+")!')'#!)')#.6-#[" &!" )')* $&!.)( )'3' No rehabilitación de retoños. Malas condiciones de vida &!&(/ . ")')*.)-9'#!'#-6'&[" &!.&'4&*':6.&!" )*';#$)!69'#!)' y trabajo. Mala atención moral y material. No vinculan elevada competitividad en las producciones tradicionales, Hombre/Área. Poca fuerza técnica. Baja explotación así como al desarrollo de nuevas producciones de bienes y del área. Bajo aprovechamiento de la jornada laboral. servicios de alto valor agregado. Sequía afecta el cultivo de secano. No labores de culti- De esta manera, se pudo participar en el diagnóstico vo. Despoblación y compactación del suelo. Poco uso de las unidades productivas y recomendar la introducción de tracción animal. nuevas tecnologías ó técnicas locales o externas en una • Casas de Cultivo Protegido: Baja protección del medio comunidad rural determinada bajo condiciones sostenibles ambiente. Alta agresividad del nemátodo Meloidogyne y conservacionistas que permitan cada vez mayores índices spp. sin producto para su control. Uso de altas dosis de productivos con menores costos, sobre todo en divisas. Agrocelhone que afecta al medio ambiente. No produ- Asimismo, se contribuyó a la producción de alimentos cen humus de lombriz. Bajos rendimientos. Fuerza de y a resistir los embates del cambio climático (huracanes, trabajo incompleta. No vinculación del hombre al área. -&8# )-'3'4&-&(. [")" !O'3'&*'%*68#&6'&"6!$ "6'&-.)46# - • Ceba Porcina. UBPC. No vías de alimentación alterna- nidense contra la isla. Entre las formas de extensionismo tivas como maíz, sorgo, girasol, millo, yuca y boniato, agrícola usadas se destaca el método de Campesino a ni yogurt de yuca ni boniato. No aplican medicina verde Campesino y el apoyo a la asociación Cubana de Técnicos ni acupuntura. No mejoran el rebaño ni el tratamiento Agrícolas y Forestales (ACTAF) por los estudiantes de las a residuales sólidos y líquidos para disminuir la carga carreras Agropecuarias en nuestra universidad. contaminante al medio ambiente. No uso racional y Como resultado del análisis de los datos y la informa- controlado del agua en las crianzas. ción obtenidos a partir del diagnóstico contenidos en el • Plátano extradenso: Bajos rendimientos. Mal trasplante. !56($&9'-&':(6"&4 ')'*)' 4&!. [")" !9'"6$6':(6%*&$)-' Mala agrotecnia. Afectaciones por plagas y enferme- principales en las diferentes unidades de producción del 4)4&-?'C&[" &!" )'&!'&*'- -.&$)'4&'( &/6?'C [" .'4&' municipio, los siguientes: materia orgánica. Uso de pocos medios biológicos para • Organopónicos: No sistematicidad en aplicación el control de plagas y enfermedades. de Materia orgánica, barreras vivas, lombricultura, • Finca de pequeño agricultor: No sistema de riego. compost ni medios biológicos. Cámaras de piedra y no Mala agrotecnia, calidad genética y fitosanitaria de &=:*6.)4)-?'Q!#!4)" 6!&-?'S6'%)((&()-'[.6-)! .)( )-9' la semilla. Deficiente capacitación del campesino. intercalamiento de cultivos, ni trampas de color. Mal Q!-#[" &!.&'"6!.(6*'4&':*)/)-'3'&!5&($&4)4&-?'J&(4 4)' estado de cerca perimetral. No hay mercado garanti- 4&'*)-'"6-&";)-':6('-&8#)?'])@6-'(&!4 $ &!.6-?'Q!" 4&!' zado. No vinculación hombre/área. Baja productividad plagas y enfermedades. Mala calidad de los productos. y rendimiento por m2. Deficiente agrotecnia. Mala Despoblación de los cultivos. "):)" .)" !?'Q!-#[" &!.&'#-6'4&')*.&(!). ,)-'4&'( &/6?' • Granja Agropecuaria: Bajo rendimiento por área de • Ganadería: Seria afectación con los pastos naturales en los cultivos. Déficit de materia orgánica. Deficiente la época de sequía crea una situación desfavorable para agrotecnia. No lombricultura. Poco intercalamiento. No la alimentación de los animales. manejo integrado de plagas. No vinculación del hombre • Vivero Forestal: Baja germinación de semillas. No al área ni a resultados. No hay riego. desinfectan semillas ni sustrato. No sistema de riego. • Centro Ceba Porcina. Granja Agropecuaria: Defi- S6'#-6'4&'$&4 6-'% 6*/ "6-9';#$#-'! '"6$:6-.?'Q!-#- ciencias nutricionales. Estrés Social y Térmico. Mala [" &!.&'&$:*&6'4&' !@&(.6-?'\)*)'")* 4)4'4&'- &$%()-?' calidad y eficiencia del Convenio. Mala calidad del Desconocen la actividad. No vinculan hombre/área. canal. No vinculan hombre/resultado. Falta Sistema de • UBPC1 cultivos varios: Daño por plagas y enfermeda- pago por rendimientos. Falta alimento no convencional. des en maíz y boniato. Baja calidad de semilla y siem- • Ganadería Bovina. Granja Agropecuaria: No condicio- bras. Problemas con la cosecha. Bajo rendimiento. No nes para la vaquería. Estabilidad del rebaño afectada

1- Unidad Básica de Producción Cooperativa. Los cooperativistas tienen la tierra en usufructo para 2- Cooperativa de Producción Agropecuaria. Los cooperativistas unen sus tierras para asumir producir pero el estado es el dueño. unidos la producción.

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por cambios. Poco pasto en seca. No árboles ni área las diferentes formas de producción de la agricultura en boscosa, solo árboles aislados. No alimentación para el municipio. Los 26 estudiantes como extensionistas y 4 producir leche. Calidad de los alimentos no óptima, :(65&-6(&-9'4&[! &(6!'*)-')"" 6!&-'"6!"(&.)-'!&/6" )4)-'"6!' solo pastos naturales y residuos de cosecha. No destinan los productores, que se integraron al Plan de Acción, sobre áreas para pastos con rotación de la masa ganadera por la base de la demanda de estos últimos actores del trabajo. corrales. No dieta balanceada con Miel, King grass, En este encuentro se realizó una propuesta de organiza- caña de azúcar y piensos. Necesita un área para la ción, ambiente, contenido de la actividad y se capacitaron reforestación. en diferentes temas según el problema principal detectado • Semillero de posturas tabaco: Mala calidad de plántulas en cada unidad de producción como se muestra a conti- para transplante. Daños de Phytophtora infestans por nuación: Marcos de siembra de los principales cultivos &="&-6'4&';#$&4)4?'J &(4&'^W_?III`')6?'C [" .'4&' en Organopónicos, Lineamientos para la producción de combustible, riego no estable pone en riesgo la pro- semillas, Producción de Humus de Lombriz y Compost, ducción. Mala capacitación y aplicación de instructivos Medidas para evitar la erosión de los suelos, ¿Cómo elevar . "! "6-?'Q!-#[" &!.&':(64#"" !'4&';#$#-'3'"6$:6-.?' la rentabilidad de la Tienda Consultorio del Agricultor?, Poco uso de medios biológicos en el control de plagas Rendimientos del cultivo del Boniato y de la Yuca, Fer- y enfermedades. tilización de la caña de azúcar, Clon de King Grass Cuba • Granja de Autoconsumo: No integración agricultura CT- 115 para incrementar la producción de leche, ¿Cómo ganadería. Las heces del ganado no se usan para elevar los rendimientos del cultivo de la caña de azúcar?, fertilizar. Disminución de la tracción animal por mala Humus Líquido: Tecnología, aplicación y Ventajas, ¿Cómo estimulación al obrero que cuida los animales. No nivel elevar los rendimientos de la producción de leche?, Manejo superior en dirección. Escasez de combustible y ferti- Q!.&/()46'4&'*)-':( !" :)*&-':*)/)-'4&*']6! ).69'P&"!6*6/)' lizante. No hay riego. Falta estimulación y vinculación del cultivo del boniato para elevar los rendimientos, Culti- del hombre al área. vo del tabaco, Mejoramiento del suelo mediante el uso de abonos verdes, Cultivo del fríjol, Cultivo de la Malanga de Al analizar los Diagnósticos se pudo determinar un los géneros Colocasia y Xanthosoma y Manejo de Posturas grupo de Problemas Generalizados: de Café en condiciones de vivero. 1. U#-&!" )'4&':&(-6!)*'")* [")46'bA#%@&. ,6O Después del encuentro de restitución los estudiantes- 2. Mala Vinculación del hombre al área (Subjetivo) extensionistas, revisaron el informe para incluir los ele- 3. Baja aplicación de Pago por los Resultados del trabajo mentos que salieron de la restitución ya que esta constituye (Subjetivo) una visión compartida de la Unidad de Producción y así 4. Falta de Estimulación moral y material (Subjetivo) *6-'-6" 6-'-&', &(6!'(&\&@)46-'&!'&*'$ -$6?'K-.)', - !' 5. Problemas de Capacitación a todos los niveles (Sub- compartida permitió en cada unidad definir e impulsar jetivo) nuevas vías para estimular la creatividad de los colecti- 6. \)*)'")* 4)4'3'&[" &!" )'4&'*6-'76!,&! 6-'"6!'U"6: 6' vos laborales de base y fortalecer su participación en la (Subjetivo) solución de los problemas tecnológicos de la producción 7. Problemas de riego y drenaje (Objetivo) y los servicios y la promoción de formas productivas 8. Q!4 -" :* !)'.&"!6*/ ")'/&!&()* +)4)'bV%@&. ,6'3' ambientalmente sostenibles. Subjetivo) Los extensionistas entregaron una copia de la última 9. Falta de un plan de acciones que trace las políticas a versión del diagnóstico a la Unidad de producción. Esta seguir en la unidad (Subjetivo) versión fue entregada el día de la Asamblea General de 10. Poco uso de materia orgánica, humus y compost como cada unidad en la cual se elaboró el plan de acción en cada alternativas de fertilización (Subjetivo) una de ellas. 11. Q!-#[" &!.&'#-6'4&'*)':(64#"" !'4&'$&4 6-'% 6*/ "6-' Se recomendó un Plan de acción para revertir la situa- del CREE (Subjetivo) ción diagnosticada: 12. Baja rentabilidad de las unidades (Consecuencia) • Presentación al Gobierno del Diagnóstico. . . . .06/01/2012. • Primera acción tomada: Curso Teórico Práctico de Como se observa la mayoría de los problemas encon- Agricultura Urbana ...... 13/01/2012. trados tienen un carácter subjetivo y dejan al descubierto • Priorizar participación en el Curso a técnicos de unidades incumplimientos de las orientaciones del Gobierno que seleccionadas ...... 27/01/12. deben ser prioritarias en la dirección de la economía cubana. • Priorizar Diagnóstico de unidades participantes en el Curso ...... 3/02/2012. Encuentros de restitución • Asignar a técnicos revertir la situación detectada en el Diagnóstico ...... 20/01/12 a 13/02/12. Se logró, en la fase de Restitución, la jerarquización • Mantener informada a Comisión de Producción de Ali- de los problemas compartida entre 1000 productores de mentos ...... Semanalmente.

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Principales resultados logrados con el plan de acción alternativa del desarrollo agrícola.

• El Curso de Agricultura Urbana sirvió de capacitación Referencias a los trabajadores de la Granja Urbana que en la 48va c - .)'4&'Q!-:&"" !'&*&,'*)'")* [")" !'4&*'\#! " : 6' 1. Tünermann, C. La universidad latinoamericana ante los ;)-.)'#!'! ,&*'4&']Q
S9'"6!.( %#3&!46')'8#&'c **)' retos del siglo 21 . México: Col. UDUAL. 2003. Clara subiera del octavo al cuarto lugar nacional. 2. Gimeno, J.; Pérez, M. Comprender y transformar la ense- • K*'7#(-6'4&'\)!&@6'Q!.&/()46'4&'J*)/)-'$&@6('*)' ñanza. Morata . España. 1997. preparación de profesionales del Municipio para com- 3. Monereo, C. y Pozo, J. El aprendizaje Estratégico . España. batir a las plagas y enfermedades de los cultivos en la U#*)'eeQ9'A)!. **)!)?'HFFF? Agricultura Urbana y Suburbana. 4. Morín, E. La cabeza bien puesta. Repensar la reforma . • La Capacitación en Desarrollo Sostenible para 65 Reformar el pensamiento. Bases para una reforma edu- directivos facilitó la toma de decisiones en la Produc- cativa. Buenos Aires: Nueva Visión. 1999. ción de alimentos por: Presidente, vicepresidentes y 5. Álvarez, F. Fundamentos Teóricos del Trabajo por Pro- funcionarios de gobierno, Presidentes de los Consejos yectos en Educación Superior . Disponible en: http:// Populares, Directores de Empresas de Subordinación DDD?"&4#-?"*`5 *&-`\KPVCVLVfQUgWICKg' L6")*9'K-:&" )* -.)-'4&'7 &!" )'&'Q!!6,)" !'&!'*)-' 20PROYECTO.pdf. 2006. Empresas y Profesores del CUM. 6. Delors, J. La educación encierra un tesoro ?'Q!56($&')'*)' • La capacitación de una masa crítica de especialistas, ZSKA7V'4&'*)'76$ - !'Q!.&(!)" 6!)*'-6%(&'*)'K4# - dirigentes, campesinos y pobladores es vital para el ")" !':)()'&*'- /*6'eeQ?'\)4( 4?'K4 " 6!&-'ZSKA7V?' fortalecimiento de la innovación local como alternativa 1996. del desarrollo agrícola. 7. Matus, C. !"$%&'()*"'+%[&'&%+).)/!0%12+! . Caracas: • El CUM, involucrado con los actores locales, trabaja en QLJKA9'Y#!4?'ULPUCQh?'HFFi? fortalecer los sistemas locales de semillas e innovación 8. 8. Piaget, J. “Six études de psychologie” . Edit. Gonthier, en la Agricultura. Genève. France. 1964. • Se apoya la toma de decisiones de actores locales sobre 9. Dewey, J. La educación de hoy. Editorial Losada . Buenos tecnologías adoptar e introducir. Aires. Argentina. 1957. • La integración entre el CUM, la Delegación de la Agri- 10. La Cueva, A.; Imbernon, F; Llobera, R. Enseñando por "#*.#()'3'&*'A -.&$)'4&'7 &!" )'&'Q!!6,)" !'5)" * .' proyectos: La clase de Laura Castell . 2003. Dis- el acceso a la diversidad genética y tecnológica a los ponible en: http://www.doredin.mec.es/documen- actores locales. tos/008200430077.pdf. 11. Dickinson, K.; Soukamneuth, S.; Yu, H.; Kimball, M.; D’Amico, R.; Al mismo tiempo que se capacitaron los productores, se Perry, R. Providing educational services in the Summer trabajó en resolver los problemas en la mala aplicación de Youth Employment and Training Program [Technical las orientaciones de los instructivos técnicos para mejorar assistance guide] . Washington, DC: U.S. Dept. of La- la agrotecnia de los cultivos, el uso y manejo de la semilla bour, Off. of Policy & Research. 1998. y el combate de plagas y enfermedades que son problemas 12. Harwell, S. Project-based learning ?'Q!'j?']*)!k'l'A?' que se deben resolver a corto plazo. Harwell Eds., Promising practices for connecting high school to the real world (p: 23-28). Univ. S. Florida. Conclusiones Tampa, FL.1997. 13. Karlin, M.; Viani, N. Project-based learning . Medford, OR: La participación de los estudiantes en el Trabajo por Jackson Education Service District. 2001. Disponible Proyectos incrementó su formación integral y su vincu- en: http://www.jacksonesd.k12.or.us/it/ws/pbl/ lación a la actividad productiva y técnica de las Unidades 14. Katz, L. The project approach. Urbana, IL: ERIC Clea- Productivas de Base de la Agricultura. ringhouse on Elementary and Early Childhood Edu- El trabajo de diagnóstico realizado por los estudiantes cation ?'bKhQ7'C6"#$&!.'h&:(64#". 6!'A&(, "&'S6?' del CUM Camajuaní en las Unidades Productivas de Base ED368509).1994. de la Agricultura permitió determinar los principales pro- 15. Katz, L.; Chard, S. Engaging children’s minds: The project blemas que limitaban la productividad del trabajo en ellas. approach . Norwood, NJ. 1989. Se recomendó un Plan de acción para revertir la si- 16. Abramson, S.; Robinson, R.; Ankenman, K. Project work with tuación diagnosticada en el que se incluyen acciones de diverse students: Adapting curriculum based on the "):)" .)" !9'4&':*)! [")" !'3'4&'"6!.(6*? Reggio Emilia approach . Childhood Educ., 71(4), 197- La capacitación de los actores productivos en los siste- 202. 1995. mas locales de producción e innovación en la Agricultura 17. Edwards, C.; Gandini, L.; Forman, G. (Eds.) The hundred lan- permitió el fortalecimiento de la innovación local como guages of children: The Reggio Emilia approach to

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 12 Carlos Alberto Hernández Medina : Trabajo por proyectos e innovación tecnológica en Cuba

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RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Carlos Eduardo Núñez, Liliana Ybarra: Estructura Microscópica de los Palos de Yerba Mate Canchada 13

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 13–17 Estructura microscópica de los palos de yerba mate canchada

Microscopic structure of the twig of grinded yerba mate

Carlos Eduardo Núñez 1,* , Liliana Ybarra 2

1 - PROCYP, Programa de Investigación de Celulosa y Papel, Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Misiones, Félix de Azara 1552, CP 3300, Posadas, Misiones, Argentina. 2 - Laboratorio de Microbiología y Biotecnología “Dr. Fernando Benassi”, Facultad Ciencias Exactas Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Misiones, Félix de Azara 1552, CP 3300, Posadas, Misiones, Argentina. * E-mail: [email protected]

Resumen

La yerba mate está formada por trozos de hojas y fragmentos de los tallos anuales. Se les analizó la anatomía a estos últimos. Están compuestos de un anillo externo que consisten en fibras y vasos longitudinales, una parte central conformada por células globosas sin perforaciones, y un fino anillo de vasos longitudinales que divide estas zonas. El área relativa de ellas es de 67, 23 y 10% respectivamente. El área libre total en sectores transversales fue de 39,6% y la de vasos de 18,6%. Los diámetros de vasos periféricos se hallan entre 11 y 42 micrones y los del anillo intermedio entre 8 y 13 micrones. Las fibras dieron diámetros entre 5 y 12 micrones y las puntuaciones entre 0,8 y 4 micrones. Los diámetros de las células de la región central se situaron entre 80 y 100 micrones.

Palabras clave: Palos de Yerba Mate; Yerba mate; Morfología celular; Parámetros biométricos.

Abstract

Yerba mate is composed of pieces of leaves and fragments of annual stems. In the present work, we analyzed the anatomy of the latter and found that they consist of an outer ring composed of fibers and longitudinal vessels, a central part composed of globose cells without perforations, and a thin ring of longitudinal vessels that divides these areas. The relative area of each of these zones was found to be 67, 23 and 10% respectively. The total free area in cross sections was 39.6% and in vessels 18.6%. The diameter of the peripheral vessels was between 11 and 42 microns and that of the intermediate ring between 8 and 13 microns. The diameter of the fibers was between 5 and 12 microns and that of the pits between 0.8 and 4 microns. The diameter of the cells of the central region was between 80 and 100 microns.

Keywords: Yerba mate twig; Yerba mate; Cell morphology; Biometrics.

Introducción rísticas morfológicas de estos palos dado que prácticamen- te no hay información publicada sobre el particular. Es por La yerba mate, infusión de uso cotidiano en el Cono ello que se tomó la decisión de realizar este trabajo con el Sur de América, está formada por los brotes anuales mo- objetivo de contribuir en el conocimiento de este material. lidos y elaborados de Ilex paraguariensis especie arbórea El trabajo está dirigido hacia el conocimiento de los !" $%&'(" ()'(* +%!-(./ (0 (&/)1%2'(3'*'( 01 ([!5(67!0%01 ( elementos y características que son relevantes para los esencialmente de dos componentes; trozos de las láminas procesos de conducción de líquidos, ya sea en el secado foliares y fragmentos molidos de los tallos de madera, o en la extracción durante su uso, transferencia de masa, llamados coloquialmente “palos”, nombre utilizado en evaporación, etc. Es conveniente hacer notar que por li- el Código Alimentario Argentino, que se utilizará en este mitaciones de edición las imágenes aparecerán en tamaño trabajo para nombrarlos. reducido. Se pueden pedir las originales a la dirección En varias oportunidades, aprovechando el hecho de la electrónica del primer autor. formación que se posee en anatomía y química de madera, se han recibido consultas desde el sector de investigación Materiales y Métodos de la yerba mate, del área de ingeniería de los alimentos de la Facultad de de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales Se partió de tres muestras tomadas como normales de la Universidad Nacional de Misiones, sobre la caracte- cedidas por el Programa de Yerba Mate de la FCEQYN

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 14 Carlos Eduardo Núñez, Liliana Ybarra: Estructura Microscópica de los Palos de Yerba Mate Canchada que se mezclaron. De la mezcla se seleccionaron 120 palos !(* '()%=* (171')-( 0(" &%*(" ()'(0/$'(" (2'070(>([=*'0-( a los que se les midieron los diámetros. El valor mínimo >( )(3*73%7(" ()70(2'070(37*( )(./ ()70()./%"70(\/> !(0%!( leído fue de 2,0 mm y el máximo 7,5 con un promedio obstrucciones. de 4,7 y una desviación estándar de 1,2 mm. Se eligieron para los cortes palos de diámetros cercanos al promedio, es Resultados decir entre 4,0 y 5,5 mm. De ellos se separaron fragmentos internudos, descartando la zona de inserción de las hojas, 9!()'([+/*'(@:(B(0 (3/ " ('3* &%'*( )(&7*1 (1*'!02 *0')( y se colocaron en agua por 48 horas. A continuación se de un palo sin corteza (las zonas blancas que se observan separaron en dos mitades, una de ellas se utilizó para rea- son las rajaduras de contracción por el secado). Se puede lizar los cortes con micrótomo y la otra para el disgregado . ver que hay tres zonas, las 1 y 3 bien demarcadas, y la 2 Para los cortes se hirvieron en agua por cuatro horas y 2%0%=) (&7$7(/!([!7('!%))7(')+7($0(&)'*7( !1* ()'0("70( por medio de un micrótomo de deslizamiento se efectuaron 3*%$ *'05(C'(0/3 *[&% (* )'1%2'(" (&'"'(/!'(" ( 01'0(;7!'0( cortes transversales. Se tomó la decisión de descartar la se da en la Tabla Nº 1, promediadas de cinco elementos de corteza porque durante el tratamiento se había ablandado diámetros cercanos al promedio. y desmenuzado considerablemente, y porque en la yerba molida la mayoría de la misma ya no se halla adherida a Tabla Nº 1: Proporción de área relativa de las tres zonas en el corte los palos. La fracción separada para el disgregado de los transversal de un palo promedio tejidos vegetales fue tratada con la técnica de disgregado Palo 1% Palo 2% Palo 3% Palo 4% Palo 5% Promedio % con clorito, ácido acético, carbonato [1]. El material ob- Área zona 1 61 73 71 62 70 67 tenido se agitó mecánicamente en un recipiente cerrado, Área zona 2 11 10 7 13 8 10 se lavó, se confeccionó una hojita de la que se extrajo la Área zona 3 28 17 22 25 22 23 alícuota para realizar las observaciones microscópicas. Los Total 100 100 100 100 100 100 preparados se confeccionaron siguiendo la técnica general del Laboratorio de Microscopía del PROCYP [2]. Zona 1

Esta zona es la parte de madera propiamente dicha (xi- lema). Posee elementos colocados en sentido longitudinal y otros en sentido radial, que se observan como líneas oscuras llamados radios.

Figura Nº 1: Corte transversal de un palo de yerba mate canchada de Figura Nº 2: Detalle del corte transversal de la zona 1 aproximadamente 4,5 mm de diámetro. La Figura Nº 2 es un detalle ampliado de la zona 1 de Las mediciones se hicieron en un equipo analizador un corte de micrótomo de unos 15 micrones de espesor. Se de imágenes previamente calibrado con micrómetro. Es D'!(%!"%&'"7(&7!(QFR(')+/!70(" ()70(7*%[&%70(H7*$'"70(37*( conveniente aclarar que los colores de las imágenes de los vasos, llamados lúmenes, que son tubos longitudinales $%&*70&73'(07!([&1%&%705(901 ('*1%[&%7(0 ( realizó con el por los que la planta conduce los líquidos, Figura Nº 3. 07)7([!(" ($ :7*'*()'(2%0/')%;'&%!5 Para la estimación del área libre de la zona 1 se utilizó el método de la cuadrícula, dividiendo cada campo del microscopio en cuadros de 15 micrones de lado, y esti- mando en cada uno el porcentual de área libre. Se dividió

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Carlos Eduardo Núñez, Liliana Ybarra: Estructura Microscópica de los Palos de Yerba Mate Canchada 15

decir que no actúan como tubos. La comunicación con los elementos contiguos de estos tipos de células se produce 37*($ "%7(" (/!70(7*%[&%70()'1 *') 0-(')+/!70(" ()70(&/') 0( poseen membranas moleculares y otros son simplemente una discontinuidad en la pared. El nombre botánico de 0170(7*%[&%70( 0(Q3/!1/'&%7! 0R5( Las dimensiones de los diámetros de las áreas libres de 2'070(>([=*'0(0 ("' n en la tabla Nº 2

Tabla Nº 2: Diámetro de las aberturas de los elementos de las zonas 1 y 2

Campo % total % vasos

1 40,4 18,2

2 44,8 26,1 Figura Nº 3: Elemento de un vaso de la zona 1. 3 27,9 13,8 4 35,9 22,1

5 57,0 18,1

6 35,0 17,9

7 40,7 19,8

8 35,1 12,6

Promedio 39,6 18,6

Tabla Nº 3: Área libre en cortes transversales.

Elemento Diámetros en µ

Vasos de la zona 1 11 - 42

Vasos de la zona 2 8 - 13

Fibras 5 - 12

Puntuaciones 0,8 - 4

Se realizaron determinaciones de área libre en esta zona Figura Nº 4: Fibra de la zona 1. 1, es decir la proporción de espacio vacío, que sería el conductor de los líquidos, ya sea en la impregnación o en el secado de los palos. Los resultados se dan en la tabla Nº 3.

Zona 2

67$7(>'(0 ($ !&%7!-()'(;7!'(K( 0(/!('!%))7([!7(./ (0 ( encuentra entre las zonas 1 y 3. Está compuesta de vasos pero de distintas características que los de la zona 1 (vasos 03%*')'"70L5(M (3/ " !('3* &%'*( !(/!(" 1')) ( !()'([+/*'( Nº 5. Tiene forma irregular y está compuesta casi com- pletamente por vasos por lo que posee alta capacidad de &7!"/&&%!(" (\/%"705(6% !17(7&D !1'($ "%&%7! 0(" (2'070( de esta zona de tres elementos seleccionados dieron un área libre mínima de 11 µ 2, máxima de 320 y un promedio de 103. Figura Nº: Parénquima de la zona 1.

Zona 3 67!(QIR()'0([=*'0-(/=%&'"'0( !(0 !1%"7()7!+%1/"%!')(>( que poseen un interior hueco (lumen), Figura Nº 4 ; y con Es la parte central del palo de yerba y a diferencia de ‘P’ el llamado tejido parenquimático formado por células las otras dos zonas tiene una participación limitada en la cortas dirigidas en sentido radial, Figura Nº 5. conducción de líquidos en la planta viva, porque posee J("%H * !&%'(" ()70(2'070-()'0([=*'0(>( )(1 :%"7(3'* ! - funciones de almacenamiento. Son células globulares, iso- quimático no tienen perforaciones en sus extremos, es diamétricas, que solamente se comunican con las vecinas

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 16 Carlos Eduardo Núñez, Liliana Ybarra: Estructura Microscópica de los Palos de Yerba Mate Canchada por los llamados campos de puntuaciones, que se pueden 2 *(&7$7(3/!170(70&/*70( !( )(" 1')) (" ()'([+/*'(@:(N5 Es decir que en toda la zona central del palo de yerba la transferencia de líquidos tiene que ser necesariamente lenta. Estas células globulares son de considerable tamaño, de unos 80 a 100 micrones de diámetro, como también se 3/ " ('3* &%'*( !()'([+/*'(@:(N5(9!(/!(1*'=':7('!1 *%7*(" )( autor que está inédito [3], se hallaron dentro de las células de la zona 3 cristales que por referencias debieran ser de oxalatos, principalmente de calcio y magnesio [4] [5]. (9: $3)70(" ( ))70(0 ($/ 01*'!( !()'([+/*'((@:(O5(901 ( es un caso de un cristal único pero puede haber otras formas como drusas y estiloides.

Figura 7: Cristal ocluido en una célula globular de la zona 3. Medidas en micrones.

Posiblemente la existencia o no de estos cristales en la zona 3 tendría que ver con la edad del palo y de las condiciones de crecimiento, dado que los mismos son metabolitos de las funciones celulares.

Conclusiones Figura Nº 5: Detalle de la zona 2. A la izquierda natural y a la derecha con los bordes remarcados. En los cortes transversales de los palos de yerba can- chada se observan tres zonas concéntricas. Una externa H7*$'"'(37*(2'070-([=*'0(>(& )/)'0(3'* !./%$1%&'0P(/!'( [!'(='!"'(%!1 *$ "%'(&7$3/ 01'(3*%!&%3')$ !1 (" (2'070(>( el sector central o médula constituida de grandes células de parénquima que no poseen perforaciones en los extremos. Estas zonas tienen en los cortes transversales una 3*737*&%!(" (NO-(BQ(>(KRS(3'*'()'0(;7!'0(B-K(>(R(* 03 & - tivamente. Los diámetros de las secciones libres de los elementos son: Vasos de la zona 1: 11 a 42 micrones Vasos de la zona 2: 8 a 13 micrones Fibras: 5 a 12 micrones Puntuaciones: 0,8 - 4 micrones

El promedio de ocho determinaciones en palos diferen- 1 0("% *7!(3'*'( )(* '()%=* (" ()'(;7!'(B(RT-NS(171')( !1* ( [=*'0(>(2'070(>(BU-NS(&7!1'!"7()70(2'070(07)'$ !1 5 Figura Nº 6: Detalle de la zona 3. Ciento ochenta mediciones de vasos de la zona 3 dieron un área libre mínima de 11 µ 2, máxima de 320 µ 2 y un promedio de 103 µ 2.

Referencias

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RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Carlos Eduardo Núñez, Liliana Ybarra: Estructura Microscópica de los Palos de Yerba Mate Canchada 17

2. Núñez, C. E. Confección de preparados para microscopía 5. Libardoni, J. B.; Adamski, J. M.; Vincenti Fernandes, S. y Coelho, !"[$%&' . (Septiembre 2011). http://www.cenunez.com. G. C. Crescimiento Inicial e Abundância de Cristais de ar/articulos.php?cid=2 Oxalato em Erva Mate (Ilex paraguariensis A. St. Hil.) 3. Núñez, C. E. y Delfederico L .E. Aptitud Celulósico – Pape- sob Efeito de Diferentes Métodos de Calagem e Fertili- lera de los Residuos Leñosos de la Elaboración de zação. (W 2%01'(=*'0%) %*'(" (X%7&% !&%'0-(Z7*17(J) +* ( la Yerba Mate (Primera Parte). PROCYP, Facultad de v. 5 supl, p.390-392. Julio 2007. Ciencias Exactas Químicas y Naturales. UNaM. 1982. 6. Núñez, C. E. Relaciones de Conversión entre Densidad V! "%175(673%'("%037!%=) (37*(3 "%"75 Básica y Densidad Seca de Madera . Rev. Cienc. Tec- 4. Amat, A. G. Caracteres histofoliares diferenciales de Ilex nol. 9 (9), p. 44 - 50. paraguariensis St. Hill (“Yerba Mate”) y su adulteran- te Mangifera indica L. (“Mango”). Acta Farm. Bonae- rense 10 (1): 9-13. 1991. Recibido: 11/03/2014. Aprobado: 31/07/2014.

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 18 Julianne V. F. Portela et al.: Caracterización de la Harina de Corteza de la Sandía

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 18–24 Evaluación de la transferencia de masa durante el secado de la corteza de la sandía para la obtención y caracterización de la harina

Evaluation mass transfer during the drying of watermelon rind to obtain and characterize its flour

Julianne V. F. Portela 1, *, Thayze R. B. Pessoa 2, Jacinete Pereira Lima 2, Ânoar A. El-Aouar 2

1 - Universidade Federal de Piauí; Departamento de Nutrición; Campus Senador Helvídio Nunes de Barros; Calle Duarte Cícero, 905, Barrio Rush, Código postal: 64607-670, Picos-PI; Teléfono: (+55 89) 3422-1018 2 - Universidad Federal de Paraíba, Departamento de Tecnología, Química y de Alimentos, Barrio: Cidade Universitária, Campus Universitário I; Código postal: 58059-900, João Pessoa-PB * E-mail: [email protected]

Resumen

El objetivo fue evaluar el proceso de secado por convección de la corteza de la sandía, y el desarrollo de la harina con aplicación en la nutrición humana. La materia prima se cortó longitudinalmente (5 mm de espesor), preservando el epicarpio y mesocarpio y fue sometida a secado por convección en diferentes condiciones de temperatura del aire (40-60 ºC) y una velocidad fija del aire (1.0 m.s -1 ). Se llevó a cabo el estudio de la cinética de secado, el ajuste a los modelos matemáticos (Fick, Page y de dos parámetros empíricos),la determinación de las curvas experimentales y de la difusividad efectiva, la actividad del agua y la humedad, como parámetros para definir la mejor condición del proceso tecnológico. Se determinó las características fisicoquímicas de la harina de cáscaras de sandía. El aumento de la temperatura produjo un aumento en los valores de difusividad efectiva de agua y el modelo empírico de los dos parámetros fue el que mejor ajustó a los datos experimentales. La temperatura de 60 ºC se definió como la mejor condición del secado, lo que resulta en la harina con cantidades significativas de proteínas y minerales.

Palabras clave: Citrullus lanatus ; Difusividad efectiva; Proteínas; Minerales; Hornear.

Abstract

The purpose of this study was to evaluate the convective drying process of the watermelon rind and develop flour with technological and nutritional application to human nutrition. The rind was cut longitudinally (5 mm thick), preserving the epicarp and mesocarp, and it was subjected to convective drying under air temperature conditions (40-60 ºC) and with the air speed fixed (1.0m.s -1 ). Studies of the drying kinetics, mathematical modeling (Fick, Page and Two Parameter Empirical) of the experimental curves and determination of the effective diffusivity, water and moisture activity were conducted as parameters to define the best technological process conditions. Physiochemical characteristics of the watermelon rind flour were determined. The temperature increase resulted in the increase of the water effective diffusivity values, having the Page and Two Parameter Empirical models as those that were better adjusted to the experimental data. Based on the quality responses, 60 ºC was defined as the best condition, resulting in flour with expressive protein content and minerals.

Keywords: Citrullus lanatus ; Effective diffusivity; Protein; Mineral salts; Bread making.

Introduction increase in the agroindustrial residues due to inadequate conducts mainly that from mechanical injury during Watermelon ( Citrullus lanatus ) is an important cucurbit transport, favouring the physical damage and depreciate !"#$%& "'()*(+%,"!%-.%",%)/0%1"!231*30%&!0&%304")03% the watermelon quality characteristics. to vegetable production. The annual world production of This makes it relevant to increment proposals for the watermelon is about 90 million tons, making it among the rind vegetable processing, applying technologies relatively top five most consumed fresh fruits (1). This high pro- cheap and with an easy accessibility to the agroindustrial duction, in the other hand, could generate an expressive 50 )"!$%&5%)/0% "(40 )*40%3!6*(+7%8)%*5%30[(03%&5%&(%"#0!& -

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Julianne V. F. Portela et al.: Caracterización de la Harina de Corteza de la Sandía 19 tion in which heat is supplied to a determined wet material FG%;*(%10!0%'503%3'!*(+%)/0%[!5)%/"'!%",%#!" 055*(+$%HI% to vaporize certain water content from this material, thus min for the next 2 h, and then 1 h until the dynamic equi- ":)&*(*(+%&%5"2*3%3!*03%#!"3' )7%8)%*5%&%5*;'2)&(0"'5%/0&)% librium between the sample moisture content and drying and mass transfer process, accompanied by phase change air humidity was reached when the sample weight became and increment shelf-life (2; 3; 4). constant (maximum variation of 0.05 g). The experiments 8)%*5%0550()*&26%&%(')!*0()% "( 0()!&)*"(%#!" 055$%*)% &(% were performed in duplicate. also contribute to the reduction of the negatives impacts At the end of each experiment, samples were subjected to the environment and in the income generation to the to a vacuum oven (70 °C/24 hours) to determine the dry producers of this vegetable. weight, which was used for calculating the drying kinetics, Thus, the present study aimed to determine the charac- whereas another part was subjected to the grinding proces- teristics of the convective drying process of watermelon sinan industrial micro process or for 2 minutes, to obtain rind, considering jointly the epicarpand mesocarp, evaluate \"'!%1*)/%'(*,"!;%#&!)* 20%5*<07 the predictive ability of mathematical models to obtain The drying kinetics was studied through adimensional effective diffusivity of water under the process conditions, moisture curves in function of process time (Equation

&(3%":)&*(%&(3% /&!& )0!*<0%&%\"'!%#!"3' )%,!";%)/0%3!*03% 1) as well as the dry ingrate curves (d X/d t) which were watermelon rind. calculated by the moisture content derivative with respect to time (Equation 2). Materials and Methods X(t) X RX ! e (1)

Xo Xe Watermelon ( Citrullus lanatus cv ‘Crimsom Sweet’) were purchased in a local market (EMPASA, João Pessoa in which: RX = ratio of moisture content, adimensional, city, Brazil), were selected according to two steps, in X(t) = moisture content of the material at a given drying

"!30!%)"%&55'!0%/";"+0(0*)6%&(3%[(&2%#!"3' )$%&5%1022%&5% time; X o = moisture content of material at the start of stalk color (greenish), rejecting the samples that presented the process; X e = moisture content of the material at the physical injuries. The material was obtained on the day of moment of dynamic equilibrium. each experiment and transported to the Unit Operations The mathematical modeling of the drying kinetics Laboratory of the Universidade Federal da Paraíba - Cam- experimental data was also performed using the diffusion pus João Pessoa. model (Fick’s 2 nd Law) (Equation 3) (6; 7), considering The rind was sliced longitudinally with a thickness of )/&)%5&;#20%/&5%*([(*)0%52&:%+0";0)!6J%0;#*!* &2%;"3025% 5mm, maintaining the epicarp and mesocarp, this thickness is Page’s equation (Equation 4) (8) and empirical model is being measured and standardized patterned with the aid of the two term exponential model (Equation 5). &2*#0!5%>?"!,"2%84"(* & ®). The following the rinds were dx X X Drying rate ! ! n 1 n (2) ® analyzed in triplicate: water activity (Aqualab , Model dt t n 1 t n CX-2), moisture content, soluble solids, acidity, pH, redu- cing sugars, total sugar and starch (5). 8(%1/* /K%)%L)*;0%>;*(')05M$%(%L%(';:0!%",%!0&3*(+5J%

@% "()*('"'5%\"1%[A03%:03%3!60!%1&5%'503%&(3%)/0% dX/d t= drying rate (kg H2O /kg ms.min ); X n and X n-1 = moisture tests were conducted at three different temperatures (40, (kg H2O /kg ms ) at time “n” and time “n-1”. 50 and 60 °C) with a constant air velocity (1.0 m.s -1 ). The The mathematical modeling of the drying kinetics 3!60!%565)0;% "(5*5)03%",%40!)* &2%&*!%\"1%)/!"'+/%)!&65% experimental data was also performed using the diffusion and was arranged as a closed circuit. For the air heating, model (Fick’s 2nd Law) (Equation 3) (6; 7), considering three electric resistances were used (one of 500 W, one )/&)%5&;#20%/&5%*([(*)0%52&:%+0";0)!6J0;#*!* &2%;"3025%*5% of 1000 W and one of 1500 W), which could be worked Page’s equation (Equation 4) (8) and empirical model is independently. A thermo-hygrometer (Alla France ®) was the two term exponential model (Equation 5).

 2 2 used in order to measure the dry bulb temperature, as well X(t) ) Xe 8 1 F) 2n (1 ! 4 D t V * exp ef (3) 4 2 B 2 G 2 W as the drying air humidity. A digital anemometer (Veloci- Xo ) Xe n*0 2n (1 ! HG 4L XW /0 B%CDE8 ®) was used to measure the drying air velocity.

Maintaining these conditions, the samples were placed where: (X (t) - X e)/( X o - X e) = ratio of moisture on dry in second dryer tray (from bottom to top). Thus, around basis(adimensional); X (t) = average moisture content at

17.00 ± 0.02 g of material, previously weighed on a semi- instant t (g w/g dm ); X e= equilibrium moisture content (g w/ analytical scale being layed out in stainless steel baskets. gdm ); X o= the initial moisture content (g w/g dm , kg water/kg 2 -1 Samples moisture content, during the air-drying pro- dry mass); Def = effective diffusivity of water (m .s );L= cess, was gravimetrically determined from the samples the characteristic length, sample half-thickness (m), t= the initial moisture content (before air-drying process). drying time (s). Samples weights were measured using a semi-analytical X(t) " X e # " b (4) balance with precision of 0.01 g. Weighting intervals of Exp K.t ! Xo " Xe

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 20 Julianne V. F. Portela et al.: Caracterización de la Harina de Corteza de la Sandía

where: K is the drying constant; b is the Page’s parame- for the watermelon rinds for the studied drying tempera- ter and t is the drying time. tures. X(t) # X e " A.Exp t.B ! (5) Xo # Xe

where: A and B are the parameters and t is the drying time. For the adjustment of the experimental data to mathe- ;&)* &2%3!6*(+%;"3025$%)/0%30)0!;*(&)*"(% "0,[ *0()% R 2 and mean relative deviation module P (Equation 6), using the computational program Statistic 7.0 (9) was conducted.

1 N V " V N>.M ! B E P 100 N V (6) i!1 E

where: N is the number of experimental data, V E is the experimental value and V is the calculated value (10). P Figure 1: Dimensionless moisture content as a function of process The effective diffusivity (D ef M%1&5%":)&*(03%:6%[))*(+% time for the watermelon rinds under different temperatures. the experimental data to Fick´s diffusional model, applying Figures 2 (a) and (b) show the drying rate as a function the nonlinear estimation. D ef was also calculated using the empirical models by an analogy to Fick’s equation, of moisture content, detailing the structural behavior of considering the same geometry. the material in the processes at different air drying tem- 8(%"!30!%)"%04&2'&)0%&(3%*30()*,6%)/0%:05)%3!6*(+% "( - peratures. 3*)*"(%)"%":)&*(%)/0%3!*03%1&)0!;02"(%!*(3%\"'!$%[!5)%)/0% assessment of the quality parameters (water activity and [(&2%;"*5)'!0M%!05'2)%",%0& /%3!6*(+%#!" 055%1&5% "(3' - ted. These analyzes were performed in triplicate (5). Com- paring the results of these quality parameters to the drying kinetics analysis we obtained the best process temperature. D/0%\"'!%)/0(%":)&*(03%'(30!%)/*5%:0))0!% "(3*)*"(%1&5% then physicochemically characterized, in triplicate: water activity (Aqualab ®, Model CX-2), moisture content, acidity and pH, proteins, lipids, and starch, reducing sugars and total sugar, using Lane and Eynon method (5).

Results

The Table 1 show physico-chemical characterization of fresh watermelon ( Citrullus lanatus M%!*(35%&(3%\"'!7%

Table 1: Physico-chemical characterization of fresh watermelon ( Citru- llus lanatus ) rinds and !our.

Analysis Fresh watermelon rinds Flour watermelon rinds Water activity 0.987 ± 0.001 0.354 ± 0.003 Moisture content (wet basis - %) 93.52 ± 0.25 3.23 ± 1.70 Soluble solids ( 0Brix) 4.00 ± 0.10 - Total titrable acidity (g 1.18 ± 0.01 6.32 ± 0.85 malic acid/100g) pH 5.01 ± 0.01 5.23 ± 0.02 Reducing sugars (%) 0.50 ± 0.01 19.90 ± 0.01

Total sugar (%) 0.52 ± 0.01 22.22 ± 0.34

Ash (%) 0.34 ± 0.04 9.83 ± 0.53

Proteins (%) - 10.44 ± 0.28

Lipids (%) - 1.61 ± 0.07 Figure 2: Drying rate as a function of samples moisture content for Starch (%) - 4.18 ± 0.28 watermelon rind. (a) all drying rate and moisture content points; (b)

moisture content less than 1.00g water /g dry matter . Figure 1 show the drying behavior as a function of time

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Julianne V. F. Portela et al.: Caracterización de la Harina de Corteza de la Sandía 21

Figure 3 (a, b, c) show the mathematical modelling for Table 3: Empirical equation parameters and statistical results for watermelon rind drying at different temperatures. watermelon rind. Table 2 to 4 presents the water effective Tempera- Empirical Model 2 Sample ture Deff x10 -10 diffusivity values, the correlation coefficients (R ), the R² P (%) A B (°C) (m².s -1 ) mean relative deviation module (P) and other parameters. 40 °C 5.54 0.9989 1.96 1.0116 - 0.0131 Watermelon 50 °C 8.83 0.9997 2.04 1.0073 -0.0209 rind 60 °C 10.40 0.9973 4.64 0.9778 -0.0248

Table 4: Page equation parameters and statistical results for waterme- lon rind drying at different temperatures. Page Model Temperature Sample Deff x10 -10 (°C) R² P (%) K b (m².s -1 ) 40 °C 3.83 0.9998 0.68 0.0091 1.0869 Watermelon 50 °C 7.33 0.9999 0.99 0.0174 1.0458 rind 60 °C 16.50 0.9987 6.00 0.0392 0.8852

The Table 5 show moisture content and water activity of in nature and dried watermelon rind.

Table 5: Moisture content and water activity of in nature and dried watermelon rind.

In nature rind Dried rind Processing condition Moisture Moisture a a (wet basis - %) w (wet basis - %) w

T = 40 0C 96.13 ± 2.16 0.989± 0.001 10.05 ± 0.07 0.635 ± 0.005

T = 50 0C 93.54 ± 0.70 0.987± 0.001 12.52 ± 2.73 0.434 ± 0.009

T = 60 0C 93.54 ± 0.70 0.987± 0.001 3.23 ± 1.70 0.354 ± 0.003

Discussion

Due to the absence of studies jointly examining the epicarp and mesocarp, the results were compared with the study of the mesocarp conducted by Barroso et al . (11). Thus, it is observed (Table 1) that the pH value was close to that referenced in the literature, while the moisture con- tent and water activity were slightly lower, especially the value for soluble solids. The acid content was much higher and the ash much lower than that found in the literature. Considering the falling rate period, there was no 5*+(*[ &( 0%3*,,0!0( 0%:0)100(%3!6*(+%&)%GI 0C and 60 0C, showing drying curves more accentuated, with a tendence to the dinamic equilibrium after 120 min of processing. 8)% &(%&25"%:0%500(%)/&)%)/0%2"10!%)0;#0!&)'!0%!0O'*!03%&% higher processing time, reaching the dinamic equilibrium after 180 min (Figure 1 (a)).These data corroborate with [(3*(+5%:6%@<"':02% et al . (12) when studying the drying

Figure 3: Mathematical modeling of watermelon rind drying (a), (b) and of “Tommy Atkins” mango rind. (c) at different temperatures. P"([!;*(+%)/0%("(C3*,,0!0( 0%:0)100(%)/0%/*+/0!%)0;- peratures, we have a similar linear behavior among these Table 2: Fick’s equation parameters and statistical results for water- samples, implying a higher drying rate at temperatures melon rind drying at different temperatures. o o Fick Model of 50 C and 60 C compared to the drying process at 40 Temperature Sample Deff x10 -10 o (°C) R² P (%) P7%8)%1&5%":50!403%)/&)%3!6*(+%!&)05$%" '!!03%&)%,&22*(+% (m².s -1 ) 40 °C 3.82 0.9128 12.39 drying rate period, were higher at the beginning of drying, Watermelon rind 50 °C 6.83 0.9526 13.85 1/0(%)/0%;"*5)'!0% "()0()%",%)/0%5&;#205%10!0%/*+/0!7%8)%*5% 60 °C 8.51 0.9667 11.22 noted therefore that the drying air temperature exercises a 3*!0 )26%#!"#"!)*"(&2%*(\'0( 0%"(%)/0%3!6*(+%!&)0$%" '!!*(+%

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 22 Julianne V. F. Portela et al.: Caracterización de la Harina de Corteza de la Sandía a rapid decline on its value for the studied samples. This moisture compatible with that recommended by Resolution behavior, in relation to temperature, was similar to the No. 263 of 2005, which indicates that this type of product results related by Azoubel et al . (12), Fiorentin et al . (13), 5/"'23%#!"4*30%&%;&A*;';%;"*5)'!0%",%FG.%>UUM7 Vilhalva et al. (14), Ferreira e Pena (4). The in nature watermelon rind presents a high level The biological material showed uniform drying throug- of water activity which promotes the growth of bacteria, hout the process, namely the shrinkage of the material was 60&5)%&(3%;"23$%&(3%*5%)/0!0,"!0% 2&55*[03%&5%#0!*5/&:207% proportional to the water output, therefore the rind showed After the drying processes at 50 oC and 60 oC the water 2*))20%!05*5)&( 0%)"%)/0%0,,0 )*40%3*,,'5*4*)6%",%1&)0!7%8)%*5% activity values reached make these products microbiolo- emphasized that no difference was clearly observed in gically stable, because these values presented are below drying rates among samples when compared to the same the minimum necessary for the development of major amount of moisture near the dynamic equilibrium point pathogens (bacteria, yeasts and molds) (23).These values (Figures 2 (b)). As observed by El-Aouar (15), Fiorentin were consistent with the increase in process temperature, et al. (13) and Vilhalva et al . (14). because, as shown in Figure1,the higher the temperature The moisture content data at various temperatures the faster the drying process, reaching a lower equilibrium obtained in the experiment were converted to the moisture moisture content. Comparing the results of these quality ratio and adjusted to the three models, while the evaluation parameters to the drying kinetics analysis, the 60 oC tem- period was standardized to a 90 minute drying process. perature is suggest ed as the most adequate to obtain dried According to Tables 2 to 4 it can be seen that the hig- 1&)0!;02"(%!*(3%\"'!7 her the process temperature, the higher the value of the D/0%#!")0*(%&(3%2*#*3% "()0()%",%)/0%\"'!%",%)/0%3!*03% effective diffusivity of water for each modelling, agreeing 1&)0!;02"(%!*(3%10!0%0O'*4&20()%)"%)/&)%,"'(3%*(%)/0%\"'!% with the analyses of the drying rate graphs (Figure 2 (a) of the passion fruit rind; while the ash content was higher &(3%>:MM7%8)%*5%40!*[03%)/&)%)/0%0,,0 )*40%3*,,'5*4*)6%3&)&%&!0% >UZM$%#!050()*(+%&(%*( !0&50%",%H[F7GI.7%D/&)%/*+/%&5/% high for the watermelon rind, because when considering content leads to a high concentration of minerals, sugges- its geometric aspect, presents an extensive surface area in ting that it is a mineral source product. contact with the drying air. As observed by Vilhalva et al . According to Resolution Nº 54 (25) a solid food is (2012) (14) in evaluation cassava peel drying process. considered a proteins source when it contains at least 8)% &(%:0%500(%*(%)/0%Q*+'!0%H%)/&)%)/0%R*,'5*"(&2%;"302% FI.%",%)/0%X0 ";;0(303%R&*26%8()&B0%>XR8%*(3* &)03% presented low flexibility to the experimental data, this in Resolution Nº 269 of September 22, 2005 (26), for ,& )%:0*(+%S'5)*[03%:6%)/0%!03' 03%30+!005%",%,!003";%",% different groups of individuals. Based on the legislation, the referred mathematical function, that resulted in low )/0%\"'!%",%)/0%3!*03%1&)0!;02"(%!*(3% &(%:0% "(5*30!03% 30)0!;*(&)*"(% "0,[ *0()%4&2'05%&(3%/*+/%4&2'05%,"!%)/0% a protein source for all groups of individuals, pregnant &40!&+0%!02&)*40%304*&)*"(%>N%T%FI.M%>D&:20%UM7 and lactating women, the group with highest need of this When correlating the results of the Fick model with the nutrient. According to the same Resolution Nº 54 (25), a data presented in Tables 3 and 4,it can be mentioned that food is considered a product of low of total fat content the two parameter empirical exponential model, and the when it presents a maximum of 3 grams of fat per 100 Page model resulted in R 2 values nearest the unit, besides +!&;5%",%#!"3' )7%@5%5' /$%&22%",%)/0%&(&26<03%#!"3' )5%[)% N.%4&2'05%1*)/*(%)/"50%#!"#"503%:6%V";&'!"% et al .(10) *(%)/*5% &)0+"!67%8)%*5%1"!)/%#"*()*(+%"')%)/&)%)/0%30402"#03% &(3%W"/&#&)!&%0%X&"%>FYM$%*(%")/0!%1"!35$%'(30!%FI.7%D/0% flour presented low moisture and water activity levels. presented data infer that these last two models are those These contents are characteristic of highly hygroscopic that best predict the experimental data and corroborate with products, in other words, those with high rehydration that found by Karim e Hawlader (17); Vilhalva et al. (14) capacity. Studies should therefore begin on the analysis of and Monteiro et al. (18) on studying tropical fruits. shelf life associated to the sorption isotherm. Rizvi (19) states that the effective diffusivity of water is Other relevant characteristic for this product originating dependent, among other factors, on the temperature of the from the watermelon rind was the perception of a bitter drying air. This fact can be observed in the study of drying \&4"!%"!*+*(&)*(+%,!";%&%)0!#0("*3%5':5)&( 0%B("1(%&5% ' - watermelon rinds because when analyzing Tables 2-4 it curbitacina, positively very important for presenting a wide can be seen that the temperature increase, irrespective of 5#0 )!';%",%:*"2"+* &2%& )*4*)6$%5' /%&5%&()*C*(\&;;&)"!6% the mathematical model used, results in an increase in the &(3%&()*)';"!%#!"#0!*)*057%D/0%":)&*(03%\"'!%#!";")05%)/0% effective diffusivity of water. The diffusivities values were useful life increase of a highly perishable raw material, and in the order of 10 -10 m².s -1 for all temperatures. Park et al . may be inserted in the food industry as source of mineral (20), drying fruits, found diffusivities values in the order of and protein enrichment in food products, mainly of the 10 -10 m².s -1 , what is in agreement with the results obtained bakery sector. in this study and according Costa et al .(21). D&:20%G%5/"15%)/&)%)/0%\"'!%",%3!*03%1&)0!;02"(%!*(3% ":)&*(03%'(30!%&22%)0;#0!&)'!0% "(3*)*"(5%5/"103%[(&2%

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Julianne V. F. Portela et al.: Caracterización de la Harina de Corteza de la Sandía 23

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Acta indicative of being a good source of protein and minerals Scientiarum: Technology !-6:NO)$PQ>Q9!.#2 !RP!/33)%! that favor its application in the food industry. 2, p. 147-152. 14. Vilhalva,D. A. A.; Soares Júnior, M. S.; Caliari, M.; Silva, F. A. Se- Acknowledgements cagem convencional de casca demandioca provenien- te de resíduos de indústria de amido. Pesq. Agropec. D"%P"(502/"%?& *"(&2%30%R050(4"24*;0()"%P*0()[ "% Trop. , Goiânia, v. 42, nº 3, p. 331-339, jul./set. 2012. e Tecnológico (CNPq) the funding indispensable for the 15. El- Auoar, A. A. Estudo do processo de secagem de ma- completion of this work. mão Formosa (Carica papaya L.) fresco e pré-tratado osmoticamente . 2005. 215 f. Tese (Doutorado em En- References genharia de Alimentos) - Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Cam- 1. FAO - Food and Agriculture Organization of the United Nations. pinas, 2005. FAOSTAT statistic database (2012) . Available . 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RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 24 Julianne V. F. Portela et al.: Caracterización de la Harina de Corteza de la Sandía

Zaragoza: Acribia. 2001. 26. Brasil. Ministério da Saúde. Agência de Vigilância Sanitá- 24. Souza, M. W. S.; Ferreira, T. B. O.; Vieira, I. F. R. C omposição ria. Resolução nº 269 de 22 de setembro de 2005. Re- centesimal e propriedades funcionais tecnológicas da gulamento técnico sobre a ingestão diária recomendada farinha da casca do maracujá. Alimentação e Nutrição, [/\S]!;%!6:#'%$79!=('75($73!%!5($%:7(3 ! 8$3$,' [#$%&' v. 19, nº 1, p. 33-36, jan/mar, 2008 . da União , Brasília, DF, 22 de setembro de 2005. 25. Brasil. Ministério da Saúde. Agência de Vigilância Sani- tária. Resolução nº 54 de 12 de novembro de 2012. S%4)275%$'#!3#1:%!/$B#:57 #!Z)':(&(#$72!"#562% - Recibido: 17/04/2014. mentar. 8$3$,' [#$%&'-%':/$ ,< Brasília, DF, 12 de Aprobado: 08/09/2014. novembro de 2005.

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Javier Ramón Sotomayor Castellanos: Ultrasonido, Elasticidad y Contenido de Humedad de la Madera 25

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 25–30 Densidad, velocidad del ultrasonido y módulo de elasticidad de la madera de Pinus douglasiana , en relación a su contenido de humedad

Density, ultrasound speed and modulus of elasticity of Pinus douglasiana wood related to its moisture content

Javier Ramón Sotomayor Castellanos 1,*

1 - Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Avenida Francisco J. Múgica S/N Ciudad Universitaria, CP 58030, Morelia, Michoacán, México. * E-mail: [email protected] Resumen

Se estudió experimentalmente madera de Pinus douglasiana Martínez durante un proceso de secado, en el cual se disminuyó el contenido de humedad de la madera desde su estado natural hasta su estado anhidro. De manera discreta, para 48 contenidos de humedad, se midieron densidad y velocidad del ultrasonido y se calculó el módulo de elasticidad de la madera. Coeficientes de higroelasticidad por ultrasonido fueron determinados a partir de las pendientes de las correlaciones entre módulo de elasticidad y contenido de humedad correspondientes a las zonas de bajo contenido de humedad e higroelástica. Para un contenido de humedad de la madera de 12%, la densidad fue 521 kg/m 3, la velocidad del ultrasonido fue de 6 487 m/s y el módulo de elasticidad correspondiente fue 21.96 GPa. Para la zona de bajo contenido de humedad, el coeficiente de higroelasticidad fue de -0.09 GPa/% y para la zona higroelástica -0.30 GPa/%.

Palabras clave: Secado de madera; Punto de saturación de la fibra; Coeficiente de higroelasticidad.

Abstract

Pinus douglasiana Martinez wood was experimentally investigated during a drying process in which the moisture content of the wood was reduced from natural state to anhydrous state. For 48 moisture contents, the wood density and the ultrasound speed were measured and the modulus of elasticity was calculated. Wood coefficients of higroelasticity were determined using correlations between the modulus of elasticity and the moisture content. For a wood moisture content of 12%, the density was 521 kg/m 3, the ultrasound speed was 6487 m/s and the corresponding modulus of elasticity was 21.96 GPa. For the low-moisture zone, the coefficient of higroelasticity was -0.09 GPa/%, and 0.30 GPa/% for the higroelastic zone.

Keywords: Wood drying; Fiber saturation point; Coefficient of higroelasticity.

Introducción saturada de agua [1]. La madera es un material que puede almacenar y disipar La madera es un material poroso e higroscópico que energía. Esta propiedad está controlada por los mismos me- combinado con agua, forma un sistema bifásico. Si la canismos que determinan su comportamiento mecánico en madera es sometida a un proceso de secado, el fenómeno condiciones estáticas al admitir deformaciones elásticas. Es !" !#$%&')" !"*+,*"#!"-!%'[&*/"0!# !"!1"2,)3$" !"-'#3*" decir, la estructura anatómica de la madera es la base de su mecánico, la madera es un sólido de medio continuo con comportamiento mecánico. Como consecuencia, es posible propiedades higroelásticas. Es decir, las propiedades elásti- relacionar sus propiedades mecánicas utilizando métodos cas del material están relacionadas con su comportamiento de análisis numérico tales como las correlaciones esta- 4'+%$#&2'&$/"5*"4,6! * "!)"1*"6* !%*"21*#3'[&*"*1"6*3! - dísticas. Dado que las ondas ultrasónicas pueden viajar a %'*1"6$ '[&*) $"#,"%!#'#3!)&'*"6!&)'&*/"8#3!"9!)6!)$"#!" través de la madera, midiendo la velocidad del ultrasonido -!%'[&*"!)" $#" $6')'$#"4'+%$#&2'&$#:"!1"2%'6!%$;"&,*) $" y determinando la densidad de la madera, el material puede el contenido de humedad es superior al punto de saturación ser caracterizado. Pellerin y Ross [2] recomendaron el uso !"1*"[<%*"="!1"#!+,) $;"&,*) $"1*"2*%! "&!1,1*%")$"!#3" de pruebas por ultrasonido para determinar el módulo de

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 26 Javier Ramón Sotomayor Castellanos: Ultrasonido, Elasticidad y Contenido de Humedad de la Madera elasticidad de la madera en el dominio no higrosaturado Materiales y métodos (CH!;"!)"!1"%*)+$"&$62%!) ' $"!)3%!"?@A"="BA;" medad distribuida de manera homogénea. Una vez que la la velocidad del ultrasonido en la dirección longitudinal madera fue estabilizada y las probetas mantuvieron un peso aumentó"@/CA"="!1"6 ,1$" !"!1*#3'&' * "*,6!)3 ó en una constante de cada probeta, se procedió a realizar una sesión 2%$2$%&')" !1"DA"2$%"&* *",)$"2$%"&'!)3$" !" '#6'),&')" de ensayos correspondiente a ese contenido de humedad. del contenido de humedad. Durante cada sesión las probetas se mantuvieron aisladas Kabir, et al. [5], estudiaron los efectos que tienen el de la humedad relativa ambiente y a una temperatura de &$)3!)' $" !"4,6! * "="!1")+,1$" !"1*"[<%*"#$<%!"1*"-! - laboratorio de 20 ºC. La humedad relativa dentro de la cá- locidad del ultrasonido y la rigidez de la madera de Hevea 6*%*"-*%'" !"KCA"*"@A/"5*"3!62!%*3,%*"-*%'"!)3%!"JB"°C brasiliensis Muell. Arg. Los investigadores concluyen que y 103 °C. El contenido de humedad de la madera (CH), ambos factores afectan substancialmente la velocidad del -*%'"!)3%!"JBOA;"P,!"&$%%!#2$) !"*"#,"!#3* $" !"4,6! * " ultrasonido y en consecuencia el valor de la rigidez de la ')'&'*1"="@A" !"&$)3!)' $" !"4,6! * ;"&$%%!#2$) '!)3!"*" madera. En la dirección longitudinal se denotó una mayor su estado anhidro. Para el cálculo de parámetros donde la velocidad con respecto a las direcciones radial y tangencial. densidad ( -H) y las dimensiones de la madera variaron de- E+,*16!)3!;"1$#"*,3$%!#"2%$2$)!)"&$%%!1*&'$)!#"!#3* #3'&*#" bido a su contracción natural al deshidratarse, se realizaron #'+)'[&*3'-*#"!)3%!"1*"%'+' !G"="!1"&$)3!)' $" !"4,6! * " !" los ajustes necesarios para cada uno de los 48 niveles de la madera. De sus resultados, los autores proponen que el contenido de humedad correspondiente a cada ensayo en tiempo de transmisión del impulso ultrasónico es mayor en particular (Figura 1). madera húmeda en comparación con el de la madera seca. El ensayo por ultrasonido consistió en suministrar un Simpson [6] investigó la velocidad del sonido en la impulso ultrasónico en transmisión directa y en la direc- madera de Quercus rubra y Acerrubrum durante su seca- ción longitudinal de la probeta, empleando un dispositivo do. El autor concluye que para la dirección longitudinal para pruebas no destructivas desarrollado en la Facultad de de la madera, el tiempo de transmisión del ultrasonido E)+!)'!%*"!)"R!&)$1$+*" !"1*"S* !%*;" !"1*"T)'-!%#' * " '#6'),=!"2$%"*<*>$" !1"2,)3$" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*/" Michoacana de San Nicolás de Hidalgo por Sotomayor- Sus resultados sugieren que la medición de la velocidad Castellanos et al. [8]. de ultrasonido puede ser utilizada para controlar procesos El impulso fue aplicado en un punto de contacto en el de secado de madera. centro geométrico de una de las secciones transversales de Con base a los conocimientos anteriores, este trabajo la probeta. La onda resultante se registró en un segundo tuvo dos objetivos: el primero fue conocer las variaciones punto de contacto localizado en el centro geométrico de la que experimentan la densidad y el módulo de elasticidad, sección transversal opuesta. El aparato registró el tiempo tomando como referencia la variación de la velocidad del de transmisión del pulso ultrasónico entre los puntos de ultrasonido al variar el contenido de humedad, utilizando contacto. para este caso madera de Pinus douglasiana Martínez. El segundo objetivo fue determinar el coeficiente de higroelasticidad de esta especie.

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Javier Ramón Sotomayor Castellanos: Ultrasonido, Elasticidad y Contenido de Humedad de la Madera 27

8"Y"^*%'*&')" !1"6 ,1$" !"!1*#3'&' * (Pa) X"Y"^*%'*&')" !1"&$)3!)' $" !"4,6! * "UA]

Para cada sesión de ensayos, correspondientes a un contenido de humedad, y para la densidad, la velocidad del ultrasonido y el módulo de elasticidad correspondiente, #!"&*1&,1*%$)"1$#"-*1$%!#" !"1*"&,%3$#'#"=" !1"&$![&'!)3!" !" asimetría para el grupo de 32 probetas. La permanencia de 1$#"-*1$%!#"!#3* #3'&$#" !"1*"&,%3$#'#"=" !1"&$![&'!)3!" !" asimetría al interior del intervalo –2 a +2, permitió agrupar, para cada contenido de humedad de la madera, los datos de las 32 probetas, en un resultado promedio correspondiente Figura 1: Acondicionamiento de la madera. HR = Humedad relativa del aire; CH = Contenido de humedad de la madera; T = Temperatura, t = a una sesión de ensayo. Cada uno de los valores o puntos tiempo. que se registran en las Figuras 1, 2, 3 y 4 representan la media aritmética de las mediciones de las 32 probetas El contenido de humedad correspondiente a cada uno ensayadas. de los 48 contenidos de humedad de la madera se calculó a partir del peso de la probeta que se midió al momento Resultados y discusión del ensayo en relación al peso de la madera medido en el estado anhidro de la madera, es decir el peso de la probeta El volumen de las probetas fue constante para valores en la última sesión de ensayos. Para cada contenido de !"ZX"_"?DA"=" '#6'),= ó proporcionalmente en función humedad se realizaron 32 mediciones correspondientes a !1"&$)3!)' $" !"4,6! * "!)"!1"')3!%-*1$"?DA"_ZX"_"@A/" cada una de las probetas estudiadas. Este comportamiento está ligado al fenómeno de la higro- En cada prueba se midieron las dimensiones y el peso contracción de la madera. Motivo por el cual se realizaron de cada probeta. De esta forma se calculó el volumen de los ajustes en el volumen de las probetas necesarios para la probeta, la densidad y el contenido de humedad de la cálculos posteriores de la densidad. Como referencia, en madera correspondiente al momento del ensayo. Posterior- la Tabla 1 se presentan valores de la densidad de la madera mente, se midió el tiempo de transmisión de la onda de de P. douglasiana "&$%%!#2$) '!)3!#"*"ZX"Y"@A`"ZX"Y"JDA" ultrasonido para lo cual se utilizó un aparato Sylvatest ®. ="ZX"Y"?DA/ La velocidad del ultrasonido se calculó dividiendo la dimensión longitudinal de cada probeta entre el tiempo de Tabla 1: Densidad de la madera. CH - Dominio transmisión medido. H Correlación R2 (%) (kg/cm 3) higroscópico El módulo de elasticidad se estimó utilizando la expre- 0 495 sión (1) reportada por Pellerin y Ross [2]: 12 521 DNHS: CH PSF > 567 DHS: CH >PSF -H = 4.23 CH + 435 1.00

CH = Contenido de humedad; -H = Densidad; PSF = Punto de Eus = Módulo de elasticidad (Pa) saturación de la Fibra; DNHS = Dominio no higrosaturado: DHS = Dominio higrosaturado; R 2 = Coe"ciente de determinación. vus = Velocidad del ultrasonido (m/s) 3 -H = Densidad de la madera (kg/m ) 0!"1*"6'#6*"6*)!%*;"2*%*"-*1$%!#" !"ZX"_"?DA;"1*" 81"&$![&'!)3!" !"4'+%$!1*#3'&' * " !"1*"6* !%*"U$ ), us densidad ( -H) disminuye proporcionalmente a la reducción se determinó a partir de las pendientes de las ecuaciones del contenido de humedad (Tabla 1 y Figura 2). A partir de lineales de las correlaciones de los módulos de elasticidad !#3!"2,)3$" !"')\!b');"!#3!"2*%6!3%$" '#6'),=!" !"6*)! - en función del contenido de humedad de la madera. El co- ra semejante pero con una tasa menor. Esta desviación en ![&'!)3!" !"4'+%$!1*#3'&' * " !"1*"6* !%*"!#" ![)' $"2*%*" la tendencia es ocasionada por la pérdida de masa de agua un determinado rango como el cociente de la variación del !)"!1"')3!%-*1$"?DA"_"X"_"@A"="2$%"1*" '#6'),&')" !1" módulo de elasticidad respecto a la variación porcentual volumen de la probeta ocasionado por la higrocontracción del contenido de humedad de la madera para el mismo de la madera en contenidos de humedad menores al punto %*)+$/"81"&$![&'!)3!" !"4'+%$!1*#3'&' * "#!"&*1&,1"&$)"1*" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*/ fórmula (2) reportada por Villaseñor-Aguilar [9]: 5*#"&$%%!1*&'$)!#" !"1*"R*<1*"J"6,!#3%*)"&$![&'!)3!#" donde: de determinación (R 2) altos y las correlaciones correspon- 8 (2) dientes permiten predecir la densidad ( - ) en función de $us = H """"""""X la variación del contenido de humedad de la madera (CH).

$us "Y"Z$![&'!)3!" !"4'+%$!1*#3'&' * "U[*\A]

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 28 Javier Ramón Sotomayor Castellanos: Ultrasonido, Elasticidad y Contenido de Humedad de la Madera

con el de las tendencias de la velocidad (Figura 3) y del módulo de elasticidad (Figura 4), las cuales comienzan '+,*16!)3!"*"6$ '[&*%#!"!)"!#3!"2,)3$/"8#3$#"%!#,13* $#" 2!%6'3!)"*[%6*%"P,!"!1"2,)3$" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*"2*%*" P. douglasiana "!#"!)"2%$6! '$" !"?DA" !"ZX/ El PSF permite distinguir dos dominios higroscópicos, el dominio no higrosaturado (DNHS) correspondiente *1"')3!%-*1$"?DA"_ZX"_"@A"="!1" $6')'$"4'+%$#*3,%* $" U0XH]"&$%%!#2$) '!)3!"*1"%*)+$"JBOA"_ZX"_"?DA/ La densidad de P. douglasiana "2*%*",)"ZX" !"JDA;" fue de 495 kg/m 3, valor que se encuentra dentro del rango de valores propuesto por Silva et al. [11]: 470 < - < 610 Figura 2: Densidad de la madera ( - ) en función de su contenido de H H , 3 humedad (CH). kg/m .

En la Tabla 2 se muestran valores de v us para diferentes Tsoumis [10] en un proceso de secado similar al contenidos de humedad. La magnitud de estas variables es aplicado en esta investigación, el valor del contenido de similar a los presentados por Buchar y Slonek [12] para humedad de la madera en el que los valores de sus propie- diferentes especies con densidades de la madera de Pinus * !#"9#'&*#"="6!&)'&*#"2%!#!)3*)",)"2,)3$" !"')\!b');" spp. 1$" ![)!"&$6$"!1"2,)3$" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*/"8#3!"-*1$%" es considerado como el estado donde es máxima la masa de Tabla 2: Velocidades del ultrasonido. - CH H v Dominio agua en la pared celular y es nula en los lúmenes. (kg/ us Correlación R2 (%) (m/s) higroscópico La tendencia de variación de la densidad en función m3) de la variación del contenido de humedad, presenta un 0 495 6 983 12 521 6 487 DNHS: CH PSF > 567 DHS: CH >PSF v = - 6.29 CH + 5 859 0.98 706 us

CH = Contenido de humedad; -H = Densidad; v us = Velocidad del ultrasonido; PSF = Punto de saturación de la Fibra; DNHS = Dominio no higrosaturado: DHS = Dominio higrosaturado; R 2 = Coe"ciente de determinación.

La variación de la velocidad del ultrasonido en función del contenido de humedad de la madera es presentada en la Figura 3. La velocidad del ultrasonido aumenta cuando el contenido de humedad decrece. Para el dominio no 4'+%$#*3,%* $"U0eXH]:"U?DA"_ZX"_"@A];"1*"3*#*" !" '#6' - nución es mayor que para el dominio higrosaturado (DHS): UJBOA"_ZX"_"?DA]/"8)"*6<*#"3!) !)&'*#"#!"%!\!>*",)" 2,)3$" !"')\!b')"'+,*1"*"?DA" !"&$)3!)' $" !"4,6! * / Para el caso de solicitaciones longitudinales como las Figura 3: Velocidad del ultrasonido (v us ), en función del contenido de humedad de la madera (CH).PSF = Punto de saturación de la "bra. de las ondas de ultrasonido, en el DHS las ondas mecánicas utilizan el agua libre como soporte para transitar. A partir !1"2,)3$" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*;"!#" !&'%"!)"!1" $6')'$" no higrosaturado (DNHS), las ondas se transmiten cada vez 6#"!)"!1"#1' $"6* !%*"P,!"!)"!1"\,' $"*+,*"LDN/

Las correlaciones dev us en función de CH son lineales ="&$)"&$![&'!)3!#"f 2 cercanos a la unidad (Tabla 2). Estos resultados coinciden con los encontrados por Mishiro [3], Kabir, et al. [5] y Simpson [6]. Por otro lado, la Tabla 3 y la Figura 4 explican para el dominio no higroscópico, que el módulo de elasticidad disminuye cuando el contenido de humedad se ve reducido. [*%*"[)!#" !"&1&,1$;"!1"-*1$%" !"%!9!%!)&'*" !1"6 ,1$" !" elasticidad de la madera es cuando su contenido de hume- Figura 4: Módulo de elasticidad (E us ), con base a la velocidad del ultra- sonido, en función del contenido de humedad (CH). BH = Zona de baja * "!#" !"JDA;"!#" !&'%:"JO"g[*;"-*1$%"P,!"!#"?JA"6*=$%" humedad; HE = Zona higroelástica; TR = Zona de transición. que el valor promedio para Pinus douglasiana (10.7 GPa,

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Javier Ramón Sotomayor Castellanos: Ultrasonido, Elasticidad y Contenido de Humedad de la Madera 29

Tabla 3: Módulos de elasticidad y coe"cientes de higroelasticidad

3 2 CH (%) -H (kg/m )Eus (GPa) Zona higroscópica Correlación R $us (GPa/%)

0 495 24.17 BH: 0% < CH < 8% Eus = - 0.09 CH + 24.2 0.99 -0.09

12 521 21.96 HE: 8% < CH < 24% Eus = - 0.30 CH + 25.8 0.99 -0.30

2 32 567 18.51 TR: 24%< CH < 32% Eus = 0.01 CH - 0.60 CH + 27.7 0.96 -----

>PSF > 567 < 18.51 DHS: CH >PSF Eus = 0.07 CH + 16.5 0.99 -----

CH = Contenido de humedad; -H = Densidad; E us = Módulo de elasticidad por ultrasonido; $us = Coe"ciente de higroelasticidad; PSF = Punto de saturación de la Fibra; BH = Zona de baja humedad; HE = Zona higroelástica; TR = Zona de transición; DHS = Dominio higrosaturado; R 2 = Coe"ciente de determinación. para madera seca al aire con un contenido de humedad dad e higroelástica. Estos valores se presentan en la Tabla !)3%!"JDA"="JBA];"#,+!%' $"2$%"H'1-*;" et al. [11]. ?/"5$#"&$![&'!)3!#" !"4'+%$!1*#3'&' * "2%$2,!#3$#"!b2%!#*)" Como se observa en la Figura 4, en el dominio no la tasa de cambio del valor del módulo de elasticidad de higrosaturado, se distinguen tres intervalos continuos y la madera por cada variación porcentual de su contenido &$)"&$62$%3*6'!)3$#" '9!%!)3!#:"!1"')3!%-*1$"?DA"_"ZX"_" de humedad. DOA" ![)' $"&$6$"G$)*" !"3%*)#'&')"URf];"!1"%*)+$"DOA" La variación del módulo de elasticidad en función de _"ZX"_"CA"11*6* $"G$)*"4'+%$!1#3'&*"UX8]"="!1"')3!%-*1$" la variación del contenido de humedad es más rápida en CA"_"ZX"_"@A" ![)' $"&$6$"G$)*" !"<*>*"4,6! * "UhX];" el intervalo correspondiente a la zona higroelástica, en !"*&,!% $"&$)"1*#" ![)'&'$)!#"2%$2,!#3*#"2$%"^'11*#!$%j comparación con la variación correspondiente a la zona Aguilar [9]. de baja humedad.

Para la zona de transición, los valores de E us presentan La correlación entre la velocidad del ultrasonido con el una tendencia que puede ser descrita por una correlación de módulo de elasticidad, sólo es válida para el dominio no #!+,) $"+%* $"="&$)",)"*13$"&$![&'!)3!" !" !3!%6')*&')" higrosaturado (CH

Eus correspondiente a la zona de baja humedad presenta complementado con las tendencias de los módulos de una correlación lineal que aumenta cuando decrece el elasticidad por ultrasonido hace referencia a un contenido contenido de humedad de la madera, pero con una tasa !"4,6! * "2*%3'&,1*%"'+,*1"*"?DA/ menor si se compara con la zona higroelástica. Sin embargo, en la zona higroscópica de transición cer- 81"2,)3$" !"')\!b')" !"1*#"3!) !)&'*#"P,!"#!2*%*"1$#" &*)*"*1"2,)3$" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*;"1*" '#3%'<,&')" !1" dos dominios higroscópicos corresponde a un valor de agua ligada en la pared celular y del agua libre en el lumen &$)3!)' $" !"4,6! * "'+,*1"*"?DA"="&$')&' !"&$)"!1"2,)3$" capilar no es uniforme. Además, el estado del agua puede !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*" !3!%6')* $"&$)"1$#" '*+%*6*#" !" ser intercambiable entre líquido y vapor, lo que implica que

-H, y v us versus CH (Figuras 2 y 3). su modo de transferencia puede ser por difusión y/o por En la Tabla 3 se presentan como referencia valores de capilaridad, de acuerdo con Keey et al. [14], que concluyen

Eus "2*%*"&$)3!)' $#" !"4,6! * "&$%%!#2$) '!)3!#"*"@A;" P,!"!1"2,)3$" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*" !"1*"6* !%*")$"!#",)" JDA"="?DA/"5*"6*+)'3, " !"!#3$#"-*1$%!#"&$')&' !"&$)"1$#" valor puntual. La zona alrededor del punto de saturación de resultados de especies de maderas que presentan valores de 1*"[<%*"!#"!)3$)&!#",)"')3!%-*1$" !"&$)3!)' $" !"4,6! * ;" densidad similares a la especie en estudio como son Pinus argumento que propone que la zona de transición puede spp. y Picea Rubens reportados por Bucur y Archer [13], #!%"&$)#' !%* *"&$6$",)*"G$)*" !"#*3,%*&')" !"1*"[<%*/ así como para madera de Pinus spp . señalados por Buchar y Slonek [12]. Conclusiones La inestabilidad observada de las tendencias del mó- dulo de elasticidad en función del contenido de humedad Se determinó la variación que experimentan la densidad en la zona de transición y asociada a la diferencia de los y el módulo de elasticidad, empleando la variación de la &$![&'!)3!#" !"4'+%$!1*#3'&' * "!)3%!"')3!%-*1$#" !"ZX;" velocidad del ultrasonido al modificar el contenido de sugieren dividir el dominio no higrosaturado en tres zonas humedad, de la madera de Pinus douglasiana Martínez. de análisis: TR, HE y BH. Debido al comportamiento ines- A partir de estos datos, se determinan ecuaciones que table y no lineal de la zona TR, se proponen solamente dos describen las tendencias de estas constantes elásticas de la &$![&'!)3!#" !"4'+%$!1*#3'&' * "2*%*"1*#"G$)*#"hX"="X8/ madera. De esta forma se caracteriza el comportamiento 5$#"&$![&'!)3!#" !"4'+%$!1*#3'&' * "2$%",13%*#$)' $"#$)" higroelástico de la madera en función de la disminución de determinados a partir de las pendientes de las correlaciones su contenido de humedad. entre E us y CH que corresponden a las zonas de baja hume- El comportamiento higroelástico de la madera de

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 30 Javier Ramón Sotomayor Castellanos: Ultrasonido, Elasticidad y Contenido de Humedad de la Madera

P.douglasiana puede ser analizado en dos dominios: satu- moisture content of red oak and hard maple during rado y no saturado. Estos dominios están divididos por un drying . Wood and Fiber, 30(4): 405-413. 1998. 2,)3$" !"')\!b')" ![)' $"&$6$"!1"2,)3$" !"#*3,%*&')" !" 7. International Organization for Standardization. " EHI" 1*"[<%*"!"'+,*1"*"?DA" !"&$)3!)' $" !"4,6! * / 3129:2012. Wood - Sampling methods and general El comportamiento higroelástico de la madera de P. %!P,'%!6!)3#"9$%"24=#'&*1"*) "6!&4*)'&*1"3!#3#/"EHI" douglasiana en el dominio no saturado, puede ser dividido Catalog 79 Wood technology; 79.040 Wood, sawlogs en tres zonas características: la zona de transición que *) "#*k"3'6*"4,6! * "P,!"&$62%!) !"-*1$%!#"!)3%!"C"="@A" !" sitivo de usos múltiples para pruebas no destructivas contenido de humedad de la madera. en madera y materiales compuestos de madera . Ultra- A partir de las correlaciones lineales entre el módulo sonido, Ondas de esfuerzo y Vibraciones transversales. de elasticidad y el contenido de humedad de esta especie, E)-!#3'+*&')"!"E)+!)'!%*" !"1*"S* !%*/"MU?]:"D@j??/" #!" !3!%6')*%$)"1$#"&$![&'!)3!#" !"4'+%$!1*#3'&' * "2*%*" 2011. dos zonas con comportamiento diferente: la zona de 9. Villaseñor Aguilar, J. M. Comportamiento higroelástico de baja humedad y la higroelástica. La zona higroelástica la madera de Pinus douglasiana . Evaluado mediante presenta un comportamiento lineal que permitió proponer ultrasonido, ondas de esfuerzo, vibraciones transver- ,)"&$![&'!)3!" !"4'+%$!1*#3'&' * "P,!"%!1*&'$)*"1*"3*#*" !" #*1!#"="\!b')"!#33'&*/"R!#'#" !"S*!#3%*/"T)'-!%#' * " cambio unitaria del módulo de elasticidad en función de Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. 87 p. 2007. la disminución del contenido de humedad de la madera. 10. Tsoumis, G. Science and technology of wood . Structu- La zona de baja humedad presenta una tendencia similar re, Properties and Utilization. Van NostrandReinhold. *"1*"G$)*"4'+%$!1#3'&*"2!%$"#,#"&$![&'!)3!#"4'+%$!1#3'&$#" New York. 494 p. 1991. son menores. 11. Silva Guzmán, J. A.; Fuentes talavera, F. J.; Rodríguez Anda R.; Torres Andrade, P. A.; Lomelí Ramírez, M. A.; Ramos Quirarte, J.; Referencias Waitkus, C. y Richter, H. G. Fichas de propiedades tecnoló- gicas y usos de maderas nativas de México e importa- 1. Siau, J. F. Transports Process in Wood . Springer Series in das . Departamento de Madera, Celulosa y Papel, Uni- Wood Sciences. Berlin. 248 p. 1984. versidad de Guadalajara y Comisión Nacional Forestal, 2. Pellerin, R. F. y Ross, R. J. (Eds) . Nondestructive Evaluation Guadalajara, México. 208 p. 2010. of Wood. Forest Products Society . Madison, Wis. 201 12. Buchar, J. y Slonek, L. Ultrasonic velocities and elastic p. 2002. constants of wood /"E):"[%$&!! ')+#"$9"34!"d'%#3"8, - 3. Mishiro, A. Ultrasonic Velocity in Wood and Its Moisture ropean Symposium on Nondestructive Evaluation of Content III: Ultrasonic velocity and average moisture Wood. 1: 240-249. Hungary. 1994. content in wood during desorption (2) ; During des- 13. Bucur, V. y Archer, R. R. Elastic constants for wood by an orption from a water-saturated condition. Mokuzai ultrasonic method . Wood Science and Technology, 18: Gakkaishi, 42(10): 930-936. 1996. 255-265. 1984. 4. Arriaga, F.; Iñiguez, G.; Esteban, M. y Fernández-Golfín, J. I. Struc- 14. Keey, R. B.; Langrish, T. A. G. y Walker, J. C. F. Kiln-Drying of tural Tali timber (Erythrophieumivorense A. Chef., Lumber. Springer . New York. 337 p. 1999. Erythrophleumsuaveolens Brenan.): Assessment of strength and stiffness properties using visual and ul- trasonic methods . Holzals Rho- und Werkstoff, 64(5): Recibido: 14/06/2014. 357-362. 2006. Aprobado: 01/12/2014. 5. Kabir, M. F.; Leininger, T. D.; Araman, P. A. y Winn, M. F. Detection of wetwood by ultrasonics . Forest Products Journal, 56(3): 70-74. 2006. 6. Simpson, W. T. Relationship between speed of sound and

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Jason Alvarez et al.: Autenticidad del Té Verde Expendido en Costa Rica 31

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 31–35 Evaluación de la autenticidad del té verde de diferentes marcas comerciales que se expende en San José, Costa Rica

Evaluation of the authenticity of different commercial Green tea brands sold at San José, Costa Rica

Jason Alvarez 1, Gabriel Zamora 2, José M. Chaverri-Fernández 3, María F. Méndez 2, María L. Arias-Echandi 1,*

1- Centro de Investigación en Enfermedades Tropicales y Facultad de Microbiologia, Universidad de Costa Rica. 2- Centro de Investigaciones Apícolas Tropicales, Universidad Nacional. 3- Instituto de Investigaciones Farmacéuticas. Facultad de Farmacia, Universidad de Costa Rica. * E-mail: [email protected] Resumen

En la actualidad el consumo de té verde se ha popularizado a nivel mundial y Costa Rica no es la excepción. Este es un producto al que se le han atribuido múltiples efectos beneficiosos, los que van a depender en gran medida de su legitimidad y grado de pureza. El objetivo de este trabajo fue corroborar la autenticidad y calidad de 45 muestras de té verde comercializadas en el área metropolitana de San José, Costa Rica. Se prepararon extractos de las diversas marcas comerciales y de hojas frescas de té ( Camellia sinensis (L.) Kuntze) utilizando etanol, y posteriormente estos fueron disueltos en metanol a una concentración final de 1 mgml-1 de extracto. Estas soluciones se emplearon para la determinación del perfil de polifenoles, flavonoides, aminoácidos y alcaloides por cromatografía en capa fina de alto desempeño y sus respectivas derivatizaciones. Los resultados obtenidos permiten concluir que el té verde comercializado en San José, Costa Rica, es veraz y no presenta adulteraciones en su composición. Además, la evaluación de los perfiles de flavonoides, alcaloides y aminoácidos permite asegurar la consistencia de los lotes, así como estabilidad de los principales constituyentes de la materia prima en el producto terminado y por ende la buena calidad del producto.

Palabras clave: Té verde; Autenticidad; Cromatografía de capa fina (CCF).

Abstract

Recently, green tea consumption has significantly increased worldwide, and Costa Rica is not an exception. Several health benefits have been attributed to it, nevertheless they depend on the legitimacy and purity of the product. The aim of this work was to corroborate the authenticity and quality of 45 green tea commercial samples sold at the metropolitan area of San José, Costa Rica. Extracts of the different commercial brands tested and of leaves ( Camellia sinensis (L.) Kuntze) were prepared using ethanol. These were dissolved in methanol to a final concentration of 1mgml-1 of extract. The solutions were used for the determination of the polyphenols, flavonoids, amino acids and alkaloids profiles using high performance thin layer chromatography and their respective derivatizations. The results obtained allow the conclusion that the green tea sold in San José, Costa Rica, is genuine and does not present any adulterations in its composition. Also, the flavonoids, alkaloids and amino acids profiles allow ensuring the consistency of the lots, as well as the transfer of the principal constituents from raw material to finished product, demonstrating its good quality.

Keywords: Green tea; Authenticity; Thin layer chromatography (TLC).

Introducción que se utilizan en diversas bebidas, alimentos naturales, suplementos dietéticos y artículos de cosmética (1). Durante siglos, las hojas deté ( Camellia sinensis (L.) Aparte de los usos mencionados, al té verde se le han Kuntze) han sido utilizadas para la elaboración de los tipos !"#$%#&'()*)+!',($)-)[+#',',(/ " (0 (, 0%&(1234(5(6%+7',( de té verde, negro y otros. Recientemente, el té verde se de estos se deben a sus componentes antioxidantes (3) y ha convertido también en materia prima para extractos antimicrobianos. También se le han atribuido propiedades

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 32 Jason Alvarez et al.: Autenticidad del Té Verde Expendido en Costa Rica

-!##-\ 6 !'"# ,( ,(+'6'(/"'/#)& &),( -!#6%! : -#+ ,(1<3=( Preparación de las muestras y material de referencia La hoja de té fresco es rica en polifenoles, especialmen- !)()-(+ !)>%#- ,(1\ ?'-'#&),34(>%)(/%)&)-(+'-,!#!%#"(7 ,! ( Se prepararon extractos de las diversas marcas comer- )0(@AB(&)0(/),'(&)(0 (7'C (,)+ =(D!"',(/'0#*)-'0),(#-+0%5)-( ciales y de las hojas frescas de té. Para esto se pesaron 10 los ácidos fenólicos como el ácido clorogénico, el ácido g de las muestras de té verde y de las hojas de la referencia cumaroilquínico, y esteres gálicos de la glucosa como el botánica (Camellia sinensis), y se realizó la extracción con ácido 3-galloilquinico, este último únicamente presente 100 ml de etanol. Se procedió a calentar a temperatura de en las hojas verdes del té (5). Dentro de las principales ebullición por 2 horas el material vegetal con el solvente. catequinas se encuentran el Galato de epigalocatequina G'-()0([-(&)()?#! "(,%()? /'" +#-4(,)(%!#0#T()0(6 !'&'( 1EFGF3(>%)(")/"),)-! ( /"'H#6 & 6)-!)()0(IJB(&)0( &)(")\%C'=(U" -,+%""#& ,(0 ,(2(7'" ,(,)(/"'+)&#( ([0!" "( total de las catequinas, la Epigalocatequina (EGC), en una la muestra al vacío, luego se eliminó todo el solvente /"'/'"+#-(/"H#6 ( 0(L@4MB(&)0(!'! 0(5(0 (E/#+ !)>%#- ( utilizando un rotavapor. Se raspó el balón para extraer el 1EN34(>%)(")/"),)-! ()0(M4%#- ,(1M3= material seco el cual fue almacenado en viales estériles. Durante el procesamiento de las hojas de té, se dan Posteriormente, los extractos de las muestras de té diferentes reacciones enzimáticas según el tipo de té a verde comercial y el extracto preparado a partir de las hojas obtener, (té negro, té oolong, té verde). Se ha demostrado, de la planta de té, fueron disueltos en metanol a una con- 6)&# -!)(! +-#+ ,(&)(+"'6 !':" * (&)(+ / ([- (&)( 0!'( +)-!" +#-([- 0(&)(L(6:60 -1 . Seguidamente, cada solución &),)6/)'4(>%)()0(/)"[0(&)(/'0#*)-'0),(1+'-!)-#&'(")0 !#?'( fue centrifugada (1006 g 5m) y el sobrenadante se empleó de galato de epigalocatequina, epigalocatequina, galato para cada análisis. Estas soluciones se emplearon en la de epicatequina, epicatequina) varía según el tipo de té &)!)"6#- +#-(&)(\ ?'-'#&),4( 6#-'+#&',(5( 0+ 0'#&),( a obtener, presentando el té verde los cuatro polifenoles /'"(+"'6 !':" * ()-(+ / ([- (&)( 0!'(&),)6/)'=( mencionados anteriormente y en donde el galato de epiga- Para la determinación de polifenoles se preparó una locatequina se encuentra en mayor proporción. solución a partir de 4 mg de cada extracto, los cuales se P'( -!)"#'"4($ ,-&',)()-()0(/)"[0(&)(0',(/'0#*)-'0),4( disolvieron en 1 ml de una solución de etanol: agua (8: flavonoides, alcaloides, y aminoácidos, permite que se 2) facilitado por ultrasonido durante 5 minutos. Cada pueda conocer la veracidad y calidad de la materia prima preparación fue centrifugada a 1006 g durante 5 minutos. del té verde (1). El sobrenadante de cada solución de extracto se empleó En la actualidad, el consumo de té verde, ya sea como para el análisis. una bebida caliente ó su consumo como bebida fría, se ha popularizado a nivel mundial y Costa Rica no es la excep- Preparación de fases móviles ción. No obstante, la autenticidad, así como la calidad del té verde consumido en el área metropolitana de Costa Rica El análisis por cromatografía en capa fina de alto son desconocidas. Dado lo anterior, este trabajo pretende desempeño se realizó utilizando las siguientes fases evaluar una serie de muestras de té verde comercializadas móviles: )-()0(/ ,(+'-()0([-(&)(? 0#& "(0 ( %!)-!#+#& &(&)(0 ,(6#, - Flavonoides: etil formato, tolueno, ácido fórmico, agua mas. (30:1.5:4: 3) Polifenoles: tolueno, acetona, ácido fórmico (9:9: 2) Materiales y métodos Alcaloides: acetato de etilo, metanol, agua (20:2.7: 2) Amino ácidos: 1 – butanol, acetona, ácido acético, agua Adquisición de las muestras de té verde (7:7:2: 4)

Se adquirieron al azar y a partir de diferentes supermer- Fase estacionaria cados, minisúper y tiendas de venta natural (Macrobióticas) ubicados en el Área Metropolitana de San José, Costa Rica, Las cromatografías se realizaron en cromatofolios para 5 lotes de cada una de las 9 marcas comerciales de té verde cromatografía plana de alto desempeño (High Performance comercial nacional y extranjero (n=45), los cuales fueron Thin Layer Chromatography, HPTLC) HPTLC silica gel transportadas a temperatura ambiente al Laboratorio de 60 F 254 con dimensiones 20 cm X 10 cm. Microbiología de Alimentos, Facultad de Microbiología, para su posterior análisis. Agentes derivatizantes Las hojas frescas de té, como control de comparación, *%)"'-( &>%#"#& ,(&)(%- ([-+ (00 6 & (R"+ ,(&)(0 ,(S#)" - El análisis por cromatografía en capa fina de alto bas ubicada en Santa Bárbara de Heredia. desempeño se realizó empleando los siguientes agentes derivatizantes: V'0%+#-( 0(LB(&)(2(M( 6#-')!#0&#*)-#0$'"#- !'()-( 6)! -'0(5(,'0%+#-( 0(IB(&)(/'0#)!#0)-:0#+'0(

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)! -'0(/ " (&)"#? !#T "(\ ?'-'#&),=( Resolución de CAMAG ® y su software de gestión Win- V'0%+#-( 0(IB(&)(X ,!(Y0%)(V 0!(Y()-( :% (&),!#0 & ( Cats ® v. 1. 4. 4. para derivatizar polifenoles. V'0%+#-( 0(A=2B(&)(-#-7#&"#- ()-(-(M($%! -'0(5(+#&'( Aminoácidos acético para derivatizar aminoácidos. Para la determinación de aminoácidos, la cromatografía Evaluación cualitativa de la autenticidad y la calidad del té se derivatizó mediante la aplicación en aerosol de aproxi- verde madamente 10 ml de una solución de 30 mg de ninhidrina disuelta en 10 ml de n – butanol y 0.3 ml de ácido acético Para estos ensayos se siguieron los métodos descritos 0(JZB=(P (+"'6 !':" * (&)"#? !#T & (,)(+ 0)-!(/'"(LA( por Reich et al. (1); se realizaron cromatografías en minutos en un plantilla de laboratorio a 110 °C y posterior- + / ([- (&)( 0!'(&),)6/)'(5(&)"#? !#T +#'-),( ([-(&)( mente, se registró el resultado al exponer el cromatograma +'-["6 "(+% 0#! !#? 6)-!)(0 (- !%" 0)T (&)0(! (6)&# -!)( a luz visible mediante el Visualizador de Cromatografía en ,%(7%)00 (+"'6 !':"[+ =(N " ()0("):#,!"'4(/"'+), 6#)-!'4( Capa Fina de Alta Resolución de CAMAG ® y su software análisis y reportes de datos a partir de las cromatografías de gestión WinCats ® v. 1. 4. 4. se empleó el Visualizador de Cromatografía en Capa Fina de Alta Resolución (TLC Visualizer de CAMAG ®). Resultados

Polifenoles E-(0 ([:%" (L4(,)(/"),)-! -(0',("),%0! &',(&)0(/)"[0(+"' - 6 !':"[+'(") 0#T &'( (0',(0'!),(&)(0 (6 "+ (+'6)"+# 0(R= Para la determinación de polifenoles, una vez concluida esta cromatografía y evaporada la fase móvil, se procedió a capturar imágenes bajo radiación de 254 nm y 366 nm /'"(6)&#'(&)0(?#,% 0#T &'"(&)(+"'6 !':" * ()-(+ / ([- ( de alta resolución Camag ®, y su software de gestión Win- Cats ® v.1.4.4 (esto como un control de calidad). Luego, los cromatogramas obtenidos fueron tratados con el reactivo de derivatización, para ello, se aplicó por medio de aerosol, /"'H#6 & 6)-!)(LA(60(&)(%- (,'0%+#-( 0(IB(&)(X ,!( Blue Salt B en agua destilada a 15 cm de distancia de la placa. Al cabo de 10 minutos, se documentó la placa derivatizada bajo luz visible utilizando el visualizador de +"'6 !':" * ()-(+ / ([- (&)(G 6 : ® y su software de gestión WinCats ® v. 1. 4. 4.

Flavonoides

N " (0 (&)!)"6#- +#-(&)(\ ?'-'#&),4(0 (+"'6 !':" * ( se derivatizó mediante la aplicación en aerosol de aproxi- 6 & 6)-!)(LA(60(&)(%- (,'0%+#-( 0(LB(&)(2(M( 6#-')!#0( difenil borinato en metanol, posteriormente se aplicó por )"','0( /"'H#6 & 6)-!)(Z(60(&)(%- (,'0%+#-( 0(IB(/' - lietilenglicol 4000 en etanol. La cromatografía derivatizada se dejó reposar por 10 minutos y posteriormentese registró el resultado al exponer el cromatograma a luz ultravioleta

(a una longitud de onda de 366 nm) mediante el Visuali- Figura 1: Vista de imágenes comparativas para per#l cromatográ#co zador de Cromatografía en Capa Fina de CAMAG ® y su de muestras de té verde expendidas en Costa Rica y pertenecientes software de gestión WinCats ® v. 1. 4. 4. a la marca comercial A. Los números 1, 2, 3, 4, 5, corresponde a lotes diferentes. TVP: té verde puro (estándar de comparación), EGCG: Galato de Alcaloides epigalocatequina, EGC: epigalocatequina, ECG: galato de epicatequina, EP: epicatequina, TEO: teobromina, CAF: cafeína, ASP: ácido aspártico, GLU: ácido glutámico, TEA: teanina, TYR: tirosina. Para la determinación de alcaloides, la cromatografía se reveló mediante la exposición del cromatofolio a luz ultravioleta (a una longitud de onda de 254 nm) mediante el Visualizador de Cromatografía en Capa Fina de Alta

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 34 Jason Alvarez et al.: Autenticidad del Té Verde Expendido en Costa Rica

Análisis de polifenoles convenientemente por un fabricante para comparar lotes de ! (?)"&)(+'-()0([-(&)(: " -!#T "(0 (+'7)")-+# (&)(6 !)"# ( P ,(+"'6 !':" * ,(") 0#T & ,()?#&)-+# "'-(%-(/)"[0( prima y, posiblemente, incluso la procedencia. de polifenoles compatible con el perfil del extracto de Los resultados obtenidos a partir de la cromatografía las hojas de extracto las hojas de té control. Tanto en el / " (\ ?'-'#&),(! 6$# -()?#&)-+# "'-(+'#-+#&)-+# (+'-( cromatograma del té verde puro como en el de las muestras )0(/)"[0('$!)-#&'( (/ "!#"(&)0()H!" +!'(&)(7'C ,(&)(G 6)00# ( analizadas presentaron las bandas propias de galato de sinensis. No obstante, tres muestras provenientes de una epigalocatequina, epigalocatequina, galato de epicatequina de las marcas comerciales evaluadas presentaron una zona y epicatequina. verde en el segundo tercio del cromatograma . Al respecto, Reich et al. (1) también han documentado la aparición de Análisis de flavonoides esta zona a partir de muestras de té verde, la que puede deberse a diversos factores, incluyendo la edad y partes de P',(+"'6 !':" 6 ,()?#&)-+# "'-(%-(/)"[0(&)(\ ?' - la planta empleadas durante la manufactura, condiciones -'#&),(+'6/ !#$0)(+'-()0(/)"[0(&)0()H!" +!'(&)(0 ,(7'C ,( de almacenamiento y hasta la calidad de la cosecha del té. de té control. La única excepción se presentó en las tres Según Hernández y Ruiz (7), la calidad del té es tanto muestras provenientes de una de las marcas comerciales mayor cuanto más jóvenes son las hojas y disminuye al evaluadas, que presentaron una zona verde en el segundo descender su posición por el brote apical. La recolecta que tercio del cromatograma. aporta la mejor calidad y elevado rendimiento es aquella en que sólo se incluye el brote terminal antes de abrir y las Análisis de alcaloides dos o tres primeras hojas, situadas debajo de éste. También #-\%5)-()-(0 (+ 0#& &(* +!'"),(+'6'()0(+0#6 4(,%)0'4(+'- - P',(+"'6 !':" 6 ,()?#&)-+# "'-(%-(/)"[0(&)( 0+ 0'#&),( diciones de cultivo, momento óptimo de la recolección. +'6/ !#$0)(+'-()0(/)"[0(&)0()H!" +!'(&)(7'C ,(&)(! (+'-!"'0( Todas estas variables pueden contribuir a la formación para todas las marcas comerciales analizadas. Tanto en de bandas adicionales como sucedió en las tres muestras la cromatografía del té verde puro como en las de las mencionadas anteriormente. muestras se observaron las bandas propias de teobromina (P (/"),)-+# (&)( 0+ 0'#&),(),('!"'(/)"[0(>%)(/%)&)(,)"( y cafeína. utilizado para evaluar los componentes del té verde (1). Esto , a sabiendas de que las hojas de té verde contienen Análisis de aminoácidos bases xánticas (alcaloides) como cafeína en un porcentaje >%)(? " ()-!")()0(2( 0(IB(&)0()H!" +!'(,)+'4(5()-(6)-'"( P',(+"'6 !':" 6 ,(") 0#T &',()?#&)-+# "'-(%-(/)"[0( cuantía contiene teobromina (7). &)( 6#-'+#&',(+'6/ !#$0)(+'-()0(/)"[0(&)0()H!" +!'(&)(0 ,( Los resultados obtenidos de las HPTLC para la eva- hojas de Camellia sinensis (té verde puro) para todas las luación de alcaloides muestran un patrón compatible entre marcas comerciales analizadas. Tanto en el cromatograma las muestras analizadas de todas las marcas comerciales del té verde puro como en los de las muestras se observa- con respecto al estándar de oro ( Camellia sinensis ) lo cual ron las bandas propias de ácido aspártico, ácido glutámico, demuestra no sólo veracidad del producto sino también su teanina y tirosina, siendo la de teanina la más prominente. alta calidad. E0( -0#,#,(&)( 6#-'+#&',4()?#&)-+#(%-(/)"[0(+'6 - Discusión patible con el extracto de las hojas de té control para todas las marcas comerciales analizadas, observándose El té verde es una bebida a la cual se le han atribuido las bandas propias de ácido aspártico, ácido glutámico, gran cantidad de beneficios para la salud humana. No teanina y tirosina. En particular, la zona de teanina es la obstante, la obtención de estos va a depender de la auten- más prominente en las cromatografías realizadas. Esto ticidad y calidad del té verde a consumir. concuerda con lo expuesto por Hernandez & Ruiz (7), P ,(7'C ,(&)(! (,'-("#+ ,()-(/'0#*)-'0),4(\ ?'-'#&),4(5( donde menciona que la hoja de Camellia sinensis dentro en epigalocatequina-3-galato (EGCG), según se ha demos- de sus componentes bioquímicos contiene aminoácidos !" &'(/'"(+"'6 !':" * (&)(+ / ([- (&)( 0! ("),'0%+#-=(E0( 0#$"),4(0',(+% 0),(+'-,!#!%5)-(&)0(L( 0(%#- ,(1 epicatequina, galato de epicatequina, 5(>%)(&)(),!',( 6#-'+#&',(0#$"),()0(IAB(),(0 (!) -#- ( epigalocatequina, galato de epigalocatequina) ),(),/)+[+'( (5-N-etilglutamina, únicamente presente en el té), el cual según el tipo de té, por lo cual puede ser utilizado para cumple un papel importante en el sabor del té verde. dilucidar si una muestra es con certeza té verde de calidad, El análisis integral de los resultados obtenidos permite té verde adulterado o de mala calidad (1). concluir que el té verde comercializado en San José, Las hojas de té producen una huella digital o perfil Costa Rica, es auténtico y no presenta adulteraciones en &)(\ ?'-'#&),(+ " +!)",!#+'=([)(7)+7'(\)#+7( et al. (1) ,%(+'6/',#+#-(R&)6,4(0 ()? 0% +#-(&)(0',(/)"[0),(&)( ,):%" -(>%)()0(/ !"-(&)(\ ?'-'#&),(,)(/%)&)(%!#0#T "( \ ?'-'#&),4( 0+ 0'#&),(5( 6#-'+#&',(/)"6#!)( ,):%" "(0 (

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Jason Alvarez et al.: Autenticidad del Té Verde Expendido en Costa Rica 35

consistencia de los lotes de materia prima utilizados, así 5. como la estabilidad de los principales constituyentes de 6. Graham, H. Green tea composition, consumption, and la materia prima en el producto terminado y por ende la polyphenol chemistry . Preventive Med 21: 334- buena calidad del producto (1). 350.1992. Estos hallazgos permiten a los consumidores costa- 7. Saito, S; Welzel, A; Suyenaga, E& Bueno, F. A method for fast ""#+)-,),(:'T "(&)(0',(60!#/0),($)-)[+#',( ,'+# &',( 0( determination of epigallocatechin gallate (EGCG), té verde incluyendo los efectos anticancerígenos (8), epicatechin (EC), catechin (C) and caffeine (CAF) in antioxidantes (9) y hasta anti angiogénicos (10), descritos green tea using HPLC . Food Sci Technol.26: 394-400. )-(0',(0!#6',( ',( (/ "!#"(&)(&#?)",',(),!%&#',(+#)-![+',=( 2006. El presente trabajo demuestra que las marcas de té ver- 8. Hernández, A & Ruiz, M. Tratado de Nutrición: composición de expendidas en Costa Rica y evaluadas son auténticas, y calidad nutritiva de los alimentos . Medica Paname- tienen una buena calidad y los constituyentes de la ma- ricana. España, Madrid 337-366. 2010. teria prima utilizada son estables, por lo que la población 9. Chen, C; Hsieh, D; Huang, K; Chan, Y& Hong, P. Improving +'-,%6#&'" (")+#$)(0',($)-)[+#',( ,'+# &',( (),!)(!#/'(&)( !"#$ !$%&'%([$ $*'+(',-.-%/#0 11+$ "%$2#!-3-0 11 "%' producto. gold nanoparticles in murine B16F10 melanoma cells. Drug Design, Development and Therapy . 8: 459- Referencias 474.2014. 10. Ho, C; Choi, S; Siu, P& Benzie, I. Effects of single dose and 1. Reich, E; Schibli, A; Widmer, V; Jorns, R & Wolfram, E. HPTLC regular intake of green tea (Camellia sinensis) on DNA Methods for Identification of Green Tea and Green damage, DNA repair, and heme oxygenase-1 expres- Tea Extract. J Liquid Chromatog & Rel Technol. 29: sion in a randomized controlled human supplementa- 2141-2151. 2006. tion study. Molec Nut Food Res. 58: 1379-1383.2014. 2. Sakanaka, S;Juneja, L&Taniguchi, M. Antimicrobial effects of 11. Cai, J; Jing, D; Shi, M; Liu, Y; Lin, T & Xie, Z. Epigalloca- green tea polyphenols on thermophilic spore-forming techin gallate (EGCG) attenuates infrasound-induced bacteria . J Biosci Bioeng . 90: 81-85.2000. neuronal impairment by inhibiting microglia-mediated 3. Rubio, J M; P, Vidal; Zafrilla, P & Morillas, J. A new antioxi- #-\ 66 !#'-=(a(b%!((Y#'+7=(2I_(cLM`c2I=2AL<=( dant beverage produced with green tea and apple =(^-!( J Food Sci Nut .2014. 4. Gaur, S & Agnihotri, R. Green tea: A novel functional food Recibido: 22/09/2014. for the oral health of older adults . Geriatrics Gerontol Aprobado: 28/11/2014. ^-!=(L<_((2@Z`2IA=(2AL@=

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 36 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 36–44 Comparación entre Modelos en Diferencias Finitas Aplicados a la In€ltración en Suelos

Comparison of Finite Difference Models Applied to Soil Infiltration

Hector A. Pedrozo 1,* , Mario R. Rosenberger 1, Carlos E.Schvezov 1

1 - Instituto de Materiales de Misiones (IMAM) CONICET, Universidad Nacional de Misiones, Félix de Azara 1552, CP 3300, Posadas, Misiones, Argentina. * E-mail: [email protected] Resumen

La infiltración es el proceso por el cual penetra agua en un medio poroso, está descripta por la ecuación de Richards. Esta ecuación y las ecuaciones constitutivas asociadas son marcadamente no lineales. En este trabajo se resuelve la ecuación de Richards usando distintas aproximaciones en diferencias finitas, se analiza la velocidad de cálculo y la sensibilidad en los resultados para diferentes valores de paso de tiempo. Para la resolución se utilizaron tres métodos de cálculo; método explícito (ME), método implícito simple (MIS) y el método de Crank-Nicolson (MCN). En el problema planteado, se tomaron condiciones de frontera de Dirichlet. Se obtuvo que los tres modelos convergen a la misma solución por el análisis de sensibilidad para la variable ∆t y que el modelo de Crank-Nicolson presenta los menores errores relativos en la zona del frente húmedo, el que a pesar de su mayor complejidad, requiere un tiempo de cómputo reducido.

Palabras clave: Métodos numéricos; Ecuación de Richards; Medios porosos; Métodos implícitos; Métodos explícitos.

Abstract

Infiltration, that is the process by which water enters a porous medium, is described by Richards’ equation. This equation and the associated constitutive equations are markedly nonlinear. In the present research work, Richards’ equation is solved by using different approximations in finite differences, and by analyzing the calculation speed and the result sensitivity for different time step values they are compared. Three different methods of calculation were used to solve it: the explicit method (ME), the simple implicit method (MIS) and the Crank-Nicolson method (MCN). In the present work, Dirichlet boundary conditions were taken. It was found that the three models converge to the same solution for the sensitivity analysis of the ∆t variable and the Crank-Nicolson’s model has the lowest relative errors in the area of the wet front which, despite its complexity, requires reduced computation time.

Keywords: Numerical methods; Richards’ equation; Porous media; Implicit methods; Explicit methods.

Introducción En la zona no saturada se han diferenciado 4 fases: sólido, aire, agua y la interface agua-aire. Esta interface El proceso de infiltración tiene importancia para el induce una succión mátrica en los poros del suelo, dicha desarrollo de investigaciones relacionadas a los recursos succión afecta la fuerza y las características del cambio de hídricos necesarios para el desarrollo de las plantas. A la volumen en suelos no saturados [2]. En la zona saturada vez mediante este proceso se puede estimar el contenido los poros del suelo se encuentran llenos de agua, por lo que de humedad del suelo, ya que de esta variable depende la se encuentran a la presión hidrostática. difusión de especies químicas, y de esta forma adoptar las !"!#$%#&"'()*'#$%+,+-)%*+'%!.#,)#+%[.0"!(+%#)%#$%# prevenciones necesarias para disminuir la contaminación suelo isoentrópico, las variables de entrada son el tiempo de este medio. y la profundidad, y las relaciones constitutivas son la con- Se diferencian dos regiones importantes en el suelo, ,$(0+2+,!,#3+,"$.+(!#5#.!#(!&!(+,!,#)*&)([(!7#8!#2!"+!9.)# la zona saturada, en la que la humedad en el medio es de salida es el potencial mátrico o la humedad volumétrica máxima, y la zona no saturada donde la humedad del suelo dependiendo de la ecuación utilizada. Los gradientes de no es máxima. Estas se encuentran divididas mediante el potencial mátrico y del potencial gravitacional son las nivel de agua freática, donde la presión hidrostática es fuerzas principales que intervienen en el fenómeno de igual a la presión atmosférica [1]. 0"!%*&'"0)#,).#\$+,'7#

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas 37

En el presente trabajo se parte de la ecuación de Darcy .!#&"'<$%,+,!,=#BC3D#)*#.!#('%,$(0+2+,!,#3+,"$.+(!=#%#)*# para describir la infiltración. Esta define el caudal por la humedad volumétrica del suelo, C(h) es la capacidad unidad de área en función de la conductividad hidráulica 3+,"$.+(!#)*&)([(!#,).#*$).'7 y el gradiente espacial de potencial mátrico. Esta ecuación Para describir la variación de la conductividad hi- solo tiene aplicabilidad directa para la zona saturada del ,"$.+(!#5#.!#(!&!(+,!,#3+,"$.+(!#)*&)([(!#('%#")*&)(0'# suelo, en la cual la humedad en el medio es máxima. Para al potencial se utilizan las ecuaciones de Mualem–van la zona no saturada, el proceso es descripto por la ecuación Genuchten [4]: de Richards, la cual se obtiene de la combinación de la *m 2 C n*1 n S D1* " * h ! * 1# " * h ! ! T ecuación de Darcy y la ecuación de continuidad para el E U (5) K(h) + Ks * m 2/ volumen de control dado. 1# " * h !n ! El drenaje en suelos saturados y no saturados es estu- diado debido a su importancia para el correcto diseño de .!#*$*0)%0!(+%#,)#'9"!*#,)#),+[(!(+%;#5#,!,!#.!#<'"-!# "# s & r (6) (h) ! m % r compleja del proceso de +%[.0"!(+%=#.'* modelos usados "#1% "#$ * h n &!"!#")&")*)%0!"#*$#('-&'"0!-+)%0'#")\)>!%#,+(3!#('- - plejidad [3]. En este trabajo se proponen distintos métodos para la solución de este problema, y se busca lograr el n#1 m*n*% n * & #& !* h compromiso entre error cometido del modelo y tiempo de r s (7) C(h) $ m"1 cómputo necesario. 1" % * h !n ! Se encuentra una mayor complejidad en la zona no saturada por las variaciones no lineales de la conductividad Donde %s es la humedad volumétrica del suelo saturado, y la capacidad con la humedad. Debido a esto, se propone %r#)*#.!#3$-),!,#2'.$- 0"+(!#")*+,$!.#,).#*$).'=#=#%=#-#*'%# la aplicación de métodos numéricos para la obtención de parámetros que dependen del suelo, K s es la conductividad distintos modelos que resuelven el problema. Los modelos hidráulica saturada. ?$)#*)#&"'&'%)%#*'%#)%#,+<)")%(+!*#[%+0!*#5!#?$)#0+)%)%# una formulación relativamente simple y pueden implemen- Modelo explícito tarse fácilmente. Además, como hacen un balance local en cada porción del dominio se tiene una buena precisión en El modelo explícito (ME) se obtiene aproximando, en el balance de masa. la ecuación de continuidad (Ec (2)), la derivada temporal de potencial por una diferencia hacia adelante y la derivada Modelo matemático y ecuaciones de gobierno espacial del caudal se aproxima mediante una diferencia centrada. La ecuación de Darcy en términos de potencial mátrico h j%1 & h j q j & q j C(h j *) i i ! & i% 2/1 i& 2/1 (8) con coordenada vertical que crece hacia arriba, puede ser i 't 'z expresada unidimensionalmente como: C dh S Así, utilizando la ecuación de Darcy se aproximan los q ( 'K(h *) D &1T (1) caudales en medio paso según las siguientes expresiones E U dz con diferencias hacia adelante o hacia atrás dependiendo Para este proceso se tiene la siguiente forma de la el caso. ecuación de continuidad: j j (9) j j C h & h S d" dq q ! &K(h *) D i%1 i %1T ! (2) i% 2/1 i% 2/1 D 'z T dt dz E U C h j & h j S @)#,)[%)#.!#(!&!(+,!,#)*&)([(!#,).#*$).'#('-'A j j D i i&1 T (10) qi& 2/1 ! &K(hi& 2/1 *) D %1T d E 'z U C( h ) ! (3) dh Reemplazando estos términos en la aproximación de La Ecuación de Richards se obtiene a partir de la com- la ecuación de continuidad y reagrupando se obtiene la binación de las ecuaciones (1), (2) y (3): siguiente expresión que describe el proceso: dh d C C dh SS C(h *) ' D K(h *) D &1TT dt dz E E dz UU (4)

Dónde q es el caudal por unidad de área, h es el po- tencial mátrico debido a la succión, t es el tiempo, z es

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 38 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas

$t j j#1 j j (11) $t * K(hi" 2/1 ) j hi + * K(hi# 2/1 ) " K(hi" 2/1 ) !# * h " (15) $z *C(h j ) 2 j" 2/1 i"1 i 2 * $z *C(hi ) j j j j j $t * K(hi# 2/1 ) j C $t * K(hi# 2/1 ) # K(hi" 2/1 ) !S j D T C $t * K(hi" 2/1 ) " K(hi# 2/1 ) !S j 2 j *hi#1 # 1" 2 j *hi # D T D T 1# 2 j" 2/1 * hi " $z *C(hi ) E $z *C(hi ) U D T E 2 * $z *C(hi ) U j $t * K(hi" 2/1 ) j j $t * K(h ) j $t 2 j *hi"1 i# 2/1 * hi#1 " * $z *C(hi ) 2 j" 2/1 j" 2/1 2 * $z *C(hi ) 2 * $z *C(hi ) K(h j ) # K(h j ) " K(h j"1 ) # K(h j"1 )! + Esta es la ecuación general de un nodo para el modelo i" 2/1 i# 2/1 i" 2/1 i# 2/1 $t * K(h j"1 ) explícito que será utilizada más adelante para calcular la # i" 2/1 * h j"1 " 2 * $z 2 *C(h j" 2/1 ) i"1 +%[.0"!(+%#)%#).#*$).'7 i C $t * K(h j"1 ) " K(h j"1 ) !S j"1 D1" i" 2/1 i# 2/1 T * h # D 2 j" 2/1 T i Modelo Implícito E 2 * $z *C(hi ) U j"1 $t * K(hi# 2/1 ) j"1 2 j" 2/1 * hi#1 H.#-',).'#+-&.(+0'#*+-&.)#CIJ@D=#('-'#)%#).#(!*'#!% - 2 * $z *C(hi ) terior parte de la ecuación de continuidad. Se aproxima la derivada temporal mediante una diferencia hacia adelante y Esta es la ecuación general de un nodo para el modelo la derivada espacial mediante una diferencia centrada, pero Crank-Nicolson que será utilizada más adelante para con los valores de caudal evaluados en un tiempo futuro. (!.($.!"#.!#+%[.0"!(+%#)%#).#*$).'7 (12) h j%1 & h j q j%1 & q j%1 C(h j *) i i ! & i% 2/1 i& 2/1 Parámetros del suelo a medio paso i 't 'z Se estiman los caudales mediante las ecuaciones (9) y La forma de evaluar la conductividad hidráulica a (10) reemplazando estos en la ecuación (12) se obtiene le !"#$%&'($%)#!*!%#*\,!*-#'%!*%.$(%&!/[.!(%"!%&$)!*-#'.% siguiente expresión: obtenidos. Existen diferentes formas de evaluar este pará- $t h j " * K(h j"1 ) # K(h j"1 ) !+ (13) metro para pasos intermedios, como la media geométrica, i $z *C(h j"1 ) i" 2/1 i# 2/1 i media aritmética y media aguas arriba, sin embargo el j"1 j"1 j"1 $t * K(h ) j"1 C $t * K(h ) " K(h ) !S j"1 # i" 2/1 *h " D1" i" 2/1 i# 2/1 T*h # valor correcto para esta conductividad intermedia es la $z 2 *C(h j"1 ) i"1 D $z 2 *C(h j"1 ) T i i E i U media Darciana [8]. $t * K(h j"1 ) i# 2/1 *h j"1 Para obtener la media Darciana se determina el caudal $z 2 *C(h j"1 ) i#1 i a medio paso, utilizando la media integral con los nodos Esta es la ecuación general de un nodo para el modelo como extremos, esto se puede ver en la ecuación (16). implícito simple que será utilizada más adelante para zi!1 j 1 (!.($.!"#.!#+%[.0"!(+%#)%#).#*$).' q # * dzq (16) i! 2/1 "z O zi Modelo Crank-Nicolson En la ecuación de Darcy (Ec. (1)), se separan variables El modelo Crank-Nicolson (MCN) es implícito, y se y se realiza la correspondiente integración, así se obtiene aproxima la derivada temporal en un tiempo de medio paso la ecuación (17). mediante una diferencia centrada, mientras que la derivada j 1 hi!1 1 zi!1 1 zi!1 espacial se aproxima tomando una media aritmética de * O K(h)dh $ # * O dzq # * O K(h)dz (17) las diferencias centradas del caudal en tiempos enteros "z j "z "z hi zi zi continuos: Se combinan las ecuaciones (9), (16) y (17) para ob- h j%1 & h j 1 C q j & q j q j%1 & q j%1 S j i i ! & D i% 2/1 i& 2/1 % i% 2/1 i& 2/1 T (14) tener la ecuación (18), donde la conductividad hidráulica C(hi *) D T 't 2 E 'z 'z U a medio paso que cumple con esta relación es la media Darciana. Se reemplazan los caudales por las ecuaciones (9) y h j (10) y se reagrupa para llegar a la siguiente expresión que i&1 zi&1 C h j (h j S 1 * K(h)dh & 1 * K(h)dz ) K(h j *) D i&1 i &1T (18) se utiliza en el algoritmo: O O i& 2/1 'z j 'z z E 'z U hi i Como no se conoce la variación de la conductividad hidráulica con la profundidad, utilizar el valor exacto de la media Darciana es complejo, y más aun con las relaciones constitutivas utilizadas. Por esta razón, en este trabajo se supone variación lineal del potencial mátrico con respecto

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas 39 a la profundidad entre los nodos y se hace la aproximación cambiar es el que se encuentra dos posiciones por debajo de la ecuación (19). de un nodo distinto a la condición inicial, ya que ambos modelos realizan dos etapas. La tolerancia utilizada para la h j h j búsqueda de los nodos distintos a la condición inicial es de i!1 dz #z i!1 $ (19) 10 -5 , es decir que si un nodo tiene un sesgo, con respecto a O K(h *) dh j j * O K(h)dh j dh hi!1 " hi j la condición inicial, mayor que la tolerancia adoptada, se hi hi considera que el nodo cambió. De esta forma se reducen Combinando las ecuaciones (18) y (19), se obtiene la los cálculos realizados en cada paso del algoritmo. ecuación (20) que muestra la relación según la cual se cal- ?!%-$*()/,@!%,*'%)'A.'%!9'.,'*"$%.'%#*)!:/'.%#*"![*#"'% cula la conductividad hidráulica en posiciones intermedias conductividad hidráulica-potencial mátrico para distintos a los nodos. valores de potencial. Con esta tabla se crea una función Así se justifica la utilización de una media integral, interpolante para obtener, en el algoritmo, los valores entre los nodos superior e inferior, para calcular el valor necesarios para calcular la conductividad hidráulica en po- del parámetro en la posición intermedia. De esta forma se siciones intermedias. De esta forma se disminuye el tiempo disminuyen los errores en las simulaciones, aun utilizando de cómputo necesario para una simulación sin aumentar una malla relativamente gruesa. .$(%!//$/!(%!*%,*'%<$/ '%(#:*#[-')#9'B%@%-$ $%!.%)#! &$% j h ! requerido para la creación de la tabla es despreciable no se 1 i 1 j # (20) incluye en la cuenta del tiempo de cómputo utilizado por K(hi! 2/1 ) j j * O K(h)dh hi!1 " hi j hi el programa.

1*%!.% $"!.$%2/'*345#-$.($*6%.'%-'&'-#"'"%!(&!-[-' Implementación y Aplicaciones j 1/2 C( h i ) se calcula usando un valor de potencial calcu- lado como la media aritmética entre los valores de paso de Para la creación de los modelos propuestos se utilizó tiempo enteros contiguos. el software Wolfram Mathematica 8.0. Las simulaciones <,!/$*%-'.-,.'"'(%!*%,*'%-$ &,)'"$/'%-$*%&/$-!('"$/%C* - C(h j 1 ) C(h j ) tel® Core™ i3-2100 [email protected] y 4 GB de memoria C(h j /1 2 ) ! i i (21) i 2 RAM. La comparación de los modelos se hizo tomando &/$A.! '(%"!%#*[.)/'-#*%"!%':,'%!*%(,!.$%;,!%'&'/!-!*% Procedimientos de cálculo en la literatura. Caso 1: La primera implementación posee las siguientes El modelo explícito (Ec. (11)) utiliza la conductividad características del suelo y condiciones de contorno [5,6]: 3 -3 3 y capacidad en el tiempo actual. Por otro lado, los modelos %s= 0.368 m de agua*m de suelo, %r= 0.102 m de implícitos (Ec. (13) y (15)) utilizan la conductividad y agua*m -3 de suelo, b= 3.35 m -1 , Ks = 9.22*10 -5 m*s -1 , n= capacidad a tiempos futuros, por lo tanto, se adopta un 2, m= 1-1/ n=0.5 procedimiento de predicción corrección de dos etapas para Se aplican condiciones de frontera de Dirichlet: h(0, usar en los modelos implícitos. z)= -10 m que es el potencial mátrico en tiempo 0 para En el problema estudiado, el suelo inicialmente se cualquier profundidad, h(t, 0)= -0.75 m que es el potencial encuentra a un valor de humedad uniforme, la condición mátrico en la profundidad 0 para cualquier tiempo, h(t, de contorno inferior toma el mismo valor que la inicial y -1)= -10 m que es el potencial mátrico en la profundidad 1 .'%-$*"#-#*%"!%-$*)$/*$%(,&!/#$/%!(%"!%9'.$/%!(&!-#[-'"$% m para cualquier tiempo.La profundidad del suelo es 1 m con humedad cercana a la de saturación. Por lo tanto, y el tiempo de simulación es de 1día. Para todos los casos los valores de los nodos irán cambiando paulatinamente se utilizarán 65 nodos, con lo que se obtiene E = -1/64 m. con el tiempo comenzando desde el contorno superior, Caso 2: En una segunda implementación del modelo !($%(#:*#[-'%;,!%.$(%*$"$(%"!%.'%/!:#*%#*

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 40 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas del suelo es 0.7 m y el tiempo de simulación es de 1.75 horas. Para todos los casos se utilizarán 65 nodos. Para caracterizar los suelos de ambas aplicaciones se utilizan las curvas de retención de humedad, las cuales relacionan el contenido volumétrico de humedad con el potencial mátrico (Ec. (6)). Al analizar los suelos des- criptos, comparándolas con datos que se encuentran en la bibliografía [7], la primera aplicación tiene características correspondientes a un suelo del tipo arenoso. Esto se puede ver en la Figura 1 debido a los bajos valores de humedad volumétrica saturada y residual que presenta, además del :/'*%-' A#$%"!%&!*"#!*)!%;,!%(!%)#!*!%!*%.'%[:,/'F%G$/%$)/$% Figura 2: Curva de per"l de potencial obtenida con el modelo de Cranck-Nicolson, (a) para la suelo arenoso (caso 1) con un delta t=1s, lado, la segunda implementación presenta una humedad (b) para la suelo compuesto (caso 2) para un delta t=0.1s. saturada correspondiente a un suelo más arcilloso que la primera implementación, sin embargo presenta mayores En la Figura 2 se puede observar que existe una región -' A#$(%"!%&!*"#!*)!6%.$%;,!%(!%#"!*)#[-'%-$*%,*%(,!.$% donde se produce un gran cambio de potencial con un más arenoso. Por estas razones se estima que se trata de pequeño cambio de profundidad. Esta es la zona del frente un suelo compuesto. H !"$%@%!*%!()!%)/'A'I$%(!%"![*!%(,%&$(#-#*%!J'-)'%!*%!.% &,*)$%"!%#*\!J#*%"!%.'%-,/9'%"!%.'%K#:,/'%LF%M"! (6%!*% el frente húmedo se tienen los mayores errores relativos, se estima que esto se debe a que la segunda derivada evaluada en la zona del frente húmedo es nula, por lo que la primera derivada es máxima, entonces el cambio de h con respecto a z también es máximo, y la diferencia entre conductividades en nodos continuos aumenta, que es un término presente en los errores de truncamiento de los modelos. También, se observa que la tercera derivada espacial para las distintas profundidades es máxima en el frente húmedo, y este es otro Figura 1: Curva de retención de los suelos de los términos presente en el error de truncamiento de los modelos, estos motivos podrían explicar por qué se tienen Resultados y discusión altos errores relativos en esta zona. Por estas razones, se considera apropiado que los mode- Validación los sean comparados en la zona del frente húmedo, tomando -$ $% !"#"'%!.% J# $%!//$/%/!.')#9$%!*)/!%"$(%&!/[.!(% En la Figura 2 se muestran los perfiles resultantes obtenidos para las condiciones establecidas. del proceso correspondiente a los datos de la primera y Para validar el modelo se utiliza la ecuación (22) para segunda implementación. Estas curvas fueron obtenidas -'.-,.'/%!.%!//$/%/!.')#9$%/!(,.)'*)!%!*%.$(%&!/[.!(%$A)!*#"$(F mediante el modelo Crank-Nicolson (MCN). Como este es el modelo que se considera más exacto teóricamente j [9] y presenta mayor convergencia, se utilizarán estos h" h i verdarero (22) resultados como referencia para compararla con las otras h simulaciones. Además, se consideran que los respectivos verdarero ) son suficientemente pequeños, para obtener buenas Donde j %($*%.$(%&$)!*-#'.!(%$A)!*#"$(%"!%.'(%[:,/'% aproximaciones a la solución de referencia adoptada. hi 2 (el primer o el segundo caso según corresponda) y

hverdarero son los potenciales que fueron obtenidos de :/[-$(%!*%.'%A#A.#$:/'<'%NOPF%?#*%! A'/:$%*$%(!%&,"#!/$*% medir con total exactitud los potenciales tomados como verdaderos, teniéndose un error de medición de potencial de 0.05 m para el primer caso. Para el segundo caso, se estima un error de apreciación de 0.0068 m, y un error indeterminado en un intervalo alrededor del frente húmedo. Al realizar la comparación entre los datos de la bibliografía @%.$(% $"!.$(%&/$&,!()$(%(!%$A)#!*!*%.$(%:/[-$(%"!%.'% Figura 3.

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con cada modelo, utilizando diferentes pasos de tiempo y comparando con el resultado de referencia (ver Figura 2), correspondiente a cada implementación. Los resultados de las simulaciones se consideran aceptables y se incluyen en el gráfico si los valores de potencial obtenidos se encuentran entre los valores de las condiciones de contorno superior e inferior.

Figura 3: Error relativo versus profundidad entre datos de la bibliogra- fía y el modelo propuesto. Suelo arenoso (a). Suelo compuesto (b).

Se puede ver en la Figura 3a, se tienen errores que varían en forma oscilante, estos en gran parte se deben al error de apreciación cometido en la medición de los datos de referencia. A medida que aumenta la profundidad el valor absoluto de h aumenta y los errores de apreciación se van haciendo cada vez menos importantes hasta que se llega a la zona del frente húmedo.

En el caso del suelo arenoso, esta comparación muestra Figura 4: Máximo error relativo versus paso de tiempo. Suelo arenoso ,*% J# $%!//$/%/!.')#9$%"!%QFOLR6%!.%-,'.%(!%-$*(#"!/'% (a). Suelo compuesto (b). aceptable. También, se compararon los datos medidos con modelo explícito y modelo implícito simple. Para modelo Se observa como el máximo error relativo representado !J&.-#)$6%(!%$A),9$%,*% J# $%!//$/%/!.')#9$%"!%QFSTR% !*%.'(%[:,/'(%X%'%@%A6%!.% $"!.$%2/'*345#-$.($*%-/!-!%!*% para un paso de tiempo de 1 s y aumentando el error a forma aproximadamente lineal en ambos casos con una medida que ) aumenta; para modelo implícito simple un pendiente menor con respecto a los otros modelos, hasta un J# $%!//$/%/!.')#9$%"!%QFUVR%&'/'%,*%&'($%"!%)#! &$%"!% punto donde comienza a disminuir el error y luego vuelve 1 s, el error primero disminuye a medida que aumenta ) al a aumentar en mayor proporción. punto que los errores de estimación son más importantes, Por otro lado, las pendientes del modelo implícito sim- y luego aumenta con este. ple y modelo explícito son aproximadamente iguales para En la Figura 3b también se tienen errores que varían en ambos casos, hasta un punto donde el modelo explícito forma oscilante a bajas profundidades, sin embargo estos -/!-!%!*%<$/ '%(A#)'6%!()$%(!%-$//!(&$*"!%-$*%!.%[*%"!% ($*%&$-$(%(#:*#[-')#9$(%-$ &'/'"$(%-$*%!.%!//$/%;,!%(!% la zona de estabilidad del modelo explícito. Antes de este produce en la zona del frente húmedo, donde el error de crecimiento, aunque los errores que se cometen en ambos '&/!-#'-#*%!(% J# $6%'.-'*E'*"$%,*%WORF modelos son aproximadamente iguales, en el modelo explí- cito se producen sobreestimaciones del potencial mátrico, Comparación mientras que el modelo implícito simple brinda subestima- ciones del potencial. Este comportamiento podría atribuirse En la Figura 4 se muestra la variación del máximo a la variación cuadrática de los errores de truncamiento error relativo con respecto al paso de tiempo ) para los -$*%!.%&'($%"!.%)#! &$6%"!A#"$%'%;,!%.$(%-$![-#!*)!(%"!% tres modelos. Esta se obtuvo realizando simulaciones segundo orden de estos tienen diferentes signos.

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 42 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas

1*%.'%K#:,/'%O6%(!%:/'[-'%!.%)#! &$%"!%- &,)$%

Figura 6: ∆t máximo versus ∆z, para el suelo tipo arenoso.

Para la primera aplicación, en el suelo arenoso se encontró que los valores críticos se corresponden al pri- mer paso de tiempo, es decir que, si en el primer paso se cumplen las condiciones de estabilidad entonces se cumplen para pasos posteriores del modelo. Sin embargo para pequeños tiempos simulados se obtienen mayores errores en la zona del frente húmedo, que se van atenuando

Figura 5: Tiempo de cómputo versus máximo error relativo Suelo -,'*"$%', !*)'%.'%-'*)#"'"%"!%&'($(F%1()$%(#:*#[-'%;,!%!.% arenoso (a). Suelo compuesto (b). modelo es estable y el paso de tiempo crítico no depende del tiempo simulado. Estabilidad del modelo explícito Para el suelo compuesto, si se resuelve la ecuación (25), utilizando 65 nodos, se obtiene un paso de tiempo crítico Se analiza el modelo explícito en función al paso de de 2.44 s, pero realizando la simulación para un tiempo de tiempo para encontrar el menor valor de esta variable para 1.75 horas y comparando con el referente correspondiente el cual, el modelo, se vuelve inestable. Para las condiciones Z9!/%K#:,/'%LA[6%(!%$A)#!*!%,*%!//$/%/!.')#9$%"!%LLS6ORF% de contorno planteadas y el tiempo total simulado, una 1()$%(#:*#[-'%;,!%!.%&'($%"!%)#! &$%$A)!*#"$%*$%!(%!

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas 43 vo y la pérdida de la estabilidad no depende solo de los tres Óptimo en el modelo Crank-Nicolson primeros nodos y las condiciones de frontera. Se encontró que existe un valor de paso de tiempo Se puede ver en la Figura 4 que en el modelo Crank- crítico efectivo, que depende del tiempo de simulación, que Nicolson el error aumenta en forma paulatina con el paso si es superado se produce un gran aumento de pendiente en de tiempo y luego comienza a disminuir hasta llegar a un !.%:/[-$%"!.% J# $%!//$/%/!.')#9$%9!/(,(%t. Por lo tanto mínimo desde donde vuelve a crecer en forma súbita. Este este valor máximo efectivo es encontrado como el punto mínimo es un óptimo para la simulación debido a que donde se produce el cambio abrupto en la pendiente del se obtienen errores y tiempos de cómputo relativamente :/[-$%"!%.'%K#:,/'%XA6%)'.%;,!%@'%*$%(!%-, &.!%.'%!-,'-#*% bajos. (24) para todos los nodos. El valor del paso de tiempo para el que se tiene este En general, para cuando se trabaja con este tiempo mínimo es independiente del tiempo simulado, aunque máximo efectivo, ya se tiene que los errores aumentan con cuanto mayor es este, menor es el error que se comete, lo cada paso del modelo. Sin embargo, la acumulación de que quiere decir que el modelo tiende a estabilizarse. Por !//$/!(%*$%!(%(#:*#[-')#9'%H'()'%,*%)#! &$%"!%(# ,.'-#*% $)/$%.'"$6%!()!% *# $%"!&!*"!%"!.%9'.$/%"!%DE%,)#.#E'"$F dado, para dicho paso de tiempo. Se ha observado, que para la etapa predictiva en el Para analizar este fenómeno se desarrolló un código modelo Crank-Nicolson, trabajando cerca de este valor óp- computacional, en el que ingresando el paso de tiempo timo, se obtiene un resultado que no satisface la ecuación y el paso espacial, se obtenga el tiempo simulado para el (24). Sin embargo, cuando el algoritmo realiza la etapa de que ya no se cumple con la condición de la ecuación (24). -$//!--#*%(!%$A)#!*!%!.%&!/[.%-$*%,*%!//$/%/!",-#"$6%!()!% ?!%&/!(!*)'%.'%#*<$/ '-#*%$A)!*#"'%!*%<$/ '%:/[-'%!*% fenómeno aun está pendiente de ser explicado. la Figura 7. No se encontró una forma de predecir el óptimo de esta En la Figura 7 se pueden observar los máximos tiempos función, por lo que el problema se continuará estudiando. de simulación para los cuales los valores de paso de tiem- Sin embargo, se estima que está relacionado con los errores po se vuelven críticos para diferentes números de nodos de truncamiento del modelo, los cuales varían en forma tomados en la profundidad de 0.7 m. Se destaca que en la cúbica con el paso de tiempo. &'/)!%#E;,#!/"'%(,&!/#$/%"!.%:/[-$6%"$*"!%*$%!J#()!%:/'*% variación del tiempo simulado para los diferentes números Conclusiones de nodos considerados, se debe a que el frente húmedo alcanzó la profundidad máxima del dominio donde se ?!%-$ &'/'/$*%)/!(% $"!.$(%!*%"#

Figura 7: Tiempo de simulado versus ∆t crítico para diferentes mallas modelos, hasta alcanzar un mínimo óptimo con un uniformes. incremento posterior.

Se tiene que en todos los casos el paso de tiempo crítico Al comparar los errores versus tiempo de cómputo se efectivo disminuye a medida que aumenta el tiempo de si- encuentra que el modelo Crank-Nicolson tiene el menor mulación. Esto demuestra la inestabilidad del modelo para !//$/F%G$/%!I! &.$6%&'/'%,*%!//$/%"!.%]R%.'%"! '*"'%"!% el suelo tipo compuesto, sin embargo se pueden obtener tiempo de cómputo es de 5, 15 y 75 segundos para el resultados aceptables si se trabaja en un entorno correcto modelo Crank-Nicolson, explícito e implícito simple, res- de valores de pasos de tiempo y espacio, para el tiempo de pectivamente, lo cual indica que el modelo Crank-Nicolson simulación necesario. presenta un mejor desempeño.

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 44 Hector A. Pedrozo et al.: Solución de la Ecuación de RICHARDS por Diferencias Finitas

La convergencia del modelo explícito fue estudiada 3. Martinez, J. L.; Schvezov C. E. y Rosenberger M. R. Aproxima- analítica y numéricamente, se encontró una expresión "#%&'%&(#)'*'%"#+,&[%#.+,&+&/+&'"0+"#%&('&1#"2+*(,& analítica (Ec. (25)) que da el valor del paso de tiempo para transporte de agua en suelos no saturados. Me- máximo para la región de convergencia. Este máximo está -*#-'%2$ &,)'-#$*'.6%^$.F%___CC6%&:(F%LQQS4LQSW6% '(!:,/'"$%&'/'%!.%&/# !/%&'($%"!%)#! &$%@%!(%(,[-#!*)!% 2013. para el suelo de tipo arenoso analizado, sin embargo para el 4. Genuchten, M.T. Van. A closed-form equation for predic- (,!.$%-$ &,!()$%!()!%'*.#(#(%*$%!(%(,[-#!*)!%&'/'%'(!:,/'/% ting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. estabilidad, pues el valor cambia y es función del tiempo Soil Science Society of America Journal, 44(5), 892-8, de simulación. Por ese motivo, debe analizarse numérica- 1980. mente el valor efectivo de paso de tiempo máximo. No se 5. Wendland, E. e Pizarro, M. Modelagem Computacional do H'%!*-$*)/'"$%,*'%<$/ '%"!%#"!*)#[-'/%'%&/#$/#%(#%,*%(,!.$% \045&0%#(#6'%,#5%+/&('&80+'66'#5% 5&,+.0*+(5&(5& corresponde al primer o segundo caso. solo . Eng. Agríc., 30:424-434, 2010. Finalmente, se puede decir que los tres modelos con- 6. Celia, M.; Bouloutas, E. and Zarba R. A general mass-con- vergen a la misma solución por el análisis de sensibilidad ,'*:+.#:'&%06'*#"+/&,5/0.#5%&)5*&.2'&0%,+.0*+.'(&\5;& para la variable ) y el modelo de Crank-Nicolson presenta equation. Water resources research, 26:1483-1496, los menores errores relativos en la zona del frente húmedo 1990. que a pesar de su mayor complejidad, requiere un tiempo 7. Fredlund, D.G. and Xing, A. Equations for the soil-water de cómputo reducido. characteristic curve. Canadian Geotechnical Journal, 31(3): 521–532. 1994. Referencias 8. Szymkiewicz, A.; Helmig, R. Comparison of conductivity averaging methods for one-dimensional unsaturated 1. Castañeda McCormick, M. C.; Reyes Anaya, H. A. Solución Nu- \5;&#%&/+<'*'(&,5#/,= Advances in Water Resources, mérica a la Ecuación de Richards , 2004. 34(8), 1012-1025, 2011. 2. Wulfsohn, D.; Adams, B.A. and Fredlund, D.G. Application of 9. Chapra S., Canale. Métodos numéricos para ingenieros , unsaturated soil mechanics for agricultural conditions. México, Mc Graw Hill, pp. 896., 2006. Canadian Agricultural Engineering, 38(3): 173–181, 1996. Recibido: 20/11/2014. Aprobado: 24/02/2015.

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Juan C. Falkowski et al.: Formulación de Insecticida/Repelente en Lipogel de Larga Duración 45

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 45–47 Formulación de Insecticida/Repelente en Lipogel de Larga Duración para Aplicación Preventiva Veterinaria

Lipogel Insecticide/Repellent Formulation in Preventive Veterinary Application

Juan C. Falkowski 1,* , Eduardo S. Bañay 1, José M. Blariza 1, Alicia R. Duarte 1, Patricia N. Oviedo 1

1 - Módulo de Bioquímica y Farmacia, Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Misiones, Av. López Torres y Mariano Moreno, CP. 3300, Posadas, Misiones. * E-mail: [email protected] Resumen

Este trabajo presenta la formulación de un producto farmacéutico veterinario con efecto insecticida y repelente de efecto prolongado para ser utilizado en canes domésticos y aplicado sobre el pelaje del animal. La formulación fue desarrollada para interrumpir el ciclo endémico zoonótico de enfermedades prevalentes vectorizadas por flebótomos, en especial leishmaniosis. El vehículo se presenta en forma de gel adherente no lavable, compuesto por petrolato y aceite de soja desgomado, gelatinizado con polietileno de baja densidad por un proceso de “templado” por temperatura. Como principio activo, se propone el uso de cipermetrina. Se estudiaron trece lotes obteniéndose como mejor formulación la de 50% de petrolato, 50% de aceite de soja desgomado gelificado con polietileno 1%, 1% de butilhidroxitolueno y cipermetrina al 2% por disolución simple.

Palabras clave: Insecticida; Repelente; Lipogel; Prevención; Flebótomos.

Abstract

This paper presents the formulation of a pharmaceutical veterinary product with insecticide and repellent effect of prolonged effect to be used in domestic dogs and applied to the animal’s coat. The formulation was developed to interrupt the endemic cycle of zoonotic prevalent diseases vectorized by sandflies, especially leishmaniasis. The vehicle is presented as a non-washable adhesive gel consisting of petrolatum and degummed soybean oil, gelatinized with polyethylene oflow densitythrough a process of “warm” by temperature. As an active principle, the use of cypermethrin is proposed. Thirteen batches were studied, obtaining as best formulation the one of 50% petrolatum, 50% of degummed soybean oil gelled with polyethylene 1%, 1% of butylhydroxytoluene and cypermethrin 2% by simple dissolution.

Keywords: Insecticide; Insect repellent; Lipogel; Prevention; Sandflies.

Introducción tura de gel hidrófobo o lipogel (1, 7, 8), componiendo un sistema coloidal. La formulación realizada corresponde a El presente trabajo corresponde a la formulación de un 60/#4-* %"*-0#5!,!-4/,#76%#6(-,-8/#5!)!#/9%0(%#9%,-[5/0(%# producto farmacéutico veterinario con acción insecticida polietileno (PET) y, como fase líquida, una combinación y repelente de efecto prolongado, que presenta caracterís- de aceite de soja desgomado y petrolato (vaselina líquida), ticas similares a las fórmulas farmacéuticas veterinarias que constituye un vehículo adecuado para la disolución de usualmente denominadas “spot on” (1). Estas formas diferentes insecticidas y repelentes. farmacéuticas permiten la difusión de principios activos (generalmente insecticidas o repelentes) en la cubierta Materiales y Métodos pilosa de mamíferos para generar un efecto contra ecto- parásitos y actualmente contra artrópodos voladores. La Reactivos utilizados: petrolato (vaselina líquida, FNA, formulación presenta interés para interrumpir el ciclo endé- Droguería Saporiti);aceite de soja desgomado de grado mico zoonótico de enfermedades prevalentes, vectorizadas alimentario (Algesa); polietileno de baja densidad (PET) !"#\%&(!)!*#+,%-*.)/0-!*-*123#4%#/56%"4!#/#%*(64-!*# 0,910-0,925 gr/cm3 (UK, genérico); butilhidroxitolueno de referencia (2, 3, 4, 5), tanto para ser aplicada sobre (BHT) (CAS128-37-01, Droguería Saporiti); cipermetrina perros domésticos ( Canis lupus familiaris ) como para uso (CAS 52315-07-8, Droguería Saporiti). domiciliario. Los estudios galénicos y de preformulación Se diseñaron 13 lotes de lipogel según metodología determinaron la composición de un vehículo con estruc- propuesta por Molina y col (4). En cada lote se ensayaron

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 46 Juan C. Falkowski et al.: Formulación de Insecticida/Repelente en Lipogel de Larga Duración distintas formulaciones variando las condiciones de disper- Resultados y Discusión sión y las concentraciones de petrolato y de aceite de soja desgomado. A cada lote se adicionó, como antioxidante, El análisis de los resultados obtenidos para cada uno de ;<#4%#=>?#/#,!*#%@%5(!*#4%#4-*)-06-"#,!*#5/)&-!*#!A-4/ - los trece lotes (Tabla 1), determinó como mejor composi- (-B!*#4%,#5!) ,%C!#4%#/5%-(%*#[C!*#46"/0(%#%,# "!5%*!D#*%90# 5-0#,/#4-* %"*-0#5!,!-4/,#5!0*-*(%0(%#%0#IJ<#4%# %("!,/(!# fuera descripto por otros autores (1, 4). La formación del lipo- 3#IJ<#4%#/5%-(%#4%#*!C/#4%*9!)/4!#9%,-[5/4!#5!0#KL?# gel se obtuvo por un proceso de “templado” por temperatura ;DI

9 300 ml 150 ml 150 ml 1% 1,5% 190°C 90 Minutos

11 300 ml 150 ml 150 ml 1% 1,5% 190°C 90 Minutos

12 300 ml 150 ml 150 ml 1% 1,5% 190°C 90 Minutos

13 1500 ml 750 ml 750 ml 1% 1,5% 190°C 90 Minutos BHT: butilhidroxitolueno, PET: polietileno de baja densidad. El lipogel obtenido presentó características estables dado que no fue una emulsión sino una dispersión coloidal perfecta (1, 4). En sus caracteres organolépticos presentó un color amarillo ambarino traslúcido (no trasparente) con 60#!,!"#4%#(- !#*6-#9%0%"-*F#M,#-0(%"/55-!0/"#5!0#*6 %"[5-%*# se dispersó en forma adecuada sin generar adherencia de mal aspecto o coloración. A las 24 horas de la aplicación dejaron de percibirse olores particulares. La característica de adhesión del vehículo, sin generar 9"6)!*#*!&"%#*6 %"[5-%*D#*%#5!0*-4%"/#-) !"(/0(%#3/#76%0!# genera un aspecto desagradable al tacto ni a la vista. Al adicionar el repelente no se alteró la estabilidad del sistema. La cipermetrina es un insecticida del grupo de Figura 1: Homogeneidad dellipogel durante proceso de templado ,!*# -"%("!-4%*D#)63#%[5/8D#76%#*%#4%*(/5/# !"#*6#&/C*-)/# El sistema de dispersión constó de vasos de decantación toxicidad para el hombre y los animales de sangre caliente de vidrio pirex en volúmenes de 200 y 500 ml y agitador y por su largo efecto residual (9). El efecto residual de mecánico construido ad hoc a partir de un torno de mano cipermetrina depende de la dosis, lugares de aplicación y y un variador de velocidad resistivo, con un agitador *6 %"[5-%#("/(/4/D#*-%04!# éstas las principales variables para 4%#/,6)-0-!F#G/#5- %")%("-0/#+H<1D#*%,%55-!0/4/#5!)!# las formulaciones veterinarias denominadas “spot on” (1). repelente al igual que en otras publicaciones (4, 5, 6, 7, No obstante las condiciones lipofílicas intrínsecas del 8), se vehiculizó por disolución simple con agitación vehículo diseñado, el mismo podría permitir el uso de enérgica, una vez que cada lote de dispersión alcanzó los cualquier otro tipo de insecticida como imidacloprid, sela- 60°C. Para aumentarla escala del sistema de reacción se mectina u otros derivados de piretroides (3, 6). En cuanto a utilizó un reactor de aluminio de 3 litros adaptado con su aplicación, también se adaptaría a la dispersión de otros tapa. Se realizaron pruebas de estabilidad bajo diferentes repelentes como dietiltoluamida o derivados de aceite de condiciones: congelación a -5°C y calentamiento a 60°C citronela (3, 6, 9). con seguimiento de las características organolépticas. Para El efecto repelente se acrecienta, además, por el efecto el test de movilidad y adherencia se utilizó la prueba de intrínseco del aceite de soja incluido en la formulación, plano inclinado (1). sobre artrópodos voladores (5, 6, 7, 8).

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En las pruebas clásicas de plano inclinado (12), donde Referencias se evalúa el ángulo en el cual se produce la elevación y 4%* ,/8/)-%0(!#4%#60/#5/ /#*6 %"[5-/,#*!&"%#60/#*6 %"[5-%# 1. Desmond, J.; Baggot, E. Veterinary Dosage forms . En: En- de vidrio,se encontró un ángulo cercano a los 60° para un cyclopedia of Pharmaceutical Technology. EdMarcel corrimiento de 2 milímetros (1). (Figura 2). O%PP%"D#Q05F# F#HRSHTHRURF#HJJHF G/#)%4-5-0#4%#,!*#5!%[5-%0(%*#4%#B-*5!*-4/4#3#%*(6- 2. Fradin, M.S.; Day, J.F. !"#$%$&'()*)+[-$-.*!+*'/0)-&*%)#) - dios reológicos del lipogel, aportaría datos valiosos, por lo llents against mosquito bites. N Engl J Med, 347 (1): que dicha tarea sería importante realizarla el año próximo. 13-18. 2002. 3. Canada Communicable Disease Report. Statement on perso- nal protective measures to prevent arthropod bites - Update ACS-13.Volume 31, December 2005. 4. Molina J.M.; Lohse J. L[5/5-/#4%#60/#*!,65-0#( -5/#4%# permethrin frente a Phlebotomus perniciosus. Servicio de Parasitología Nº 58. pp 35-37.1999. 5. Frances, S.P.; Van Dung, N.; Beebe, N.W.; Debboun, M. Field eva- luation of repellent formulations against daytime and nighttime biting mosquitoes in a tropical rainforest in northern Australia. J MedEntomol, 39 (3): 541-544. 2002. 6. Goodyer, L.I.; Croft, A.M.; Frances, S.P.; Hill, N.; Moore, S.J.; On- yango, S.P.; Debboun, M. Expert review of the evidence base for arthropod bite avoidance. J. TravelMed, 17

Figura 2: Pruebas organolépticas de adhesión y dispersión: test de (3): 182-192. 2010. plano inclinado; el gel permanece estable sin corrimiento 7. Gennaro, A.R. Remington Farmacia 20º Edición. Editorial Panamericana. Pp 689-720. 2003. El ensayo de aumento de la escala de producción a 8. Thau P, Fox C. A new procedure for the preparation of po- 1.500 mltuvo una adecuada respuesta, corroborando que lyethylene-minera oil gels. J Soc Cosmetic Chemists, al no existir una reacción química verdadera, sino un 16: 359-363.1965. "!5%*!#4%#4-* %"*-0#5!,!-4/,#[*-5!76)-5/D#,/#/4/ (/5-0# 9. Centro panamericano de ecología humana y salud. Programa al mencionado cambio de escala es un proceso sencillo. de salud ambiental. OPS. OMS. Cipermetrina, Guia para la salud y la seguridad Nº 22. Mexico. 1993. Conclusiones 10. Monroy-Vilchis, O.; García-Morales, C.; Rubio-Rodríguez, R.; Her- nández-Saint, Martín A.N.; Medina-Castro, J.P.; Aguilera-Reyes, U.; El lipogel formulado en la cátedra de Química Medi- Ortiz-García, A.I. 1$%'$-'/*'/&%$)0#)-[-$*)*'/4'('45$6*4)* cinal de la FCEQyN se presenta como un producto válido los pelos de mamíferos del Estado de México: impli- para el tratamiento veterinario combinado de artrópodos -$-'!/)0*)/*6$*'4)/&'[-$-'/*'/&)%)0#)-[-$7 Ciencia y ectoparásitos en animales domésticos, destinado a inte- Ergo Sum 12 (3): 264-270. 2005. rrumpir el proceso de vectorización de la leishmaniosis. 11. Henderson, G.L.; Harkey, M.R.; Jones, R.T.; Zhou, C. Effect of La formulación, como se ha expresado, es una forma external contamination on the analysis of hair for co- estabilizada y homogénea de un lipogel no lavable, persis- caine . Joint Meeting of Forensic Toxicologists and tente, biocompatible, constante en una dispersión coloidal Canadian Society of Forensic Scientists, Montreal, metaestable sólido/líquido dentro de amplio intervalo de Quebec, Canada, pp 23-27. September 1991. temperaturas, sin solventes volátiles. El producto cons- 12. Remington, J.P.; Cook, E.F.; Martin, E.W. Farmacia práctica tituye una forma farmacéutica veterinaria “spot on” de de Remington: manual para farmacéuticos, médicos y mayor duración que las observadas en el mercado; por estudiantes . Ed. UTEHA.Cap 3. pp 426. 1953. presentaréstas,vehículos lavables;pudiendo ser utilizada en forma comunitaria o comercial como repelente y ecto- parasitida a un costo menor. Recibido: 15/05/2014. Aprobado: 23/03/2015.

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 48 Franciele G. Pereira et al.: Condiciones Higiénicas del Servicio de Alimentación en un CAPS

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 48–53 Condiciones Higiénicas del Servicio de Alimentación en un Centro de Atención Psicosocial

Hygienic conditions of service tosupplyon apsychosocial carecenter Condições higiênicas de um serviço de alimentação em um centro de atenção psicossocial

Franciele G. Pereira 1,* ,Nara B. Bolzan 1, Joice T. Silveira 1, Lana C. Almeida 1

1- Universidad Federal del Pampa, Campus Itaqui, Facultad de Nutrición, Joaquim de Sá Britto, s/n, Barrio Promorar, Itaqui, RS, Brasil. * E-mail: [email protected] Resumen

Los Centros de Atención Psicosocial (CAPS) atienden a las personas afectadas por el sufrimiento mental y deben contar con una estructura adecuada a sus funciones, incluyendo una cocina. El objetivo de este estudio fue evaluar las condiciones higiénicas del servicio de alimentación de un CAPS en Brasil. Se utilizó un análisis descriptivo de la aplicación de una lista de verificación de las buenas prácticas, con 11 categorías. La unidad fue clasificada en el grupo 3, con 41,84% de conformidades. Se encontrarán las mayores deficiencias en los elementos de documentación y registro, preparación de alimentos, manipuladores, responsabilidad, exposición de alimentos preparados e instalaciones físicas. Estos resultados demuestran la necesidad de adecuación de los procedimientos dentro de la unidad, para que se pueda, en lugar de exponer a los comensales con el riesgo de la enfermedad, cumplir una de las funciones de CAPS, que es promover la salud de estas personas.

Palabras clave: Salud mental; Buenas prácticas de manipulación; Enfermedades transmitidas por alimentos; Higiene de los alimentos; Salud pública.

Abstract

Psychosocial Care Centers (from Portuguese, Centro de AtençãoPsicossocial - CAPS) provide services to people affected by mental illnesses. They must have an adequate space to carry out their functions, including cooking. This study is aimed to evaluate the hygiene conditions of a CAPS kitchen in Brazil. We used a descriptive analysis from the application of a checklist of good practices, considering 11 items. The unit was classified in Group 3, with 41.84% of nonconformities. Most of deficiencies were found in items such as documentation and registration; food preparation; handlers; responsibility; exhibition of ready-made food; and buildings facilities, equipment, and furniture. These nonconformities demonstrate the need for adequate procedures, to meet one of the functions of CAPS, which is to promote the health of mental -affected populations.

Keywords: Mental health; Good manipulation practices; Foodborne diseases; Food hygiene; Public Health.

Resumo

Os Centros de Atenção Psicossocial (CAPS) oferecem atendimento à pessoas em sofrimento psíquico. Esses espaços devem possuir adequada estrutura para suas funções, inclusive o fornecimento de refeições. O objetivo deste trabalho foi avaliar as condições higiênicas da cozinha de um CAPS no Brasil. Utilizou-se uma análise descritiva, a partir da aplicação de uma lista de verificação sobre boas práticas, considerando 11 itens. A unidade foi classificada no grupo 3, com 41,84% de conformidades. As maiores inadequações foram observadas nas categorias documentação e registro, preparação de alimentos, manipuladores, responsabilidade, exposição ao consumo do alimento preparado e edificações, instalações, equipamentos, móveis e utensílios. Essas não conformidades demonstram a necessidade de adequação de procedimentos na unidade, para que se possa, ao invés de expor os usuários ao risco de doenças, cumprir uma das funções do CAPS, que é promover a saúde desses indivíduos.

Palavras-chave: Saúde mental; Boas práticas de manipulação; Doenças transmitidas por alimentos; Higiene dos alimentos; Saúde pública.

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Introdução balho teve por objetivo avaliar as condições higiênicas da cozinha de um CAPS em um município no sul do Brasil. Os CAPS oferecem atendimento diário a pessoas aco- metidas de sofrimentos psíquicos severos e persistentes e Material e métodos funcionam como porta de entrada para o atendimento em Delineamento da pesquisa saúde mental. Tais centros têm oobjetivo de oferecer um ambiente terapêutico e um vínculo humanizado que integre Foi realizado um estudo descritivo através do qual e fortaleça o usuário na família e na sua comunidade, pro- foram avaliadas as condições higiênicas de um centro de movendo a inserção social através de ações intersetoriais atenção psicossocial em um município da fronteira oeste que envolvam educação, trabalho, esporte, cultura e lazer, do Rio Grande do Sul. O projeto foi desenvolvido de ou- organizando estratégias conjuntas para a melhoria da tubro a dezembro de 2012, em parceria com a Secretaria qualidade de vida (1). Municipal de Saúde, por meio da assinatura de um termo Para atender a demanda, os CAPS devem contar com de autorização. O CAPS em questão oferece diariamente espaço próprio e adequado para suas funções, incluindo três refeições (café da manhã, almoço e lanche da tarde) um ambiente com capacidade de fornecimento de refeições para aproximadamente 30 usuários. aos pacientes (2). A possibilidade de receber a alimentação Utilizou-se uma análise descritiva, a partir da aplicação dentro do CAPS tem trazido experiências que vão além do 8(&9.%&)"+-%&8(&G('"[!% 0&+0/'(&/0%+&,'-"!%+&"$-(='%$-(& alimento. O comer junto tem sido visto como promotor da da Portaria n. 78/2009 (7). A lista continha 141 itens autoestima, ao deixar de lado as diferenças. As emoções 8"+-'"/980+&(.&LL&!%-(=0'"%+M&L4&(8"[!% (+*&"$+-%)% (+*& são mobilizadas e reorganizadas em torno da mesa, criando equipamentos, móveis e utensílios, 2) higienização das e fortalecendo vínculos entre os pacientes, com o terapeuta instalações, equipamentos, móveis e utensílios, 3) con- e com o serviço, facilitando a adesão e motivando para o trole integrado de pragas, 4) abastecimento de água, 5) tratamento (3). manejo de resíduos, 6) manipuladores, 7) matérias-primas, Dependendo das condições higiênico-sanitárias do ingredientes e embalagens, 8) preparação de alimentos, 9) alimento, ele pode, em vez de promover a saúde, provocar exposição ao consumo do alimento preparado, 10) docu- doenças. As doenças transmitidas por alimentos (DTAs) mentação e registro, 11) responsabilidade. constituem um problema de saúde pública no Brasil e no Os resultados foram analisados com o auxílio do mundo, atingindo principalmente os grupos mais vulne- programa SPSS ( StatisticalPackage for Social Sciences ) ráveis, como idosos, gestantes e crianças. Os sintomas mais G('+ 0&LO5&<&!)%++"[!% 0&P0"&P("-%&%-'%G +&8%+&!0$P0'." - comuns são os gastrointestinais, como vômito, diarreia e dades, utilizando os parâmetros indicados pela RDC n. 275 cólicas abdominais, mas casos graves podem levar à insu- de 21 de outubro de 2002 (Tabela 1) (8). [!"$!"%&'($%)*&+(,-"!(."%*&%/0'-0&(&/"-0&2345&60&7'%+")*& %,(+%'&8(&%"$8%&+('(.&+9/$0-"[!%8%+*&%+&:;<+&%-"$="'%.& Tabela 1: Classi2cação dos itens da lista de veri2cação de boas práti- cas, por grupos, segundo porcentagem de adequação. cerca de 148 mil pessoas no período 2000-2011. Os micro- Classi!cação Porcentagens de itens de veri!cação atendidos organismos mais frequentes nos surtos alimentares são Grupo 1 76 – 100% Salmonella , Staphylococcus aureus e Bacilluscereus (5). Grupo 2 51 – 75% Sendo uma unidade produtora de refeições, a cozinha Grupo 3 ≤ 50% de um CAPS está submetida à legislação sanitária vigente no Brasil. A Agência Nacional de Vigilância Sanitária Adaptado de: RDC n. 275/2002 (8). 2<6>?@<4&(+-%/()(!(9&$0&%$0&8(&ABB3&%&C(+0)9 0&C:F& n. 216, que dispõe sobre o Regulamento Técnico de Boas Resultados Práticas para Serviços de Alimentação em âmbito nacional, A unidade de alimentação e nutrição do CAPS apresen- a fim de definir os critérios para adequadas condições -09&3L*O3Q&8(&!0$P0'."8%8(+&(.&'()% 0&+&/0%+&,'-"!%+*& higiênicas dos alimentos preparados (6). Para aplicar a +($80&!)%++"[!%8%&S'9,0&T5& RDC n. 216 em âmbito estadual a Secretaria Estadual de Saúde do Rio Grande do Sul (SES/RS) aprovou, no ano de Categoria classificada no Grupo 1 2009, a Portaria n. 78 que teve como objetivo estabelecer procedimentos de boas práticas para os serviços de alimen- O maior percentual de adequação foi encontrado na -% 0*&,0'&.("0&8(&9.%&)"+-%&8(&G('"[!% 0&80+&+('G" 0+*& categoria manejo de resíduos (Figura 1). Os coletores de que devem ser cumpridos por todos os estabelecimentos resíduos da área de produção eram dotados de acionamento que exercem atividades de manipulação, preparação, por pedal, continham sacos plásticos e eram retirados 8"+-'"/9" 0&%- &0&!0$+9.0&[$%)&8(&%)".($-0+&2I45 frequentemente do local. Considerando a importância dos CAPS como espaço de incentivo à cidadania do portador de transtorno psíquico e o papel da alimentação nesse processo, o presente tra-

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Figura 1: Condições higiênicas de uma unidade de alimentação em um CAPS, por item de avaliação. Brasil, 2012.

Categorias classificadas no Grupo 2 não eram utilizados produtos saneantes regularizados pelo Ministério da Saúde. O abastecimento de água era feito pelo sistema público, :($-'(&%+&"''(=9)%'"8%8(+*&P0"&G('"[!%80&V9(&0+&,'0[+ - com uso de água potável e com o reservatório em con- sionais envolvidos no processo não eram capacitados para dições satisfatórias, com tampa e sem rachaduras, vaza- manipulação higiênica. Os panos de limpeza utilizados não .($-0+&09&"$[)-'% (+5&<&$ 0&!0$P0'."8%8(&($!0$-'%8%&P0"& eram descartáveis e passavam somente pelo procedimento o fato de o CAPS não possuir o registro de higienização do de lavagem, sem higienização. A ausência desse procedi- reservatório no local. mento também foi observada nas esponjas de limpeza. A categoria m atérias-primas, ingredientes e embalagens Na categoria edificação, instalações, equipamentos, 0/-(G(&UO*TBQ&8(&%8(V9% 05&W&'(!(/".($-0&80+&%)".($ - móveis e utensílios P0'%.&0/+('G%8%+&'%!X%89'%+&(&"$[) - tos era realizado em áreas protegidas e limpas e, de acordo trações nas paredes e portas sem fechamento automático. A com a necessidade, armazenado sob refrigeração ou con- situação era agravada pelo acúmulo de objetos em desuso gelamento. As não conformidades referiram-se à ausência e pela presença de animais circulando na área externa do de critérios de inspeção no recebimento, sendo recebidos estabelecimento. Na área de preparação dos alimentos não todos os alimentos que eram trazidos pelo fornecedor. Com havia lavatórios exclusivos para lavagem de mãos, tam- ausência de termômetros, o controle de temperatura não pouco os produtos necessários para lavagem e desinfecção era realizado em nenhuma etapa do processo produtivo de destas. Outros quesitos inadequados foram os relacionados alimentos. Dentro da cozinha, a única geladeira existente, às instalações sanitárias, pois essas estavam em mau estado do tipo residencial, armazenava todos os tipos de alimentos de conservação, não possuíam portas com fechamento au- sem separação por prontos, semi-prontos e crus. tomático nem produtos destinados à higienização. O layout O controle integrado de pragas era realizado através 8%&'(%&8(&,'089 0&".,0++"/")"-%G%&9.&\9]0&0'8($%80& de uma empresa especializada. Foi observado que a edi- dentro da cozinha, sendo observados cruzamentos em [!% 0*&%+&"$+-%)% (+*&0+&.G("+&(&9-($+)"0+&('%.&)"G'(+& várias etapas da preparação do alimento. de vetores e pragas urbanas, e que as portas e janelas Dentre as conformidades, foi observado que o piso e o possuíam telas para impedir o acesso dos animais à cozin- teto eram constituídos de materiais lisos e de fácil higieni- X%5W+&3A*YBQ&8(&$ 0&!0$P0'."8%8(+&$(++(&V9(+"-0&P0'%.& zação; as janelas possuíam telas milimétricas e estavam em relacionados à inexistência de registros comprobatórios, condições adequadas de conservação. As superfícies em tanto das atividades da empresa quanto dos produtos contato com os alimentos estavam todas íntegras e eram químicos utilizados por ela. impermeáveis. Também foi observado que as instalações elétricas eram embutidas e que a ventilação e a circulação Categorias classificadas no Grupo 3 8(&%'&('%.&+9[!"($-(+5 No item exposição ao consumo do alimento preparado, Z9+-"[!%$80&0&'(+9)-%80&=('%)&8%&%G%)"% 0*&%&.%"0'"%& %+&!0$P0'."8%8(+&P0'%.&8(&TI*UBQ5&W+&.%$",9)%80'(+& 80+&"-($+&8%&)"+-%&8(&G('"[!% 0&P0"&!)%++"[!%8%&$0&S'9,0& de alimentos não tinham como hábito o uso de luvas T*&!0.&%- &UBQ&8(&%-($8".($-0&%0+&"-($+&%G%)"%80+5& para manipulação de alimentos prontos para o consumo A categoria relacionada à higienização de instalações, e tampouco de antissepsia das mãos. Após o preparo, (V9",%.($-0+*&.G("+&(&9-($+)"0+&0/-(G(&UBQ&8(&%8(- os alimentos eram servidos nas próprias panelas ou em quação.As caixas de gordura eram periodicamente limpas e travessas, não havendo equipamentos tipo buffet térmico %+&"$+-%)% (+&('%.&X"="($"[%8%+&!0.&P'(V9$!"%&+9[!"($-(& ou pass-throughs para manter as temperaturas em valores para garantir as condições higiênicas. Foi observado que seguros. Como a unidade não possuía termômetros, não

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Franciele G. Pereira et al.: Condiciones Higiénicas del Servicio de Alimentación en un CAPS 51 havia registros nem monitoramento de temperaturas. por alimentos, manipulação higiênica dos alimentos e boas As categorias manipuladores de alimentos e responsa- práticas. /")"8%8(+&0/-"G('%.&+0.($-(&AO*^BQ&8(&!0$P0'."8%8(+5& O desconhecimento da importância das atividades de Nunca foram realizadas capacitações para manipuladores rotina como forma de evitar a contaminação pode levar de alimentos e hábitos como falar, tossir e comer durante elevados índices de não conformidades nessa categoria, a preparação das refeições faziam parte do cotidiano dos como observado em cozinhas de diversos tipos de esta- colaboradores. /()(!".($-0+*&!0.0&,%$"[!%80'%+*&X0- "+&(&'(+-%9'%$-(+& No item preparação do alimento, dentre as não con- (10;14). Conforme observado por Cardoso et al. (13), formidades, estavam a ausência de separação das áreas a falta de capacitação da maioria dos manipuladores de de pré-preparo e preparo; não havia o acondicionamento %)".($-0+*&(.&,%'-(*&a9+-"[!%&%)=9$+&G%)0'(+&0/+('G%80+&(.& adequado dos alimentos não utilizados na totalidade relação aos hábitos e procedimentos de higiene pessoal que nem o controle da temperatura no preparo nem durante comprometem a segurança dos alimentos. o armazenamento, visto que não havia termômetros nem Cardoso et al. (13) também detectaram a ausência de displays de temperatura nos equipamentos. Em relação termômetros nos estabelecimentos pesquisados. Em uma aos hortifrutigranjeiros, não era realizado o processo de avaliação detalhada do recebimento de alimentos, foi desinfecção, estes alimentos passavam somente pela etapa constatado que a ênfase era dada à conferência da marca, de limpeza. Também não existia a guarda de amostras de 8%&G%)"8%8(&(&8%&V9%$-"8%8(&80+&,'089-0+&!0.&%&$0-%&[+!%)*& alimentos para análise. e que não era realizado nenhum monitoramento ou registro W&"-(.&V9(&%,'(+($-09&LBBQ&8(&$ 0&!0$P0'."8%8(+&P0"& das condições de higiene do veículo nem do entregador o de documentação e registro, pois não havia manual de (15). boas práticas e procedimentos operacionais padronizados. Em restaurantes comerciais foi observada a ausência de um sistema completo de controle integrado de pragas Discussão (16) . Ao avaliar restaurantes administrados por uma con- cessionária, Ferreira et al . (12) também não encontraram Em serviços de alimentação, são comuns não confor- barreiras protetoras contra a pragas e vetores. Em relação midades quanto ao manejo de resíduos (9;10). O CAPS, ao controle de pragas, apesar de possuir telas em portas %0&%8(V9%'&LBBQ&80+&"-($+&8%&!%-(=0'"%*&(G"-%&%&%-'% 0& e janelas, o CAPS não possuía o registro das atividades de vetores e pragas urbanas (6). O fato de a unidade estar de controle integrado de pragas realizado por empresa associada ao hospital local pode ter contribuído para a responsável. adequação dos itens avaliados. A situação precária de edificações e acúmulo de Em relação ao abastecimento de água, a responsabili- material nas áreas circundantes unidade de alimentação dade do serviço de alimentação é utilizar água potável, ga- e nutrição foi observada também em outros tipos de es- rantir a integridade da sua estrutura física das caixas d’água tabelecimentos (17). Cardoso et al . (13) encontraram essa e encanamentos e manter os registros de higienização +"-9% 0&(.&OU*UQ&8%+&(+!0)%+&%G%)"%8%+*&!0.&0/a(-0+& +(.(+-'%)&2^45&_0"&"$P0'.%80&V9(&0+&'(="+-'0+&[!%G%.&+0/& estranhos, animais e depósitos de lixo na área externa. Já a responsabilidade da administração do hospital local, visto (.&X0- "+*&P0"&($!0$-'%80&)"]0&$%&'(%&(]-('$%&(.&UI*LQ& que o CAPS encontra-se anexo a esse estabelecimento. dos estabelecimentos (10). Esses resultados demonstram A higienização de superfícies que entram em contato que o cuidado nas áreas externas vem sendo negligenciado, com alimentos é uma etapa crítica do controle sanitário. podendo servir como atração para vetores e pragas para a
&$(!(++'"0&V9(&0+&,'0!(8".($-0+&+(a%.&(](!9-%80+&8(& unidade. forma correta, com produtos regularizados pelo Ministério b.&'(+-%9'%$-(+*&P0"&0/+('G%80&%- &LBBQ&8(&$ 0&!0$ - da Saúde, e que os produtos sejam armazenados em locais formidades no que se refere à distribuição, onde o alimento próprios (6). As não conformidades observadas no CAPS pronto para o consumo é exposto (16) . Uma vantagem em relação a esses quesitos também são encontradas em $0&!%+0&80&F

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 52 Franciele G. Pereira et al.: Condiciones Higiénicas del Servicio de Alimentación en un CAPS a presença da documentação correta (9). no Brasil no período de 2000 a 2010 . Brasília: Minis- tério da Saúde; 2011. 6. Brasil. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigi- lância Sanitária. Resolução-RDC no 216, de 15 de se- Conclusão tembro de 2004 . Dispõe sobre Regulamento Técnico de Boas Práticas para Serviços de Alimentação. Diário No CAPS, a maioria dos itens analisados obteve menos W[!"%)&8%&g$" 0*&7'%+)"%*&L^&8(&+(-(./'0&8(&ABB35 8(&UBQ&8(&!0$P0'."8%8(+*&(.&8"G('+%+&(-%,%+&80&,'0!(++0& 7. Estado do Rio Grande do Sul. Secretaria da Saúde do estado produtivo de alimentos. A cozinha apresentou falta de do Rio Grande do Sul. Portaria no 78, de 28 de janeiro conservação e de manutenção na sua estrutura física. O de 2009 5&<,'0G%&%&h"+-%&8(&>('"[!% 0&(.&70%+&c'-" - alimento era preparado e armazenado sem controle de sua cas para Serviços de Alimentação, aprova Normas para temperatura e não era realizada a etapa de desinfecção dos Cursos de Capacitação em Boas Práticas para Serviços hortifrutigranjeiros. Os manipuladores de alimentos, por 8(&<)".($-% 0&(&8&09-'%+&,'0G"8$!"%+5&:"'"0&W[ - sua vez, não possuíam capacitação para trabalharem em cial do Estado, Porto Alegre, 30 de janeiro de 2009. suas funções. A documentação obrigatória pela legislação 8. Brasil. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigi- vigente no Brasil relacionada às boas práticas era ausente. lância Sanitária. Resolução-RDC no 275, de 21 de ou- Percebe-se que as não conformidades encontradas tubro de 2002 . Dispõe sobre o Regulamento Técnico no presente estudo são comuns em outros tipos de de Procedimentos Operacionais Padronizados aplica- unidades que atendem diferentes grupos populacionais, 80+&%0+&b+-%/()(!".($-0+&c'089-0'(+e?$89+-'"%)"[% - em diferentes locais do Brasil. Em virtude dos riscos a 80'(+&8(&<)".($-0+&(&%&h"+-%&8(&>('"[!% 0&8%+&70%+& que a população está sendo exposta, os dados apontam Práticas de Fabricação em Estabelecimentos Produto- para a necessidade de maior educação e supervisão das '(+e?$89+-'"%)"[%80'(+&8(&<)".($-0+5&:"'"0&W[!"%)&8%& %-"G"8%8(+5&b+,(!"[!%.($-(&$0&!%+0&8(&9.&F. Acesso em: 23 mar. 2013. 1. Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Atenção à 11. Assis, F.S. et al. Avaliação das condições higiênico-sani- Saúde. Departamento de Ações Programáticas Estra- tárias dos quiosques instalados na companhia de en- tégicas . Saúde mental no SUS: os centros de atenção trepostos e armazéns gerais do estado de São Paulo. psicossocial. Brasília: Ministério da Saúde; 2004. Segurança Aliment. E. Nutr., Campinas, v. 18, n. 2, p. 2. Nascimento A.F.; Galvanese A.T.C. Evaluation of psychosocial 33–52, 2011. healthcare services in the city of São Paulo, Southeas- 12. Ferreira, J.S. et al. Conhecimento, atitudes e práticas em tern Brazil .Revista de Saúde Pública, São Paulo, v. 43 segurança alimentar de manipuladores de alimentos (supl 1), p.8-15, 2009. em hospitais públicos de Salvador, Bahia . Rev. Baiana 3. Kantorski LP et al. Aspectos relacionados à plasticidade Saúde Pública, Salvador, v.37, supl.1, p.35–55, 2013. de um centro de atenção psicossocial da região sul Disponível em: . Acesso em: 10 mar. 2013. escolar: há segurança na produção de alimentos em 4. World Health Organization. WHO Consultation to Develop a escolas de Salvador (Bahia)? Revista de Nutrição, Strategy to Estimate the Global Burden of Foodborne Campinas, v. 23, n. 5, p. 801–11, 2010. Diseases , Geneva, 25-27 September 2006. Disponível 14. Cardoso, M.F.; Miguel, V.; Pereira, C.M. Avaliação das con- em:

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Franciele G. Pereira et al.: Condiciones Higiénicas del Servicio de Alimentación en un CAPS 53

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RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 54 Gustavo A. Bich et al.: Hongos Entomopatógenos en la Provincia de Misiones: Revisión

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 54–58 Hongos entomopatógenos en la provincia de Misiones: Revisión

Entomopathogenic Fungi in Misiones Province: A Review

Gustavo A. Bich 1,* , María L. Castrillo 2, Marilyn R. Silva 1, Gabriela V. Díaz 2, Laura L. Villalba 2; Pedro D. Zapata 2, y Martha G. Medvedeff †1

1 - Laboratorio de Microbiología e Inmunología, Universidad Nacional de Misiones, Av. Mariano Moreno 1375, CP 3300, Posadas, Misiones, Argentina. 2 - Laboratorio de Biotecnología Molecular, Universidad Nacional de Misiones, Av. Mariano Moreno 1375, CP 3300, Posadas, Misiones, Argentina. * E-mail: [email protected] Resumen

Los hongos entomopatógenos (HEP) son microorganismos altamente específicos que se alimentan de insectos y por ello existe un gran interés en el uso de estos hongos como control biológico para cultivos de interés agrícola. El propósito de esta revisión fue actualizar la información disponible sobre HEP en Misiones e incrementar el conocimiento de la biodiversidad de este grupo y su uso potencial en biocontrol de plagas. La amplia y dispersa bibliografía disponible sobre este tema fue minuciosamente revisada, organizada y sintetizada. Se presenta una visión general sobre la información taxonómica de los HEP, y luego se realiza una recopilación y análisis de los estudios publicados. Como resultado de esta revisión se puede concluir que existen escasos estudios de HEP en la provincia de Misiones comparado con otras provincias de Argentina o Brasil. La expectativa de esta revisión de los estudios de HEP es fomentar la búsqueda y profundización del conocimiento científico en el área.

Palabras clave: Revisión; Hongos entomopatógenos; Biodiversidad; Control biológico; Misiones.

Abstract

Entomopathogenic fungi (EPF) are microorganisms with a high specificity and the ability to infect and kill insects and consequently there has been great interest in the use of these fungi as biocontrol agents against many crop pests. The purpose of the present review was to update the available information about EPF in Misiones in order to expand the knowledge of biodiversity of this group and the potential use in biocontrol of pest. The broad literature in this subject was reviewed and synthesized. First we present a general view of taxonomical information of EPF and then, noteworthy studies conducted by several authors. As a result of this review, it was concluded that there are scarce studies on EPF in Misiones province compared to other provinces in Argentina and Brazil. The goal of this overview is to encourage the search and in-depth examination of the scientific knowledge of EPF in Misiones province.

Keywords: Review; Entomopathogenic fungi; Biodiversity; Biological control; Misiones.

Introduction and Basidiomycota phyla, but there are also some strains belonging to Chytridiomycota and Zygomycota phyla (3). The province of Misiones belongs to the Alto Parana Ascomycota is the major phylum in the Fungi kingdom, !"#$!%&'()*+,!-'#$'+&)*+.%)$')/'!0+' !"#$!%&'()*+,!1'2!'0#,' including many important entomopathogenic fungi in their a subtropical semi-deciduous forest with an annual rainfall asexual (anamorphic) phase like Beauveria, Metarhizium, of 1700-2200 mm, with no marked drought season (1). The Lecanicillium, Nomuraea, or Paecilomyces = Isaria ; or the biota of the Atlantic Forest is extremely diverse, and the sexual (teleomorphic) state, Cordyceps . Also, many of the assessment of the current state of this region´s biodiversity asexual fungi in the Hypocreales order are under intensive is still poorly known (2). Although current research data study due to several traits favoring their use as biological #*+',%.$%[&#$!-'!0+*+'#*+'$)!'+45%6#"+$!'!)'!0+'05.+'#7)5$!' insecticides, owing their ease of mass production, storage, of unknown diversity and every accurate research will lead virulence, and application (4, 5). !)'#'8+$+[&%#"'&)$!*%85!%)$1 Only a small number of members within the Basi- Entomopathogenic fungi (EPF) are microorganisms diomycota phylum are true entomopathogens. This group of the Fungi kingdom, mainly present in Ascomycota of fungi is characterized by the development of reproduc-

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Gustavo A. Bich et al.: Hongos Entomopatógenos en la Provincia de Misiones: Revisión 55 tive spores, named basidiospores. Primarily Septobasidium Studies on entomopathogenic fungi in Misiones and Uredinella genera are obligate pathogens of armored scale insects (Hemiptera). These fungi form a complex re- Misiones has a rich but extensively underexplored lationship with their hosts; they are parasitic on individual diversity of fungi affecting arthropods; many of these insects but may be mutualistic from the perspective of a fungi have an important potential use in biological control. population of insects (6, 7). The biodiversity in the Atlantic Forest is the richest on Chytrids are fungi in the phylum Chytridiomycota. the earth, but microbial biodiversity in both Brazilian They inhabit freshwater ecosystems and produce zoospores and Argentinean forests remains very poorly explored in 9%!0'#',%$."+'\#.+""571';0+'8+,!<=$)9$'%$,+&!'>#!0).+$%&' comparison with the plant and animal biodiversity (14, 15). species belong to the genus Coelomomyces ; all are obligate A$+')/'!0+'[*,!'%$6+,!%.#!%)$,-'%$6)"6%$.'BC(-'&%!+?'/)*' parasites of mosquitoes and other Dipterans and require this region the teleomorphic fungi Cordyceps martialis (re- crustacean alternate hosts to complete their life cycles (8). ferred as C. submilitaris ) in early last century (mentioned The zygomycetes, in phylum Zygomycota, are charac- in Sosa-Gómez et al. [15]). terized by the formation of sexual spores called zygos- Trichomycetes is an interesting fungal group associated pores. Most entomopathogens within the Zygomycota with living arthropods such as insects, millipedes, and occur within the order Entomophthorales. Many species crustaceans, growing extensively in the hind gut and some have worldwide distribution and are often responsible for of them are reported to be of insects pathogens (16, 17, 18, wide-scale epizootics, affecting mainly species listed in the 19). The term “trichomycetes” is derived from the Greek orders Hemiptera, Lepidoptera, Orthoptera and Diptera. word “tricho”, meaning hair, in reference to the hair-like The most common genera include Conidiobolus, Ento- appearance of thalli in the host gut (20). The fungal taxon mophaga, Entomophthora, Erynia, Pandora, Neozygites Trichomycetes would include just two orders: Asellariales and Zoophthora . Most are obligate parasites possessing and Harpellales (Amoebidiales and Eccrinales were restricted host ranges; however, some species, such as Zoo- formerly included in this taxon) (21). Harpellales is the phthora radicans , have relatively wide host ranges (3, 9). species-richest order in the Trichomycetes class. López- The observation of major epizootics of fungal patho- Lastra et al. (16) studied fourteen species of Trichomycetes gens in natural populations of insects and other arthropods D>0@"57'E@.)7@&)!#F'#$?'/)5$?'!0#!'[6+')/'!0+7'D Genis- has encouraged intense interest in the use of EPF as tellospora homothallica, Harpella tica, Smittium culisetae, biological control agents (10). Also, entomopathogenic Smittium sp., and Stachylina sp.) came from Misiones. The Hyphomycetes have one of the widest spectra of host importance of the increase knowledge of this group of fun- ranges among entomopathogens (11). Therefore, EPF can gi is to determine the potential use as biological control of be employed in biological control strategies (12). some insect pest (20). Some records reported that Smittium Biological control with EPF is a promising alternative spp. caused moderate or high larval mortality in Anopheles , to chemical control; also biocontrol with entomopathoge- Aedes and Culex genera in the laboratory, but these rates nic fungi might provide long-lasting insect control without 0#6+'$+6+*'8++$'/)5$?')$'7),45%!)+,'%$'!0+'[+"?'DGG-'GHF1' damage to the environment or non-target organisms (13). Regarding natural enemies of Culicidae (Diptera), these The available literature of studies on entomopathogenic [$?%$.,',0)5"?'8+'=+>!'%$'7%$?-'#"!0)5.0'/5*!0+*'#$#"@,+,' fungi in Misiones province is rather scattered. Despite the are needed to evaluate the feasibility to use these fungi importance of entomopathogenic fungi, for biodiversity groups in biological control. and agriculture, there has been little attempt to synthesize Entomophaga grylli , other member of Zygomycota, an overview of the diversity of these microbes in Misio- was isolated from the grasshopper Ronderosia bergi in nes. The purpose of the present review was to collate and C5+*!)'2.5#I-'K%,%)$+,'DGLF1';0%,'9#,'#'$+9'*+&)*?' update the available information about this group of fungi of EPF from the Entomophthorales order isolated from in Misiones province (Argentina) in order to expand the grasshoppers in this province. Fungi of the E. grylli patho- knowledge of its biodiversity. type or species complex are parasites of grasshoppers and 2$')*?+*'!)',5*6+@'!0+'=$)9"+?.+')/'%$6+,!%.#!%)$,' locusts (Orthoptera), and their host range includes many on entomopathogenic fungi in Misiones, Argentina, we economically important Orthoptera species worldwide. The reviewed the existing information and synthesized the species of the E. grylli complex are highly pathogenic and scattered literature on this subject. &#$',+'%7>)*!#$!'[+"?'+>%I))!%&,'DM-'GNF1 The bibliography used and cited here was carefully Recent investigations related to pests in yerba mate ,+#*&0+?'#$?'&)7>%"+?'/*)7'*+,+#*&0+,'#$?',&%+$!%[&'?#!#' (Ilex paraguariensis St. Hill.) and its biological control of fungal genera and families in Misiones province from have studied and characterized different groups of EPF. major online bibliographic and academic databases. Alves et al . (27) and Formentini et al . (28) emphasized the use of Beauveria bassiana and Z. radicans against some pests like Thelosia camina , Hylesia sp., Oligonychus yothersi , and Gyropsylla spegazziniana .

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Table 1: Entomopathogenic fungi in Misiones province Fungal species Taxonomic location Insect host Taxonomic location of insect host References Hedypathes betulinus; Thelosia camina, Cerambycidae; Bombycidae; Beauveria bassiana Cordycipitaceae Hylesia sp., Oligonychus yothersi, 27, 28, 29. Saturniidae; Tetranychidae; Psyllidae and Gyropsylla spegazziniana Metarhizium anisopliae Clavicipitaceae Not speci%ed - 29.

Isaria sp Cordycipitaceae Not speci%ed - 29. Paecilomyces lilacinus Ophiocordycipitaceae Not speci%ed - 31. Genistellospora homothallica Legeriomycetaceae Simulium auripellitum Simuliidae 16.

Harpella tica Harpellaceae Simulium spp, Simuliidae 16. Smittium culisetae Legeriomycetacea Aedes aegypti Culicidae 16.

Smittium sp. Legeriomycetacea Ceratopogonidae - 16. Stachylina sp. Harpellaceae Chironomidae - 16. Zoophthora radicans Entomophthoraceae G. spegazziniana Psyllidae 27.

Entomophaga grylli Entomophthoraceae Ronderosia bergi Acrididae 24. Cordyceps martialis Clavicipitaceae Not speci%ed - 15.

Soils of yerba mate plantations from Misiones were an EPF of S. grossa in Argentina. These authors also eva- sampled and evaluated with respect to the presence of EPF. luated the pathogenicity of C. rosea against two species of Schapovaloff et al . (29) found about 30 different strains of Hemiptera in Tucumán (other than S. grossa ). Even though B. bassiana , M. anisopliae and Isaria sp., and proposed the !0+@'&)$[*7+?'7)*!#"%!@'*#!+,-'!0+'+6#"5#!%)$'#.#%$,!' S. evaluation of their potential as biological control against grossa remains to be estimated in a search for a potential yerba mate pests. These authors considered B. bassiana biological control of this leafhopper-pest in Misiones. against the main pest of yerba mate, Hedypathes betulinus 2$'C#*#$'V!#!+'DT*#I%"F-'W#""#'V#$!#' et al . (34) analyzed (Coleoptera: Cerambycidae: Lamiinae) and found strains in-vitro '#$?'%$'[+"?'&)$?%!%)$,')/' Beauveria sp production !0#!',+?'7)*!#"%!@'*#!+,'0%.0+*'!0#$'OPQ1';0+,+'*+,5"!,' and evaluated its pathogenicity against insects in Ilex pa- agree with Leite et al . (30), who evaluated suspensions raguariensis . They found encouraging results that support of B. bassiana against adults of H. betulinus '5$?+*'[+"?' that Beauveria sp can be considered to be an important &)$?%!%)$,'#$?'/)5$?'7)*!#"%!@'*#!+,')/'RNQ1' biological control agent in yerba mate plantations. Furthermore, Bich et al . (31) presented a survey about Others species belonging to Entomophthorales order the hyphomycetes in soils of different types of yerba mate were reported in Corrientes province by Sosa-Gómez et plantations. The presence of different fungal genera was al . (35). These authors reported that Zoophthora radicans observed, but just one strain of an EPF among all, was can cause important disease outbreaks among susceptible %?+$!%[+?'#,' Paecilomyces lilacinus , usually reported as hosts like psyllids. Also, Z. radicans affect satisfactory pathogen of nematodes. However, its potential as biologi- homoptera such as Empoasca kraemeri in Santa Catarina cal control remains to be determined a priori using in-vitro State (Brazil) (36). assays. Table 1 illustrates the published data on entomopatho- 2$'GPSH'T%&0' et al. (32) evaluated the viability of spores .+$%&'/5$.%')/'K%,%)$+,-'%$&"5?%$.'!0+'%?+$!%[&#!%)$')/' of Beauveria sp. and Metarhizium sp. in three commonly hosts and publication references. used surfactants, and concluded that entomopathogenic formulations containing spore solutions with glycerin are Conclusions considered preferable because they do not reduce spore viability and do not make foam. So far, eleven EPF genera affecting eight insect genera ;0+,+'[$?%$.,'#*+'%7>)*!#$!'%$'!0+',+#*&0')/'#.+$!,'/)*' have been cited for Misiones, most of them jeopardize biological control of pest in main crops of agronomical ,>+&%+,')/'#.*%&5"!5*#"'%7>)*!#$&+1'2!',0)5"?'#",)'8+' importance of Misiones. noted that many outstanding investigations remain to be done because there were no studies corresponding to the Studies with EPF in places close to Misiones province Chytridiomycota phylum. All these EPF are important microorganisms that could be tested and probably used in Several studies of EPF in other Argentinean provinces biological control of harmful pests of crops in Misiones. and Brazilian states near Misiones are discussed in this Also, this overview exposes the minor and fragmentary section. existence of EPF studies made in Misiones compared to The cicadellid leafhopper Sonesimia grossa is an im- other Argentinean and Brazilian provinces. The results portant insect in agriculture because it causes considerable compiled here are the most inclusive and current listing of damage to crops as a vector of plant pathogens. These in- fungi affecting arthropods for this province. This review sects live in Tucumán and Misiones provinces (33). Toledo contains most of the existing literature scattered among et al . (5) isolated Clonostachys rosea and considered it as many local, national, and international publications in di-

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RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Patricia M. Morawicki et al.: Problemáticas Interniveles que di"cultarían las Trayectorias Escolares 59

RECyT Año 17 / Nº 23 / 2015 / 59–64 Problemáticas Interniveles en la Enseñanza de las Ciencias Naturales que dicultarían las Trayectorias Escolares

Inte-level Problems in the Teaching of Natural Science that would Hinder School Careers

Patricia M. Morawicki 1,* , Ana G. Pedrini 1, Alicia M. Oudín 1, Bárbara V. Ortega 1, Lorena Estatuet 1

1- Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Misiones, Sarmiento 1842, CP 3300, Posadas, Misiones, Argentina. * E-mail: [email protected] Resumen

En la siguiente comunicación se presentan algunos de los resultados del Proyecto “La enseñanza de las Ciencias Naturales en el tramo educativo 11 a 14 años de la educación obligatoria, en la localidad de Candelaria, Misiones” desarrollado durante los años 2010-2012. El objetivo de la misma, es caracterizar las problemáticas que dificultarían las trayectorias de los estudiantes en 7º año del nivel primario y 1º año del nivel secundario. La metodología utilizada fue cualitativa con enfoque interpretativo. Los instrumentos fueron encuestas; entrevistas; observaciones de clases; análisis de material documental y talleres reflexivos. Las problemáticas identificadas que dificultarían las trayectorias escolares y el desarrollo de competencias científicas son: las propuestas curriculares jurisdiccionales, la exigencia de autonomía y autogestión de aprendizajes para primer año, escasas propuestas de enseñanza que favorezcan la alfabetización avanzada en el Área de las Ciencias Naturales, la repetición de contenidos de Biología, y la carga horaria reducida que se destina a la enseñanza de las Ciencias Naturales en el nivel primario.

Palabras clave: Enseñanza; Ciencias Naturales; Trayectorias escolares; Articulación primaria y secundaria.

Abstract

This paper presents some results yielded by the research project “Teaching of Natural Science to 11 to 14 years old students attending compulsory education, in Candelaria, Misiones”, carried out during 2010-2012. The purpose of this study is to characterize the problems that hinder students´ performance in 7th grade at primary school and 1st class at secondary school. The methodology used was qualitative with an interpretive approach. Data was collected through surveys, interviews, classroom observations, documents analysis and reflective workshops. Problems that hinder school career, the development of scientific skills and retention of students in the educational system were identified. These cover curricula and teaching, repetition of content, the need for autonomy and self-management of learning and reduced timetables devoted to the teaching and learning of Natural Sciences at primary level.

Keywords: Education; Natural Sciences; School career; Articulation between primary and secondary school.

Introducción culación entre niveles y los estudiantes, en pocos meses, deben pasar a un régimen de estudio diferente. Por ello, un La presente investigación se desarrolló entre los años aspecto a profundizar en este trabajo, son las trayectorias 2010 y 2012 en tres escuelas públicas: dos de Nivel Prima- escolares planteadas por el sistema educativo y cómo las rio, las Nº 285 y 45 y una de Nivel Secundario, el Bachi- mismas impactan en la transición de la escuela primaria a llerato Polivalente (BOLP) Nº 5, todas de la localidad de !"#$%&'(!)*!+",$)*-*"./0"($['$"!" !#"2)!3$%24)*!#"2$)*%!#" Candelaria (Misiones, Argentina). El universo de estudio como aquellas que expresan itinerarios en el sistema se compone de maestros de 7° año de la escuela primaria y que siguen la progresión lineal prevista por éste en los profesores de Biología de 1° año de la escuela secundaria. tiempos marcados por una periodización estándar. En El paso de la escuela primaria a la secundaria se carac- tanto, las trayectorias reales son aquellos recorridos que teriza por ser abrupto, con profundas diferencias desde el transitan los/as alumnos/as a lo largo de su escolaridad punto de vista organizativo y curricular, una escasa arti- por el sistema educativo. Al analizar las trayectorias reales

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 60 Patricia M. Morawicki et al.: Problemáticas Interniveles que di"cultarían las Trayectorias Escolares de los sujetos hay algunas coincidencias con las teóricas éxitos y fracasos escolares, siendo más evidentes en secto- que estipulan niveles, grados o años, pero también gran res populares. La problemática de cambio de nivel o ciclo parte de niños y jóvenes transitan de modos heterogéneos, continúa siendo como lo era históricamente un nudo crítico variables y contingentes [1]. en las trayectorias escolares. Para los sectores sociales vulnerables el ingreso a la Sumado a lo expuesto, otra de las dimensiones de análi- escuela secundaria supone un cambio simbólico y social a sis es la estructuración de las trayectorias teóricas por parte afrontar. En muchas ocasiones, el contexto en el que están del sistema educativo en función a tres rasgos relevantes: inmersos no contribuye a la contención. La población la organización por niveles, la gradualidad del curriculum estudiantil de las escuelas involucradas, es heterogénea y la anualización de los grados. en relación a su capital cultural, la mayoría pertenece a La organización por niveles es una disposición del familias numerosas de sectores populares, que no tienen #*#2$E!"$#%4 !)" *-!(!"!" !"E!#*[%!%*'"($" !"$'#$!'R!" acceso a fuentes de información variada contando como elemental. En estos últimos veinte años, la misma se ha recurso programas que se emiten por televisión abierta y E4(*[%!(4"%4'" !" $3"S$($)! "($"B(&%!%*'"N&$"*EF& #" en algunos casos de otros países, principalmente Paraguay. tanto un cambio en la duración como en el sentido formati- 6$-'"(!24#")$%4-*(4#8"$'" 4#"9:"!4#"#$"4<#$)=!"&'">?@"($" vo de los niveles tradicionales del sistema. En este periodo, adolescentes con edades entre 14 y 15 años, problemática la provincia de Misiones optó por el modelo 6-6 (seis años que se traslada a los primeros años de secundaria y como de primaria y seis de secundaria) que impactó en las tra- consecuencia, un gran número de ellos abandona o cursa yectorias tanto teóricas como reales, anticipando al séptimo en la escuela nocturna o en la escuela secundaria abierta los problemas de rendimiento propios de los dos primeros AB6CD+"B#24"%4'[)E!" 4"F !'2$!(4"F4)"G!'24)"./0#4<)$" !" años del secundario. Con la implementación de la Ley de valoración y la carga que los estudiantes de sectores bajos Educación Nacional N° 26206/06 (LEN), el séptimo año o en situación de extrema pobreza, le asignan al pasaje volvió a instalarse en la escuela primaria, esto provocó un de séptimo a primer año, quienes lo caracterizan como desplazamiento del problema en la escolarización sin una (*[%& 24#4"4"2)!&E2*%4+ solución que impacte positivamente. Los sujetos adolescentes que transitan esta etapa de La gradualidad, aspecto relevante en las trayectorias escolarización experimentan cambios físicos, psicológicos, teóricas, establece un ordenamiento de los aprendizajes emocionales y sociales propios de la edad. A su vez, viven- de todas las asignaturas que componen el curriculum en cian cambios y rupturas impuestos por el propio sistema etapas delimitadas o grados de instrucción y determina educativo, enfrentándose a una vida escolar distinta en una secuencia temporal del aprendizaje de los saberes y primaria que en secundaria, con una organización diferente la progresión en las etapas previas a instancias de acredi- ($"I4)!)*4#"($"% !#$J" $'-&!K$"3"=4%!<& !)*4#"$#F$%[%4#J" tación. En el contexto de la investigación la ausencia de cambio en el grupo de pares; docentes con formaciones, desarrollos curriculares provinciales para el nivel primario- estilos y exigencias diferentes. Se advierte aquí que, la $'"$ "E!)%4"($" !"QBT"U"(*[%& 2!"$#2!"-)!(&! *(!(+"6$-'" )$ !%*'"(4%$'2$8"! &E'4"3"4

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Patricia M. Morawicki et al.: Problemáticas Interniveles que di"cultarían las Trayectorias Escolares 61 en estas trayectorias teóricas es, que las mismas refuerzan Metodología !"O<*4-)!V!" *'$! "$#2'(!)P"3" !")$ !2*=!"*'\$X*<* *(!(" para dar respuestas a la heterogeneidad [4]. Estas caracte- La investigación se enmarcó en el enfoque cualitativo rísticas sumadas a un modelo transmisivo de enseñanza de y el paradigma interpretativo crítico donde se observan y las ciencias colaboran en la falta de motivación, desinterés registran procesos y hechos que involucran a sujetos de 3"F )(*(!"($"#*-'*[%!(4"($ "=! 4)"($ "%4'4%*E*$'24"%*$' - enseñanza. Para su ejecución se utilizaron los siguientes 2[%4+ instrumentos: Como producto de estas prácticas se observa que los a) Encuestas: Se diseñó un cuestionario para indagar estudiantes establecen relaciones de baja intensidad con las situaciones de enseñanza que se proponen y la asidui- la escuela. A esta expresión propuesta para nominar los dad con que éstas se implementan en el área de Ciencias modos de permanencia en la escuela de los adolescentes y Naturales en el séptimo año y en Biología en primer año. jóvenes, Kessler [4] la caracteriza como un “desenganche El instrumento se caracterizó por preguntas de respuesta de las actividades escolares”. En general los estudiantes se cerrada, con gradiente de valoración. Con el objetivo de encuentran inscriptos, asisten a la escuela sin realizar las indagar, a partir de las situaciones de enseñanza, el grado actividades que plantea el docente, viven una experiencia de sistematización de: a) estrategias con las que los estu- $#%4 !)"($#(*<&K!(!8"#*-'!(!"F4)" !#"(*[%& 2!($#"3"E&%I!#" diantes interactúan con el mundo natural b) estrategias con veces terminan en el abandono. Esta relación se puede las que los estudiantes explicitan y contrastan sus ideas dar de dos formas: disciplinada, en la que el estudiante surgidas de observaciones y experiencias, y c) estrategias no realiza las actividades propuestas por la escuela pero y recursos con las que los estudiantes sistematizan los tampoco genera problemas de convivencia o indisciplinada '&$=4#"%4'4%*E*$'24#"3"$ !<4)!'"$XF *%!%*4'$#"%*$'2[%4" que además de la falta de involucramiento se suma su parti- escolares. cipación en situaciones que se constituyen en problemas de b) Entrevistas en profundidad: Se realizaron entrevistas disciplina y/o faltas graves en el régimen de convivencia. individuales y grupales a los docentes de las escuelas in- Asimismo se presenta un ausentismo de los estudiantes, volucradas. Las mismas consistieron en preguntas abiertas lo que enfrenta a la escuela a la problemática de garantizar donde se abordaron temáticas relacionadas a su desarrollo los aprendizajes en condiciones que producen una disminu- profesional, criterios de selección y secuenciación de %*'"#*-'*[%!2*=!"($ "2*$EF4"($"$XF4#*%*'"!" !"*'#2)&%%*'" %4'2$'*(4#8"E4(4#"($"F !'*[%!%*'8"%)*2$)*4#"($"#$ $%%*'" y a una discontinuidad de la experiencia de aprendizaje. ($")$%&)#4#"3"E!2$)*! "<*< *4-)[%48")$F$)%&#*'"($" !#" Este ausentismo no necesariamente es por “ausencia F)4F&$#2!#"(*(%2*%!#"$'" 4#"$#2&(*!'2$#8"(*[%& 2!($#"$'"$ " del estudiante en el aula” sino que puede darse de otras abordaje de la enseñanza y del aprendizaje de las Ciencias formas: completando carpetas de otras materias en la hora Naturales, sentidos de la enseñanza en el contexto de la de una asignatura determinada, en conversaciones con el comunidad en que trabajan, entre otras. compañero de banco, o pendientes de los compañeros que c) Análisis de material documental: Se analizaron los circulan por los pasillos; uso de celulares, o simplemente Núcleos de Aprendizaje Prioritarios para Tercer Ciclo; el sin “hacer nada”, lo que no permite incorporarse a la lógica diseño curricular Jurisdiccional para la Escuela Secundaria de desarrollo conceptual propuesta por el docente. Esto se Básica y carpetas de los alumnos/as. traduce en bajos logros de los aprendizajes, no pudiendo d) Grupo focal: Se trabajó de manera conjunta con los capitalizar lo abordado en el año anterior como para re docentes de nivel primario y secundario con el objetivo de #*-'*[%!)" 4#"%4'2$'*(4#"($#!))4 !(4#+" recuperar relatos de experiencias para interpretar y com- Y4)" 4"$XF&$#248"&'!"$(&%!%*'"%*$'2[%!"%4'"%4EF)4 - prender situaciones y percepciones sobre la enseñanza de miso social, posibilitaría el desarrollo de la autoestima y las Ciencias Naturales. Se organizaron grupos integrados !"!&24%4'[!'R!8"$ "%4'4%*E*$'24"3" !"!%$F2!%*'"($" 4#" F4)"(4%$'2$#"($"!E<4#"'*=$ $#"N&*$'$#")$\$X*4'!)4'"#4<)$" cambios físicos que los sujetos en ese grupo etáreo están las competencias necesarias para alumnos de primer año, experimentando; el respeto de sus opiniones y la necesidad las dificultades que se presentan para la enseñanza del de respetar a los demás, el estímulo de actitudes tolerantes área, tanto institucionales como por parte de los docentes y y el diálogo intergeneracional. La enseñanza de las ciencias estudiantes y las situaciones de enseñanza que “dan buenos en especial desde esta concepción, permitiría y facilitaría resultados” para los destinatarios. en los estudiantes comprender mejor el mundo en que viven. Resultados El objetivo de esta comunicación es caracterizar las F)4< $E2*%!#"*'2$)'*=$ $#"N&$"(*[%& 2!)!'" !#"2)!3$%24)*!#" A partir del análisis de los diversos instrumentos se enu- de los alumnos en 7º año del nivel primario y 1º año del E$)!'" !#"F)4< $E2*%!#"N&$"(*[%& 2!)!'" !#"2)!3$%24)*!#" nivel secundario en tres escuelas públicas de la localidad escolares de los alumnos de las escuelas primarias N° 285 de Candelaria en el área de las Ciencias Naturales. y 45 y secundaria BOLP N°5 de la localidad de Candelaria (Misiones):

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 62 Patricia M. Morawicki et al.: Problemáticas Interniveles que di"cultarían las Trayectorias Escolares a) Propuestas curriculares jurisdiccionales: 2011 se aprobó el Diseño Curricular Jurisdiccional Ciclo Básico Común Obligatorio (Resolución N° 638/11). La implementación de la Ley de Educación Nacional Nº 26.206/06 en la Provincia de Misiones establece para b) Exigencia de autonomía y autogestión en el aprendizaje el caso de la educación común, una estructura de 7 años para primer año: para el nivel de Educación Primaria y de 5 años para la Educación Secundaria Obligatoria. Esta última consta de En la escuela secundaria los docentes exigen de los dos años de Ciclo Básico y tres años de Ciclo Orientado. estudiantes determinadas competencias que no siempre A partir de la Resolución 1117/08, en el Artículo Nº 3, el se enseñan en tanto en la escuela primaria no se generan séptimo año queda instalado, en nuestra provincia, en la las condiciones necesarias para su apropiación o deben escuela primaria. ser aprehendidos de manera solitaria. En palabras de En la actualidad no existe un documento curricular Weissmann [5] “La opinión de que el niño construya el K&)*#(*%%*4'! "$#F$%[%4"F!)!"# F2*E4"!48"!'2$"$#248"#$-'"" conocimiento porque actúa sobre los objetos y las perso- las resoluciones acordadas por el Consejo Federal de Edu- nas y no porque tenga un maestro que presenta o expone cación (CFE)-el que integra la Provincia de Misiones- el conceptos ya hechos […] , atribuyendo al maestro el rol de marco normativo vigente para la distribución de contenidos asistir al niño en vez de servir de fuente de conocimientos socialmente legitimados serían los Núcleos de Aprendizaje (Kamii y Devries, 1983) , favoreció en muchos casos a una Prioritarios (NAP). Empero, la selección de contenidos en actitud docente contemplativa que, en términos generales, el nivel primario se realiza de acuerdo a las preferencias se limita a proveer materiales y crear “contextos estimu- temáticas de los docentes, a la formación inicial, a los lantes”. libros de texto o los intereses de los estudiantes. Una Como ejemplo de esta situación citamos el testimonio docente relata “…nosotros seleccionamos a gusto, porque de una maestra “…yo les digo a los chicos, vos tenés que no tenemos diseño, antes nos manejábamos con el diseño .)5617.8!"(#[:!76#!;);6(# *"=,6#)*#1.6/ "6#5!1#!#76)6"#!# !"!#$%&'(#)*#+,)-.*)!#/1GP4# !>8,.6)#!>#>!;*#=,6#>6#5!#!#;6-."#=, #1.8).[-!#@#6)7*)-61# Existe desconocimiento de la existencia de los NAP le hago buscar a ellos”. (Maestra, 7° año). (Núcleos de Aprendizaje Prioritarios) para el tercer ciclo, Algunas de las características que presenta la escuela pudiendo servir los mismos para orientar la selección secundaria es el pasaje a situaciones ligadas con la de los contenidos de séptimo año. En este sentido, las organización autónoma del trabajo escolar, con mayores docentes expresan: “no hay NAP, por qué crees que las niveles de exigencia, con gran número de asignaturas, viejas estamos en séptimo,…acá somos las que tenemos con profesores diversos con los cuales se presentan mayor antigüedad…”. Esta expresión da cuenta que la formas de vínculos diferentes, regímenes disciplinarios institución delega en la experticia del docente la selección más estrictos y sistemas de evaluación desconocidos. El de los contenidos a enseñar. presente testimonio describe el escenario de primer año En relación a la selección de contenidos a partir de los (4'($" 4#"F)4V$#4)$#"E!'*[$#2!'"(*[%& 2!($#"$'")$ !%*'" libros de texto citamos el testimonio de una docente “…Yo a la OG.)76" "67!-.)#;6#-*)1.8)!1(#;6#76B7*1#-.6)7[-*1(# voy a ser sincera, los temas que doy… son los del libro” de producción escrita… los chicos no saben observar, (maestra, 7mo año). Weissmann [5] señala que “ se observa hacer un cuadro…”. (Profesora, 1° año). Gran parte de con frecuencia que la selección, secuenciación y profun- estos aprendizajes le incumben a la escolaridad previa al didad de los contenidos están orientadas-acríticamente- ingreso al nivel secundario, en tanto otros son los que la por los libros de texto escolar y, en consecuencia, en la propia escuela media debe asegurar. El desafío es encontrar práctica son las editoriales las que indirectamente toman los modos de que constituyan un aporte a las trayectorias decisiones de qué y cuándo enseñar ”. educativas de los estudiantes, evitando reiteración de Con respecto a los intereses de los alumnos, Weissmann estrategias de enseñanza que no tuvieron éxito en su vida [5] expresa “ los docentes suelen confundir entre lo que escolar previa [4]. La adquisición de estas competencias constituye las preocupaciones y motivaciones propias de la debiera responder a una autorregulación en los aprendiza- edad, sexo o contexto sociocultural de sus alumnos con sus jes, donde el propio alumno construye sus conocimientos demandas explícitas y coyunturales”. Esto se transforma a partir de la interacción de los compañeros, el docente, en un problema cuando el docente desarrolla un modelo ca- los textos, el material concreto, las imágenes, las explo- sual de enseñanza en función a los emergentes y promueve raciones y experimentos. El desarrollo de la capacidad de aprendizajes poco relevantes y desestima la inclusión de autorregularse no es espontáneo, sino depende en gran aquellos contenidos que no fueron expresamente deman- parte de la propuesta didáctica del docente. dados por los estudiantes. Esta exigencia de autonomía en el aprendizaje se tra- En contraposición, el nivel secundario obligatorio se duce en el bajo desempeño en función de las “trayectoria inició en el año 2009 con un diseño curricular provisorio ideales” existentes en las representaciones de los docentes. para primer año organizado a partir de los NAP. En el año Las propuestas de enseñanza tendientes a homogeneizar

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 Patricia M. Morawicki et al.: Problemáticas Interniveles que di"cultarían las Trayectorias Escolares 63 el grupo clase y la generalización de los aprendizajes docentes para diseñar e implementar propuestas que invo- E4'4%)'*%4#"#$"2)!(&%$"$'"(*[%& 2!($#"$'" !#"2)!3$%24)*!#" lucren actividades experimentales o que conjuguen teoría reales. El testimonio de una directora de la escuela primaria y práctica. También reconocen falta de conocimiento dis- da cuenta de ello “en todo grupo hay alumnos con menor ciplinar, al respecto, el grupo de investigación observó en desempeño, peores notas, notas más bajas, también a esos las encuestas realizadas que algunos docentes consideraron niños que están con problemas familiares, como personales homólogas expresiones o términos que como competencias se les está brindando apoyo a contraturno”. %*$'2[%!#"#&F4'$'" !"!F)4F*!%*'"($"(*#2*'2!#"I!<* *(!($#" cognitivas. Por ejemplo observaciones, exploraciones y c) Escasas propuestas de enseñanza que favorezcan diseños experimentales. Asimismo desconocen la impor- la alfabetización avanzada en el área de las Ciencias tancia fundamental de la problematización del conocimien- Naturales: 24"F!)!"F)4E4=$)"&'"!F)$'(*R!K$"#*-'*[%!2*=4"($#($" !#" perspectivas actuales de la Nueva Filosofía de las Ciencias Se observa en ambos niveles una exigencia centrada 3" !"! V!<$2*R!%*'"%*$'2[%!+ en la ciencia como producto y una enseñanza transmisiva que busca en los alumnos la repetición de información y d) Repetición de determinados contenidos de Biología: el manejo de vocabulario técnico. Furman [6] expresa que “Los escenarios más comunes En séptimo y primer año se reitera el desarrollo de que podemos observar durante las clases de Ciencias contenidos conceptuales curricularmente sugeridos y Naturales son el de la enseñanza transmisiva que apunta abordados en años anteriores bajo los supuestos de las al aprendizaje memorístico, y el de la enseñanza basada en trayectorias teóricas, lo que no potencia la comprensión el descubrimiento espontáneo que no desarrolla conceptos ($"E4($ 4#"%*$'2[%4#"$#%4 !)$#"3" !"%4EF $K*R!%*'"($" ni competencias científicas y asume que los alumnos, saberes. espontáneamente, comprenderán las explicaciones de los Liguori y Noste [8] expresan que el aprendizaje de fenómenos que tienen enfrente. Estos escenarios conllevan conceptos, principios, leyes y teorías han sido considerados problemas para los aprendizajes”. “…en realidad hasta tradicionalmente como el principal objetivo de enseñanza séptimo es así, no le dan casi nada de Ciencias Naturales”. de las ciencias. De las expresiones de los docentes se Un ejemplo del escenario descripto lo refuerza el si- evidencia la priorización de hechos y datos. Ante la falta guiente testimonio “Sondeo que es lo que sabe el chico en de apropiación de éstos, por parte de los estudiantes, se cuanto a lo básico de Ciencias Naturales, la terminología reitera la transmisión de la información. Estos testimonios (…) le decís bio ¿=, #1.8).[-!D#E#-! !F#=,6#>6#6B >.-!176# dan cuenta de ello “…empezamos a repetir temas que por la semana anterior o que tenían para estudiar, pero no… ahí ya los dieron en primaria y hay cosas que no están (Maestra, 7°) ”. [:!1(#=,6#@!#;6I6"!)#617!"#!16)7!;!1#@#76) 1#=,6#6/ 6F!"# Sanmartí [7] señala que “aprender ciencias requiere de cero… ” o “…lo que es ecosistema se viene repitiendo apropiarse de las formas lingüísticas de formalizar desde tercer grado… pero es lo básico lo que se repite y se la cultura científica, transmitida fundamentalmente a repite siempre lo mismo, lo básico”. (Profesoras, 1° año). 7"!5 1#;6#76B7*1#-.6)7[-*14#G!"!#617!#!,7*"!#/,-H!1#;6# Si bien varios contenidos de la ciencia escolar se apren- las demandas que se hacen al alumnado en las clases de den memorísticamente, el aprendizaje de los conceptos es ciencia (explicar, razonar o argumentar) pueden no ser progresivo y requiere una adecuada selección y secuencia- entendidas en el sentido deseado por el docente, ya que el ción que permita al alumno establecer relaciones entre sus 76B7*#-.6)7[-*# *166#,)!#16".6#;6#"!18*1#-*/*# "6-.1.)# esquemas conceptuales previos y los nuevos conocimientos o uso de léxico que no tienen porque poseer otros textos”. F!)!"$')*N&$%$)")$($#"($"#*-'*[%!(4#+ En el análisis de los registros de los talleres se evidencia la exigencia, a los estudiantes, de apropiación de compe- e) Carga horaria reducida que se destina a la enseñanza tencias lingüísticas relevantes para el área como expresan del Área de las Ciencias Naturales en el nivel primario: los siguientes testimonios “…poner en escrito lo que ellos observan…” (Profesora, 1º año) “expresar una opinión Tal como lo plantea Fumagalli [5] “Asistimos hoy, en con respecto a algo” (maestra, 7º grado), “…la defensa de nuestro país a un hecho paradójico. Si bien en términos de los trabajos prácticos” (profesora, 1º año). Competencias discurso pedagógico prácticamente nadie niega la impor- N&$" 4#"E!$#2)4#"E!'*[$#2!'"'4"$'#$!)"$'"F)4V&'(*(!(+" tancia social de acceder en el nivel básico de educación En el proceso de enseñanza y aprendizaje de las Cien- al conocimiento científico y tecnológico en la práctica cias Naturales si bien se consideran relevantes las activida- cotidiana de nuestras escuelas primarias éste aparece des experimentales para la construcción del conocimiento como gran ausente, pues se sigue priorizando la enseñanza %*$'2[%48" 4#"(4%$'2$#"E!'*[$#2!'"(*[%& 2!($#"F!)!"#&" de las llamadas materias instrumentales (matemática y implementación. Algunas de las mencionadas se relacionan lengua) ”. B'" !#"$'2)$=*#2!#" !#"(4%$'2$#"E!'*[$#2!'"N&$" %4'" !"F)%2*%!"(4%$'2$8"F4)"$K$EF 4" !"(*[%& 2!("($" 4#" “en la escuela primaria se le da poca prioridad, porque

RECyT / Año 17 / Nº 23 / 2015 64 Patricia M. Morawicki et al.: Problemáticas Interniveles que di"cultarían las Trayectorias Escolares cuando se da ocho horas de matemática en la semana a lo están atravesadas por condiciones sociales, económicas y mejor dan dos horas de naturales”. Esto da cuenta que si políticas con lógicas fragmentadas que no colaboran con bien Dussel [1] expresa que hubo una formulación clásica los aprendizajes de los sujetos. Una escuela estructurada de estos contenidos, las tres R (tomadas de las siglas en con un currículum único y homogéneo no favorecería inglés: Reading, w Riting y a Ritmetics; lectura, escritura, desarrollos curriculares diversos u otras formas de ense- aritmética), que perduró como la clave de la tarea de la ñanza en el campo de las Ciencias Naturales. Este modo de escuela primaria desde los tiempos de Sarmiento hasta $#2)&%2&)!%*'"($ "#*#2$E!"$(&%!2*=4"(*[%& 2!)!"$ "F!#!K$" I!%$"F4%!#"( %!(!#"3"N&$"*'\&3 ó en la manera en que se de la escuela primaria a la secundaria constituyéndose en %4'[-&)!)4'" !#"*'#2*2&%*4'$#"$(&%!2*=!#8" !#"%4'%$F%*4'$#" un nudo crítico para la trayectoria real del estudiante. sobre la docencia y las concepciones sobre los alumnos, El equipo de investigación considera que el sistema siguen siendo modelos vigentes en las instituciones anali- educativo debiera ofrecer, por un lado, trayectorias zadas en esta investigación. educativas alternativas que visibilicen la heterogeneidad La escuela es la encargada de la distribución social de los aprendizajes y promuevan su autorregulación. Por del conocimiento, en este caso la primaria es el pilar 42)48"(*=$)#*[%!)" !#"F)4F&$#2!#"(*(%2*%!#"N&$"F$)E*2!'" !" fundamental en la formación de futuros ciudadanos. Si %4'#2)&%%*'"F)4-)$#*=!"($"%4'4%*E*$'24#"%*$'2[%4#"3" !" en este nivel no se desarrollan los conocimientos básicos formación de competencias indispensables para desenvol- estaremos privando a la población de acceder a un capital verse en el mundo actual. cultural y a la formación de competencias indispensables para desenvolverse en el nivel secundario obligatorio. Referencias

Conclusiones 1. Terigi. F. Diez miradas sobre la escuela primaria. Siglo ZZ["B(*24)$#"C)-$'2*'!+"\??]+ Q!#"F)4< $E2*%!#"*($'2*[%!(!#"$'"$#2!"*'=$#2*-!%*'" 2. Nieda, J. y Macedo, B. ^'"%&))*%& &E"%*$'2[%4"F!)!"$#2& - N&$"(*[%& 2!)!'" !#"2)!3$%24)*!#"$#%4 !)$#"3"$ "($#!))4 4" (*!'2$#"($"//"!/_"!4#+"`!F2& 4"[[+"[EF4)2!'%*!"($ " ($"%4EF$2$'%*!#"%*$'2[%!#"#4'" !"!&#$'%*!"($"F)4F&$#2!#" tramo educativo 11-14 años. Biblioteca Virtual de la curriculares jurisdiccionales para el nivel primario; la aB[+"I22Fbccddd+4$*+$#c4$*=*)2c%&))*%*$c%&))*?\+I2E" exigencia de autonomía y autogestión de aprendizajes sin A=$)*[%!(!"/e"f*%+"\?/>D+ un proceso de enseñanza que posibilite su desarrollo; las 3. Terigi, F. “Las cronologías de aprendizaje: Un concepto escasas propuestas didácticas que favorezcan la alfabeti- para pensar las trayectorias escolares” 23 de febrero de zación avanzada en el Área de las Ciencias Naturales; la 2010. Cine Don Bosco -Santa Rosa- La Pampa. http:// repetición de contenidos conceptuales de Biología en el ni- www.lapampa.edu.ar:4040/rep/index.php/biblioteca- vel secundario y la carga horaria reducida que se destina a digital/conferencias/item/las-cronologias-de-aprendi- la enseñanza de las Ciencias Naturales en el nivel primario. R!K$U\"A=$)*[%!(!"/e"f*%+"\?/>D+ En ambos niveles educativos persiste una enseñanza 4. Terigi, F. Los desafíos que plantean las trayectorias esco- de las Ciencias Naturales y la Biología de carácter teórico, !)$#+[[["S4)4"Q!2*'4!E$)*%!'4"($"B(&%!%*'+"g=$'$#" atomizada y fragmentada. Con énfasis en contenidos y docentes. La escuela secundaria en el mundo de hoy. conceptuales y criterios poco claros de secuenciación, lo Fundación Santillana. 2007. N&$"(*[%& 2!"&'"!F)$'(*R!K$"F)4-)$#*=4"($"I$%I4#"3"(!24#" 5. Weissmann, H. Didáctica de las Ciencias Naturales. Apor- $'"&'!")$("($"#*-'*[%!(4#+"Q!#"$#2)!2$-*!#"($"$'#$!'R!"#$" 2$#"3")$\$X*4'$#+"Y!*(#+"/ee>+ centran en la recuperación e interpretación de información 6. Furman, M. y De Podestá, M. La aventura de enseñar Cien- de los libros de texto. Las observaciones, las exploraciones, cias Naturales. Aique. 2009. los diseños experimentales y la resolución de problemas 7. Jiménez Aleixandre, M. (coordinadora). Enseñar ciencias. son escasos o ausentes. Estas condiciones colaboran en la Graó. 2009. V! 2!"($"E42*=!%*'8"($#*'2$) #"3"F )(*(!"($"#*-'*[%!(4"($ " 8. Liguori, L y Noste, M. Didáctica de las Ciencias Naturales. =! 4)"($ "%4'4%*E*$'24"%*$'2[%4+" Homosapiens. 2010. Los mayores índices de repitencia y deserción se dan en los primeros años de la secundaria, cuando los cambios propuestos por el nuevo nivel se vuelven paralizadores sino Recibido: 05/02/2014. se cuenta con propuestas pedagógicas que acompañen ese Aprobado: 15/08/2014. F)4%$#4"($"2)!'#*%*'+"6$"!(=*$)2$"N&$"$#2!#"(*[%& 2!($#"

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