La evaluación como herramienta para la mejora de planes,programas y proyectos: evolución y contribuciones al desarrollo rural.

Evaluation is a new discipline and, whilst it has a long way to go, it has already made many advances. The growing importance of this field is exemplified in its increasing use in international organizations and public policies at a national, regional or local level, as well as in the exponential growth of evaluation societies around the world. The expansion of an ?evaluation culture? is explained by its significant utility by providing evidence to help decision-making and by providing a value system that establishes criteria and explicit standards by which to judge the interventions. These contributions have great relevance in the rural development field,thus, evaluation has become a great support for achieving sustainable development processes.

Diseño de herramientas para la mejora de la eficacia de los programas y proyectos de agua y saneamiento en las provincias de Cabo Delgado y Nampula (Mozambique)

El proyecto se enmarca dentro de un programa de la ONG Helvetas Swiss Intercooperation, llamado PROGOAS (Programa de Gobernancia local en Agua y Saneamiento). Este programa, busca como resultado prioritario, el fortalecimiento institucional en lo que respecta a la gestión, construcción y rehabilitación de infraestructuras AGUASAN a todos los niveles en 8 distritos dentro de las provincias de Cabo Delgado y Nampula. A la vista de los resultados del programa anterior, PROGOAS fase I, finalizada en Marzo de 2012, era obvio que existían problemas a la hora de realizar una diagnosis de los logros alcanzados en esta fase primera y de la situación actual, sobre todo en lo que concierne al seguimiento del nivel de desempeño de los Comités de Agua y Saneamiento a nivel comunitario. Esto es, tanto el sistema de partida (“Baseline”), como el sistema de seguimiento y evaluación en el que se basaba PROGOAS fase I, era muy débil e insuficiente para abarcar un buen punto de partida con el que comparar en un futuro los logros alcanzados durante la ejecución de sus actividades, y, en hacer el seguimiento y la evaluación del desempeño de los actores de interés en los 8 distritos en los que se pretende trabajar. También cabe destacar que, el sistema de monitoria de PROGOAS fase I, era especialmente débil a la hora de evaluar los logros alcanzados en su fin último, que es asegurar el acceso de agua a las comunidades rurales. A la vista de estos problemas, el proyecto se enfoca en la elaboración de un sistema englobando herramientas integradas con diferentes funciones: servir como base de datos, como sistema de seguimiento y evaluación en diferentes períodos de tiempo de los indicadores y resultados esperados del programa, capaces de evaluar automáticamente el desempeño de los actores de interés (a nivel distrital, de localidad y comunidad), y de realizar consultas automáticas con el fin de priorizar los sectores más perjudicados en lo que concierne a la gestión, rehabilitación y construcción en AGUASAN.

Investigación, desarrollo y evaluación de metodologías y criterios para la gestión integrada del litoral : aplicación a una costa singular, Marbella (Málaga), España

En la actualidad, el litoral es el objetivo de diversas presiones de toda índole. Por ello, es necesario estudiar e investigar metodologías que ayuden a una gestión eficaz y sostenible de un Sistema con un equilibrio tan frágil y voluble como es el del litoral. De este modo esta tesis estudia las investigaciones y proyectos realizados por el mundo, especialmente en la Unión Europea y se llega a la conclusión de que la utilización combinada de tres metodologías es la solución más eficaz para la gestión litoral. Esta conclusión se aplica a la costa de Marbella, en la provincia de Málaga, debido a sus especiales e importantes circunstancias turísticas, territoriales, físicas y ambientales. Terminada esta Tesis ha entrado en debate un Proyecto de Modificación de la Ley de Costas, que recoge, en parte, los planteamientos de la misma, por lo que el trabajo de investigación se ha complementado, figurando como anejo el Proyecto de Ley. Currently, coast is the target of all kinds of pressures. Due to that, it is necessary to study and research on methodologies to carry out an effective and sustainable management of a system with such a delicate and vulnerable balance. In this way this research work studies the research and projects carried out throughout the World, especially in the European Community to reach the conclusion that the combined use of three methodologies is the more adequate solution for littoral management. This conclusion is applied along the coast of Marbella, in Málaga (Spain) because of its special tourist, territorial, urbanity, physics and environmental circumstances. Once the work finished, a project of Law modification has begun its process at Parliament. New Law takes into consideration some of the results of this investigation, and document is incorporated as annex.

Canales, obras hidráulicas y proyectos de navegación fluvial: reconcialiación del Manzanares con la Ciudad de Madrid

Tras el periodo reciente, de casi cincuenta años, como autovía de circunvalación, la operación urbanística Madrid Río ha vuelto a reconciliar al Manzanares con la ciudad de Madrid. Ese medio siglo arranca en el decenio de 1930, fecha de su primera canalización; continúa con los años del desarrollismo, que urbanizaron sus márgenes con el propósito de densificar un espacio marginal para el plano; y culmina con la conversión paulatina de los paseos de sus dos orillas en vía rápida, pieza de cierre de la M-30 en el decenio de 1980

Una propuesta de desarrollo regional: asociaciones a través de proyectos conjuntos de cooperación

En Perú se han desplegado diferentes intentos de modelos de regionalización, habiendo partido desde una simple demarcación territorial, sin identificación de competencias que configuren territorios autogestionarios. Subyacente a este modelo, se han identificado claras deficiencias de competencias institucionales conducentes a un modelo sustentable de desarrollo. Además de las deficiencias mencionadas, no se han reflejado intenciones de articular fortalezas-competencias entre regiones, que permitan a través de sinergias, promover programas y proyectos de cooperación al desarrollo. La propuesta a abordar, apunta de reunir pueblos-mancomunidades, bajo una visión de complementación de competencias, a través de la cual desarrollar proyectos colaborativos que permitan explotar los recursos de dichas mancomunidades con ventajas competitivas propias. La propuesta en mención parte de identificación de fortalezas y debilidades sobre poblados en Perú, con una visión de complementariedad, la cual permita configurar un conjunto de fortalezas sobre las cuales desarrollar proyectos conducentes a un desarrollo sustentable.

Sistema de información y comunicación para salud y nutrición de niños desatendidos en áreas rurales de Nicaragua

Los Objetivos de Desarrollo del Milenio señalan la importancia de promover el conocimiento del estado de salud materno-infantil, en especial en las zonas más desprotegidas. El presente artículo detalla las acciones llevadas a cabo durante los años 2008 y 2011 en algunas comunidades rurales de Nicaragua con el objetivo de brindar un servicio de comunicaciones de bajo coste. Dicho servicio es administrado por el centro de salud de Cusmapa, que lidera el programa y mantiene una estrecha comunicación entre su personal y los brigadistas de salud de 26 comunidades aisladas. Los agentes locales, a través de la red de datos y voz WiMAX/WiFi instalada, pueden utilizar el sistema de comunicaciones para informar acerca de episodios urgentes de salud materno-infantil a fin de que sean evaluados o atendidos por dos médicos y seis enfermeras que se encuentran en el centro de salud. El objetivo de monitorizar el estado de salud y nutrición de la población materno-infantil es prevenir la aparición de enfermedades, evitar la desnutrición e incluso la muerte. Esta investigación asume los principios básicos de la tecnología adecuada buscando soluciones basadas en la comunidad, sostenibles, replicables y escalables a fin de garantizar futuros despliegues de acuerdo con las estrategias de Naciones Unidas.

Estudio sobre métodos de evaluación del paisaje y su potencial en la integración de las autopistas en el paisaje, nueva propuesta metodológica basada en sistemas de información geográfica y aplicación a autopistas en operación

La inclusión de las variables ambientales en el proceso de toma de decisiones relacionado con las grandes infraestructuras de transporte debe estar basada en los resultados obtenidos después de evaluarlas científicamente. El paisaje visual, entendido como el resultado de la interacción entre el observador y su entorno, toma cada vez más importancia como aspecto ambiental a tener en cuenta, tanto para las autoridades como para la sociedad. La evaluación del paisaje permite integrar las variables territoriales y su relación con el observador. Es necesario profundizar en el conocimiento de la relación del paisaje con las infraestructuras de transporte, en concreto con las autopistas, para desarrollar metodologías y herramientas científicas necesarias para su correcta evaluación. El objetivo de esta tesis es aportar una metodología que permita que el paisaje se integre como elemento estructural y funcional en el diseño de las autopistas. La investigación realizada ha permitido analizar en profundidad las variables que influyen en la percepción del paisaje propio de las autopistas, cuantificar en qué grado las intervenciones de integración paisajística mejoran dicha percepción y aportar una metodología que permite evaluar el carácter y la calidad visual del paisaje empleando fotografías e indicadores que se calculan con la ayuda de un sistema de información geográfica.ABSTRACT The inclusion of environmental variables in the decision making process related to major transport infrastructures should be based on the results obtained after scientific evaluation. The visual landscape, understood as the result of the interaction between the observer and the environment, is becoming more important as an environmental aspect to consider, both for the authorities and society. Landscape evaluation integrates territorial variables and their relationship to the viewer. This thesis deepens the knowledge of the relationship between landscape and transport infrastructures, in particular the highways. The objective of this thesis is to provide a methodology that allows the landscape to be integrated as a structural and functional element in the design of highways. This research has allowed to analyze in depth the variables that influence the perception of the highways’ landscape, to quantify the extent to which integration measures improve landscape perception and to provide a methodology to assess the character and visual quality of the landscape using photographs and indicators calculated by geographic information systems.

eCOMMONtech: plataforma sofrware para monitorización del balance de Gases de Efecto Invernadero en el Marco de Mecanismos de Desarrollo Limpio Forestales y Proyectos REDD+

La monitorización de las condiciones que debe cumplir un área forestal en proyectos MDL o REDD de manera tradicional, es decir, mediante mediciones y controles in situ, conlleva unos costes difíciles de asumir. Por ello, se ha planteado el desarrollo de una metodología capaz de integrar tecnologías orientadas a la realización de inventarios de carbono en áreas forestales de países en vías de desarrollo, mediante la utilización de diferentes tecnologías (sensorización ambiental, teledetección espacial, técnicas forestales, internet, etc.) que permiten determinar aquellos procedimientos más eficaces desde el punto de vista de la calidad y fiabilidad de la información obtenida y del coste/beneficio; analizando, las mejoras que suponen frente a los métodos tradicionales. Para ello, se desarrollan algoritmos y métodos de análisis necesarios para extraer las variables e indicadores medioambientales con el fin de realizar la monitorización de los ciclos de carbono en ámbitos forestales atribuibles a proyectos de absorciones de CO2.El resultado es la creación de una plataforma web que permite la monitorización remota y en tiempo real de inventarios de carbono a través de la integración de datos provenientes de sistemas de sensorización, imágenes tratadas con tecnologías de observación de la tierra y datos de campo.

Editor visual de programas y mapas para RoboMind

OboMind es un programa educativo utilizado en todos los niveles educativos, desde el colegio hasta la universidad. Este programa simula un robot que se desplaza a través de un mapa. Este proyecto surge de la necesidad de ampliar ciertas funcionalidades de dicho programa. Para la realización del mismo se han utilizado las tecnologías proporcionadas por Java, utilizando como base el código fuente de libre distribución. Este proyecto cuenta con partes de diseño y partes de implementación, en la que se ha utilizado metodologías orientadas a objetos. ---ABSTRACT---RoboMind is an educational programming environment used in all academic disciplines from primary school to college. This application simulates a robot that can move around a world. This project comes from the necessity of extending certain functionalities of it. The technologies used for developing has been those provided by the Java framework, using the free program sources as support for the project. The project has two parts, one design part and another, implementation part, in which object oriented technologies had been used.

Evaluación del uso y de productividad del agua de la Comunidad de Regantes “Río Adaja”

El agua de riego en España se ha reducido del 80 % al 70% tras la rehabilitación de los sistemas tradicionales de riego y el incremento de riegos a presión. La política española ha favorecido la creación de nuevos regadíos con fines sociales, para asentar a la población rural en zonas con disponibilidad de recursos hídricos. Este contexto es aplicable a la Comunidad de Regantes “Rio Adaja” (CCRR), que comenzó a funcionar en 2010 por lo que se la ha elegido para evaluar el uso y productividad del agua y manejo del riego en CCRR modernizadas de la cuenca del Duero. El estudio del manejo del riego se realizó con evaluaciones de campo, el primer año de funcionamiento, en una muestra de sistemas de riego (pivotes centrales, ramales de avance frontal, cobertura total) representativa de los sistemas predominantes en la CCRR. Además, se analizó la carta de riego propuesta por el fabricante de los pivotes centrales, considerando una distribución de caudal continua a lo largo del ramal, y se propuso una nueva carta con emisores de riego que mejoraban la uniformidad de aplicación del agua. El uso del agua en la CCRR se evaluó considerando tanto los indicadores de eficiencia del riego: suministro relativo de riego (anual relative irrigation supply, ARIS), suministro relativo del agua (anual relativewater supply, ARWS), suministro relativo de precipitación (rainfall relative supply, RRS) como los de productividad: productividad del agua (water productivity, WP) productividad del agua de riego (irrigation water productivity, IWP) y productividad de la evapotranspiración (evapotranspiration water productivity, ETWP). Primero, se determinaron: las necesidades hídricas de los cultivos para mantener un contenido de humedad óptimo en su zona radical, el coeficiente dual del cultivo, el agua disponible total (ADP) y agua fácilmente aprovechable (AFA). Después, se estimaron las necesidades hídricas de los cultivos considerando tres años tipo: húmedo, normal y seco correspondientes a la probabilidad de disponibilidad de la precipitación del 20, 50 y 80%, respectivamente. Así mismo, se realizó una encuesta a los regantes de la CCRR para conocer la dosis de riego y rendimiento anual de los cultivos principales durante sus tres años de funcionamiento: 2010-2011, 2011-2012 y 2012-2013.Finalmente, se simuló el efecto del riego y su manejo en la producción de los cultivos y en la productividad del agua. Además, el modelo de simulación AQUACROP (Geerts et al., 2010) se ha utilizado para estudiar la mejora del uso del agua de los cultivos de la CCRR. Dado que este modelo requiere de calibración específica para cada cultivo y cada zona y dado que, de todos los cultivos de la CCRR, sólo el girasol cumplía el requisito, este cultivo fue elegido para estudiar si la estrategia de riego deficitario mejoraría el uso del agua. Los resultados obtenidos indican que el 90% de los sistemas de riego evaluados distribuye el agua con una uniformidad adecuada (CUC≥75%). La simulación de la distribución del agua con las cartas de riego propuestas por el fabricante en pivotes centrales resultó en coeficientes CUC< 75% y sus valores mejoraban al eliminar el aspersor distal. La uniformidad del riego mejoraría si se trabajase con la carta de riego propuesta y que se compone por emisores de riego seleccionados en este estudio. En la mayoría de los cultivos, se aplicó riegos deficitarios (ARIS < 1 en los dos primeros años de funcionamiento de la CCRR y riegos excedentarios (ARIS > 1) el tercer año siendo significativas las diferencias observadas. El manejo del riego fue bueno (0,9 ≤ ARWS ≤1,2) en la mayoría de los cultivos. Así mismo, los indicadores de productividad del agua (WP e IWP (€.m-3)) varió entre cultivos y años estudiados y, destacan los valores observados en: cebolla, patata, zanahoria y cebada. En general, la productividad del agua en los riegos deficitarios fue mayor observándose además, que los índices de productividad mayores correspondieron al año con precipitación mayor aunque, las diferencias entre sus valores medios no fueron significativas en las tres campañas de riego estudiadas. Los resultados apuntan a que la metodología del balance hídrico y las herramientas presentadas en este trabajo (uniformidad de distribución de agua, indicadores de eficiencia del uso de agua y de su productividad) son adecuadas para estudiar el manejo del agua en CCRR. En concreto, la uniformidad en la aplicación del agua de la CCRR mejoraría seleccionando emisores de riego que proporcionen una mayor uniformidad de distribución del agua, lo que conllevaría a cambiar el diámetro de la boquilla de los emisores y/o eliminar el aspersor distal. Así mismo, puede ser de interés adoptar estrategias de riego deficitario para incrementar la productividad en el uso del agua, y las rentas de los regantes, para lo cual se propone utilizar un patrón de cultivos de referencia. Finalmente, el riego deficitario puede ser una estrategia para mejorar la eficiencia y productividad en el uso del agua de la CCRR siempre que lleve asociado un manejo del riego adecuado que resulta, relativamente, más fácil cuando se dispone de sistemas de riego con una uniformidad de aplicación alta. Sin embargo su aplicación no sería aconsejable en los cultivos de remolacha azucarera, regado con sistemas de riego con un coeficiente de uniformidad de Christiansen CUC < 75%, y maíz, regado con sistemas de riego con un coeficiente de uniformidad de Christiansen CUC < 65%. ABSTRACT The irrigation scheme modernization and the increase of sprinkler irrigation area have reduced the irrigation water use from 80 to 70%. The national irrigation policy favored the creation of new irrigation schemes with the purpose to settle the rural population in areas with availability in water resources. Within this context, the irrigation district “Río Adaja” (CCRR) started in 2010 so, it has been chosen as a case study to evaluate the water use and the irrigation management in a modernized CCRR. Several field evaluations were carried out during the first operation year, in a sample of irrigation systems (center pivot, moving lateral and solid set) selected among all the systems in the CCRR. Likewise, the manufacturer irrigation chart for the center pivot systems has been considered and the pressure and discharge distribution along the pivot have been estimated, assuming a continuous flow along the pipe. Then; the sprinkler nozzles were selected order to increase the uniformity on water application. The water use in the CCRR has been assessed by considering the water use efficiency indicators: annual relative irrigation supply (ARIS), annual relative water supply (ARWS), relative rainfall supply (RRS) and also the productivity indicators: water productivity (WP), irrigation water productivity (IWP) and evapotranspiration water productivity (ETWP). On the one hand, it has been determined the crop water requirement (to maintain the optimal soil water content in the rooting zone), the dual crop coefficient, the total available water and the readily available water. The crop water requirement was estimated by considering the typical wet, normal and dry years which correspond to the probability of effective precipitation exceedance of 20, 50 and 80%, respectively. On the other hand, the irrigation depth and crop yield by irrigation campaign have been considered for the main crops in the area. This information was obtained from a farmer’s survey in 2010-2011, 2011-2012 and 2012-2013. For sunflower, the irrigation effect and its management on the crop yield and water productivity have been simulated. Also a deficit irrigation strategy, which improves the water resources, has been determined by means of AQUACROP (FAO). The results showed that 90% of the evaluated irrigation systems have adequate irrigation water application uniformity (CUC ≥ 75%). The CUC values in center pivots, which were calculated using the manufacturer irrigation chart, are below < 75% . However, these values would increase with the change of emitter nozzle to the proposed nozzles selection. The results on water use showed a deficit irrigation management (ARIS < 1), in most of crops during the first two operation years, and an excess in irrigation for the third year (ARIS > 1) although non-significant difference was observed. In most cases, the management of irrigation is adequate (0,9≤ ARWS≤ 1,2) although there are differences among crops. Likewise, the productivity indicators (WP and IWP (€.m-3)) varied among crops and with irrigation events. The highest values corresponded to onion, potato, carrot and barley. The values for deficit irrigation were the highest and the productivity indicators increased the year with the highest effective precipitation. Nevertheless, the differences between the average values of these indicators by irrigation campaign were non-significant. This study highlights that the soil water balance methodology and other tools used in the methodology are adequate to study the use and productivity of water in the irrigation district. In fact, the water use in this CCRR can be improved if the irrigation systems were designed with higher water distribution uniformity what would require the change of sprinkler nozzles and/or eliminate the end gun. Likewise, it is advisable to set up deficit irrigation strategies to increase the water productivity taking into account certain limits on water application uniformities. In this respect, a reference cropping pattern has been proposed and the limits for water uniformity have been calculated for several crops.

Formación Profesional Basada en Competencias como Estrategia de Apoyo Para la Reducción de la Inseguridad Alimentaria en Honduras

El hambre es un problema que afectaba en el 2011 a 923 millones de personas en el mundo, de las cuales, 52.5 millones estaban en América Latina. En marzo de 2011 el 10.4% de la población hondureña estaba en situación de inseguridad alimentaria; condición debida básicamente a las condiciones de pobreza y su poder adquisitivo limitado para cubrir la canasta básica de alimentos. La inseguridad alimentaria es un problema complejo y para contrarrestarlo es preciso contar con profesionales con amplio conocimiento y con la capacidad de diseñar políticas y ejecutar programas y/o proyectos que contribuyan a su solución. Con el objetivo de proponer un programa formativo que responda adecuadamente a la demanda de profesionales en Seguridad Alimentaria y Nutricional (SAN), se desarrolló una consulta con informantes claves vinculados a la ejecución de programas y proyectos y a Universidades en Honduras. Los resultados plantean que hay un limitado abordaje de la SAN en la educación superior; situación debida a diversos factores, donde destaca la escasa relación de las universidades con las organizaciones que ejecutan programas y proyectos y por lo tanto un desconocimiento de lo que dichas organizaciones están demandando. Los resultados de la consulta orientan a plantear un modelo de formación denominado Diplomado en Seguridad Alimentaria y Nutricional Basado en Competencias. Este diplomado debería ser el inicio de un proceso de formación que posteriormente evolucione a la implementación de un sistema de certificación de profesionales en seguridad alimentaria y nutricional.

Reducción de Costes con la Implementación de la Gestión del Ciclo de Vida en un Fabricante de Aerogeneradores

El propósito de este artículo es desarrollar sobre una aplicación genérica PLM (Product Lifecycle Management), una solución que ayudará a las empresas proveedoras de servicios de ingeniería y fabricación del sector aeronáutico y renovables, a superar nuevos retos. En estos sectores los fabricantes de primer nivel (OEM?s) tienden a subcontratar el desarrollo y la fabricación de componentes a proveedores mediante paquetes de trabajo, como en el caso de los aerogeneradores. La gestión de dichos paquetes por los proveedores puede optimizarse mediante la implantación de una solución PLM. Esta herramienta es clave para garantizar el cumplimiento de los requerimientos del fabricante, y que el desarrollo de los paquetes se realizan en tiempo, coste y alcance. Una función a cubrir por la solución desarrollada sobre el PLM seleccionado será la Gestión de Programas y Proyectos. Es imprescindible que la solución aporte una Gestión de la Documentación que centralice todos los documentos, incluyendo entregables al cliente, de uso interno,? Para cumplir con las exigencias de calidad y normas de la industria, la aplicación contará con Gestión de la Configuración que asegure la validez de un producto obtenido durante cualquiera de las etapas del ciclo de vida, mediante control de cambios y última versión.

Acreditacion internacional y evaluación de la pertinencia local de las maestrías en ingeniería de proyectos

Los modelos de acreditación en el contexto internacional evalúan principalmente resultados de aprendizaje y la capacidad de los programas de maestría en ingeniería de proyectos para lograr los objetivos educativos que declaran en su misión. Sin embargo, no se garantiza que esos objetivos y por tanto los resultados, satisfagan necesidades reales del entorno nacional o regional, un aspecto esencial en los países en vías de desarrollo. El objetivo de la presente comunicación es sustentar la importancia de la evaluación de la pertinencia de estos programas y hacer un análisis de los principales modelos de garantía de la calidad y organismos de acreditación para conocer la forma en que se evalúa o no la pertinencia de los programas. Se encontró que, en un contexto económico de libre mercado, de internacionalización de la educación y movilidad, la acreditación de las maestrías sigue un modelo de acreditación internacional y no se cuenta en la mayoría de los casos con criterios e indicadores para evaluar la pertinencia. Sin embargo existen, dos modelos de acreditación o certificación que garantizan que un programa de maestría en ingeniería de proyectos sea pertinente localmente: el proyecto REG de AEIPRO y el proyecto europeo EUR-ACE.

Post Grado Internacional en Prevención de Riesgos Laborales y Salud Ocupacional. Experiencia de la Universidad de Alcalá en Venezuela

La gestión de la prevención de riesgos laborales (PRL) y de la salud ocupacional (SO) representa una tendencia creciente en la dinámica de las empresas del sector privado y público en América Latina y el Caribe (ALyC). La preservación de los niveles de seguridad y salud de los trabajadores se ha convertido en una variable que tiene influencia sobre el desempeño de las organizaciones y su responsabilidad social. El manejo asertivo de estas relaciones puede ser alcanzado si es planificado, ejecutado y controlado por personal directivo con una sólida formación técnica, gerencial y orientada a la innovación. En este sentido, en Venezuela se está desarrollando una experiencia de formación dirigida a personal directivo en esta área, la cual es ofrecida por la Universidad de Alcalá de Henares de España, a través de un novedoso modelo de estudios de Post Grado con títulos propios. El objetivo principal del modelo es conformar una comunidad del conocimiento, que sea capaz de investigar, desarrollar e innovar. En la actualidad, se han iniciado seis programas de Post Grado en los cuales interactúan docentes, investigadores, gerentes y profesionales del ramo, tantos españoles como latinoamericanos.

Estudio teórico-práctico de la célula de combustible. Caracterización eléctrica y mejoras en la gestión del agua a partir de nuevos materiales.

Uno de los principales retos de la sociedad actual es la evolución de sectores como el energético y el de la automoción a un modelo sostenible, responsable con el medio ambiente y con la salud de los ciudadanos. Una de las posibles alternativas, es la célula de combustible de hidrógeno, que transforma la energía química del combustible (hidrógeno) en corriente continua de forma limpia y eficiente. De entre todos los tipos de célula, gana especial relevancia la célula de membrana polimérica (PEM), que por sus características de peso, temperatura de trabajo y simplicidad; se presenta como una gran alternativa para el sector de la automoción entre otros. Por ello, el objetivo de este trabajo es ahondar en el conocimiento de la célula de combustible PEM. Se estudiarán los fundamentos teóricos que permitan comprender su funcionamiento, el papel de cada uno de los elementos de la célula y cómo varían sus características el funcionamiento general de la misma. También se estudiará la caracterización eléctrica, por su papel crucial en la evaluación del desempeño de la célula y para la comparación de modificaciones introducidas en ella. Además, se realizará una aplicación práctica en colaboración con los proyectos de fin de máster y doctorado de otros estudiantes del Politécnico de Milán, para implementar las técnicas aprendidas de caracterización eléctrica en una célula trabajando con diferentes tipos de láminas de difusión gaseosa (GDL y GDM) preparadas por estudiantes. Los resultados de la caracterización, permitirán analizar las virtudes de dos modificaciones en la composición clásica de la célula, con el fin de mejorar la gestión del agua que se produce en la zona catódica durante la reacción, disminuyendo los problemas de difusión a altas densidades de corriente y la consiguiente pérdida de potencial en la célula. Las dos modificaciones son: la inclusión de una lámina de difusión microporosa (MPL) a la lámina macroporosa habitual (GDL), y el uso de diversos polímeros con mejores propiedades hidrófobas en el tratamiento de dichas láminas de difusión. La célula de combustible es un sistema de conversión de energía electroquímico, en el que se trasforma de forma directa, energía química en energía eléctrica de corriente continua. En el catalizador de platino del ánodo se produce la descomposición de los átomos de hidrógeno. Los protones resultantes viajarán a través de la membrana de conducción protónica (que hace las veces de electrolito y supone el alma de la célula PEM) hasta el cátodo. Los electrones, en cambio, alcanzarán el cátodo a través de un circuito externo produciendo trabajo. Una vez ambas especies se encuentran en el cátodo, y junto con el oxígeno que sirve como oxidante, se completa la reacción, produciéndose agua. El estudio termodinámico de la reacción que se produce en la célula nos permite calcular el trabajo eléctrico teórico producido por el movimiento de cargas a través del circuito externo, y con él, una expresión del potencial teórico que presentará la célula, que variará con la temperatura y la presión; Para una temperatura de 25°C, este potencial teórico es de 1.23 V, sin embargo, el potencial de la célula en funcionamiento nunca presenta este valor. El alejamiento del comportamiento teórico se debe, principalmente, a tres tipos de pérdidas bien diferenciadas:  Pérdidas de activación: El potencial teórico representa la tensión de equilibrio, para la que no se produce un intercambio neto de corriente. Por tanto, la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo debe alejarse del valor teórico para obtener una corriente neta a través del circuito externo. Esta diferencia con el potencial teórico se denomina polarización de activación, y conlleva una pérdida de tensión en la célula. Así pues estas pérdidas tienen su origen en la cinética de la reacción electroquímica.  Pérdidas óhmicas: Es una suma de las resistencias eléctricas en los elementos conductores, la resistencia en la membrana electrolítica a la conducción iónica y las resistencias de contacto.  Pérdidas por concentración: Estas pérdidas se producen cuando los gases reactivos en el área activa son consumidos en un tiempo menor del necesario para ser repuestos. Este fenómeno es crítico a altas densidades de corriente, cuando los gases reactivos son consumidos con gran velocidad, por lo que el descenso de concentración de reactivos en los electrodos puede provocar una caída súbita de la tensión de la célula. La densidad de corriente para la cual se produce esta caída de potencial en unas condiciones determinadas se denomina densidad límite de corriente. Así pues, estas pérdidas tienen su origen en los límites de difusión de las especies reactivas a través de la célula. Además de la membrana electrolítica y el catalizador, en la célula de combustible podemos encontrar como principales componentes los platos bipolares, encargados de conectar la célula eléctricamente con el exterior y de introducir los gases reactivos a través de sus conductos; y las láminas difusivas, que conectan eléctricamente el catalizador con los platos bipolares y sirven para distribuir los gases reactivos de forma que lleguen a todo el área activa, y para evacuar el exceso de agua que se acumula en el área activa.La lámina difusiva, más conocida como GDL, será el argumento principal de nuestro estudio. Está conformada por un tejido de fibra de carbono macroporosa, que asegure el contacto eléctrico entre el catalizador y el plato bipolar, y es tratada con polímeros para proporcionarle propiedades hidrófobas que le ayuden en la evacuación de agua. La evacuación del agua es tan importante, especialmente en el cátodo, porque de lo contrario, la cantidad de agua generada por la reacción electroquímica, sumada a la humedad que portan los gases, puede provocar inundaciones en la zona activa del electrodo. Debido a las inundaciones, el agua obstruye los poros del GDL, dificultando la difusión de especies gaseosas y aumentando las pérdidas por concentración. Por otra parte, si demasiada agua se evacúa del electrodo, se puede producir un aumento de las pérdidas óhmicas, ya que la conductividad protónica de la membrana polimérica, es directamente proporcional a su nivel de humidificación. Con el fin de mejorar la gestión del agua de la célula de combustible, se ha añadido una capa microporosa denominada MPL al lado activo del GDL. Esta capa, constituida por una mezcla de negro de carbón con el polímero hidrófobo como aglutinante, otorga al GDL un mejor acabado superficial que reduce la resistencia de contacto con el electrodo, además la reducción del tamaño de las gotas de agua al pasar por el MPL mejora la difusión gaseosa por la disminución de obstrucciones en el GDL. Es importante tener cuidado en los tratamientos de hidrofobización de estos dos elementos, ya que, cantidades excesivas de polímero hidrófobo podrían reducir demasiado el tamaño de los poros, además de aumentar las pérdidas resistivas por su marcado carácter dieléctrico. Para el correcto análisis del funcionamiento de una célula de combustible, la herramienta fundamental es su caracterización eléctrica a partir de la curva de polarización. Esta curva representa la evolución del potencial de la célula respecto de la densidad de corriente, y su forma viene determinada principalmente por la contribución de las tres pérdidas mencionadas anteriormente. Junto con la curva de polarización, en ocasiones se presenta la curva de densidad de potencia, que se obtiene a partir de la misma. De forma complementaria a la curva de polarización, se puede realizar el estudio del circuito equivalente de la célula de combustible. Este consiste en un circuito eléctrico sencillo, que simula las caídas de potencial en la célula a través de elementos como resistencias y capacitancias. Estos elementos representas pérdidas y limitaciones en los procesos químicos y físicos en la célula. Para la obtención de este circuito equivalente, se realiza una espectroscopia de impedancia electroquímica (en adelante EIS), que consiste en la identificación de los diferentes elementos a partir de los espectros de impedancia, resultantes de introducir señales de corriente alternas sinusoidales de frecuencia variable en la célula y observar la respuesta en la tensión. En la siguiente imagen se puede observar un ejemplo de la identificación de los parámetros del circuito equivalente en un espectro de impedancia. Al final del trabajo, se han realizado dos aplicaciones prácticas para comprobar la influencia de las características hidrófobas y morfológicas de los medios difusores en la gestión del agua en el cátodo y, por tanto, en el resultado eléctrico de la célula; y como aplicación práctica de las técnicas de construcción y análisis de las curvas de polarización y potencia y de la espectroscopia de impedancia electroquímica. El primer estudio práctico ha consistido en comprobar los beneficios de la inclusión de un MPL al GDL. Para ello se han caracterizado células funcionando con GDL y GDM (GDL+MPL) tratados con dos tipos diferentes de polímeros, PTFE y PFPE. Además se han realizado las pruebas para diferentes condiciones de funcionamiento, a saber, temperaturas de 60 y 80°C y niveles de humidificación relativa de los gases reactivos de 80%-60% y 80%- 100% (A-C). Se ha comprobado con las curvas de polarización y potencia, cómo la inclusión de un MPL en el lado activo del GDL reporta una mejora del funcionamiento de trabajo en todas las condiciones estudiadas. Esta mejora se hace más patente para altas densidades de corriente, cuando la gestión del agua resulta más crítica, y a bajas temperaturas ya que un menor porcentaje del agua producida se encuentra en estado de vapor, produciéndose inundaciones con mayor facilidad. El segundo estudio realizado trata de la influencia del agente hidrofobizante utilizado en los GDMs. Se pretende comprobar si algún otro polímero de los estudiados, mejora las prestaciones del comúnmente utilizado PTFE. Para ello se han caracterizado células trabajando en diferentes condiciones de trabajo (análogas a las del primer estudio) con GDMs tratados con PTFE, PFPE, FEP y PFA. Tras el análisis de las curvas de polarización y potencia, se observa un gran comportamiento del FEP para todas las condiciones de trabajo, aumentando el potencial de la célula para cada densidad de corriente respecto al PTFE y retrasando la densidad de corriente límite. El PFPE también demuestra un gran aumento del potencial y la densidad de potencia de la célula, aunque presenta mayores problemas de difusión a altas densidades de corriente. Los resultados del PFA evidencian sus problemas en la gestión del agua a altas densidades de corriente, especialmente para altas temperaturas. El análisis de los espectros de impedancia obtenidos con la EIS confirma los resultados de las curvas de polarización y evidencian que la mejor alternativa al PTFE para el tratamiento del GDM es el FEP, que por sus mejores características hidrófobas reduce las pérdidas por concentración con una mejor gestión del agua en el cátodo.