Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculo de revisin

 

Uso del modelamiento fsico-matemtico en la carrera de Recursos Naturales Renovables

 

Use of physical-mathematical modeling in the career of Renewable Natural Resources

 

Uso de modelagem fsico-matemtica na carreira de Recursos Naturais Renovveis

John Oswaldo Ortega-Castro I

[email protected]

https://orcid.org/0000-0001-8197-7371

 

Juan Enrique Urea-Moreno II

[email protected]

https://orcid.org/0000-0001-7576-4847

 

Gonzalo Alexander Alarcn-Moyano III

[email protected]

https://orcid.org/0000-0002-2443-9160

 

Correspondencia: [email protected]

 

 

*Recibido: 30 de mayo de 2021 *Aceptado: 30 de junio de 2021 * Publicado: 30 de julio de 2021

 

 

        I.            Magister en Docencia y Currculo para la Educacin Superior, Magister en Gestin de Energas, Ingeniero en Electrnica, Formacin de Formadores, Instalacin y Mantenimiento de Equipos Electrnicos y Elctricos, Prevencin En Riesgos Laborales, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Ecuador.

     II.            Master Oficial En Ciudad Y Arquitectura Sostenibles, Ingeniero Civil, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Ecuador.

  III.            Magister en Direccin de Operaciones y Seguridad Industrial, Magister en Ergonoma, Ingeniero en Produccin Industrial, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Ecuador.

 

 

Resumen

Los modelos fsicos y los modelos matemticos son instrumentos predictivos, interpretativos y explicativos de una realidad en estudio sea esta en el campo de las ciencias naturales como sociales. Este estudio tuvo como objetivo general explorar el uso del modelamiento fsico-matemtico en la carrera de Recursos Naturales Renovables. Para ello, se recurri a una metodologa documental- bibliogrfico. La obtencin de la informacin se realiz mediante una bsqueda en la bases de datos de naturaleza acadmica, as se revisaron artculos, tesis, libros y posteriormente se seleccion y organiz la indagacin tomando en cuenta la relevancia y pertinencia para esta investigacin, luego se sistematiz y se efectu el anlisis de contenido. Entre las conclusiones ms notables, se tiene que los modelos matemticos y fsicos frecuentemente son necesarios en las diferentes disciplinas del conocimiento y el campo de la carrera de Recursos Naturales Renovables no es ajeno a ello, pues las principales dificultades que se presentan en las ciencias ambientales, en muchos casos precisa de los citados modelos para analizar el contexto, obtener los resultados y as aportar la solucin de las mismas.

Palabras clave: Modelamiento; interpretacin; recursos naturales; soluciones.

 

Astract

Physical models and mathematical models are predictive, interpretive and explanatory instruments of a reality under study, be it in the field of natural and social sciences. The general objective of this study was to explore the use of physical-mathematical modeling in the Renewable Natural Resources career. For this, a documentary-bibliographic methodology was used. Obtaining the information was carried out by means of a search in the databases of an academic nature, thus articles, theses, books were reviewed and later the investigation was selected and organized taking into account the relevance and pertinence for this research, then it was systematized and content analysis was performed. Among the most notable conclusions, it is had that mathematical and physical models are frequently necessary in the different disciplines of knowledge and the field of the Renewable Natural Resources career is not alien to it, since the main difficulties that arise in environmental sciences In many cases, it requires the aforementioned models to analyze the context, obtain the results and thus provide the solution for them.

Keywords: Modeling; interpretation; natural resources; solutions.

 

Resumo

Os modelos fsicos e os modelos matemticos so instrumentos preditivos, interpretativos e explicativos de uma realidade em estudo, seja no campo das cincias naturais e sociais. O objetivo geral deste estudo foi explorar o uso da modelagem fsico-matemtica na carreira de Recursos Naturais Renovveis. Para isso, foi utilizada uma metodologia bibliogrfica documental. As informaes foram obtidas por meio de uma busca em bases de dados acadmicas, desta forma artigos, teses, livros foram revisados e posteriormente a investigao foi selecionada e organizada levando-se em considerao a relevncia e pertinncia para esta pesquisa, em seguida foi sistematizada e realizada anlise de contedo. Entre as concluses mais notveis, tem-se que os modelos matemticos e fsicos so frequentemente necessrios nas diferentes disciplinas do conhecimento e o campo da carreira dos Recursos Naturais Renovveis no lhe estranho, visto que as principais dificuldades que surgem nas cincias ambientais em muitos casos , requer que os modelos acima mencionados analisem o contexto, obtenham os resultados e, assim, forneam a soluo para os mesmos.

Palavras-chave: Modelagem; interpretao; recursos naturais; solues.

 

Introduccin

Los modelos fsicos y los modelos matemticos son instrumentos empleados frecuentemente para interpretar objetivamente situaciones acaecidas en un escenario en concreto pertenezcan estas a las ciencias naturales o a las ciencias sociales. Tal como afirma (Rojo, 2001) la matemtica junto a la fsica busca otorgar aspectos predictivos y explicativos que permitan conferir significados y correspondencia que lleven a entender los sucesos que se producen enmarcados en una realidad en estudio en diferentes campos de la ciencia moderna. Asimismo, (Wartofsky, 2000) dice que cuando se interpretan hechos (objetos o procesos) y se puede razonar a partir de ellos y lo que es ms importante en direccin a ellos, lo que se busca no es otra cosa que la explicacin.

De all pues, (Roldn, 2019) seala que los modelos matemticos son utilizados para analizar la relacin entre dos o ms variables. Pueden ser utilizados para entender fenmenos naturales, sociales, fsicos, entre otros. Ligado a ello, (Rojo, 2001) asevera que para poder plantear matemticamente cuestiones vinculadas con el mundo fsico, se crearon modelos fsicos, sustitutos simplificados, susceptibles de tratamiento matemtico de los sistemas a los que se referan.

En funcin de lo anterior, hoy en da, a escala global, segn admite (Chvez, Sabn, Toledo, & Jimnez, 2013) se ha incrementado la necesidad de introducir en las investigaciones los modelos y las herramientas matemticas de avanzada, puesto que permiten la toma de decisiones ptimas, la eficiencia y el logro de empeos superiores en las diferentes reas del conocimiento. Todo lo anterior especialmente, se adecua al panorama del campo de estudio de la Carrera de Ingeniera en Recursos Naturales Renovables, cuya aplicacin, a decir de (Lizana, Schwartz, & et al, 2012) favorece el desarrollo de mtodos y criterios de produccin, mejoramiento y administracin del rea ambiental, contribuyendo as al desarrollo econmico del pas.

Hay que mencionar que modelar probablemente sea la ms notoria de las prcticas inherente a la ingeniera que mantiene su total vigencia, dado la complejidad en todos sus aspectos y dimensiones de la disciplina, y de ah el papel fundamental que cumple el modelamiento en ella en los procesos de comprensin de la realidad. (Drachman & De Groot, 2013). Luego, es importante destacar que en su evocacin ms amplia, el modelo de un fenmeno es un conjunto de representaciones formales, que incorpora sin ambigedad los conocimientos adquiridos mediante todas las fuentes pertinentes sobre el fenmeno de inters para el estudio. (Franco, 2013)

Teniendo en cuenta estos planteamientos y las necesidades de un creciente desarrollo cientfico de la nacin en el campo de la ingeniera, se presenta este estudio el cual tuvo como objetivo general explorar el uso del modelamiento fsico-matemtico en la carrera de Recursos Naturales Renovables.

 

Desarrollo

Los modelos, de alguna manera, describen los fenmenos o procesos fsicos [] las descripciones que proveen los modelos de los fenmenos no pretenden ser fidedignas al fenmeno; ms bien, las descripciones se hacen interpretando al fenmeno desde una teora o marco conceptual, precisamente a travs del modelo. (Rolleri, 2013). De este modo, los modelos cientficos, son usados en distintos campos del conocimiento como fsica, qumica, biologa, astronoma, paleontologa, economa, ingeniera u otros, para explicar eventos tanto en las ciencias naturales como en las ciencias sociales.

El mbito del quehacer de la ingeniera de Recursos Naturales Renovables, no est exento del desarrollo y uso de modelamientos fsico-matemticos para el estudio de problemas medioambientales como por ejemplo el cambio climtico y la crisis energtica, la aplicacin de tcnicas de modelamiento en esta rea considera la interpretacin de lo que acontece en el ambiente desde la perspectiva de la gestin del uso y conservacin de los recursos naturales renovables, siendo que los modelos cientficos, frecuentemente emplean un formalismo matemtico (Bailer-Jones, 2008),

En tal sentido, el lenguaje de los modelos permite describir los fenmenos asociados con los recursos naturales, segn (De Len, 2021) el cambio climtico, el mantenimiento de la biodiversidad, el combate a la contaminacin, el control de las epidemias, la sostenibilidad del mar, la prevencin de desastres naturales (volcanes, terremotos, tsunamis) e inducidos (incendios), se rigen por ecuaciones y, en que el papel de las matemticas es esencial.

La utilizacin de modelos no solo es til para la comprensin y descripcin de los fenmenos asociados a los recursos naturales renovables y no renovables, sino tambin ayudan a en algunos casos a predecirlos y de este modo poder controlarlos. En este contexto, (De Len, 2021) destaca que la Tierra est sometida a procesos dinmicos de continuos cambios; la descripcin de estos procesos requiere modelos matemticos, la mayora de una enorme complejidad para entenderlos, y en consecuencia, ayuda a anticiparlos y controlarlos o, en ltima instancia, a paliar en todo lo posible sus efectos. Relacionado con esto, (Chvez, Sabn, Toledo, & Jimnez, 2013) dice que la modelacin entendida como el proceso mediante el cual un investigador construye un modelo que representa un objeto o sistema real, es una herramienta para resolver determinados problemas.

Vinculado a lo anterior, (Silva, 2018) manifiesta que la modelizacin matemtica es un proceso de obtencin de un modelo matemtico a partir de un fenmeno real que, se usa para solucionar un problema de otras ciencias; donde los conceptos matemticos emergen travs de un proceso de abstraccin y simplificacin del fenmeno. Es as que, en el terreno de la ingeniera en recursos naturales renovables las herramientas matemticas permiten analizar un fenmeno o crear un modelo fsico-matemtico para reflejar la realidad que corresponde a su entorno y, de esta forma proponer opciones de solucin a los problemas en las diferentes dimensiones concernientes a la conservacin de los recursos naturales renovables.

Por lo expuesto, se entiende la importancia que tiene el uso de los modelos en la rama de la ingeniera en recursos naturales renovables para poder establecer relaciones entre variables, por ejemplo relacin entre la utilizacin de energas limpias y la minimizacin de emisiones de gases de efecto invernadero a la atmosfera; as como optimizar la utilizacin del recurso hdrico para su conservacin para las generaciones futuras; reduccin de la degradacin de la deforestacin y de la desertificacin, uso de energas renovables, con criterios de conservacin y proteccin, utilizando modelos matemticos y la Tecnologa como elementos esenciales de la labor cientfica en la actualidad, la unin de estos instrumentos conduce a la aplicacin de mtodos de simulacin, que permiten aplicar tcnicas para obtener mediciones y observaciones que le permiten coleccionar un conjunto de datos que reflejan el comportamiento de un determinado fenmeno.

El avance alcanzado por las nuevas tecnologas ha facilitado los medios de cmputo existiendo un conjunto de programas matemticos para la simulacin de fenmenos que pueden ayudar al especialista a darle solucin a diversas problemticas asociadas a la proteccin y conservacin de los recursos renovables, tal es el caso de Ashes un software que realiza anlisis integrados de turbinas elicas en tierra (onshore) y en alta mar (offshore). Cuenta con una funcin para estar monitoreando en 3D la turbina durante las simulaciones para as ver las cargas de viento y olas y la respuesta resultante de la turbina elica en tiempo real y en vivo. En cualquier momento, la velocidad de simulacin se puede aumentar o disminuir y se pueden estudiar de cerca diferentes partes. (Gmez, 2019)

De lo anterior se desprende que los modelos de simulacin ambiental son herramientas que pretenden simular el comportamiento de sistemas complejos a partir de datos fsicos, qumicos o hidrolgicos que deben dar un resultado acerca de qu consecuencias podra tener un proyecto o instalacin nueva a nivel medioambiental. (Barriach, 2015 )

La modelacin articulada y diseada utilizando aplicaciones y programas de las nuevas Tecnologas de informacin y comunicacin (TICS), tiene una base fuerte en teoras fsicas y matemticas, permite procesar las diferentes variables del anlisis matemtico en un programa de computador y se puede observar el comportamiento del objeto de estudio para, de este modo, establecer los requerimientos del dispositivo real. As, se hace palpable algunos rasgos caractersticos de los modelos en fsica, tales como: 1) consisten en interpretaciones de fenmenos o cosas que acontecen; 2) involucran idealizaciones o simplificaciones; 3) tambin involucran la seleccin de unos aspectos del fenmeno y la omisin de otros (Rolleri, 2013). Todo lo cual permite generar conocimiento nuevo o comprobar el ya existente en la bsqueda de soluciones a problemas reales en un rea concreta del saber, que para el caso que nos ocupa esta direccionada a los anlisis de impacto como en la gestin de los recursos naturales.

 

Conclusiones

Los modelos matemticos y fsicos frecuentemente son necesarios en las diferentes disciplinas del conocimiento y el campo de la carrera de Recursos Naturales Renovables no es ajeno a ello, pues las principales dificultades que se presentan en las ciencias ambientales, en muchos casos precisa de los citados modelos para analizar el contexto, obtener los resultados y as aportar la solucin de las mismas.

De este modo se precisa de una formacin slida no solo en aspectos concernientes a los recursos naturales renovables por parte del profesional, sino tambin conocimientos significativos en matemticas, fsica y en las nuevas Tecnologas de Informacin y Comunicacin (TICS), para llevar a cabo la representacin del modelo del fenmeno de la realidad que se desea estudiar, y as procesar las diferentes variables del anlisis matemtico en un programa de computador, observar el comportamiento del objeto de estudio y, de este modo, establecer las conclusiones pertinentes sobre el dispositivo real.

En consecuencia, se entiende que los modelos, de alguna manera, describen los fenmenos o procesos fsicos de la realidad y de ah, la importancia del uso modelos matemticos y fsicos en el campo de la ingeniera en recursos naturales renovables como forma de observar y obtener datos concretos en situaciones ambientales como la proteccin y cuidado de los recursos hdricos, el uso de energas limpias para minimizar el efecto invernadero, entre otras, en la tarea de aportar soluciones o en todo caso atenuar en todo lo posible sus efectos sobre el medioambiente.

 

Referencia

1.           Bailer-Jones, D. (2008). Standing Up Against Tradition Models and Theories in Nancy Cartwrights Philosophy of Science en S. Hartmann, C. Hoefer y L. Bovens (eds.). Nancy Cartwrights Philosophy of Science, Nueva York / Londres, Routledge Studies in the Philosophy of Science, pp. 17-37.

2.           Barriach, J. (2015 ). Para qu sirven los modelos de simulacin ambiental? https://www.emagister.com/blog/para-que-sirven-los-modelos-de-simulacion-ambiental/.

3.           Chvez, D., Sabn, Y., Toledo, V., & Jimnez, Y. (2013). La Matemtica: una herramienta aplicable a la Ingeniera Agrcola. Revista Ciencias Tcnicas Agropecuarias Vol. 22, No. 3. ISSN -1010-2760, RNPS-0111. San Jos de las Lajas,Mayabeque, Cuba, pp. 81-84.

4.           De Len, M. (2021). Matemticas para un mundo sostenible. Ciencia, investigacin y Medioambiente. https://www.bbvaopenmind.com/ciencia/matematicas/matematicas-para-un-mundo-sostenible/, pp.1-7.

5.           Drachman, R., & De Groot, R. (2013). El modelamiento en economa. Captulo 3. En L. Maldonado, El modelamiento matemtico en la formacin del ingeniero (pg. pp.207). Colombia: Ediciones Universidad Central.

6.           Franco, H. (2013). Validacin de modelos desde la perspectiva epistemolgica. Captulo 2. En L. Maldonado, El modelamiento matemtico en la formacin del ingeniero (pg. pp.207). Colombia: Ediciones Universidad Central.

7.           Gmez, E. (2019). Herramientas de software para energa elica. LIENE, Escuela de Ingeniera Electromecnica, Instituto Tecnolgico de Costa Rica, pp.1- 29.

8.           Lizana, L., Schwartz, M., & et al. (2012). Catlogo Acadmico del Ingeniero en Recursos Naturales Renovables. Universidad de Chile, Santiago de Chile, pp.128.

9.           Rojo, O. (2001). Modelos fsicos y modelos matemticos. Instituto Politcnico Nacional- CIECAS-PESTyC. Mxico, D. F, pp.1-7.

10.       Roldn, N. (2019). Modelo matemtico. Economipedia.com.

11.       Rolleri, J. (2013). Qu son los modelos fsicos? Universidad Autnoma de Quertaro. Dialnet-QueSonLosModelosFisicos-5077692.pdf, pp.271-288.

12.       Silva, C. (2018). Estrategia de Modelacin matemtica para la comprensin de un fenmeno fsico de variacin. Universidad Externado de Colombia. Bogot, Colombia. Trabajo de Titulacin, pp.96.

13.       Wartofsky, M. (2000). Sistemas Formales, Modelos y Representacin de los Hechos. Introduccin a la Filosofa de las Ciencias. Madrid: Alianza Editorial.

 

 

 

 

2020 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/)

 

 

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