Articulo final CULTIVOS HIDROPONICOS

Vista previa del material en texto

PROCESO DE DISEÑO EN INGENIERÍA ORIENTADO A LA PROBLEMÁTICA: “POCA DISPONIBILIDAD DE AGUA POTABLE EN LAS COMUNAS 9,10, 11 Y 12 DEL MUNICIPIO DE BUENAVENTURA”
DANIELA CAMPO
LESLY JARA
CRISTHIAN RIOS
NIGER RAYO
Universidad Autónoma de Occidente
RESUMEN
El diseño surgió para dar respuesta a las necesidades generadas por el contexto,  con una gran responsabilidad en la sociedad. Por ello, es de vital importancia estudiar un problema en su conjunto y recopilar una gran cantidad de datos, lo cual permite, que se realice un proceso estructurado obteniendo una respuesta al problema.
Para esto, el diseño como actividad proyectual propone un proceso de orden lógico encaminado a la resolución del problema, el cual consta de 3 macro etapas: analítica, creativa y ejecutiva.
En la etapa de análisis, se definen el problema y las necesidades de una población determinada, se realiza el respectivo análisis del usuario (implementando varios métodos de indagación) y se obtiene un perfil de este.
Después viene la etapa creativa, donde se generan alternativas de manera ingeniosa  para dar solución a la problemática, abarcando la mayor cantidad de criterios posibles, ya que esta debe estar guiada en torno al usuario; para posteriormente seleccionar la alternativa más viable y desarrollar correspondiente análisis funcional.
Para finalizar, la etapa ejecutiva, la cual comienza re-definiendo el problema en términos de parámetros, para después dar paso a la fabricación, en donde se definen materiales, planos, procesos de producción y comercialización de la solución.
A lo largo del artículo se ilustrará como ejemplo la problemática de la poca disponibilidad de agua potable en las comunas 9,10, 11 y 12 del municipio de Buenaventura, desarrollando el proceso nombrado anteriormente, además de mostrar cómo se halló finalmente la mejor solución. Cabe resaltar que este proyecto se encuentra encaminado al cumplimiento del objetivo de la ONU conocido como “agua limpia y saneamiento”.
Palabras claves: “Diseño conceptual”, “problema”,  “necesidad”, “metodología”, “agua”
1. Introducción
El diseño se puede definir como una “disciplina proyectual integradora de conocimientos con el fin de generar innovación por medio de respuestas que satisfacen necesidades generadas por el contexto y sus actores”, el cual tiene como objetivo dar respuesta a un problema de cualquier naturaleza y relación con las personas. Según Norton, se define como el proceso de aplicar diversas técnicas  y principios científicos con el objeto de definir un dispositivo, un proceso o un sistema suficiente detalle para permitir su realización.
En este sentido, para poder responder a estas problemáticas es necesario indagar, además de tener curiosidad en todo momento, imaginación, objetividad, creatividad, comunicación nítida, entre otros. La capacidad de diseñar está relacionada con una manera o estructura particular de pensar y actuar, que permite y mejora la posibilidad de dar soluciones a problemas de una forma creativa. 
2. Metodología
Para resolver un problema en ingeniería se propone el siguiente proceso el cual consta de 3 macro etapas: analítica, creativa y ejecutiva.
 2. 1. Etapa analítica 
Al momento de llevar a cabo la configuración del problema de diseño que se va a abordar, se debe tener en cuenta la dimensión humana, tecnológica y contextual del mismo, esto con el fin de conseguir que el diseño que dará solución al problema abordado y logre suplir la necesidad del público objetivo.
Primero se procede a la definición del problema, teniendo en cuenta que “un problema es una cuestión que se propone con la finalidad de aclararla o resolverla utilizando una metodología determinada”. Los problemas son relativos a personas, es decir que solo tienen sentido en relación con grupos específicos, por lo que se hace necesario definirlos en su conjunto.
Enfatizando en la problemática a tratar, Buenaventura cuenta con 997 conexiones intradomiciliarias de acueducto y alcantarillado que solo abarca el 59.87%, poco más de la mitad del municipio, lo cual no es suficiente para que las familias bonaverenses tengan acceso al recurso hídrico a diario. Las comunas más afectadas por falta de acueducto son la 9, 10, 11 y 12, por lo que deben abastecerse con 8 carros tanques, sin embargo estos llevan un nivel de agua muy bajo.
Al ser uno de los puertos principales en Colombia y teniendo en cuenta gran cantidad de recursos que entran a la ciudad, la situación es preocupante; los habitantes de esta comunidad a falta del suministro del líquido, optan por recoger agua lluvia y así poder suplir sus necesidades básicas. En Buenaventura el promedio de cielo cubierto y precipitación varía poco en el transcurso del año, la parte más nublada comienza aproximadamente el 18 de febrero, dura de 8 a 9 meses y se termina aproximadamente el 15 de noviembre.
 
Con el fin de comprender mejor el problema, se utiliza el método árbol de problemas que ayuda identificar el problema y organizar la información recolectada, facilitando el análisis causa-efecto de la situación abordada; en el tronco de este se ubica la problemática en cuestión, de la base del árbol (raíces) se colocan las causas y hacia arriba donde irían las ramas se encuentran los efectos. A continuación se presenta un ejemplo de árbol de problemas sobre la problemática poca disponibilidad de agua potable en las comunas 9,10, 11 y 12 del municipio de Buenaventura.
Figura 1. Árbol de problemas 
2.1.1 Análisis del usuario
Seguidamente se identifican las necesidades del usuario con el objetivo de crear un canal directo entre los desarrolladores del producto y los clientes de un mercado específico, de tal modo se asegura que el producto esté enfocado a la necesidad de estos. Esta recopilación de información se puede llevar a cabo por distintos métodos de indagación como entrevistas, lectura de textos, encuestas, observación, entre otros. 
Con la información recolectada a partir de los diferentes métodos de indagación, se procede a crear un mapa de empatía, el cual es una herramienta que permite entender mejor a los clientes, a través de un conocimiento más profundo del mismo, su entorno y su visión única del mundo y de sus propias necesidades. A continuación se ilustra el mapa de empatía correspondiente a la problemática abordada anteriormente donde se muestra el perfil del cliente junto con lo que él piensa, siente, ve, oye, dice y hace; además de sus debilidades y fortalezas.
Figura 2. Mapa de empatía
2.1.2 Atributos de diseño
Posteriormente de entender lo que el cliente  quiere para su solución, se procede a establecer los atributos, es decir los parámetros de diseño tomados a partir de la fuente a analizar. Es necesario identificar la necesidad correcta acorde a las declaraciones del cliente, para posteriormente transformar sus deseos en requerimientos.
De estos atributos aparecen diferentes clases, lo que permite que la lista de atributos de diseño se pueda catalogar en objetivos, restricciones, funciones y medios.
· Objetivos: Son los requerimientos escalares que se procuran alcanzar y expresan lo que el diseño será.
· Restricciones: Es decir las limitaciones en un comportamiento, valor u otro aspecto del desempeño del objeto diseñado y se formulan como límites claramente definidos.
· Funciones: Son las acciones que el objeto diseñado debe realizar para ser exitoso.
· Medios: Son las formas de ejecutar las funciones que el diseño debe realizar.
Después de la clasificación de la lista de atributos, se selecciona para trabajar únicamente con los objetivos y las restricciones. Para una mejor comprensión de los objetivos es necesario realizar una agrupación de una manera coherente y así continuar con la clasificación para construir un esquema jerarquizado, cual será presentado por medio de un árbol de objetivos.
Seguidamente, se identifica la importancia relativa de un objetivo con respecto a los otros por medio de una tabla de comparación por pares y de esta manera se ordenan como corresponde, debidoa que algunas veces el cliente expresa preferencias claras y fuertes, así que el equipo de diseño no tiene que hacer una clasificación formal. De tal modo se determina cuales tienen una mayor relevancia, donde a partir de esto, se construye el árbol de objetivos ponderado. El siguiente árbol ponderado corresponde a la problemática abordada en el transcurso del artículo, los valores de la derecha revelan la ponderación de los objetivos respecto a la meta, y los de la izquierda respecto al nivel inmediatamente anterior.
Figura 3. Árbol de objetivos ponderado
Una vez culminada la ponderación del árbol de objetivos se da paso a la lectura del mismo, analizando los respectivos niveles y grupos interpretando sus valores correspondientes.  Esto dará una mayor claridad al grupo de desarrollo de diseño saber en que debe enfocarse para lograr la meta y cuáles son los objetivos para llegar a los conceptos de desarrollo que percibirá el cliente en su meta. Acorde al diagrama presentado anteriormente, la alternativa de solución deberá estar constituida por materiales rígidos de alta resistencia y en lo posible sin filo, con el fin de incrementar su seguridad; además no deberá ser muy grande por lo que se recomienda un sistema modular, el cual permitirá una fácil instalación, mantenimiento y uso, unido a una apariencia visualmente estética.
2.1.3 Briefing de diseño
El Brief es el conector entre las dos primeras macro etapas, ya que contiene la transferencia de información del cliente al equipo de diseño y permite que este focalice sus actividades en la dirección adecuada.  Los elementos clave para su adecuada formulación son: brevedad de los enunciados, claridad de las expresiones y precisión en las palabras. De esta manera el proyecto cumplirá con los requerimientos a satisfacer de todos los contenidos, además de interpretarlos de manera creativa. Para conocer el brief correspondiente a este proyecto, ver Anexo 1.
2.2 Etapa creativa
Después de establecer los atributos del diseño y las características para satisfacer la necesidad del cliente, se generan las posibles alternativas de solución, siendo estas diferentes maneras de resolver el problema y se determina claramente lo que el objeto debe hacer.
 
2.2.1 Generación de concepto de diseño
Enseguida del brief se procede a generar el concepto, siendo este el punto de partida del proceso de diseño; se estructura en función de las necesidades generadas por un cliente y a partir de este se empiezan a desarrollar sus primeras aproximaciones visuales a través de bocetos del producto que se va a desarrollar. El concepto permite la comprensión dinámica del producto con el fin de mostrar las mejores características del mismo, es por esto que incluye atributos tangibles e intangibles del producto, además de proporcionarle el valor agregado que generará preferencia sobre la oferta actual en el mercado. A continuación, se muestra el concepto de diseño para el producto a diseñar:
“Sistema de filtrado y almacenamiento de aguas lluvias fabricado con Policluro de vinilo, polietileno de baja densidad y/o polímero de isopreno, garantizando la resistencia a factores climáticos adversos, que incorpora tecnología de carbón activado y sistemas de mallas para el proceso de depuración; de fácil manipulación, con acabado liso en su gran mayoría, sin dejar de lado la inclusión de relieve en algunas zonas que lo convertirán en un dispositivo agradable a la vista de la comunidad bonaverense de bajo estrato socio-económico, afectados por la falta de agua y deficiencia en la calidad de la misma; cuyo factor de innovación radica en el beneficio de adaptar un sistema de purificación de gran escala en forma doméstica y accesible, ya que su forma y composición garantizan un funcionamiento eficaz por un bajo costo, además de facilitar las labores de limpieza y reparación del dispositivo.”
2.2.2 Desarrollo de alternativas
Una vez el concepto de diseño está claro, se procede a la generación de ideas donde cada miembro del equipo de diseño presenta diferentes alternativas de solución, esto con el fin de poder evidenciar en detalle las propuestas que se tienen en mente y explotar al máximo la creatividad. Existen diversas técnicas para la generación de ideas, como por ejemplo micro dibujos, biomimética, lluvia de ideas, etc. Como ejemplo, a continuación se muestra la solución propuesta por la estudiante Daniela Campo:
Figura 4. Propuesta de solución
 
Posterior a la selección de la alternativa por parte de cada estudiante, es necesario realizar el análisis funcional de la misma, lo que permitirá comprenderla a profundidad y así poder evaluarla de forma objetiva posteriormente
2.2.3 Análisis funcional
Primero se debe tener en cuenta que una función es lo que debe hacer el objeto desarrollado para así determinar si puede ser un producto exitoso. Para ello nos basaremos en los atributos elaborados anteriormente y se utilizaran “ las funciones y los medios”. También se distinguen dos tipos de funciones: las primarias, es el procedimiento que el proyecto está diseñado para cumplir, y las subfunciones, es decir funciones adicionales necesarias para realizar la función primaria. El análisis funcional, consta de caja negra, caja transparente y árbol de medios y funciones.
2.2.3.1 Diagrama de la caja negra
El primer paso es definir la función primaria, la cual irá en el centro de la “caja negra”, de esta manera determinar cuáles serán las entradas necesarias para llevar esta función y que salidas se obtendrán a partir de esta. 
Figura  5. Caja negra.
2.2.3.2 Diagrama de la caja transparente
El siguiente paso es determinar las subfunciones necesarias para cumplir con la función primaria y de esta manera representar la relación entre las funciones y las subfunciones, con el fin de establecer una estructura funcional óptima y acercarlo a las posibles soluciones.
Figura 6. Caja transparente.
2.2.3.3 Árbol de medios y funciones
Una vez el grupo de diseño determina y analiza las funciones y subfunciones, se organizan de una forma clara y lógica, para representar esto se utiliza un esquema de árbol, en donde estarán las funciones y medios. En el nivel más alto del diagrama se ubica la función principal que se debe lograr y entre cada nivel se alternan entre funciones y los medios, complementando así su análisis con las implementaciones necesarias para lograr que estas funciones y subfunciones se realicen.
Figura 7. Árbol de medios y funciones.
2.3 Etapa ejecutiva
Después de que cada integrante del equipo de diseño ha escogido su propuesta para dar solución a la problemática, y le ha realizado su respectivo análisis funcional,  se inicia la etapa de “implementación” o etapa ejecutiva, haciendo uso del modelo AHP para elegir la alternativa más viable acorde a los atributos previamente establecidos, posterior a esto se establecen los criterios técnicos para finalmente implementar la propuesta definitiva con sus respectivas mejoras.
2.3.1 Desarrollo formal
2.3.1.1 AHP (Analityc Hierarchy Process )
Para evaluar la mejor alternativa se hace uso del Proceso Analítico Jerárquico (AHP), este es un modelo multicriterio utilizado para resolver problemas de compleja de decisión. Cabe resaltar que el resultado de este modelo puede variar dependiendo de la opinión de cada integrante del grupo de diseño, ya que está basado en el juicio de las personas que están buscando solucionar un problema, usando múltiples criterios. 
En este método se evalúa el criterio entre cada una de las alternativas y luego se repite el proceso por cada criterio, finalmente se evalúa cada criterio con respecto al objetivo. Estos valores hallados se pueden representar con mayor claridad por medio de la siguiente estructura jerárquica.
Figura 8. Jerarquía AHP.
Una vez realizado el proceso del AHP se obtiene el orden priorizado de las opciones, lo cual permite tomar una decisión final a partir de una serie de cálculos matemáticos mostrados a continuación:
 0,485
 0,144
 0,154
 0,252
Se debe tener en cuenta quepueden combinarse alternativas llegado el caso de que tuvieran valores de ponderación muy cercanos. Con base en el análisis anterior, la propuesta seleccionada fue la de la estudiante Daniela Campo con un porcentaje de 48,5%, ya que se destaca en aspectos como accesibilidad, seguridad, calidad del agua obtenida y diseño innovador. A pesar de que ninguna otra propuesta obtuvo un porcentaje cercano a la seleccionada, se analizaron nuevamente las distintas alternativas con el fin de implementar todas las mejoras posibles a la propuesta final, obteniendo el siguiente resultado:
Figura 9. Alternativa de solución mejorada
2.3.1.2 Criterios técnicos
Un criterio técnico o especificación técnica se define como “la descripción precisa de lo que el producto tiene que hacer” (Ulrich, 2004). 
Una vez identificadas las necesidades del cliente y los atributos de diseño, se parte de los objetivos (Figura 3. Árbol de objetivos) para generar los criterios técnicos, es decir, establecer en términos de límites precisos lo que se debe lograr. Las especificaciones técnicas se representan en términos de características medibles que pueden ser implementadas para análisis y diseño de ingeniería, estas pueden ser especificaciones prescritas, especificaciones de procedimiento o especificaciones de desempeño.
Tabla 1. Criterios técnicos.
2.3.2 Desarrollo de la mejor solución
Por último, se lleva a cabo la alternativa de solución escogida a lo largo del proceso de diseño. Cabe resaltar que en este punto de la metodología, el producto puede continuar evolucionando, por lo que se llegó a un nuevo diseño:
Figura 10. Propuesta definitiva
La figura mostrada anteriormente ilustra un diseño innovador, el cual consiste en una extensión del tejado que se ubicará en la parte delantera del hogar, esta a su vez está compuesta por diversos módulos de cultivos hidropónicos, cuya función principal es filtrar el agua lluvia y redireccionarla hacia un tanque de almacenamiento a través de una serie de tuberías PVC
 
Un cultivo hidropónico se refiere a una técnica de cultivo sin suelo, donde la tierra se sustituye con un medio inerte, tal como arcilla expandida, fibra de coco, lana de roca o zeolita. En vista del alto porcentaje de precipitaciones en la localidad objetivo, este modelo favorece en gran medida la comunidad afectada ya que, además de tener la capacidad de filtrar el agua lluvia y aprovecharla al máximo, permitirá a cada familia cultivar alimentos, aportando a su economía y calidad de vida. Teniendo en cuenta la anterior, por medio de esta alternativa no solo se daría cumplimiento al objetivo de desarrollo sostenible propuesto (agua limpia y saneamiento), sino que también se realiza un aporte al objetivo conocido como “hambre cero”
3. Conclusiones
En conclusión, la metodología del diseño conceptual es una herramienta muy útil, ya que permite abarcar todos los aspectos importantes para la resolución de un problema; se inicia con un proceso divergente, debido a su amplio campo de recopilación de información, donde se va seleccionando la mejor opción llevándolo así, a un proceso convergente. 
El diseño se considera una actividad proyectual, pues es necesario seguir una serie de pasos con orden lógico para lograr una meta; es de suma importancia llevar a cabo cada uno estos pasos, para que de esta manera la solución satisfaga la necesidad planteada en la mayoría de ámbitos. Por otro lado, es importante resaltar la relevancia de esta metodología para la ingeniería, ya que estimula la generación de ideas y permite dar solución de manera creativa a los problemas, teniendo en cuenta que este va ligado a un contexto y un usuario en específico, que a su vez, son el centro de estudio.
4. Referencias
· Cross, N. Engineering design methods. Strategies for product design., John Wiley & Sons, 1994.
· Mulet E. Vidal R. Gómez E. Martínez S. Evolución del proceso de diseño con la incorporación de funciones. Universidad Jaume. Universidad Politécnica de Valencia. 2003.
· https://es.scribd.com/document/72673801/Bruno-Munari-Que-Es-Un-Problema
ANEXO 1: Briefing de Diseño
Se requiere un artículo que facilite el estilo de vida de la comunidad bonaverense respecto a la potabilización del agua o en su defecto con la distribución de la misma, para necesidades varias; este articulo debe ser doméstico, duradero, económico, fácil de manejar y con un diseño agradable a la vista, además se debe tener en cuenta que, tratándose de tratamiento de agua, debe ser accesible para realizar la respectiva limpieza o reparación con facilidad, y así prevenir la acumulación de mosquitos con el fin de no generar una problemática adicional.
Buenaventura cuenta con 997 conexiones intradomiciliarias de acueducto y alcantarillado que solo abarca el 59.87% de la ciudad, lo cual no es suficiente para que las familias bonaverenses tengan agua diariamente y de forma continua, además de afectar su economía y salud. En vista de esta situación, los habitantes recurren a la recolección de aguas lluvias al estar favorecidos por un clima pluvioso, sin embargo, la falta de potabilización de la misma les impide realizar actividades relacionadas con alimentación y aseo personal.
La población más afectada por esta situación es la que habita en las comunas 10, 11 y 12, zona considerada de bajo estrato socio económico (1-2), por ende el costo del producto no deberá superar los $150.000. Estas personas acostumbran a economizar recursos lo más posible, ya que no poseen un ingreso mensual muy elevado ($2.000.000); por otra parte, prefieren gastar el agua obtenida en lavar prendas de vestir o losa, dejando a un lado los demás quehaceres del hogar. Entre sus metas se encuentra disponer de agua potable a diario y sin interrupciones, razón por la cual utilizan diversos métodos alternativos, aparte de las aguas lluvias, para la recolección de este preciado líquido, como por ejemplo motobombas o carrotanques.[footnoteRef:1] [1: Información proveniente del mapa de empatía y el perfil del usuario] 
Actualmente en el mercado existen diversos dispositivos enfocados a la potabilización del agua, como plantas móviles, filtros miniatura o rotatorios, rejillas y mallas, micro tamices, sedimentación, productos químicos, entre otros. Entre los mecanismos más comunes se encuentra la osmosis inversa, que vuelve el agua un 10% más potable a través de una membrana que reduce agentes orgánicos más no bacterias; carbón activado, el cual mejora el sabor y dureza del agua al reducir algunos contaminantes; filtros cerámicos, utilizados para remover partículas de gran tamaño; luz ultravioleta, que elimina bacterias más no agentes químicos contaminantes; y los descalcificadores, que permite eliminar la cal disuelta en el agua y tiende a ser complementado con un filtro de osmosis. En adición a esto también existen alternativas como las plantas desalinizadoras, que a pesar de ser bastante efectivas en su labor, poseen costos demasiado elevados, por lo que no son rentables. Teniendo en cuenta todo lo anterior, es posible realizar diversas mejoras a los dispositivos existentes, como la miniaturización y adaptación a nivel domiciliario, ampliación de su porcentaje de efectividad, disminución de costos, combinación de varios métodos, entre otras.
A pesar de existir diversos métodos para disipar la problemática como los mencionados con anterioridad, los usuarios expresan el deseo de un filtro de aguas lluvias, sin embargo, lo que realmente necesitan es una alternativa que permita mejorar la calidad del agua que llega a sus hogares por diversos medios, además de ayudar a una mejor distribución y/o reutilización del recurso hídrico empleado. Cabe resaltar que dicha alternativa debe estar en capacidad de almacenar el agua tanto en su estado inicial como potabilizada, además de permitir acceder con facilidad al recurso resultante; en adición a esto, debe ser duradera, pues no podrá oxidarse o deteriorarse con el clima ni liberar químicos que contaminen el líquido, por lo que se recomienda eluso de materiales como plásticos o polímeros sintéticos para las zonas de almacenamiento, además de la inclusión de un desagüe y mallas que eviten la proliferación de mosquitos.
Para el diseño de este producto se tiene estipulado un tiempo de 17 semanas, lo que equivale a 4 meses aproximadamente desde el inicio del proyecto; en base a estos tiempos, la fecha de entrega del diseño está programada para el 16 de noviembre de 2018.