Analysis of the
influence of the Mazar Hydroelectric reservoir on the bioclimate of the cit=
y of
Paute.
Johnny Javier Pacheco Pacheco.[1= ] & Carlos Marcelo Matovelle Bustos.[2] <= o:p>
Recibido:
03-02-2021 / Revisado: 12-02-2021 /Aceptado: 03-03-2021/ Publicado: 05-04-2=
021
The construction of a hydroelectric reservoir
generates an apparent microclimate; manifested in the variation of the
temperature of the surrounding areas. In this research, it is proposed to
demonstrate the alteration of the temperature of the urban area of ​​th=
e Paute
canton located 25 km from the Mazar hydroelectric reservoir, through the
statistical analysis of the annual climatological data obtained from the
National Institute of Meteorology and Hydrology of the Ecuador (INAMHI),
collected by the meteorological station M0138 located at the study point. To
establish the ranges of variation of the climate and issue recommendations =
for
the bioclimatic architectural design of single-family homes in the microcli=
mate
generated, it was necessary to model retrospective, current and prospective
scenarios, for the prospective scenario, climate data was generated with the
METEONORM software and compared with 20-year exponential trend curves. With=
the
climatic data analyzed, we generated scenarios for bioclimate studies. Once=
the
bioclimate studies were obtained, a comparative diagnosis was carried out to
identify the effects of the microclimate on the hours of comfort, cold and
heat. It is observed that the influence of the reservoir generates climate
change, directly altering the bioclimate of the city of Paute, reducing the
hours of comfort. We conclude that the generated microclimate represents a
problem in the bioclimate of the city, for which measures must be taken to
mitigate and adapt to the effects it will have on current and future buildi=
ngs.
Keywords:
Reservoir, biosol, temperature, comfort,
microclimate.
Resumen.
Palabras
claves: Embalse, bios=
ol,
temperatura, confort, microclima.
IntroducciĂłn.
Siendo prioridad de los gobiernos contar con medio=
s de
producciĂłn de energĂa limpia y amigable con el entorno, se ha optado por =
la
construcción de centrales hidroeléctricas que están dentro de la producc=
iĂłn de
energĂa que menos contaminaciĂłn causan al medio ambiente de manera direct=
a,
aunque es necesario considerar efectos secundarios como las posibles variac=
iones
de temperatura en el microclima de la zona de influencia.
“Los recursos hĂdricos son una fuente important=
e de
vida para los seres humanos. Entre sus numerosos beneficios, permiten gener=
ar
energĂa elĂ©ctrica limpia para un porcentaje importante de la poblaciĂłn de
América Latina y el Caribe. De hecho, el 50% de la matriz de generación
eléctrica de la región depende de este recurso” (OLADE, 2019).
Debido a ello durante los últimos treinta años s=
e han
construido en el paĂs algunos proyectos hidroelĂ©ctricos, siendo el proyec=
to
Hidroeléctrico Mazar uno de los más importantes en la región, el cuál u=
tiliza
el caudal del RĂo Paute, está ubicado al sur-este del Ecuador sobre los l=
Ămites
de las Provincias de Azuay y Cañar, perteneciente al cantón Sevilla de Or=
o de
la primera provincia, como se puede observar en la fig. 1. El sitio de las
obras se encuentra en el km 105 de la vĂa Cuenca-Paute-Guarumales-MĂ©ndez,=
entre
las cotas altitudinales de 2 008 a 2 400 msnm. Administrativamente el proye=
cto
está bajo la jurisdicción de las provincias de Azuay y Cañar, en los can=
tones
Azogues, Paute, Guachapala, El Pan y Sevilla de Oro; iniciando trabajos en =
mayo
del 2005, actualmente se tiene en funcionamiento la Presa Mazar, y se reali=
za
generaciĂłn de energĂa en las turbinas. El funcionamiento de la central ap=
orta
con 160 MW para el Sistema Nacional Interconectado.
“Se ha ahondado en la influencia de los proyecto=
s en
la vida de las comunidades campesinas e indĂgenas –en especial-, y desde=
el
campo ecologista se ha trabajado el cĂłmo las grandes obras se constituyen =
en
factores de cambio del sistema ambiental de las zonas de influencia” (Luc=
ero,
2016)
Figura 1.
Ubicación de la Hidroeléctrica Mazar y el centro cantonal de Paute.
Fuente:
ElaboraciĂłn propia.
El proyecto hidroeléctrico Mazar entra en
funcionamiento en el año 2010, creándose en esta fecha un lago artificial=
en el
RĂo Paute, “la creaciĂłn de lagos artificiales conlleva la apariciĂłn de=
notables
alteraciones en los microclimas locales cuyo origen debe relacionarse ante =
todo
con el incremento de la humedad atmosférica en su entorno inmediato” (GA=
RCIA
CODRON, 1994). Por tanto, existe un área afectada en el cual se crea un
microclima debido al cambio de temperaturas. En el presente estudio se
demuestra las variaciones de temperatura antes del embalse (<2010) y lue=
go
del embalse (>2010) analizando datos histĂłricos del clima obtenidos med=
iante
anuarios meteorolĂłgicos de 1982 a 2013 de la instituciĂłn INAMHI especĂfi=
camente
de la estaciĂłn M0138 denominada Paute, ubicada en las siguientes coordenad=
as;
Latitud: 2°48'00,00" S, Longitud: 78°45'46,00" W y altitud: 219=
4 msnm.
donde se encuentra un total de 5014 habitantes en la zona urbana del centro
cantonal de Paute segĂşn el Ăşltimo censo del 2010, siendo el asentamiento =
con
mayor población dentro del área de acción del microclima, por tanto, la =
zona
con mayor construcciĂłn de viviendas unifamiliares.
“Las pequeñas modificaciones climáticas a esca=
la local
inducidas por el hombre han tenido lugar a través de cambios en la composi=
ción atmosférica
y en las condiciones de la superficie terrestre. Alguno de estos impactos
parece ser el resultado o al menos tener como causa Ăşltima la transformaci=
Ăłn de
considerables extensiones de suelo forestal, de pastos y de cultivos en med=
ios acuáticos
artificiales de agua dulce, es decir, en embalses.” (Astorga, 1994)
El estudio de los factores del clima, es de gran
importancia en la actualidad y más aún las proyecciones de los mismos al
futuro, simulando la ocurrencia de eventos que influyen directamente con el=
ser
humano. El estudio de estos escenarios es fundamental, pues los diseñadores
podrĂan dar soluciones de confort desde la etapa de anteproyecto de una
edificaciĂłn frente a fenĂłmenos como el calentamiento global y variaciĂłn =
de temperatura.
“El cambio climático es una realidad, actualmen=
te se
vive una situaciĂłn autodestructiva, principalmente debido a la mano del ho=
mbre
que ha contaminado el planeta, causando efectos dañinos para su propia sal=
ud y
el bien de la naturaleza. La OrganizaciĂłn de las Naciones Unidas (ONU) ha
publicado que el aumento de la temperatura en el planeta, el derretimiento =
de
los polos, el aumento del nivel del mar, etc. Es principalmente debido a la
acciĂłn humana por la emisiĂłn de gases contaminantes hacia la atmosfera;
principalmente el dióxido de carbono; CO2” (Grupo Intergubernamental de
Expertos sobre el Cambio Climático, 2013).
 “Para =
lograr
una mejor comprensión de las interacciones entre el sistema climático
terrestre, los ecosistemas y las actividades humanas, la comunidad cientĂf=
ica
ha desarrollado y utilizado diversas herramientas y metodologĂas. Una de e=
llas
es el uso de “escenarios”, los cuales pueden definirse como descripcion=
es
coherentes, internamente consistentes y convincentes de un posible estado
futuro del mundo” (Eduardo et al., 2016).
El confort se refiere de manera más puntual a un
estado de percepción ambiental momentáneo casi instantáneo, el cuál cie=
rtamente
está determinado por el estado de salud del individuo, pero además por mu=
chos
otros factores, los cuales se pueden dividir en forma genérica en dos grup=
os:
Los factores endĂłgenos, internos o intrĂnsecos del individuo, y factores
exĂłgenos o externos y que no dependen del individuo; entre los cuales pode=
mos
destacar la temperatura ambiente.
Para las proyecciones se utilizĂł el software
Meteonorm, “este software usa modelos estocásticos para valores que tien=
en las
mismas propiedades estadĂsticas, para calcular los valores diarios utiliza
modelos de Aguiar y Collares Pereira y las cadenas de Markov basándose en =
la
suposiciĂłn de la distribuciĂłn de frecuencias de radiaciĂłn solar. Para ge=
nerar
valores horarios de temperatura se parte de la “suposición de que la amp=
litud
de las variaciones diurnas de temperatura es aproximadamente proporcional a=
la
amplitud de la radiaciĂłn solar diaria y, por lo tanto, el perfil de
temperaturas se obtiene transformando el perfil de radiación solar”. Met=
eonorm
maneja series histĂłricas y se puede acceder a escenarios que brinden
informaciĂłn futura acerca del clima de la zona de estudio”. (Morillon GĂ=
ˇlvez et
al., 2013)
 Meteonor=
m es
una base de datos que contiene informaciĂłn climatolĂłgica de aproximadamen=
te
1000 estaciones meteorolĂłgicas alrededor del planeta, es una herramienta q=
ue
permite a los usuarios acceder a bases de datos interpolados en prospectiva.
Este software usa modelos estocásticos para valores que tienen las mismas
propiedades estadĂsticas, para calcular los valores diarios utiliza modelo=
s de
Aguiar y Collares Pereira y las cadenas de Markov basándose en la suposici=
Ăłn de
la distribuciĂłn de frecuencias de radiaciĂłn solar. Se compara las proyecc=
iones
realizadas por el programa Meteonorm con las curvas de comportamiento
exponenciales obtenidas por el análisis de datos generados por la estación
meteorolĂłgica M0138.
“La tendencia al aumento de la temperatura en la
Tierra y la alteración de las variables climáticas son los resultados
inequĂvocos del prĂłximo cambio climático” (McCarthy, J., et al, 2001).=
Se
obtuvieron las predicciones de temperatura en el programa de simulaciĂłn an=
tes
mencionado a un Representative Concentration Pathways 8.5 (RCP 8.5) el cual=
nos
da un escenario pesimista-realista del comportamiento de temperaturas medias
mensuales. El RCP 8.5 combina supuestos sobre una alta poblaciĂłn y un crec=
imiento
de los ingresos relativamente lento con tasas modestas de cambio tecnolĂłgi=
co y
mejoras en la intensidad energética, lo que lleva a largo plazo a una alta
demanda de energĂa y emisiones de GEI. RCP8.5 corresponde por tanto a la v=
Ăa
con las mayores emisiones de gases de efecto invernadero (Riahi, et al, 201=
1).
“Es importante considerar los modelos a una esca=
la
regional que permitan aplicar análisis de variaciones globales en determin=
adas
áreas especĂficas con mejor resoluciĂłn” (JimĂ©nez, et al, 2020).
“El análisis comparativo presentado, permite
identificar el panorama bioclimático que se tiene en las costas mexicanas,=
para
poder emitir recomendaciones para el diseño arquitectónico, que permita m=
itigar
y adaptar los edificios.” (Wolfskill, Valenzuela, 2017).
Al realizar este análisis, se demostró el cambio=
de
temperaturas en la zona de influencia del embalse y por lo tanto en el cent=
ro
cantonal de Paute, donde se realizan la mayor parte de actividades
constructivas. Con las curvas de tendencia y las simulaciones generadas se =
obtuvo
información de las variantes de temperatura que se utiliza en el método d=
el
biosol, el cual es un software para el estudio del bioclima, control solar e
iluminaciĂłn natural, los datos de entrada requeridos son los promedios men=
suales
de temperaturas máximas y mĂnimas, latitud, longitud y altura de la local=
idad:
obteniendo como resultado el diagrama de isorrequerimientos de condiciones =
de
frio, calor o confort.
“Con los años, los embalses de la zona boreal y
templada, tienden a presentar emisiones netas de gases con efecto invernade=
ro,
muy equiparables a las de lagos de similares caracterĂsticas y si se compa=
ran
los balances del embalse con el ecosistema terrestre al que reemplazaron, no
siempre el balance es peor” (Palau y Alonso, 2008).
Con el presente estudio se establecen los datos de
partida para que se generen las recomendaciones de diseño bioclimático que
permitan mitigar o aprovechar la variaciĂłn de la temperatura producto de la
intervenciĂłn del hombre en la naturaleza, en este caso particular del emba=
lse
para proyecto hidroeléctrico, lo que nos permite aportar a la generación =
de
proyectos de viviendas sustentables.
MetodologĂa.
SegĂşn Sierra Bravo (1992), la presente investigac=
iĂłn
tiene los siguientes enfoques;
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Tabla 1.
Tipos y niveles de investigaciĂłn.
Fuente:
ElaboraciĂłn propia.
Las variables de análisis son de carácter cuanti=
tativo
que permiten establecer rangos de variaciones estadĂsticas, cuyos datos fu=
eron
recolectados aplicando el muestreo aleatorio por conglomerados de tipo prob=
abilĂstico.
El análisis de tendencias de una serie temporal de
datos da resultados muy interesantes en cuanto a la variaciĂłn de su compor=
tamiento
en un lapso de tiempo determinado, como se puede observar en el estudio
realizado por Alemu, Z.A., & Dioha, M.O (2020) en el que vincula el cam=
bio
climático con las tendencias de temperatura en una zona especĂfica. En el
estudio propuesto se realizó un análisis retrospectivo de las temperaturas
máximas y mĂnimas medias obtenidas de la estaciĂłn meteorolĂłgica M0138 d=
e los
anuarios meteorolĂłgicos del INAMHI desde 1982 al 2013 que existen publicad=
os
oficialmente. El objetivo del análisis pretende demostrar el cambio de
temperatura e inclinaciĂłn de las curvas de tendencia tanto de las temperat=
uras
medias máximas y de las temperaturas medias mĂnimas. Con los datos climá=
ticos
obtenidos se aplicaron en el software Biosol, el cual permite analizar los
parámetros de confort higrotérmico diariamente en el sector de estudio, l=
o que
posibilita la utilizaciĂłn de energĂa solar como fuente para el consumo
energético dentro de una vivienda.
Para obtener el escenario prospectivo del clima en=
el
sector de estudio se utilizó el programa Meteonorm, dicho programa usa mé=
todos
de interpolación espacial proporciona datos de los factores climáticos co=
mo
son: humedad, radiaciĂłn, temperatura y permite realizar proyecciones a fut=
uro. Con
el objetivo de comparar y validar la informaciĂłn obtenida se propone la
utilizaciĂłn de las curvas de tendencia de comportamiento para obtener
temperaturas prospectivas para el año 2040, la lĂnea de tendencia de mayor
confiabilidad que usamos es la exponencial ya que su valor R cuadrado es el=
más
cercano a 1, siendo la más fiable. Con estos datos podemos realizar un anĂ=
ˇlisis
bioclimático a 20 años para comparar escenarios en las horas de frio, cal=
or o
confort por la influencia del embalse de la hidroeléctrica Mazar. El
procedimiento para análisis del confort que se empleó para esta investiga=
ciĂłn fue
el propuesto por (Preciado y Morillon, 2010) el mismo que se basa en un
análisis bioclimático partiendo de la premisa de eficiencias luminosas en
superficies verticales y horizontales mismos que generan la gráfica solar y
tambiĂ©n los dĂas de frio, calor o confort que se presenten en el año de
estudio.
Resultados.
El embalse de la hidroeléctrica fue llenado y pue=
sto
en funcionamiento a lo largo del año 2010, por lo que se realiza un análi=
sis de
las temperaturas antes del embalse desde enero de 1982 hasta diciembre de 2=
009
de los anuarios meteorológicos publicados año a año por el Instituto Nac=
ional
de MeteorologĂa e HidrologĂa del Ecuador, obteniendo curvas de comportami=
ento
tanto para la temperatura media máxima y la temperatura media mĂnima.
Figura 2. Temperaturas
medias máximas y mĂnimas (1982-2009).
Fuente: ElaboraciĂłn
propia.
Del análisis de las temperaturas medias tanto má=
ximas
como mĂnimas se obtuvo una curva de comportamiento exponencial siendo las
fĂłrmulas las siguientes.
Donde “x” es el valor de la interacción del t=
iempo,
“y” es la temperatura media máxima.
Donde “x” es el valor de la interacción del t=
iempo,
“y” es la temperatura media mĂnima.
Se realizó un análisis desde enero de 2011 a dic=
iembre
de 2013 que fue la Ăşltima emisiĂłn de los anuarios meteorolĂłgicos por par=
te del
Instituto Nacional de MeteorologĂa e HidrologĂa del Ecuador obteniendo los
siguientes resultados.
Figura 3. Temperaturas medias máximas y mĂnimas (2011-201=
3).
Fuente:=
ElaboraciĂłn propia.
Del análisis de las temperaturas medias tanto má=
ximas
como mĂnimas se obtuvo una curva de comportamiento exponencial siendo las
fĂłrmulas las siguientes.
Donde “x” es el valor de la interacción del t=
iempo,
“y” es la temperatura media máxima.
Donde “x” es el valor de la interacción del t=
iempo,
“y” es la temperatura media mĂnima.
Por medio de las ecuaciones (1), (2), (3) y (4)
obtenemos las curvas de tendencia exponencial de temperaturas medias máxim=
as y
mĂnimas, que nos permite realizar una comparaciĂłn grafica de las mismas e=
n un
periodo de 5 años luego de la realización del embalse y comparamos result=
ados
entre lo proyectado y lo real.
Figura
4. Temperaturas medias
máximas proyectadas y reales entre los años 2011-2015.
Fuente:
ElaboraciĂłn propia.
De acuerdo a la gráfica de tendencias de temperaturas podemos observ=
ar
una variación en enero de 2011 de -1.39°C entre la temperatura media máx=
ima
proyectada y la real afirmando que existiĂł un enfriamiento de la zona debi=
do al
lago artificial o embalse de la hidroeléctrica, el ángulo de crecimiento =
de la
curva se modificó notablemente tendiendo a temperaturas más altas en futu=
ro.
Figura
5. Temperaturas medias
mĂnimas proyectadas y reales entre los años 2011-2015.
Fuente:
ElaboraciĂłn propia.
De acuerdo a la gráfica de tendencias de temperaturas podemos observ=
ar
una variaciĂłn en enero de 2011 de 0.22°C entre la temperatura media mĂni=
ma
proyectada y la real afirmando que existió una desviación del ángulo de
crecimiento de la curva tendiendo hacer más frio en la zona.
Los resultados obtenidos de la simulaciĂłn del programa Meteonorm son=
los
de la siguiente tabla.
Tabla 2.
Temperaturas máximas y mĂnimas, medias del año 2040.
Fuente:
ElaboraciĂłn propia.
Con los resultados obtenidos en perspectiva (1982-2009), presente
(2011-2020) y prospectiva 2040 mediante el programa Meteonorm y mediante una
proyecciĂłn segĂşn la curva de comportamiento se pueden realizar las siguie=
ntes
comparaciones.
Figura 6.
Tabla de evidencia del cambio de temperaturas en la ciudad de Paute.
Fuente:
ElaboraciĂłn propia.
En las figuras 7 y 8 podemos observar los escenarios retrospectivo y
presente, que las horas predominantes son las de confort durante la media
mañana y tarde, y las horas de frio durante la noche y madrugada.
Figura
7. Diagrama de
isorrequerimientos del Bioclima retrospectivo 1982-2009 en la ciudad de Pau=
te.
Fuente: ElaboraciĂłn propia.
Figura
8. Diagrama de
isorrequerimientos del Bioclima presente (2011-2020) en la ciudad de Paute.=
Fuente: ElaboraciĂłn propia.
La ciudad de Paute tiene un incremento marcado en su temperatura máx=
ima y
un descenso menos notorio en su temperatura mĂnima, pero sus horas de conf=
ort
suelen ser más constantes tanto en el bioclima retrospectivo, presente y
escenario prospectivo obtenido del programa Meteonorm (fig. 9).
Figura
9. Diagrama de
isorrequerimientos del Bioclima prospectivo 2040 METEONORM en la ciudad de
Paute.
Fuente:
ElaboraciĂłn propia.
En el escenario prospectivo obtenido mediante curvas de comportamiento
(fig. 10) las horas de calor remplazan a las horas de confort de 11h00 a 16=
h00.
El escenario prospectivo al 2040 se pierden horas de confort siendo cambiad=
as
por horas de calor las cuales en los escenarios anteriores no se habĂan
presentado hasta la fecha, causada por el incremento de temperatura por la
irradiaciĂłn del sol de la laguna artificial.
Figura
10. Diagrama de
isorrequerimientos del Bioclima del año 2040 proyectado por curvas de tend=
encia
en la ciudad de Paute.
Fuente: ElaboraciĂłn propia.
En la siguiente figura se muestran los resultados anteriores sintetiz=
ados
en forma de grafico para poder comparar e identificar el impacto del cambio
climático en el microclima generado por el represamiento de agua que sufre=
el
bioclima en la ciudad de Paute.
Figura
11. Gráfico comparati=
vo
del impacto del embalse hidroeléctrico en las horas de confort, medido en
horas.
Fuente: ElaboraciĂłn propia.
En la figura 11 se puede observar que en las horas de confort aumenta=
n en
el escenario presente (2011-2020) debido al incremento de temperaturas medi=
as
máximas teniendo en promedio 9 horas diarias de confort de 10h00 a 18h00, =
en el
escenario prospectivo (2040) de tendencia de curvas de comportamiento de
temperaturas las horas de confort disminuyen notablemente en comparaciĂłn c=
on el
resto de escenarios analizados.
Conclusiones.
·
Con el análisis de las tendencia=
s de
temperatura y la comparaciĂłn entre la data antes de la implementaciĂłn del
embalse y posterior al funcionamiento del mismo se valida los impactos en el
microclima que puede generar el embalse de la hidroeléctrica Mazar en la c=
iudad
de Paute, en prospectiva aumentan las temperaturas máximas por lo que aume=
ntara
las horas de disconfort durante el dĂa. En el escenario presente se tiene =
una
reducciĂłn de temperaturas inmediatamente luego de ser llenado el embalse, =
sin
embargo, la curva de comportamiento de temperaturas máximas se vuelve más
pronunciada generando el aumento de temperaturas al pasar de los años.
·
Al contar con una proyecciĂłn
bioclimática de la zona, se pueden proponer distintos sistemas de climatiz=
aciĂłn
pasivas y estrategias que al tomarse en cuenta pueden ayudar a brindar una
sensaciĂłn de confort en condiciones adversas a este, segĂşn el diagrama de
isorrequerimientos.
·
Al presentarse horas de calor dur=
ante
el dĂa, los diseñadores arquitectĂłnicos deben plantearse nuevas estrateg=
ias en
sus diseños ya que en el escenario retrospectivo y presente no tenĂan que
lidiar con horas de calor.
·
Se debe proponer un reordenamiento
territorial en las que se implementen normas de construcciĂłn basadas en co=
nfort
higrotérmico por bioclima para adaptar mejor a la ciudad en los años veni=
deros.
AGRADECIMIENTOS: El presente artĂculo es parte del trabajo de
investigaciĂłn y titulaciĂłn del Programa de MaestrĂa en ConstrucciĂłn con=
MenciĂłn
en AdministraciĂłn de la ConstrucciĂłn Sustentable de la Universidad CatĂłl=
ica de
Cuenca, por ello agradezco a todos y cada uno de los instructores por los
conocimientos e informaciĂłn brindados para la elaboraciĂłn del trabajo.
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PARA CITAR EL ARTĂŤCU=
LO
INDEXADO.
Pacheco Pacheco,
J. J., & Matovelle Bustos, C. M. (2021). Análisis de la influencia del
embalse Hidroeléctrico Mazar en el bioclima de la ciudad de Paute. ConcienciaDigital, 4(2), 39-54. https://doi.org/10.33=
262/concienciadigital.v4i2.1626
El artĂculo que se
publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente
reflejan el pensamiento de la Revi=
sta Conciencia
Digital.
El
artĂculo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicaciĂłn pa=
rcial
y/o total en otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Conciencia Digital.
[1]
Universidad CatĂłlica de Cuenca, MaestrĂa en Construcciones con MenciĂłn e=
n la AdministraciĂłn
de la ConstrucciĂłn Sustentable, Azuay, Ecuador, johnny.pacheco.37@est.ucac=
ue.edu.ec, https://orcid.org/0000-0001-7993-7653=
[2] Universidad CatĂłl=
ica de
Cuenca, Grupo de InvestigaciĂłn en Geociencias, Ambiente y Recursos Natural=
es, Azuay,
Ecuador, cmmatovelleb@ucacue.edu.ec, http=
s://orcid.org/0000-0003-2267-0323