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  • ANLISIS DE LA FACTIBILIDADECONMICA Y AMBIENTAL DE

    UTILIZAR BALDOSASPIEZOELCTRICAS EN EL CAMPUS

    DE LA UNIVERSIDAD MILITARNUEVA GRANADA (UMNG)

    Fredy Javier Agatn Aguirre

    [email protected]

    Abstract

    La presente monografa busca generar conocimiento sobre la generacin de energa elctrica a partir delefecto piezoelctrico analizando desde un punto de vista investigativo los costos de implementar este tipode tecnologas en la UMNG, su impacto potencial en la generacin de energa elctrica, as como el ahorromonetario que puede generar ste tipo de soluciones en costos por concepto de electricidad y a su vez susimpactos en la mitigacin de emisiones de CO2. Se establece una forma de estimar el flujo de peatonesen la entrada principal de la sede calle 100 de la UMNG, as como tambin se propone implementar unsistema compuesto por 10 baldosas piezoelctricas en los 5 torniquetes que se encuentran en dicha entrada.A pesar de que los resultados esperados en trminos de produccin de energa elctrica generada por elsistema propuesto no sn los esperados, la investigacin hall un elevado potencial de instalar ste tipo detecnologas en la universidad en un futuro dado que se espera que sta tecnologa reduzca su precio deforma acelerada, adicionalmente se puede generar conciencia ambiental en un elevado nmero de personasque conformn la comunidad acadmica de la UMNG y evidenciar el compromiso que tiene la universidadcon el medio ambiente.

    Palabras clave: Baldosas Piezoelctricas, Energas Limpias, Factibilidad Econmica y ambiental.

    . Abstract

    This article seeks to generate new possibilities for the production of electricity using the piezoelectriceffect. This effect is analyzed from a perspective that takes into account the costs of implementing thetechnology at the university, its potential to generate electricity, the monetary savings in the electricalbill and the impact on CO2 emissions reduction. An estimation of the pedestrian flow through the maincampus entrance at the university was made, to find the approximate number of steps on 10 piezoelectrictile systems placed in the 5 turnstiles located there. Although the amount of electric energy generated bythe tiles due to pedestrians stepping on them is below our initial expectations, the study found a goodpotential for their installation at the university in the future, considering the expected rapid reductionin price for tile systems. In addition to the possibility of producing electricity, the installation of thesesystems will generate environmental awareness in the large number of people who make up the academiccommunity at the UMNG, as well as enhance the university commitment towards the environment.

    .Ingeniero catastral y geodesta de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas.

    mailto:[email protected]

  • I. Introduccin

    A puertas de una crisis civilizatoria la cualse caracteriza por mostrar que aparentementenuestro modelo de produccin y nuestra formade vida estan afectando de manera drstica almedio ambiente, generando cambios en el cli-ma, agotamiento de suelos, contaminacin delaire y del agua. Se evidencia entonces que nopodemos continuar con ste modelo de produc-cin, con esto en mente las personas estamosadquiriendo conciencia sobre la importanciade modificar nuestra forma de vida observan-do las consecuencias de nuestros actos sobre elmedio ambiente, bajo este marco se ha comen-zado a investigar sobre el tema de las energaslimpias y renovables, una de stas fuentes deenergas limpias son las baldosas que utilizanel efecto piezoelctrico para generar energaelctrica.Dentro de stas investigaciones se han gene-rado estudios sobre la posibilidad de instalarstas baldosas en zonas urbanas altamente con-curridas, se han realizado pruebas en eventosde alto impacto cultural como maratones, o fes-tivales en las cuales se ha generado concienciasobre las formas de generar energa limpias,y sobre la necesidad de cuidar y conservar almedio ambiente.Desde la perspectiva de investigacin que seencuentra implcita en la academia, se preten-de en sta monografa analizar la factibilidadeconmica y ambiental de instalar un conjuntode 10 baldosas piezoelctricas en la sede calle100 de la UMNG se debe indicar que en stasede de la universidad tiene a su cargo la par-te administrativa de la universidad y en ellase imparten un elevado nmero de pregradosy posgrados, de acuerdo con [Espinosa, 2010],en sta sede de la universidad en el ao 2010se encontraban 7159 alumnos matriculados (sincontar con los estudiantes de posgrados), y 2028personas laboraban en sta sede de la universidad,conociendo sto se puede deducir que existeun elevado flujo de peatones en la entrada prin-cipal de esta sede de la UMNG.Adicionalmente en [Espinosa, 2010] se indicaque en promedio en sta sede de la universi-

    dad se consume por mes aproximadamente116 KWh, lo cual nos permite conocer el altoconsumo de enrgia elctrica que se produceen sta sede, por esta razn la sede calle 100 dela UMNG puede ser un lugar adecuado paraimplementar ste tipo de soluciones de enr-gias limpias, las cules generen impacto en lapoblacin estudiantil.Para valorar la factibilidad ecnomica y am-biental de implementar las baldosas piezoelc-tricas en la sede calle 100 de la UMNG, sedivide sta monografa en los siguientes cap-tulos:

    I Introduccin

    II Mtodos

    III Resultados

    IV Conclusiones

    II. Mtodos

    Para evaluar la factibilidad econmica y am-biental de utilizar baldosas piezoelctricas enel campus calle 100 de la UMNG, se desarro-llaron las siguientes actividades: Se realizo una revisin bibliogrfica so-

    bre estas baldosas y casos de estudio deutilizacin en otros pases. Se obtuvo el valor medio de flujo de per-

    sonas que transitan a travs de la entra-da principal del campus calle 100 de launiversidad por medio de la valoracinestadstica del flujo de personas que seregistraron a travs de cada uno de lostorniquetes ubicados en la entrada prin-cipal del campus en el ao 2013. Pararealizar esta valoracin estadstica se de-bieron realizar las siguientes acciones:

    I Obtener los datos de ingresos y egre-sos del personal de la universidad,estos se lograron por medio de lacolaboracin del profesor Jess Er-nesto Villarreal y del departamentode conservacin de la UMNG.

    II Los datos obtenidos fueron obteni-dos en formato pdf (portable docu-ment format), por tal razn hubo

  • necesidad de convertirlos a excel, es-to se realiz por medio del softwarePDF to Excel with OCR.

    III A travs del procesamiento de da-tos realizado en Excel se obtuvo elvalor del flujo medio esperado depersonas que ingresan y egresan dela sede calle 100 de la UMNG porda.

    Se tom como valor promedio de gene-racin de energa 4.459 Joules obtenidomediante el clculo de la energa poten-cial por pisada, a este valor se le castigoen un 5 % debido a la luz LED que seenciende cuando la baldosa genera ener-ga. Luego de esto se calcul el valor deenerga generada por ao por baldosa deacuerdo al flujo medio esperado calcula-do previamente.

    Se defini el nmero de baldosas a insta-lar de acuerdo a los precios del fabricantey se proyectarn los costos de instalaciny mantenimiento de las mismas. Se procedi a calcular el valor monetario

    de la energa producida por cada baldosaal ao esto con el valor actual de la ener-ga elctrica para el caso en especfico dela universidad y se procedi a proyec-tar al costo esperado de energa elctricapor ao de vida til de las baldosas, ycon estos valores se realizo una compa-racin entre el valor monetario a invertirpara instalar y mantener las baldosas du-rante su vida til y el valor monetarioque se ahorrara en energa elctrica sinla instalacin de stas, con estos valoresse evalo la factibilidad econmica delproyecto. Se procedi a travs de datos nacionales a

    inferir la cantidad de dixido de carbonogenerado por KWh en la produccin deenerga elctrica en el pas y se comparocon la cantidad de dixido de carbonogenerado por KWh de energa obtenidapor medio de las baldosas esto con baseen bibliografa que trata sobre el tema,con base en estos valores se evidencio lafactibilidad ambiental del proyecto.

    III. Resultados

    I. Marco Terico

    I.1 Fuerza

    La fuerza se define como una influencia exter-na sobre un cuerpo que causa su aceleracinrespecto a un sistema de referencia inercial, sise supone que no actan otras fuerzas la direc-cin de la fuerza coincide con la direccin de laaceleracin causada [Tipler and Mosca, 2005],la ecuacin general de fuerza se indica en laecuacin (1)

    F = m~a (1)

    I.2 Trabajo

    El trabajo surge a partir de una fuerza que ac-ta sobre un objeto que se mueve a travs deuna distancia y existe una componente de lafuerza a lo largo de la lnea de movimiento. Sila fuerza es constante, en una sola dimensinel trabajo realizado es igual a la fuerza multipli-cada por la distancia. [Tipler and Mosca, 2005]El trabajo W realizado por una fuerza cons-tante ~F cuyo punto de aplicacin se trasladauna distancia xi se define por medio de laecuacin (2)

    W = Fx x = F cos x (2)

    En donde es el ngulo entre las direc-ciones de F e i y x es el desplazamien-to del punto de aplicacin de la fuerza,tal como se indica en la siguiente figura:

    El trabajo es una magnitud escalar que es po-sitiva si x y F, tienen signos iguales y es

  • negativa si tienen signos opuestos. Las dimen-siones del trabajo son las de una fuerza poruna distancia, en el caso del Sistema Internacio-nal es el Julio(J), que procede de un newton porun metro:

    1J = 1N m (3)

    I.3 Potencia

    La potencia P suministrada por una fuerza es eltrabajo por unidad de tiempo que realiza dichafuerza.[Tipler and Mosca, 2005].Considerando una partcula con velocicad ins-tantnea v, en un intervalo corto de tiempo t,la partcula se desplaza s = vt. El trabajorealizado por una fuerza F que acta sobre lapartcula durante este intervalo de tiempo es:

    dW = F s = F vt (4)

    La potencia suministrada por la partcula sedefine por medio de la ecuacin (5)

    P = dW/dT = F v (5)

    La unidad del Sistema Internacional de potenciaes el vatio (W) que es equivalente a un Julio porsegundo

    1W = 1J/s (6)

    I.4 Energa

    Puede pensarse en la energa como algo quese puede convertir en trabajo. Cuando decimosque un objeto tiene energa, estamos diciendoque es capaz de ejercer una fuerza sobre otroobjeto para realizar un trabajo sobre l. Porel contrario, si realizamos un trabajo sobre al-gn objeto, le hemos proporcionado a ste unacantidad de energa igual al trabajo realizado.[Tippens, 2003].Las unidades de energa son las mismas que lasunidades del trabajo Joule en el Sistema Inter-nacional de medidas, la energa por lo generalse clasifica en:

    1. energa cintica Ek: Energa que tiene uncuerpo en virtud de su movimiento.

    2. Energa potencial Ep: Enera que tiene unsistema en virtud de su posicin o condi-cin.

    I.5 Energa potencial

    La energa que posee el sistema en virtud desus posiciones o condiciones se llama energapotencial [Tippens, 2003]. Para entender mejoreste concepto se puede pensar en una gra lacual es utilizada para levantar un cuerpo cu-yo peso es w, hasta una altura h por encimadel suelo, en este caso se presenta un sistemade energa potencial gravitacional dado quela Tierra ejerce la fuerza gravitacional sobretodo cuerpo que se encuentre sobre su superfi-cie. La energa potencial gravitacional se puededescribir por medio de la ecuacin (7)

    Ep = mgh (7)

    En donde m es la masa del cuerpo que ge-nera el trabajo, g es la fuerza de gravedady h es la distancia sobre la cual se realizael trabajo. En la siguiente imagen se puedeobservar las Cataratas del Nigara, a travsde su energa potencial se produce energaelctrica, tomada de [Tipler and Mosca, 2005].

    Hay que observar la diferencia entre potenciay trabajo, dos motores que elevan una deter-minada carga a igual distancia consumen lamisma energa, pero el que lo levanta en menostiempo es ms potente. Al pagar la factura de

  • consumo de electricidad, se paga la energaconsumida, no la potencia. Por lo general la fac-tura viene expresada en kilovatios-hora (KW h). Un kilovatio-hora de energa es equivalentea 3600,000 J. [Tipler and Mosca, 2005].

    1kW h = (103W)(3600s)= 3, 6 106W s= 3, 6MJ

    (8)

    I.6 El efecto piezoelctrico

    En ciertos cristales los cuales contienen mo-lculas polares como el cuarzo, las tensionesmecnicas aplicadas al cristal producen la po-larizacin de las molculas, este fenmenoes conocido como efecto piezoelctrico. La po-larizacin del cristal cuando se le somete auna tensin causa una diferencia de poten-cial a travs del cristal lo cual puede utili-zarse para producir una corriente elctrica.[Tipler and Mosca, 2005]. La produccin deenerga a partir de las baldosas piezoelctricasse permite por las propiedades de la estruc-tura de los cristales, ciertas cermicas tienenuna estructura tetragonal con un tomo enel centro. Cuando el cristal es comprimidoel tomo que se encuentra en el centro sedesplaza, lo cual genera un potencial elctrico.

    I.7 Baldosas Piezoelctricas

    Cada da aumenta el inters mundial porencontrar energas limpias que sustituyan ala muy contaminante energa fsil. Aunqueen Colombia el uso de esta ltima es muy

    reducido, ya que el pas depende mayori-tariamente de la producida en hidroelctri-cas, desarrollar nuevas alternativas redun-dara en un impacto ambiental y en ahorroeconmico.[Construdata, 2013] La piezoelectri-cidad fue observada por primera vez por Pierrey Jacques Curie en 1881, este fenmeno ocu-rre cuando cristales como el cuarzo o la tur-malina, entre otros, son sometidos a la accinmecnica de la compresin, adquieren una po-larizacin elctrica de su masa, apareciendouna diferencia de potencial y cargas elctricasen su superficie, que se manifiesta en chispas.[Construdata, 2013].

    Pavegen ubicada en el Reino Unido e In-nowattech ubicada en Israel, crearon unas lo-sas las cuales son capaces de transformar laenerga producida por la presin que se ejer-ce sobre ellas al momento de ser comprimi-das en electricidad apta para alimentar las re-des del alumbrado pblico y establecimientos.[Construdata, 2013]

    Las baldosas fabricadas por Pavegen Sys-tems, una empresa inglesa lanzada en 2009por Laurence Kemball-Cook, tienen un tamaode 45 60 centmetros, estn pensadas parazonas en las que se concentra mucha gente,como estaciones de tren, de metro, de autobs,aeropuertos, colegios y centros comerciales.La energa generada por millones de pisadaspuede ser utilizada en mltiples aplicaciones,como iluminacin de seales, anuncios digi-tales o zonas Wi-fi. [Geographic, 2012] En lasiguiente imagen se pueden observar las bal-dosas de Pavegen, tomada de [Pavegen, 2014]

    De acuerdo con [Pavegen, 2014] la superficiesuperior de las baldosas se producen con cau-cho reciclado y ms del 80 % de la baldosa se

  • produce con materiales reciclados, adicional-mente las baldosas pueden reemplazar a lospisos convencionales existentes. Adicionalmen-te las baldosas Pavegen, tienen una luz LEDen el centro de sta la cual se enciende al serpisada y consumen solo el 5 % de la energagenerada por pisada.

    Por otro lado la empresa ubicada en Raana-na, Israel, denominada Innowattech, se enfocaa generar electricidad por medio del movimien-to de los coches, de acuerdo con [Israel, 2012],el producto desarrollado se basa en la insta-lacin debajo del asfalto a unos 5 centmetrosde la capa superior de unos generadores, detal forma que cuando pasan los vehculos porestas carreteras, convierten la presin ejercidasobre ellos en electricidad.Tambin se indica que para la generacin elc-trica por medio de el producto de Innowattechse emplean discos piezoelctricos, que son ca-paces de transformar las tensiones mecnicasen voltaje elctrico.

    De acuerdo con [Israel, 2012], los primerosresultados de la prueba desarrollada en Israelindican que los sectores de vas por los cualescirculan entre 10 y 20 trenes de 10 vagones porhora pueden generar 120 kilovatios de energarenovable por hora.

    II. Solucin propuesta

    Se propone en este anlisis la utilizacin delas baldosas piezoelctriccas Pavegen dentrodel campus de la UMNG calle 100, esto conel fin de utilizar el flujo de peatones en lazona de ingreso en especfico en donde seencuentran los torniquetes de entrada y sali-da del campus para iluminar esta zona pormedio de la luz LED que poseen las baldosasy para almacenar y utilizar la energa pro-ducida por las pisadas sobre las baldosas enactividades relacionadas con aplicaciones quegeneren conciencia sobre la importancia de cui-dar al planeta, el compromiso ambiental de laUMNG, la necesidad de conocer sobre fuenteslimpias de energa y publicidad mediante eluso de monitores alimentados por la energa

    producida por las baldosas, y la ubicacin deuna zona de carga de dispositivos mviles,tambin alimentada por la energa producidapor las baldosas, en la siguiente imagen seobserva el campus de la sede calle 100 de laUMNG, y la ubicacin de la entrada princi-pal, en la cual se propone ubicar las baldo-sas piezoelctricas, tomado de [UMNG, 2014]

    Se propone instalar dos baldosas Pavegen portorniquete de forma que exista una baldosaprevia al torniquete de acceso y una baldo-sa poterior al torniquete, con el fn de quese pisada en dos ocasiones por cada personaque ingrese o egrese del campus calle 100 dela UMNG, por los torniquetes de la entradaprincipal.

    II.1 Anlisis estadstico del flujo peatonal

    Por medio de la informacin correspondien-te al flujo de ingreso a travs del torniquete1 ubicado en la entrada principal a la sedecalle 100 de la UMNG, se realiz un anlisisestadstico de dichos datos para obtener unvalor estimado del flujo de personas por dahbil que circula a travs de cada uno de lostorniquetes que permiten la entrada y salidade personal perteneciente a la UMNG.Los datos procesados se obtuvieron por me-dio del departamento de conservacin de laUMNG, y los resultados estadsticos obtenidosseparados por mes se muestran a continuacin.

  • En la imagen anterior se puede observar laelevada variacin existente en las desviacionesestndar de los datos, por tal razn se deciditomar la mediana como el mejor estimador demedida central, cabe resaltar que para obtenerests estadsticas se utilizarn ms de 1000,000de datos de ingreso de personas autenticadasa la sede de la calle 100 de la UMNG, duranteel periodo comprendido entre el 1 de enero del2013 y el 7 de noviembre de 2013, luego derecopilar sta informacin se filtro de acuerdoa los das hbiles que se encuentran dentro delcalendario acadmico de la UMNG para el ao2013 (tomado de [UMNG, 2014], retirando loscorrespondientes das festivos, para no generarsesgo sobre los resultados obtenidos, en la ima-gen siguiente se puede observar la variacinmensual de la mediana del ingreso de perso-nas por el torniquete 1, de acuerdo a los dashbiles dentro de los periodos acdemicos dela UMNG en el ao 2013.

    De acuerdo al valor de mediana obtenidapara la muestra de informacin analizada, po-demos inferir que el valor de personas queingresan por torniquete a la UMNG es de 5603personas, si lo multiplicamos por 5 torniquetesexistentes en la entrada nos produce un valorde 28015 personas ingresando diariamente en

    un da hbil acadmico, y si lo multiplicamospor 2, las personas que ingresan luego egresanobtenemos un flujo total neto de 56030 personasque transitan por la entrada principal de laUMNG en la sede de la calle 100, por cadada hbil dentro de los das que conforman lossemestres acadmicos en la universidad.

    De la misma manera, se realiz el anlisisde ingresos de personas pertenecientes a laUMNG a travs del torniquete 1 los das saba-dos, las estadsticas obtenidas por ste anlisisse resumen en el siguiente cuadro:

    Debido a la elevada variacin existente en lasdesviaciones estndar de los datos por mes seselecciono la mediana como el mejor estimadorpara indicar el valor probable de ingreso porcada torniquete en los das sabados que seencuentran dentro de los semestres acadmi-cos de la UMNG, en la siguiente imagen sepuede observar la variacin mensual del flujode personas que ingresan en promedio porcada sbado en el mes por el torniquete 1 dela entrada principal de la sede de la calle 100de la UMNG.

    De acuerdo al valor de mediana obtenida parala muestra de la informacin analizada, sepuede inferir que el valor de personas queingresan en promedio por torniquete los das

  • sabados a la sede de la calle 100 de la UMNGes de 1800 personas, si lo multiplicamos por 5torniquetes existentes que se encuentran en laentrada principal, se obtiene un valor de 9000personas, de igual forma lo multiplicamos pordos, para simular el ingreso y egreso por da,realizando ste clculo obtenemos un valorpromedio de 18000 personas, como valor deflujo peatonal en la entrada peatonal de la sedecalle 100 de la UMNG los das sbado dentrode los semestres acadmicos.

    II.2 Clculos

    Para obtener la factibilidad econmica y am-biental del proyecto es necesario seguir porun flujo de clculos a travs de los cualesse puede determinar la energa en KWh pro-ducidas por el sistema propuesto en totaldurante su vida til, el flujo de clculosse puede observar en la siguiente imagen:

    Con el anlisis estadstico realizado en la ante-rior seccin, se ha obtenido el valor estimadode flujo de peatones por la entrada principal dela sede calle 100 de la UMNG, ahora podemosobtener por medio de unos clculos el valor deenerga que se puede producir a travs de lainstalacin de diez baldosas Pavegen, dos porcada torniquete que se encuentran en la entra-da principal para as obtener dos pisadas porcada persona que ingresa o egresa del campusuniversitario. Inicialmente debemos calcular elvalor de energa potencial que se produce encada pisada de una baldosa, para ello lo prime-ro que se debe realizar es encontrar el valor deenerga que se produce por cada pisada, paraesto, se realiza, lo siguiente:

    Ep = 1,3 P g h (9)

    En donde 1,3 veces nuestro peso se tomacomo valor de referencia de la fuerza que

    ejercemos al dar un paso de acuerdo a[NILSSON and THORSTENSSON, 1989], estevalor es de 1 a 1.5 cuando se camina y de 2 a2.9 cuando se corre, por tal razn se toma envalor promedio 1.3, P es el peso promedio deuna persona en Colombia se toma un valor de70kg, para realizar los clculos, g representa lafuerza de gravedad, que equivale en promedioa 9,8 ms2 , y h es la altura que se desplaza la super-ficie de la baldosa por cada paso, de acuerdo a[Pavegen, 2014] equivale a 0.0005 metros y Eprepresenta la energa potencial por paso dado,realizando el clculo, se encuentra como valorlo siguiente:

    Ep = 4,459 J (10)

    Ahora para convertir ste valor de energa en-contrado en un valor de potencia debemos co-nocer el tiempo promedio que tarda una perso-na en dar un paso, de acuerdo a [Whittle, 2007],el valor de cadencia al caminar de una perso-na (nmero de pasos que da en una unidadde tiempo) se encuentra entre 90 a 140 pasospor minuto, lo cual tomando como referencia115 pasos por minuto, genera un promedio detiempo de 0.52 s por paso, ahora tomando es-te valor de referencia podemos decir, que laecuacin (5)

    P =5,145 J0,52 s

    = 8,5 Watts por paso dado (11)

    De acuerdo con [Pavegen, 2014], cada paso pro-duce en promedio 8 watts, de forma que elvalor aqu hallado no se distancia mucho delvalor de referencia dado por el fabricante. Lue-go de hallar el valor de referencia de pisadaspor da hbil y por sbado, ahora para encon-trar un valor de pisadas total por todos lostorniquetes de acuerdo con la solucin pro-puesta en un ao acadmico, se puede plantearla siguiente ecuacin:

    Nptdha = (NpdhtNdhpa + NpstNdspa)Nt 2 2(12)

    En donde: Nptdha es la cantidad total de pisa-das obtenidas sobre todas las baldosas Pavegeninstaladas de acuerdo a la solucin propuesta

  • en un ao, Npdht es el valor promedio de ingre-so por torniquete a la UMNG en un da hbil,de acuerdo con nuestro anlisis estadstico esde 5603, Npst es la cantidad de personas queingresan por torniquete en un da sbado elcual de acuerdo al anlisis estadstico es de1800 personas, Ndhpa representa el nmero dedas hbiles por ao acadmico, que de acuer-do al calendario acadmico de la UMNG delao 2014 es de 187 das, Ndspa es la cantidadde sabados que existn dentro del ao acad-mico de la UMNG de acuerdo al calendarioacadmico reglamentario del ao 2014 es de37, Nt es el nmero de torniquetes ubicados enla entrada principal de la UMNG que es iguala 5 y se multiplica por el valor de baldosaspuestas por cada torniquete 2 de acuerdo a lasolucin propuesta y se indica que por cadatorniquete egresa la misma cantidad de perso-nas que ingresan por esta razn se multiplicatambin por 2 y la anterior ecuacin generaun resultado de 2206,310 pasos por baldosa alao.Luego de encontrar la cantidad de pisadas querecibe cada baldosa por ao, se debe clcularel periodo de vida til en aos de cada baldo-sa, de acuerdo a [Pavegen, 2014], las baldosastienen una vida til de 20000,000 de pisadas,para obtener el periodo de vida til de cadabaldosa de acuerdo al flujo de ingreso y egre-so existente en cada torniquete que componenla entrada principal a la sede calle 100 de laUMNG, se debe calcular:

    Pvua =NpvuNpa

    (13)

    En donde Pvua es el periodo de vida til de ca-da baldosa en aos, Npvu es la vida til de unabaldosa en pasos y Npa, es la cantidad de pasosque recibe cada baldosa por ao de acuerdoa la solucin propuesta, al realizar el clculoobtenemos que el valor de vida til de cadabaldosa es de aproximadamente 9 aos.Se hace necesario encontrar la cantidad de pi-sadas que recibe el sistema de 10 baldosasque componen la solucin propuesta, para stomultiplicamos el valor de pisadas que recibecada baldosa en un ao por 10 baldosas que

    componen el sistema, realizando esta multi-plicacin encontramos como valor de pisadastotales por ao acadmico 22063,100. Ahorapara obtener la cantidad de energa que produ-ce cada baldosa durante su vida til, se puededescribir que la energa generada por cada pisa-da como lo vimos anteriormente es de 4,459 J,ahora para obtener la cantidad de energa ge-nerada por cada baldosa durante su vida tildebemos clcular:

    Epvub = 4,459 22063,100 (14)

    En donde Epvub es la cantidad de energa pro-ducida por baldosa durante la vida til de cadabaldosa, el valor que se obtiene de realizar elanterior clculo es de 9837,936 Joules, ahorapara conocer el valor de energa que produceel sistema durante el periodo de vida til, sedebe realizar:

    Epvus = 98379,363 10 9 (15)

    En donde Epvus, al realizar el anterior clculose obtiene que la energa que produce el sis-tema durante la vida til del mismo la cuales de 9 aos,es de 885,414,266 joules por todoel sistema durante el periodo de vida til delmismo. Como se puede observar en la ecua-cin (8), para obtener la cantidad de energaque produce el sistema en KWh, la cual es launidad en la que generalmente se mide el con-sumo de energa elctrica debemos, resolver:

    Ekwh =885,414,266 J

    3600,000(16)

    En donde Ekwh es la cantidad total de ener-ga elctrica que produce el sistema durantesu periodo de vida til, realizando el anteriorclculo se obtiene que la energa elctrica queproduce el sistema en su periodo de vida tiles de aproximadamente 246 KWh.

    III. Factibilidad Econmica

    Por medio de los resultados obtenidos en la sec-cin anterior se encontr la cantidad de energaen total que produce el sistema, para hallar lafactibilidad econmica del sistema se debe re-lacionar el precio de implementar la solucin

  • propuesta con respecto al ahorro ecnomicoobtenido en el consumo de energa elctricadebida a la implementacin de la solucin pro-puesta.Antes de iniciar, cabe indicar que de acuerdoa [urban times, 2012], el valor de cada baldo-sa pavegen es de 3850 dlares, sin contar congastos de instalacin ni impuestos, ahora al serun proyecto de energas alternativas se puedenomitir los impuestos, y suponiendo un valorde instalacin y mantenimiento para las diezbaldosas de 10000 dlares, se tiene en total queel dinero necesario para implementar el pro-yecto es de 3850 10 + 10000, lo que generaun resultado de 38500 dlares, al multiplicarlopor la tasa representativa del dlar el da 19de mayo de 2014 ($1925), se encuentra que elvalor de implementar la solucin propuestaes de 38500 $1925, lo cual es equivalente a$74112,500. Ahora para calcular la factibilidadeconmica de la solucin es necesario calcularla siguiente relacin:

    FEsp =VAspVIsp

    (17)

    En donde FEsp es la factibilidad econmicade la solucin propuesta, VAsp representa elahorro en el consumo elctrico de la solucinpropuesta y VIsp es el valor de implementarla solucin propuesta, que como vimos en laanterior seccin corresponde a $74112,500.Ahora de acuerdo con [Espinosa, 2010], el va-lor promedio por KWh que pago la UMNG, fuede aproximadamente $345 esto en el ao 2009,al pasar este valor a valor presente medianteel IPC, obtenemos un valor actual de $381, simantenemos la tendencia del IPC del 2013 quese ubico en 1,94 % obtenemos un valor prome-dio de $420 por cada KWh de electricidad queconsume la UMNG, durante el periodo de vi-da til del proyecto, con este valor en cuentapodemos clcular VAsp, por medio de:

    VAsp = Ekwh 420 (18)

    Como se obtuvo en la seccin anterior la can-tidad de energa que se obtiene durante el pe-rodo de vida til del proyecto es de 246 KWh,

    ahora realizando el clculo correspondiente ob-tenemos que VAsp = $103,320, ahora resolvien-do la ecuacin (17), se obtiene que la relacinentre la inversin de implementar el proyectocon respecto a los ahorros producidos es de:

    FEsp = 0, 0013 (19)

    El valor de FEsp es muy cercano a 0, lo cual in-dica la poca factibilidad econmica de implementarste proyecto.

    IV. Factibilidad ambiental

    Para obtener la factibilidad ambiental cabemencionar que cerca del 80 % de los materia-les que componen las baldosas Pavegen, sonreciclables [Pavegen, 2014] es decir que es unproducto amigable con el medio ambiente.Ahora para determinar el valor de CO2 que sepuede evitar emitir generando electricidad pormedio de las baldosas Pavegen en la sede dela calle 100 de la UMNG, de acuerdo a la so-lucin propuesta, debemos primero conocer lacantidad de CO2 que se emite con los mtodostradicionales de generacin de electricidad enel pas, de acuerdo con [UPME, 2009], el factorde emisin de CO2 por KWh que se genera enel sistema elctrico interconectado colombianoes de 0.2849 kg de CO2 por KWh producido.Para calcular el ahorro en emisiones de CO2que se obtendrin al implementar el proyecto,debemos clcular:

    AECO2 = Ekwh 0,2849 kg CO2 (20)

    En donde AECO2 representa el ahorro en emisio-nes de CO2 generado por la implementacindel proyecto y como se obtuvo previamenteEkwh es igual a 246 KWh, al realizar el clculocorrespondiente se obtiene que el ahorro enemisiones de CO2 obtenido al implementa elproyecto es de:

    AECO2 70 kg CO2 (21)

    Con el ahorro en emisiones de CO2 que seproduce en el proyecto se puede decir que elproyecto es factible desde el punto de vista ambien-tal, pero el alto costo de inversin requerida no seve reflejado en una elevada factibilidad ambiental.

  • IV. Conclusiones

    De la presente monografa de investigacin sepuede concluir lo siguiente:

    1. Por medio de la investigacin realizadase pudo evidenciar a travs de un anlisisestadstico que el flujo de personas queingresan y egresan de la sede calle 100de la UMNG es bastante elevado duranteel ao acadmico, lo cual es un determi-nante para poner en marcha ste tipo deproyectos.

    2. Se demostr de igual forma que a pe-sar del elevado flujo peatonal existenteen la entrada principal de la sede calle100 de la UMNG, el proyecto de instalarbaldosas Pavegen en ste lugar no es facti-ble, debido a la elevada inversin que se deberealizar para comprar las baldosas y la pocaenerga que stas producen durante su vidatil.

    3. Se encontr que estas baldosas en efectodebido a sus materiales de elaboracin ya ser una fuente limpia de generacin deelectricidad son factibles ambientalmente,aunque para ser un elemento influencia-ble en la mitigacin de emisiones de CO2,es necesario utilizar cantidades masivasde stas baldosas en amplios corredoresmuy concurridos.

    4. Se puede indicar que aunque en ste mo-mento la implementacin de ste tipode proyectos no es factible, se debe es-tar abierto a stas tecnologas, las cualesde acuerdo a [Bloomberg, 2013] se espe-ra reduzcan sus precios de forma rpida,generando as un mayor poder de adqui-sicin de cantidades altas de stas baldo-sas, generando de sta manera un mayorimpacto en la mitigacin de CO2 en lageneracin de electricidad.

    Referencias

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    IntroduccinMtodosResultadosMarco TericoFuerzaTrabajoPotenciaEnergaEnerga potencialEl efecto piezoelctricoBaldosas Piezoelctricas

    Solucin propuestaAnlisis estadstico del flujo peatonalClculos

    Factibilidad EconmicaFactibilidad ambiental

    Conclusiones