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ENERGÍA RENOVABLE EN GUATEMALA: RECURSOS DESAPROVECHADOS

Rodrigo José Dubón Guirola Esteban Echeverría Román Mario Alfonso Heredia Velásquez Daniel Lara Moir Taller de Introducción a las Técnicas de Investigación

Universidad del Valle de Guatemala Colegio Universitario

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Índice de Contenidos I.

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1

II.

OBJETIVOS ................................................................................................................. 2

III.

JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 2

IV.

MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 3

V. MARCO CONCEPTUAL.............................................................................................. 7 VI.

MATERIALES Y MÉTODO ....................................................................................... 8

VII.

RESULTADOS.......................................................................................................... 9

VIII.

DISCUSIÓN ............................................................................................................. 9

IX.

CONCLUSIONES .................................................................................................. 10

X.

REFERENCIAS .......................................................................................................... 11

XI.

RECOMENDACIONES .......................................................................................... 12

XII.

ANEXOS ............................................................................................................... 12

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I. INTRODUCCIÓN En la actualidad, la demanda de producción de energía por parte de las distintas sociedades del mundo está en medio de un crecimiento exponencial. La raza humana se encuentra, en cierta forma, subordinada a la utilización de incontables creaciones tecnológicas que requieren cantidades inmensas de energía provenientes de distintas fuentes. Resulta, entonces, que es más fácil preguntarnos qué parte de nuestra vida diaria no requiere de electricidad. Sin lugar a duda, esto ha tenido un impacto negativo sobre el medio ambiente en épocas recientes. Esto ha generado inquietudes en distintos ámbitos a nivel mundial. Algunas personas, al notar la magnitud del asunto, se han vuelto más conscientes al respecto. Partiendo de estas realizaciones, es evidente que esto ha tenido un efecto sobre el lado proactivo de las sociedades. Este tema se ha vuelto un caso de satisfacer necesidades de una manera eficiente y responsable respecto al medio ambiente. Entonces, surge el término energía renovable. Básicamente consiste en obtener energía teniendo en mente un balance ecológico partiendo de recursos naturales que tienen la capacidad de regenerarse o se encuentran en cantidades grandes. Un ejemplo por definición de un recurso renovable sería la cantidad incontable de agua en los océanos. Siendo regidos por la ley de la conservación de la energía, debemos preguntarnos: ¿Existe alguna forma de recolectar la energía en potencia del agua y transformarla de tal forma que sea útil para la sociedad? Esto pasa a ser el eje de nuestra investigación. Buscamos encontrar respuestas a esa pregunta y así comprobar la viabilidad de implementar un proyecto derivado de esta idea en Guatemala. Una investigación sobre este tema innovador podrá ser catalizadora de grandes proyectos en pro de la sociedad guatemalteca y el medio ambiente.

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II. OBJETIVOS A. OBJETIVOS GENERALES

1. Demostrar que la producción de energía eléctrica utilizando la energía de movimientos acuáticos es un proyecto aplicable en Guatemala por medio del diseño y construcción de un modelo. 2. Crear un modelo a escala que represente la utilidad de recolectar y transformar energía de movimientos acuáticos y cuantificar la cantidad de energía eléctrica producida. B. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1. Recolectar datos precisos para determinar la cantidad de energía que se podría producir en una escala real.

III. JUSTIFICACIÓN Guatemala es un país en necesidad de ideas innovadoras como la energía renovable para su progreso. Siendo la energía eléctrica un elemento vital de la vida diaria, no es aceptable que en un país subdesarrollado sea tan cara la obtención de la misma. Nuestro proyecto trata de aprovechar un recurso subestimado en Guatemala, la energía cinética producida por el movimiento de cuerpos de agua en el país. El obtener energía eléctrica de este modo puede traer beneficios socioeconómicos tangibles a Guatemala.

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IV.

MARCO TEÓRICO

A. ENERGÍA ELÉCTRICA 1. La electricidad ha sido un fenómeno que genera curiosidad desde la época de

apogeo de la sociedad Egipcia (2700 a 2000 a.C.) en la cual no se comprendía la naturaleza de los peces eléctricos. En realidad, se sabe que la energía eléctrica se encuentra con facilidad en la naturaleza. Esto fue comprobado por Benjamin Franklin en el siglo XVIII al realizar el famoso experimento de la llave y el rayo. La recolección, transformación, canalización y uso de la electricidad permanecía siendo una incógnita hasta hace un siglo o dos. Haciendo entonces, la electricidad de corriente una invención relativamente moderna. Descrito de una manera simple, el proceso que atraviesa la energía eléctrica de uso regular es relativamente sencillo. Primero, debemos comprender que la electricidad consiste en el flujo de Figura 1. 2. 1 "Flujo de Electrones" (Lara, 2013) electrones de un cuerpo con carga positiva a uno con carga negativa como se observa en la Figura 1.1. Estos electrones deben viajar por un medio que se conoce como conductor y así generar una corriente eléctrica. Por supuesto, existen distintas formas de generar energía eléctrica. Las formas más utilizadas son: energía hidroeléctrica, energía mareomotriz, energía eólica, fisión nuclear y combustión de petróleo, carbón o gas. Cada forma tiene ventajas y desventajas. Por el fin de la investigación, se estará trabajando a partir de los modelos iniciales de la energía hidroeléctrica y mareomotriz. La energía hidroeléctrica consiste en utilizar la energía cinética del agua para hacer girar una turbina. Esta turbina mueve un asta metálica dentro de un generador de electricidad y este la transfiere a estaciones transformadoras y distribuidoras. Sin embargo, las hidroeléctricas se ven limitadas a trabajar con pequeños cuerpos de agua o con presas. Esto representa una amenaza inmediata a la eficiencia del proceso. Es decir, no cumple con un requisito establecido para considerarse un tipo de energía renovable en su totalidad. Esto da lugar a la idea de utilizar las corrientes marítimas para llevar a cabo un proceso similar. Al utilizar las corrientes del mar estaríamos utilizando (no consumiendo) un recurso que es básicamente inagotable y tiene cierta capacidad de regeneración. B. EXPLOTACIÓN DE ENERGÍA MAREOMOTRIZ

1. Se conoce como energía mareomotriz al método que se utiliza para convertir la energía creada de las mareas y el oleaje en electricidad. (Horton, 2012) La energía de las mareas es un recurso bastante útil y a la vez altamente desaprovechado. Teniendo los recursos para emplear un proyecto que genere 3


electricidad de esta forma, es irracional no ponerlo en marcha. Por supuesto, existen numerosas formas de recolectar y transformar esta energía. Para ello es necesario comprender como funcionan las corrientes marinas y el oleaje. La intensidad energía mareomotriz depende de distintas variables como: movimiento de placas tectónicas, fuerza gravitacional de la luna y del sol, localización geográfica e incluso condiciones atmosféricas. Estas solo son algunas de las variables que tienen un efecto directo sobre la intensidad de energía mareomotriz en las costas de un país. En el caso de Guatemala, la división de meteorología y oceanografía del INSIVUMEH es la encargada de recopilar estadísticas sobre estos fenómenos. El diseño de una máquina generadora de electricidad en el océano tendría que adaptarse a las condiciones establecidas anteriormente. Las siguientes son predicciones del oleaje en las costas del pacífico de Guatemala proporcionadas por el INSIVUMEH.

Gráfica 2. 1 "Pronóstico del Oleaje Océano Pacífico" (INSIVUMEH, 2013)

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En las costas Guatemaltecas del pacífico, teniendo un oleaje con una altura promedio muy reducida, no se puede esperar una energía mareomotriz muy alta. Entonces, el generador debe estar diseñado para soportar una corriente superficial y lenta. (Ridell, 2008) Si el enfoque de nuestro proyecto tiene fines ecológicos, debemos tomar en cuenta incluso más factores. Dependiendo de la localización geográfica donde se sitúe el generador, se debe pensar en el efecto que el proyecto va a tener sobre el ecosistema local. Para poder guiar la investigación de una manera eficiente, se planea crear un modelo a escala que se adapte a las condiciones del pacífico en Guatemala. La energía mareomotriz tiene distintas formas de medirse. La forma más común es el empleo de radares separados que transmiten información a una computadora en una localización remota. Sin embargo, la forma más efectiva que se adapta a nuestro modelo es analizar cambios en volumen de un sector aislado. En este modelo, al recrear la situación, se efectuarán las mediciones correspondientes para obtener datos representativos. C. COMPONENTES MECÁNICOS 1. El proyecto ENERGÍA RENOVABLE: UN RECURSO DESAPROVECHADO

tiene como fundamento la creación del modelo mencionado anteriormente. Estando aún en la etapa de desarrollo, el proyecto muestra ser algo muy prometedor. No obstante, se debe tomar en cuenta un diseño adaptable y los componentes que lo compondrán. El funcionamiento principal de nuestro modelo se basa en los principió de la energía eólica, hidroeléctrica y, por supuesto, la energía mareomotriz. Debe llevar a cabo todas las tareas necesarias para transformar la energía a electricidad y cuantificar la energía producida por el recurso natural en cuestión. La fuerza de arrastre y las corrientes del agua forzarán la rotación de una propela en la base del dispositivo . Esta propela estará conectada directamente a un generador para convertir la energía provista por la propela. Este generador funcionaría de forma similar a un alternador común de un automóvil. La energía eléctrica del generador sería trasladada hacia distintos acumuladores (baterías) y luego podría utilizar un medio de distribución como el que se usa regularmente. A partir de este diseño se puede generar nuestro modelo a escala. Podría, incluso, Figura 3. 1 "Propeller" (Liftarn, 2013) ser fabricado con materiales de uso diario. Para la simulación del modelo, se utilizará una corriente 5


artificial producida por un motor de pecera de uso diario. Es importante mencionar que la corriente producida deberá estar estrechamente relacionada con la corriente promedio de la localización geográfica propuesta para el proyecto. La corriente artificial hará girar la propela que estará conectada a un motor DC. El funcionamiento de esto imita el de la maquina en tamaño real. Luego, el generador sería capaz de encender un circuito de luces tipo LED. En este caso, las luces representarían a los consumidores. El costo de elaboración del modelo sería lo suficientemente alcanzable como para llevarlo a cabo con auto-financiamiento; a diferencia de su contraparte, el proyecto real. El costo, o inversión inicial, de este proyecto sería bastante alto. Sin embargo, se cree que los beneficios ecológicos y económicos que esto traería a Guatemala contrarrestarían el efecto.

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V. MARCO CONCEPTUAL Conductor: cualquier material que permita el flujo de cargas eléctricas en su medio. Electrones: partículas subatómicas con carga negativa. Energía cinética: es la energía que un cuerpo obtiene debido a su movimiento. Energía mareomotriz: transforma la energía de las mareas para otros propósitos. En nuestro caso, se busca convertirla a energía a eléctrica. Energía potencial: es la capacidad que tiene un objeto para realizar algún trabajo. Fuerza gravitacional: fuerzas de atracción entre cuerpos masivos. Ley de la conservación de la energía: enuncia que “la energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma”. Oleaje: cantidad sucesiva de olas. Propela: es un dispositivo similar a un ventilador que convierte movimiento rotacional en energía o empuje horizontal.

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VI.

MATERIALES Y MÉTODO

A. MATERIALES

Cuadro 1: Materiales Material Precio Parte estética Planchas de duroport Q50.00 Animales a escala Q35.00 Paletas de madera Q8.00 Cucharas plásticas Q15.00 Bandas de hule Q7.00 Tempera Q40.00 Ganchos para folder Q45.00 Brillantina Q10.00 Papel Celofan Q5.00 Pecera Q75.00 Subtotal Q290.00 Componentes Motor de propulsión Q225.00 Motores AC/DC Q100.00 Focos Halógenos Q12.50 Subtotal Q337.50 Total Q627.50 1. B. MÉTODO

Esta investigación tiene un diseño experimental de tipo pre-experimento. Esto es porque se están generando datos cuantitativos a pequeña escala que representarían un proyecto más grande. La investigación y los experimentos se llevarán a cabo en la Universidad del Valle de Guatemala situada en la 18 avenida 11-95 Zona 15 Vista Hermosa III Guatemala, Guatemala, 01015. No se utilizará ninguna forma de muestreo ya que la investigación se basa en un modelo controlable; por ende, no se define una población. 1. VARIABLES Energía mareomotriz Independiente. Cuantitativa. Fenómenos meteorológicos Interviniente. Cuantitativa. Cantidad de energía eléctrica producida. Dependiente. Cuantitativa. Construcción y vida útil de la máquina. 8


Intermedia. Cuantitativa. 2. HIPÓTESIS

Hipótesis de trabajo: la producción de energía eléctrica por medio del movimiento marítimo es un proyecto viable para la aplicación en las costas de Guatemala. Hipótesis Alternativa: la producción de energía eléctrica utilizando la fuerza de arrastre de los ríos es un proyecto viable para Guatemala. 3. METODOLOGÍA

Se utilizó el método científico para este experimento. Básicamente, consistió en simular las condiciones mareomotrices de la costa del Pacífico de Guatemala y conocer el funcionamiento de la propuesta en el mismo. Al terminar la elaboración del modelo se puso en acción el mecanismo y se midió la energía que era capaz de producir. Los datos se analizaron para confirmar o negar la hipótesis.

VII. RESULTADOS A. Resultados importantes

Cuadro 2: Resultados Voltaje Horizontal 0.6 V Vertical 0.5 V Revoluciones Horizontal 61 rpm 43 rpm 1. Vertical

VIII. DISCUSIÓN Durante la fase de experimentación de esta investigación, se buscaba demostrar que la producción de energía eléctrica utilizando la energía de movimientos acuáticos es un proyecto aplicable en Guatemala por medio del diseño y construcción de un modelo. Con el objetivo de comprobar las hipótesis planteadas se realizaron mediciones de voltaje y revoluciones del modelo esperando poder extrapolar los resultados a una situación en la vida real. Sin embargo, se notó que los resultados obtenidos no eran los esperados. Se cree que el tamaño del modelo tuvo un efecto directo sobre la producción de energía obtenida ya que los materiales utilizados para poder adaptarse a esa escala son complejos de operar. Por lo mismo, se diseñaron y utilizaron hasta siete modelos diferentes antes de seleccionar la opción más eficiente.

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Aplicando el método científico, se llegó a negar ambas hipótesis. La hipótesis de trabajo fue negada debido a que las pruebas con la propela en posición vertical dieron como resultados mediciones insatisfactorias. La hipótesis alternativa llego a tener más argumentos para ser aceptada. Sin embargo, el resultado de las mediciones con la propela en posición horizontal no fue suficiente para aceptar la hipótesis.

IX.

CONCLUSIONES

A. El movimiento rotacional de una propela es inversamente proporcional a su nivel de inmersión. B. En el caso de Guatemala, es más viable fomentar proyectos de energía renovable situados en ríos que en mares. C. El modelo construido no produjo la cantidad de energía eléctrica necesaria para activar un bombillo tipo LED. D. El costo de elaboración de este proyecto a escala real sería elevado. Guatemala necesitaría hacer una inversión inicial grande para poner en marcha semejante proyecto.

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X. REFERENCIAS About Electricity. http://www.nrcan.gc.ca/energy/sources/electricity/1387#what [18 de marzo de 2013] Chang, R. 2010. Química. 5a edición. McGraw Hill. México D.F., México. Pp. 1375 Cummins, P. 2012. «On The Extractable Power from a Tidal Channel». Journal Of Waterway, Port, Coastal & Ocean Engineering. 138(1):63-71 Finger, Stanley; Marco Piccolino. 2011. The Shocking History of Electric Fishes. Oxford. U.K. pp. 359 Hydroelectric Power: How it Works. http://www.nrcan.gc.ca/energy/sources/electricity/1387#what [18 de marzo de 2013] Johansson, P. et al. 2012. The Economics of Evaluating Water Projects. Springer Press. Berlin. pp. 133 Myers, R. 2006. The Basics of Physics. 2a ed. Greenwood Press. London pp. 49-65 Pearce, F. 2011. «Rising Tide». New Scientist Magazine. 211(2830):48-51 Ridell, R.. 2008. «Turning Tides». Engineering & Technology. 3(16):46-49 Valtueña, J. 2002. Ecología y Salud. 1a ed. Safeliz. Madrid, España. Pp. 421

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XI.

RECOMENDACIONES

A. Para futuras experimentaciones de esta índole, se recomienda utilizar una escala más grande y utilizar componentes metálicos. B. Es necesario sustentar cualquier tipo de experimentación con cimientos teóricos firmes. C. Buscar asesoría profesional de expertos en el tema.

XII. ANEXOS

Fotografía 1 Diseño

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Fotografía 2 Elaboración parte estética

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FotografĂ­a 3 Primer prototipo propela

FotografĂ­a 4 Esculpiendo piezas con Dremel

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FotografĂ­a 5 Primer Motor

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Fotograf铆a 6 Elaboraci贸n de Eje

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Fotograf铆a 7 Elaboraci贸n de propela provisional

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FotografĂ­a 8 Componentes elĂŠctricos

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Fotograf铆a 9 Discusi贸n grupal. Elaboraci贸n de eje.

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Fotograf铆a 10 Investigaci贸n

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Fotograf铆a 11 Propela en posici贸n horizontal

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Fotografía 12 Últimas pruebas

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FotografĂ­a 13 Eje terminado

FotografĂ­a 14 Prueba corriente fija de agua

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FotografĂ­a 15 Prueba Motor de RC

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Informe final