ANÁLISIS DE LA FACTIBILIDADECONÓMICA Y AMBIENTAL DE

UTILIZAR BALDOSASPIEZOELÉCTRICAS EN EL CAMPUS

DE LA UNIVERSIDAD MILITARNUEVA GRANADA (UMNG)

Fredy Javier Agatón Aguirre∗

UMNGfredyjavier@gmail.com

Abstract

La presente monografía busca generar conocimiento sobre la generación de energía eléctrica a partir delefecto piezoeléctrico analizando desde un punto de vista investigativo los costos de implementar este tipode tecnologías en la UMNG, su impacto potencial en la generación de energía eléctrica, así como el ahorromonetario que puede generar éste tipo de soluciones en costos por concepto de electricidad y a su vez susimpactos en la mitigación 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, así como también se propone implementar unsistema compuesto por 10 baldosas piezoeléctricas en los 5 torniquetes que se encuentran en dicha entrada.A pesar de que los resultados esperados en términos de producción de energía eléctrica generada por elsistema propuesto no són los esperados, la investigación halló un elevado potencial de instalar éste tipo detecnologías en la universidad en un futuro dado que se espera que ésta tecnología reduzca su precio deforma acelerada, adicionalmente se puede generar conciencia ambiental en un elevado número de personasque conformán la comunidad académica de la UMNG y evidenciar el compromiso que tiene la universidadcon el medio ambiente.

Palabras clave: Baldosas Piezoeléctricas, Energías Limpias, Factibilidad Económica 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 José de Caldas.

I. Introducción

A puertas de una crisis civilizatoria la cualse caracteriza por mostrar que aparentementenuestro modelo de producción y nuestra formade vida estan afectando de manera drástica almedio ambiente, generando cambios en el cli-ma, agotamiento de suelos, contaminación delaire y del agua. Se evidencia entonces que nopodemos continuar con éste modelo de produc-ción, 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 energíaslimpias y renovables, una de éstas fuentes deenergías limpias son las baldosas que utilizanel efecto piezoeléctrico para generar energíaeléctrica.Dentro de éstas investigaciones se han gene-rado estudios sobre la posibilidad de instalaréstas 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 energía limpias,y sobre la necesidad de cuidar y conservar almedio ambiente.Desde la perspectiva de investigación que seencuentra implícita en la academia, se preten-de en ésta monografía analizar la factibilidadeconómica y ambiental de instalar un conjuntode 10 baldosas piezoeléctricas en la sede calle100 de la UMNG se debe indicar que en éstasede de la universidad tiene a su cargo la par-te administrativa de la universidad y en ellase imparten un elevado número de pregradosy posgrados, de acuerdo con [Espinosa, 2010],en ésta sede de la universidad en el año 2010se encontraban 7159 alumnos matriculados (sincontar con los estudiantes de posgrados), y 2028personas laboraban en ésta sede de la universidad,conociendo ésto 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 ésta sede de la universi-

dad se consume por mes aproximadamente116 KWh, lo cual nos permite conocer el altoconsumo de enérgia eléctrica que se produceen ésta sede, por esta razón la sede calle 100 dela UMNG puede ser un lugar adecuado paraimplementar éste tipo de soluciones de enér-gias limpias, las cuáles generen impacto en lapoblación estudiantil.Para valorar la factibilidad ecónomica y am-biental de implementar las baldosas piezoeléc-tricas en la sede calle 100 de la UMNG, sedivide ésta monografía en los siguientes capí-tulos:

I Introducción

II Métodos

III Resultados

IV Conclusiones

II. Métodos

Para evaluar la factibilidad económica y am-biental de utilizar baldosas piezoeléctricas enel campus calle 100 de la UMNG, se desarro-llaron las siguientes actividades:• Se realizo una revisión bibliográfica so-

bre estas baldosas y casos de estudio deutilización en otros países.• Se obtuvo el valor medio de flujo de per-

sonas que transitan a través de la entra-da principal del campus calle 100 de launiversidad por medio de la valoraciónestadística del flujo de personas que seregistraron a través de cada uno de lostorniquetes ubicados en la entrada prin-cipal del campus en el año 2013. Pararealizar esta valoración estadística 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 lacolaboración del profesor Jesús Er-nesto Villarreal y del departamentode conservación de la UMNG.

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

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

III A través 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 pordía.

• Se tomó como valor promedio de gene-ración de energía 4.459 Joules obtenidomediante el cálculo de la energía poten-cial por pisada, a este valor se le castigoen un 5 % debido a la luz LED que seenciende cuando la baldosa genera ener-gía. Luego de esto se calculó el valor deenergía generada por año por baldosa deacuerdo al flujo medio esperado calcula-do previamente.

• Se definió el número de baldosas a insta-lar de acuerdo a los precios del fabricantey se proyectarón los costos de instalacióny mantenimiento de las mismas.• Se procedió a calcular el valor monetario

de la energía producida por cada baldosaal año esto con el valor actual de la ener-gía eléctrica para el caso en específico dela universidad y se procedió a proyec-tar al costo esperado de energía eléctricapor año de vida útil de las baldosas, ycon estos valores se realizo una compa-ración entre el valor monetario a invertirpara instalar y mantener las baldosas du-rante su vida útil y el valor monetarioque se ahorraría en energía eléctrica sinla instalación de éstas, con estos valoresse evalúo la factibilidad económica delproyecto.• Se procedió a través de datos nacionales a

inferir la cantidad de dióxido de carbonogenerado por KWh en la producción deenergía eléctrica en el país y se comparocon la cantidad de dióxido de carbonogenerado por KWh de energía obtenidapor medio de las baldosas esto con baseen bibliografía que trata sobre el tema,con base en estos valores se evidencio lafactibilidad ambiental del proyecto.

III. Resultados

I. Marco Teórico

I.1 Fuerza

La fuerza se define como una influencia exter-na sobre un cuerpo que causa su aceleraciónrespecto a un sistema de referencia inercial, sise supone que no actúan otras fuerzas la direc-ción de la fuerza coincide con la dirección de laaceleración causada [Tipler and Mosca, 2005],la ecuación general de fuerza se indica en laecuación (1)

∑ F = m×~a (1)

I.2 Trabajo

El trabajo surge a partir de una fuerza que ac-túa sobre un objeto que se mueve a través deuna distancia y existe una componente de lafuerza a lo largo de la línea de movimiento. Sila fuerza es constante, en una sola dimensiónel 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 aplicación se trasladauna distancia ∆xi se define por medio de laecuación (2)

W = Fx × ∆x = F cos ϑ∆x (2)

En donde ϑ es el ángulo entre las direc-ciones de F e i y ∆x es el desplazamien-to del punto de aplicación 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 partícula con velocicad ins-tantánea v, en un intervalo corto de tiempo δt,la partícula se desplaza δs = vδt. El trabajorealizado por una fuerza F que actúa sobre lapartícula durante este intervalo de tiempo es:

dW = F · δs = F · vδt (4)

La potencia suministrada por la partícula sedefine por medio de la ecuación (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 Energía

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

1. energía cinética Ek: Energía que tiene uncuerpo en virtud de su movimiento.

2. Energía potencial Ep: Enería que tiene unsistema en virtud de su posición o condi-ción.

I.5 Energía potencial

La energía que posee el sistema en virtud desus posiciones o condiciones se llama energíapotencial [Tippens, 2003]. Para entender mejoreste concepto se puede pensar en una grúa 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 energía potencial gravitacional dado quela Tierra ejerce la fuerza gravitacional sobretodo cuerpo que se encuentre sobre su superfi-cie. La energía potencial gravitacional se puededescribir por medio de la ecuación (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 Niágara, a travésde su energía potencial se produce energíaeléctrica, 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 energía, pero el que lo levanta en menostiempo es más potente. Al pagar la factura de

consumo de electricidad, se paga la energíaconsumida, no la potencia. Por lo general la fac-tura viene expresada en kilovatios-hora (KW ·h). Un kilovatio-hora de energía es equivalentea 3′600,000 J. [Tipler and Mosca, 2005].

1kW · h = (103W)(3600s)

= 3, 6× 106W · s= 3, 6MJ

(8)

I.6 El efecto piezoeléctrico

En ciertos cristales los cuales contienen mo-léculas polares como el cuarzo, las tensionesmecánicas aplicadas al cristal producen la po-larización de las moléculas, este fenómenoes conocido como efecto piezoeléctrico. La po-larización del cristal cuando se le somete auna tensión causa una diferencia de poten-cial a través del cristal lo cual puede utili-zarse para producir una corriente eléctrica.[Tipler and Mosca, 2005]. La producción deenergía a partir de las baldosas piezoeléctricasse permite por las propiedades de la estruc-tura de los cristales, ciertas cerámicas tienenuna estructura tetragonal con un átomo enel centro. Cuando el cristal es comprimidoel átomo que se encuentra en el centro sedesplaza, lo cual genera un potencial eléctrico.

I.7 Baldosas Piezoeléctricas

Cada día aumenta el interés mundial porencontrar energías limpias que sustituyan ala muy contaminante energía fósil. Aunqueen Colombia el uso de esta última es muy

reducido, ya que el país depende mayori-tariamente de la producida en hidroeléctri-cas, desarrollar nuevas alternativas redun-daría en un impacto ambiental y en ahorroeconómico.[Construdata, 2013] La piezoelectri-cidad fue observada por primera vez por Pierrey Jacques Curie en 1881, este fenómeno ocu-rre cuando cristales como el cuarzo o la tur-malina, entre otros, son sometidos a la acciónmecánica de la compresión, adquieren una po-larización eléctrica de su masa, apareciendouna diferencia de potencial y cargas eléctricasen 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 laenergía producida por la presión que se ejer-ce sobre ellas al momento de ser comprimi-das en electricidad apta para alimentar las re-des del alumbrado público y establecimientos.[Construdata, 2013]

Las baldosas fabricadas por Pavegen Sys-tems, una empresa inglesa lanzada en 2009por Laurence Kemball-Cook, tienen un tamañode 45 × 60 centímetros, están pensadas parazonas en las que se concentra mucha gente,como estaciones de tren, de metro, de autobús,aeropuertos, colegios y centros comerciales.La energía generada por millones de pisadaspuede ser utilizada en múltiples aplicaciones,como iluminación de señales, 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 más 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 ésta la cual se enciende al serpisada y consumen solo el 5 % de la energíagenerada 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-lación debajo del asfalto a unos 5 centímetrosde la capa superior de unos generadores, detal forma que cuando pasan los vehículos porestas carreteras, convierten la presión ejercidasobre ellos en electricidad.También se indica que para la generación eléc-trica por medio de el producto de Innowattechse emplean discos piezoeléctricos, que son ca-paces de transformar las tensiones mecánicasen voltaje eléctrico.

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

II. Solución propuesta

Se propone en este análisis la utilización delas baldosas piezoeléctriccas Pavegen dentrodel campus de la UMNG calle 100, esto conel fin de utilizar el flujo de peatones en lazona de ingreso en específico 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 energía 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 energía y publicidad mediante eluso de monitores alimentados por la energía

producida por las baldosas, y la ubicación deuna zona de carga de dispositivos móviles,también alimentada por la energía producidapor las baldosas, en la siguiente imagen seobserva el campus de la sede calle 100 de laUMNG, y la ubicación de la entrada princi-pal, en la cual se propone ubicar las baldo-sas piezoeléctricas, 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 fín de queseá pisada en dos ocasiones por cada personaque ingrese o egrese del campus calle 100 dela UMNG, por los torniquetes de la entradaprincipal.

II.1 Análisis estadístico del flujo peatonal

Por medio de la información correspondien-te al flujo de ingreso a través del torniquete1 ubicado en la entrada principal a la sedecalle 100 de la UMNG, se realizó un análisisestadístico de dichos datos para obtener unvalor estimado del flujo de personas por díahábil que circula a través 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 conservación de laUMNG, y los resultados estadísticos obtenidosseparados por mes se muestran a continuación.

En la imagen anterior se puede observar laelevada variación existente en las desviacionesestándar de los datos, por tal razón se decidiótomar la mediana como el mejor estimador demedida central, cabe resaltar que para obtenerestás estadísticas se utilizarón más de 1′000,000de 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 ésta información se filtro de acuerdoa los días hábiles que se encuentran dentro delcalendario académico de la UMNG para el año2013 (tomado de [UMNG, 2014], retirando loscorrespondientes días festivos, para no generarsesgo sobre los resultados obtenidos, en la ima-gen siguiente se puede observar la variaciónmensual de la mediana del ingreso de perso-nas por el torniquete 1, de acuerdo a los díashábiles dentro de los periodos acádemicos dela UMNG en el año 2013.

De acuerdo al valor de mediana obtenidapara la muestra de información 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 día hábil académico, 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 cadadía hábil dentro de los días que conforman lossemestres académicos en la universidad.

De la misma manera, se realizó el análisisde ingresos de personas pertenecientes a laUMNG a través del torniquete 1 los días saba-dos, las estadísticas obtenidas por éste análisisse resumen en el siguiente cuadro:

Debido a la elevada variación existente en lasdesviaciones estándar de los datos por mes seselecciono la mediana como el mejor estimadorpara indicar el valor probable de ingreso porcada torniquete en los días sabados que seencuentran dentro de los semestres académi-cos de la UMNG, en la siguiente imagen sepuede observar la variación mensual del flujode personas que ingresan en promedio porcada sábado 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 información analizada, sepuede inferir que el valor de personas queingresan en promedio por torniquete los días

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 día,realizando éste cálculo obtenemos un valorpromedio de 18000 personas, como valor deflujo peatonal en la entrada peatonal de la sedecalle 100 de la UMNG los días sábado dentrode los semestres académicos.

II.2 Cálculos

Para obtener la factibilidad económica y am-biental del proyecto es necesario seguir porun flujo de cálculos a través de los cualesse puede determinar la energía en KWh pro-ducidas por el sistema propuesto en totaldurante su vida útil, el flujo de cálculosse puede observar en la siguiente imagen:

Con el análisis estadístico realizado en la ante-rior sección, 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 cálculos el valor deenergía que se puede producir a través de lainstalación de diez baldosas Pavegen, dos porcada torniquete que se encuentran en la entra-da principal para así obtener dos pisadas porcada persona que ingresa o egresa del campusuniversitario. Inicialmente debemos calcular elvalor de energía potencial que se produce encada pisada de una baldosa, para ello lo prime-ro que se debe realizar es encontrar el valor deenergía que se produce por cada pisada, paraesto, se realiza, lo siguiente:

Ep = 1,3× P̃ ∗ 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 razón se toma envalor promedio 1.3, P̃ es el peso promedio deuna persona en Colombia se toma un valor de70kg, para realizar los cálculos, g representa lafuerza de gravedad, que equivale en promedioa 9,8 m

s2 , 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 energía potencial por paso dado,realizando el cálculo, se encuentra como valorlo siguiente:

Ep = 4,459 J (10)

Ahora para convertir éste valor de energía 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 (número 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 laecuación (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 aquí hallado no se distancia mucho delvalor de referencia dado por el fabricante. Lue-go de hallar el valor de referencia de pisadaspor día hábil y por sábado, ahora para encon-trar un valor de pisadas total por todos lostorniquetes de acuerdo con la solución pro-puesta en un año académico, se puede plantearla siguiente ecuación:

Nptdha = (Npdht×Ndhpa + Npst×Ndspa)×Nt× 2× 2(12)

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

en un año, Npdht es el valor promedio de ingre-so por torniquete a la UMNG en un día hábil,de acuerdo con nuestro análisis estadístico esde 5603, Npst es la cantidad de personas queingresan por torniquete en un día sábado elcual de acuerdo al análisis estadístico es de1800 personas, Ndhpa representa el número dedías hábiles por año académico, que de acuer-do al calendario académico de la UMNG delaño 2014 es de 187 días, Ndspa es la cantidadde sabados que existén dentro del año acadé-mico de la UMNG de acuerdo al calendarioacadémico reglamentario del año 2014 es de37, Nt es el número 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 lasolución propuesta y se indica que por cadatorniquete egresa la misma cantidad de perso-nas que ingresan por esta razón se multiplicatambién por 2 y la anterior ecuación generaun resultado de 2′206,310 pasos por baldosa alaño.Luego de encontrar la cantidad de pisadas querecibe cada baldosa por año, se debe cálcularel periodo de vida útil en años de cada baldo-sa, de acuerdo a [Pavegen, 2014], las baldosastienen una vida útil de 20′000,000 de pisadas,para obtener el periodo de vida útil 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 =Npvu

Npa(13)

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

componen el sistema, realizando esta multi-plicación encontramos como valor de pisadastotales por año académico 22′063,100. Ahorapara obtener la cantidad de energía que produ-ce cada baldosa durante su vida útil, se puededescribir que la energía generada por cada pisa-da como lo vimos anteriormente es de 4,459 J,ahora para obtener la cantidad de energía ge-nerada por cada baldosa durante su vida útildebemos cálcular:

Epvub = 4,459× 22′063,100 (14)

En donde Epvub es la cantidad de energía pro-ducida por baldosa durante la vida útil de cadabaldosa, el valor que se obtiene de realizar elanterior cálculo es de 9′837,936 Joules, ahorapara conocer el valor de energía que produceel sistema durante el periodo de vida útil, sedebe realizar:

Epvus = 98′379,363× 10× 9 (15)

En donde Epvus, al realizar el anterior cálculose obtiene que la energía que produce el sis-tema durante la vida útil del mismo la cuales de 9 años,es de 885,414,266 joules por todoel sistema durante el periodo de vida útil delmismo. Como se puede observar en la ecua-ción (8), para obtener la cantidad de energíaque produce el sistema en KWh, la cual es launidad en la que generalmente se mide el con-sumo de energía eléctrica debemos, resolver:

Ekwh =885,414,266 J

3′600,000(16)

En donde Ekwh es la cantidad total de ener-gía eléctrica que produce el sistema durantesu periodo de vida útil, realizando el anteriorcálculo se obtiene que la energía eléctrica queproduce el sistema en su periodo de vida útiles de aproximadamente 246 KWh.

III. Factibilidad Económica

Por medio de los resultados obtenidos en la sec-ción anterior se encontró la cantidad de energíaen total que produce el sistema, para hallar lafactibilidad económica del sistema se debe re-lacionar el precio de implementar la solución

propuesta con respecto al ahorro ecónomicoobtenido en el consumo de energía eléctricadebida a la implementación de la solución pro-puesta.Antes de iniciar, cabe indicar que de acuerdoa [urban times, 2012], el valor de cada baldo-sa pavegen es de 3850 dólares, sin contar congastos de instalación ni impuestos, ahora al serun proyecto de energías alternativas se puedenomitir los impuestos, y suponiendo un valorde instalación y mantenimiento para las diezbaldosas de 10000 dólares, se tiene en total queel dinero necesario para implementar el pro-yecto es de 3850× 10 + 10000, lo que generaun resultado de 38500 dólares, al multiplicarlopor la tasa representativa del dólar el día 19de mayo de 2014 ($1925), se encuentra que elvalor de implementar la solución propuestaes de 38500× $1925, lo cual es equivalente a$74′112,500. Ahora para calcular la factibilidadeconómica de la solución es necesario calcularla siguiente relación:

FEsp =VAsp

VIsp(17)

En donde FEsp es la factibilidad económicade la solución propuesta, VAsp representa elahorro en el consumo eléctrico de la soluciónpropuesta y VIsp es el valor de implementarla solución propuesta, que como vimos en laanterior sección corresponde a $74′112,500.Ahora de acuerdo con [Espinosa, 2010], el va-lor promedio por KWh que pago la UMNG, fuede aproximadamente $345 esto en el año 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 útil del proyecto, con este valor en cuentapodemos cálcular VAsp, por medio de:

VAsp = Ekwh × 420 (18)

Como se obtuvo en la sección anterior la can-tidad de energía que se obtiene durante el pe-ríodo de vida útil del proyecto es de 246 KWh,

ahora realizando el cálculo correspondiente ob-tenemos que VAsp = $103,320, ahora resolvien-do la ecuación (17), se obtiene que la relaciónentre la inversión 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 económica de implementaréste 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-lución propuesta, debemos primero conocer lacantidad de CO2 que se emite con los métodostradicionales de generación de electricidad enel país, de acuerdo con [UPME, 2009], el factorde emisión de CO2 por KWh que se genera enel sistema eléctrico interconectado colombianoes de 0.2849 kg de CO2 por KWh producido.Para calcular el ahorro en emisiones de CO2que se obtendrián al implementar el proyecto,debemos cálcular:

AECO2= Ekwh × 0,2849 kg CO2 (20)

En donde AECO2representa el ahorro en emisio-

nes de CO2 generado por la implementacióndel proyecto y como se obtuvo previamenteEkwh es igual a 246 KWh, al realizar el cálculocorrespondiente 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 inversión requerida no seve reflejado en una elevada factibilidad ambiental.

IV. Conclusiones

De la presente monografía de investigación sepuede concluir lo siguiente:

1. Por medio de la investigación realizadase pudo evidenciar a través de un análisisestadístico que el flujo de personas queingresan y egresan de la sede calle 100de la UMNG es bastante elevado duranteel año académico, lo cual es un determi-nante para poner en marcha éste tipo deproyectos.

2. Se demostró 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 éste lugar no es facti-ble, debido a la elevada inversión que se deberealizar para comprar las baldosas y la pocaenergía que éstas producen durante su vidaútil.

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

4. Se puede indicar que aunque en éste mo-mento la implementación de éste tipode proyectos no es factible, se debe es-tar abierto a éstas tecnologías, las cualesde acuerdo a [Bloomberg, 2013] se espe-ra reduzcan sus precios de forma rápida,generando así un mayor poder de adqui-sición de cantidades altas de éstas baldo-sas, generando de ésta manera un mayorimpacto en la mitigación de CO2 en lageneración de electricidad.

Referencias

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