Título:

Skyscraper energy

Num de Proyecto:Autor(es): Emilio Ochoa Hernández

Juan Carlos Rendón Flores

Leticia Michel Peña Urzúa

Asesor: Israel Cisneros

Escuela: CEDI

Área: Bachillerato

Categoría: Ciencias de los Materiales

Guadalajara.Jal. 09/05/2016

Skyscraper Energy

Sumario

La idea de aprovechar la altura de los edificios para utilizar las energías eólica y solar, surgió cuando pensamos en un aerogenerador para nuestro proyecto. Pensamos en una manera de capturar más aire sin dañar ecosistemas cortando árboles para tener espacio para las turbinas, y nos dimos cuenta que entre más alto se coloquen, mayor es el viento que los mueve. Actualmente, las ciudades están creciendo hacia arriba, dado que ya no puede expandirse el territorio hacia los lados. Una forma de aprovechar este crecimiento de forma beneficiaria a la sociedad, es utilizar la altura de estos edificios o rascacielos para obtener una mayor fuerza y velocidad de viento, y mayor impacto de radiación solar.

Después de un tiempo nos dimos cuenta que en el techo de los edificios (rascacielos) hay espacio suficiente para implementar paneles y aerogeneradores, los cuales disminuirían la cantidad de energía utilizada por los mismos. Esto ayudaría a disminuir la cantidad de contaminación generada en una ciudad ya que se aprovecha la actual tendencia de crecimiento vertical de las ciudades para producir mucha energía en base a recursos renovables.

Lo primero que realizamos fue una investigación de los tres rascacielos más altos de Guadalajara, los cuales son: el Hotel Riu Plaza de 190.2 m, la Torre Aura Altitude de 171 m, y por último la Torre Aura Lofts de 120 m. Investigamos su altura y en el centro meteorológico de Guadalajara preguntamos las radiaciones solares y velocidades del viento en determinados días durante 4 años, iniciando del 2012-2015, los cuales fueron 25 de enero, 25 de marzo, 25 de julio y 25 de octubre de sus respectivos años. Con una formula que nos otorgaron logramos calcular la radiación y las ráfagas de viento a la altura de cada edificio en cada estación del año.

1. INTRODUCCIÓN

Nuestro proyecto está basado en ayudar a la sociedad aprovechando la creciente de población y por consecuente de edificios. En nuestro proyecto, se busca realizar la investigación de los beneficios que traerá la implementación de energías solar y eólica en los rascacielos, basándonos en los trés edificios más altos de Guadalajara que son el RIU, la Torre Aura Loft y la Torre Aura Altitude.

Justificación

El motivo por el cual vamos a realizar este proyecto es para dar a conocer a las personas un método simple y efectivo mediante el cual se podría reducir la contaminación ambiental utilizando la infraestructura existente, lo cual disminuye los costos de estas energías, demostrando que es sustentable.

Problema :

Hoy en día la energía eléctrica se ha convertido en una base fundamental de la vida cotidiana, es por eso que es necesaria la implementación de una fuente de energúmenos alternativa buscando el menor impacto ambiental que se pueda. Se sabe que en los últimos 20 años se ha duplicado la energía consumida, donde se sacaron estudios por Endesa educa y la energía es repartida en 5 secciones: petróleo, gas natural, carbón nuclear y renovable. (Gamesa, 2015)

Las centrales térmicas son las que se encargan de generar CO2, SO y NO causando un cambio en el ciclo ambiental y por ende favoreciendo al efecto invernadero. (Ecolife, 2015). Actualmente podemos utilizar energía solar y eólica como una posible solución a estos problemas.

Un generador eólico, conocido como un gigantesco molino donde se genera electricidad gracias al movimiento de las aspas ocasionado por el aire. Entre más viento haya en el ambiente, mayor es el número de vueltas que dan las aspas, y mayor es la energía producida.

La energía solar es la energía producida por el sol la cual en algún punto se vuelve útil para el ser humano, ya sea para calentar algo o para convertirla en energía denominada energía solar fotovoltáica o energía solar térmica. El sol emite 4 mil veces más energía de la que los humanos necesitamos, por lo que se vuelve ilimitado. Hoy en día, todo el mundo está desarrollando técnicas las cuales involucran el uso de este recurso ya que es denominado un recurso natural. Algunos de los aparatos más frecuentes que utilizan esta energía son, calentadores solares y estufas solares.

Crecimiento Poblacional

La tasa de crecimiento de la población (TCP) es el aumento de la población de un país en un período determinado, generalmente un año, expresado como porcentaje de la población al comenzar el período. Refleja el número de nacimientos y muertes ocurridos durante el período y el número de inmigrantes y emigrantes del país. (World Bank, 2015)

Tendencias mundiales en las tasas de crecimiento de la población:

Las tasas de mortalidad y natalidad han disminuido en las últimas décadas. Las personas viven más años en los países industriales y en desarrollo debido al mayor acceso a la inmunización, a la atención primaria de la salud, y a los programas de erradicación de enfermedades. Muchos padres se están dando cuenta de que a medida que mejoran las condiciones de salud, es más probable que sobrevivan más de sus hijos, de manera que están decidiendo tener menos bebés. El mayor acceso a la planificación de la familia está ayudando a controlar el número de hijos y el tiempo que transcurre entre los nacimientos de sus hijos. Además, gracias al mayor acceso a la educación y al empleo, son más las mujeres que están formando sus familias a mayor edad y están teniendo menos hijos, pero más sanos.

Debido a la desaceleración de las tasas de natalidad, las tasas de crecimiento de la población han comenzado a disminuir en muchos países, aunque siguen en algunos siendo altas porque no han bajado con la misma rapidez que las tasas de mortalidad. La tasa de crecimiento de la población

sigue siendo más alta en los países de ingreso bajo y mediano que en los países de ingreso alto. Aunque la tasa de crecimiento de la población ha estado disminuyendo en estos países, el número de personas que se agrega a la población todos los años ha ido aumentando porque la base demográfica se ha vuelto mayor. (World Bank, 2015)

En los próximos 35 años, se agregarán 2.500 millones de personas a la población actual de 6.000 millones.

La población del mundo crece a razón de 200.000 personas por día.

Estas tendencias de inflación demográfica son las que están obligando a las grandes metrópolis a desarrollarse verticalmente en altos rascacielos tanto comerciales como residenciales en vez de horizontalmente en casas-habitación para evitar la expansión de las mismas creando grandes distancias entre puntos geográficamente cercanos.

Hipótesis:

•El uso de estas energías renovablesen edificios, ayudará al medio ambiente disminuyendo la cantidad de energía eléctrica al ser sustituida.

•El uso de estas energías en rascacielos, lográ un mayor aprovechamiento de las misas, donde se generará más energía solar en el edificio que en una casa, y más energía eólica a esa altura que en el suelo.

Objetivos (generales y específicos).

•Dar a conocer el impacto medioambiental que se está provocando día a día al explotar los recursos naturales no renovables.

•Calcular y estimar la cantidad de energía que se puede obtener al colocar paneles solares y aerogeneradores en el techo de un edificio.

•Implementar la utilización de energías renovables aprovechando la infraestructura de las ciudades y la creciente tendencia que esta lleva (crecimiento hacia arriba).

•Disminuir los niveles de contaminación de las metrópolis a nivel mundial mediante la utilización de energías renovables aprovechando la infraestructura de las mismas.

2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA /REFERENCIAL TEÓRICO

(2015).Dignox/ Beneficios de la energía eólica. Dignox.com Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en: http://dignox.com/ecologia/beneficios-y-ventajas-de-la-energia-eolica.html

Eólico,.(2015).Como funciona un generador eólico. Ecolife.co. Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en http://ecolife.co/index.php/ecotecno/114-como-funciona-un-generador-eolico.

Mmonografias.com,.(2015). Las Energía Alternativas y su impacto en el Medio Ambiente (página2)-Monografías.com. Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en, http://m.monografias.com/trabajos68/energias-añternativas-impacto-medio-ambiente/energias-alternativas-impacto-medio-ambiente2.shtml.

Madrimasd.org,.(2015).Experimentos de física. Energía, recuperado el 26 de noviembre de 2015, en, http://madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/física/energía/default.asp.

Dipress (2000). “Proyecto protección de la capa de Ozono” [Online] recuperado el 26 de noviembre de 2015, en: http://www.dispres.gob.cl/574/articles-15001-doc-pdf-pdf.

Cambio Climático (1997).”Cambio climático y calentamiento global” [online] recuperado en: http://cambioclimaticoglobal.com/que-es-el-calentamiento-global.

Anes.org,. (2016). Asociacion Nacional de Energía Solar. Recuperado de: http://www.anes.org/anes/index.php

Worldbank.org,. (2016). DEPweb: Tasa de Crecimiento de la Población. Recuperado de: http://www.worldbank.org/depweb/spanish/modules/social/pgr/

3. METODOLOGÍA (O MATERIALES Y MÉTODOS)

Análisis Matemático

Instrumentos de medición: Piranómetro y Anemómetro

Ecuación para el cambio de la velocidad del viento con respecto a la altura:

- V/Vi = (H/Hi)Sf V = Vi * (H/Hi)Sf

Donde:- V: Velocidad del viento a nueva altura- Vi: Velocidad inicial- Hi: Altura inicial- H: Nueva altura- Sf: Factor de corte

Tomamos en cuenta como exponente de factor de corte el de Suburbios Humanos el cual es 0.31 ya que es el más conveniente porque los demás son Barreras-Cercos-Bardas y Mar en Calma.

Ecuación para obtener el consumo de electricidad basándonos en el tamaño de los paneles, tomando en cuenta la fórmula de paneles:

- Ar = 1200 * Ed/Id Ed= Id(Ar/1200)

Donde: - Ar: Tamaño del panel (Wp)

- Ed: Consumo de electricidad (kWh/día)- Id: Irradiación (kWh/m2/día)

El promedio de Irradiación (Id) en Guadalajara es de 5.6 kWh/m 2 /día

Ecuación para calcular la cantidad de energía que produce un aerogenerador:

- EGA = 0.01328 D2 V3

Donde:- EGA: Energía generada anualmente (Kilovaltios-hora[KWh]/año)- D: Diámetro del rotor (pies)- V: Promedio anual de la velocidad del viento, (mph)

Rascacielos Consumo por año Años de recuperación

Hotel RIU Plaza 296646 KW /año 25 años

Torre Aura Altitude 2621100 KW /año 1 año

Torre Aura Loft 2687614 KW /año 3 años

Para tomar los valores medidos de cuánta energía produce un aerogenerador, tomamos como promedio 2,000 vueltas diarias con los valores respectivos de cada edificio.

4. RESULTADOS Y DISCUSIONES.

Comparación de la energía producida por cada edificio:

Edificio Área de la azotea # paneles # aerogeneradores Energía totalTorre Aura

Altitude 9,400 m2 NA 14 100,520 Wh/día

Torre Aura Loft 8,733.33 m2 8 11 1’952,374 Wh/día

Hotel RIU Plaza 8,190 m2 7 NA 1’644,066.6 Wh/día

5. Costo-Beneficio

5. CONCLUSIÓN

Tras haber finalizado nuestro proyecto se puede concluir que éste fue un éxito. Se cumplió en esta etapa con el segundo objetivo que era calcular la cantidad de energía que se podría obtener con cada método que se utilizaría en el proyecto tras una muy larga y ardua investigación que incluyó tanto fuentes de sitios en internet como datos recabados por una institución seria de carácter científico como lo es el Centro Meteorológico de la U de G y el apoyo de doctores reconocidos del medio como el señor Ángel Meulenert, (Doctor de Ciencias Meteorológicas y actualmente da el clima en Canal 44 y Televisa).

Además se espera obtener una relación de costo beneficio que al parecer, con los datos recabados hasta el momento nos dirán que este proyecto es muy redituable.

Se espera también cumplir con los demás objetivos el día de nuestra exposición pues ese día se informará a la audiencia sobre los posibles beneficios de nuestro proyecto además de la concientización de la misma sobre el impacto ambiental y el actual crecimiento demográfico en nuestro país.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Tecnologías, D. (2015). Gamesa / Gamesa / Energía eólica. Gamesacorp.com. Recuperado el 26 de noviembre 2015, from http://www.gamesacorp.com/es/gamesa/energia-eolica/beneficios-energia-eolica.html

(2015).Dignox/ Beneficios de la energía eólica. Dignox.com Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en: http://dignox.com/ecologia/beneficios-y-ventajas-de-la-energia-eolica.html

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Mi-carrera.com,.(2015).ingeniería mecatrónica, todo sobre la carrera de ingeniería mecatrónica, robótica, ingeniería biónica, ingeniería cibernética, ingeniería en control de automatización, ingeniería en robótica industrial, ingeniería mecánica automotriz industrial, ingenie. Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en, http://www.mi-carrera.com/ingenieriaMecatronica.html

Mienergiagratis.com,.(2015). Mini aerogenerador casero Mi Energía Gratis. Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en http://www.mienergiagratis.com/energia-eolica/item/186-mini-aerogenerador-casero.html

Antiperspirant, (2015).”Los aerosoles y la contaminación del aire”.[online]. Recuperado el 26 de noviembre en: http://www.antiperpirantinfo.comles/enviromental.impact/aerosol-and-air-pollution.aspx

Dipress (2000). “Proyecto protección de la capa de Ozono” [Online] Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en: http://www.dispres.gob.cl/574/articles-15001-doc-pdf-pdf

Cambio Climático (1997).”Cambio climático y calentamiento global” [online] Recuperado el 26 de noviembre de 2015, en: http://cambioclimaticoglobal.com/que-es-el-calentamiento-global.

Anes.org,. (2016). Asociacion Nacional de Energía Solar. Recuperado el 1 febrero 2016, from http://www.anes.org/anes/index.php

Worldbank.org,. (2016). DEPweb: Tasa de Crecimiento de la Población. Recuperado el 2 de febrero 2016, en http://www.worldbank.org/depweb/spanish/modules/social/pgr/

http://gstriatum.com (2016). Energía Solar- Qué es, como usarla. Recuperado el 1 de febrero de 2016, en: http://www.gstriatum.com/energiasolar/

GLOSARIO

- Anemómetro: aparato meteorológico que predice el clima, al igual que la velocidad del veinto.

- Piranómetro: instrumento que mide la radiación solar incidente sobre la superficie de la tierra.

- Radiación: es la energía ondulatoria que se propaga a través del espacio determinado.- Rotor: es el componente que gira dentro de una máquina eléctrica.

ANEXOS

Gráficas:

Velocidad del viento a determinada hora del día: RIU (190.2 m) el 25/03/14

Velocidad del viento a determinada hora del día: Aura Alttitude (171 m) el 15/07/13

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Hora del día

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Velocidad del viento a determinada hora del día: Aura Loft (120 m) el 25/03/13

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18:0019:00

20:0021:00

22:0023:00

02468

1012141618

Series1

Hora del día

Velo

cidad

del

vie

nto

en k

m/h

Radiación emitida sobre la ciudad de Guadalajara a determinada hora del día el 25/10/15

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2:303:30

4:305:30

6:307:30

8:309:30

10:3011:30

12:3013:30

14:3015:30

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Si tu proyecto utilizará alguno de los siguientes agentes para hacer su investigación tales como seres humanos, animales vertebrados, Agentes biológicos potencialmente peligrosos,

Substancias Químicas, Actividades o Equipamientos Peligrosos Su reporte debe de contener lo siguiente en el apartado de anexo

Investigaciones con seres humanos. Detalle todos los procedimientos, incluya lo que fue pedido a los participantes de la investigación. Describa la Evaluación de los Riesgos y cómo estos serán minimizados. Describa la muestra (participantes de la investigación) estudiada:

Número de participantes y datos generales de los participantes (pueden incluir informaciones como: edad, escolaridad, sexo, status socioeconómico, etc.)

Proceso de reclutamiento (dónde y cómo los participantes fueron reclutados) Procedimientos para obtención del consentimiento (si hubo). Incluya la manera como

informó a los potenciales participantes sobre la naturaleza voluntaria de la participación y sobre el derecho de retirar se de la investigación a cualquier momento.

Estrategias utilizadas para mantener la privacidad y la confidencialidad.

Incluya cuestionarios de investigación, si utilizados:

Liste y describa los medios (cuestionarios, investigaciones, etc.) utilizados e cómo usted medió la variable de interés (observaciones de comportamiento, tiempo, etc.).

Describa estrés emocional y consecuencias en potencial.

Describa cualquier actividad física o procedimientos, si hechos, y evalúe críticamente el riesgo:

Tipo y duración de la actividad/ejercicio físico Método de ingestión, cuantidades, intervalos, etc.

Investigaciones con animales vertebrados

Discuta brevemente ALTERNATIVAS EN POTENCIAL al uso de animales vertebrados. Presente una justificativa detallada para el uso de esos animales.

Explique cualesquier impactos en potencial, o contribuciones, de este proyecto.

Describa todos los procedimientos utilizados:

Incluya métodos utilizados para minimizar cualquier desconfort (dolor, herida u otro desconfort) al animal durante la experimentación.

Dosis de drogas y concentraciones químicas detalladas.

Describa los números (cantidad, especies, género, edad, etc.). Incluya una justificativa para la cantidad planeada para esa investigación.

Describa la jaula/cercado en que el animal se quedará, bien como los cuidados que le serán dispensados diariamente.

Describa lo qué ocurrirá a los animales después del fin de la experimentación.

Agentes biológicos potencialmente peligrosos

Describa el proceso final y la fuente de obtención de los agentes, las precauciones de seguridad y los métodos de descarte.

Substancias Químicas, Actividades o Equipamientos Peligrosos

Describa el proceso de evaluación de riesgos bien como sus resultados. Detalle concentraciones químicas y dosis de medicamentos y drogas. Describa también precauciones de seguridad para minimizar el riesgo y los métodos de descarte (si utilizados).

ANEXO A (obligatorio)

Insertar foto del equipo de preferencia con el asesor

Foto de Equipo

Insertar foto del comprobante de pago

Comprobante de Pago