Diseño de un sistema sostenible de generación de energía, aprovechando el efecto piezoeléctrico en la PUJ Cali

El marco actual de la globalización, el crecimiento económico, la expansión de infraestructuras y el crecimiento demográfico promueven la progresiva explotación, el uso masivo de los recursos y el aprovechamiento indiscriminado de fuentes energéticas primarias de tipo fósil, dejando huella de deterioro ecológico causado por una mayor exigencia de energía y por consiguiente, por un mayor desecho de gases de efecto invernadero (GHGs)1 por habitante [1]. En consecuencia, sin una acción urgente para reducir los GHGs, se enfrenta una situación de cambio climático desenfrenado que impacta dramáticamente todo lo que se conoce hoy. En total, el 57% de GHGs ha resultado del CO2 liberado por el uso de combustibles fósiles [2]. Incluso, la tierra tiene un potencial de 2795 Gton de CO2, es decir, aproximadamente cinco veces más de la cantidad que, como máximo, se podría consumir [3]. Según lo anterior, las aglomeraciones representan un riesgo ambiental, pero pueden ser aprovechadas para reducir las cargas ambientales globales sin causar dificultades económicas [4]. Frente al problema ambiental expuesto, se han desarrollado estrategias de generación de energía sostenible, llamadas energías alternativas (EA), que incluyen tres cambios tecnológicos: ahorro de energía, mejoras eficientes en la producción de energía y la sustitución de combustibles fósiles por diversas fuentes de energías renovables [5]. Las EA comprenden todas aquellas energías de origen no fósil y que no han participado significativamente en el mercado mundial de energía. Las clasificaciones más amplias de éstas, es no convencionales o renovables y convencionales o no renovables; las primeras son fuentes que pueden reponerse al generarse por procesos cíclicos de periodicidad variable o son inagotables, como es el caso de la generación de energía a partir del movimiento de las personas, que busca transformar energía cinética a eléctrica, con el uso de materiales que logran captar las vibraciones generadas por el movimiento humano [6]. Las segundas son aquellas que se consumen a una mayor velocidad de lo que la naturaleza puede reemplazarlas por lo que la cantidad total disponible es cada vez menor y su posibilidad de reposición es remota (Ver Tabla 1). Según la Unidad de Planeación Nacional Minero Energético (UPME), las energías renovables cubren actualmente cerca del 20% del consumo mundial de electricidad [8]. En Colombia la energía es proveniente de recursos hídricos y termoeléctricos. Para el año 2015, el 70% era proveniente de fuente hidráulica y el 29% de termoeléctrica, para enero de 2017, se registró un aumento de la producción de energía por recurso hídrico al 91.26% [9]. Este aumento se ha venido dando debido a que la UPME adoptó el plan de expansión de referencia Generación- transmisión, de 2010 - 2024 del Ministerio de Minas y Energías, en el cual se propone como objetivo garantizar la atención de demanda energética con calidad, seguridad y confiabilidad, para lo cual se ordena la creación de cinco (5) subestaciones de energía hidráulica para ampliar la capacidad instaladaThe present project seeks to design a sustainable energy generation system taking advantage of the piezoelectric effect that mitigates the environmental impact and the costs of current energy sources from the university in Colombia. This idea arises from the opportunity identified in the institution to use human movement as a source of energy due to the great flow of people on campus. The method was based in the anthropometrical and biomechanical characterization of the population in order to quantify the potential energy that could be obtained through the movement of people when they activate the piezoelectric product located and distributed in the place that will be identified as the area with the greatest possibility of energy generation. All of this making use of tools of industrial engineering like, methods, Plant layout, schedule and others. The tiles used in the design are composed of 80% recyclable materials, which indicates that it is a product friendly to the environment. The environmental analysis was made based on the CO2 emission factor per kWh-generated of the Colombian interconnected electricity system, which is 0.199 kg of CO2 per kWh produced. If the piezoelectric tiles are installed as indicated by the final configuration in the main traffic path obtained in the analysis of this project, a saving of 84.478 kg of CO2 could be achieved in the case of producing the minimum energy which is 424.517 kWh and a saving of 169.133 kg of CO2 in the case of producing the maximum energy corresponding to 849.913 kWh. With the decrease in CO2 emissions that result from the implementation of the tiles, the high environmental impact of the project is concluded because it contributes to the reduction of the emission of greenhouse gases caused by the energy consumption of the participating institution