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EVALUACIÓN TÉCNICA, ECONÓMICA Y AMBIENTAL DEL SISTEMA DE
APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ PARA ZONAS NO
INTERCONECTADAS EN LA CIUDAD DE CARTAGENA
SEMILLERO DE INVESTIGACIÓN EN BIOPROCESOS Y AMBIENTE (SIBIAM)
NATALIA TERAN
DOCENTE TUTORA
ANDREA BONEU MASS
DEIVIS SALCEDO PEREIRA
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA
26 /03/2019
CARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C.
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 5
EVALUACIÓN TÉCNICA, ECONÓMICA Y AMBIENTAL DEL SISTEMA DE
APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ PARA ZONAS NO
INTERCONECTADAS. 6
1. 6
1.1. 6
1.2. 7
1.3. 7
1.4. 8
1.4.1. 8
1.4.2 8
2. ¡Error! Marcador no definido.
2.1. ¡Error! Marcador no definido.
2.2 ¡Error! Marcador no definido.
2.2.1. ¡Error! Marcador no definido.
2.2.2. ¡Error! Marcador no definido.
2.2.3. ¡Error! Marcador no definido.
2.2.4. ¡Error! Marcador no definido.
2.2.5. ¡Error! Marcador no definido.
2.2.6. ¡Error! Marcador no definido.
2.2.7. ¡Error! Marcador no definido.
2.2.10. Análisis técnico 14
2.2.11. Variables de diseño y operación 14
2.3. ¡Error! Marcador no definido.
2.4. ¡Error! Marcador no definido.
3. 18
3.1. 18
3.2. 18
3.3. 20
3.3.1. 20
3.3.2. 20
3.4. 20
3.5. 20
3.6. 21
3.7. 22
3.7.1. 22
3.7.2. 23
3.7.3. 23
3.8. 23
REFERENCIAS 21
RESUMEN
La necesidad de buscar alternativas renovables para reemplazar los combustibles
fósiles, han llevado a someter a estudio el recurso hídrico más grande, el océano.
A partir de la influencia del viento sobre este, se busca utilizar el vaivén de las olas
y de la energía generada en este proceso para obtener energía limpia.
El término undimotriz se origina en la palabra onda y se aplica tanto a las ondas
marinas en las zonas medianamente cercanas y alejadas de la costa (middle y off
shore) como a la extinción de la onda o sea la ola en la franja costera (on shore);
este proyecto está vinculado con el empleo de esta energía en las zonas medias
y cercanas de la costa, esto se debe a que es en esa franja donde se obtiene la
máxima cantidad de energía.
La primera fase de este sistema constaba de una estructura formada por una rueda
de bicicleta, un listón de hierro, 3 listones de madera como soporte, un generador
eléctrico, 5 bombillas LED y un objeto que permitiera flotar al sistema generador.
A partir de la primera fase se planeó llevar a cabo mejoras al prototipo de carácter
estructural y de materiales para aumentar la resistencia al ambiente y en cierta
medida facilitar el transporte del equipo, para lo cual se desarrolló un estudio de
materiales y el diseño industrial de cada una de las piezas que hacen parte del
sistema, también se realizaron pruebas de campo preliminares con el propósito de
registrar una base de datos y contar con un punto de partida para futuras mejoras.
El propósito general de este proyecto radica en poner en marcha la validación de
un prototipo mejorado para el aprovechamiento de energía undimotriz en zonas no
interconectadas a las redes eléctricas nacionales, teniendo en cuenta diferentes
variables, tales como la ubicación geográfica y estimando las necesidades de
materiales y suministros que serán utilizados para su construcción.
El último paso relacionado a este proyecto de investigación que se logró realizar,
fue un diseño y una evaluación técnica, económica y ambiental, con el fin de
aumentar la vida útil del prototipo frente a las condiciones hostiles de salinidad y
corrosividad, contando también con una mejora en la conversión a energía
eléctrica en el circuito montado al dispositivo. Los resultados respecto al estudio
de materiales fueron adecuados, incluso las fases de construcción, operación y
mantenimiento le aportaron viabilidad al proyecto. Sin embargo, se determinó
necesaria una mejora de las condiciones del circuito eléctrico para incrementar la
conversión de energía mecánica a energía eléctrica en el funcionamiento del
sistema, con el fin de mejorar directamente y en gran medida, la parte económica.
INTRODUCCIÓN
La energía olamotriz o también llamada undimotriz es aquella que se obtiene a
través de la cinética de las olas, aprovechando las corrientes producidas por el
flujo de viento principalmente. Con relación a este tipo de energía alternativa, se
estudia un proceso sostenible con un potencial casi infinito, ya que se cuenta con
innumerables costas y cuerpos marítimos del planeta. Para el aprovechamiento de
la energía undimotriz se han diseñado e implementado una variedad de sistemas
y dispositivos entre los que destacan las turbinas instaladas a inframar como los
más comunes [1].
Colombia cuenta con una estratégica ubicación geográfica que le confiere un alto
potencial de desarrollo para el aprovechamiento de este tipo de energía; sin
embargo, las investigaciones en el tema son casi inexistentes [2]. Debido a esto
surge esta propuesta de trabajo de grado, con el propósito de desarrollar la
evaluación económica, ambiental y técnica de validación de un prototipo mejorado
para el aprovechamiento de energía undimotriz en zonas no interconectadas a las
redes eléctricas nacionales, teniendo en cuenta diferentes variables, como la
ubicación geográfica (Corregimiento de la boquilla) y estimando las necesidades
de materiales y suministros que serán utilizados para la construcción del prototipo,
además se Introducirán mejoras al diseño inicial con el fin de hacer más eficiente
el aprovechamiento de la energía undimotriz, su impacto al ecosistema y
finalmente generar recomendaciones para el escalamiento y masificación de la
tecnología desarrollada.
EVALUACIÓN TÉCNICA, ECONÓMICA Y AMBIENTAL DEL SISTEMA DE
APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ PARA ZONAS NO
INTERCONECTADAS.
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El carbón, el gas y el petróleo están siendo sobrexplotados para satisfacer la
urgente demanda energética mundial, situación que muestra un panorama
ambiental negativo, generando cambios en las condiciones climáticas, en
incremento continuo de gases en la atmósfera por medio del efecto invernadero
ocasionados por la combustión de hidrocarburos. El caos ambiental ha modificado
la temperatura global generando la continua disminución de los glaciales, aumento
en los periodos de sequías, inundaciones y huracanes.
Las grandes reservas mundiales de los recursos energéticos no renovables se
estiman están llegando a su fin, por ello la gran preocupación a nivel mundial de
generar cambios radicales que permitan aprovechar los recursos satisfaciendo las
condiciones de vida de la humanidad. Colombia, según el UPME, tiene un
potencial estimado en los 3000 Km de costas colombianas de 30 GW [3]. El
panorama actual colombiano en cuestiones de estudio de energía undimotriz y
aprovechamiento de recursos renovables para obtención de energía limpia es
prácticamente nulo, anclado a esto, las empresas contratadas por el estado para
surtir de electricidad al país no cubren la totalidad del territorio nacional, dejando
por fuera del fluido eléctrico a miles de familias que coinciden en ser de escasos
recursos [4].
La energía undimotriz, se constituye en una opción importante para dar solución
esta problemática, porque desde uno de sus enfoques, consiste en la obtención
de electricidad a partir de energía mecánica generada por el movimiento de las
olas, presentando grandes ventajas frente a otras energías renovables. Su
implementación se hace aún más viable entre las latitudes 40 y 60 por las
características del oleaje [5].
También es de gran importancia tener en cuenta un estudio técnico de materiales,
mecanismos de funcionamiento y viabilidad físico-eléctrica en relación a la
variación condiciones de la localización de la instalación del SAEU (Sistema de
aprovechamiento de energía Undimotriz).
A partir de las situaciones anteriormente descritas, en el presente proyecto se
pretende hacer una evaluación técnica, económica y ambiental resultante del
diseño, desarrollo y puesta en marcha de un sistema de generación de energía
eléctrica a partir del movimiento de las olas. Para determinar la factibilidad de su
escalamiento a las necesidades de las comunidades vulnerables y a la viabilidad
de instalación en el espacio determinado para ello.
Para la evaluación Técnica, financiera y económica de un proyecto se utilizan
algunos índices que se obtienen del tratamiento técnico y cuantitativo que se le dé
al flujo de caja del proyecto o alternativa respectiva. Estos índices son entre otros
el Tasa Interna de Retorno (TIR), el Valor Presente Neto (VPN), el PAYBACK,
Revoluciones Por Minuto (RPM), Frecuencia, que son los que ayudan a tomar una
decisión adecuada sobre el proyecto a realiza [6]. También es preciso cuantificar
los costos y los beneficios desde la perspectiva de la sociedad como un todo.
Desde esta perspectiva, se realizará una evaluación económica, ambiental y
técnica del sistema de aprovechamiento de energía undimotriz.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuál es la viabilidad técnica, económica y ambiental de la producción de un
sistema de aprovechamiento de energía undimotriz en zonas costeras no
interconectadas?
1.3. JUSTIFICACIÓN
Al realizar una técnica, económica y ambiental de un sistema de aprovechamiento
de energía Undimotriz, se desarrolla y se define la aplicación de herramientas que
permite cuantificar y cualificar la sostenibilidad. Enmarcados en el área de
ingeniería de procesos se atienden a criterios ambientales, económicos y sociales
diseñando herramientas específicas para cada sector productivo, comparando así
el panorama nacional de autosuficiencia energética es decir, que cuente con la
capacidad técnica y operativa, en lo relacionado con la validación e
implementación de alternativas productivas económicamente rentables y
ambientalmente sostenibles que conduzcan a mejorar los niveles de vida de estas
comunidades y, de esta forma reducir el impacto ambiental [7].
Este tema de investigación es pertinente porque guarda relación con el plan de
estudio del programa de Ingeniería Química, puesto que se aborda desde la
perspectiva de temas inherentes a las disciplinas de energías alternativas y al
diseño estructural de equipos de energías renovables del programa de Ingeniería
Química. Los principales beneficiados con este proyecto es la comunidad
Bonaventuriana porque les permite realizar los diferentes estudios en energía
undimotriz y reconocer las nuevas tecnologías que ayudan a reducir las cantidades
de emisiones tóxicas que se liberan a la atmósfera; de igual forma el tema
propuesto es pertinente con el Proyecto Educativo Bonaventuriano (PEB) , ya que
la universidad tiene como misión generar un desarrollo integral en toda la
comunidad Bonaventuriana, para que sus capacidades crezcan armónicamente y
todos tengan una disposición permanente para actuar en beneficio de la sociedad
[8].
Teniendo en cuenta el problema ambiental que causan las energías
convencionales y la gran variedad de recursos hídricos con las que Colombia
cuenta, para el aprovechamiento de energías renovables, estratégicamente posee
una amplia zona costera para ser utilizada con impactos sociales y ambientales. A
pesar de contar con grandes recursos, zonas no interconectadas se ven afectadas
por el desamparo de entes gubernamentales. La falta de estudio de este tipo de
energías motiva la capacidad técnica y operativa, en lo relacionado con la
validación e implementación de alternativas productivas económicamente
rentables y ambientalmente sostenibles que conduzcan a mejorar los niveles de
vida de estas comunidades y, de esta forma reducir el impacto ambiental
ocasionado por el uso desmedido de combustibles fósiles.
Colombia posee gran variedad de recursos naturales. La mayor cantidad de
energía generada en el país corresponde a fuentes renovables, principalmente a
partir de hidroeléctricas. Es así como las energías renovables juegan un papel
fundamental en la economía de Colombia. Las fuentes no renovables se
caracterizan por ser finitas, un ejemplo de estas son los hidrocarburos; por el
contrario, las fuentes renovables como la undimotriz, son recursos que se
renuevan. El agotamiento de las energías no renovables (gas natural, carbón,
petróleo y energía nuclear) y el impacto que tiene su explotación para el medio
ambiente han incrementado el interés en la diversificación de la matriz energética,
mediante la incorporación de energías renovables en el sistema eléctrico, como la
propuesta en este documento.
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVOS GENERALES
Evaluar, desde una perspectiva técnica, económica y ambiental, la viabilidad de
los parámetros físicos del sistema de aprovechamiento de energía undimotriz para
zonas no interconectadas en la ciudad de Cartagena.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar las variables que se utilizarán en la evaluación técnica, económica y ambiental del sistema de aprovechamiento de energía Undimotriz.
Establecer la viabilidad técnica y económica, junto con la factibilidad en la instalación del sistema de aprovechamiento de energía Undimotriz.
Evaluar el plan de manejo ambiental cualitativo del sistema de aprovechamiento de energía undimotriz.
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
En el año 2014, Amable López, José Andrés Somolinos, Luis Ramón Núñez en el documento “Modelado Energético de Convertidores Primarios para el Aprovechamiento de las Energías Renovables Marinas”, desarrollaron una investigación enfocada en los métodos más habituales de aprovechamiento de distintos tipos de energías renovables procedentes del mar y analizar los modelos energéticos de los dispositivos utilizados para su explotación. Estos modelos son necesarios para el diseño del dispositivo, así como para el estudio de su comportamiento dinámico. Su conocimiento resulta imprescindible también para su simulación dinámica y para el diseño de los algoritmos de control necesarios para conseguir una optimización energética y económica. En este trabajo se presentan algunos de los diferentes tipos de energías del mar, y se justifica el interés en el desarrollo de dispositivos específicos para el aprovechamiento de las corrientes marinas y de las olas, junto con una pequeña clasificación en función de la profundidad del agua en la zona de instalación de estos dispositivos. Para los convertidores de energía de las olas, generalmente, de tipo resonante, se presenta una metodología de tipo general, analizando los distintos campos de fuerzas actuantes y los métodos de obtención de las respuestas temporal y frecuencial. Para los dispositivos de aprovechamiento de las corrientes, se propone una metodología simplificada de modelado dinámico que puede ser utilizada en análisis del dispositivo concreto. Para ello se tiene en cuenta los perfiles hidrodinámicos que utilizan estos dispositivos, los datos del perfil de la corriente con la profundidad y del modelo de oleaje, y la dinámica propia del conjunto multiplicadora y generador eléctrico [9]. En el 2016, Christian M. Appendini, Claudia P. Urbano-Latorre, Bernardo Figueroa, Claudia J. Dagua-Paz, Alec Torres-Freyermuth y Paulo Salles con su artículo “Evaluación del potencial energético de las olas en el Caribe bajo nivel de información de modelamiento de ola” investigaron sobre el potencial energético de las olas del mar Caribe, utilizando un modelo de predicción de 30 años. Se encontró que la energía de las olas en las cuencas marítimas cerradas, como el Golfo de Mexico y el mar Caribe presentan menores tasas de producción de energía. Sin embargo, un viento de zona este, que alcanza los 13 m/s conocido como Jet de bajo nivel del caribe, se muestra para controlar la climatología de olas en el mar Caribe. La información de Hindcast es validada con datos altimétricos (Globwave) y boyas (DIMAR) del mar caribe. El desempeño de Hindcast de olas
es muy satisfactorio en dos ubicaciones de boyas (barranquilla y providencia) y con respecto a la información altimétrica, pero presenta una infrapredicción de extrema en puerto bolívar. Por lo tanto, una evaluación de la energía de las olas en el área de estudio, basada en hindcast, esta información sirve para investigar el potencial de energía de la ola en tal área cerrada. Los resultados numéricos sugieren que la región es adecuada para la extracción de energía de las olas (8-14 Kw/m) y presenta importantes gradientes espaciales que deben considerarse para la instalación de dispositivos de energía de las olas [10]. Por otra parte, en el año 2016, E. García, A. Correcher, E. Quiles, F. Morant, presentaron una serie de dispositivos generadores de energía renovable procedente del entorno marino, que en los últimos años han despertado creciente interés. En especial se describen los tipos principales de Generadores Eólicos Flotantes, las Turbinas de Corriente Marina y diversos dispositivos basados en Energía Undimotriz. Se destacan los principales requerimientos a considerar bajo el punto de vista de la ingeniería de control, considerando los objetivos de viabilidad económica a alcanzar teniendo en cuenta su estabilidad, fiabilidad y disponibilidad en un medio marino especialmente agresivo, donde las operaciones de mantenimiento resultan especialmente costosas [11]. Es preciso aclarar que el punto de partida de este proyecto se encuentra basado en las pruebas y estudios anteriormente llevados a cabo en la primera fase del sistema de aprovechamiento de energía undimotriz. También se hace necesario indicar que los proyectos reseñados en esta sección difieren significativamente del que se desarrollará como proyecto de grado principalmente en el diseño estructural y los principios físico matemáticos por los que se rige en la práctica, esto es, la puesta en marcha del mismo, además una posible ventaja económica en su implementación frente a los ya existentes en la actualidad.
2.2 . MARCO TEÓRICO
2.2.1. Generación De Energía Undimotriz. Las olas, en particular las de gran
amplitud, contienen un gran potencial energético. La energía de las olas, es en
efecto una forma concentrada y almacenada de la energía solar, ya que los vientos
que producen las olas son causados por diferencias de presión en la atmósfera
derivadas del calentamiento solar. El fuerte viento que sopla a través de los
océanos crea grandes olas y hace que muchas regiones costeras de todo el mundo
sean ideales para aprovechar esta energía (Boud, R., 2003), (Comission E., 2006).
Los recursos de energía generada por oleaje marino en todo el mundo se estiman
en unos 2 TW con un potencial de generación de electricidad de alrededor de 2000
TWh al año. Como la mayoría de las formas de las energías renovables, la energía
de las olas se distribuye de forma desigual en el mundo. El aumento de la actividad
se encuentra aproximadamente entre las latitudes de 30º-60º en ambos
hemisferios, inducido por que prevalecen los vientos del oeste que soplan en estas
regiones [12].
2.2.2. Comportamiento de las olas. De la radiación solar incidente sobre la
superficie de la Tierra, una fracción se invierte en un calentamiento desigual de la
misma, lo que provoca en la atmósfera zonas de altas y bajas presiones,
generando desplazamientos del aire (viento) de mayor o menor intensidad.
El oleaje es una consecuencia del rozamiento del aire sobre la superficie del mar y, por lo tanto, supuesta una constante solar del orden de 375 W/m2, aproximadamente 1 W/m2 se transmite al oleaje, que actúa como un acumulador de energía, por cuanto al tiempo que la recibe, la transporta de un lugar a otro, y la almacena; la intensidad del oleaje depende de la intensidad del viento, de su duración y de la longitud sobre la cual éste transmite energía a la ola. El mecanismo con que se generan las olas debidas al viento no está aún perfectamente esclarecido; se trata probablemente de la acción de oscilaciones de la presión atmosférica de período corto combinadas con la acción del viento.
Por su turbulencia, una corriente de viento que fluye, incluso, paralela a la superficie del mar, se puede asimilar a una sucesión de oscilaciones de la presión atmosférica que actúan en un plano vertical, ortogonalmente a la dirección del viento. Tales oscilaciones, que incluso pueden superar la amplitud de un milibar, llegan a tener períodos del orden de uno a varios segundos, y se corresponden con auténticos golpes alternados con acciones de reflujo, que se desplazan con el avance del viento, por lo que la superficie aparece afectada por una agitación [13].
2.2.3. Ondas Estacionarias y Progresivas. En una onda marina estacionaria,
existen uno o varios puntos (o líneas), en los que el movimiento es nulo, (puntos
nodales), y uno o más puntos en los que el desplazamiento es máximo, (puntos
ventrales). La distancia entre los nodos y la frecuencia de la oscilación, dependen
de las dimensiones geométricas de la cuenca en que se produzcan. Las secas son
ondas estacionarias como las oscilaciones propias de las cuencas marinas y las
co-oscilaciones de las mareas. Para explicar su funcionamiento se puede recurrir
al siguiente ejemplo: Cuando se da una sacudida a un recipiente lleno de líquido
se observa que toda la masa líquida oscila y, tras un número mayor o menor de
oscilaciones, el nivel vuelve a las condiciones de equilibrio iniciales. En una cuenca
marina, o en un lago, las secas se manifiestan cuando la masa de agua sufre
sacudidas bruscas tanto por la acción del viento y variaciones de la presión
atmosférica, como por sacudidas costeras submarinas [13].
2.2.4. Ondas transitorias o progresivas. Una ola marina progresiva es aquella que varía en el tiempo, y en el espacio; pueden formarse en la superficie (por ejemplo, ondas superficiales debidas al viento) o en el seno de la masa oceánica (ondas internas que se producen a lo largo de las discontinuidades de temperatura y salinidad entre las diversas masas de agua). Las ondas largas, típicamente progresivas, son las ondas solitarias y los tsunamis, frecuentes en el Pacífico, que se generan en relación con terremotos costeros y oceanográficos y se propagan de una costa a otra o desde el epicentro oceánico hasta las costas, provocando a menudo cuantiosos daños, mayores incluso que los de los mismos terremotos [13].
2.2.5. Comportamiento del oleaje en la costa caribe colombiana. En el Mar
Caribe Colombiano, las olas normalmente son de gran tamaño. Los estados de
mar comprendidos en la escala Beaufort entre 3 y 7 son los más frecuentes [14].
Figura 1. Velocidad media mensual del viento en el área influenciada por el jet de
bajo nivel en el caribe, basado en 30 años de análisis del viento (1979-2008)
Fuente: CIOH. Disponible en https://www.cioh.org.co/. [Visitado: 28- Oct- 2018].
La bahía de Cartagena es una laguna costera semicerrada conectada al mar
Caribe a través de dos bocas. Bocachica es la entrada principal a la bahía,
mientras que Bocagrande solo es utilizada por las pequeñas embarcaciones
porque existe una escollera (obstrucción hecha por el hombre) utilizada en el
pasado por los españoles como protección contra los piratas. La dinámica
oceánica de la bahía está determinada básicamente por los vientos, la circulación
alcalina, el río (Canal Dique) y las mareas. Durante julio los vientos vienen del
oeste y noroeste. El flujo del Canal Dique no es tan fuerte como el de la temporada
de lluvias, pero es importante para cambiar el régimen actual.
2.2.6. Análisis económico. El objetivo de una compañía o empresa, además de brindar sus servicios, es generar ingresos. Esto se logra produciendo artículos con un alto valor en el mercado a partir de materias primas con un valor bajo en el mercado; es decir, las industrias químicas elaboran productos de alto valor agregados a partir de materias primas económicas. Para poder alcanzar el objetivo en cuanto a utilidades se aplica la herramienta del análisis económico. Este análisis es un enfoque sistemático para determinar la mejor alternativa para distribuir los recursos escasos, envolviendo la comparación de dos o más alternativas para alcanzar un objetivo específico bajo las asunciones y restricciones. El análisis económico toma en cuenta los costos de oportunidad de los recursos empleados medidos en términos monetarios y costos sociales y beneficios de un proyecto a la comunidad o a la economía [15].
2.2.7. Tipos de costos y estimación. Dos costos primarios deben ser calculados en un análisis económico. La inversión del capital total (sus siglas en inglés TCI) o
costo de capital es el dinero necesitado para adquirir e instalar la planta y todos los requerimientos para ponerla en marcha. Cuando la planta ya se encuentra en marcha, los gastos necesitados para mantener la planta corriendo se refieren a los costos de operación [15]. 2.2.8. Estimaciones de los costos de capital. Los TCI de un proceso son clasificados en dos tipos que son:
● Los costos de capital fijo invertido (FCI) y el capital de trabajo invertido
(WCI):
𝑇𝐶𝐼=𝐹𝐶𝐼+𝑊𝐶𝐼 (1)
EL CAPITAL FIJO INVERTIDO (FCI). Es el dinero requerido para pagar los equipos de los procesos y las unidades auxiliares, adecuar y preparar el terreno para emplazar la planta, las estructuras civiles y los sistemas de control. Por otro lado, la inversión en el capital de trabajo es el dinero necesitado para pagar los gastos de operación durante el tiempo en el que el producto se fabrica. Una característica importante del WCI es que es recuperable al final del proyecto.
● Como la palabra estimación indica, existe un nivel de incertidumbre en
muchos de los costos estimados. Dependiendo del objetivo de la destinacion de costos, existen diferentes grados de exactitud. La Association for the Advancement of Cost Engineering (AACE).[15]
2.2.9. Análisis del punto de equilibrio. Los costos de producción incluyen:
● Cargos fijos. Estos son los gastos que son independientes a la capacidad
de producción de la planta o a la actividad de la planta misma. Ejemplos de estos costos incluye la depreciación (o los Costos fijos anualizados “AFC”) y los costos fijos de operación (salarios, impuestos, etc.) que son independientes a los costos de producción. Por lo tanto:
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑜𝑠 𝑓𝑖𝑗𝑜𝑠 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠=𝐴𝐹𝐶 (𝑜 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑜𝑠 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑎𝑐𝑖ò𝑛) +𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑓𝑖𝑗𝑜𝑠 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ò𝑛 (𝑠𝑎𝑙𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠, 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜𝑠, 𝑒𝑡𝑐) (2)
● Cargos variables. Estos costos son dependientes de la extensión de la
producción como los costos de la materia prima, los gastos por servicios industriales y demás. Estos costos pueden ser convenientemente representados por la variable del costo Anual de operación. Normalmente la variable AOC es linealmente proporcional a la capacidad de producción. [16]
2.2.10. Análisis técnico. El análisis técnico puede entenderse como un conjunto de reglas o gráficos que tiende a anticipar cambios de precios futuros basados en el estudio de cierta información, como, por ejemplo, el precio de compra, el precio de venta y el volumen negociado, entre otros [16]. Parte de esta información abarca una serie de datos históricos del mercado que son ampliamente utilizados por los profesionales para identificar las señales de compra y venta [17].
2.2.11. Variables de diseño y operación. Un factor clave en el proceso de estudio del oleaje tiene que ver con la medición de la repetición de este fenómeno por unidad de tiempo, además tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (distancia entre los picos). En este proyecto se hará la medición en unidades de Hertz.
Adicionalmente y no menos importante, es de gran utilidad contar con una variable para medir la velocidad angular de los engranajes, lo cual suministra información para conocer el rendimiento de la operación. Para esta medición se hace uso de un tacómetro el cual registra las revoluciones por minuto (rpm).
El análisis de la amplitud (distancia entre pico y valle de la onda) nos suministra los datos necesarios para conocer un promedio de altura de la ola en referencia al nivel del mar, variable crítica en la puesta en marcha del sistema de aprovechamiento de energía.
2.3. MARCO CONCEPTUAL
DEPRECIACIÓN. Mecanismo mediante el cual se reconoce el desgaste que sufre un bien por el uso que se hace de él [17]. ENERGÍA RENOVABLE. La energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. ENERGÍA UNDIMOTRIZ. Es la energía que permite la obtención de electricidad a partir de energía mecánica generada por el movimiento de las olas. Es uno de los tipos de energías renovables más estudiados actualmente, y presenta enormes ventajas frente a otras energías renovables debido a que en ella se presenta una mayor facilidad para predecir condiciones óptimas que permitan la mayor eficiencia en sus procesos.
FLUJO DE FONDOS DESCONTADOS. Se utiliza para valorar un proyecto. Determina el valor actual de los flujos de caja futuros descontándolos a una tasa que refleja el costo de capital aportado [18]. HIDROCARBUROS. Son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. Los hidrocarburos son los compuestos básicos que estudia la Química Orgánica. Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales o ramificadas, y abiertas o cerradas. Los que tienen en su molécula otros elementos químicos (heteroátomos) se llaman hidrocarburos sustituidos. INVERSIÓN. Acto mediante el cual se usan ciertos bienes con el objetivo de obtener unos ingresos o rentas a lo largo del tiempo [19]. IMPUESTO. Cantidad de dinero que hay que pagar a la administración para contribuir a la hacienda pública [20]. MAREA. Es el cambio periódico del nivel del mar producido principalmente por las fuerzas de atracción gravitatoria que ejercen el sol y la luna sobre la tierra. Aunque dicha atracción se ejerce sobre todo el planeta, tanto en su parte sólida como líquida y gaseosa. OLA. Son ondas que se desplazan a través de la superficie de mares, océanos, ríos, lagos, canales. OLEAJE. Es un evento universal físico que ocurre cuando las olas se acercan a la línea costera. Las olas en aguas profundas (más de la mitad de la longitud de la onda) son partículas de agua se mueven esencialmente en un movimiento circular. A medida que las olas se aproximan a la orilla, empiezan a "disminuir su profundidad" ya que algunas de las partículas de agua entran en contacto con el lecho marino. Esta interacción con el fondo del mar alarga este movimiento circular transformándolo en una elipse a medida que las partículas se van aplanando y alargando. Esto a su vez amplifica el movimiento horizontal de las partículas de agua en la zona cercana a la costa, creando una zona de fuerte oleaje TASA DE DESCUENTO. Rendimiento mínimo que ofrece una inversión para que merezca la pena realizarla [21]. VALOR PRESENTE NETO. El valor presente neto se utiliza para evaluar un proyecto de inversión a lo largo del tiempo; este permite determinar si una inversión cumple con el objetivo de maximizar la inversión [22]. TASA INTERNA DE RETORNO. La tasa interna de retorno (TIR) es una tasa de rendimiento utilizada en el presupuesto de capital para medir y comparar la rentabilidad de las inversiones [23].
ZONAS NO INTERCONECTADAS. Son los municipios, corregimientos, localidades y caseríos no conectados al Sistema Interconectado Nacional ZONAS COSTERAS. El ecosistema costero, más conocido como costanera o litoral, son las aguas costeras, marinas, estearinas y cercanas a las orillas de los grandes lagos y mares interiores, así como una porción de tierra cercana a la costa, donde actividades humanas y procesos naturales afectan y son afectados por lo que se da en las aguas. ESCALA DE BEAUFORT. La escala Beaufort, también llamada, escala de Beaufort de la fuerza de los vientos, es una escala empírica. Está relacionada con el estado del mar, respecto a la altura de sus olas y a la fuerza del viento. La razón de que es empírica, por la experiencia, es que en un principio no contó con las velocidades de los vientos. Sino que detallaba en una escala de 0 a 12.
Ilustración 1. Escala Beaufort
2.4. MARCO LEGAL La ley 1715 de 2014, regula la integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional, en el artículo 5 numeral 1, de la ley 1715 de 2014 define el concepto de autogenerador, donde se autoriza la entrega de excedentes de energía a la red y le otorga a la comisión de energía y gas, la facultad de reglamentar la forma en que el autogenerador entrega a la red excedentes de energía eléctrica propios de su actividad.
Esta Ley, que está en proceso de reglamentación, tiene como objetivos generales promover la eficiencia energética y la utilización de Fuentes No Convencionales de Energía Renovables (FNCER), en el SIN y en las Zonas No Interconectadas (ZNI), reducir las emisiones de GEI y cumplir acuerdos internacionales [24]. DECRETO NÚMERO 1623 DE 2015, por el cual se modifica y adiciona el Decreto 1073 de 2015, en lo que respecta al establecimiento de los lineamientos de política para la expansión de la cobertura del servicio de energía eléctrica en el Sistema Interconectado Nacional y en las Zonas No Interconectadas donde los cargos de distribución y comercialización en el Sistema Interconectado Nacional, así como los de generación, distribución y comercialización en las Zonas no Interconectadas, junto con esquemas empresariales o áreas de servicio exclusivo en estas zonas, se erigen como instrumentos fundamentales para financiar la expansión del mencionado servicio. Que es necesario asegurar no solo la instalación de infraestructura sino la operación de la misma y la prestación del servicio de manera sostenible [25]. La Ley 697/01, sobre Uso Racional de Energía, define como propósito nacional avanzar hacia la utilización de fuentes renovables en pequeña escala y, particularmente, apoya la investigación básica y aplicada para que, con el tiempo, se reduzcan costos y se amplíe la capacidad de energías como la eólica, la solar, la geotérmica o la de biomasa [26].
3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN Este proyecto se enmarca bajo la modalidad de proyecto factible. Se adopta una
investigación proyectiva, la cual es concebida como la elaboración de propuestas
susceptibles con el propósito de llevarlas a cabo a feliz término; junto con una
técnica de recolección de datos por medio de la experimentación [9], debido a que
se crea previamente a esta evaluación, un modelo capaz de convertir el
movimiento ascendente y descendente de las olas en energía eléctrica, la cual
permite reducir la cantidad de gases tóxicos a la atmósfera y la utilización de
energías convencionales [27], generando a su vez energía eléctrica a las zonas
no interconectadas que se encuentran cerca a las costas. Por otro lado, en la fase
de construcción que no compete a este proyecto, se adopta una investigación
mixta, por tener un enfoque cualitativo y cuantitativo.
3.2. DISEÑO ADOPTADO
Para esta evaluación se adopta un diseño no experimental, porque permite
identificar y cuantificar el modelo y las otras variables que influyen en las
dimensiones de construcción del prototipo. Este proyecto tiene un enfoque
cuantitativo donde se realiza una recolección de datos y pruebas para llevar a cabo
patrones de comportamiento [28]. Estos patrones pueden ser: cuanta energía se
puede obtener en las horas con mayor y menos incidencia y a su vez los meses
del año que generan más potencia para la obtención de energía.
3.2.1 Metodología de los objetivos específicos Para cumplir con el primer objetivo se obtendrá información sobre la medición
experimental de fuentes externas en centro especializado como CIOH y otros a
nivel internacional, que determinan variables tales como oleaje, velocidad del
viento, temperatura, clima, entre otros. Así mismo se realizará un trabajo en campo
para determinar las mismas variables y se contrastará la información obtenida en
fuentes externas con la implementación, la estimación de la cantidad de energía
de acuerdo al alcance del proyecto, será realizada mediante la elaboración previa
de un nodo estilo prototipo con el fin de determinar la energía necesaria. Para
evaluar las condiciones económicas de la instalación del proyecto, se desarrollarán
las técnicas en donde se contempla la competitividad del mercado, los aspectos
sociales, análisis del riesgo, liquidez y la rentabilidad.
Para establecer la viabilidad y factibilidad del Sistema de aprovechamiento de
energía undimotriz, se evaluará el tamaño y la localización del proyecto teniendo
en cuenta la cantidad de energía que se genera y el número de nodos estimados
a partir de ella para calcular las dimensiones físico-espaciales del proyecto.
Respecto al cumplimiento del tercer objetivo se elabora la evaluación del impacto ambiental, para la cual se crea una matriz de valoración de impactos donde se seleccionan las categorías ambientales afectadas más relevantes, seguidamente se extrapolaron estas variables a lo que denominamos matriz de valoración de impactos, ubicándose en el eje vertical el sistema ambiental, que incluye el medio socioeconómico y cultural, medio biológico y medio físico. A su vez en el eje horizontal se ubican los factores en la fase de construcción, pruebas y puesta en marcha. Posteriormente se procede a identificar cual es el grado de impacto entre ellos
No aplica 0
Inapreciable 1
No significativo 2
Moderado 3
Significativo negativo 4
Significativo positivo 5
Tabla 1. Categoría jerarquización
Luego de determinar el nivel de relación se procede a realizar una sumatoria en los ejes verticales y horizontales para identificar los sucesos de todas las acciones sobre cada factor ambiental. Se realiza un análisis de impacto de manera individual ya que estos pueden ser positivos o negativos. Toda esta valoración se realiza para evaluar ambientalmente el sistema de aprovechamiento de energía undimotriz en las fases de construcción, operación y mantenimiento. 3.3. TECNICAS DE RECOLECCION DE LA INFORMACIÓN
3.3.1. Fuentes primarias: La información preliminar necesaria para el análisis tecno-económico del sistema de aprovechamiento de energía undimotriz, será recolectada de forma experimental, mediante pruebas donde se debe medir, el tiempo entre cada ola, las RPM y así por análisis matemáticos se obtendrán costos de operación, entre otros datos necesarios para la evaluación tecno- económica. Este procedimiento se llevará a cabo mediante el uso de referencias bibliograficas en las que se sustentarán los hallazgos por medio de análisis, cálculos matemáticos, bases teoría económica y la tabulación de los resultados obtenidos en todas las fases previas de desarrollo del prototipo.
3.3.2. Fuentes secundarias: Para la recopilación de información se usarán bases de datos de la universidad de san Buenaventura como Science Direct®, y se hará uso de varias revistas de energías limpias. Para ampliar el área investigativa se utilizarán fuentes externas, como libros, trabajos de grados e información recolectada de la Internet.
3.4. HIPÓTESIS DE TRABAJO
Utilizando el análisis tecno-económico se puede estimar la generación de energía mínima entre 1 y 6 kW por cada prototipo, útil para la producción de energía eléctrica para zonas no interconectadas. Esto junto a la evaluación ambiental, describen un sistema de generación de energía limpia y amigable con el paisaje natural característico de las poblaciones alejadas de la red eléctrica nacional. 3.5. VARIABLES
● TIR (Tasa interna de retorno) ● VPN (Valor presente neto) ● Tiempo de retorno de la inversión ● Frecuencia ● Amplitud ● RPM
3.6. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Variable Definición Dimensiones Indicadores
TIR (tasa interna
de retorno)
La tasa interna de
retorno (TIR) es
una tasa de
rendimiento
utilizada en el
presupuesto de
capital para medir
y comparar la
rentabilidad de las
inversiones.
ECONÓMICA
%
VPN (Valor
presente neto)
El Valor Presente
Neto (VPN) es el
método más
conocido a la hora
de evaluar
proyectos de
inversión a largo
plazo. El Valor
Presente Neto
permite
determinar si una
inversión cumple
con el objetivo
básico financiero:
MAXIMIZAR la
inversión
ECONÓMICA
PESOS
Tiempo de
retorno de la
inversión
El tiempo de
retorno de la
inversión es el
tiempo que se
necesita para
poder recuperar el
dinero que se
invirtió
inicialmente en un
negocio o
proyecto.
ECONÓMICA
AÑOS
Amplitud Distancia entre la
cresta y el valle de
la ola.
TÉCNICA m
Frecuencia Al número de
ondas emitidas en
cada segundo se
le denomina
frecuencia
TÉCNICA
Hertz
RPM Es una unidad de
frecuencia que se
usa también para
expresar
velocidad angular.
En este contexto,
se indica el
número de
rotaciones
completadas cada
minuto por un
cuerpo que gira
alrededor de un
eje
TÉCNICA
rev/min
3.7. DESCRIPCIÓN DEL PLAN DE TRABAJO
El plan de trabajo se desarrolla con el análisis del oleaje y la incidencia del viento y mareas en la costa caribe colombiana, donde se analizará la influencia de parámetros como velocidad, altura, intervalo de tiempo entre cada ola, la energía que se quiere obtener y el impacto paisajístico que tiene el prototipo, esto en relación al logro de los objetivos específicos propuestos con anterioridad. 3.7.1. Incidencia del Viento y mareas en la costa caribe colombiana: Para este análisis es necesario conocer la ubicación del prototipo, la influencia del viento y
de las olas en este lugar, para así, obtener unas mayores RPM y a su vez mayor cantidad de energía. 3.7.2. Velocidad, altura e intervalo de tiempo entre las olas: Estos factores son determinantes al momento de realizar cualquier estudio, los cuales se estudiarán a partir de variables independientes como la frecuencia medida en Hertz, altura de la ola, en m y con un tacómetro las RPM, esta última medición se hará con un cronómetro para determinar el intervalo ente ola y ola. 3.7.3. Impacto paisajístico: Esta variable cualitativa va depender directamente de las políticas actuales ambientales y de la optimización final del prototipo.
3.8. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN Para el procesamiento de la información, es necesario utilizar datos cuantitativos que se obtendrán en la realización del prototipo inicial, el cual será hecho a escala, y las pruebas realizadas en playas de la ciudad de Cartagena, para su construcción se utilizarán materiales convencionales, que ejerzan la misma función que el prototipo final. En el proyecto el concepto de sinuosidad, los sistemas de engranajes y las plataformas ancladas en la arena son recursos y herramientas importantes para obtener resultados al momento de ejecutar el prototipo final, cabe resaltar que para obtener este prototipo será necesaria la ejecución y creación de otros. Para poder realizar un óptimo análisis técnico, ambiental y económico, se harán pruebas en diferentes zonas de playas, diferentes fechas, para que ver el comportamiento de las olas según las temporadas y así el comportamiento del prototipo y las RPM generadas. Para el procesamiento de la información se utilizará tablas, diagramas y gráficas obtenidas de fuentes secundarias.
4. RESULTADOS Y DISCUSIONES
4.1. EVALUACION TÉCNICA DEL SISTEMA DE APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ
El proceso de evaluación técnica llevado a cabo en este proyecto, tomo fijas ciertas variables físicas como una suposición basada en las condiciones promedio de la zona marina en donde se llevó a cabo las pruebas preliminares. Entre esas variables se fijó la amplitud de la ola a un promedio de 1,8 metros. La frecuencia fue otra variable que se promedió teniendo en cuenta tanto condiciones de la zona como la época del año, para lo cual se le dio un valor en términos de número de olas por segundo igual a 0,114. Se midieron variables en función del giro de la rueda, de la velocidad que tomaba y también en función de la energía que se generaba. En la Tabla 2 se muestran los datos recopilados:
Tiempo de oleaje (s)
Voltaje (V) RPM (rueda) Vel. De la rueda (m/s)
4 0.2-3.3 60 1.56
4 2.5-2.4 30 0.78
13 1.3-2.7 30 0.78
23 1.3-2.8 30 0.78
30 0.8-3.2 60 1.56
38 1.6-2.7 30 0.78
49 1.6-4.2 60 1.56
57 1.6-2.9 30 0.78
69 1.7-2.9 30 0.78
Tabla 2. Datos preliminares del SAEU tomados en campo
Teniendo en cuenta los datos obtenidos con el prototipo inicial, se puede estimar que el voltaje generado a partir de la energía transmitida por las olas al sistema eléctrico tiene un máximo de 4.2 al bajar la ola y un mínimo de 0.2 al subir. También es posible observar que las RPM de la rueda oscilan entre las 30 y las 60, lo que a su vez hace que la velocidad angular de la misma no sobrepase los 1.6 m/s al golpear la ola. Con la finalidad de conferirle a la estructura mecánica una mayor resistencia a las condiciones ambientales de instalación y operación, se planteó y desarrolló un estudio de materiales basado en una revisión bibliográfica. Las opciones para las piezas y partes de metal fueron, por un lado, Acero inoxidable, el cual tiene una elevada resistencia a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales aleantes que contiene, poseen gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora. Por otro lado, se tuvo en cuenta el acero galvanizado, que posee un tratamiento final que le brinda un mejor comportamiento frente a la corrosión, pero a un costo mayor.
Acero inoxidable Acero galvanizado
Aleación de acero (con un mínimo del 10 % al 12 % de cromo.) Otros metales como son el molibdeno y el níquel.
Acero procesado con un tratamiento al final del cual queda recubierto de varias capas de zinc.
Elevada resistencia a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales aleantes que contiene, poseen gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora.
Costo moderado
Una pieza de acero galvanizado industrial con una capa de zinc de tan sólo 0,1 mm de grosor puede durar hasta 70 años
Costo moderado-Alto
Tabla 3. Cuadro comparativo de materiales para la estructura metálica del prototipo
La decisión de elegir el acero inoxidable como el material más adecuado para la construcción del nuevo prototipo se tomó teniendo en cuenta el factor económico, ya que era necesario mantener el presupuesto al máximo, dado que aun hacía falta contar con los costos de mano de obra en la construcción. Con respecto a piezas no metálicas, se optó por un material polimérico de tipo PVC para la protección del circuito eléctrico junto con el dinamo en el ambiente marino. En los Anexos 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8 de este documento se encuentran los planos con el diseño y materiales para la construcción del nuevo prototipo.
4.2. EVALUACIÓN ECONOMICA DEL SISTEMA DE APROVECHAMIENTO DE ENERGIA UNDIMOTRIZ
Para realizar la evaluación financiera del sistema de aprovechamiento de energía
undimotriz, es necesario conocer el costo de inversión inicial para la construcción
del proyecto y los costos operativos y regulatorios, anteriormente se presentaron
las variables más importantes para la generación de energía renovable.
En la Tabla 4. Se muestran los costos estimados para una instalación de 60
kilovatios y el costo total de proyecto para este caso particular. Esta estimación
está basada en un promedio de costos que se obtuvo de un conjunto de
cotizaciones.
COSTOS DE INVERSION
PRECIO EN PESO (COP)
Obra civil (materiales e instalación)
$ 7.980.000
Suministro e instalación de equipos mecánicos
$ 1.200.000
Suministro e instalación de equipos eléctricos
$ 950.000
Costos indirectos del proyecto
$ 1.500.000
TOTAL PROYECTO $ 11.630.000
Costos propios $ 600.000
costos total del proyecto/ kW
$ 193.833
Tabla 4. Costos de inversión
4.2.1. Costos De Operación y mantenimiento
Los elementos importantes de operación y mantenimiento de la instalación de un
sistema de energía undimotriz incluyen el mantenimiento semestral de la
estructura metálica, revisión semestral al flotador. En general estos son costos
fijos.
COSTOS DE OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO
PRECIO EN PESO (COP)
Costos fijos de operación y
mantenimiento - año
$ 3.600.000
costos variables de operación y mantenimiento
0kw/h
Tabla 5. Costos de operación y mantenimiento
4.3. EVALUACIÓN AMBIENTAL DEL SISTEMA DE APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ
En esta fase se plantea la elaboración de matrices de los impactos ambientales en
la construcción, operación y mantenimiento del prototipo y se lleva a cabo una
valoración seguida de una columna de procedimiento en donde se producirían
dichos impactos.
Tabla 6. Matriz de impactos ambientales
4.3.1. Relación de problemas ambientales más significativos de la
implementación de un sistema de aprovechamiento de energía
undimotriz
La energía Undimotriz, al igual que el resto de energías renovables, constituye
una opción más respetuosa con el medio ambiente que el resto de energías
convencionales. Con la implementación de esta energía se busca disminuir las
emisiones gaseosas originadas por los sistemas convencionales, no obstante,
este tipo de energía aún no ha alcanzado un alto grado de madurez, puesto que
existe poca información real de los impactos medio ambientales que esta pueda
causar, teniendo en cuenta lo anterior, se establecieron ciertos ejes temáticos
fundamentales para cada dinámica ambiental involucrada en el medio de
implementación del sistema.
FASE IMPACTO AMBIENTAL PROCEDIMIENTO
impacto leve sobre la vegetación circundante
Al momento de anclar las plomadas, que sujetan el sistema undimotriz,
en el lecho marino se ve involucrada la fauna presente
Desaparición de especies o comunidades
animales en la zona por degradación o
destrucción de su habitat.
el habitat marino se puede ver alterado por el ingreso de las plomadas
y parte del prototipo en el mar. (el material que sería usado: acero
inoxidble).
No hay efectos sobre la calidad del agua por la
desviación de caudales No Aplica
no hay afección a elementos patrimoniales No se incurre contra el ptarimonio de la región
alteraciones paisajisticas debido a la
construcción del sistema de aprovechamiento
de energia Undimotriz
el sistema de Energia Undimotriz tiene una altura aproximada de 220
cm, que afecta el paisaje donde se implemente este tipo de
aprovechamiento energetico.
molestias a la población cercana por el ruido
producido por las obras
En el momento de la construcción el ruido de ciertas herramientas
mecanicas que generan ruido
leve producción de residuos
La adecuación del lugar donde se implementará el sistema generará
residuos.
No hay efecto sobre la población cercana En la construcción se ve afectada la población
se produce un ahorro de combustible fósil y de
las emisiones de contaminantes atmosféricos
asociadas
El hecho de generar un sistema de enrgia renovable y evitar las
emisiones de gases de efecto invernadero, se evitará el uso de
combustible fosil para el proceso de construcción
incremento de mano de obra La construcción del prototipo necesita de personal auxiliar.
Impacto de Flora y Fauna
Por las dimensiones del prototipo de aprovechamiento de energia
Undimotriz hay riesgo de alterar el ambiente de aves que circundan la
zona, el material usado en el prototipo puede retirar la poblacion de
peces o flora del lugar
contaminación auditiva
la puesta en marcha del proceso no genrea ningún ruido grave que
afecte al medio circundante
Generación de residuos solidos y semisolidos No se genera Ninguna clase de residuos
generación de vapores y aguas Calientes
El sistema de aprovechamiento de energia Undimotriz no realiza
procesos de calentamiento ni enfriamiento, haciendo nula la
generación de vapores y aguas.
cambio en los usos recreativos del agua
Teniendo en cuenta la alteración del área por el prototipo disminuyen
las actividades como baños, pesca directa o en canoa.
emisiones de gases a la atmosfera No se emiten ninguna clase de gases
Uso de Hidrocarburos fosiles
El sistema de aprovechamiento de energia Undimotriz no usa ni genera
contaminantes provenientes de Hidrocarburos fosiles
Residuos Toxicos No produce residuos tóxicos o de difícil tratamiento o eliminación
integración ambiental Color de los aerogeneradores adecuado para integrarse en el entorno
Impactos por el uso de combustible fosil
Se suprimen los impactos originados por los combustibles durante su
extracción, transformación, transporte y combustión, lo que incide
beneficiosamente en la atmósfera, el suelo, el agua
uso de sustancias quimicas
para el mantenimiento y conservación de la parte metalica del
prototipo se usará anticorrosrivos
CONSTRUCCION
OPERACIÓN
MANTENIMIENTO
Tabla 7. Relación de problemas ambientales más significativos de la
implementación del prototipo
Tabla 8. Ejes temáticos fundamentales de la evaluación ambiental
Con base en la información obtenida de las diferentes matrices se puede realizar
el siguiente análisis teniendo en cuenta que el proceso lo dividimos en 3 fases
(construcción, operación y mantenimiento):
En la etapa de construcción se podría observar que los impactos ambientales más
relevantes se presentan en la alteración del paisaje, los cuales afectan la belleza
estética del lugar. Cabe resaltar que este tipo de proyectos puede generar un
ambiente turístico, además de un impacto en la generación de trabajo y de mano
de obra, siendo este otro de los impactos de desarrollo social que afectan en mayor
medida a la comunidad del área influenciada.
Se hace necesario realizar un adecuado manejo de este tipo de construcciones
para minimizar el impacto a la flora y fauna circundante en este lugar. Otros
elementos ambientales como el suelo y el agua, no se ven afectados puesto que
no se utilizarán materiales tóxicos, ni vapores nocivos para la atmosfera, ni se
emplearán combustibles fósiles en ninguna en esta etapa.
En la fase de operación y mantenimiento, los elementos ambientales generan
mayor relevancia en la flora y fauna del medio circundante debido a las
dimensiones, en este caso la altura del prototipo, se verían afectadas las aves por
EJES TEMATICOS FUNDAMENTALES DINAMICAS AMBIENTALES CLAVES
Prevención y control de las emisiones atmosfericas
el uso y el abuso excesivo de hidrocarburos
fosiles, la gran emision de gases que se generan
partiendo de estos procesos, se refleja en la
calidad del aire : alta concentración de material
particulado y de oxido de azufre en el aire de la
mayoria de ciudades.
potencial renovable a nivel global
La cantidad de energía que contienen las olas es
enorme. Por cada metro de altura de las olas se
estima que se puede obtener entre 20 y 40 kW. A
medida que nos adentramos en el océano, se puede
llegar a los 100 kW por metro de altura
calidad de la implementación de esta energia
Todos los días hay olas y raramente se interrumpen.
Esto hace que las olas sean una fuente de
producción de energía bastante fiable
Esquemas para la coordinación de
acciones interistitucionales
actualmente no se tienen muchos estudios sobre
el aprovechamiento de energia undimotriz, sin
embargo a nivel mundial hay programas que
apoyan proyectos enfocados al estudio
energetico renovable.
posible colisión y el ecosistema marino, ya que se está introduciendo un objeto de
naturaleza opuesta a este. En estas fases, el prototipo se convierte en barrera
escénica del área debido a sus dimensiones que generarían un impacto positivo
en el lugar por su atractivo turístico.
Todos estos impactos afectarían a la población de forma positiva y negativa de
acuerdo a lo tratado anteriormente. Cabe resaltar que estas evaluaciones son de
tipo hipotético, puesto que son obtenidos de literatura, de investigaciones y
pruebas realizadas con anterioridad y con información emitida por organizaciones
ambientales locales.
El análisis técnico y económico llevan una estrecha relación. Teniendo en cuenta
que el uso de estas tecnologías es muy limitado y escaso, en nuestro país es casi
nulo.
La tecnología de captación de energía a partir del movimiento de las olas en cuanto
a rentabilidad ha sido evaluada partiendo de pruebas previas, de la literatura y
supuestos, después de hacer un reconocimiento por la zona costera. La
implementación de esta energía beneficia a las zonas no interconectadas, que
poseen cierto acercamiento al mar, a pesar de ser una idea innovadora propuesta
por estudiantes, es necesario mejorar las condiciones del circuito eléctrico para
incrementar la conversión de energía mecánica a energía eléctrica en el
funcionamiento del sistema, lo que afecta en gran medida la parte económica.
5. CONCLUSIONES
Podemos concluir que materializar un sistema de generación energía eléctrica a
partir del movimiento de vaivén de las olas conlleva un estudio muy amplio y
necesita de un equilibrio tanto económico como técnico y ambiental, lo que hace
necesario la colaboración colectiva con grupos de investigación para construir un
modelo eficiente tanto energético como económicamente, que complemente el
estudio desarrollado en este proyecto.
El trabajo expuesto en este documento y los resultados obtenidos pueden servir
de referencia a investigaciones futuras enfocadas en la solución de problemas
energéticos en zonas vulnerables de la ciudad de Cartagena a partir de
tecnologías amigables con el ambiente, por lo que se puede presumir como un
buen aporte a los recursos bibliográficos para los proyectos de energía undimotriz
en el departamento y el país.
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http://www.isa.cie.uva.es/estudios/doctorado/lineas-de-investigacion.html.
[Consultado 22- Mar- 2017]
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ANEXOS
Anexo 1. Cronograma de actividades.
Anexo 2. Partes del prototipo
Anexo 3. Medidas de las plomadas del prototipo
Anexo 4. Medidas laterales y de la unión x
Anexo 5. Medidas de la placa de unión
Anexo 6. Medidas de las bases Laterales
Anexo 7. Medidas del flotador y brazo del prototipo
Anexo 8. Medidas y descripción de rodamientos
Anexo 9. Presupuesto global de la tesis por fuentes de financiación
Anexo 10. Descripción de las piezas del prototipo
PLOMADA (SISTEMA DE ANCLAJE O SUJECCIÓN)
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Acero Inoxidable FORMA: Orgánica y maciza FABRICACIÓN: Torno GRADO DE DIFICULTAD: Medio CANTIDAD: 5
PLATINAS (SISTEMA DE ANCLAJE O SUJECCIÓN)
REP. VOLUMEN PLOMADA
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Platina de Hierro, galvanizada y acabado; pintura náutica FORMA: Orgánica y maciza FABRICACIÓN: Corte y curvado de lamina GRADO DE DIFICULTAD: Bajo CANTIDAD: 3
REP. VOLUMEN
PLATINAS (SISTEMA DE UNION IFERIOR)
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Platina de Hierro, galvanizada y acabado; pintura náutica FORMA: Orgánica y maciza FABRICACIÓN: Corte y soldado de láminas, perforaciones GRADO DE DIFICULTAD: Medio CANTIDAD: 1
REP. VOLUMEN
PLATINAS (SISTEMA DE UNION INTERMEDIO)
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Platina de Hierro, galvanizada y acabado; pintura náutica FORMA: Orgánica y maciza FABRICACIÓN: Corte y soldado de láminas, perforaciones GRADO DE DIFICULTAD: Bajo CANTIDAD: 1
REP. VOLUMEN
LATERALES DE LA BASE
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: tubo cuadrado, galvanizado y acabado; pintura náutica FORMA: Orgánica y maciza FABRICACIÓN: Corte y soldado de tubo y lamina, perforaciones GRADO DE DIFICULTAD: Alto CANTIDAD: 2
REP. VOLUMEN
PLATINA PARA UNIONES (COMPLEMENTO DE
LOS LATERALES)
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Platina, galvanizado y acabado; pintura náutica FORMA: Orgánica y maciza FABRICACIÓN: Corte y soldado de lámina, perforaciones GRADO DE DIFICULTAD: Bajo CANTIDAD: 2
REP. VOLUMEN
LATERALES SUPERIORES
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Tubo cuadrado, galvanizado y dar acabado; pintura náutica FORMA: Orgánica y maciza FABRICACIÓN: Corte y soldado de tubos, perforaciones GRADO DE DIFICULTAD: Alto CANTIDAD: 2
REP. VOLUMEN
UNION TIPO X
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Tubo redondo o varilla, platina. Galvanizar y dar acabado; pintura náutica FORMA: Inorgánica y maciza FABRICACIÓN: Corte y soldado de tubos y platinas, perforaciones GRADO DE DIFICULTAD: Alto CANTIDAD: 1
REP. VOLUMEN
REP. VOLUMEN
BRAZO CON SISTEMA DE FLOTADOR
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Tubo redondo aluminio o acero, acrílico o pvc FORMA: Combinado FABRICACIÓN: Unión de piezas, corte de tubo, corte laser y armado de pieza polimérica. GRADO DE DIFICULTAD: Alto CANTIDAD: 1 general compuesta por 3 partes
REP. VOLUMEN
BRAZO CON SISTEMA DE FLOTADOR
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Acrílico o pvc FORMA: Orgánica FABRICACIÓN: Unión de piezas cortadas en acrílico o pvc por medio de laser GRADO DE DIFICULTAD: Básico CANTIDAD: 1
BRAZO CON SISTEMA DE FLOTADOR
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Acrílico o pvc FORMA: Orgánica FABRICACIÓN: Corte de piezas en acrílico o pvc por medio de laser GRADO DE DIFICULTAD: Medio CANTIDAD: 2
OTRAS PIEZAS
TAPAS ACRÍLICAS PARA LATERALES
SUPERIORES E INFERIORES
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Acrílico traslucido con publicidad impresa FORMA: Orgánica FABRICACIÓN: Corte de piezas en acrílico por medio de laser GRADO DE DIFICULTAD: Básico CANTIDAD: 4
PLATINAS PARA LA
UNION DE LAS PUNTAS DE LOS DOS LATERALES
SUPERIORES
MATERIAL DE IMPLEMENTACIÓN: Platina de Hierro, galvanizada y acabado; pintura náutica FORMA: Inorgánica Maciza FABRICACIÓN: Corte de lamina GRADO DE DIFICULTAD: Bajo CANTIDAD: 2
TORNILLERIA, CADENAS Y
PIÑONES
Todos los orificios del prototipo tienen el diámetro suficiente para encajar con tornillo pasante y normal de
3/8”. La cadena debe comprarse lo suficientemente larga como para poder graduarla, por lo de menos 1.5
mts en cuanto a los piñones; uno de cuatro velocidades y uno de una velocidad, (ver explicación
en los planos)
Anexo 11. Cotización del flotador
Anexo 12. Cotización del flotador
Anexo 13. Cotización PVC
Anexo 14. Cotización de flotador
Anexo 14. Cotización del prototipo