edición especial Línea estratégica - Foco Temático
Energía
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Contenido Presentación.............................................................................................................. 5 Editorial ..................................................................................................................... 7 La innovación, una obligación para continuar en el mercado. Entrevista a Elisa María Ramos Peláez................................................................................................. 8 Bus eléctrico aprovecha “la gasolina que nos cae del cielo”.................................. 13 El calor de la tierra: Solución energética al servicio de una arquitectura sostenible .. 18 Las neveras paisas ahorrarán más energía y reducirán el ruido........................... 22 Investigación y desarrollo: una inversión a largo plazo. Entrevista a Ramón Alberto León Candela ............................................................................................... 26 Un Metro de aire fresco en Medellín........................................................................ 31 Una mirada actual a la “Guerra de las Corrientes” iniciada en el siglo XIX........... 34 Los postgrados en la UPB y su relación con el sector eléctrico............................. 38
“ C o n e s ta n u e va p r e s e n ta c i ó n q u e r e m o s a c e r c a r lo a temas específicos en los cuales traba ja la Universidad Pontificia Bolivariana, con el fin de brindar soluciones desde la ciencia, la tecnología y la innovación.”
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Presentación
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a Universidad Pontificia Bolivariana (UPB), basada en su tradición científico tecnológica y enmarcada en la apuesta nacional, departamental y municipal que se ha declarado en materia de ciencia, tecnología e innovación, hizo un ejercicio de contraste y priorización hacia el 2019 con los que denominó focos temáticos, a partir de los cuales concentrará sus procesos de investigación e innovación, enseñanza y aprendizaje, y transferencia y proyección social. Estos focos dan cuenta de las fortalezas y capacidades en materia de investigación y transferencia, y en conjunto son fundamentales para la vida, razón por la cual se definen unas prioridades temáticas para la Universidad, así: • Energía, con fuerte acento en la energía eléctrica. • Tecnologías de la Información y la Comunicación –TIC-. • Salud. • Agua, alimentación y territorio. • Cultura y humanización.
Gran Canciller UPB Monseñor Ricardo Antonio Tobón Restrepo Arzobispo de Medellín S I S T E M A D E I N V E S T I G A C I Ó N , T R A N S F E R E N C I A E I N N O VA C I Ó N
EDICIÓN ESPECIAL
NOVIEMBRE 2013
Rector General Pbro. Julio Jairo Ceballos Sepúlveda Vicerrector Académico Pbro. Jorge Iván Ramírez Aguirre
Línea estratégica - Foco Temático
Energía
Comité Editorial Jairo Augusto Lopera Pérez Director de Investigación e Innovación Carlos Fernando Arboleda Hurtado Coordinador de Transferencia Sandra Lucía Lozano Vargas Coordinadora de Investigaciones
Hoy tenemos el placer de presentarle una publicación que recoge textos y artículos sobre un tema en particular: la energía, un tema que ha cobrado importancia y tiene un impacto creciente en diferentes aspectos de nuestra vida diaria y que marcará el devenir científico de Colombia y de la región.
Mauricio Giraldo Orozco Líder foco Energía Hugo Alberto Cardona Restrepo Director Facultad Ingeniería Eléctrica y Electrónica Olga Marcela Echeverri Farley Líder Programa Mercadeo de a Oferta Científica y Tecnológica -UPB Laura Durango Quiceno Diseño Gráfico y Editorial Impresión Especial Impresores Universidad Pontificia Bolivariana Dirección de Investigación e Innovación Programa Mercadeo de la Oferta Científica y Tecnológica Cir. 1° N 70-01 Teléfono: (57) (4) 4488388 Ext. 10921 / 3544560
Por: Pbro. Jorge Iván Ramírez Aguirre Vicerrector Académico
Con esta nueva presentación queremos acercarlo a temas específicos en los cuales trabaja la Universidad Pontificia Bolivariana, con el fin de brindar soluciones desde la ciencia, la tecnología y la innovación. Esperamos que disfrute este formato y, si lo desea, su retroalimentación, que es de vital importancia para nosotros. Muchísimas gracias.
Pbro. PhD. Jorge Iván Ramírez Aguirre Vicerrector Académico Universidad Pontificia Bolivariana
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“ l a e n e r g í a e s e l m oto r d e l a e c o n o m í a d e u n pa í s . ”
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Editorial
s innegable que la energía es el motor de la economía de un país. Y no es solo en lo relacionado con el sector minero energético, tan grande y representativo como lo es para nuestro Producto Interno Bruto, sino en el mismo sector empresarial. No es gratuito que uno de los principales indicadores del desarrollo en la industria sean los niveles de consumo de energía eléctrica. Es que cada empresa, cada sector requiere de recursos energéticos para su funcionamiento. Desde el pequeño agricultor que debe llevar su producto a centros de acopio, hasta las grandes industrias de transformación, con sus consumos de vapor y electricidad; sumado por supuesto a la necesidad de las comunidades y los obvios beneficios que tiene el acceso a sistemas energéticos eficientes para la conservación y cocción de alimentos, por mencionar solo un aspecto.
Por: Mauricio Giraldo Orozco Líder Foco Energía
Atendiendo a esta realidad, la Universidad Pontificia Bolivariana ha venido trabajando desde hace ya varias décadas en entregar soluciones efectivas a la comunidad y al sector empresarial desde la formación de profesionales, la investigación para la creación de soluciones efectivas y la transferencia enmarcada en procesos de innovación a partir de investigación y servicios energéticos especializados. Esto se evidencia en los más de 50 años de existencia de sus facultades de Ingeniería Química, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Ingeniería Mecánica; en los programas a nivel de Especialización, Maestría y Doctorado enfocados específicamente al tema de energía; en sus grupos de investigación calificados como de alta calidad por Colciencias, con más de 30 años de existencia; y por supuesto en una experiencia de trabajo con la industria que abarca no solo diferentes ciudades del país, sino también diversos países suramericanos. En esta publicación (UPB Innova) les presentamos algunos ejemplos de lo que se ha venido desarrollando en este campo, con entrevistas a algunos de nuestros socios tecnológicos, las intervenciones industriales con desarrollos específicos, y algunas invenciones representativas de estos años de trabajo. Queremos que estos pequeños ejemplos permitan mostrar el potencial que presentan las acciones de tecnología e innovación con miras al mejoramiento del rendimiento de las empresas, y con ellas, del desarrollo del país. Una manera más de aportar a la transformación social y humana. Mauricio Giraldo Orozco. Líder foco Energía
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La innovación, una obligación para continuar en el mercado
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Red y Contador de lavadora de baja Capacidad empresa Teñidos y acabados donde se realizó un estudio de sustitución de energético en un proceso de calentamiento de agua
Tablero de control Teñidos y acabados
Elisa María Ramos Peláez Profesional de Mercadeo Área Grandes Clientes Energía EPM
Por: Olga Marcela Echeverri Farley
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marcela.echeverri@upb.edu.co Líder programa Mercadeo de la Oferta Científica y Tecnológica – UPB
ngeniera Electricista de la Universidad Pontificia Bolivariana, con Maestría en Sistemas Energéticos de la misma universidad y Especialización en Mercadeo de la Universidad de los Andes. Ha desempeñado varios cargos en EPM y actualmente es Profesional de Mercadeo en el Área de Grandes Clientes de Energía. Lleva 20 años promoviendo los servicios de uso eficiente de la energía y administrando el acta de trabajo que se tiene con la UPB para la prestación de dichos servicios. ¿Cómo ve usted las perspectivas del sector energético para Colombia en el mediano y el largo plazo? El país está tomando conciencia de la importancia del manejo del medio ambiente y de las energías alternativas sin embargo no podemos estar ajenos a los recursos que el país tiene en abundancia como lo es el carbón y que en la medida que se logren mejores tecnologías de bajo impacto para el medio ambiente, puede ser un recurso que se aproveche para diversificar las fuentes de energéticos para el sector industrial y de generación del país. En la parte de generación de electricidad creo que los cimientos que se están generando con las energías alternativas todavía son incipientes y vamos a continuar dependiendo mucho de la parte hidroeléctrica y térmica. En el tema de transporte que sabemos que es la actividad económica más contaminante, estamos incursionando en la parte de vehículos eléctricos y en la masificación del uso de gas natural vehicular.
Foto tomada en la Mina de Caldesa ubicada en el corregimiento de Puerto Nare, donde se realizó estudio energético.
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cada vez las universidades y las mismas empresas en su q u e h a c e r , m a n i f i e s ta n l a i m p o r ta n c i a d e r e a l i z a r a c t i v i d a d e s d e i n v e s t i g a c i ó n e i n n o v a c i ó n p u e s d e a ll í s e p u e d e v e r f u n d a m e n ta d a l a c o m p e t i t i v i d a d d e u n a e m p r e s a y d e l pa í s .
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La investigación y la innovación son consideradas como una de las herramientas fundamentales para el desarrollo del sector empresarial a nivel mundial, ¿está el país preparado para este tipo de economía del conocimiento? Si, cada vez las universidades y las mismas empresas en su quehacer, manifiestan la importancia de realizar actividades de investigación e innovación pues de allí se puede ver fundamentada la competitividad de una empresa y del país. Ahí es donde están los cambios tecnológicos importantes y las investigaciones pueden originar nuevas formas para optimizar los procesos y el uso de los recursos. Si no fuera así ningún país podría competir a nivel internacional como los TLC lo están imponiendo. Hoy en día la innovación es una obligación no es como antes que era una actividad altruista, es una necesidad para continuar en el mercado. En su opinión, ¿Cuál es el papel de las universidades en este contexto? Primordial, la universidad desde hace mucho tiempo tiene claro que no puede quedarse en el ámbito académico nada más. Ella es la llamada a promover en el sector empresarial el desarrollo y las soluciones a las problemáticas que puedan presentarse en cada actividad económica. Yo creo que varías universidades afortunadamente ya están en esa línea y muestra de ellos son las innovaciones que han producido para el desarrollo de las empresas y del país. EPM ha realizado ya varios trabajos con la Universidad para aportar a la sociedad y al desarrollo de las actividades económicas. ¿Cómo se inició la relación de EPM con la Universidad Pontificia Bolivariana? La relación EPM – UPB viene desde hace mucho tiempo no solo en el tema de uso eficiente sino de la mano de actividades de labor científica, consultoría y capacitación. En el tema en particular de uso eficiente estamos trabajando conjuntamente desde el año 1993. A raíz del racionamiento, EPM vio una oportunidad para explorar en estudios de uso eficiente en las empresas. En ese momento al hablar de uso racional de energía era visto por las empresas con incredulidad y sólo preguntaban para qué, pues no tenían claro lo que podían hacer. Después de ese acontecimiento las empresas se dieron cuenta de que podían desplazar cargas, optimizar producción en el sentido de la planeación y la producción. Con UPB empezamos a hacer unos diagnósticos energéticos e hicimos unos pilotos en los que EPM patrocinaba el 50% del valor de la auditoría y encontramos unos potenciales de ahorro importantes no solo en el sistema eléctrico sino también en el sistema térmico. Desde ahí conjuntamente empezamos a promover los programas de uso eficiente. A la fecha tenemos más de 300 empresas auditadas en el tema y definitivamente los resultados para esas empresas han sido muy positivos porque les ha permitido mejorar sus indicadores productivos y así mismo mitigar los costos de los recursos energéticos que han mantenido su tendencia al alza en los últimos años. ¿Cuáles han sido esos logros alcanzados en estos años de relación? Fuera de los estudios que se han realizado, UPB y EPM desarrollaron conjuntamente un nuevo producto que se llama Gestión Energética GenWeb por medio del
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cual se hace un acompañamiento a las empresas en los estudios energéticos de eficiencia y le enseñan a las empresas metodologías para que ellos mismos hagan un seguimiento y gestión de los indicadores energéticos y mejoren sus procesos de manera continua. Este logro también se evidencia en la alta ejecución de los estudios energéticos, ya que siempre la tendencia es a aumentar.
Luego de este tiempo, ¿qué resaltaría usted de las capacidades que tiene la Universidad para interactuar con las empresas del sector energético? Yo personalmente que conozco tanto a UPB destacaría que son los únicos a nivel de universidades que están organizados de tal manera que pueden prestar estos servicios, cuentan con capital humano, equipos y con la experiencia y trayectoria necesarias. UPB tiene una ventaja competitiva muy grande porque tiene aplicaciones para la industria y dan muestra de la materialización de la investigación. Hay otras empresas en el entorno que están en la capacidad de prestar los servicios pero aún no tienen cobertura nacional ni la experiencia que tiene la Universidad. EPM es consciente de que cuando va a prestar este tipo de servicios debe hacerlo de la mano de instituciones con mucha calidad y experiencia pues está poniendo en juego su reputación. ¿Cuál cree usted que es el mejor camino para que los resultados de la investigación universitaria lleguen a impactar de manera concreta al sector energía del país? Estar con la industria, con el sector empresarial conociendo sus necesidades, porque es allí donde se encuentran las oportunidades para hacer propuestas que tengan aplicación a ellos. Sabemos que el sector industrial tiene diferentes niveles de tecnología, hay empresas que simplemente compran equipos de tecnología obsoleta, como hay otros que tienen los recursos y compran algo más nuevo y teniendo en cuenta factores de eficiencia. La Universidad debería estar en condiciones de apoyarlos y asesorarlos en temas relacionados con tecnología y eficiencia donde a partir de cálculos de beneficio / costo el empresario pueda saber en cuánto tiempo libra las inversiones y cuánto sería el retorno. Las empresas están sumergidas en la producción y en su negocio y por ende no están preocupados por estos asuntos. Los ingenieros de hoy en día, que serán los futuros jefes de mantenimiento de las empresas, deberían salir capacitados de la universidad en uso eficiente para que estén en condiciones de realizar estas actividades en la empresa y sobretodo evaluar tecnologías para tomar mejores decisiones en estos temas. Por último, ¿nos puede relatar un caso concreto que le parezca relevante en lo que tiene que ver con la relación - UPB? Amtex S.A. es una compañía que empezó a realizar estudios energéticos hace muchos años y uno de los temas interesantes es que está haciendo cambios permanentemente para mejorar los indicadores de gestión energética dentro de la compañía. Con ellos hemos tenido un particular interés en el trabajo no solo desde la auditoría energética sino desde el mismo proceso.
Por: Margarita M. Llano G.
Bus eléctrico aprovecha “la gasolina que nos cae del cielo”
margarita.llano@upb.edu.co Periodista Programa de Divulgación Universitas Científica
Mientras en el mundo la demanda de energía del transporte representa un 32% del total, y en países como Estados Unidos es de 29%, en Colombia el sector transporte utiliza el 33%, pues dependemos totalmente de combustibles fósiles. Sin mencionar otros problemas como la antigüedad de los vehículos, la casi total ausencia del ferrocarril y el uso general del diesel en el transporte público.
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l transporte implica combustión y sus emisiones producen efecto invernadero y sustancias tóxicas responsables de grandes problemas de impacto social, económico y ambiental. Además, la dramática realidad de alta contaminación en ciudades como la nuestra, plantea retos a sus habitantes, pero, sobre todo, a la investigación, para crear y poner en marcha alternativas amigables con el entorno y los seres vivos.
El investigador Andrés Emiro Díez Restrepo, interesado en aliviar la situación y hacer propuestas viables, y cuya tesis doctoral fue “Estrategia para la electrificación del transporte en Colombia”, en conjunto con el magíster José Armando Bohórquez Cortázar, ahora presentan el proyecto: “Laboratorio de tracción eléctrica y piloto de trolebús moderno”. En el estudio participan, además, varios ingenieros del grupo de investigación en Transmisión y Distribución, de la Escuela de Ingenierías de la Universidad Pontificia Bolivariana, con experiencias previas con motos y carros eléctricos. Contaron con el respaldo de Sytecsa, empresa privada especializada en montajes y transporte eléctricos.
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No todo sobre rieles
El regreso del bus eléctrico
¿Cómo funciona el trolebús?
Investigadores de la UPB y la empresa privada Sytecsa estudian posibles aplicaciones del transporte eléctrico en Colombia. Conozca detalles del bus eléctrico que hoy rueda por la Universidad.
Líneas aéreas de contacto Dos líneas para tomar energía
Controlador electrónico
¿Qué es el trolebús? Captadores
Es un bus impulsado por energía eléctrica, abundante en nuestra región. No es un tranvía, pues éste circula sobre rieles.
Batería de respaldo dura 1km.
Desplazamiento sobre neumáticos
Motor compresor y motor eléctrico de tracción 180 kW
Líneas aéreas de contacto
Contactos de grafito
Altura del piso a los captadores variable entre 4m y 9 m
Suspensión neumática. “colchón de aire”.
Controlador electrónico que regula la potencia del motor Ménsulas de material aislante
Captadores
Al no generar emisiones no atenta contra el ambiente y es libre de CO2 lo que le hace util contra el calentamiento global
Los captadores poseen un mecanismo que le permite al trolebús desplazarse cómodamente hacia los lados sin dejar de recibir energía
El trolebús no posee caja de cambios 3000
350
2862
3640
12300
11790
2096
1360
8085
2345
* Medidas en milímetros
¿Qué es el trolebús? Tiene menos de la mitad del costo de mantenimiento de los autobuses de combustión (diesel o gas). Tiene el doble de vida útil. Tiene menor vibración, menor ruido y menos acumulación de calor. Con lo que consume una tina de 1 kW durante 1hora, el bus se mueve 1 km, con un costo aproximado de $300. El efecto ambiental de sustituir un bus normal por uno eléctrico es igual a cambiar 30 automóviles por eléctricos. Contrario a lo que se piensa, es el mejor escalador de pendientes.
T i e n e s i s t e m a d e r e g u l a c i ó n d e v e lo c i d a d pa r a e v i ta r accidentes, que no depende del conductor, sino que es programada previamente por controlador.
Después de intentar hacerse escuchar en instancias como el Gobierno y la empresa privada, el trolebús laboratorio es una realidad. Los tropiezos para encontrar el respaldo son diversos: no existe una normatividad en Colombia por la inexistencia de este tipo de bus; intereses de empresas en reconvertir los vehículos a gas, sin tener en cuenta las nocivas emisiones que producen; un enorme parque automotor impulsado con motor de combustión interna ya sea a gas, diesel, gasolina e híbridos; en resumen, motivaciones económicas que hacen difícil cambiar la dependencia total de combustibles fósiles. Además, tampoco existe como opción conectada al sistema de transporte masivo de la ciudad. Sin embargo, ante las evidencias mostradas con la propuesta, el Ministerio de Transporte sueña con tener este sistema por todo el país para 2030 y las empresas de energía empiezan a ver los beneficios. También, alcaldes del Área Metropolitana del Valle de Aburrá han visitado el laboratorio para conocer de cerca sus bondades y pensar en las alternativas para sus municipios.
La memoria recuperada Medellín contó con transporte eléctrico entre 1920 y 1950. “Es decir, 30 años, el doble de lo que lleva el Metro funcionando” afirma el profesor Bohórquez. Según él, haríamos parte de las más de 340 ciudades del mundo que utilizan trolebús. Se recuperaría una opción de transporte masivo inteligente y amigable con el entorno. ¿Qué es exactamente un trolebús? Es un bus impulsado por “la gasolina que nos cae del cielo”, expresión del profesor Díez, para referirse al agua que permite la generación de energía eléctrica, abundante en nuestra región. No es un tranvía, pues éste circula sobre rieles. Es un bus eléctrico, moderno, con cables (catenarias), muy eficiente en nuestra topografía por lo que puede circular largos trayectos y con autonomía de más o menos dos kilómetros por medio de una pequeña
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• Las estaciones para estos buses de piso bajo son amigables con la ciudad y estéticamente agradables. • El bus tiene una capacidad de 105 pasajeros. • Posee sistema de comunicación con los pasajeros por medio de micrófono y por pantalla electrónica que anuncia las estaciones. • Es incluyente con usuarios en condiciones de discapacidad física. Hay espacio para silla de ruedas y asientos preferenciales con botón para comunicarse con el conductor. • Tiene sistema de regulación de velocidad para evitar accidentes, que no depende del conductor, sino que es programada previamente por controlador. • Es silencioso, es decir, colabora con el mejoramiento del medio ambiente. • Se vendería más combustible al exterior y a buenos precios, porque no se requeriría tanto para consumo interno. • Permitiría desarrollo de ingeniería en Colombia para el mejoramiento de la calidad de vida. Vale la pena montarnos en el bus eléctrico. Sus beneficios ambientales y económicos son evidentes. Estos investigadores así lo demuestran.
José Armando Bohórquez Cortázar y Andrés Emiro Díez Restrepo. Investigadores del grupo de Investigación Transmisión y Distribución.
batería, en tramos donde no hay cableado. “Se mueve con una tercera parte de lo que consume el diesel por kilómetro”, dice el ingeniero de Sytecsa, Ernesto Guggenberger, quien, con el también ingeniero Germán Hernández de la misma empresa, hacen parte del proceso. Para el día del reportaje el bus llevaba 1.213 kilómetros de recorrido con un consumo de 1.618 kWh y ya se veía una energía regenerada de 138 kWh. El costo de esta energía es de tan sólo $473.000 pesos. Un bus impulsado por diesel gasta casi 3 veces más, es decir, $1’419.000 pesos.
Más ventajas
Además de su aspecto y los beneficios mencionados, esta alternativa de transporte posee múltiples ventajas más: • El tiempo de montaje es rápido, tres semanas, una vez se tienen los postes. • La suspensión es neumática y controlada, lo que facilita su inclinación para el descenso de los pasajeros. Viaja a una altura de 35 cm. del suelo y baja a 25 cm., cuando se detiene.
Ficha técnica: Nombre del proyecto: “Laboratorio de tracción eléctrica y piloto de trolebús moderno”. Palabras clave: Transporte eléctrico. Tranvía. Trolebús. Calentamiento global. Calidad del aire. Sostenibilidad. Energías renovables. Grupo de Investigación: Transmisión y Distribución. Escuela: Ingenierías Líder del proyecto: José Armando Bohórquez Cortázar y Andrés Emiro Díez Restrepo. Correo electrónico: armando.bohorquez@upb.edu.co; andres.diez@upb.edu.co
Artículo de divulgación científica publicado en la Revista Universitas Científica. Vol 15 # 1.
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El calor de la tierra:
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E n E u r o pa , m á s d e l 4 0 % d e l ga s to d e e n e r g í a p r ov i e n e d e viviendas y recintos comerciales. En Colombia, el Ministerio de Minas y Energía propone un equivalente al 60%.
Fotos: Pablo Monsalve
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Solución energética al servicio de una arquitectura sostenible Por: Natalia Andrea Uribe Angarita natalia.uribe@upb.edu.co Periodista Programa de Divulgación Universitas Científica
Investigadores del Laboratorio de estudios y experimentación técnica de arquitectura de la UPB y su semillero de investigación estudian la viabilidad del uso de la energía geotérmica superficial para climatizar oficinas, residencias y otros espacios arquitectónicos en Colombia. Una alternativa renovable con sello ecológico.
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as soluciones arquitectónicas tienen en la mira la economía de los recursos y, entre los más importantes, se encuentra la energía. Estudios de prestantes instituciones de carácter internacional, como el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (Idae), con sede en España, han manifestado que, por ejemplo, en la Unión Europea más del 40% del gasto de este recurso natural proviene de viviendas y recintos comerciales. Por su parte, en Colombia, el Ministerio de Minas y Energía propone un equivalente al 60 %11.
Con estas cifras sobre la mesa, los investigadores de diferentes áreas del conocimiento, desde hace varios años, se han puesto en resonancia con la necesidad de crear alternativas energéticas sostenibles, renovables y que contribuyan a disminuir la huella ecológica en términos de impacto ambiental. Los investigadores del Laboratorio de estudios y experimentación técnica de arquitectura -Leet-, de la Universidad Pontificia Bolivariana, de la mano con el semillero de investigación en Estudios técnicos de arquitectura -Sitec-, conscientes de la importancia de aplicar la responsabilidad ambiental a la arquitectura, estudian la utilización del calor almacenado en la superficie terrestre para climatizar casas, edificios u otros locales en Colombia. 1 1. Ministerio de Minas y Energía, 2006. Plan de Expansión de Referencia. Generación-transmisión 2006-2020, citado por los autores Verónica Henriques Ardila, Alejandro Osorio Agudelo y Andrés Restrepo Jurado en Utilización de la geotermia superficial para la climatización artificial de espacios en la ciudad de Medellín.
Con el impulso de los docentes e investigadores Verónica Henriques Ardila, arquitecta y magíster en Tecnologías avanzadas en construcción arquitectónica, y de Luis Felipe Lalinde Castrillón, candidato a doctor en Ingeniería de la construcción y la gestión ambiental, la Facultad de Arquitectura de la UPB analiza la pertinencia e implementación de un sistema que permita aprovechar la energía geotérmica superficial para la climatización de espacios arquitectónicos, bien sea para la refrigeración o la calefacción, con el uso del principio de intercambio térmico.
El calor del sol a nuestro alcance Los rayos del sol, que ya encuentran una vía de reutilización en los paneles solares son útiles también, gracias a la capacidad de retención del calor de las capas más externas de la tierra. A partir de un metro de profundidad con respecto a la superficie terrestre, comienza a percibirse la diferencia de temperatura entre el aire y la tierra. Después de los 10 metros, esta temperatura se estabiliza y se vuelve constante. Así funciona, en términos
Investigadores Luis Felipe Lalinde Castrillón, Verónica Henríques Ardila y Andrés Restrepo Jurado.
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“ L a i n v e r s i ó n q u e s e h a c e e n l a i m p l e m e n ta c i ó n d e lo s e q u i p o s pa r a o b t e n e r e n e r g í a g e ot é r m i ca s u p e r f i c i a l y a p l i c a r l a e n l a c l i m at i z a c i ó n d e e s pa c i o s a r q u i t e ctó n i c o s e n m e n o s d e c i n c o a ñ o s r e p o r ta r í a u n a h o r r o e c o n ó m i c o y e n e r g é t i c o s i g n i f i c at i v o ” .
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buscan alternativas para hacer consumos eficientes y mejorar la calidad de vida de los habitantes, una de las preocupaciones principales de la arquitectura. “Se pueden aprovechar las excavaciones que se hacen para los cimientos de nuevas construcciones, como edificios, oficinas, auditorios, etc., para instalar los ductos de intercambio térmico y desde este mismo momento, se estaría pensando en una inversión que en menos de cinco años estaría reportando un ahorro económico y energético significativo”, comenta la docente investigadora. Para el profesor Lalinde, ingeniero y coinvestigador de este proyecto, la incorporación de proyectos que promuevan el uso de la energía geotérmica superficial en Colombia es una oportunidad para el trabajo interdisciplinar entre arquitectos, ingenieros, unidos por un mismo interés: usar el camino de la innovación para cuidar el ambiente con herramientas tecnológicas, competitivas y amigables.
La UPB y el porvenir de la energía geotérmica en nuestro país Los estudiantes y docentes que participan con sus investigaciones desde el Leet y el Sitec están comprometidos con el planeta, como pioneros en acercarse al tema. La arquitectura y la ingeniería buscan nuevos caminos para el ahorro en regiones con potencial de aplicación. Proyectos piloto se adelantan en el campus universitario para evaluar el impacto de los dispositivos de energía geotérmica en Colombia para crear una nueva rama de estudio en un contexto en el que la temática ha sido poco explorada. La Universidad Pontificia Bolivariana inspira conciencia ambiental desde sus aulas de clase y sus espacios de investigación. generales, la dinámica de la energía geotérmica. Para el aprovechamiento de este recurso, es necesario utilizar una bomba de extracción de calor, artefacto que tiene varias configuraciones según las necesidades del terreno y el usuario. En Europa y Norteamérica, por ejemplo, esta tecnología se aprovecha desde hace varias décadas. Tras momentos de crisis que aceleraron la necesidad de buscar nuevas formas más económicas de aprovechamiento del recurso energético se implementaron sistemas efectivos para calentar las viviendas y edificios en los crudos inviernos, o para refrigerar dichos espacios en los veranos ardientes. El Hotel Galt House East, en Estados Unidos, la estación Pacífico del metro, en España, y las instalaciones de la Universidad de Eindhoven, en Holanda, son algunos de los ejemplos exitosos del uso de energía geotérmica.
El caso colombiano. Una oportunidad para la UPB Para la profesora Henríques, líder de la investigación, el caso colombiano es sui generis. Si bien en nuestro país no contamos con temperaturas extremas, especialmente en la zona andina, para las zonas costeras, específicamente al norte del país, la climatización de espacios con el calor de la tierra sería una oportunidad de ahorro y progreso. El acondicionamiento climático artificial para espacios ubicados en climas muy cálidos, es costoso y hoy, más que nunca, se
Ficha técnica: Nombre del proyecto: Intercambiadores térmicos por energía geotérmica superficial para climatización artificial en Colombia. Palabras clave: Energía geotérmica; Energía renovable; Intercambio térmico; Climatización; Bomba de calor. Grupo de Investigación: G.I. Laboratorio de Estudios y Experimenta ción Técnica de Arquitectura -Leet-. Escuela: Arquitectura y Diseño. Líder del proyecto: Verónica Henriques Ardila. Correo electrónico: veronica.henriques@upb.edu.co
Artículo de divulgación científica publicado en la Revista Universitas Científica. Vol 16 # 1.
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Las neveras paisas
Fotos: Natalia Botero
ahorrarán más energía y reducirán el ruido Con la creación de un Banco de ensayo para refrigeración, investigadores de la UPB apoyan la industria nacional en el mejoramiento tecnológico que la llevará a ser más competitiva.
Equipo de investigadores (de izquierda a derecha): Carlos Alejandro Zuluaga Toro; César Alejandro Isaza Roldán, líder del proyecto; Maribel Carrasquilla Suárez; Juan Alberto Ramírez Macias y Herman David Mejía Benjumea.
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ue los refrigeradores y las neveras se vuelvan más amigables con el ambiente y congelen más, pero sin consumir más energía y sin hacer tanto ruido, es el sueño de las empresas que producen estos electrodomésticos. En Asia y Europa ya hay fábricas que han conseguido óptimos resultados, pero el reto ahora es lograrlo en Latinoamérica. Por eso es que Industrias Haceb, una empresa antioqueña dedicada a la refrigeración, buscó tecnologías que mejoraran sus actuales condiciones. Su departamento de Ingeniería de Productos de Refrigeración encontró apoyo en una investigación que se adelanta en Medellín en la Facultad de Ingeniería Mecánica y el Centro de Investigación, Desarrollo y Calidad en Refrigeración y Climatización de la Universidad Pontificia Bolivariana; también se cuenta con recursos financieros aportados por Colciencias. De esa forma, academia, empresa y Estado integraron esfuerzos para obtener ese mejoramiento tecnológico.
Por: Mary Correa Jaramillo mary.correa@upb.edu.co Periodista Programa de Divulgación Universitas Científica
Un esfuerzo investigativo El proyecto de investigación, que se denomina: “Desarrollo de un banco de ensayos para refrigeración doméstica en la empresa Industrias Haceb”, se inició en marzo de 2012 y culminará en marzo de 2014. Este trabajo unió los esfuerzos investigativos de dos grupos de la Escuela de Ingenierías de la UPB: el de Investigación en Energía y Termodinámica y el de Investigación en Automática y Diseño. Los grupos están coordinados por los docentes investigadores César Alejandro Isaza Roldán,
Pa r a c o n s t r u i r u n a n e v e r a s e d e m o r a n h a s ta seis meses haciendo pruebas y diseñando el prototipo. Es necesario r e d u c i r e s e t i e m p o pa r a ser más competitivos. En el Laboratorio de Refrigeración de la UPB se trabaja en el proyecto para producir neveras que gasten menos energía y sean más silenciosas.
Un Banco de ensayos en refrigeración permitirá apoyar a las industrias nacionales para que sean más competitivas.
Juan Alberto Ramírez Macías y Carlos Alejandro Zuluaga Toro. Al proyecto están vinculados los estudiantes de Maestría en Sistemas Energéticos, Herman Mejía Benjumea y de Maestría en Automática, Maribel Carrasquilla Suárez. El docente Isaza Roldán, director del proyecto, explicó que la investigación cuenta también con los aportes de los ingenieros Juan Carlos Ospina Ospina y Mario Alejandro Gómez Botero, vinculados al departamento de Ingeniería de Productos de Refrigeración que tiene Haceb y con ellos se avanza en el diseño de dispositivos que reduzcan el consumo de energía y el nivel de ruido en las neveras.
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Alianzas estratégicas
Trabajamos para disminuir el consumo de energía y el impacto ambiental de las neveras colombianas
Para alcanzar los mejores resultados, el Ingeniero Isaza Roldán dijo que parte del proyecto se orienta a diseñar el Banco de ensayos, desde el que se podrá construir una cabina para las pruebas y varios dispositivos adaptados a las diversas longitudes y tamaños de los refrigeradores domésticos. Esa labor se lleva a cabo en el Laboratorio de Refrigeración que pertenece al Centro de Investigación, Desarrollo y Calidad en Refrigeración y Climatización, el cual surgió hace un año como producto de la alianza entre Haceb y la Universidad.
El banco de ensayos es un dispositivo experimental para evaluar partes funcionales de las neveras y su objetivo principal, es reducirle a la industria los tiempos de diseño y desarrollo de un nuevo producto, a partir de pruebas que se llevan a cabo sobre los diferentes componentes.
Talento humano UPB
1 Docente Investigador. Coordinador de Laboratorio.
Semillero de Investigación en Refrigeración y Climatización (entre 10 y 15 Estudiantes de pregrado que realizan trabajos de proyecto de grado).
1 Ingeniero de Transferencia. Técnico de Laboratorio.
2 Auxiliares de Investigación. Estudiantes de Maestría.
Banco de ensayo Para evaluar carga de refrigerante y longitud de tubo capilar Diseñado y construido por expertos de la UPB.
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En UPB estamos desarrollando dos bancos de ensayo: • Para encontrar la relación óptima entre la carga de refrigerante y la longitud del tubo capilar que permita un menor consumo de energía. Estudiante Herman Mejía Benjumea construyendo un banco de ensayo.
• Para seleccionar con mayor eficiencia el ventilador interno de la nevera que permite la circulación del aire.
Ficha técnica:
Esta infraestructura le permitirá a la Universidad transferir este conocimiento a la industria nacional.
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Evaporador
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Compresor
Condensador Gabinete Dispositivo de expansión o tubo capilar
Cuando esté terminado este Banco de ensayos ofrecerá otro beneficio adicional, explicaron los investigadores, pues reducirá el tiempo de construcción de una nevera, debido a las pruebas que deben realizarse en laboratorio. Por esa razón, si se diseñan y construyen neveras que beneficien el ambiente, la industria nacional se mantendrá vigente y aportará en la generación de empleo.
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Gas refrigerante Conexión desde el compresor hasta el banco de ensayo
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Nombre del proyecto: Desarrollo de un Banco de ensayos para refrigeración doméstica en la empresa Industrias Haceb. Palabras clave: Refrigeración; Versatilidad; Ahorro de energía; Innovación. Grupo de Investigación: Grupo de Investigación en Energía y Termodinámica y Grupo de Investigación en Automática y Diseño. Escuela: Ingenierías. Líder del proyecto: César Alejandro Isaza Roldán Correo electrónico: cesar.isaza@upb.edu.co
L a s fá b r i c a s d e n e v e r a s d e s e a n q u e é s t a s r e f r i g e r e n m á s , c o n menos ruido y menos gasto de energía.
Artículo de divulgación científica publicado en la Revista Universitas Científica. Vol 16 # 1.
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Investigación y desarrollo: Ramón Alberto León Candela
una inversión a largo plazo
Ejecutivo Senior de la Gerencia de Nuevos Negocios XM
Por: Olga Marcela Echeverri Farley
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marcela.echeverri@upb.edu.co Líder programa Mercadeo de la Oferta Científica y Tecnológica – UPB
ngeniero electricista con una maestría en ciencias en Ingeniería Eléctrica, es Ejecutivo Senior de Desarrollo de Nuevos Negocios en la Gerencia de Nuevos Negocios en XM, filial de ISA. En su trayectoria en la empresa ha desempeñado cargos en planeación de la operación y ha coordinado el equipo de investigación y desarrollo. En la actualidad, está encargado del desarrollo y estructuración de nuevas oportunidades de negocios para XM en Redes Inteligentes. La Universidad habló con él para presentar un caso exitoso de la relación Universidad- Empresa y que da cuenta de las capacidades de la misma para responder a necesidades del entorno. ¿Cómo ve usted las perspectivas del sector energético para Colombia en el mediano y el largo plazo? El sector está ahora en una etapa de rápida transformación. Las nuevas tecnologías traen una promesa de una red mucho más inteligente donde la generación, el transporte y el suministro final de la energía eléctrica son mucho más conscientes de las condiciones del entorno. El precio empieza a ser una condición relevante en todos los niveles de la cadena y en escalas de tiempo más reducidas, no como actualmente que la factura llega al final del mes y no se conoce el consumo real hasta ese momento. Ahora los usuarios estarán mucho más apropiados de esto y sabrán lo que ocurre de una manera más interactiva y podrán actuar al res-
pecto. En cuanto a la oferta, esta también cambiará mucho. En Colombia estamos acostumbrados a los grandes proyectos de generación hidráulica y es posible que esto cambie debido a presiones sociales y ambientales del entorno, y se pase a la instalación de grandes cantidades de generadores pequeños. Adicionalmente, las energías renovables van a tomar más peso gracias a las tendencias de bajos costos y por la tecnología que se desarrolla. La transmisión y la operación de los sistemas eléctricos están experimentando transformaciones similares que llevarán incluso a la creación de pequeñas redes autogestionables, conocidas como microgrids. Todos estos cambios llevarán seguramente a revisar de manera radical la forma en que actúan los mercados y producirán cambios en la regulación del sector. La investigación y la innovación son consideradas como una de las herramientas fundamentales para el desarrollo del sector empresarial a nivel mundial, está el país preparado para este tipo de economía del conocimiento? En el país existe desarrollo en este sentido y seguramente las reglamentaciones deben cambiar. Sin embargo creo que en Colombia aún nos falta entender que la investigación y el desarrollo no son dinero gastado en unas tesis para estanterías. La investigación y desarrollo son inversiones de largo plazo, de riesgo moderado y con alta probabilidad de rentabilidad futura para muchos de los proyectos emprendidos; en la industria, a medida que vamos entendiendo eso se podrá dar más inversión y se irán haciendo proyectos más relevantes. Lo interesante que yo veo es que varias empresas grandes del país le están apostando a eso. En los últimos años se ha empezado a hacer mucha inversión en el sector eléctrico, en nuevos desarrollos tecnológicos y en las nuevas maneras de hacer las cosas. En lo personal he visto muestra de ellos en el sector en lo que hace EPM, Codensa, Isagen, ISA y lo que estamos haciendo en XM en conjunto con la UPB en el tema de Supervisión Avanzada de Sistemas de Energía.
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Crecí profesionalmente viendo que en Colombia las universidades eran concebidas solo como proveedoras de profesionales, pero ahora son l a s q u e g e n e r a n e l c o n o c i m i e n t o y d e s a r r o ll a n n u e va s c o s a s , p r o p o n e n n u e va s i d e a s y pat e n ta n .
En su opinión, ¿Cuál es el papel de las universidades en este contexto? Todo, porque las universidades son las que generan realmente el nuevo conocimiento que se transformará en proyectos de investigación, desarrollo e innovación. Eso es parte del cambio, del círculo virtuoso, que yo veo que se está generando. Crecí profesionalmente viendo que en Colombia las universidades eran concebidas solo como proveedoras de profesionales, pero ahora son las que generan el conocimiento y desarrollan nuevas cosas, proponen nuevas ideas y patentan. Para mí son fundamentales y sobretodo en el tema Universidad –Empresa – Estado pues pueden darse el lujo de pensar mundos nuevos y correr el riesgo de que en caso de fallar las pérdidas no sean tan grandes. Sin la Universidad este ecosistema no
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funcionaría y no se genera conocimiento. Y sin esto, nuestra industria no será competitiva en el mediano y largo plazo. ¿Cómo se inició la relación de XM con la Universidad Pontificia Bolivariana? Todo empezó con un riesgo que corrió la compañía cuando decidió hace tres años adelantar un proyecto de investigación para proponer un cambio radical en la industria energética, especialmente en el área de supervisión y protección de grandes sistemas de transmisión. Hasta ese momento se tenía la falsa concepción de que la Universidad eran muchos profesores que trabajaban en temas poco relevantes y que difícilmente entregaban resultados a tiempo. Anteriormente en la compañía se tenía un programa por medio del cual se otorgaban fondos para proyectos de Colciencias. Se pensaba que era un regalo que daba la empresa para que las universidades hicieran tesis y proyectos, y todas terminaban en estanterías sin ser valoradas realmente. Se dio un cambio en la concepción de la Universidad y se decidió vincularla directamente a la empresa. Se empezó a trabajar conjuntamente para realizar unos pequeños cambios, con mucha moderación en las solicitudes pues no se exigían ideas nuevas o adopciones de tecnología en un principio; solo que tomaran el sistema de la empresa y lo modelaran para ver las potencias y los voltajes y las magnitudes y los ángulos. Es decir, iniciamos acercando a la universidad a la manera en que hacemos las cosas en la industria y conformamos un grupo de trabajo en I+D en donde los especialistas de XM contaban con un grupo de trabajo de alta calidad investigativa de parte de la UPB. El grupo tomó fluidez en el tema hasta el punto de que al finalizar el proyecto los investigadores de la UPB contaban con habilidades muy similares a nuestros analistas. En la segunda oportunidad se decidió empujar un poco los límites y quedé sorprendido con la capacidad del grupo. Empezamos a trabajar cosas más de fondo relacionadas con la parte científica de lo que estábamos trabajando y de la misma universidad surgieron propuestas de mirar los sistemas de potencia de una manera diferente. En el grupo ampliado XM-UPB decidimos tomar estas propuestas y probarlas con la información que teníamos del blackout que tuvimos en 2007. En este caso, juntos pudimos observar que en una sola vista era posible obtener información muy valiosa sobre el comportamiento del sistema en estos momentos catastróficos y además, qué cosas se podrían hacer para evitarlo. Decirlo y hacerlo se va a demorar al menos 5 años más, pero por lo menos se tuvieron unos primeros indicios. Además de las publicaciones internacionales realizadas, este trabajo resultó en un video construido en el año 2010, el cual hemos compartido de manera internacional y que nos ha ayudado a posicionar nuestro grupo de trabajo entre la elite mundial en supervisión de sistemas de potencia usando medición fasorial. Otro aspecto a resaltar en el inicio de esta relación es la maleabilidad de los investigadores para formar una simbiosis de confianza mutua Uni-
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versidad – Empresa. El futuro viene muy bueno y de aquí para allá solo depende los límites que los investigadores puedan empujar. Tenemos las habilidades y las herramientas para hacer cosas que realmente sean de impacto mundial. ¿Cuáles han sido esos logros alcanzados en estos años de relación? Darnos cuenta de que era posible de verdad, dejar esa zona de confort de publicar a nivel nacional y de universidades en nuestro propio idioma. Preocuparnos por escribir en inglés, en revistas internacionales y de alto impacto que permitieran la internacionalización del trabajo. Por otro lado, hemos obtenido logros interesantes en el lado de la generación de capacidades y la optimización en los costos de capacitación, pues al trabajar con estudiantes previamente desde el pregrado, cuando llegan a la empresa ya tienen una capacitación previa que permite la mejora en la calidad de la formación de los ingenieros que estamos contratando. Aumentó la confianza, nuestros trabajos hoy en día son mucho más relevantes y nos ayudaron a generarle mucho más valor a la compañía. Luego de este tiempo, ¿qué resaltaría usted de las capacidades que tiene la universidad para interactuar con las empresas del sector energético? La flexibilidad, la responsabilidad para cumplir con lo pactado, porque esa no era la visión anterior y por último la calidad de los profesores y los estudiantes, los que se reconocen a nivel nacional e internacional (Estados Unidos, Brasil y Chile) ¿Cuál cree usted que es el mejor camino para que los resultados de la investigación universitaria lleguen a impactar de manera concreta al sector energía del país? El camino es la pasión y la conciencia de la realidad, ligados a algo que puede sonar a contradicción: una menor ilusión pero sin dejar de soñar, uno de los componentes del trabajo desarrollado eran los sueños pero siempre de la mano de la realidad y teniendo en cuenta la pertinencia de la investigación que estábamos desarrollando, resaltando también las cosas simples de las cosas y trabajando por las victorias tempranas y tangibles en el corto plazo. Por último, nos puede relatar un caso concreto que le parezca relevante en lo que tiene que ver con la relación -UPB? Hay muchos, los temas de flexibilidad, el video que hicimos para la simulación del apagón, el darse la oportunidad de aprender y haber conformado un grupo de trabajo y un equipo que perdura en el tiempo. Ya no nos miramos como contratante - contratado sino como verdadero equipo de trabajo en I+D+i.
Por: Ana Cristina Aristizábal Uribe
Un Metro de aire fresco en Medellín
ana.aristizabal@upb.edu.co Periodista Programa de Divulgación Universitas Científica
Grupos de investigación de la Escuela de Ingenierías de la UPB y la Empresa de Transporte Masivo del Valle de Aburrá Limitada, Metro de Medellín Ltda., trabajan juntos para lograr la eficiencia energética del sistema Metro y para hacer más frescos sus vagones.
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na nueva máscara frontal para los trenes de primera generación del Metro de Medellín fue diseñada en forma conjunta por los ingenieros investigadores de la UPB y el área de Ingeniería del Metro, con la financiación de Colciencias. En un convenio de investigación celebrado entre las dos entidades se realizó este proyecto cuyo propósito es lograr un significativo ahorro de energía, gracias a la nueva propuesta aerodinámica. El Ph.D, Mauricio Giraldo Orozco, director de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la UPB e investigador principal del proyecto “Incremento de la eficiencia energética y el confort del usuario en el Metro de Medellín mediante simulación computacional de fluidos. Fase I: resistencia aerodinámica y ventilación”, asegura que es la primera vez que un proyecto local utiliza un desarrollo computacional para las pruebas en la etapa de investigación, donde también se utilizó el túnel de viento del laboratorio de Ingeniería Mecánica. Para los directivos del Metro de Medellín, en funcionamiento desde 1995, es vital disminuir el consumo energético que conlleva la operación.
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Con este proyecto se pretende obtener un ahorro significativo cuya inversión podría ser librada en diez años. “La repotenciación energética que supone la adecuación de los testeros frontales nos ayudaría a ahorrar unos $1.500 millones al año, una cifra importante si se tiene en cuenta que el consumo de energía nos significa el 15% del costo total de la operación del sistema”, dice Luis Castrillón, ingeniero eléctrico del área de Ingeniería del Metro. El ingeniero Mauricio Giraldo asegura que este diseño aerodinámico, que se instalaría en los dos extremos de cada tren, adelante y atrás, permitirá reducir la resistencia del viento, “sin cambiar las condiciones operativas ni el funcionamiento del sistema”. Dicho frontal fue diseñado en vidrio, fibra de vidrio y acero. Cuando se asegure la financiación para la etapa de producción, los 42 trenes podrían lucir una nueva cara. “Lo que más nos gusta del diseño presentado por la UPB es que es muy parecido a los nuevos trenes, los de segunda generación. Este diseño se aproxima en lo estético a los nuevos vagones y mejoraría la cara de los trenes de primera generación”, dice el ingeniero Castrillón. Andrés Emiro Díez, docente investigador de la UPB, vinculado con este proyecto, asegura que reducir la resistencia aerodinámica de los trenes, los hará aun más amables con el medio ambiente porque el ahorro de energía disminuye el impacto ambiental. “Aunque en Colombia tenemos el privilegio de que la mayor parte de la energía eléctrica que utilizamos proviene de la hidroelectricidad (80%), que es un recurso renovable y amigable con el ambiente, todavía tenemos que depender un poco de fuentes no del todo renovables como el gas natural, el petróleo y el carbón (más o menos en un 20%). Por tanto es necesario, de todas maneras, buscar el ahorro de energía”.
También se mejorará la ventilación En otro proyecto paralelo, elaborado por este mismo grupo de investigación, la UPB diseñó para el Metro de Medellín un nuevo sistema de ventilación dentro de los 126 coches. Al modificar los difusores de este sistema, se consiguió que las mediciones de sensación térmica arrojaran resultados de mayor frescura en la parte central de los vagones y se mejora el confort del usuario. Esta adecuación es necesaria debido al aumento del calor y de los usuarios, que hizo acrecentar los niveles de sensación térmica. A la fecha, existe ya un prototipo funcionando en uno de los trenes.
Ficha técnica: Nombre del proyecto: Incremento de la eficiencia energética y el confort del usuario en el Metro de Medellín mediante simulación computacional de fluidos, fase I: resistencia aerodinámica y ventilación. Palabras clave: Eficiencia energética. Aerodinámica. Ventilación. Confort. Metro de Medellín. Grupo de Investigación: Grupo Energía y Termodinámica, Grupo Investigaciones Aeroespaciales y Grupo Transmisión y Distribución de Energía. Escuela: Ingenierías. Líder del proyecto: Mauricio Giraldo Orozco. Investigadores: César Nieto, Andrés Felipe Tabares, Andrés Emiro Díez, Mauricio Giraldo y Natalia Gómez
Correo electrónico: mauricio.giraldo@upb.edu.co
Artículo de divulgación científica publicado en la Revista Universitas Científica. Vol 14 # 2.
Foto: Natalia Botero
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Varios de los equipos para corriente directa se encuentran en patios a la intemperie
Por: Jorge Wilson González, Gabriel Jaime López, Idi Amín Isaac, Jairo Augusto Lopera, Hugo Cardona.
Una mirada actual a la “Guerra de las Corrientes” iniciada en el siglo XIX
A
finales del siglo XIX e inicios del siglo XX, se dieron fuertes confrontaciones en torno a la forma de transmitir la potencia eléctrica. La problemática se centró en la conveniencia de usar corriente directa o corriente alterna. Los personajes más significativos de dicha confrontación fueron Edison, Tesla y Westinghouse sin dejar a un lado la participación de grandes empresas de los Estados Unidos y de Europa. La confrontación dejó un “ganador”, hablando en términos del tipo de tecnología más empleada hasta la actualidad para transportar grandes cantidades de potencia: la corriente alterna. Entender lo que es una u otra tecnología no es difícil. Son muchas las analogías posibles. Se podría sintetizar, en algunos casos, que la corriente alterna son ondas electromagnéticas que llevan energía y “van y vienen”; mientras que en la corriente directa las ondas sólo viajan en un sentido. Una diferencia físicamente apreciable, es que los sistemas de corriente alterna requieren más cables que los de directa; pero las estaciones o puntos de partida y llegada son muy costosos. Esto explica por qué se pensó en una solución con corriente directa de acuerdo con la longitud de las líneas de transmisión: entre más larga una línea, hablando de cientos de kilómetros, el costo de los cables de alterna y los equipos de estación, son mucho más altos a los relacionados con los de los cables de directa y su estación.
Pero… en la actualidad ¿quién es el vencedor entre la corriente alterna y la directa? No hay un vencedor. Eso depende de la aplicación en particular. Hoy en día, el gremio relacionado con las soluciones de equipos de infraestructura eléctrica está concientizado en que los usuarios reciban un óptimo suministro, disminuyendo los costos de inversión, las pérdidas de energía, el impacto ambiental, adicionando mejoras en el servicio y otros beneficios complementarios. Debido a que los costos en el sector frecuentemente superan cientos de millones de dólares, la decisión para la tecnología que tendrá un sistema de transmisión de energía eléctrica de un país debe ser el resultado de minuciosos estudios de relación beneficio/costo. Desde lo más básico, la corriente directa tiene exclusividad en aplicaciones especiales, con soluciones difíciles de lograr con la corriente alterna. A continuación, en torno a las soluciones de transporte de potencia en altas cantidades, entiéndase millones de vatios, se listan algunas curiosidades, particularidades, datos estadísticos, ventajas, desventajas, entre otras alrededor de la corriente directa (se abreviará como “cd”): • El primer proyecto comercial de cd se inauguró en Suecia en 1954. Hoy es una tecnología madura, con gran cantidad de proyectos en el mundo.
Nikola-Tesla
Thomas Alva Edison
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Sistema de corriente directa entre Alemania y Checoslovaquia. Fue suministrado por la empresa Siemens y pertenece a la compañía de electricidad Eon.
Los equipos de electrónica de alta potencia de un sistema de corriente directa se instalan en recintos cerrados
• Después de la segunda guerra mundial, Rusia se apropió de una instalación de esta corriente en Alemania. La removió y la trasladó por completo. • A pesar de su madurez, la tecnología de transmisión en cd (con iniciales HVdc, del inglés “High Voltage direct current transmission”), está en constante investigación. Algunos afirman que es la tecnología del futuro para transmitir la potencia eléctrica. • Unos fabricantes afirman que en muchos casos, después de 350 km de longitud empleando cables aéreos, la corriente directa posee mejor relación beneficio/costo. Para cables aislados (submarinos o subterráneos) la mejor relación podría lograrse desde 35 km. • En Brasil actualmente se construye la línea más extensa del mundo.Tendrá 2500 km. • En la China se tienen y tendrán proyectos con un sólo enlace transportando potencias superiores a 5000 megavatios (5000 megavatios es casi el 50% de la potencia máxima que requiere todo Colombia diariamente en 2013). • Rusia y China están planeando interconectarse con cd para intercambiar más de 6000 megavatios. • En Estados Unidos se tendría en unos pocos años el proyecto más grande en corriente directa, con 7000 megavatios. • Las conexiones submarinas en esta tecnología han superado los 500 km de longitud (por ejemplo la interconexión entre Noruega y Holanda). • Con esta corriente se pueden mejorar condiciones de operación en las redes, adicional a transportar potencia. Como ejemplo se tiene el caso de los proyectos en la India. • Colombia se interconectaría con Panamá en el 2018 para intercambiar inicialmente 300 MW empleando este tipo de corriente. (ver borrador Plan de Expansión de Referencia Transmisión 2013 - 2026). • Las soluciones en cd impactan en menor medida al ambiente (hay menor tala). • Algunos países se interconectan sólo con cd para evitar que los problemas eléctricos se compartan. Esto es debido a que esta corriente actúa como un “muro cortafuegos” para ciertos problemas. • El cable que alimenta el Metro de Medellín posee corriente directa. • Esta también se aplica a sistemas de bajas capacidades. En la actualidad es una solución para las redes inteligentes.
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El G r u p o d e T r a n s m i s i ó n y D i s t r i b u c i ó n d e l a UPB h o y p o r h o y t i e n e u n a p r o p u e s t a d e p at e n t e e n e s t u d i o .
Algunos de los equipos para sistemas HVdc pesan decenas de toneladas y cuestan varios millones de dólares
El Grupo TyD de la Universidad Pontificia Bolivariana ha sido muy activo en el tema de la transmisión en corriente directa por más de diez años. Durante este tiempo ha desarrollado importantes proyectos de investigación y tesis de postgrado, de la compañía de grandes empresas nacionales e internacionales (Siemens, TransGrid Solutions, EPM, ISA, ISAGEN, CIDET, etc.), así como con reconocidas universidades internacionales (University of Kempten y University of Erlangen, ambas de Alemania). El Grupo también imparte cursos del tema a nivel de postgrado. Se destaca que actualmente está desarrollando proyectos de investigación para evaluar los nuevos avances tecnológicos que la electrónica de potencia brinda para estos sistemas y cómo puede aplicarse para soluciones en redes inteligentes, con particularidad en las Micro Redes. El Grupo de Transmisión y Distribución de la UPB hoy por hoy tiene una propuesta de patente en estudio.
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Los postgrados en la UPB y su relación con el sector eléctrico
Generador solar fotovoltaico con microinversores. Capacidad instalada 5kWp (20 paneles solares policristalinos y 20 microinvertores) Genera energía para el costado oriental de los pisos 3 y 4 del bloque 10 de la UPB. Monitoreo remoto de consumo desde el centro de control micro red.
L
a Universidad Pontificia Bolivariana, con el compromiso permanente de generar conocimiento y crear capacidades en sus egresados para dar respuesta a las necesidades del país, cuenta con programas de Formación Avanzada en los niveles de Doctorado, Maestría y Especialización, que se han consolidado en el tiempo y que continúan renovándose y adaptándose a las nuevas dinámicas del sector. El desempeño de nuestros egresados, la producción científica de nuestros estudiantes y docentes, así como la relación con el sector productivo, son una clara muestra del impacto que genera la formación avanzada en el crecimiento personal y la contribución al avance de las empresas y del país.
Más de 70 trabajos de grado de Especialización y 20 de Maestría para consulta pública en temas como interconexiones internacionales, planeación y operación de sistemas de potencia, propuestas regulatorias, mercados de energía, caracterización de carga, soluciones específicas para la empresa, energía renovable, han jugado un rol importante en la relación de la Universidad con el sector eléctrico. A nivel de doctorado, se destacan tesis orientadas a la planeación y operación de sistemas de potencia como: • Desarrollo de herramientas informáticas de simulación y planeación de la red de transporte de energía eléctrica en ambientes desregulados (Cruz, 2005) como respuesta a la necesidades de Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P. • Estabilidad de tensión en sistemas de corriente directa (González, 2006) en trabajo conjunto con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kempten, la Universidad de Erlangen y Siemens PTD en Alemania.
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• Diseño de estrategias de monitoreo sincrofasorial en el sistema de potencia colombiano (López, 2012) articulado a un macroproyecto de investigación con XM, empresa en la cual se trabajó bajo la figura de pasantía. • Integración de recurso eólico al sistema de potencia colombiano (Isaac, 2011) con un componente importante a nivel de formación del doctorando en la Dirección de Gestión de la Operación en Interconexión Eléctrica S.A. E.S.P. este proyecto fue complementado con intercambios internacionales en Kempten (Alemania) y la Universidad Pontificia Comillas de Madrid (España) • Estrategias para la implementación de transporte eléctrico masivo (Diez, 2010) proyecto desarrollado con Codensa y el Metro de Medellín, impactando de manera positiva a través del primer laboratorio de tracción eléctrica con trolebuses en el país. El programa de Maestría en Ingeniería para su área Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica tiene convenio de doble TitulaLaboratorio de tracción eléctrica Sytecsa-UPB-CIDET. Fundamental para la promoción de modos de transporte eléctrico en Colombia Trolebuses modernos-Tranvías. ción con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kempten (Alemania) con tiempo compartido, un año en la UPB y un año en Kempten, y bajo la figura de participación conjunta en proyectos de investigación, intercambio académico, dirección y asesoría de tesis. En la actualidad Luis David Pabón Ospina, estudiante de la Maestría en Ingeniería área T&D, está realizando el último semestre en Alemania en este convenio, para su sustento aplicó a un crédito condonable en enlaza mundos con la ayuda de relaciones internacionales en la UPB. A la fecha en la Universidad se tiene una oferta para el área específica de energía que contempla los siguientes programas: • Doctorado en Ingeniería • Doctorado en Gestión de la Tecnología y la Innovación • Maestría en Ingeniería Corredor peatonal entrada circular 1ª 9 lámparas LED de 20W cada una. - Área Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica Propósito: ahorro energético, verificación del confort visual, comprobación de la vida útil declarada por los fabricantes y monitoreo - Área Sistemas Energéticos remoto de consumo desde el centro de control micro red. • Maestría en Gestión Tecnológica • Especialización en Sistemas de Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica. • Especialización en Gestión de la Innovación Tecnológica • Especialización en Modelización, Simulación y Optimización de Sistemas.w
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“La innovación como vínculo entre la academia y sector productivo en la sociedad del conocimiento” Por medio de la relación Universidad – Empresa- Estado, la UPB genera confianza, alianzas e incorpora actores para fortalecer procesos participativos en la región y el país e incrementar los niveles de innovación y competitividad en las empresas.
Algunos aliados estratégicos
programa Uniempresa · uniempresa@upb.edu.co · Teléfono: (574) 354560 ext 10911
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