I Estudio de viabilidad para la implementación de ...

I

Estudio de viabilidad para la implementación de pavimentos inteligentes en la Universidad

Cooperativa de Colombia sede Villavicencio central

Informe final

Juan Pablo Pinilla Zuluaga

Milton Alejandro Arias Almanza

Jhoan Nicolas Baquero Babativa

Universidad Cooperativa de Colombia

Facultad de ingenierías

Ingeniería civil

2019

II

Estudio de viabilidad para la implementación de pavimentos inteligentes en la Universidad

Cooperativa de Colombia sede Villavicencio Central

Juan Pablo Pinilla Zuluaga

Milton Alejandro Arias Almanza

Jhoan Nicolas Baquero Babativa

Análisis sistemático de literatura

Asesor Técnico: Jhonny Lisimaco Ojeda Cárdenas

Asesor Metodológico: Elizabeth Hernández Vargas

Universidad Cooperativa De Colombia

Facultad de ingenierías

Ingeniería civil

Villavicencio

2019

III

Nota de Aceptación

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________________________________________

Presidente del Jurado

________________________________________

Jurado

________________________________________

Jurado

Villavicencio, noviembre 2019

IV

Dra. MARITZA RONDÓN RANGEL

Rector Nacional

Dr. CÉSAR AUGUSTO PÉREZ LONDOÑO

Director académico de la sede Villavicencio

HENRY EMIRO VERGARA BOBADILLA

Subdirector académico de la sede Villavicencio

Dra. RUTH EDITH MUÑOZ JIMÉNEZ

Subdirectora de desarrollo institucional y financiero

Ing. RAÚL ALARCON BERMÚDEZ

Decano de la facultad de ingeniería civil

Ing. NELSON EDUARDO GONZÁLEZ ROJAS

Coordinador de investigación del programa de ingeniería civil

V

Agradecimientos

Al ingeniero Jhonny Lisimaco Ojeda Cárdenas, asesor técnico del proyecto y docente de la

Universidad Cooperativa de Colombia, quien fue el gestor primario del proyecto y estuvo

pendiente del proceso y nos brindó conocimientos que enriquecieron nuestra experiencia en la

investigación realizada.

A la licenciada Elizabeth Hernández Vargas, asesora metodológica del proyecto y docente de

la Universidad Cooperativa de Colombia, quien aportó significativamente a la elaboración del

informe final como síntesis de la investigación planteada.

Al ingeniero Nelson González, director del comité de investigaciones de la Universidad

Cooperativa de Colombia, quien nos brindó la oportunidad de realizar esta investigación pese a

los inconvenientes presentados.

Al ingeniero Jeison Arango Carrillo, docente de la Universidad Cooperativa de Colombia, por

brindarnos el apoyo e información necesaria para el desarrollo de la investigación.

A Daniela Díaz González, estudiante de ingeniería civil de la Universidad Cooperativa de

Colombia, por el apoyo y asesoría en la estructura del documento final del trabajo de grado.

VI

Principalmente a Dios por darnos la oportunidad de realizar esta experiencia de aprendizaje a

lo largo de la carrera universitaria.

A nuestros padres, hermanos y amigos por el apoyo incondicional que nos han brindado a lo

largo de nuestras vidas y en especial a lo largo del desarrollo del pregrado.

A nuestros asesores por la paciencia que tuvieron a lo largo del desarrollo de este proyecto.

A todos los docentes que nos acompañaron a lo largo de la carrera universitaria y aportaron

significativamente en el aprendizaje adquirido hoy en día, quienes forjaron nuestra identidad

profesional.

VII

Contenido

Introducción ............................................................................................................................. 14

Resumen ................................................................................................................................... 15

Abstract .................................................................................................................................... 16

Planteamiento del problema ..................................................................................................... 17

Objetivos .................................................................................................................................. 18

Objetivo General: ................................................................................................................. 18

Objetivos Específicos: .......................................................................................................... 18

Justificación .............................................................................................................................. 19

Marco teórico ........................................................................................................................... 20

Diseño del pavimento: .......................................................................................................... 20

Automatización: ................................................................................................................... 23

Generación de energía: ......................................................................................................... 26

Diseño Metodológico ............................................................................................................... 31

Desarrollo de la investigación .................................................................................................. 33

Fase 1 - Identificación de las diferentes aplicaciones de las tecnologías electrónicas y

mecánicas en la construcción de pavimentos inteligentes que permitan mejorar la comodidad,

aprovechar energía y generar información en tiempo real para su posterior aplicación ........... 33

Sistema lector de placas ................................................................................................... 33

Sistema de control de tráfico vehicular ............................................................................ 34

Sistema inteligente de parqueadero .................................................................................. 35

VIII

Sistema de generación eléctrica por tecnología piezoeléctrica ........................................ 35

Fase 2 - Selección de la tecnología y mecánica ideal para evaluar su viabilidad e

implementación, así como su diseño en el parqueadero y áreas comunes de la Universidad

cooperativa de Colombia sede Villavicencio principal ............................................................. 36

Análisis de posibilidades .................................................................................................. 36

Selección de alternativa .................................................................................................... 58

Conclusiones ............................................................................................................................ 62

Referencias ............................................................................................................................... 64

IX

Lista de tablas

Tabla 1 Generación eléctrica por sistema Trevoolt en la zona peatonal a la semana ............. 38

Tabla 2. Generación eléctrica por sistema Treevolt en la zona del parqueadero a la semana 44

Tabla 3. Generación eléctrica por sistema EKRR en la zona del parqueadero a la semana ... 49

Tabla 4. Generación eléctrica por el sistema Pavegen en la zona peatonal durante la semana 54

X

Lista de ecuaciones

Ecuación 1. Energía eléctrica generada por una (1) baldosa Treevolt (wh) ............................ 36

Ecuación 2. Energía eléctrica generada por una (1) baldosa Treevolt en una hora (Kwh/h) ... 36

Ecuación 3. Energía Eléctrica Producida por una (1) baldosa Treevolt a la semana

(kWh/semana) ............................................................................................................................... 39

Ecuación 4. - Energía Eléctrica Producida por una (1) baldosa Treevolt al mes (kWh/mes) .. 39

Ecuación 5. Energía Eléctrica Producida por una (1) baldosa Treevolt al año (kWh/año)...... 39

Ecuación 6. Número de baldosas necesarias para satisfacer la demanda energética en la

Universiad cooperativa de Colombia sede Villavicencio ............................................................. 40

Ecuación 7. Área necesaria para las baldosas Treevolt ............................................................ 40

Ecuación 8. Costo de la inversión necesaria para las baldosas Treevolt.................................. 41

Ecuación 9. Tiempo de recuperación de la inversión en las baldosas Treevolt ....................... 41

Ecuación 10. Energía generada por una (1) baldosa Treevolt en una hora en la zona del

parqueadero ................................................................................................................................... 42

Ecuación 11. Energía Eléctrica Producida por una (1) baldosa Treevolt en el parqueadero a la

semana (kWh/semana) .................................................................................................................. 45

Ecuación 12.Energía Eléctrica Producida por una (1) baldosa Treevolt en el parqueadero al

mes (kWh/mes) ............................................................................................................................. 45

Ecuación 13. Energía Eléctrica Producida por una (1) baldosa Treevolt en el parqueadero al

año (kWh/año) .............................................................................................................................. 45

Ecuación 14. Numero de baldosas necesarias en la zona del parqueadero para satisfacer la

demanda energética convencional ................................................................................................ 46

Ecuación 15. Área mínima para la instalación de las baldosas en la zona del parqueadero .... 46

XI

Ecuación 16. Costo de la inversión de baldosas Treevolt en el parqueadero........................... 47

Ecuación 17. Tiempo de recuperación de la inversión de instalación en la zona del

parqueadero ................................................................................................................................... 47

Ecuación 18. Energía eléctrica generada por una (1) EKRR en una hora (KWh) ................... 48

Ecuación 19. Energía eléctrica generada por una (1) EKRR en una semana (KWh/semana) . 50

Ecuación 20. Energía eléctrica generada por una (1) EKRR en un mes (KWh/mes) .............. 50

Ecuación 21. Energía eléctrica generada por una (1) EKRR en un año (KWh/año) ............... 50

Ecuación 22. Número de EKRR necesarias para satisfacer la demanda energética en el

campus de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio .................................... 51

Ecuación 23. Área necesaria para la instalación del sistema EKRR ........................................ 51

Ecuación 24. Costo de inversión necesaria para la instalación de EKRR ............................... 52

Ecuación 25. Tiempo de recuperación de la inversión del sistema EKRR .............................. 52

Ecuación 26. Energía eléctrica generada por una (1) baldosa Pavegen en una hora (KWh) ... 53

Ecuación 27. Energía eléctrica generada por una (1) baldosa Pavegen en una semana

(KWh/semana) .............................................................................................................................. 55

Ecuación 28. Energía eléctrica generada por una (1) baldosa Pavegen en un mes (KWh/mes)

....................................................................................................................................................... 55

Ecuación 29. Energía eléctrica generada por una (1) baldosa Pavegen en un año (KWh/año) 56

Ecuación 30. Número de baldosas Pavegen necesarias para satisfacer la demanda energética

de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio) ................................................ 56

Ecuación 31. Área necesaria para la instalación de las baldosas Pavegen ............................... 57

Ecuación 32. Costo para la implementación de las baldosas Pavegen .................................... 57

Ecuación 33. Tiempo de recuperación de la inversión de las baldosas Pavegen ..................... 57

XII

Ecuación 34. Emisiones de CO2 evitadas al implementar el sistema con baldosas Pavegen. . 59

Ecuación 35. Baterías de respaldo necesarias para el sistema Pavegen. .................................. 60

Ecuación 36. Baterías de respaldo necesarias para el sistema Pavegen. .................................. 61

XIII

Lista de ilustraciones

Ilustración 1. Modelo de baldosa Treevolt ............................................................................... 41

Ilustración 2. Modelo EKRR .................................................................................................... 48

Ilustración 3. Baldosa Pavegen ................................................................................................ 52

Ilustración 4. Batería stacionaria Bae Secura ........................................................................... 60

14

Introducción

Estudio de viabilidad para la implementación de pavimentos inteligentes es el

planteamiento, desarrollo y solución a la problemática presentada en el campus de la

Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio sobre el poco o nulo

aprovechamiento de las tecnologías de vanguardia en este campo.

El presente trabajo se realiza con el fin de dar a conocer la factibilidad de la

implementación de formas alternativas de generación de energía y su análisis de

costo/beneficio.

El trabajo realizado se divide en dos fases fundamentales para el desarrollo de la

alternativa planteada para la universidad, en la primera fase se encuentra la identificación

de las diferentes aplicaciones de las tecnologías electrónicas y mecánicas en la instalación

de pavimentos inteligentes que permitan mejorar la comodidad, aprovechar energía y

generar información en tiempo real para su posterior aplicación y la segunda fase

comprende la selección de la tecnología y mecánica ideal para evaluar su viabilidad e

implementación, así como su diseño en el parqueadero y corredores comunes de la

Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio principal

15

Resumen

La presente investigación realizada como un análisis sistemático de literatura tuvo como

objetivo principal analizar la viabilidad de implementación de pavimentos inteligentes en la

universidad cooperativa de Colombia, sede Villavicencio; esta investigación no sólo

pretende abordar un análisis general en cuanto a la aplicación e instalación de pavimentos

inteligentes en el campus principal de la misma, sino poner en práctica los conocimientos

adquiridos a lo largo de la carrera para así lograr una propuesta innovadora, beneficiosa y

factible para la universidad.

Para ello se realizó un análisis sobre las posibilidades de dicha implementación, una

búsqueda de información y un análisis de literatura en el cual se toman los diferentes

modelos de pavimentos inteligentes para posterior a ello realizar un enfoque en la

tecnología piezoeléctrica, se realiza un aforo peatonal y vehicular en la entrada

correspondiente según su uso, ya que son las dos zonas en las cuales se puede obtener el

flujo crítico para el análisis de este proyecto. Posteriormente se analizan los costos, tiempo

de recuperación y cantidad de unidades necesarias para satisfacer la demanda energética,

finalmente se realiza un análisis de los beneficios, características y accesorios adicionales

de la mejor alternativa para su implementación.

Palabras Clave: Estudio, viabilidad, pavimentos inteligentes, piezoeléctrico

16

Abstract

The present investigation carried out as a systematic analysis of literature had as main

objective to analyze the viability of implementation of intelligent pavements in the

cooperative university of Colombia, Villavicencio headquarters; This research not only

aims to address a general analysis regarding the application and installation of intelligent

flooring on its main campus, but also to put into practice the knowledge acquired

throughout the race in order to achieve an innovative, beneficial and feasible proposal for

the University.

For this, an analysis was carried out on the possibilities of said implementation, an

information search and a literature analysis in which the different models of intelligent

pavements are taken to carry out a focus on piezoelectric technology, a pedestrian capacity

is carried out and vehicular in the corresponding entrance according to its use, since they

are the two zones in which the critical flow for the analysis of this project can be obtained.

Subsequently, the costs, recovery time and quantity of units necessary to meet the energy

demand are analyzed, finally an analysis of the benefits, features and additional accessories

of the best alternative for its implementation is carried out.

Keywords: Study, feasibility, intelligent pavements, piezoelectric

17

Planteamiento del problema

Actualmente el mundo se encuentra en la necesidad de lograr una sostenibilidad

ambiental, tal como lo plantean los objetivos de desarrollo sostenible establecidos por la

ONU, y un paso para lograr dicha sostenibilidad es implementar nuevas energías que

disminuyan el consumo energético; que directa o indirectamente se presenta en todas las

ciudades.

Se plantea la necesidad de disminuir las emisiones de CO2 generadas por el uso de

energía convencional y así mismo contribuir de alguna manera a la solución de esta

problemática ambiental mundial. Principalmente la universidad Cooperativa de Colombia

se encuentra atrasada en la implementación de nuevas tecnologías que le permitan estar a la

vanguardia del aprovechamiento energético que se puede obtener de los espacios utilizados

como corredores, y ser una de las instituciones pioneras en el uso de estas tecnologías de

innovación; así mismo se encuentra la necesidad de generar una información en tiempo real

del estado del pavimento, obtención de datos específicos que permitan la automatización,

lograr un aumento en la eficiencia del uso de espacios, de equipos y un control eficaz de las

instalaciones.

.

.

18

Objetivos

Objetivo General:

Analizar la viabilidad de implementación de pavimentos inteligentes en la

universidad cooperativa de Colombia, sede principal de Villavicencio.

Objetivos Específicos:

Identificar las diferentes aplicaciones de las tecnologías electrónicas y mecánicas en

la construcción de pavimentos inteligentes que permitan mejorar la comodidad,

aprovechar energía y generar información en tiempo real para su posterior

aplicación.

Seleccionar la tecnología y mecánica ideal para evaluar su viabilidad e

implementación, así como su diseño en el parqueadero y áreas comunes de la

Universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio principal.

19

Justificación

El uso de una energía convencional genera emisiones de CO2, altos costos de

mantenimiento y posibles cortos del suministro debido a fenómenos naturales que afectan

la red de distribución; se pretende con la implementación de pavimentos inteligentes en la

universidad generar otro tipo de energía que permita reducir los impactos negativos

mencionados anteriormente y crear un sistema de generación eléctrica que le permita al

área administrativa de la universidad tener un beneficio debido al uso de una energía no

convencional.

La universidad Cooperativa de Colombia siempre ha intentado estar a la vanguardia de

la implementación de energías alternativas, así como de innovación tecnológica en su

campus, por lo tanto, se vio la necesidad de realizar una investigación para detallar los

posibles beneficios que puede traer el uso de estas tecnologías, así mismo, analizar

diferentes tipos de alternativas que se pueden implementar y seleccionar la más conveniente

para la universidad.

20

Marco teórico

Diseño del pavimento:

Al momento de intentar avanzar tecnológicamente en el mejoramiento y en los

complementos que pueden implementarse en los procesos constructivos, debemos tener en

cuenta la resistencia de los nuevos materiales, reacciones impredecibles y diseños

innovadores.

Uno de los principales factores que pueden llegar a interferir en el desgaste del

pavimento es la carga del tránsito y el peso que esta misma puede generar en el mismo.

Rondón, Delgadillo y Vargas (2013) mencionan que, en Colombia, el pesaje de vehículos

de carga para el cálculo de la variable tránsito se realiza por medio de básculas.

El sobre peso en la capacidad máxima de carga del vehículo es posible calcularlo

mediante un modelamiento matemático.

Por medio de la vibración que generan dichas cargas cuando se mueven sobre la

superficie de rodadura. El principio físico es simple: cuando un vehículo circula sobre la

superficie de un pavimento, éste genera vibraciones que pueden ser percatadas en zonas

adyacentes a la vía en estudio, y las amplitudes de dichas vibraciones pueden dar

información sobre la magnitud de la carga rodante. (Rondón et al., 2013, p.72)

Esta implementación llega a ser útil en el momento de determinar el peso del vehículo,

para una rígida vigilancia al momento de transitar a lo largo de las vías.

Cuando hablamos de las patologías presentadas en los pavimentos flexibles, podemos

decir que este problema “Es causado por deformaciones permanentes en cualquiera de las

capas del pavimento, o en la subrasante, producidas principalmente por consolidación o

21

desplazamiento lateral de los materiales debido al tráfico.” (Leiva, Pérez, Aguiar y Loría,

2016, p.37). Debido a esto actualmente es posible llevar a cabo la evaluación y predicción

de ahuellamiento como medida de contingencia para reparar y llevar a cabo las

correcciones antes de presentar afectaciones graves. Uno de los factores que pueden

amortiguar esta patología es el espesor total de las diferentes capas de pavimento, pero para

ello se debe conocer que:

Solo tres variables son requeridas, el espesor de la capa asfáltica, la deflexión superficial

y la repetición de ejes equivalentes; otros parámetros como el módulo resiliente o

dinámico, deformaciones unitarias, propiedades de la mezcla asfáltica y condiciones

ambientales no son consideradas directamente en el proceso de predicción:

indirectamente se contemplan en la deflexión superficial de un momento dado. (Leiva et

al., 2016, p.46)

Otro factor que influye en el momento del diseño del pavimento es la temperatura y

radiación que puede afectar el comportamiento de este, el autor citado a continuación nos

indica mediante la creación de un dispositivo que permite medir la temperatura del asfalto,

lo siguiente:

Podría proponerse que los vehículos de alto tonelaje no transitaran por ellas durante el

periodo de tiempo en el que las carreteras sufren más por la temperatura, este periodo de

tiempo es entre las 12:00 hasta las 16:00 horas del día. De esta forma cuando el

pavimento ha perdido dureza no se verá muy afectado y se extenderá el tiempo necesario

22

para su mantenimiento o reparación. Esta posible solución representaría algún tipo de

ahorro monetario. (Olaya, 2016, pág. 83)

A su vez, García, Godoy, Haber, & Muñoz (2017) nos indican el propósito del

desarrollo de una Sonda Virtual para la Temperatura interna de un pavimento, que nos

permite:

1. Obtención de una base de datos con datos meteorológicos y temperaturas del firme a

distintas profundidades con el fin de desarrollar un modelo matemático de estimación de

la temperatura representativa del firme de la carretera.

2. Desarrollo de un sensor de bajo coste que proporcione al vehículo evaluador una

medida precisa de la temperatura del pavimento a una determinada profundidad. (García,

Godoy, Haber, & Muñoz, 2017, pág. 3)

También nos informa acerca de intencionalidad y los alcances del proyecto. “La

finalidad del prototipo diseñado es optimizar el proceso de auscultación de carreteras,

permitiendo una mejor corrección de las mediciones de su capacidad portante, clave en la

estimación de la vida útil del pavimento.”, (García et al., 2017, p.13). Lo cual nos brinda

una mayor cantidad de información al momento de diseñar y simular el comportamiento del

pavimento.

Si bien Lopez Carreño, Pialarissi Cavalaro, Pujadas Alvarez, & Aguado (2017) nos dice:

Se deducen avances significativos en cuanto a las prestaciones de los pavimentos y más,

en entornos urbanos, a los que se les aporta valores añadidos significativos. Ello puede

23

ser el origen de un cambio de paradigma en el sector, al ser las empresas que aportan

estas tecnologías, las que serán las verdaderas protagonistas de estas infraestructuras,

pudiendo substituir a las tradicionales empresas de construcción, como ya ha empezado

a pasar en otros ámbitos de aplicación. (p.78)

Es necesario afrontar los retos que la tecnología nos propone cada día debido a su

importancia intrínseca para el desarrollo humano y mejoramiento de la vida diaria.

Automatización:

El uso de tecnologías de vanguardia para facilitar los procesos rutinarios y la calidad de

vida de los usuarios es cada vez mayor, se intenta acortar el tiempo entre ellos y llevar a

cabo un proceso completo de automatización como pico final de la investigación.

En Colombia es fundamental el uso de estas nuevas tecnologías ya que es indispensable

conocer en tiempo real el comportamiento y estado del pavimento, para obtener resultados

que nos permitan analizar las características del firme con una metodología similar a la de

Muñoz, Carreño & Pardo (2012) que nos permite:

Integrar, gracias a las tarjetas de adquisición de datos las señales en tiempo real de los

sensores de humedad, temperatura, deformación y flujo vehicular y así brindar

resultados de alertas a los operarios de vías el estado del pavimento, alarmas tales como

que el pavimento no cumple con las normas exigidas por INVIAS, el pavimento necesita

de mantenimiento oportuno y una alerta de falla cuando se debe hacer un cambio del

pavimento. (pág.15)

24

Así mismo, las grandes ciudades han apostado por unificar y mejorar los sistemas de

transporte que poseen, ya que logran que la movilidad se realice de manera eficiente, lo que

permite satisfacer las necesidades de movilidad de los usuarios en forma armónica,

eficiente, económica y segura. Estos sistemas poseen ventaja respecto a los modelos

actuales ya que:

Los Sistemas Inteligentes de Transporte SIT’s se muestran como una herramienta

confiable y eficiente en la planeación, operación, control y administración del transporte

bajo la consideración del transporte como elemento esencial en el crecimiento de la

economía y el desarrollo de la sociedad. (Quintero & Prieto, 2015, págs. 60-61)

Una parte fundamental al momento de movilizarnos en nuestra ciudad es sin duda los

parqueaderos, lugares donde podemos dejar nuestros vehículos mientras realizamos las

compras o requerimientos que debamos realizar, pero estos actualmente no cumplen con

nuestras expectativas, ya sean privados o públicos.

Los parqueaderos en su mayoría poseen sistemas de organización escasos o nulos, los

cuales dificultan el uso eficiente del espacio disponible provocando situaciones a menudo

confusas que generan incomodidades a los usuarios, algunos autores nos muestran el

potencial de uso, aplicando sistemas de automatización de estos, el cual “es capaz de

estacionar 5 vehículos en donde normalmente caben 3, esto quiere decir que este modelo a

escala optimiza un espacio del 40% y por lo tanto es un proyecto factible que se puede

aplicar en la realidad.” (Tite & Verdesoto, 2013, pág.90).

25

La búsqueda de este objetivo fomenta la creación de proyectos los cuales intentan dar

solución a la problemática presentado, como por ejemplo el proyecto ParKit en Uruguay.

Formoso, Mazzailli, & Sotelo (2014) Nos explican el objetivo del proyecto:

Este proyecto busca satisfacer la necesidad de conseguir un estacionamiento libre en

lugares de alta densidad de tráfico, a través de una aplicación web (disponible en

computadoras, smartphones, tabletas y celulares) que el usuario puede consultar a la

hora de buscar estacionamiento. A través del uso de la plataforma se puede reducir el

tiempo de búsqueda activa de estacionamiento, beneficiando a otros conductores,

peatones, y reduciendo la emisión de gases contaminantes ocasionados por los

automóviles. (Pág. 86)

Así mismo se han desarrollado a cabo prototipos de parqueaderos inteligentes que nos

permiten conocer la posición actual de nuestro vehículo mediante el uso de nuestro celular,

esto es permitido mediante un diseño de una aplicación que gracias a códigos QR instalados

a lo largo del parqueadero, que con el debido registro de del vehículo es capaz por medio de

la información almacenada dentro de la aplicación obtener la ubicación del mismo, esta

aplicación debe usar los códigos QR debido a la incapacidad e inestabilidad de la red WIFI

dentro del parqueadero (Torres, 2017) .

A medida que los parqueaderos se van automatizando, es inherente la implementación

de mecanismos de seguridad, que nos permita tanto el correcto uso de estos espacios, así

como la identificación de vehículos con problemas legales. En Colombia la identificación

de vehículos se realiza por medio de placas, por ello Vásquez & Melo (2018) nos indica

que:

26

El sistema de reconocimiento automático de placas vehiculares identifica los caracteres

de la placa, sin importar las condiciones de iluminación y posteriormente almacena esta

información en un archivo de texto, que al ser confrontado con una base de datos brinda

autorización para ingresar únicamente al personal registrado en ella. (p.70)

Generación de energía:

Con la evolución de las tecnologías, también evoluciona el método de obtención de

energía para satisfacer las necesidades de los nuevos estudios. Debido a la problemática

ambiental que desembocó el uso de combustibles fósiles, se estableció una carrera para

lograr tecnología que satisfaga esa necesitad. Pérez & Velázquez (2016) nos brinda una

mejor visión de alcance de la tecnología piezoeléctrica:

Pensar en un modo de generación de energía eléctrica que a base de simples pisadas

pueda sostener y alimentar un sistema de iluminación, tal cual nos lo presenta el metro

de Tokio, el estadio Santiago Bernabéu, o algunos más, resulta impresionante; y resulta

todavía más impresionante observar su método: pisar, almacenar y utilizar; pisar los

elementos piezoeléctricos, almacenar toda esa carga en baterías y finalmente utilizarla.

(pág. 77)

Es por ello por lo que esta tecnología es novedosa y útil para ser utilizada a gran escala,

donde los lugares turísticos pueden llegar a ser una fuente extremadamente factible para la

implementación de esta tecnología. Además, estos autores nos brindan otras características

de la tecnología las cuales son:

27

Los sistemas de generación piezoeléctricos son limpios y confiables, tienen un periodo

de vida elevado y no requieren de alguna excitación dirigida como los grandes

generadores para activarse. Con la simple acción de caminar se logra generar. Utilizar un

sistema de generación piezoeléctrico puede ayudar a reducir el costo por los servicios de

energía. (págs. 78)

En Colombia han habido avances en este área de estudio, con un estudio de caso en la

Pontifica Universidad Javeriana, sede Bogotá, investigación a cargo de Carrillo & Velandia

(2016) en la cual el uso de tecnología piezoeléctrica arroja el siguiente resultado:

El potencial de generación de las baldosas piezoeléctricas, aunque podría satisfacer la

demanda energética del edificio y reduciría totalmente el consumo de energía eléctrica y

las emisiones, no es una alternativa viable dado el gran número de dispositivos que se

requieren (34.167 para iluminación actual y 17.650 para iluminación LED). (pág.125)

Se establece que la alternativa no es viable para satisfacer completamente la demanda

eléctrica del edificio, pero puede ser implementada a menor escala para satisfacer la

necesitar energética de la iluminación exterior o de sectores de menor consumo en la

universidad.

Dentro de la misma línea de investigación, pero en la sede de Cali, gracias a la

investigación de Fernandez, Restrepo, & Torres (2017) se obtiene un estudio viable ante la

propuesta, dando como observación:

28

Como propuesta del uso de energía obtenido del sistema se concluyó que esta será

inyectada directamente a la red interconectada de energía de la universidad, de tal forma

que toda la energía sea consumida en lo que se requiera y en caso de que existan

excedentes está la posibilidad de almacenar la energía en las baterías que vienen

incluidas en las baldosas piezoeléctricas Pavegen. (p.35)

Esta conclusión es útil ya que sienta una base como caso de éxito para futuras

investigaciones de la tecnología y el modelo de baldosa, sin embargo, la implementación de

esta tecnología nos brinda una viabilidad ambiental adicional que para este caso es:

Este sistema de generación de energía es una propuesta ambiental viable ya que si se

implementa se logra disminuir las emisiones de CO2 en un 13.82%, además, genera un

impacto social en la universidad, dado que se quiere concientizar a la comunidad

javeriana, esto demuestra que los beneficios generados por la instalación del sistema

tienen un alto impacto en la universidad en comparación con los costos que estos

conllevan. (p.35)

Pero estos análisis también se han investigado para aplicarlos en las líneas del sistema

Transmilenio, pero el diseño de una tableta que pueda soportar estas cargar es demasiado

elevado, respecto a esta investigación desarrollada por Jaramillo, López, & Muñoz (2018)

se puede resaltar que:

En una baldosa construida de esta forma se puede garantizar una vida útil de

aproximadamente 3 meses, corriendo el riesgo de que en el segundo mes se disminuya la

29

potencia generada a la mitad. Para el mantenimiento tendría que desinstalarse todas las

baldosas y cambiar los discos piezoeléctricos, proceso que debería llevarse a cabo

regularmente.

Costo de baldosas en la estación: $487’085.800

Costo de cambio de discos cada tres meses: $83’310.000

Esto valores son demasiado altos para un sistema de apoyo en la generación de energía

eléctrica, lo cual no justifica una inversión tan alta para su implementación, adicionalmente,

estos autores antes mencionados, Jaramillo, López, & Muñoz (2018), nos resaltan que:

Valores de sólo los materiales, sin contar el tiempo de trabajo de construcción de cada

una de las baldosas y el tiempo de instalación en la estación, y por su puesto otros gastos

que se puedan generar en la obra. Por tal motivo a pesar de que la tecnología es muy

buena, desafortunadamente no resulta rentable para el sistema. Tendría que desarrollarse

un disco piezoeléctrico en laboratorios de materiales que por ahora no están disponibles

en el país y que tuviera un mayor nivel de calidad y durabilidad para bajar costos y

garantizar un buen funcionamiento a largo plazo. (pág.75)

También se ha intentado llevar a cabo en las grandes ciudades, especialmente en sus

sectores comerciales con es el caso de la ciudad de Valledupar, donde Santiago & Jaimes

(2018) nos brinda la siguiente información:

Teniendo en cuenta el análisis de la relación costo beneficio del proyecto, el cual

presentó como resultado que no es factible económicamente, se recomienda a la

30

administración local la implementación del sistema de baldosas piezoeléctricas como

una inversión social dado que representaría beneficios para los comerciantes y residentes

de la zona abarcada y promovería el cuidado del medio ambiente, la contribución al

objetivo mundial de reemplazar las fuentes de energía a base de recursos no renovables

por fuentes de energía alternativas y la concienciación de la población sobre la

utilización de esta. (pág.126)

Lo que podemos concluir es, que, debido a la falta de investigación en esta línea, los

costos de elaboración y de mantenimiento de la tecnología piezoeléctrica es muy elevado,

lo cual hace que la mayoría de los proyectos no sean viables tomando en cuenta su

presupuesto, pero es una posibilidad de implementar energía ecológica, que nos brinda una

ayuda enorme contra la demanda energética en Colombia.

31

Diseño Metodológico

El tipo de investigación del proyecto es aplicada y exploratoria debido a que genera

conocimientos que se puedan poner en práctica en la producción de bienes y servicios con

el fin de generar un impacto positivo en la vida cotidiana, y es exploratoria ya que se hace

una indagación preliminar para buscar una aproximación a un tema desconocido, lo que

puede dar como resultado investigaciones posteriores basadas en la misma.

Esta investigación comprende dos fases fundamentales para el logro de la realización de

la investigación planteada.

La primera fase es la identificación de las diferentes aplicaciones de las tecnologías

electrónicas y mecánicas en la construcción de pavimentos inteligentes que permitan

mejorar la comodidad, aprovechar energía y generar información en tiempo real para

su posterior aplicación, esta fase comprende todo el análisis correspondiente al estado del

arte actual del tema de implementación de pavimentos inteligentes y su funcionamiento, la

cual consta de los siguientes pasos y procedimientos:

Paso 1. Corresponde a la ejecución como tal en donde se realiza la investigación y

búsqueda en las bases de datos de libre acceso y las facilitadas por la Universidad

Cooperativa de Colombia, para obtener un punto de partida de información esencial; a su

vez este se subdivide en la búsqueda de documentos, la selección de la información, la

extracción de datos y la síntesis de estos.

Paso 2. Da lugar al reporte en donde se realiza un informe con la información obtenida

debidamente referenciada y sintetizada.

La segunda fase corresponde a una selección de la tecnología y mecánica ideal para

evaluar su viabilidad e implementación, así como su diseño en el parqueadero y áreas

comunes de la Universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio principal,

32

posterior al análisis de la síntesis de información, se realiza una selección exhaustiva de la

alternativa más viable que puede llegar a ser implementada en nuestro campo de

investigación, así mismo se evalúa mediante la experiencia, análisis de materiales y costos.

33

Desarrollo de la investigación

Fase 1 - Identificación de las diferentes aplicaciones de las tecnologías electrónicas y

mecánicas en la construcción de pavimentos inteligentes que permitan mejorar la

comodidad, aprovechar energía y generar información en tiempo real para su

posterior aplicación

Sistema lector de placas

Este sistema consiste en el reconocimiento de los caracteres componentes de la placa,

para este procedimiento es fundamental la calidad de la imagen digital, ya que esta

determina el éxito del procesamiento. Para ello es necesario la conexión de una cámara

digital en la barrera de control vehicular, y un computador utilizado por el personal

autorizado. Para ello se debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

1. El análisis del objeto, el cual consiste en la extracción de los caracteres en la imagen

capturada, una buena segmentación de los caracteres y reconocimiento de estos

dependen de la calidad de la imagen digitalizada. Antes de hacer el reconocimiento

del carácter, es necesario aislarlos de manera individual. (Vásquez & Melo, 2018,

pág. 70)

Para este aspecto es necesario la compra de una cámara digital de alta calidad conectada

al monitor para la obtención de estos caracteres y lugar donde pueda llevarse a cabo el

seguimiento por parte del personal autorizado, además, se tienen otros aspectos adicionales:

34

2. Reconocimiento del carácter, el cual se realiza por medio de algoritmos de

reconocimiento de patrones, aquí se extraen las características principales de cada

carácter que sean útiles para su clasificación.

3. El procesamiento Contextual, que consiste en utilizar los datos que proporciona el

reconocedor del carácter y los enlaza a una base de datos que posteriormente sirve para

el proceso de identificación de personal autorizado que pueda ingresar a la sede.

(Vásquez & Melo, 2018, pág. 70)

Esta tecnología no es viable para implementarse en el parqueadero del campus principal

de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio, ya que es necesario una

investigación y programación específica del software a utilizar, así como una base de datos

segura del personal de la universidad. Además, la urgencia de implementación de este

sistema no es alta, debido a que ya se cuenta con un sistema de cámaras y monitoreo por

parte del personal de seguridad privada con el cual cuenta la sede.

Sistema de control de tráfico vehicular

Este análisis de información se realiza mediante la implantación de tarjetas de

adquisición de información al momento de construcción del pavimento flexible. La

interpretación de información se puede realizar mediante una plataforma Labview que

integra la información adquirida anteriormente.

La información obtenible mediante este sistema es la humedad, temperatura, flujo

vehicular y deformación en tiempo real del pavimento flexible. Esta tecnología no es

aplicable en la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio debido a que es

necesario una investigación de programación e interpretación de la información de las

35

tarjetas, y que solo es utilizable en pavimentos flexibles, el cual no es utilizado en el

campus principal de la Universidad Cooperativa de Colombia

Sistema inteligente de parqueadero

El sistema funciona mediante la instalación en el área de estacionamiento, de unos

sensores ultrasónicos que miden la proximidad de los objetos a ellos. Estos funcionan

únicamente en el aire y siempre y cuando se cuente con un objeto de material reflectante

del sonido. Se recomienda el uso de sensores de bajo consumo energético y costo

comercial.

Posteriormente a la información obtenida por los sensores, es enviada a módulos

Waspmote inalámbricamente, cuya función es la interpretación de esta y ser dirigida a

módulos Xbee que sintetizan y convierten esta información en un formato leíble para la

interfaz de usuario, que estará a cargo del personal autorizado de la institución.

Este sistema no es aplicable en el campus principal de la Universidad Cooperativa de

Colombia sede Villavicencio, debido a que el parqueadero no cuenta con unos medios de

protección inalámbrica que eviten interferencia en el sistema y ello afecta el procedimiento

de recolección de información.

Sistema de generación eléctrica por tecnología piezoeléctrica

Este sistema consiste principalmente en la compra e instalación de baldosas

piezoeléctrica que por medio de la deformación de cristales piezoeléctricos se obtiene

energía eléctrica que puede ser utilizada para el consumo interno de la institución.

Esta alternativa es la más viable para implementarse en el campus debido su factibilidad y

urgencia de utilización, en la siguiente fase se aborda más a profundidad esta alternativa,

junto a un análisis de costos, beneficios y modelos de baldosas que pueden ser utilizadas.

36

Fase 2 - Selección de la tecnología y mecánica ideal para evaluar su viabilidad e

implementación, así como su diseño en el parqueadero y áreas comunes de la

Universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio principal

Análisis de posibilidades

Uso de baldosas piezoeléctricas modelo Treevolt en la zona peatonal de la entrada del

campus principal de la Universidad Colombia de Colombia sede Villavicencio

A continuación, se simplifica mediante el uso de ecuaciones la implementación de

baldosas piezoeléctricas modelo Treevolt, en el espacio peatonal.

Debido a que la información está suministrada en Julios (J) es recomendable realizar la

conversión práctica para trabajar los datos en Wh.

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 =16 𝐽

𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎∗

1 Wh

3599,9 J

= 0,0044𝑊ℎ

𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎

Ecuación 1. Energía eléctrica

generada por una (1) baldosa

Treevolt (wh)

Ya que se está trabajando con un flujo peatonal por hora en el sector de la entrada de la

Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio se realiza el siguiente análisis:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎

= 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑝𝑒𝑎𝑡𝑜𝑛𝑎𝑙 (ℎ𝑟)

∗ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 1 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎



Treevolt en una hora (Kwh/h)

Donde:

Energía de 1 baldosa: 0,0044 Wh

37

Esta ecuación es utilizada para calcular la energía generada por una baldosa, en el

horario establecido por la tabla número 1.

38

Tabla 1

Generación eléctrica por sistema Trevoolt en la zona peatonal a la semana

Hora #Est

Energía

generada el

lunes (Wh)

#Est

Energía

generada

el martes

(Wh)

#Est

Energía

generada el

miércoles

(Wh)

#Est

Energía

generada

el jueves

(Wh)

#Est

Energía

generada

el viernes

(Wh)

6:00-7:00 222 0,9768 269 1,1836 227 0,9988 274 1,2056 299 1,3156

7:00-8:00 301 1,3244 303 1,3332 295 1,298 311 1,3684 310 1,364

8:00-9:00 417 1,8348 441 1,9404 422 1,8568 456 2,0064 456 2,0064

9:00-10:00 208 0,9152 252 1,1088 283 1,2452 260 1,144 249 1,0956

10:00-11:00 229 1,0076 278 1,2232 299 1,3156 262 1,1528 293 1,2892

11:00-12:00 138 0,6072 142 0,6248 94 0,4136 138 0,6072 116 0,5104

12:00-13:00 202 0,8888 154 0,6776 184 0,8096 170 0,748 124 0,5456

13:00-14:00 304 1,3376 286 1,2584 324 1,4256 350 1,54 346 1,5224

14:00-15:00 231 1,0164 207 0,9108 168 0,7392 136 0,5984 102 0,4488

15:00-16:00 145 0,638 179 0,7876 169 0,7436 218 0,9592 228 1,0032

16:00-17:00 223 0,9812 197 0,8668 219 0,9636 245 1,078 241 1,0604

17:00-18:00 254 1,1176 284 1,2496 321 1,4124 364 1,6016 386 1,6984

18:00-19:00 405 1,782 392 1,7248 400 1,76 413 1,8172 445 1,958

19:00-20:00 318 1,3992 270 1,188 297 1,3068 284 1,2496 295 1,298

20:00-21:00 269 1,1836 272 1,1968 287 1,2628 337 1,4828 324 1,4256

21:00-22:00 180 0,792 134 0,5896 128 0,5632 128 0,5632 79 0,3476

TOTAL 404

6 35,6048 4060 35,728 4117 72,4592 4346

38,244

8 4293

18,889

2

Datos calculados a partir de la ecuación número 2. Fuente: propia

39

La energía producida semanalmente se puede obtener con la siguiente expresión:


= ∑ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎 (𝐾𝑤ℎ)

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 200,926 𝑊ℎ ∗1𝐾𝑊ℎ

1000𝑊ℎ

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 0,2009 𝐾𝑤ℎ(𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎)

Ecuación 3. Energía Eléctrica

Producida por una (1) baldosa

Treevolt a la semana (kWh/semana)

Ahora se hace el análisis para la generación de 1 baldosa al mes


= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑎𝑘𝑤ℎ

𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎

∗ 4 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑠

1𝑚𝑒𝑠

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 0,2009 𝐾𝑊ℎ ∗4 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑠

1 𝑚𝑒𝑠

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 0,803704 𝐾𝑤ℎ(𝑚𝑒𝑠)

Ecuación 4. - Energía Eléctrica


Treevolt al mes (kWh/mes)

Posteriormente se tiene en cuenta el periodo de actividad de la Universidad, tomando

para su análisis un tiempo de actividad de 9 meses al año

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎


𝑚𝑒𝑠∗

9 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠

1 𝑎ñ𝑜

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 0,803704 𝐾𝑊ℎ ∗9 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠

1 𝑎ñ𝑜

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 7,233336 𝐾𝑤ℎ(𝑎ñ𝑜)



Treevolt al año (kWh/año)

40

Así mismo, sabiendo la generación eléctrica de 1 baldosa a lo largo de la actividad

académica, se procede a calcular la cantidad de baldosas para satisfacer la demanda

energética del campus principal de la Universidad Cooperativa de Colombia sede

Villavicencio

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠

=𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 (

𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)

𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎 (𝑘𝑤ℎ𝑎ñ𝑜 )

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 =420336 (

𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)

7,233336 (𝑘𝑤ℎ𝑎ñ𝑜 )

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 58111 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠

Ecuación 6. Número de baldosas

necesarias para satisfacer la

demanda energética en la

Universiad cooperativa de

Colombia sede Villavicencio

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 58111 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 ∗ 0,0726 𝑚2

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 4219 𝑚2

Ecuación 7. Área necesaria para

las baldosas Treevolt

Teniendo en cuenta el ahorro económico en energía eléctrica al cambiar a baldosas

piezoeléctricas, contra los costos de las mismas baldosas por instalar, se puede estimar el

tiempo de recuperación de la inversión. El costo de las baldosas no tiene en cuenta los

costos de instalación, cableado y accesorios, hace referencia únicamente al costo de la

baldosa. Ya que no fue posible obtener un costo por parte de Treevolt, se toma como costo

aproximado de US $30,39 (Carrillo Fernández & Velandia Velandia, 2016); lo cual nos da

41

un valor actual de COP $ 95.314 con un valor de tasa de cambio de $ 3115,84 a los 8 días

de noviembre de 2019.

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 58111 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 ∗ $ 95.314

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = $ 5.538.760.332

Ecuación 8. Costo de la

inversión necesaria para las

baldosas Treevolt

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛

=𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 (

𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎ñ𝑜 )

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙(𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎ñ𝑜 )

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 23,892 𝑎ñ𝑜𝑠

Ecuación 9. Tiempo de

recuperación de la inversión en las

baldosas Treevolt

Este tiempo de recuperación cumple con la vida útil de las baldosas ya que es de 30 años

(Carrillo & Velandia, 2016)

Uso de baldosas piezoeléctricas modelo Treevolt en la zona entrada de parqueadero en

el campus principal de la Universiad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio

A continuación, se simplifica mediante uso de ecuaciones la implementación de

baldosas piezoeléctricas modelo Treevolt, en el parqueadero del campus principal.

Ilustración 1. Modelo de baldosa Treevolt

42

Fuente: (Carrillo & Velandia, 2016)

Teniendo como base que se utilizará la misma baldosa Treevolt que en el análisis

peatonal, se toma como constante la capacidad de generación por baldosa cuyo valor es de

16 J (0,0044 Wh).

Debido a lo anterior y que se está trabajando con un flujo vehicular por hora en el sector

de la entrada de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio presenta el

siguiente análisis:


= 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜

∗ 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 (ℎ𝑟)

∗ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 1 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎

Ecuación 10. Energía generada

por una (1) baldosa Treevolt en una

hora en la zona del parqueadero

Donde:

Número de activaciones por vehículo = 2

Energía de 1 baldosa: 0,0044 Wh

43



44

Tabla 2.

Generación eléctrica por sistema Treevolt en la zona del parqueadero a la semana

Hora #Veh

Energía

generada

el lunes

(Wh)

#Veh

Energía

generada

el martes

(Wh)

#Veh

Energía

generada

el

miércoles

(Wh)

#Veh

Energía

generada el

jueves

(Wh)

#Veh

Energía

generada el

viernes

(Wh)

6:00-7:00 12 0,1056 13 0,1144 17 0,1496 14 0,1232 17 0,1496

7:00-8:00 56 0,4928 45 0,396 34 0,2992 65 0,572 54 0,4752

8:00-9:00 67 0,5896 50 0,44 54 0,4752 73 0,6424 65 0,572

9:00-10:00 65 0,572 33 0,2904 37 0,3256 55 0,484 45 0,396

10:00-11:00 35 0,308 28 0,2464 22 0,1936 42 0,3696 54 0,4752

11:00-12:00 27 0,2376 32 0,2816 43 0,3784 26 0,2288 66 0,5808

12:00-13:00 60 0,528 38 0,3344 21 0,1848 9 0,0792 29 0,2552

13:00-14:00 23 0,2024 30 0,264 25 0,22 21 0,1848 18 0,1584

14:00-15:00 22 0,1936 17 0,1496 14 0,1232 37 0,3256 33 0,2904

15:00-16:00 32 0,2816 36 0,3168 47 0,4136 27 0,2376 17 0,1496

16:00-17:00 14 0,1232 21 0,1848 32 0,2816 24 0,2112 12 0,1056

17:00-18:00 56 0,4928 31 0,2728 45 0,396 30 0,264 30 0,264

18:00-19:00 67 0,5896 47 0,4136 39 0,3432 86 0,7568 72 0,6336

19:00-20:00 57 0,5016 59 0,5192 45 0,396 43 0,3784 43 0,3784

20:00-21:00 26 0,2288 38 0,3344 33 0,2904 34 0,2992 34 0,2992

21:00-22:00 11 0,0968 21 0,1848 23 0,2024 23 0,2024 45 0,396

TOTAL 630 11,088 539 9,4864 531 9,3456 609 10,7184 634 11,1584 Datos calculados a partir de la ecuación número 10. Fuente: propia

45

La energía producida semanalmente se puede obtener de la siguiente expresión:


= ∑ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎 (𝐾𝑤ℎ)

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 51,7968 ∗1𝐾𝑊ℎ

1000𝑊ℎ




Treevolt en el parqueadero a la

semana (kWh/semana)






1𝑚𝑒𝑠


1 𝑚𝑒𝑠


Ecuación 12.Energía Eléctrica


Treevolt en el parqueadero al mes

(kWh/mes)


para su análisis un tiempo de actividad de 9 meses al año.



𝑚𝑒𝑠∗


1 𝑎ñ𝑜


1 𝑎ñ𝑜



Treevolt en el parqueadero al año

(kWh/año)

46


Así mismo, sabiendo la generación eléctrica de 1 baldosa a lo largo de la actividad

académica, se procede a calcular la cantidad de baldosas para satisfacer la demanda

energética del campus principal del campus principal de la Universidad Cooperativa de




𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)



𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)

1,8646 (𝑘𝑤ℎ𝑎ñ𝑜 )

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 225419 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠

Ecuación 14. Numero de

baldosas necesarias en la zona del

parqueadero para satisfacer la

demanda energética convencional

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 225419 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 ∗ 0,0726 𝑚2


Ecuación 15. Área mínima para

la instalación de las baldosas en la

zona del parqueadero

Teniendo en cuenta el ahorro económico en energía eléctrica al cambiar a baldosas

piezoeléctricas, contra los costos de las mismas baldosas por instalar, se puede estimar el

tiempo de recuperación de la inversión. El costo de las baldosas no tiene en cuenta los

costos de instalación, cableado y accesorios, hace referencia únicamente al costo de la

47

baldosa. Ya que no fue posible obtener un costo por parte de Treevolt, se toma como costo

aproximado de US $30,39 (Carrillo Fernández & Velandia Velandia, 2016); lo cual nos da

un valor actual de COP $ 95.314 con un valor de tasa de cambio de $3115.84 a los 8 días de

noviembre de 2019.

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 225419 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 ∗ $ 95.314


Ecuación 16. Costo de la

inversión de baldosas Treevolt en el

parqueadero





𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 92,68 𝑎ñ𝑜𝑠


recuperación de la inversión de

instalación en la zona del

parqueadero

Este tiempo no cumple con la vida útil de estas tabletas que es de 30 años (Carrillo &

Velandia, 2016)

Uso de tecnología EKRR en la zona entrada de parqueadero en el campus principal de

la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio

Prosiguiendo con la tecnología EKRR, que es un sistema únicamente utilizable para

flujo vehicular se realiza la simplificación de los cálculos mediante ecuaciones que se

explicarán a continuación, además según las especificaciones técnicas de la EKRR un

vehículo promedio genera 274 W.

48

Ilustración 2. Modelo EKRR



= 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠(ℎ𝑟)

∗ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 1 𝐸𝐾𝑅𝑅 ∗1𝐾𝑊ℎ

1000𝑊ℎ


generada por una (1) EKRR en una

hora (KWh)

Donde:

Energía de 1 EKRR: 274 Wh



49

Tabla 3.

Generación eléctrica por sistema EKRR en la zona del parqueadero a la semana

Hora #Veh

Energía

generada

el lunes

(Wh)

#Veh

Energía

generada

el martes

(Wh)

#Veh

Energía

generada

el

miércoles

(Wh)

#Veh

Energía

generada

el jueves

(Wh)

#Veh

Energía

generada

el viernes

(Wh)

6:00-7:00 12 3,288 13 3,562 17 4,658 14 3,836 17 4,658

7:00-8:00 56 15,344 45 12,33 34 9,316 65 17,81 54 14,796

8:00-9:00 67 18,358 50 13,7 54 14,796 73 20,002 65 17,81

9:00-10:00 65 17,81 33 9,042 37 10,138 55 15,07 45 12,33

10:00-11:00 35 9,59 28 7,672 22 6,028 42 11,508 54 14,796

11:00-12:00 27 7,398 32 8,768 43 11,782 26 7,124 66 18,084

12:00-13:00 60 16,44 38 10,412 21 5,754 9 2,466 29 7,946

13:00-14:00 23 6,302 30 8,22 25 6,85 21 5,754 18 4,932

14:00-15:00 22 6,028 17 4,658 14 3,836 37 10,138 33 9,042

15:00-16:00 32 8,768 36 9,864 47 12,878 27 7,398 17 4,658

16:00-17:00 14 3,836 21 5,754 32 8,768 24 6,576 12 3,288

17:00-18:00 56 15,344 31 8,494 45 12,33 30 8,22 30 8,22

18:00-19:00 67 18,358 47 12,878 39 10,686 86 23,564 72 19,728

19:00-20:00 57 15,618 59 16,166 45 12,33 43 11,782 43 11,782

20:00-21:00 26 7,124 38 10,412 33 9,042 34 9,316 34 9,316

21:00-22:00 11 3,014 21 5,754 23 6,302 23 6,302 45 12,33

TOTAL 630 172,62 539 147,686 531 145,494 609 166,866 634 173,716 Datos calculados a partir de la ecuación número 18. Fuente: propia.

50




𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 806,36𝑊ℎ ∗1𝐾𝑊ℎ

1000𝑊ℎ



generada por una (1) EKRR en una

semana (KWh/semana)






1𝑚𝑒𝑠


1 𝑚𝑒𝑠



generada por una (1) EKRR en un

mes (KWh/mes)


para su análisis un tiempo de actividad de 9 meses al año



𝑚𝑒𝑠∗


1 𝑎ñ𝑜


1 𝑎ñ𝑜


generada por una (1) EKRR en un

año (KWh/año)

51


Así mismo, sabiendo la generación eléctrica de 1 baldosa EKRR a lo largo de la

actividad académica, se procede a calcular la cantidad de baldosas EKRR para satisfacer la

demanda energética del campus principal del campus principal de la Universidad

Cooperativa de Colombia sede Villavicencio



𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)



𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)

29.029,68 (𝑘𝑤ℎ𝑎ñ𝑜 )

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 14 𝐸𝐾𝑅𝑅

Ecuación 22. Número de EKRR

necesarias para satisfacer la

demanda energética en el campus

de la Universidad Cooperativa de


Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 14 𝐾𝑅𝑅 ∗ 6 𝑚2


Ecuación 23. Área necesaria

para la instalación del sistema

EKRR

El valor del sistema de EKRR puede variar bastante según las especificaciones de

tamaño y la demanda energética del sistema, debido a que son necesarias 14 unidades,

tomamos un valor de £ 30.000 por EKRR ($ 129.697.478,70) usando la tasa de conversión

52

monetaria establecida por el banco de la republica que es de $ 4.323,25, por Libra esterlina

a los 8 días del mes de noviembre de 2019.

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐸𝐾𝑅𝑅 = 13 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 ∗ $ 129.697.478,70

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = $ $ 1.815.764.701,80

Ecuación 24. Costo de inversión

necesaria para la instalación de

EKRR

.





𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 17,83 𝑎ñ𝑜𝑠


recuperación de la inversión del

sistema EKRR

Uso de tecnología Pavegen en la zona de la entrada peatonal en el campus principal

de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio.

Ilustración 3. Baldosa Pavegen

Fuente: (Fernandez, Restrepo, & Torres, 2017)

53

La tecnología Pavegen solo puede ser utilizada con flujo peatonal debido a su

sensibilidad, tomando como base que al momento de realizar una pisada se genera

aproximadamente 8.5 W (Agatón Aguirre, 2014) se obtienen los siguientes resultados:


= 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑝𝑒𝑎𝑡𝑜𝑛𝑎𝑙 (ℎ𝑟)

∗ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 1 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎



Pavegen en una hora (KWh)

Donde:

Energía de 1 baldosa: 8.5 Wh



54

Tabla 4.

Generación eléctrica por el sistema Pavegen en la zona peatonal durante la semana

Hora #Est

Energía

generada el

lunes (Wh)

#Est

Energía

generada el

martes

(Wh)

#Est

Energía

generada el

miércoles

(Wh)

#Est

Energía

generada el

jueves

(Wh)

#Est

Energía

generada el

viernes

(Wh)

6:00-7:00 222 1887 269 2286,5 227 1929,5 274 2329 299 2541,5

7:00-8:00 301 2558,5 303 2575,5 295 2507,5 311 2643,5 310 2635

8:00-9:00 417 3544,5 441 3748,5 422 3587 456 3876 456 3876

9:00-10:00 208 1768 252 2142 283 2405,5 260 2210 249 2116,5

10:00-11:00 229 1946,5 278 2363 299 2541,5 262 2227 293 2490,5

11:00-12:00 138 1173 142 1207 94 799 138 1173 116 986

12:00-13:00 202 1717 154 1309 184 1564 170 1445 124 1054

13:00-14:00 304 2584 286 2431 324 2754 350 2975 346 2941

14:00-15:00 231 1963,5 207 1759,5 168 1428 136 1156 102 867

15:00-16:00 145 1232,5 179 1521,5 169 1436,5 218 1853 228 1938

16:00-17:00 223 1895,5 197 1674,5 219 1861,5 245 2082,5 241 2048,5

17:00-18:00 254 2159 284 2414 321 2728,5 364 3094 386 3281

18:00-19:00 405 3442,5 392 3332 400 3400 413 3510,5 445 3782,5

19:00-20:00 318 2703 270 2295 297 2524,5 284 2414 295 2507,5

20:00-21:00 269 2286,5 272 2312 287 2439,5 337 2864,5 324 2754

21:00-22:00 180 1530 134 1139 128 1088 128 1088 79 671,5

TOTAL 4046 68782 4060 69020 4117 69989 4346 73882 4293 72981 Datos calculados a partir de la ecuación número 26. Fuente: propia

55




𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 354654 𝑤ℎ ∗1𝐾𝑊ℎ

1000𝑊ℎ




Pavegen en una semana

(KWh/semana)






1𝑚𝑒𝑠


1 𝑚𝑒𝑠

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1.418,61 𝐾𝑤ℎ(𝑚𝑒𝑠)



Pavegen en un mes (KWh/mes)

Posteriormente se tiene en cuenta el periodo de actividad de la Universidad, tomando para su

análisis un tiempo de actividad de 9 meses al año.

56



𝑚𝑒𝑠∗


1 𝑎ñ𝑜

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1.418,61 𝐾𝑊ℎ ∗9 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠

1 𝑎ñ𝑜




Pavegen en un año (KWh/año)

Así mismo, sabiendo la generación eléctrica de 1 baldosa a lo largo de la actividad académica,

se procede a calcular la cantidad de baldosas para satisfacer la demanda energética del campus

principal de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio. Posteriormente se

multiplica este número por un factor de instalación (3) debido a la forma en la cual serán

instaladas (3 Filas a lo largo del pasillo), y por ello los estudiantes solo pisarán 1/3 de las

baldosas instaladas. Eso se realiza con el fin de prevenir un desabastecimiento eléctrico en la

universidad

.



𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)


∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛


𝑘𝑤𝑎ñ𝑜)

12.767,544 (𝑘𝑤ℎ𝑎ñ𝑜 )

∗ 3

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 99 𝑃𝑎𝑣𝑒𝑔𝑒𝑛

Ecuación 30. Número de

baldosas Pavegen necesarias para

satisfacer la demanda energética de

la Universidad Cooperativa de

Colombia sede Villavicencio)

57

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 = 99 𝑃𝑎𝑣𝑒𝑔𝑒𝑛 ∗ 0.4 𝑚2


Ecuación 31. Área necesaria

para la instalación de las baldosas

Pavegen

El valor del sistema de Pavegen instalado, pero sin accesorios tiene un costo de US $4.850

(Agatón Aguirre, 2014) es decir COP $ 15.111.824 con una tasa de cambio de $3115.84 a los 8

días de noviembre de 2019.

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑃𝑎𝑣𝑒𝑔𝑒𝑛 = 99 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎𝑠 ∗ $ 15.111.824


Ecuación 32. Costo para la

implementación de las baldosas

Pavegen



𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎ñ𝑜

)


𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 6,44 𝑎ñ𝑜𝑠


recuperación de la inversión de las

baldosas Pavegen

58

Selección de alternativa

Debido al análisis anterior, se procede a seleccionar la alternativa brindada por el modelo

Pavegen de baldosa piezoeléctrica que nos permite, con una inversión moderada, la recuperación

de esta y, a su vez, cumplir la demanda energética del campus de la Universidad Cooperativa de

Colombia sede Villavicencio, ante lo cual se procede a un análisis más detallado de la

alternativa.

Adicionalmente, la tecnología ideal para la zona de la entrada al parqueadero en el campus

principal de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio es el sistema EKRR,

debido a que las baldosas Pavegen no pueden ser usadas para ese caso, pero no realizamos un

análisis específico de esa alternativa debido a que su costo es mayor al de la implementación del

sistema Pavegen

Características de la baldosa Pavegen

Las principales características que nos ofrece esta empresa son las siguientes:

1. Las baldosas pueden almacenar y utilizar la energía generada, aunque hay que tener en

cuenta que el 5% de la energía que produce, la consume la propia baldosa y el 95%

restante se puede usar

2. Los cambios del clima no afectan su funcionamiento

3. Cuenta con una aplicación para mostrar el seguimiento de la generación de energía

4. Posee una gama de colores variados y texturas diferentes para que se adecúe al lugar de la

instalación

5. Cada baldosa se puede conectar en cadena a la siguiente y el cableado es interno

6. Tiene una vida útil de 20 años

7. Todos los materiales utilizados son reciclados

59

8. Sus dimensiones estándar son de 50 cm*50 cm* 15 cm

Reducción de emisiones de CO2

Si se realiza la implementación completa de baldosas Pavegen para suplir la demanda

energética de la universidad se suprime por completo las emisiones de CO2 del sistema

tradicional como se presenta a continuación:

𝐸𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑣𝑖𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 (𝑇𝐶𝑂2

𝑀𝑊ℎ)

= 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎

∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛

𝐸𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑣𝑖𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 (𝑇𝐶𝑂2

𝑀𝑊ℎ)

= 420336 (𝑘𝑤ℎ

𝑎ñ𝑜) ∗

1MWh

1000 kwh∗ 0,2

𝑇𝐶𝑂2

Mwh

= 84.0672𝑇𝐶𝑂2

𝑎ñ𝑜

Ecuación 34. Emisiones de CO2

evitadas al implementar el sistema

con baldosas Pavegen.

Donde: Factor de emisión: 0,2 TCO2/MWh

(Carrillo Fernández & Velandia Velandia, 2016)

Accesorios del sistema Pavegen

Posterior a la instalación de las baldosas es imperativo diseñar un sistema de respaldo para la

energía generada y de este modo poder almacenar el exceso de electricidad durante las horas

pico para usarse cuando las baldosas no logren cumplir su rendimiento ideal.

60

Ilustración 4. Batería stacionaria Bae Secura


Para ello se realiza un análisis usando un bloque con el modelo de Batería estacionaria BAE

Secura 5 PVS 350 12v. 359 Ah. C100 cuya capacidad sea equivalente al 75% de capacidad de

generación diaria promedio de las baldosas, cada set tiene una capacidad de 4,309 KWh por

batería cuyo análisis será el siguiente:

𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 =𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎

𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 =53,1981

𝐾𝑊ℎ𝑑𝑖𝑎𝑠

4,309 KWh

𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 = 12,34 ≈ 13 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠

Ecuación 35. Baterías de

respaldo necesarias para el sistema

Pavegen.

61

Ahora para determinar el costo contamos con un valor unitario por batería de € 980 (COP $

3.605.636 con una tasa de cambio de $3679,22 a los 8 días de noviembre del 2019) y el sistema

tendrá un costo total de:

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎

∗ 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = $ 3.605.636 ∗ 13

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = $ 46.873.263

Ecuación 36. Baterías de

respaldo necesarias para el sistema

Pavegen.

62

Conclusiones

Según el análisis efectuado a través de las dos fases y el conocimiento adquirido para la

evaluación y gestión de proyectos a lo largo del pregrado, se seleccionó la alternativa ideal que

puede satisfacer la problemática presentada en el presente proyecto, dando como resultado la

implementación de la tecnología piezoeléctrica. El principal aspecto que fue evaluado para su

selección fue la urgencia presentada para obtener una fuente de energía alternativa y a su vez

generar una reducción en el consumo eléctrico convencional por parte del campus principal de la

Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio.

Las tecnologías evaluadas a lo largo de la fase 1 son un sistema lector de placa, un sistema

automatizado de parqueadero, un sistema de control de flujo vehicular y el sistema de generación

de energía piezoeléctrica. Los aspectos evaluados para la selección de la alternativa

correspondieron a la necesidad de su implementación, la infraestructura necesaria para su

construcción o instalación y el beneficio obtenido a raíz de su entrada en funcionamiento.

Las primeras 3 alternativas poseían una necesidad extremadamente baja o nula, de

implementación, debido a que su funcionalidad principal era la obtención de información

brindada por los sistemas aplicados, siendo la única relevante la generación de energía eléctrica,

ya que es una necesidad a nivel mundial. La infraestructura necesaria para la implementación del

sistema automatizado del parqueadero y el sistema de control de flujo vehicular es compleja y no

se cuenta con el espacio adecuado para su construcción. El sistema lector de placas no requiere

una infraestructura compleja, pero requiere una investigación para la construcción del software

utilizado por este. En cambio, el sistema piezoeléctrico solo necesita la compra de la baldosa y la

63

instalación de esta y los elementos que la complementan, reduciendo al mínimo la infraestructura

base del proyecto.

El beneficio directo que entra a raíz de la implementación del sistema piezoeléctrico es un

ahorro en el costo del consumo energético de la Universidad Cooperativa de Colombia, siendo

un beneficio directamente ambiental y económico, resaltando la ganancia como más relevante al

momento del análisis de las alternativas.

Una vez establecida la alternativa ideal (sistema piezoeléctrico con baldosas Pavegen), se

realizó un cálculo completo de su generación eléctrica, así mismo el análisis de costo y tiempo

de recuperación de la inversión. Adicionalmente se estableció la necesidad de usar como

complemento el sistema de almacenamiento eléctrico que consta de 13 baterías estacionarias

BAE Secura 5 PVS 350 12v. 359 Ah. C100, así mismo se determinó el ahorro en emisiones de

CO2 que pueden llegar a ser alcanzado al entrar en funcionamiento el sistema.

64

Referencias

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I Estudio de viabilidad para la implementación de ...

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