TRABAJO ACADÉMICO Estimado(a) alumno(a): Reciba usted, usted, la más cordial cordial bienvenida bienvenida al presente presente ciclo ciclo académico académico de la Escuela Escuela profesional de Ingeniería Industrial en la Universidad Alas eruanas! En la guía de traba" traba"o o académico académico
#ue presenta presentamos mos a continuac continuaci$n i$n se le plantea plantea
activid actividades ades de aprendi aprendi%a" %a"e e #ue deberá deberá desarro desarrollllar ar en los pla%os pla%os establ estableci ecidos dos & considerando la normativa e indicaciones del 'ocente utor!
PREGUNTAS:
Parte 1: Energía y sociedad
! 'e acuerdo acuerdo a un estudio de AU*A AU*A & el I'EA (Insti (Instituto tuto para la diversific diversificaci$n aci$n & a+orro energético) reali%ado en el ao -... (impactos ambientales de la producci$n eléctrica! Análisis Análisis de ciclo de vida de / tecnologías de generaci$n eléctrica), valora los impactos medioambientales anteriormente mencionados en 0ecopuntos1 seg2n su cuantificaci$n! Investigue acerca de este estudio & #ue #u e in indi dica can n lo los s va valo lore res s de es esta ta ta tabl bla! a! 3o ol olvi vide de ad ad"u "unt ntar ar la ta tabl bla a de 4uantificaci$n de ecopuntos de los impactos ambientales!
(1.0 puntos)
-! 'esc 'escriba riba en #ue consist consiste e los sistemas sistemas de secuestro secuestro,, recicla"e recicla"e & valori%aci$n valori%aci$n del di$5ido de carbono (46-)! 7eguidamente elabore un mapa mental o conceptual para e5plicar #ue fases o procesos tienen estos sistemas! 7e sugiere elaborar un cuadro con las cantidades de 46 - por unidad de energía para el gas, petr$leo & carb$n! ome en cuenta las líneas prioritarias: a! 4ap 4aptac taci$n i$n pre pre & postco postcombu mbusti sti$n $n del del 46-
(0.5 puntos)
b! Alm Almace acenam namien iento to geol$ geol$gic gico o del 46 46-!
(0.5 puntos)
c! 7ec 7ecues uestro tro #uí #uímic mico o 8 miner mineral al del del 46 46-!
(0.5 puntos)
d! 6tras estra estrategia tegias s de reducc reducci$n i$n de las emision emisiones es de 46-
(0.5 puntos)
El secuestro de carbono puede sonar como un término complicado, pero solo significa 0almacenamiento1 de carbono! El almacenamiento de carbono en ecosistemas de céspedes ocurre en el suelo! El di$5ido de carbono es absorbido por las plantas a través de la fotosíntesis! A medida #ue la planta crec crece e las las raíc raíces es de"a de"an n de func funcio iona narr se degr degrad adan an en el suel suelo o & son son almacenadas como materia orgánica (+umus) en el suelo!
1TA20161DUED
9a cantidad de carbono almacenada depende de varias variables #ue inclu&en, el crecimiento de la planta, el tipo de suelo & las condiciones ambientales! En sistemas de céspedes, ambos, fertili%aci$n & riego +an demostrado un incremento en los niveles de secuestro de carbono! Esto es debido a un aumento en la producci$n de biomasa de la planta lo cual se traduce en un aumento de la conversi$n de suelo a carbono a través del proceso llamado +umificaci$n! 9os céspedes además proveen de una cobertura vegetal al suelo permanente de"ando al suelo ba"o ésta prácticamente sin disturbios! Esto reduce la erosi$n del suelo & mantiene al carbono estable en el suelo! 9os céspedes tienen el potencial de secuestrar el carbono pero +a& falta de investigaci$n en esta área! El pool de carbono estimado para los suelos urbanos de los Estados Unidos es de ; -. toneladas 4 +a<! 9a conversi$n de tierra de uso agrícola a céspedes perennes secuestra .!= tonelada 4 +a< ao< este valor puede aumentar a ! tonelada 4 +a<ao< con fertili%aci$n & riego! >ian & ?ollett (-..-) modelaron el secuestro de carbono orgánico del suelo (764 por sus siglas en inglés) con datos de suelo +ist$ricos #ue recolectaron en canc+as de golf & reportaron #ue una canc+a de golf secuestra 764 a una tasa !. tonelada +a< ao<! odas estas tasas de secuestro de carbono corresponden a estudios #ue muestrearon la capa superficial del suelo a una profundidad de =. cm o menos! En una investigaci$n reciente +ec+a por >ian & ?ollett (-..) se compararon festucas finas fertili%adas (?estuca spp) (regadas & no regadas), @entuc@& bluegrass ( oa ratensis 9!) (regado), & creeping bentgrass (Agrostis palustris uds!) (regado) de acuerdo a sus tasas de 764! 9as festucas finas regadas adicionaron la ma&or cantidad de 764 (=!=B toneladas 4 +a< ao< ) en los primeros -. cm de profundidad de suelo! 9os aportes de carbono de las festucas finas, @entuc@& bluegrass, & creeping bentgrass fueron !=C, -!.B, & != toneladas 4 +a< ao<, respectivamente! El riego aumenta la cantidad de carbono secuestrado! odas las especies de céspedes estudiadas mostraron una cantidad significativa de carbono secuestrado durante los cuatro aos #ue dur$ la investigaci$n! En base a +ectárea, los 2TA20161DUED
céspedes de uso urbano tienen el potencial de secuestrar ma&or cantidad de carbono #ue los sistemas convencionales de cultivo & cantidades iguales o ma&ores #ue los bos#ues! Aun#ue los céspedes pueden capturar más carbono #ue otros usos de la tierra, la cantidad de tierra cubierta por céspedes urbanos es menor comparada con el área cubierta por cultivos & bos#ues en los Estados Unidos! Aun#ue los céspedes secuestran carbono, su mane"o implica una asociaci$n indirecta con el uso de combustibles f$siles mediante el corte, fertili%aci$n, aplicaci$n de pesticidas & riego! Usando la conversiones por emisiones de carbono +ec+as por el 'r! 9al de la Universidad del Estado de 6+io, toda la energía usada puede ser convertida en e#uivalentes de carbono (4E)!9a labor de corte consume gasolina (.!/D @g 4E @g< gas), los fertili%antes & pesticidas re#uieren producci$n, transporte, transporte & transferencia (.! -!F @g 4E @g< fertili%ante o pesticida), & el riego re#uiere del bombeo (4E depende del tipo de sistema de riego)! 9a investigaci$n de magister +ec+a por Gina Hir@le & el 'r! 9al modelaron el secuestro de 4arbono para "ardines de casa en los Estados Unidos & compararon los valores con los e#uivalentes de carbono de las prácticas de mane"o, utili%adas en su mantenci$n! Encontraron #ue los e#uivalentes de carbono para las prácticas de mane"o de "ardines de casa eran solo . a -. del total de la tasa de la tasa de secuestro de carbono! 'e este modo los "ardines de casa aun secuestran /. a C. del 764 cuando las prácticas de mane"o eran descontadas del total de secuestro de carbono potencial! 7in embargo, la cantidad de energía #ue se re#uiere para mantener el césped puede ser diferente en otros ecosistemas de céspedes (algunos e"emplos inclu&en canc+as de futbol & de golf)! 7el+orst (-..) mostr$ #ue un suelo transformado de uso agrícola a un club de golf en 6+io secuestra carbono a una tasa inicial de -!B =!F *g 4 +a< &r<!Esta alta tasa es probablemente debido al aumento en el mane"o de fertili%antes & riego & también al +ec+o de mantener una cubierta vegetal constante en el suelo! ambién se evaluaron las prácticas de mane"o & se 3TA20161DUED
encontr$ #ue una canc+a de golf secuestra carbono =. aos +asta #ue las prácticas de mane"o disminu&an el potencial de secuestro! 7in embargo, las labores de corte e irrigaci$n de +o& en día, en los Estados Unidos, son más eficientes energéticamente! 7iguiendo un mane"o integrado de plagas & prácticas de buen mane"o se puede aumentar el beneficio del potencial de secuestro de carbono en ecosistemas de céspedes! Una forma de básica de medir el potencial de secuestro de carbono en un suelo con cubierta vegetal es enviando muestras de suelo, una ve% al ao, a un laboratorio de suelos & pedir la medici$n de carbono de la muestra & observando los cambios en el contenido de carbono de un ao a otro!
El proceso consiste en tres etapas principales:
!< 4apturar el 46- en su fuente, separándolo de los otros gases #ue se generan en los procesos industriales! -! ransportar el 46- capturado a un lugar de almacenamiento apropiado (normalmente de forma comprimida)! =! Almacenar el 46- fuera de la atm$sfera durante un largo periodo de tiempo, por e"emplo en formaciones geol$gicas subterráneas, en las profundidades oceánicas o dentro de ciertos compuestos minerales
4TA20161DUED
Parte 2: Fuentes de energía
=! El consumo de energía primaria a escala mundial alcan%a los DB. EJ cada ao, considerando #ue la poblaci$n actual es de F-/ millones de +abitantes, se pide determinar los siguiente: a! El consumo anual en toneladas e#uivalentes de petr$leo!
(0.5 puntos)
b! El consumo per cápita anual!
(0.5 puntos)
c! 9a cantidad de litros de petr$leo por +abitante por ao!
(0.5 puntos)
d! El costo anual en U7K invertido por cada persona en petr$leo al precio actual del petr$leo verificar precio actual en el LI!
(0.5 puntos)
D! En *acondo se produce energía eléctrica a un ritmo de -. GL! 7i el consumo total fuera igual a la producci$n: a! M4uánta energía, e5presada en EJ se consumiríaN b!
(0.5 puntos)
7i cada vivienda mantendría sus gastos energéticos en un consumo anual de -B. m= de gas natural & =F.. @O+ en forma de electricidad & suponiendo #ue en n2mero apro5imado de viviendas en *acondo fuera de = millones M4uánta energía se gasta en el sector residencial de *acondo al aoN
(0.5 puntos)
c! M>ué porcenta"e del gasto total nacional de energía procede del sector domésticoN
(0.5 puntos)
5TA20161DUED
d! MA #ué porcenta"e del consumo mundial de energía corresponde el consumo de *acondoN
(0.5 puntos)
Parte 3: Energía solar
B! Una casa ecol$gica llamada 0Jorgito el Ermitao1 tiene las siguientes dimensiones: = metros (m) altura, B m de anc+ura & F m de profundidad! 9a temperatura en su interior es de -.P4 más elevada #ue la temperatura e5terior, a a las :.. +oras de un día de invierno & no se enciende la calefacci$n! 4alc2lese cuanto valdría la temperatura interior, in, en esa vivienda a las /:.. en los siguientes casos: a! 9a pared del fondo es de +ormig$n & tiene un espesor de B cm, mientras #ue la ventana es de solo vidrio & no se corre la cortina (1.0 puntos)
b! 9a pared de +ormig$n tiene un espesor de -B cm & se corre una cortina en el interior #ue cubre toda la ventana!
(1.0 puntos)
F! Elabore un mapa mental con las energías primarias & secundarias #ue tienen su origen directo o indirecto del sol!
(1.0
puntos)
PARE !: Energía "io#asa
! El consumo total de energía en los países desarrollados asciende a -.. EJ8ao, de los cuales el =!B es lo #ue forma la biomasa, & su poblaci$n asciende a -.. millones de +abitantes! En los países en desarrollo se consume un total de D. EJ8ao por D/.. millones de +abitantes, & el =B proviene de biocombustibles! 4alc2lese el consumo en biomasa per cápita en los países desarrollados & en los países en desarrollo!
(1.0
puntos)
/! M4uántos árboles serían necesarios para producir el o5ígeno #ue se consume para mantener el gasto de calefacci$n & agua caliente de una vivienda típica de un clima continental, si la casa gasta al ao -!D toneladas de gas naturalN 4onsidere #ue el G3 es completamente metano & suponga #ue un árbol desarrolla -. m - de +o"as al ao! (1.0 puntos)
6TA20161DUED
C! Investigue acerca de la definici$n de cambio climático & cuáles son sus efectos! En la actualidad & lo #ue los especialistas indican para un futuro de . aos! 9uego elabore un cuadro en el primero indi#ue cuales de estos efectos se darán en su localidad, en el país & en el mundo!
(1.0 puntos)
.!4uando se cocina directamente sobre una +oguera se produce un gasto de !- @g de madera por persona por día! a! Estímese la energía calorífica para llevar a ebullici$n -!B litros de agua en una cacerola, suponiendo #ue esta energía es igual a la #ue se necesita para cocinar para una persona, compárese la misma con el poder calorífico de la madera (/ *J8@g) & estímese la eficiencia térmica con #ue se +a verificado el proceso!
(0.5
puntos)
b! M4uánta madera +abría #ue talar para suministrar energía para cocinar a una aldea de -B. personasN
(0.5 puntos)
c! 7uponiendo #ue toda la madera talada se replanta, M#ué área tiene #ue reservar la aldea para obtener energía por reforestaci$n, si no #uiere aumentar la deforestaci$n, teniendo en cuenta #ue la producci$n media de madera es de toneladas por +ectárea & por aoN
(0.5 puntos)
d! 4omente #ue relaci$n puede establecerse entre los resultados obtenidos en los apartados a, b & c de esta pregunta!
(0.5 puntos)
Parte 5: energía e$lica
! Una turbina e$lica de e"e +ori%ontal (AL Q ori%ontal A5is Lind urbine) de -B metros de diámetro traba"a con coeficiente de potencia constante 4pQ.!=/, una eficiencia de la ca"a de engrana"es n ce Q.!C & una eficiencia del generador ngQ.!C/! Una segunda turbina e$lica de e"e +ori%ontal, de -/ metros de diámetro, traba"a con un 4pQ.!=B, nce Q.!/C & ngQ.!CB a! Reflé"ense en una tabla de energía eléctrica generada por cada una de las turbinas e$licas cuando la velocidad no perturbada del viento vale /, C, ., & - m8s! b! M4uáles delas dos turbinas produce más energíaN
(0.5 puntos) (0.5 puntos)
7TA20161DUED
-!9a instalaci$n de una turbina e$lica +a costado un capital de -B. ... euros! 9a turbina tiene una potencia nominal de -B. @L & funciona con un factor de capacidad neta anual del =.! El pro&ecto se va a e5tender durante un tiempo de B aos & la tasa interna de retorno se estima en un . anual! 4alc2lese el costo de la electricidad generada, en céntimos de euro por @L+ producido!
(1.0 puntos)
Parte %: energía &idr'ulica
=!Un salto medio efectivo de una determinada central +idráulica es de DB. metros: a! 4alc2lese el caudal #ue pasa a través de uno de los generadores, si produce -B. *L con una eficiencia ƞ del C-!
(0.5 puntos)
b! 9a cantidad de agua #ue puede contener el embalse cuando está lleno es de B millones de m=! 7i la central dispone de B generadores de -B. *L cada uno, M4uánto tiempo podría suministrar la central electricidad funcionando a má5ima potenciaN
(0.5 puntos)
Parte : Aplicaciones de las energías renoa"les
D!'e acuerdo a GERE7 (Groupe Energies Renouvelables et Environnement) instituci$n ?rancesa, sin fines de lucro, dedicada a la investigaci$n en energía & medio ambiente cataloga al er2 como un país en desarrollo con %onas frías con +abitantes de mu& pocos recursos econ$micos cu&a principal actividad econ$mica es la agricultura! 'e acuerdo a lo mencionado anteriormente se pide a los estudiantes del C semestre de la UA #ue de acuerdo al 2ltimo digito de su c$digo (si termina en cifra par o cero eli"a un caso par & si termina en cifra impar eli"a un caso impar)! 4ada vivienda =n promedio tiene de B. a F. metros cuadrados de un solo piso & el tipo de material usado es adobe & tapia con tec+os de pa"a seca! a! rincipio de funcionamiento & construcci$n!
(0.5 puntos)
b! Instalaci$n!
(0.5 puntos)
c! 'imensionamiento!
(0.5 puntos)
d! *antenimiento!
(0.5 puntos)
8TA20161DUED
AS9A 3P :I37A9A4I63E7 769ARE7 *+ ,aso
4aso 4aso 4aso = 4aso D
*o#"re
*uro de solar de efecto invernadero *uro tipo rombe Invernadero adosado tipo veranda 7istema mi5to amman8muro solar
Aplicaci$n
Tivienda para %onas frías Tivienda para %onas frías Tivienda para %onas frías Tivienda para %onas frías
?uente: Jean, ?rancois Ro%is & Alain Guinebault! I'G < ERU! 4alefacci$n para regiones frías
9ima abril del -.F MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS CIP 110994
9TA20161DUED
