UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERÍA

DISEÑO, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN

PRIEMERA ENTREGA

“TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA A ELÉCTRICA Y SU APROVECHAMIENTO EN UN GIMNASIO”

DOCENTE:

MG. ING. RAÚL CABEZAS

INVESTIGADORES:

BERRIOS, CESAR

CHACÓN ALVAREZ, OTILIO ALDAIR CA120137

GALEANO PERLA, JOHNNY ALBERTO GP131162

SANTAMARIA MATA, RODRIGO

TOVAR MONTOYA, ERICK EMILIO TM130453

MIERCOLES 8 DE JUNIO DE 2016

SOYAPANGO, SAN SALVADOR, EL SALVADOR

Contraportada

Índices

Antecedentes del Problema

Planteamiento del Problema

“El alto consumo de energía eléctrica convencional dentro de los

gimnasios de la ciudad de Soyapango, San Salvador”

La problemática abordada contempla la situación actual del explotamiento de

métodos energéticos que no siempre son de un origen renovable o amigablemente

ecológico, lo cual ha sido muy común entre las grandes ciudades y en muchas

actividades del ser humano, trayendo consigo efectos negativos visto de manera

macroscópica en el equilibrio del ecosistema mundial y cuyo tema es de gran

interés para la sociedad y su desarrollo a futuro con las nuevas generaciones.

Como nota se ha de decir que no es de menos que el tema de la ecología ha sido

de mucha atención incluso en acuerdos de carácter internacional como lo fue el

“Tratado de Kyoto” o normas estándares como la ISO14000.

La energía es un bien y recurso necesario y valioso para el desempeño de

muchos procesos; hablando de la energía eléctrica pues prácticamente toda la

electrónica que permite al ser humano facilitar sus actividades necesita de este

tipo de energía, sin embargo como se planteo al inicio de este apartado, no todos

los métodos que generan energía son amigablemente ecológicos, y un uso

continuo o desmesurado de este recurso es un tema de interés social así como de

la empresa misma de la cual depende su administración. Enmarcándolo en el

contexto en el cual busca basarse la investigación, la problemática se orienta a

empresas en las cuales se ejerce una gran cantidad de trabajo por parte de las

personas, como lo son los gimnasios y en las cuales dicho trabajo es observado

de manera pasiva en el ámbito energético. La pregunta que sale a relucir dicho

esto es ¿Qué tan factible es el uso de la energía mecánica de maquinas de

gimnasio como fuente de energía eléctrica limpia? La investigación busca analizar

el uso que le da a la energía eléctrica en los gimnasios de una ciudad conocida del

departamento de San Salvador en El Salvador, como lo es Soyapango, y

determinar la factibilidad de una propuesta energética ecológica, aprovechando el

trabajo que las maquinas de ejercicio demandan de las personas.

Justificación

Las razones principales que motivan el estudio e investigación con respecto a la

problemática planteada son una conciencia social responsable con los recursos

energéticos, donde el hecho de que se posea un recurso no significa que este

deba ser usado sin medida o sin contemplar posibles alternativas que lidien con la

sobredemanda de un recurso y que al haber de ser usado esto ocurra tanto de

manera eficiente como moderada. El ahorro es una práctica que si bien fuera

practicada en cualquier ámbito, sería uno de los mejores regalos que se daría para

las personas en quienes recaerían en sus hombros el mantenimiento de tales

recursos en el futuro. Lo mismo aplica con el recurso de la energía eléctrica.

Por otro lado, es un tema actual la investigación de fuentes de energía limpia, que

no generen contaminación y que si se enfoquen en el desarrollo de la sociedad

pero sin darle la espalda al medio ambiente. La razón principal de esto es porque

fuentes no renovables o no limpias poco a poco si bien generarán daños

irreparables, lo que compete también es que en algún momento pueden acabarse.

En el aspecto eléctrico existen grandes avances en este tema, usando energía de

origen solar, eólico, hídrico, mareomotriz y geotérmico especialmente a gran

escala en países desarrollados en contraposición con medios no renovables como

la energía eléctrica generada por estaciones térmicas o el mundo ambiguo de la

energía de origen nuclear. Sin embargo el tema de energía no solo se ha de

analizar a gran escala; empresas ocupadas en otros ámbitos como tales conocen

la importancia de aprovechar fuentes renovables como una responsabilidad social

de sus empresas, pero no siempre contemplan que procesos internos pueden ser

aprovechados como fuentes de energía. Tal es el caso de gimnasios y la cantidad

de energía mecánica que se genera sobre las maquinas de gimnasio.

El punto de más interés que mas compete al ente empresa, en este caso de un

gimnasio, son las diversas maneras como este tipo de recursos pueden ser

aprovechados de la mejor manera en dicho contexto. Los beneficios son múltiples,

entre ellos el económico, pudiendo tener así una base monetaria para un plan de

desarrollo del gimnasio que le ayude a crecer o mejorar infraestructuralmente y en

la calidad de sus servicios, y aun mas, al aumento de recursos que ofrecer,

aumento de reconocimiento, aumento de presencia de clientes y

consecuentemente un aumento de máquinas de gimnasio donde cuyo uso pueda

ser también usado como fuentes de energía eléctrica.

Objetivos

Objetivo General:

"Diseñar un sistema que mediante la transformación del trabajo a energía

eléctrica sobre maquinas de gimnasio aproveche al máximo los recursos

eléctricos generados"

Objetivos Específicos:

"Investigar sobre las necesidades eléctricas que posee un

gimnasio"

"Identificar qué maquinas de gimnasio aportan mayor potencial de

trabajo y cuya forma de funcionamiento es ideal para la

transformación a energía eléctrica"

"Determinar el aporte promedio de energía eléctrica por hora de

cada máquina estudiada en base a un ciclo de trabajo regular"

"Idear un método eficiente de almacenamiento para la energía

eléctrica generada"

"Determinar en qué maneras puede ser mejor aprovechada la

energía eléctrica generada dentro del contexto de un gimnasio"

Marco Referencial

Energía eléctrica: La energía eléctrica

se manifiesta como corriente eléctrica, es

decir, como el movimiento de cargas

eléctricas negativas, o electrones, a

través de un cable conductor metálico

como consecuencia de la diferencia de

potencial que un generador esté

aplicando en sus extremos. Cada vez que

se acciona un interruptor, se cierra

un circuito eléctrico y se genera el

movimiento de electrones a través del

cable conductor. Las cargas que se desplazan forman parte de los átomos de la

sustancia del cable, que suele ser metálica, ya que los metales, al disponer de

mayor cantidad de electrones libres que otras sustancias son los mejores

conductores de la electricidad.

La energía eléctrica apenas existe libre en la Naturaleza de manera aprovechable.

La electricidad tampoco tiene una utilidad biológica directa para el ser humano,

salvo en aplicaciones muy singulares, como pudiera ser el uso de corrientes

en medicina (electroshock). Sin embargo es una de las más utilizadas, una vez

aplicada a procesos y aparatos de la más diversa naturaleza, debido

fundamentalmente a su limpieza y a la facilidad con la que se la genera, transporta

y convierte en otras formas de energía. Para contrarrestar todas estas virtudes hay

que reseñar la dificultad que presenta su almacenamiento directo en los aparatos

llamados acumuladores.

La mayor parte de la energía eléctrica que se consume en la vida diaria proviene

de la red eléctrica a través de las tomas llamadas enchufes, a través de los que

llega la energía suministrada por las compañías eléctricas a los distintos aparatos

Figura 1. Torres de transmisión de alta

tensión eléctrica.

eléctricos como lavadora, radio, televisor, etc; que se desea utilizar, mediante las

correspondientes transformaciones; por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega

a una enceradora, se convierte en energía mecánica, calórica y en algunos casos

lumínica.

El tema del ahorro es importante; si pensamos en todas las actividades que

hacemos durante el día, casi siempre utilizamos la energía eléctrica. Sin embargo,

debemos tener en cuenta lo que supone el consumo de electricidad.

Algunas fuentes de energía se agotan.

El modo de transportar, extraer y consumir esta energía, daña el

medio ambiente.

Hoy en día se está tratando de proteger el medio ambiente, por ejemplo el ahorro

energético y el desarrollo sostenible. El ahorro energético supone un ahorro de

recursos naturales para salvaguardar al medio ambiente y fomentar un desarrollo

sustentable. Por este motivo, debemos de ser por un consumo moderado de la

energía eléctrica.

Hay fuentes de energías alternas renovables que puede también suplir la

problemática del deterior del medio ambiente, las energías renovables más

comunes son las siguientes:

Energía Solar.

Energía Eólica.

Energía Geotérmica.

Energía Hidráulica.

Y finalmente, la energía no sería posible sin un dispositivo muy importante que es

el generador eléctrico.

Generador Eléctrico: Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de

mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos

transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue

por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos

sobre una armadura denominada también estator. Si se produce mecánicamente

un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza

electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

Los generadores eléctricos constan de dos partes importantes, una parte móvil

llamada rotor y una parte estática llamada estator que se muestran en la Figura 1.

Figura 2. Partes de un generador eléctrico.

Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes

genera un flujo magnético (actúa como inductor) para que el otro lo transforme en

energía eléctrica (actúa como Inducido).

Los generadores eléctricos se diferencian según el tipo de corriente que producen.

Así, nos encontramos con dos grandes grupos de máquinas eléctricas rotativas:

los alternadores y los dinamos.

Los alternadores son los que generan corriente alterna y las dinamos son los que

generan corriente alterna.

Los Alternadores: Un alternador es una

máquina eléctrica, capaz de transformar

energía mecánica en energía eléctrica,

generando una corriente alterna mediante

inducción electromagnética. Los alternadores

están fundamentados en el principio en el

que en un conductor sometido a un campo

magnético variable se crea una tensión

eléctrica inducida cuya polaridad depende del

sentido del campo y el valor del flujo que lo

atraviesa. Un alternador es un generador de

corriente alterna que funciona cambiando constantemente la polaridad para que

haya movimiento y genere energía. En España se utilizan alternadores con una

frecuencia de 50 Hz, es decir, que cambia su polaridad 50 veces por segundo y en

América alternadores con una frecuencia de 60 Hz.

La principal aplicación del alternador es el de ser utilizada como la fundamental

fuente de energía eléctrica en todo tipo de vehículos como automóviles, aviones,

barcos y trenes, desplazando a la dinamo por ser más eficiente y económico.

Batería de automóvil: La batería de

arranque es un acumulador y proporciona

la energía eléctrica para el motor de

arranque de un motor de combustión,

como por ejemplo de un automóvil, de

un alternador del motor o de la turbina de

gas de un avión. Las baterías que se usan

como fuente de energía para la tracción de

un vehículo eléctrico se les

denominan baterías de tracción.

Los vehículos híbridos pueden utilizar

Figura 3. Alternador de un automóvil.

Figura 4. Batería de un Automóvil.

cualquiera de los dos tipos de baterías. El arranque de un motor de combustión

por medio del motor de arranque requiere durante un breve espacio de tiempo

corrientes muy elevadas de entre cientos y miles de amperios.

Considérese la batería como lo que es, un reactor químico de plomo-ácido. No

almacena electricidad ni tampoco produce electricidad. Cuando conectamos el

interruptor del encendido, tiene lugar una reacción química dentro de la batería.

Esta reacción química continúa hasta que la mayor parte del material activo en la

batería se ha transformado en sulfato de plomo. Llegado ese momento, las placas

positivas y negativas se vuelven químicamente similares, y la reacción química se

interrumpe por completo. En otras palabras, la batería queda totalmente

descargada. 

Esta reacción de descarga se puede invertir suministrando una corriente a la

batería y restaurando así la condición original de las substancias químicas. El

sistema de carga del automóvil, el cual incluye el alternador, es el responsable de

suministrar la corriente de carga mientras el motor está funcionando. 

Inversor o Convertidor: La función de un inversor es cambiar un voltaje de

entrada de corriente continua a un voltaje simétrico

de salida de corriente alterna, con la magnitud y

frecuencia deseada por el usuario o el diseñador.

Los inversores se utilizan en una gran variedad de

aplicaciones, desde pequeñas fuentes de

alimentación para computadoras, hasta

aplicaciones industriales para controlar

alta potencia. Los inversores también se utilizan

para convertir la corriente continua generada por

los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías, etc, en corriente

alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en

instalaciones eléctricas aisladas.

Figura 5. Convertidor común de adaptación en automóvil.

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se

utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.

Esta onda rectangular alimenta a un transformador que suaviza su forma,

haciéndola parecer un poco más una onda senoidal y produciendo el voltaje de

salida necesario. Las formas de onda de salida del voltaje de un inversor ideal

deberían ser sinusoidal. Una buena técnica para lograr esto es utilizar la técnica

de PWM logrando que la componente principal senoidal sea mucho más grande

que las armónicas superiores.

Se pueden utilizar  condensadores e inductores para suavizar el flujo de corriente

desde y hacia el transformador. Además, es posible producir una llamada "onda

senoidal modificada", la cual se genera a partir de tres puntos: uno positivo, uno

negativo y uno de tierra. Una circuitería lógica se encarga de activar los

transistores de manera que se alternen adecuadamente. Los inversores de onda

senoidal modificada pueden causar que ciertas cargas como motores, operen de

manera menos eficiente.

Marco Conceptual

Energía mecánicaEs la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto,

es la suma de las energías potencial y cinética de un sistema mecánico. Expresa

la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo.

Revoluciones Son unidades de frecuencia que se utilizan para expresar la velocidad angular.

ConvergenciaEs la acción de dirigir algo hacia un mismo punto.

VoltioEl voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor

cuando una corriente de un amperio utiliza un vatio de potencia. 

AmperioUnidad de intensidad de corriente eléctrica que corresponde al paso de un

culombio por segundo

Dinamo Es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo magnético en

electricidad.

JouleUnidad del Sistema Internacional de Unidades para energía y trabajo.

PotenciaEs la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

RotorEs La parte giratoria de una máquina.

EnsambleUnión de dos o más elementos a través de un proceso de ensamblaje.

PoleaEs una máquina simple, un dispositivo mecánico de tracción, que sirve para

transmitir una fuerza

InerciaEs la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado

de reposo o movimiento, mientras la fuerza neta sea igual a cero, o la resistencia

que opone la materia al modificar su estado de reposo o movimiento. 

Corriente alternaEs la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente.

Corriente continúaSe refiere al flujo continuo descarga a través de un conductor entre dos puntos de

distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo.

Tensión Es la fuerza interna aplicada, que actúa por unidad de superficie o área sobre la

que se aplica.

Combustión Es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una

gran cantidad de energía, en forma de calor y luz, manifestándose visualmente

como fuego.

Enfoque Metodológico

La razón de ser de la investigación se basa en el diseño de una propuesta

tomando como origen la problemática planteada sobre el aspecto energético

dentro del marco de entes de estudio siendo estos los gimnasios en la ciudad de

Soyapango; pero donde se ha de recordar que para lograrlo los objetivos de la

investigación señalan la determinación y caracterización de factores que se

obtendrán a lo largo de un estudio sistemático, aunque por un corto periodo de

tiempo de aproximadamente 3 semanas desde el presente. En tal sentido el

enfoque metodológico por el cual se abordará la investigación es por medio de un

diseño longitudinal orientado a un grupos; donde precisamente dichos grupos lo

conforman una muestra de los gimnasios de estudio.

La investigación bibliográfica y de carácter técnico del tema de la transformación

energética es fundamental y lo conforma la primera parte de la investigación, y en

ella se sientan las bases mediante las cuales es posible realizar un planteamiento

a mejora respecto al uso energético en la muestra a analizar.

La investigación de campo se limitará a la recopilación de datos cualitativos de la

muestra referentes al uso que se le da al recurso eléctrico y las características de

las maquinas de ejercicio presentes, de igual forma se recopilará algunos datos de

los personajes que se encuentren presentes para determinar el nivel de

conocimiento que hay sobre fuentes de energía ecológica.

Luego el estudio hará uso del método analítico sobre las distintas facetas de los

datos recopilados y poniéndolos en contraposición con la investigación

bibliográfica para determinar los niveles de necesidad, factibilidad y posibles

beneficios al ser implementado de parte de los gimnasios un sistema de

transformación y aprovechamiento de energía, desde la materia prima de los

gimnasios: el trabajo ejercido sobre maquinas de ejercicio.

Hipótesis, Variables y su Categorización de Análisis

Población y Muestra

Instrumentos

Procedimiento

Técnica de Análisis y Procesamiento de la Información

Consideraciones Éticas

Como toda investigación de una problemática de interés dentro de un contexto

social, existen responsabilidades respecto a los datos recopilados propios de los

elementos del grupo estudiado así como de las fuentes consultadas para sustentar

el estudio y sus bases. Los mismos se han de procesar tomando en cuenta

algunas características que permitan que no solo se brinden resultados fiables ,

sino que protejan a los elementos de estudio responsablemente.

Es inherente a la investigación tener que manejar datos propios del grupo de

gimnasio muestra del estudio y algunos de sus clientes. La privacidad y respeto

profesional a la hora del manejo de dicha información es uno de los principales

aspectos éticos y de los cuales se ha buscado cuidar atentamente.

Con respecto a todos los datos obtenidos, ya sea de fuentes o de campo la

honestidad es fundamental, para dar crédito y mantener intacta la información y

los datos a modo que los resultados y conclusiones obtenidos de la investigación

hayan sido resultados verdaderos, sin importar si se han cumplido o descartado

las hipótesis y premisas ideadas previamente al ahondamiento de la investigación.

La parcialidad no ayuda, en cambio los resultados analizados objetivamente tal y

cual son a los que se han llegado son los que brindan realmente información útil y

en base a los cuales si se puede afirmar que es posible una mejora en el aspecto

energético de muchos gimnasios, y que podría ayudar a cambiar para mejor tanto

la economía interna de los mismos asi como ser parte de una conciencia

renovable muy necesaria en la sociedad actual.

Probar la factibilidad del tema de investigación y generar propuestas útiles en base

a los resultados es el principal compromiso de la investigación, y ayudar a sentar

bases teóricas solidas en cuanto al tema.

Presupuesto

Cronograma

ACTIVIDADJUNIO JULIO

S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5

Concepción de la problemática.

Definición de tema, objetivos, hipótesis y variables, muestra y población & enfoque metodológico.

Diseño de la herramienta de validación de hipótesis (Encuesta).

PRESENTACION PRIMER AVANCE

Validación de Hipótesis de Investigación

Validación del instrumento de selección.

Aplicación de encuesta.

Análisis de los datos obtenidos.

Mostrar los resultados (definidos en las conclusiones).

Bibliografía

Páginas Web:

Energía eléctrica y ahorro de energía:http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/el-uso-de-la-

electricidad/xxiv.-el-ahorro-energetico

Generador Eléctrico:http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-

basicos/v.-funcionamento-basico-de-generadores

Ley de Faraday:http://docencia.udea.edu.co/regionalizacion/irs-04/contenido/capitulo10.html

Libros:

Manual del montador electricista: el libro de consulta del electrotécnico. Terrell

Croft, Cliffort L. Carr, John H. Watt, 1994.

Manual para la presentación de anteproyectos e informes de investigación. Corina

Schmelkes/ Nora Elizondo Schmelkes, 2010.