Introducción
Para proporcionar una seguridad realmente eficiente dentro de las aulas de estudio, es necesario contar con diversos sistemas de seguridad que brinden un alto nivel de protección al personal docente, estudiantil y demás trabajadores que laboren en las instituciones educativas. Lamentablemente estas medidas de seguridad se hacen deficientes en algunas circunstancias, dejado a la comunidad estudiantil “indefensa” ante situaciones variadas. Tal es el caso de las alarmas sísmicas, las cuales cumplen con la función de informar al centro educativo ante el comienzo de algún movimiento telúrico, permitiendo así, actuar de una manera correcta ante esta creciente amenaza natural.
Pero en la mayoría de los casos se genera un gran inconveniente, ya que los sistemas de las alarmas sísmicas se vuelven obsoletos cuando por alguna circunstancia no se cuenta con corriente eléctrica; y es aquí, cuando la comunidad que reside en la institución educativa se torna vulnerable.
Por lo señalado anteriormente, se hace necesario el contar con un sistema secundario que proporcione energía eléctrica a los componentes de la alarma sísmica para que esta brinde una correcta funcionalidad en caso de que el suministro eléctrico se encuentre interrumpido.
Una excelente alternativa es generar energía eléctrica a partir de celdas fotovoltaicas (energía solar). De esta manera se creará energía gratuita, eficiente, sustentable y sobre todo ecológica. Además, la seguridad de los estudiantes y docentes se verá beneficiada en altos porcentajes.
Problema de Investigación
La vulnerabilidad de la comunidad estudiantil ante la existencia de una deficiencia en el sistema de la alarma sísmica ocasionada por la carencia de energía eléctrica convencional.
Objetivos
Salvaguardar la seguridad de la comunidad estudiantil.
Mejorar el sistema de las alarmas sísmicas escolares para ampliar la seguridad y confiabilidad de las mismas.
Incursionar en el empleo y análisis de las energías sustentables.
- Informar sobre el uso y funcionamiento de la energía solar a los estudiantes interesados en el tema.
Preguntas de Investigación
¿Por qué contar con un sistema de generación eléctrica alternativo?¿Qué tipo de energía limpia es la más eficiente para integrarla al sistema de una alarma sísmica?¿Es realmente eficiente un sistema eléctrico secundario?¿Los costos de compra, mantenimiento y operación son sostenibles?
Hipótesis
En los últimos 5 años los movimientos telúricos han ido incrementando de manera alarmante alrededor de la República Mexicana, por lo que resulta importante proporcionar sistemas de protección a los sectores más vulnerables, como es el caso de las escuelas públicas y privadas, debido a las grandes masas de población que conviven en un espacio reducido. Estos sistemas de seguridad (en su mayoría alarmas sísmicas) operan con electricidad que obtienen de los propios edificios de la escuela donde se encuentren instalados. Si por razones externas la energía eléctrica se viera afectada también se afectaría el funcionamiento de la alarma, y por ende, los niveles de seguridad para estudiantes, docentes y demás personal también se vería severamente afectado.
Si implementamos un sistema que sea capaz de generar energía eléctrica de manera ecológica por medio de celdas fotovoltaicas para alimentar el sistema eléctrico de la alarma sísmica, entonces podríamos contar con índices de seguridad mayores, ya que esta podría operar sin la necesidad de la electricidad convencional.
Beneficios de la energía solar
El sol es una fuente energética gratuita y el silicio, material utilizado como semiconductor en las células fotovoltaicas, es el segundo material más abundante en la corteza de la tierra.
La generación de energía solar fotovoltaica no produce ruido ni emisiones contaminantes ni gases tóxicos, lo que contribuye a combatir el cambio climático.
Su funcionamiento puede prolongarse durante más de 25 años.
Los módulos fotovoltaicos ofrecen una fácil instalación y requieren un mantenimiento mínimo.
Elementos del sistema propuesto (celad fotovoltaica cas)
El sistema que se empleará en la producción de energía solar para alimentar a la alarma sísmica recibe el nombre de tipo isla, ya que es un sistema fotovoltaico completamente independiente. Consta de un arreglo de foto celdas, inversor, controlador de carga y baterías. Y su capacidad para almacenar electricidad depende de las baterías instaladas en el sistema.
A continuación se presentan uno a uno los elementos necesarios para la correcta instalación de un sistema fotovoltaico incorporado a una alarma sísmica de forma sencilla y funcional.
Paneles solares (foto celdas) la ventaja primordial de los paneles solares es su producción de energía constante, su larga vida (25 a 30 años) y su mínimo mantenimiento.
Controlador de carga: estos equipos regulan la carga de las baterías. Es decir, cuando las baterías están completamente cargadas el controlador abre el circuito de alimentación para evitar una sobre carga que conlleve a una posible explosión, y en el caso contrario, se cierra el circuito de alimentación para mantener cargadas a las baterías.
Banco de baterías (estacionarias): Se encargan de acumular la energía eléctrica producida por el sistema de generación fotovoltaico para poder disponer de ella en las horas del día donde no se pueda captar el sol. Las más recomendadas para este tipo de instalaciones son las estacionarias de plomo ácido.
Inversor de corriente: Los inversores son un componente básico en los sistemas fotovoltaicos, ya que son los encargados de convertir la corriente directa (C.D) del banco de baterías en corriente alterna (C.A) para alimentar el sistema eléctrico de la alarma sísmica. Además cumplen con la función de aumenta el voltaje a 127 0 220 volts.
Principio de funcionamiento
El objetivo de este sistema radica en permutar la corriente convencional por la que se genere a través del sistema fotovoltaico solo cuando haya ausencia de la corriente principal. Es decir, la corriente fotovoltaica será el respaldo eléctrico de la alarma sísmica. Esta transferencia de corriente se puede lograr con un sencillo pero práctico circuito conformado por un relevador de un polo dos tiros conectado de la siguiente manera:
En esta ilustración se puede apreciar un solo relevador, conectado de tal forma que al haber una diferencia de potencial en el suministro convencional este se cierra por inducción magnética, sin importar que también haya corriente eléctrica en el suministro fotovoltaico.
Y de igual forma al ser interrumpida la electricidad en el suministro convencional el relevador regresa a su estado inicial, cediendo así el paso a la corriente fotovoltaica como se observa a continuación.
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De esta manera, nuestra alarma sísmica siempre estará en operación y no quedará des energizada ni un solo segundo.
Instalación del Sistema Fotovoltaico
Ahora es el turno de la instalación del sistema en su totalidad, integrando las celdas solares, el banco de baterías, el controlador de carga y el inversor de corriente. A continuación se muestra un esquema de la forma en que deben de ir interconectados estos elementos
Puntos importantes:
- Ubicar la mejor área para colocar las celdas fotovoltaicas.
- Perseguir la opción de generar un mínimo de 12 volts.
- Realizar los cálculos y caídas de tensión pertinentes. Visitar: http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448171691.pdf
Resultados
A continuación se enlistan los resultados obtenidos al instalar un sistema eléctrico secundario a una alarma sísmica:
- Se obtuvo una notable mejora de seguridad ante el sistema original de la alarma sísmica.
- Se utilizó una alternativa ecológica y sustentable.
- El sistema instalado no exige revisiones periódicas ni mantenimiento a corto plazo.
- El sistema tiene una durabilidad ininterrumpida de 25 a 30 años.
Conclusión
Al realizar un circuito independiente para una alarma sísmica se esta garantizando la seguridad de las personas que convivan en las instituciones educativas, además de que se emplea un sistema completamente ecológico el cual garantiza su función por un promedio de 25 años. Además no requiere de mayores mantenimientos ni gastos extras para el correcto funcionamiento de las celdas fotovoltaicas. El instalar un sistema eléctrico fotovoltaico puede llegar a ser un poco costoso, pero la ventaja de este sistema es su rentabilidad a partir del tercer año de su uso, ya que prácticamente estaríamos produciendo electricidad sin ningún costo. Así mismo es importante evitar poner en riesgo a un conjunto de personas como lo son los estudiantes, ya que en la mayoría de las ocasiones no se optan por nuevos sistemas solo para obtener un ahorro monetario, que en la mayoría de las ocasiones nos perjudica a todos.
Bibliografía
- Instalaciones solares fotovoltaicas, Miguel Moro Vallina, Editorial PARANINFO, primera edición 2010.
- Energías renovables para el desarrollo, José María de Juana, Editorial PARANINFO, segunda edición.
- Energía solar fotovoltaica y cooperación al desarrollo, Marianella García Villas, Editorial IEPALA 1999.
- http://www.censolar.es/menu2.htm
- http://www.cfe.gob.mx/paginas/home.aspx
- http://www.economiadelaenergia.com/energia-solar/
- http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448171691.pdf
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