Física II
Introducción
Las distintas actividades humanas ejercen una presión importante, directa e
indirectamente, sobre el ciclo hidrológico, lo que ha tenido consecuencias negativas en
muchas regiones no sólo en la calidad de vida de la población, sino también en los
ecosistemas naturales y su biodiversidad. En un mundo caracterizado por una población
creciente y con mayor capacidad económica que le permite acceder a más bienes y
servicios, la necesidad de producir más alimentos y energía, así como de abastecer con
mayores volúmenes de agua a la población y a las actividades productivas,
ha
incrementado significativamente su demanda y ha presionado fuertemente su calidad en
sus reservorios naturales.
Los efectos sociales, económicos y ambientales de los problemas mencionados podrían agravarse con el cambio climático: de acuerdo con las proyecciones podría aumentar el riesgo de inundaciones y sequías por los cambios en la intensidad y distribución geográfica de la precipitación, disminuir las reservas del agua almacenada en los glaciares y en la nieve, así como incrementar la superficie terrestre con estrés hídrico, entre otras consecuencias. Ante este escenario, el manejo de agua en el mundo y en México representa uno de los más importantes retos ambientales para el futuro. Principales problemas asociados al agua
• Urbanización y expansión de las ciudades.
• Seguridad hídrica: transformaciones en la demografía.
• Consecuencias sanitarias asociadas con el deterioro del agua.
• Asimetrías entre el campo y la ciudad.
• Usos del agua en la región.
• Estrés hídrico.
Energía
La energía es la capacidad de una fuerza para generar una acción o un trabajo. La energía ha constituido una pieza clave para el desarrollo y evolución de la humanidad. El hombre, desde el principio de su existencia, ha necesitado la energía para sobrevivir y avanzar. Pero ¿qué es la energía y por qué tiene tanta importancia?, La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, el concepto de energía se define como la capacidad de hacer funcionar las cosas. Existe un principio fundamental en física que se conoce como el principio de conservación de la energía, que establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sino que solo puede transformarse.
La energía también puede almacenarse para ser usada cuando se la requiere. Por ejemplo las pilas o baterías son elementos que almacenan energía química y la transforman en energía eléctrica. Incluso los seres vivos almacenan energía a través de lo que conocemos como “grasa” (lípidos) o azúcares.
Tipos de Energía
Existen diversas formas de energía, de las cuales podemos destacar las siguientes:
• Energía cinética. Es la energía que poseen los cuerpos que están en movimiento, que tienen una velocidad. Si un objeto está quiero, su energía cinética es nula.
• Energía potencial. Es la energía contenida en un sistema físico o en un objeto y que puede luego transformarse en otras formas de energía (como cinética, calórica, etc). Es energía “en potencia”.
• Energía eléctrica. Es la energía que existe en presencia de partículas cargadas eléctricamente. El tipo de partículas más común es el electrón, que produce a su alrededor un potencial eléctrico. Cuando otros electrones se mueven a través de este potencial, adquieren energía eléctrica. Lo que conocemos como corriente eléctrica es una gran cantidad de electrones moviéndose a través de una diferencia de potencial.
• Energía magnética. Es la energía que generan las corrientes eléctricas y los materiales magnetizados (imanes)
• Energía eólica. Es la energía producida por el empuje del viento.
• Energía solar. Es la energía que emite el Sol en forma de radiación calórica y lumínica a través del espacio hacia los planetas del Sistema Solar.
• Energía atómica o nuclear. Es la energía que proviene de las fuerzas que mantienen unidas a las partículas subatómicas: las fuerzas nucleares fuertes y débiles. También se llama así a la energía eléctrica obtenida del calor liberado por las reacciones de fusión o fisión atómica en una central nuclear.
• Energía química. Es la energía que interviene en las uniones atómicas y las reacciones a nivel molecular, indispensable para la vida, ya que mantiene en marcha el metabolismo de los seres vivos.
• Energía calórica o térmica. Es la energía que se da con transferencias de energía causadas por las diferencias de temperatura. La temperatura, a su vez, es una medida de la energía cinética de las moléculas que componen un cuerpo.
• Energía hidráulica. Es la energía que se obtiene del movimiento de grandes masas de agua, como pueden ser ríos, mareas o caídas de agua. Las represas eléctricas funcionan con energía hidráulica.
• Energía luminosa. Es la energía electromagnética producida por ondas electromagnéticas en el rango visible (es decir, la luz).
• Energía sonora. Es la energía que producen las ondas del sonido.
¿Qué es la sustentabilidad?
Como sustentabilidad definimos la cualidad de sustentable. Como tal, en áreas como la economía y la ecología, sustentable es algo que se puede sostener a lo largo del tiempo sin agotar sus recursos o perjudicar el medio ambiente.
“El desarrollo sustentable hace referencia a la capacidad que haya desarrollado el sistema humano para satisfacer las necesidades de las generaciones actuales sin comprometer los recursos y oportunidades para el crecimiento y desarrollo de las generaciones futuras.”
Para alcanzar la sostenibilidad es indispensable lograr el equilibrio entre lo que llamamos Los Tres Pilares del Desarrollo sostenible:
Es importante que las actividades humanas sean compatibles con
la preservación de los ecosistemas y la biodiversidad.
Sociedad
Aspiramos vivir en una sociedad más justa, la erradicación de la pobreza y calidad de vida para todos los habitantes del planeta.
Economía
Se debe generar riqueza tomando en cuenta los valores humanos y respeto al medio ambiente.
Energía Renovable
Las energías renovables son aquellas que se obtienen a partir de fuentes naturales que producen energía de forma inagotable e indefinida. Por ejemplo, la energía solar, la energía eólica o la energía mareomotriz son fuentes renovables de energía. También se consideran renovables cuando se obtienen a partir de fuentes que se regeneran con el tiempo de manera natural, como la masa forestal.
Una de las principales ventajas de las energías renovables es que, además de ser inagotables, presentan un nulo o bajo impacto negativo sobre el medio ambiente, por lo que se consideran energías limpias. En la actualidad las energías renovables son una realidad presente en nuestra sociedad y sus beneficios para el medio ambiente son más que evidentes.
¿QUÉ TIPOS DE ENERGÍAS RENOVABLES EXISTEN?
Entre las energías renovables o también llamadas energías limpias encontramos:
• Energía eólica: La energía eólica es la energía que se obtiene del viento, es decir, es el aprovechamiento de la energía cinética de las masas de aires.
• Energía solar: la energía que se obtiene del sol. Las principales tecnologías son la solar fotovoltaica (aprovecha la luz del sol) y la solar térmica (aprovecha el calor del sol)
• Energía hidráulica o hidroeléctrica: la energía que se obtiene de los ríos y corrientes de agua dulce
•Biomasa y biogás: la energía que se extrae de materia orgánica
• Energía geotérmica: la energía calorífica contenida en el interior de la Tierra
• Energía mareomotriz: la energía que se obtiene de las mareas
• Energía undimotriz u olamotriz: la energía que se obtiene de las olas
• Bioetanol: combustible orgánico apto para la automoción que se logra mediante procesos de fermentación de productos vegetales
• Biodiésel: combustible orgánico para automoción, entre otras aplicaciones, que se obtiene a partir de aceites vegetales
Actuales sistemas empleados para el aprovechamiento de energías naturales
Algunos de los recursos renovables actualmente utilizados para la producción de energía renovable son: agua, biomasa, radiación solar, viento.
• El agua se utiliza para producir energía eléctrica en centrales hidroeléctricas. La cantidad de energía que se puede extraer del agua, en una zona geográfica concreta, depende del volumen disponible, así como de las características orográficas del terreno por el que transcurre. Las centrales hidráulicas se subdividen en: regulables, fluyentes y de bombeo.
• La biomasa se define como “todo material de origen biológico excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización”. La caracterización de la biomasa es muy compleja debido a la diversidad de sustancias que se incluyen bajo esta denominación: cultivos energéticos (especies leñosas y herbáceas), residuos forestales y de la industria forestal, residuos procedentes de la ganadería y lodos, etc. La combustión de la biomasa permite obtener vapor de agua y posteriormente energía eléctrica de forma análoga a lo que se hace en las centrales térmicas convencionales.
• El aprovechamiento de la energía de la radiación solar para la producción de energía eléctrica se concreta en dos tecnologías diferentes: fotovoltaica y solar térmica, y su potencial está directamente ligado a la latitud geográfica del lugar (horas de luz diaria) así como al régimen de nubosidad y al índice de claridad de la zona.
• El aprovechamiento de la energía del viento da lugar a lo que se conoce como energía eólica. La energía se obtiene mediante aerogeneradores que aprovechan la energía cinética del viento transformándola en energía eléctrica. Este recurso puede calificarse como perpetuo, y la cantidad potencialmente obtenible en una zona geográfica concreta depende del régimen de vientos y de la orografía del lugar.
Problemática actual generada por el calentamiento global
El calentamiento global ya no es un problema del futuro: es una situación que debemos parar de inmediato o la destrucción del planeta será irreversible. Sequías, huracanes, hambre, pobreza y destrucción: estas son algunas de las terribles consecuencias que el calentamiento global provoca en nuestro planeta. Y en nuestra mano está participar activamente para frenar sus efectos si queremos que las siguientes generaciones hereden un mundo tal y como lo conocemos hoy. O incluso mejor. Consecuencias del calentamiento global
1. Temperaturas más cálidas: La acumulación de gases contaminantes hace que las temperaturas aumenten cada vez más y que los climas cambien: esto provoca sequías y, además, aumenta el riesgo de incendios que conllevan la deforestación y la desertización del planeta.
2. Tormentas más intensas: El hecho de que las temperaturas sean más altas hace que las lluvias sean menos frecuentes, pero que sean más intensas; por tanto, el nivel de inundaciones y su gravedad también irán en aumento.
3. Propagación de enfermedades: Un cambio de temperatura de varios grados puede hacer que la zona templada se haga más acogedora a la propagación de determinadas enfermedades.
4. Olas de calor más fuertes: El calentamiento global del planeta producido por la quema acelerada de combustibles fósiles agotables ha sido muy intenso en el Polo Norte. Esto hace que el Polo Norte esté hoy mucho más caliente que hace cincuenta años. La salud e incluso la vida de miles de personas pueden verse en riesgo debido al aumento de las olas de calor, tanto en lo que se refiere a frecuencia como a intensidad.
5. Derretimiento de los glaciares: Océanos con temperaturas más altas son océanos que derriten el hielo de los casquetes polares: esto significa que aumenta el nivel del mar.
Proyecto
Problemática actual producida por el mal uso y falta de aprovechamiento de las aguas pluviales.
Una de las grandes y más importes de las problemáticas ocasionadas por la falta de aprovechamiento de aguas pluviales, son las inundaciones. Para entender por qué se producen las inundaciones y cómo, es necesario entender la dinámica fluvial. De hecho, las inundaciones se desarrollan en terrenos donde este fenómeno es recurrente. A pesar de esto, causan pérdidas que se pueden prevenir con la predicción meteorológica y una buena planificación urbanística. Pero sobre todo debemos comprender que el agua tiende a pasar por dónde transcurre su camino natural y que por tanto se deben respetar al máximo los cursos de agua y las formas de los mismos, eliminar meandros puede incrementar el riesgo de las crecidas. Además, cuanto más natural se conserva el entorno menos daños causará. Esto es muy importante también en zonas de cursos de agua temporales, como rieras, dónde una gran parte del año no hay agua. Una lluvia intensa hace que en muy poco tiempo estos cursos se llenen mucho de agua. Esto provoca unas variaciones de caudal muy bruscos.
El peligro principal de esta irregularidad es olvidar que los cauces de estos ríos, torrentes y rieras temporales tarde o temprano se volverán a llenar de aguas impetuosas que pueden llevarse por delante todo lo que se encuentren. Es por ello que en hidrología es también importante conocer cómo es el entorno del río, si hay árboles de ribera u otros elementos que puedan ser afectados por este. Todo esto se debe a la falta de aprovechamiento de las aguas pluviales y a la contaminación, pero principalmente en este caso a la falta de aprovechamiento ya que esta se puede usar de distintas maneras y de esta evitar las problemáticas que persisten gracias al mal uso del agua pluvial.
¿Cómo puede solucionarse?
Se pueden emplear miles de maneras ya sea en un uso comunitario o e industrial, hay que usas distintos métodos para sacarle el máximo uso de estas aguas y así brindarnos un beneficio, una solución puede ser las siguientes maneras:
Filtros de Agua: Estos filtros evitan la entrada de hojas en el
depósito y, los más completos y avanzados, también
descartan los primeros litros de agua de lluvia que arrastran
toda la suciedad acumulada en los tejados, incluso purifican
el agua hasta hacerla apta para el consumo humano.
Tanques enterrados modulares: Los depósitos enterrados permiten soluciones más sofisticadas. Un ejemplo es el tanque Atlantis o también el tanque de Aquacell, estos sistemas no solo recogen el agua de lluvia de las bajantes de pluviales de nuestra cubierta, también recogen el agua filtrada a través del terreno, con lo que tienen una eficiencia mucho mayor. Otra ventaja es que se forman a partir de piezas modulares, lo que nos permitirá realizar una instalación acorde a nuestras necesidades. Como contrapartida, requieren realizar un importante movimiento de tierras para su instalación, con el coste que ello supone. Se forman gracias al apilamiento y conexión de módulos de plástico respetuoso con el medio ambiente, que se recubren con varias capas para conseguir un sellado completo, a la vez que permite el filtrado de agua a través del terreno situado directamente sobre el depósito, este terreno también debe tener una composición específica.
¿Qué propondrías para que se pudieran aprovechar de mejor manera las aguas pluviales y en que las usarías?
Sistemas de captación de agua de lluvia: La captación y aprovechamiento de agua de lluvia se presenta como una alternativa en aquellas localidades o sitios donde el acceso al agua por medios convencionales no es suficiente o el adecuado. Empelando un techo con canaletas para que almacene esta agua y después darle otro uso,
• Captar el agua de lluvia en sitios con precipitación alta o media, es un medio de obtención de agua para uso humano y/o agrícola.
• Un punto en particular a perseguir con éstos sistemas es el de minimizar los costos de operación y mantenimiento.
¿Cómo lograrías llevar a cabo tu idea?
Los sistemas de captación de lluvia cuentan con los siguientes elementos de manera general:
a.- Área o superficie de captación: Pueden ser techos de viviendas o de alguna otra instalación o también superficies de suelo protegidas mediante geomembranas.
b.- Sistema de retención de sólidos: Se puede instalar un sistema de mallas o rejillas para diversos diámetros de sólidos.
c.- Sistema de recolección de sólidos: En esta parte es posible hacerlo mediante sifones invertidos o con sedimentadores en el caso de sistemas comunitarios.
d.- Conducción al almacenamiento: Esto se realiza mediante tubería de PVC o del material más idóneo según lo amerite el caso, ya sea a nivel domiciliario o comunitario.
e.- Almacenamiento del agua pluvial: Se realiza en cisternas, tanques o también en hoyas a nivel comunitario, los cuales deberán contar con las medidas de protección adecuadas para evitar la contaminación del agua almacenada.
f.- Conducción a servicio: Desde la hoya se extrae el agua hacia la comunidad para su aprovechamiento, preferentemente mediante una línea de conducción a gravedad para evitar bombeos.
¿Qué ramas de la física intervendrían en tu proyecto y cómo?
La mecánica es una de las principales ramas de la física desde la cual se estudia el movimiento de los cuerpos y las fuerzas que actúan en estos. Para ello se vale de las Leyes de Newton.
Mecánica de los fluidos
Meteorología
La meteorología es una ciencia que estudia la atmósfera y sus componentes. Se vale de los diversos conocimientos de la física para estudiar y analizar los estados del tiempo, los fenómenos meteorológicos, la atmósfera, los movimientos del aire y del agua en la superficie terrestre, entre otros, obviamente ayudaría al saber precisamente el clima y de esta manera recolectar mas agua y en donde haya un exceso dirigirlo a aquellas zonas que carezcan de este recurso.
Boceto
Conclusión
El agua pluvial es una solución a varios problemas de abastecimiento, mediante nuestro proyecto buscamos resolver este problema, a pesar de ser algo sencillo relativamente, es una gran ayuda a la problemática que se vive actualmente, ya que al no aprovechar al completo el agua de lluvia no podemos evitar las inundaciones, y solo dejamos que se acumule.
Nuestro proyecto puede ayudar a miles de personas en el presente en el futuro, y de esta manera cuidamos el agua potable que cada vez es mas escasa, ya que la desperdiciamos en varias actividades en las que podríamos utilizar el agua pluvial.
Referencias
Energía y tipos de energía: https://www.fundacionendesa.org/es/recursos/a201908-que-es-laenergia
Que es Sustentabilidad?: https://www.significados.com/sustentabilidad/
Energías Renovables, Tipos de energías renovables: https://www.acciona.com/es/energiasrenovables/
Actuales sistemas empleados para el aprovechamiento de energías naturales(Solar, eólica,hidráulica,geotérmica): http://www.energiaysociedad.es/manenergia/3-2-energiasrenovables-tecnologia-economia-evolucion-e-integracion-en-el-sistema-electrico/
Que son las inundaciones- http://www.floodup.ub.edu/inundaciones/
Sistemas para aprovechar el agua de la lluvia- https://www.arrevol.com/blog/5-sistemasmetodos-para-reaprovechar-reutilizar-el-agua-de-lluvia
Captación y aprovechamiento de agua pluvial a nivel domiciliario y comunitario. http://www.agua.unam.mx/reunamos/assets/pdfs/CordovaMiguel_IMTA.pdf
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