Proyectos Realizados
Proyecto 315119: Generación distribuida inteligente, una nueva cultura energética incluyente para el área metropolitana de Guadalajara.
Responsable técnico: Dr. Alberto Coronado Mendoza
Financiamiento: Convocatoria CONACYT FORDECYT-PRONACES, fase I
El Área Metropolitana de Guadalajara (AMG o ZMG) es el polígono urbano que enmarca a la Ciudad de Guadalajara, considerada como una de las tres ciudades más importantes del país. Se constituye a partir de un modelo económico dual en donde coexisten diferentes niveles de desarrollo distribuidos de manera desigual. Esta falta de equidad se acentúa directamente en los asentamientos informales, que no cuentan con servicios de infraestructura básica, y que difícilmente puede ser solventada a partir de los recursos públicos, ya que éstos son limitados y son mayormente asignados a la operación y el mantenimiento de los edificios municipales, así como para proporcionar servicios a la ciudadanía de manera generalizada en los espacios territoriales formalizados, por lo que esta desigualdad se va incrementando de manera gradual. Si bien a lo largo de los años se ha comprobado que el consumo de energía eléctrica es un factor determinante para la de reducción de costos en diferentes países, en México la energía consumida proviene principalmente de la quema de combustibles fósiles, lo cual resulta en la emisión de gases de efecto invernadero y que contribuyen al cambio climático y sus consecuencias.
Por otro lado, gracias a la ley de generación distribuida, en Jalisco son cada vez más los usuarios que optan por generar su propia energía para cubrir un porcentaje de su demanda energética, a partir del aprovechamiento de los recursos renovables autóctonos, disminuyendo así la huella de carbono derivada de las actividades diarias. Sin embargo, al interior de las colonias marginadas este tipo de acciones difícilmente se implementan, ya que se tienen otro tipo de problemáticas de primer orden más inmediatas.
Es imperioso por tanto implementar proyectos que permitan, por un lado, incrementar la eficiencia y el ahorro energético de los edificios gubernamentales a través de la creación de una nueva cultura energética basada en la redistribución de los recursos desde el orden institucional como primera meta, y posteriormente generar los mecanismos necesarios para la utilización de estas economías dentro de las comunidades marginadas, creando esta corresponsabilidad socio-institucional.
En el presente proyecto, se describen los objetivos y metas que describen el modelo metodológico socio-institucional a implementar y que describe las acciones de mejora derivadas del análisis de la información del consumo energético que se ha realizado a lo largo del desarrollo de la primera etapa de diagnóstico de la presente convocatoria, y, que fue dirigida al análisis de ambos ejes entendidos de manera biunívoca. La prueba piloto de esta propuesta se desarrolla en el edificio de la Secretaría de Trabajo y Previsión Social del Estado de Jalisco (STPS), así mismo se realiza el trabajo en conjunto con diferentes redes de actores que son habitantes de la colonia Lomas del Centinela del Municipio de Zapopan, Jalisco; comunidad que es considerada como un asentamiento informal o de entorno sensible. Se describe brevemente la metodología para la selección de los casos piloto, así como el trabajo realizado en campo dentro de su primera fase de diagnóstico.
Partiendo de la necesidad de participación dentro de la esfera institucional, se detectaron diferentes edificios municipales y estatales. Para la selección del caso se diseñó un formulario en conjunto con los integrantes de la Alianza para la Acción Climática de Guadalajara (ACA-GDL-Energía), con la finalidad de seleccionar aquellos que contaban con las características del diseño necesario para esta intervención según su diagnóstico de gasto energético; como resultado se identificaron seis edificios y fue finalmente a partir de una matriz de selección que se encontró que, por sus atributos y necesidades, el edificio de la STPS será considerado como la prueba piloto inicial. A partir de estas actividades se realizó el diagnóstico inicial para el estudio de los hábitos de consumo de los trabajadores que laboran en este tipo de edificaciones, los cuales se describen en los anexos correspondientes.
Desde el eje social se definió como zona de intervención la colonia Lomas del Centinela; ésta decisión se realizó a partir del aprovechamiento de la red social previamente estructurada que mantiene colaboración abierta con el Laboratorio de Ciencias de la Ciudad de la Universidad de Guadalajara (UdeG) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que cuenta con una red de participantes activos dentro de la colonia desde 2018; pues se conoce la dificultad propia del trabajo social que se traduce directamente en la necesidad de construcción de redes de confianza, misma que es casi imposible de realizar desde cero en un proyecto a tres años, por ello, se vuelve un factor determinante la valorización de este camino construido como el recurso humano necesario para garantizar el éxito del proyecto.
Una vez definido el caso de estudio, se realizó un análisis primario de información dentro de la comunidad a partir del levantamiento de tres diferentes encuestas, diseñadas con el propósito de encontrar datos en tres diferentes escalas. Estas acciones se realizaron en seis puntos estratégicos dentro de la colonia, porque se encontró que el asentamiento está en sí mismo fragmentado socialmente. Para ello se realizaron acercamientos en diferentes ocasiones con varios grupos dentro de la comunidad. En estas intervenciones se capacitó a doce habitantes de las diferentes secciones encontradas en la colonia. Estos habitantes posteriormente fungieron como los enlaces principales para sensibilizar a otros vecinos y a partir de esta estructura piramidal se posibilitó la transmisión de comunicación sobre la necesidad de participación e involucramiento de los habitantes dentro de los cambios que se espera desarrollar dentro de la comunidad, transmitiendo que son ellos mismos los agentes de cambio principales para que estas acciones puedan ejecutarse con éxito. Como resultado, se contó con la participación de 245 encuestados. Cabe mencionar que esta participación se convirtió en un logro importante, ya que la comunidad tiene problemas de confianza en este tipo de intervenciones por el acercamiento de grupos con otro tipo de intereses.
En estas intervenciones también pudo realizarse un levantamiento básico a partir de drones, por lo que se pudo empalmar de manera inicial la información de las condiciones sociales de los habitantes a partir de las encuestas, la información del uso de suelo proveniente de la planimetría institucional, así como la situación general del asentamiento, como herramientas para evaluar los mecanismos que mejor se puedan implementar en la instalación y adopción de nuevas tecnologías renovables por parte de la población para determinar sus necesidades más urgentes. Se encontró por ejemplo que la accesibilidad era una de las más importantes y que tenía que ver tanto por la falta de alumbrado público así como la falta de calles. Mediante esta información se comenzó a realizar un pre-dimensionamiento de las tecnologías renovables para ser implementadas en la segunda fase, así también se encontró como necesaria la implementación de sistemas de monitoreo de energía en tiempo real para la confirmación de estos datos, ya que si efectivamente se logran las mejoras que se tienen como hipótesis, el modelo que se presenta sirve de precedente para la replicabilidad del proyecto en otros entornos.
De esta manera se sostiene que esta propuesta de generación distribuida permitirá promover una nueva cultura energética efectiva, tanto en la esfera institucional, a partir de la intervención de edificios institucionales, así como dentro de los asentamientos informales que serán los directos beneficiarios, como es el caso de los habitantes de Lomas del Centinela, creando un vínculo de corresponsabilidad socio-institucional para el mejoramiento ambiental, y que permitirá ser un proyecto piloto de transición energética democrática e incluyente, donde los actores principales son los mismos usuarios de la energía, a quienes llamaremos prosumidores.
Proyecto 260775: “Laboratorio de Smart Grid para la Integración de Energías Renovables y Ahorro Energético y Formación para Gestores Tecnológicos en Área de la Energía”
Responsable técnico: Dr. Alberto Coronado Mendoza
Financiamiento: CONACYT, FONDO SECTORIAL CONACYT-SENER-SUSTENTABILIDAD ENERGÉTICA CONVOCATORIA 2014-01
Proyecto 260777: “Análisis de estabilidad de micro-redes aisladas con energías renovables”
Responsable técnico: Dr. Alberto Coronado Mendoza
Financiamiento: SEP-CONACYT-CIENCIA BÁSICA, CONVOCATORIA 2015
Con el apoyo al presente proyecto se han podido realizar diferentes tipos de análisis que es necesario realizar para el diseño y operación de micro-redes con energías renovables. Partiendo de la integración de la gestión de la demanda para el dimensionamiento óptimo de las microredes aisladas, juega un papel importante para disminuir los costos de instalación, con la integración de energía solar fotovoltaica, eólica, sistemas de almacenamiento por baterías y generadores diésel. Hasta el análisis de calidad de energía, profundizando en los análisis de contenido armónico que generan los inversores, y a partir de ahí, proponer modelos matemáticos basados en fasores dinámicos que permitan diseñar controles a frecuencia variable que permitan operar a las micro-redes de una manera más eficiente y con mejor calidad. Así mismo se ha
propuesto una metodología para el dimensionamiento de micro-redes rurales, haciendo énfasis en definir un perfil de demanda que permita elevar la calidad de vida de las personas de ese tipos de comunidades, a través de un estudio referencial internacional, y a partir de ese análisis, dimensionar la micro-red incluyendo energías renovables utilizando el software HOMER-PRO, el cual fue adquirido con este fondo junto con un equipo de cómputo y dos libros especializados en el tema. También se ha investigado sobre la importancia de implementar sistemas de monitoreo en tiempo real, además de la generación fotovoltaica, para con esta información, impulsar un cambio de cultura energética, donde los usuarios tradicionales se convierten en prosumidores, que son más conscientes y responsables con su consumo energético. Así mismo, la aplicación de técnicas heurísticas de optimización para sistemas de bombeo fotovoltaico, que maximicen la eficiencia del sistema. Finalmente, se ha creado una librería de simulación, con los diferentes elementos que componen micro-redes, tanto en corriente directa como en corriente alterna. Dicha librería ha sido programada en MatLab/Simulink, y posteriormente, programada en el software RT-LAB para poder ser cargada en un simulador en tiempo real, marca OPAL-RT. Este tipo de análisis está tomando gran interés en el mundo, y particularmente en México no hay muchas instituciones que cuenten con este tipo de equipo. Además, se reforzaron los lazos de colaboración entre investigadores de la Universidad de Zaragoza, España y de la Universidad de Guadalajara, México. Derivado en dos estancias de investigación, una del Dr. Alberto Coronado Mendoza, a la Universidad de Zaragoza. y otra del Dr. José Antonio Domínguez Navarro, a la Universidad de Guadalajara, donde se tuvieron diferentes actividades como seminarios y asesorías en tesis de maestría y doctorado. Una parte importante de este proyecto fue la formación de recursos humanos, tanto a nivel licenciatura como de maestría y doctorado. Otorgando apoyo económico a tres becarios de licenciatura, quienes desarrollaron sus tesis en el proyecto.
Proyecto 258960 “Producción en serie de hidrógeno y metano mediante la co-digestión anaerobia De residuos sólidos orgánicos: caracterización y diseño de control óptimo para Mejorar la estabilidad y el rendimiento en presencia de perturbaciones”
Responsable técnico: Dr. Kelly Joel Gurubel Tun
Financiamiento: 258960 SEP-CONACYT-CIENCIA BÁSICA 2016-2021
En el presente trabajo se propone una estrategia de control óptimo para mejorar la estabilidad y el rendimiento en la producción simultánea de Hidrógeno y Metano a partir de aguas residuales orgánicas en presencia de perturbaciones. El proceso es llevado a cabo en dos etapas continuas con reactores que operan a temperatura termofílica con microorganismos facultativos. El rendimiento en la producción es mejorado por una ley de control que calcula una mezcla óptima de la alimentación que maximice la conversión de DQO a hidrógeno y metano sin desestabilizar el proceso. La estabilidad del proceso es mantenida por una ley de control basada en la relación de alcalinidades y tasa de recirculación variable que modifica la tasa de dilución del sistema para rechazo de perturbaciones. El pH del sistema es controlado únicamente en la primera etapa lo que representa un ahorro en el uso de reactivo alcalino y energía. La temperatura del proceso es mantenida a 55°C a través de un intercambiador de calor y el sistema es operado a diferentes cargas de DQO (Demanda Química de Oxígeno) para perturbar al sistema. El diseño de los algoritmos de control óptimo y estimador de estados no medibles (modelo neuronal) se realiza a nivel simulación a partir del modelo matemático obtenido de la caracterización del proceso para posteriormente validar la acción de control en tiempo real.
Proyecto: “Sustainable energy technology and environmental nanotechnology”. 2017.
Responsable Técnico: Dra. Belkis Coromoto Sulbarán Rangel.
Financiamiento: Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD) Section ST16 y ST42
Como parte del servicio Aleman de Intercambio Alemán, más conocido como DAAD, se han realizado 2 Seminarios de investigación.
Proyecto social 319195: Diseño, implementación y fortalecimiento de sistemas de energía solar para mitigar la pérdida de productos agrícolas y revalorizar cadenas hortícolas en Zacatecas. Lugar de implementación: Estado de Zacatecas (ciudades de Fresnillo y Zacatecas)
Colaborador: Dr. Jesús Águila León
Financiamiento: Convocatoria CONACYT FORDECYT-PRONACES, fase I y 2
Actualmente la humanidad se enfrenta a problemáticas de ámbito mundial como la inseguridad alimentaria (hambre), abasto de energía sustentable y el deterioro del medio ambiente (cambio climático). Una alternativa de solución para incidir simultáneamente en dichas problemáticas consiste en reducir la pérdida y desperdicio de alimentos (PDA). En México se ha calculado una PDA anual de aproximadamente 20.4 millones de toneladas, las cuales podrían alimentar a 7.4 millones de personas en estado de
pobreza y pobreza extrema (SEMARNAT, 2017). Las frutas y las verduras son los productos donde se observan pérdidas de productos frescos y representa aproximadamente 38% del desperdicio mundial de alimentos en masa (Chen et al., 2020). Además, la pérdida y desperdicio de frutas y verduras, no sólo genera la pérdida del valor funcional-nutricional (Spiker et al., 2017) y económico de estos alimentos, sino también, el desperdicio indirecto de recursos (energía, agua, tierra) con un impacto negativo al medio ambiente (Chen et al., 2020). Por lo anterior, se plantea la necesidad de minimizar la PDA a través de la revaloración de los productos conservando sus propiedades nutricionales y funcionales. Así una alternativa, es el uso de energías limpias como la solar para deshidratar productos que se pierden en todos los eslabones productivos y comerciales. Esto contribuye no sólo a la seguridad alimentaria, sino también a mantener los niveles de nutrición en la población.
Las acciones de investigación realizadas en la fase semilla de ambos proyectos, generaron un diagnóstico social, ambiental, económico y tecnológico que sirve de base para el diseño de las estrategias de la siguiente fase. Las fallas en el mercado y la falta de agroindustria generan que un alto porcentaje de los productos agrícolas producidos en el estado de Zacatecas no se aprovechen potencialmente para su consumo. En este sentido, la siguiente fase prevé contribuir al diseño, implementación y fortalecimiento del uso de energía solar para disminuir la pérdida de productos hortícolas y agregar valor en las cadenas agroalimentarias; mediante el desarrollo de experiencias piloto de secado solar.
2.2. Objetivo general de incidencia, objetivo general de investigación
Objetivo general de incidencia es contribuir a transitar hacia una matriz energética sostenible mediante el diseño, implementación y fortalecimiento de sistemas de secado solar, con el propósito de minimizar la pérdida de productos hortícolas y agregar valor en las cadenas agroalimentarias del estado de Zacatecas, con la finalidad de coadyuvar a garantizar la soberanía alimentaria y el desarrollo territorial con menor impacto ambiental.
Objetivo general de investigación es investigar estrategias tecnológicas de energía solar, dinámica de cadenas agroalimentarias, situación social de los actores y funcionamiento institucional, mediante la implementación de soluciones integrales para la apropiación de sistemas energéticos resilientes y diversificados distintos a los combustibles fósiles, para lograr beneficios sociales, ambientales y económicos tangibles en los actores de incidencia del proyecto.
Proyecto: (2020-2022) Fortalecimiento Cuerpos Académicos 23212-2020, Desarrollo de un reactor electro-Fenton para tratamiento de vinazas tequileras y su impacto socio-económico en el municipio de Tequila, Jalisco.
Colaborador: Dr. Arturo Estrada
Financiamiento: Secretaría de Educación Pública
Construcción de un reactor electro-Fenton y realizar un diseño de experimentos que optimice la disminución de demanda química de oxígeno en aguas residuales de vinazas tequileras. A la vez de la realización de estudios hidrológicos, geohidrológicos, y/o de impacto social y económico de dichas aguas residuales en el municipio de Tequila, Jalisco.
Proyecto: (2018-2020) UDG-PTC-1408 Desarrollo de un sistema de oxidación avanzada energizado por celdas solares sensibilizadas con colorante
Financiamiento: Secretaría de Educación Pública
Se desarrolló un método de aceleración de adsorción de colorante sobre nanopartículas de dióxido de titanio para la producción de celdas solares sensibilizadas por colorante, a la vez que se probó la eficacia de un reactor de oxidación avanzada.
