Resumen

Resumen 

Iniciamos con una exhaustiva investigación para evaluar la viabilidad del proyecto, identificando plantas con alto potencial energético. Nuestro proyecto se basa en una pila, la cual tiene dos polos, uno positivo (protones) y uno negativo (electrones), este dispositivo electroquímico convierte la energía química almacenada en sus componentes en energía eléctrica. La corriente eléctrica generada por el flujo de electrones a través del circuito se utiliza para así poder encender un foco o el objetivo deseado. Después de conocer esto, diseñamos una conexión en serie de estas plantas, utilizando varias láminas galvanizadas como el polo negativo y numerosos metros de cable de cobre como el polo positivo. La lámina galvanizada es una lámina de acero que ha sido sometida a un proceso de inmersión en caliente que recubre la lámina al 100% de zinc, con la finalidad de prevenir la corrosión. La lámina galvanizada tiene un sin número de aplicaciones: en construcción, automóviles, fabricación de herramientas, etc.

La fase final consistió en conectar varias plantas y metales en serie para así lograr encender un foco, demostrando la generación de energía sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Este proyecto representa un avance significativo hacia la implementación de una fuente de energía alternativa y sustentable que satisface las necesidades energéticas sin dañar el medio ambiente. Esperamos que esta investigación tenga un impacto positivo en la sociedad y allane el camino hacia soluciones energéticas sostenibles, con reducción de residuos, que permita la diversificación de fuentes de energía, tener independencia energética y poder proveer a zonas remotas con electricidad.

Palabras clave

Luz, cobre, láminas galvanizadas, cables, plantas

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Nuestro mundo se enfrenta a una crisis energética a escala mundial. La energía es un producto muy importante. Nuestros sistemas energéticos tradicionales como el petróleo, el gas, etc. están contaminando nuestro planeta con dióxido de carbono y residuos.

 También algunos recursos se agotarán en las próximas décadas. Es por eso que la demanda de nuevas formas de energía aumenta. Energía renovable y sostenible. Además, es muy importante que la energía esté disponible para todos porque en todo el mundo miles de millones de personas no tienen acceso a la electricidad. Sin electricidad, no tendrían luz para leer, ni teléfono para comunicarse, ni computadora para participar en el mundo.  Las naciones, los científicos y las empresas están tratando de generar energía sostenible y renovable. 

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. La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el joule (J), en honor al físico inglés James Prescott Joule. 

La energía eléctrica es un tipo de energía que consiste en el movimiento de los electrones entre dos puntos diferentes, cuando existe una diferencia de potencial entre ellos, lo cual les permite generar una corriente eléctrica.

El impacto ambiental de la energía eléctrica supera la preocupación apremiante. Las emisiones de gases de efecto invernadero están generando un cambio climático de gran preocupación, también esto ocasiona agotamiento de numerosos recursos naturales al igual que demasiada contaminación del aire la cual contribuye a algunos problemas de salud como enfermedades cardíacas y respiratorias. 

Propiedades de la energía. La energía tiene 4 propiedades básicas:

Se transforma. La energía no se crea, sino que se transforma y es durante esta transformación cuando se manifiestan las diferentes formas de energía.

United Nations. (s. f.). El papel de los combustibles fósiles en un sistema energético sostenible | Naciones Unidas. 

El impacto ambiental de las energías NO renovables: cambio climático y más. (s. f.). 

La energía. (s. f.). Endesa. 

¿Qué es y de dónde proviene la energía? (s. f.). Instituto Catalán de Energía. 

¿Qué es la energía eléctrica? Tipos, características y usos – Repsol. (2023, 6 octubre). REPSOL. 

.:: Portal – GascoEduca ::. (s. f.).

Antecedentes

Antecedentes 

Los polos están conformados por partículas llamadas electrones y protones. Estos tienen un desarrollo, el cual se basa en el proceso MFC (Pila de combustible microbiana en inglés) y este se lleva a cabo cuando las bacterias en la tierra consumen materia orgánica generando electrones que fluyen hasta la lámina galvanizada, después son realizados al circuito exterior y finalmente son atraídos por el cable de cobre en el cual cambian a protones. Un dato interesante es que si dentro del cobre las partículas se mezclan con el oxígeno, se podrían generar moléculas de agua (Hurtado, 2013). 

Se conserva. Al final de cualquier proceso de transformación energética nunca puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se mantiene. La energía no se destruye (Feyman, 1964).

Asimismo, la fotosíntesis es un gran factor que impulsa nuestra energía llevándola hasta un límite superior, el cual nos ayuda a generar estos nuevos métodos de energía menos dañinos. Durante la fotosíntesis, esta genera fotones (pequeños paquetes de energía luminosa), los cuales son absorbidos por la planta. Así pues, los fotones actúan como la llave que abre la energía del sol para las plantas. Excitan electrones que alimentan la maquinaria para fabricar ATP, la fuente de energía para producir azúcar y, en última instancia, alimentar la vida de la planta. Además, ¡nos proporcionan el oxígeno vital! (Bello, 2009).

El voltaje se refiere a la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. En el montaje propuesto, las raíces no afectarían significativamente al voltaje del cable de cobre porque no participan activamente en el proceso de conversión de energía.

Su función principal es absorber agua y nutrientes del suelo, que son esenciales para la salud de la planta pero no están directamente relacionados con la tensión o la generación de electricidad (Torres, 2010).

Decidimos utilizar estos materiales por distintos factores. Los tipos de plantas fueron elegidos gracias a… Los distintos metales que usamos para la conexión negativa y positiva, en este caso el cable de cobre y las láminas galvanizadas, porque eran unos de los materiales menos oxidables y menos dañinos hacia las plantas. Pensando en el cable de cobre, definitivamente a nadie verdaderamente se le ocurriría pensar que podría durar hasta 25 años! Sin embargo, claramente esto depende de distintos factores, pues obteniendo una clara limpieza y un clima perfecto no sería una tarea factible. Las láminas de galvanizado pueden depender bastante de estos factores, por lo que su duración puede variar de 10 años hasta incluso 50. No es ni siquiera 3 veces más la duración de un foco ahorrador, el cual tiene 15,000 horas de vida útil. Es por eso que estos metales cumplían implacablemente nuestras necesidades.

Cobre:

Es altamente conductor, dúctil y maleable, e incluso resistente a la corrosión

Lámina galvanizada:

Buen conductor (Aunque no es tan bueno como el cobre, el zinc sigue siendo un buen conductor entre los metales comunes), es asequible y contiene un revestimiento protector

Objetivo

Construir un circuito eléctrico utilizando 6 plantas, tierra, cable de cobre, galvanizado que conduzca la energía generada por la fotosíntesis para encender dos focos led.

Objetivos específicos

Construir un circuito eléctrico que atrape la energía generada ´por las plantas 

Colocar las plantas en circuito para lograr generar el mayor voltaje posible.

Desarrollar un nuevo método de energía sustentable que no equivalga a la energía dañina que tanto se consume diariamente y que además  contribuya en la reducción de CO2

Justificación

En nuestro primer intento pudimos generar 4.9 voltios y prender una luz LED. Esta vez investigamos más sobre el tema y logramos optimizar la producción de energía.  A través de nuestros estudios en el Instituto Thomas Jefferson de Zona Esmeralda no solo nos hemos enfocado en la ciencia, sino que también nos hemos enfocado en la sociedad en la que vivimos. Es por eso que este proyecto es importante. La energía de las plantas es vital para la sociedad por varias razones:

Renovables y sostenibles: A diferencia de los combustibles fósiles, que son recursos finitos y contribuyen a la degradación ambiental, las fuentes de energía de origen vegetal son renovables y sostenibles. Mientras las plantas se cultiven y cosechen de manera responsable, pueden proporcionar una fuente continua de energía sin agotar los recursos naturales ni dañar el medio ambiente.

Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero: Las fuentes de energía de origen vegetal, como la biomasa y los biocombustibles, emiten cantidades más bajas de gases de efecto invernadero en comparación con los combustibles fósiles. Esto se debe a que el dióxido de carbono liberado durante su combustión es compensado por el dióxido de carbono que fue absorbido por las plantas durante su crecimiento.

Seguridad energética: El uso de fuentes de energía de origen vegetal puede reducir la dependencia de las importaciones extranjeras de petróleo y gas, mejorando la seguridad energética de un país. Esto es especialmente importante en regiones donde los recursos energéticos son escasos o políticamente inestables.

Beneficios económicos: La producción de energía basada en plantas puede crear nuevos empleos y apoyar las economías rurales. Además, el uso de energía basada en plantas puede ayudar a reducir los costos de energía para los consumidores, lo que puede tener un impacto positivo en la economía en general.

Hipótesis

Si generamos un circuito con 6 plantas de interior cableadas en serie para que compartan la misma corriente eléctrica (con láminas galvanizadas y cobre en su interior) podremos generar 4.9-5 voltios suficiente para encender 2  focos LED así produciendo energía de forma natural y sustentable.

Método (materiales y procedimiento)

Material, equipo y sustancias

• -30+ Metros De Cobre De Diferente Grosor 
• -13 Placas De Galvanizado
• – 2 focos led 
• -Maceta 
• -Medidor De Voltaje 
• -Protoboard
• -Tierra
• -Agua Potable 7
• -Plantas

Procedimiento

1. Se hacen dos hoyos en la parte inferior y dos en la parte superior de la maceta.
2. Se coloca una capa de tierra bien apisonada con una pala sin cubrir los primeros hoyos.
3. Se aparta eso por un segundo y se conecta cada placa de galvanizado con dos cables de cada lado.
4. Se acomodan las placas en una especie de cama.
5. Se inserta una segunda capa de tierra, procurando que los cables no se tapen al igual que los hoyos laterales.
6. Se vuelve a dejar de lado y se conecta cada cable de cobre con otros dos cables de cada lado.
7. Se colocan los cables de cobre a la altura de cada placa de galvanizado.
8. Se conectan los dos cables de cada placa de galvanizado y los dos cables de cada cable de cobre.
9. Se conectan los cables unidos del lado negativo con el lado positivo, dejando sueltos a los cables positivos.
10. Se hace lo mismo con todo el circuito, y para cerciorarse de que se haya unido correctamente, los cables restantes deberían de ser los negativos.
11. Pasamos los cables restantes por los 2 hoyos y colocamos las plantas, procurando que su raíz esté lo más cercana al circuito posible. 

Galería Método

Resultados

Este es el voltaje que te da cuando unes uno de los cables positivos con el negativo dentro de la maceta y se generan los suficientes voltios para prender una LUZ LED de cada lado (2 LUZ LED).

Galería Resultados

Discusión

Análisis e interpretación de resultados

Se generaron voltios suficientes (6 voltios) utilizando cobre y láminas galvanizadas creando una célula electroquímica. En el proceso de la reacción, los electrones, formando una corriente eléctrica útil, pueden ser transferidos desde las láminas galvanizadas al cobre a través de un camino conductor de la electricidad. La tierra y las plantas sirven para completar este medio. Así, suficiente corriente es generada con las 8 plantas conectadas en serie (conexión en la que los cables se conectan sucesivamente, es decir, el terminal de salida de un cable se conecta a la terminal de entrada del cable siguiente). La corriente generada por el sistema de aproximadamente 6v puede iluminar 2 focos led (de 2v). Si suficientes plantas son conectadas en serie más energía se podría generar.

Al hacer el primer experimento con la primera planta solo se usó una laminada galvanizada y 1 metro de cobre. Al hacer la medición con el voltímetro se generaron 0.85v a 0.92v aprox. Así, usando más metros de cobre y láminas galvanizadas se generaron 6-5  voltios  por planta.

Se reconoció que las condiciones ambientales, a pesar de haber sido controladas, podrían haber experimentado variaciones imprevisibles que afectaron los resultados. Por ejemplo, eventos climáticos inesperados o cambios en la intensidad de la luz solar podrían haber influido en la generación de los voltios. 

Se comprueba que la investigación es correcta. Las plantas en tierra fértil con láminas galvanizadas y cobre generan un flujo de electrones de la lámina galvanizada al cobre creando una corriente eléctrica, que se utiliza para alimentar un foco led de 6v. Así las plantas en tierra generan energía con elementos relativamente fáciles de obtener.

Conclusiones

Se logró construir un circuito eléctrico usando los materiales previamente mencionados que capta la energía generada por la fotosíntesis produciendo 4.9v en total.

Siendo esta como una buena alternativa como energía sustentable, contribuyendo a la absorción de CO2.

Bibliografía

Producing electricity through plants – science [Video]. (2021, January 22). YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=7Ap-pcY0utU&t=30s

TEDx Talks. (2017, February 28). The future of electricity is in plants | Marek Mis | TEDxKazimierz [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=y3NHPpHCJLs 

Swaminathan, S. (2020, September 11). Plants generate electricity. Earth.com. https://www.earth.com/news/plants-generate-electricity/ 

Shi, X., Li, M., Li, T., Liu, Y., & Li, C. (2021). Plant microbial fuel cells: A review of research and development in the past decade. Sustainable Energy & Fuels, 5(3), 578-592. https://doi.org/10.1039/d0se01535j 

Abalde-Cela, S., & Veiga-Ríos, P. (2013). A review of plant–microbial fuel cells as an alternative renewable energy source. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 23, 191-199. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.02.0
17 

epsol.com/es/energia-futuro/futuro-planeta/energia-electrica/index.cshtml#:~:text=La%20energía%20eléctrica%20es%20un,generar%20la%20llamada%20corriente%20eléctrica.

Delgado Galán-, G. C., & Landeo-Quispe, A. (2012). Análisis de la producción de electricidad mediante las plantas. Revista de Energías Renovables, 3(10), 1-13. http://www.ecorfan.org/republicofperu/research_journals/Revista_de_Energias_Renovables/vol3num10/Revista_d_Energ%C3%ADas_Renovables_V3_N10_1.pdf

Summary

Abstract

We started with an exhaustive investigation to evaluate the viability of the project, identifying plants with high energy potential. Our project is based on a battery, which has two poles, one positive (protons) and one negative (electrons). This electrochemical device converts the chemical energy stored in its components into electrical energy. The electric current generated by the flow of electrons through the circuit is used to turn on a desired light bulb or target. After knowing this, we designed a series connection of these plants, using various galvanized sheets as the negative pole and numerous meters of copper wire as the positive pole. Galvanized sheet is a steel sheet that has been subjected to a hot immersion process that coats the sheet with 100% zinc, in order to prevent corrosion. Galvanized sheet has a number of applications: in construction, automobiles, tool making, etc.

The final phase consisted of connecting several plants and metals in series in order to light a light bulb, demonstrating the generation of sustainable and environmentally friendly energy. This project represents a significant step towards the implementation of an alternative and sustainable energy source that meets energy needs without harming the environment. We hope that this research will have a positive impact on society and pave the way towards sustainable energy solutions, with waste reduction, that allow the diversification of energy sources, have energy independence and be able to supply remote areas with electricity.

Key words

Light, copper, galvanized sheets, cables, plants

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography