Son muchos los proyectos de investigación e innovación que tienen como objetivo el diseño y desarrollo de un dispositivo electrónico, cuya finalidad es cubrir una necesidad determinada del mercado. En general se buscan dispositivos con la capacidad necesaria para adquirir información del mundo físico que nos rodea y en muchos casos, interactuar con él.
Para realizar la validación de la idea de una forma funcional es necesaria la realización de un prototipo previo que permita tener una primera aproximación de la solución final. Generalmente, la parte más compleja e interesante es el diseño electrónico del dispositivo. En esta parte se realiza el diseño y desarrollo de la placa electrónica, definiendo requerimientos de consumo y comunicación, seleccionando microcontroladores, placa PCB, componentes, conectores, etc.
Para llevar a cabo esta tarea, son necesarias costosas licencias software de diseño electrónico, integrar en el equipo de trabajo personal electrónico experto y destinar una parte importante de las horas del proyecto a su ejecución.
Los tiempos cambian y cada vez son más las plataformas de desarrollo hardware implicadas en hacer posibles estos cambios. Estas plataformas ofrecen al usuario una placa que integra el microcontrolador con los circuitos y componentes básicos de comunicación, de alimentación, etc. Destacan entre ellas: Parallax, STMicroelectonics, LaunchPad, Microchip ChipKIT, mbed (versión de ARM para dar soluciones a internet de las cosas),…
Pero si tuviera que decantarme por una de estas plataformas en este momento lo haría por Arduino. Considero que ha sabido combinar hábilmente la parte hardware con la parte software, generando una plataforma de prototipado flexible, de código abierto y de fácil uso, cuyas características son:
Un hardware basado en potentes placas que integran microncontroladores sencillos y cuyas principales características son: bajo coste, reducido tamaño y bajo consumo. Dado que todo está publicado bajo licencia Creative Commons, en el mercado existe disponible una gran variedad de equipamiento auxiliar desarrollado por otros fabricantes que dan soporte a esta plataforma.
Un software de código abierto, basado en un entorno de desarrollo sencillo y claro, que permite a programadores expertos generar complejas soluciones. En parte, esto debe disponibilidad de multitud de librerías estandarizadas aportadas por una gran comunidad en la red.
Estas características facilitan y garantizan la integración de las nuevas tendencias y evoluciones que se producen continuamente en el campo de la electrónica, mejorando así sus prestaciones y capacidades.
Aunque a priori se pueda pensar que esta plataforma está diseñada para comenzar a experimentar con la electrónica, sus características la convierten en una herramienta flexible y potente para usuarios expertos, facilitando el desarrollo de prototipos avanzados.
Por lo tanto, estas herramientas permiten reducir costes y tiempos de diseño de cualquier propuesta tecnológica, facilitando la creación de prototipos y disminuyendo los errores generados en su fase de desarrollo. Esto permite al investigador olvidarse de la implementación a bajo nivel y centrarse en las prestaciones del diseño.
Esta tecnología tiene un gran potencial de integración en varias de las líneas tecnológicas de investigación e innovación con las que trabaja actualmente la Unión Europea como, por ejemplo, en el área de Internet de las Cosas (IoT) y en Factorías del Futuro (FoF), de H2020.
En CARTIF somos conscientes de su importancia y hemos comenzado a utilizar estas plataformas como apoyo en el desarrollo de nuestros trabajos de investigación. Una muestra de ello son el proyecto europeo “SANDS”, donde convergen Internet de las Cosas, Redes Sociales y Sistemas Inteligentes, y el proyecto nacional “REPARA 2.0”, donde se buscan nuevos sensores autónomos e inalámbricos para ser embebidos en la capa de asfalto de nuestras carreteras.
Protocolos anticontaminación, límites de velocidad, restricciones de aparcamiento, hasta el color gris del cielo y datos muy, muy, alarmantes. Todo esto provoca la circulación de nuestros coches en las grandes ciudades. Según la Agencia Europea del Medio Ambiente (AEMA), más del 13% de las partículas contaminantes de los 28 países de la Unión Europea son producidas por el transporte, lo que supone casi 4.000 muertes anuales. Solo en las ciudades, los datos afirman que el tráfico supone el 60% de las emisiones a la atmósfera. ¿Hasta cuándo podremos permitirnos seguir así?
Sin embargo, no todos los coches tienen la misma culpa, es decir, no todos contaminan lo mismo. Está demostrado que solo el 10% de los vehículos que circulan por nuestras calles contribuyen con el 50% de las emisiones. Son los que llamamos ‘altos emisores’. Pero, ¿cuáles son estos coches?, ¿los motores diésel?, ¿los más antiguos?, ¿los que menos mimos reciben por parte de sus dueños? No necesariamente. Un alto porcentaje de propietarios de vehículos altamente contaminantes no lo saben. Muchos de ellos han superado correctamente la ITV e incluso se estima que el 50% de ellos son vehículos de menos de dos años.
¿Cómo puedo saber si mi coche es un ‘alto emisor’?
El proyecto LIFE GySTRA, coordinado por CARTIF, propone identificar estos vehículos altamente contaminantes, monitorizar la evolución de los niveles de emisiones e informar a sus propietarios, todo ello con un nuevo desarrollo tecnológico, el RSD+. De momento, la intención es realizar pruebas y recabar datos con el fin de poner en marcha una nueva política de movilidad sostenible.
El estudio de demostración se llevará a cabo en Madrid y en Sofia (Bulgaria) donde se pretende controlar a los vehículos que circulen por ambas ciudades gracias a tres dispositivos RSD+, adaptados a los requisitos de la UE en cuanto a control de emisiones de NO2.
El modelo piloto en Madrid planea monitorizar 700.000 vehículos en un año. Aquellos identificados como ‘emisores altos’ recibirán una notificación para que reparen el vehículo. Con la reparación de este tipo de coches se espera una reducción de emisiones del 14,8% (CO), 2,8% (HC) y 22,7% (NOx, NO, NO2) del volumen total de emisiones. Incluso si sólo se reparan la mitad de estos vehículos, sería posible reducir las emisiones de CO2 hasta 16 millones de toneladas al año.
Por otro lado, el modelo búlgaro se aplicará en una flota controlada de 150 autobuses. Un estudio reciente sobre los autobuses concluyó que la identificación de un 6,6% de ‘emisores altos’ y su reparación supusieron una reducción del 84% de las emisiones. Este programa de monitorización continua permitirá una reducción mayor, y se espera que el ahorro en combustible sea entre el 3% y el 5%.
La reparación de estos vehículos no solo supone ventajas medioambientales, sino que supondrá ahorros económicos y la mejora de las condiciones del vehículo.
Si el equipo del proyecto consigue estos objetivos, disminuirá en gran medida la contaminación en nuestras ciudades, incluso llegando, en el ideal de los casos, a evitar los episodios de alta contaminación y las restricciones que tantos quebraderos de cabeza suponen para las administraciones y para los propios ciudadanos.
El proyecto también ha diseñado una política de reducción de emisiones que incluye una serie de campañas de información para la población, unas más generales y otras específicas para los propietarios de vehículos más contaminantes.
El consorcio del proyecto cuenta con cinco socios, tres de ellos tecnológicos y dos de la administración. En primer lugar, CARTIF coordina la propuesta; la empresa OPUS RSE es quien desarrollará la tecnología RSD+ de medición remota de contaminación; y el CIEMAT, el centro de investigación que calibrará los equipos y realizará la caracterización y evaluación de las emisiones. Por otro lado, la Dirección General de Tráfico y el Ayuntamiento de Sofia (Bulgaria) prestarán su apoyo para el estudio de demostración en las ciudades de Madrid y Sofía, respectivamente.
Según los datos oficiales de Naciones Unidas, ya en 2014 más de la mitad de la población mundial vivía en áreas urbanas. La previsión es que esa cifra aumentará hasta los dos tercios antes de 2050 siendo el europeo el continente más urbanizado (URBACT, 2015).
Las áreas urbanas son el motor del crecimiento económico regional y nacional, generando hasta el 53% del producto interior bruto en los países de bajos ingresos, el 73% en los países de ingresos medios y el 85% en los países de altos ingresos (Banco Mundial, 1999).
La elevada concentración de población de las ciudades, aunque conlleva un menor consumo de recursos por habitante -por la elevada densidad de población en comparación con las áreas rurales- es realmente negativa desde un punto de vista energético porque las ciudades consumen dos tercios de la energía mundial y generan tres cuartos de las emisiones de CO2 (Smart Cities Council, 2013).
Estos datos hacen entender más fácilmente que la población de las ciudades se vea expuesta a múltiples problemas, como la elevada producción de residuos, las emisiones de carbono, la contaminación, la falta de conservación del patrimonio y el medio ambiente, así como la congestión del tráfico, etc.
El urbanismo tradicional no ha sabido dar respuesta a los fenómenos y problemas que en los últimos años han surgido en las ciudades, debido a su complejidad, diversidad e incertidumbre. Por ello se hacen necesarios nuevos instrumentos de planificación como la Planificación Estratégica, como un intento de abordar la complejidad y diversidad socio-económica de nuestras urbes desde una óptica intersectorial.
De acuerdo con la definición del profesor Fernández Güell, la Planificación Urbana Estratégica es “… un proceso sistemático, creativo y participativo que sienta las bases de una actuación integrada a largo plazo, que define el modelo futuro de desarrollo, que formula estrategias y cursos de acción para alcanzar dicho modelo, que establece un sistema continuo de toma de decisiones y que involucra a los agentes locales a lo largo del todo el proceso”.
En resumen, se trata de una reflexión compartida de las ciudades, para entender el estado actual, ¿dónde estamos?, entender el pasado para ayudarnos a entender el presente, ¿de dónde venimos?, y, por último, definir un modelo de ciudad o visión futura acorde con los anhelos políticos y ciudadanos, ¿hacia dónde queremos ir?
¿Por qué es necesaria una estrategia de ciudad?
Es necesaria como medio para alcanzar un desarrollo urbano sostenible, entendido desde tres puntos de vista: medioambiental, socioeconómico e institucional. El modelo de ciudad actual, así como el modo de vida de sus ciudadanos, necesita ser reconsiderado, y las ciudades necesitan encontrar un camino para regenerarse con el objetivo de asegurar la sostenibilidad a medio-largo plazo, así como para poder alcanzar los retos que desde la Comisión Europea se nos marcan para 2020 o 2030 (40% de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (en relación con los niveles de 1990), 27% de cuota de energías renovables, y 27% de mejora de la eficiencia energética).
Por tanto, la Planificación Estratégica se ha convertido en el mejor instrumento para afrontar los retos a los que las ciudades se enfrentan.
¿Qué hacemos en CARTIF a este respecto?
En CARTIF colaboramos con ciudades europeas que quieren reformular su modelo de ciudad en otro que aproveche la convergencia de la energía, la movilidad y las TIC para transformarse en ciudades inteligentes mediante el desarrollo de una estrategia integrada. Como por ejemplo en el proyecto MAtchUP, dónde trabajamos en el desarrollo de una estrategia integrada con las ciudades de Valencia, Dresde y Antalya, o en MySMARTLife con Hamburgo, Helsinki y Nantes.
Con un alcance más global, actualmente trabajamos con municipios como Laguna de Duero (Valladolid) para la elaboración de su Plan Estratégico 2017-2022, que servirá de orientación a las intervenciones y políticas municipales de los próximos años.
Aunque el término Sistema de Información Geográfica (SIG) es conocido, es posible que muchos de vosotros no sepáis las aplicaciones que puede tener o su relevancia dentro del ámbito energético. De forma resumida, los SIG (o GIS, en inglés) son todos aquellos softwares encargados del tratamiento de datos con alguna componente geométrica y que se pueden reflejar en un mapa en su localización precisa. Estos datos pueden ser 2D o 2,5D* (descritos mediante puntos, líneas y polígonos), 3D, o nubes de puntos (datos LiDAR). Además, estos datos geográficos normalmente están asociados a tablas de atributos, donde se introduce información de los mismos. Por ejemplo, podemos tener un mapa con las provincias de España y en la tabla de atributos tener asignado a cada polígono que representa una provincia sus datos demográficos, económicos, etc.
Uno de los aspectos más remarcables de estos sistemas no es sólo el poder visualizar entidades en su localización geográfica precisa, sino que estas capas de información se pueden superponer permitiendo visualizar a la vez elementos geográficos que reflejen una realidad distinta. Esto es bastante inmediato y estamos muy acostumbrados a verlo en aplicaciones móviles, por ejemplo de GPS, donde observamos un mapa base (un mapa de una ciudad o una imagen satélite) y diversas capas que se ponen por encima como los nombres de las calles, establecimientos, etc.
Aparte de poder usar estos sistemas para poder guiarnos en ciudades (que no es poco) su potencial reside en poder realizar análisis espaciales, que serían inviables de otro modo. De esta manera, podríamos dar respuesta a preguntas del tipo:
¿Cuáles serían las zonas inundables por este río?
Si ocurre un incidente en esta zona, ¿cuáles serían los hospitales más cercanos? ¿Cuál sería la mejor ruta para las ambulancias en cuanto a distancia? ¿Y en cuanto a tiempo?
¿Dónde se deberían colocar las paradas de esta línea de bus para que estén separadas como máximo 600 metros? ¿Qué áreas de la ciudad se podrían beneficiar de ella considerando un radio desde la parada de 10 minutos caminando?
¿Cómo se han ido modificando las superficies forestales de un área? ¿Existe riesgo de desertificación?
Éstas sólo suponen una pequeña muestra del alcance de los SIG, que resultan de gran utilidad para llevar a cabo tareas de planificación en muchos ámbitos (riesgos y accidentes, gestión del tráfico, redes de transporte, impacto ambiental, agricultura, desastres naturales…). Pero si nos movemos al ámbito energético, los SIG también tienen un gran potencial para el soporte al desarrollo de planes energéticos, cumplimiento de directivas energéticas y seguimiento de los resultados. Por ejemplo, podríamos llegar a saber qué áreas son las más necesitadas para llevar a cabo una rehabilitación energética. A este respecto, cabe destacar como ejemplo el mapa desarrollado por la Universidad de Columbia sobre el consumo estimado en la ciudad de Nueva York.
Además, se pueden evaluar diversos escenarios de actuación donde se mida la efectividad de las distintas actuaciones o si una zona puede ser abastecida por otro tipo de energía (renovable por ejemplo). Calculando estos indicadores, se puede comprobar si se cumple con los objetivos impuestos en una determinada directiva.
En CARTIF, trabajamos con los SIG y sus aplicaciones para dar soporte al cumplimiento de las Directivas Europeas en el ámbito energético, más específicamente al paquete de Directivas “Clean Energy for All Europeans”. Además se estudia con especial atención la estructura de los datos y los estándares que se han de seguir para garantizar su interoperabilidad. En este sentido, hay que destacar los estándares abiertos propuestos por el Open Geospatial Consortium (OGC), y también la Directiva INSPIRE, que define la infraestructura para la información espacial en Europa y que será de aplicación en 2020.
Ésta última pretende armonizar y poner a disposición la información geoespacial en Europa en un rango de 34 temas. Aunque ninguno de ellos es directamente el energético (estos aspectos se pueden asignar a elementos construidos como pueden ser los edificios (BU)), el estudio de los atributos energéticos más relevantes es imprescindible en este momento previo a la implementación de la directiva INSPIRE, tal y como ha puesto de manifiesto la Comisión Europea al definir un proyecto que estudia el potencial de la directiva en el ámbito energético: el “Energy Pilot”. CARTIF colabora en este proyecto interactuando con uno de los centros de investigación de referencia de la Comisión, el Joint Research Centre de Ispra.
*Nota para curiosos: por ejemplo, un cubo se considera 2,5D cuando está definido en vez de con ocho vértices con valores x, y, z, se define únicamente con los cuatro superiores, puesto que estos aportan el valor z frente a los vértices inferiores, donde este valor sería 0.
En el tema del autoconsumo hay un concepto que nunca debemos olvidar: la eficiencia energética. Esta eficiencia debe entenderse tanto desde el lado de la generación como del consumo.
Analicemos primero la eficiencia desde el punto de vista del consumidor. Es evidente que cuanta menos energía eléctrica consuma mi casa, menor será el coste de mi instalación de autoconsumo. ¿Estamos tomando alguna medida de eficiencia para que esto se produzca? Un primer paso que se puede dar es reducir el consumo del alumbrado en el hogar. El cambio de bombillas halógenas y de bajo consumo por tecnológica led va a permitir que reduzcamos bastante el consumo eléctrico en alumbrado. Otro paso que podemos dar es ir sustituyendo nuestros electrodomésticos por otros de clase A+++ que tienen un menor consumo.
Una medida más eficiente, pero que no siempre está al alcance de nuestros bolsillos, es mejorar el aislamiento de nuestra vivienda. El aislamiento de la envolvente del edificio es fundamental. El uso de aislantes en fachadas, techos y suelos y la elección idónea de ventanas con aislamiento adecuado puede reducir el consumo de nuestro edificio.
Otras medidas pasan por el concepto de reeducación en el consumo que deberemos ir aprendiendo si queremos implantar el autoconsumo en el hogar. El simple gesto de apagar bombillas o aparatos eléctricos que no se usan, evitar dejar aparatos electrónicos en stand by (consumo fantasma) y de poner en funcionamiento los electrodomésticos en las horas del día cuando más se genera, permitirá una gestión más eficiente de nuestro sistema. Esto puede hacerse implantando un software de gestión energética SGE en nuestro hogar pero supone un coste económico añadido.
Si estamos pensando en comprar un coche eléctrico, en un futuro se podrá optar por la tecnología V2G (Vehicle to grid) con sus variantes Vehicle to Home (V2H) y Vehicle to Building (V2B). Esta tecnología permite que la energía almacenada en un coche eléctrico pueda ser inyectada a la red eléctrica o a nivel vivienda o edificio utilizando la batería del coche como sistema de almacenamiento eléctrico. De esta forma se puede conseguir una mejor integración de las energías renovables en el sistema eléctrico.
Quizás estas medidas permitirán que una vivienda consuma tan sólo 1.500 kw/h al año frente a los actuales 3.000 kw/h de consumo medio en España. Esto permitiría reducir el coste de nuestra instalación de autoconsumo, lo que supondría que muchas personas se planteen realizar esta instalación en sus hogares.
Desde el punto de vista de la generación, se está avanzando a pasos agigantados. La eficiencia de los actuales paneles fotovoltaicos que utilizan nuevos materiales con mayor vida útil, está muy lejos de los fabricados hace 10 años y el precio por w cada vez es menor llegando a valores de 0.8 € por watio instalado. Igualmente, la tecnología de las baterías cada vez las hace más eficientes y con una durabilidad mayor, soportando mayores ciclos de recarga y a un precio menor.
Pero ¿las empresas fabricantes e instaladoras van a estar preparadas para absorber la demanda creciente de los usuarios principalmente de viviendas residenciales?
Yla red eléctrica¿está preparada para el autoconsumo? Según el operador del sistema eléctrico español, la red está preparada para la entrada a la red de cientos de miles de auto consumidores.
¿Y las compañías eléctricas? Las compañías eléctricas están dándose cuenta de que el autoconsumo tarde o temprano va a llegar para instalarse definitivamente en nuestros hogares y han empezado a mover ficha. Algunas empiezan a comercializar kits de autoconsumo, sistemas de control o contratos de mantenimiento que aseguren un correcto funcionamiento del sistema.
¿Qué necesitamos para que suene la campana definitivamente y todo empiece a funcionar? Simplemente, llegar a un punto de acuerdo donde los distribuidores (compañías eléctricas) vean a los prosumidores (actuales usuarios y futuros productores) como potenciales aliados y no como competidores.
Por una parte, las compañías eléctricas reclaman que el uso de la red de distribución debería ser pagado no solo por el consumidor actual, sino por el futuro usuario productor y como sabemos, estos costes representan más del 50% de la tarifa eléctrica actual. Pero también es verdad que las compañías se van a ahorrar los gastos de generación, difíciles de conocer actualmente.
¿Qué ocurriría si la cuerda se rompe y un gran número de usuarios deciden convertirse en generadores de su propia energía y desconectarse definitivamente de la red? Ahí es cuando entra el gobierno y, dependiendo de las leyes que aplique y en función de si son ventajosas para el consumidor, para las compañías o para ambos cuando el consumidor decida.
En dos post anteriores [ Cuando los Edificios históricos hablan (I) y (II) ] aparte de dejar clara la importancia que tiene la conservación del patrimonio construido y de relatar los factores ambientales que influyen en esa conservación, hemos ya tratado la temperatura y la humedad como los dos aspectos clave que deben vigilarse para garantizarla. De todas formas, y por si te habías olvidado, existen otros aspectos que también deben «monitorizarse» para evitar deterioros que deriven en tan costosas como largas restauraciones:
La iluminación (luz natural y artificial).
Los contaminantes.
En este blog nos vamos a meter con la iluminación, que afecta sobre todo a los bienes muebles que decoran o atesoran los edificios históricos. Sé paciente, los contaminantes les dejaremos para la próxima ( y última) entrega.
La iluminación puede ser de origen natural (procedente del sol) o artificial (procedente de fuentes eléctricas), ero independientemente de su origen es una radiación electromagnética que cubre tres rangos: infrarrojo (IR), visible (VIS) y ultravioleta (UV). Solemos denominar «luz» a la parte visible al ojo humano. La radiación UV posee una longitud de onda más pequeña que la visible y es la que tiene mayor energía asociada. Por su parte, la radiación IR tiene mayor longitud de onda que el visible y es menos energética. Tanto la radiación ultravioleta como la infrarroja no son necesarias para «ver», pero sí influyen en el deterioro de los materiales.
Cuando una obra es iluminada, bien sea un cuadro, una pintura, una policromía, un tapiz o un pergamino, todo el rango de radiación indicado (IR,VIS y UV) es absorbido por los materiales de los que está compuesta. Esta radiación lleva asociada una energía capaz de alterar y degradar la estructura molecular de muchos materiales y en especial los más «perecederos», como son los de origen orgánico (textiles, pigmentos, cuero y papel).
La componente UV, al ser la de mayor energía, es la que tiene mayor capacidad para alterar los materiales, desintegrándoles y debilitándoles, produciendo su amarilleamiento. La componente VIS es capaz de decolorar los pigmentos más sensibles. Por su parte, la componente IR, tiene un efecto de calentamiento que acelera ciertas reacciones químicas.
Si te das cuenta, parece que para los objetos que conservamos en museos, iglesias, ermitas, castillos,palacios, archivos y bibliotecas, lo más recomendable sería mantenerlos en penumbra. Sin embargo, ya sea para su estudio , para su conservación, y especialmente para su exhibición, se requiere cierta iluminación. Si guiendo los criterios del IPCE, que dipone el Plan Nacional de Conservación Preventiva (PNCP), los parámetros de evaluación de los riesgos derivados de la iluminación son estos:
Intensidad de las fuentes artificiales y naturales.
Tiempo de exposición a la iluminación del bien cultural.
Espectro (rango)de emisión de las fuentes de luz artificiales, conociendo si emiten en las franjas de radiación no visible.
Incidencia de la iluminación natural, cuál es su orientación respecto al bien, y si la radiación es directa o difusa.
Qué medidas de control de la iluminación existen.
A su vez, la valoración del daño producido por la iluminación debe tener en cuenta los siguientes aspectos:
Puesto que ese daño es acumulativo, debemos huir de los niveles de iluminación altos, pero manteniendo un nivel de compromiso para una visión adecuada. Por dar valores concretos, esto se traduce en 50 lux para los materiales más sensibles y 150-200 lux para los bienes culturales de sensibilidad media.
El daño causado viene determinado por la dosis de iluminación, es decir, la intensidad de iluminación durante el tiempo que está expuesta (lux/h). Así debemos tener claro que el daño en el caso de niveles de iluminación altos con exposiciones cortas sería el mismo que con niveles bajos y exposiciones más prolongadas.
El efecto degradativo de la iluminación depende también de otros factores del medio como la humedad y la contaminación del aire.
Por tanto, dónde colocamos nuestros bienes culturales, cómo les da la luz natural, y con qué tipo de lámparas les enfocamos, son aspectos vitales para su conservación (ver figura). En CARTIF ofrecemos asesoramiento y soluciones a medida, basadas en una experiencia contrastada de más de 20 años en investigación aplicada al Patrimonio Cultural.
Iluminación de tapices flamencos en la Catedral de Palencia
