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Ingeniería sustentable

Innovación y diseño urbano sostenible: La ombrière fotovoltaica SUDI es una estación autónoma y móvil que repone energía para vehículos eléctricos utilizando energía solar .

La ingeniería sostenible es el proceso de diseñar u operar sistemas de manera que utilicen energía y recursos de manera sostenible , en otras palabras, a un ritmo que no comprometa el medio ambiente natural ni la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades.

Enfoques comunes de ingeniería

La ingenieria sostenible se centra en lo siguiente:

Aspectos de las disciplinas de ingeniería.

Todas las disciplinas de la ingeniería participan en el diseño sostenible, empleando numerosas iniciativas, especialmente el análisis del ciclo de vida (LCA), la prevención de la contaminación, el diseño para el medio ambiente (DfE), el diseño para el desmontaje (DfD) y el diseño para el reciclaje (DfR). Estos están reemplazando o al menos cambiando los paradigmas de control de la contaminación. Por ejemplo, el concepto de " límites y comercio " ha sido probado y funciona bien para algunos contaminantes. Se trata de un sistema en el que se permite a las empresas colocar una "burbuja" sobre todo un complejo manufacturero o intercambiar créditos por contaminación con otras empresas de su industria en lugar de un enfoque "pila por pila" y "tubería por tubería", es decir el llamado enfoque de "mando y control". Estas innovaciones normativas y normativas exigen algunos enfoques mejorados basados ​​en la tecnología, así como mejores enfoques basados ​​en la calidad, como nivelar las cargas de contaminantes y utilizar tecnologías menos costosas para eliminar la primera gran cantidad de contaminantes, seguidos de una mayor operación y mantenimiento (O&M). ) tecnologías para las chimeneas y tuberías más difíciles de tratar. Pero el efecto neto puede ser una mayor reducción de emisiones y efluentes contaminantes que tratar cada chimenea o tubería como una entidad independiente. Esta es la base para la mayoría de los enfoques de diseño sustentable, es decir, realizar un análisis del ciclo de vida, priorizar los problemas más importantes y combinar las tecnologías y operaciones para abordarlos. Los problemas variarán según el tamaño (por ejemplo, la carga de contaminantes), la dificultad de tratamiento y la viabilidad. Los problemas más difíciles de tratar suelen ser aquellos que son pequeños pero muy costosos y difíciles de tratar, es decir, menos factibles. Por supuesto, como ocurre con todos los cambios de paradigma , las expectativas deben gestionarse tanto desde una perspectiva técnica como operativa. [2] Históricamente, los ingenieros han abordado las consideraciones de sostenibilidad como limitaciones en sus diseños. Por ejemplo, las sustancias peligrosas generadas por un proceso de fabricación se consideraban un flujo de desechos que debía contenerse y tratarse. La producción de desechos peligrosos tuvo que limitarse seleccionando ciertos tipos de fabricación, aumentando las instalaciones de manejo de desechos y, si éstas no hacían completamente el trabajo, limitando las tasas de producción. La ingeniería verde reconoce que estos procesos a menudo son ineficientes desde el punto de vista económico y ambiental, lo que exige un enfoque integral y sistemático del ciclo de vida. [3] La ingeniería verde intenta lograr cuatro objetivos: [4]

  1. Reducción de desperdicios
  2. Administración de materiales
  3. Prevención de la contaminación y
  4. Mejora del producto.
Primer reloj solar del mundo construido en 1983, ubicado en el parque Hibiya, Japón. Reloj de azulejos en un campo de césped con paneles solares ubicados perpendicularmente entre sí, en dirección a las 12, 6, 3 y 9. Las manecillas del reloj se mueven cada minuto con la energía proporcionada por el sol. Esto fue construido para ayudar con la ingeniería sustentable y el medio ambiente.

La ingeniería verde engloba numerosas formas de mejorar procesos y productos para hacerlos más eficientes desde un punto de vista medioambiental y sostenible. [5] Cada uno de estos enfoques depende de la visualización de posibles impactos en el espacio y el tiempo. Los arquitectos consideran el sentido del lugar. Los ingenieros ven el mapa del sitio como un conjunto de flujos a través de la frontera. El diseño debe considerar impactos a corto y largo plazo. Esos impactos más allá del corto plazo son competencia del diseño sostenible. Es posible que los efectos no se manifiesten durante décadas. A mediados del siglo XX, los diseñadores especificaron el uso de lo que ahora se sabe que son materiales de construcción peligrosos, como pisos de asbesto , envolturas y tejas para tuberías, pintura y tuberías con plomo, e incluso sistemas estructurales y mecánicos que pueden haber aumentado la exposición a moho y radón. Esas decisiones han generado riesgos para la salud de los habitantes. En retrospectiva, es fácil criticar estas decisiones, pero muchas se tomaron por razones nobles, como la prevención de incendios y la durabilidad de los materiales. Sin embargo, sí ilustra que impactos aparentemente pequeños cuando se ven a través del prisma del tiempo pueden amplificarse exponencialmente en sus efectos. El diseño sustentable requiere una evaluación completa de un diseño en lugar y tiempo. Es posible que algunos impactos no se produzcan hasta siglos en el futuro. Por ejemplo, la medida en que decidimos utilizar la energía nuclear para generar electricidad es una decisión de diseño sostenible. Los desechos radiactivos pueden tener vidas medias de cientos de miles de años, lo que significa que se necesitarán todos estos años para que la mitad de los isótopos radiactivos se desintegren. La desintegración radiactiva es la transformación espontánea de un elemento en otro. Esto ocurre al cambiar irreversiblemente el número de protones en el núcleo. Por lo tanto, los diseños sostenibles de tales empresas deben considerar futuros altamente inciertos. Por ejemplo, incluso si colocamos adecuadamente señales de advertencia sobre estos desechos peligrosos, no sabemos si se entenderá el idioma inglés. Los cuatro objetivos de la ingeniería verde mencionados anteriormente están respaldados por un punto de vista del ciclo de vida a largo plazo. Un análisis del ciclo de vida es un enfoque holístico para considerar la totalidad de un producto, proceso o actividad, abarcando materias primas, fabricación, transporte, distribución, uso, mantenimiento, reciclaje y disposición final. En otras palabras, la evaluación de su ciclo de vida debería arrojar una imagen completa del producto. El primer paso en una evaluación del ciclo de vida es recopilar datos sobre el flujo de un material.a través de una sociedad identificable. Una vez que se conocen las cantidades de los diversos componentes de dicho flujo, se estiman las funciones e impactos importantes de cada paso en la producción, fabricación, uso y recuperación/eliminación. Por lo tanto, en el diseño sustentable, los ingenieros deben optimizar las variables que brinden el mejor rendimiento en marcos temporales. [4]

Logros de 1992 a 2002

Vivienda sostenible

En 2013, el consumo medio anual de electricidad de un cliente de servicios públicos residenciales en EE. UU. fue de 10.908 kilovatios hora (kWh), un promedio de 909 kWh por mes. Luisiana tuvo el consumo anual más alto con 15.270 kWh y Hawái tuvo el más bajo con 6.176 kWh. [6] El propio sector residencial utiliza el 18% [7] del total de la energía generada y por lo tanto, incorporando prácticas de construcción sustentables se puede reducir significativamente este número. Las prácticas básicas de construcción sostenible incluyen:

Bomba de gasolina Propel verde y blanca con las etiquetas biodiesel y FlexFuel. Camioneta blanca en el fondo llenando el tanque de gasolina. La bomba de gasolina utiliza combustible biodiesel en lugar de gasolina normal. El combustible biodiesel se elabora a partir de plantas o animales, reduce la contaminación y ayuda a la ingeniería sostenible.
  1. Sitio y ubicación sostenibles: un elemento importante de la construcción que a menudo se pasa por alto es encontrar un lugar adecuado para construir. Evitar sitios inapropiados, como tierras de cultivo y ubicar el sitio cerca de la infraestructura existente, como carreteras, alcantarillas, sistemas de aguas pluviales y tránsito, permite a los constructores disminuir el impacto negativo en el entorno de una casa.
  2. Conservación de agua: La conservación de agua se puede lograr de manera económica instalando accesorios de bajo flujo que a menudo cuestan lo mismo que los modelos menos eficientes. Se puede ahorrar agua en aplicaciones de jardinería eligiendo las plantas adecuadas.
  3. Materiales: Los materiales ecológicos incluyen muchas opciones diferentes. La gente suele asumir que "verde" significa materiales reciclados . Aunque los materiales reciclados representan una opción, los materiales verdes también incluyen materiales reutilizados , materiales renovables como el bambú y el corcho, o materiales locales de la región de cada uno. Un material ecológico no tiene por qué costar más ni ser de mayor o menor calidad. La mayoría de los productos ecológicos son comparables a sus homólogos no ecológicos.
  4. Conservación de energía: Probablemente la parte más importante de la construcción ecológica es la conservación de energía . Al implementar un diseño pasivo, paneles estructurales aislados (SIP), iluminación eficiente y energía renovable como la energía solar y la energía geotérmica , una casa puede beneficiarse de un consumo de energía reducido o calificar como una casa de energía neta cero .
  5. Calidad ambiental interior: La calidad del ambiente interior juega un papel fundamental en la salud de una persona. En muchos casos, se puede crear un ambiente mucho más saludable evitando los materiales peligrosos que se encuentran en la pintura, las alfombras y otros acabados. También es importante contar con una ventilación adecuada y amplia iluminación natural. [8]

Ahorros

  1. Conservación de agua: Una casa recién construida puede implementar productos con la etiqueta WaterSense sin costos adicionales y lograr un ahorro de agua del 20% al incluir el ahorro del calentador de agua y el agua misma.
  2. Conservación de energía: La conservación de energía es muy intensiva cuando se trata de primas de costos para su implementación. Sin embargo, también tiene un gran potencial de ahorro. Se pueden lograr ahorros mínimos sin costo adicional siguiendo estrategias de diseño pasivo. El siguiente paso desde el diseño pasivo en el nivel de verde (y, en última instancia, el nivel de ahorro) sería implementar materiales avanzados para la envolvente de los edificios, como paneles estructurales aislados (SIP). Los SIP se pueden instalar por aproximadamente $2 por pie lineal de pared exterior. Eso equivale a una prima total de menos de $500 para una casa típica de un piso, lo que generará un ahorro de energía del 50%. Según el DOE, el gasto medio anual de energía para una vivienda unifamiliar es de 2.200 dólares. Así, los SIP pueden ahorrar hasta 1.100 dólares al año. Para alcanzar los ahorros asociados con una casa de energía neta cero , la energía renovable tendría que implementarse además de las otras características. Un sistema de energía geotérmica podría lograr este objetivo con una prima de costo de aproximadamente $7 por pie cuadrado, mientras que un sistema fotovoltaico (solar) requeriría una prima total de hasta $25,000. [8]

Ver también

Referencias

  1. ^ Huesemann, Michael H.; Joyce A. Huesemann (2011). "Capítulo 13, "El diseño de tecnologías ambientalmente sostenibles y apropiadas"". Technofix: Por qué la tecnología no nos salvará ni a nosotros ni al medio ambiente . Isla Gabriola, Columbia Británica, Canadá: New Society Publishers. ISBN 978-0-86571-704-6.
  2. ^ Vallero, Daniel A. (2008). Diseño sostenible: la ciencia de la sostenibilidad y la ingeniería verde . Brasier, Chris. Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley. ISBN 978-0-470-13062-9. OCLC  173480533.
  3. ^ Cabezas, Heriberto; Mauter, Meagan S.; Shonnard, David; Tú, Fengqi (2018). "Número especial virtual de ingeniería y química sostenible de ACS sobre análisis, diseño y optimización de sistemas para la sostenibilidad". ACS Química e Ingeniería Sostenible . 6 (6): 7199. doi : 10.1021/acssuschemeng.8b02227 .
  4. ^ ab D. Vallero y C. Brasier (2008), Diseño sostenible: la ciencia de la sostenibilidad y la ingeniería verde. John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, Nueva Jersey, ISBN 0470130628 . 
  5. ^ Sostenibilidad de productos, procesos y cadenas de suministro: teoría y aplicaciones. Tú, Fengqi. Ámsterdam. 30 de abril de 2015. ISBN 978-0-444-63491-7. OCLC  908335764.{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ) Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
  6. ^ "¿Cuánta electricidad consume un hogar estadounidense? - Preguntas frecuentes - Administración de Información Energética de EE. UU. (EIA)". www.eia.gov . Consultado el 2 de septiembre de 2015 .
  7. ^ "¿Cuánta energía consume cada sector en el mundo? - Preguntas frecuentes - Administración de Información Energética de EE. UU. (EIA)". Administración de Información Energética de EE. UU . Consultado el 2 de septiembre de 2015 .
  8. ^ ab Michael Tolson MBA, LEED, AP. "Casas ecológicas versus casas tradicionales". buildipedia.com . Consultado el 2 de septiembre de 2015 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )

enlaces externos