Sistemas piezoeléctricos en el tren urbano de Guadalajara, México: entropía y negentropía

Abstract

Context: The homeostasis of the Urban Train of Guadalajara (Mexico) experiences entropy relative to the conglomeration of users in the so-called rush hours. This leads to greater consumption of electrical energy in daily commutes; however, the weight coming from users can be used as thermodynamic negentropy to reduce their entropy levels. Therefore, the objective of this research is to determine the feasibility of using piezoelectricity in obtaining and consuming electrical energy for the operation of the system. Method: The research is based on the data provided by the Urban Electric Train System (SITEUR, in Spanish) and the Federal Electricity Commission (CFE). This information is triangulated along with data obtained in field exercises, and based on energy the supply and demand; then, the approximate weight of the users and the energy that the piezoelectric generation system can produce per person are calculated. Finally, the Entropy-Homeostasis-Negentropy (EHN) model is used to determine the homeostasis of piezoelectricity in the energy consumption of the urban electric train in the metropolis of Guadalajara. Results: The use of piezoelectricity can significantly improve efficiency and achieve energy optimization of urban mobility systems up to 89,7%; for example, the case of Line 2 of the SITEUR in Guadalajara. This improvement in efficiency is possible due to the homeostatic conditions of the system and the average influx during rush hours, when it reaches 83,059 users. Therefore, it is possible to generate thermodynamic negentropy through the electrical energy coming from the piezoelectric systems and the weight of the users. Conclusions: The energy produced by piezoelectricity that makes use of the users’ weight can be stored to power the lines of the urban electric train network. In this way, the efficiency of the energy consumption in daily commutes is improved, saving the company money and energy (through the reduced amount use of external energy to produce work).Contexto: La homeostasis del tren urbano de Guadalajara, México, experimenta entropía relativa a la conglomeración de usuarios en las denominadas horas pico. Esto conlleva un mayor consumo de energía eléctrica en los desplazamientos cotidianos; no obstante, el peso proveniente de los usuarios puede ser utilizado como negentropía termodinámica para reducir sus niveles de entropía. En este sentido, el objetivo de esta investigación determina la viabilidad de utilizar la piezoelectricidad en la obtención y consumo de energía eléctrica para la operatividad del sistema. Método: La investigación se fundamenta en datos proprocionados por el Sistema de Tren Eléctrico Urbano (Siteur) y la Comisión Federal de Electricidad (CFE). Complementariamente, esta información se triangula con datos realizados en ejercicios de campo y en función de la oferta y demanda energética; se calculan el peso aproximado de los usuarios y la energía que puede producir el sistema de generación piezoeléctrica por persona. Finalmente, es utilizado el modelo entropía-homeostasis-negentropía (EHN), para determinar el escenario de la piezoelectricidad en el consumo energético del tren eléctrico urbano de la metrópoli de Guadalajara. Resultados: La utilización de piezoeléctricidad puede lograr eficiencias significativas para la optimización energética de sistemas de movilidad urbana; inclusive de hasta un 89,7 % como en el ejemplo de la línea 2 del Siteur en Guadalajara. Esto por las condiciones homeostáticas propias de este sistema, relativas a la afluencia promedio diaria en horas pico; cuando se llega a los 83.059 usuarios. Por tanto, es posible generar negentropía termodinámica, a través de la energía eléctrica proveniente de los sistemas piezoeléctricos y el peso de los usuarios. Conclusiones: La energía autoproducida por piezoelectricidad en el sistema, mediante el aprovechamiento del peso de los usuarios puede ser almacenada para alimentar la líneas de la red del tren eléctrico urbano. De esta manera, se optimiza el consumo energético en los desplazamientos cotidianos, con ahorros económicos para la empresa y como negentropía en la reducción de la energía no utilizada para producir trabajo (entropía)