Equipo [Cuando el agua se convierte el luz] Bárbara Arlet De León Reyes[Halcón], Natalia García[Nieva], Valentina Sánchez[Barrán]
La energía es un elemento fundamental en la vida de las personas, ya que permite realizar muchas actividades cotidianas como encender la luz, usar aparatos eléctricos, cocinar, estudiar y comunicarse. Aunque la energía eléctrica está presente todos los días, muchas veces no se conoce de dónde proviene ni cómo se produce. Comprender su origen ayuda a valorar su importancia y a usarla de manera más responsable.
Existen diferentes formas de generar electricidad. Algunas utilizan combustibles como el petróleo o el gas, los cuales pueden causar contaminación y dañar el medio ambiente. Debido a esto, es importante conocer y promover fuentes de energía que sean más limpias y que aprovechen los recursos naturales sin agotarlos. Una de estas fuentes es la energía hidroeléctrica, la cual utiliza la fuerza del agua para producir electricidad.
La energía hidroeléctrica se genera cuando el agua en movimiento, proveniente de ríos o presas, es aprovechada para hacer girar unas turbinas. Estas turbinas están conectadas a un generador que transforma la energía del movimiento del agua en energía eléctrica. Este proceso permite obtener electricidad sin producir humo ni residuos contaminantes, lo que la convierte en una opción más amigable con el medio ambiente.
El funcionamiento de la energía hidroeléctrica puede entenderse mejor observando cómo el agua se mueve y cómo ese movimiento permite generar electricidad paso a paso. Conocer este proceso ayuda a comprender cómo la ciencia y la tecnología trabajan juntas para ofrecer soluciones que benefician a la sociedad.
Aprender sobre la energía hidroeléctrica también fomenta el cuidado de la naturaleza y el respeto por los recursos naturales, ya que muestra que es posible obtener energía de forma responsable. Este conocimiento contribuye a crear conciencia sobre la importancia de proteger el planeta para las futuras generaciones.
Energy is a fundamental part of people’s daily lives, as it allows many everyday activities such as turning on lights, using electrical devices, cooking, studying, and communicating. Although electrical energy is used every day, many times people do not know where it comes from or how it is produced. Understanding its origin helps people appreciate its importance and use it more responsibly.
There are different ways to generate electricity. Some methods use fuels such as oil or gas, which can cause pollution and harm the environment. Because of this, it is important to learn about and promote energy sources that are cleaner and make better use of natural resources without depleting them. One of these sources is hydroelectric energy, which uses the power of water to produce electricity.
Hydroelectric energy is generated when moving water, usually from rivers or dams, is used to turn turbines. These turbines are connected to a generator that converts the movement of the water into electrical energy. This process makes it possible to produce electricity without creating smoke or polluting waste, which makes it a more environmentally friendly option.
The way hydroelectric energy works can be better understood by observing how water moves and how that movement allows electricity to be generated step by step. Learning about this process helps explain how science and technology work together to provide solutions that benefit society.
Learning about hydroelectric energy also encourages care for nature and respect for natural resources, showing that it is possible to produce energy in a responsible way. This knowledge helps create awareness about the importance of protecting the planet for future generations.
In chicahua atl quipiya in tlaneltoca tlen quichiwa tlachipahuac tlapowalistli. Ica in turbines huan generadores, in chicahualiztli tlen atl mocuepa ipan tlapowalistli. Inin quimati in tlalticpac tlacualtiliztli huan quipalehuía in cuali tlatquitiliztli tlen in tlalticpac.
En la actualidad, la energía es un elemento fundamental para nuestra vida cotidiana; la usamos para estudiar, comunicarnos y realizar casi cualquier actividad (Ilustración 1), sin embargo, muchas veces no sabemos de dónde viene o qué impacto tiene en el planeta. El problema es que muchas fuentes de energía actuales usan combustibles fósiles que contaminan y dañan nuestro medio ambiente. Por eso, en este proyecto titulado “Cuando el agua se convierte en luz”, investigamos cómo podemos aprovechar los recursos naturales de manera responsable.
Nuestro objetivo principal es demostrar, a través de un prototipo a escala, que la fuerza del agua es capaz de generar electricidad limpia. (Ilustración 2)
La justificación de nuestro trabajo es que, al entender la energía hidroeléctrica, aprendemos a valorar el agua y a buscar soluciones que no ensucien el aire ni el suelo. Nuestra hipótesis es que, si logramos que un flujo constante de agua mueva una turbina conectada a un generador, entonces obtendremos energía suficiente para encender un foco LED, probando que la ciencia puede darnos soluciones verdes.
Para lograrlo, utilizamos una metodología experimental donde construimos una pequeña hidroeléctrica con materiales reciclados y realizamos pruebas con diferentes velocidades de flujo de agua en condiciones controladas. Esta investigación se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS 7, 12 y 13) de la ONU, que buscan energía no contaminante, uso razonable de recursos y acciones por el clima. (Ilustración 3)
Con el avance logrado, beneficiamos a nuestra comunidad escolar al mostrarles que es posible obtener energía sin residuos. Al final, logramos nuestra intención inicial con éxito, demostrando que el agua es, literalmente, una fuente de luz para el futuro. (Ilustración 4)
La realización de este proyecto es fundamental porque aprender sobre la energía hidroeléctrica fomenta el cuidado de los recursos naturales y crea conciencia sobre la importancia de usar energías limpias en nuestra comunidad. En un mundo donde el cambio climático es un reto real, es urgente que desde niñas entendamos que existen alternativas que no dañan el planeta.
Además, este trabajo nos permite desarrollar el interés por la ciencia y entender cómo la tecnología puede ayudar a resolver problemas ambientales de forma creativa y práctica. Al construir nuestra propia hidroeléctrica a escala, no solo estudiamos teoría, sino que demostramos que es posible generar electricidad de manera responsable. Esta investigación se justifica al alinearse con las Acciones Verdes 2030, ya que buscamos inspirar a otros estudiantes a valorar el agua no solo como un recurso vital para beber, sino como una poderosa fuente de energía renovable que puede iluminar nuestro futuro sin contaminar el aire que respiramos.
Desde hace muchos años, las personas han buscado formas de aprovechar la energía de la naturaleza para facilitar su vida.Una de las primeras maneras de usar la fuerza del agua fue mediante molinos de agua, los cuales se utilizaban para moler granos o mover mecanismos sencillos. Estos molinos aprovechaban el movimiento del agua para realizar trabajo mecánico.
Con el paso del tiempo y el avance de la ciencia y la tecnología, este principio se fue perfeccionando hasta dar origen a las centrales hidroeléctricas.
En la actualidad, las hidroeléctricas utilizan presas, turbinas y generadores para transformar la energía del agua en energía eléctrica. Este tipo de energía es ampliamente utilizado en muchos países, ya que permite producir electricidad de forma continua y sin generar contaminación directa.
Hoy en día, la energía hidroeléctrica es una de las fuentes de energía renovable más utilizadas en el mundo. Existen grandes centrales hidroeléctricas que producen electricidad para ciudades completas, así como sistemas más pequeños que
pueden abastecer comunidades rurales. Además, se han desarrollado tecnologías que permiten aprovechar el agua de manera más eficiente, reduciendo el impacto ambiental.
Si se aprovecha la fuerza del agua en movimiento para hacer girar una turbina conectada a un generador, entonces es posible producir energía eléctrica de manera limpia y renovable.
Demostrar el proceso de transformación de energía cinética y potencial del agua en energía eléctrica mediante un modelo experimental, con el fin de concientizar sobre la importancia de los recursos renovables y el desarrollo sustentable en nuestra comunidad
Comprender de manera clara el funcionamiento de la energía hidroeléctrica y su importancia para el cuidado del medio ambiente.
Identificar qué es la energía hidroeléctrica y reconocerla como una fuente de energía renovable que aprovecha el movimiento natural del agua.
Explicar cómo funciona una hidroeléctrica, identificando sus partes principales y la función que cumple cada una dentro del proceso de generación de electricidad
Promover acciones que beneficien tanto al medio ambiente como a la sociedad, así como contribuir al objetivo de energía accesible y no contaminante, ya que damos a conocer la energía hidroeléctrica como una alternativa limpia que aprovecha la fuerza del agua para producir electricidad sin generar contaminación. De esta manera, fomentamos el uso de fuentes de energía renovables y responsables con el cuidado del entorno.
Desde hace muchos años, las personas han buscado formas de aprovechar la energía de la naturaleza para facilitar su vida. Una de las primeras maneras de usar la fuerza del agua fue mediante molinos de agua, los cuales se utilizaban para moler granos o mover mecanismos sencillos. Estos molinos aprovechaban el movimiento del agua para realizar trabajo mecánico.
Con el paso del tiempo y el avance de la ciencia y la tecnología, este principio se fue perfeccionando hasta dar origen a las centrales hidroeléctricas. En la actualidad, las hidroeléctricas utilizan presas, turbinas y generadores para transformar la energía del agua en energía eléctrica. Este tipo de energía es ampliamente utilizado en muchos países, ya que permite producir electricidad de forma continua y sin generar contaminación directa.
Hoy en día, la energía hidroeléctrica es una de las fuentes de energía renovable más utilizadas en el mundo. Existen grandes centrales hidroeléctricas que producen electricidad para ciudades completas, así como sistemas más pequeños que pueden abastecer comunidades rurales. Además, se han desarrollado tecnologías que permiten aprovechar el agua de manera más eficiente, reduciendo el impacto ambiental.
En el ámbito educativo, el funcionamiento de las hidroeléctricas se explica comúnmente mediante esquemas, modelos y maquetas, lo que facilita la comprensión del proceso. Estos recursos permiten entender cómo el movimiento del agua se convierte en electricidad, aplicando conocimientos básicos de física y ciencias naturales.
Hoy en día, las grandes centrales hidroeléctricas utilizan presas gigantescas que controlan el flujo del agua. Esta agua pasa por tuberías de alta presión hasta llegar a unas máquinas llamadas turbinas. Al girar, las turbinas activan un generador, que es el corazón del sistema, convirtiendo el movimiento en la electricidad que llega a nuestras casas, escuelas y hospitales.
Lo más moderno en esta técnica es que ahora se busca que estas plantas sean más pequeñas (mini-hidroeléctricas) para no afectar tanto a los pececitos y el ecosistema de los ríos. Además, se están usando materiales más ligeros y resistentes para las aspas de las turbinas. Nuestro proyecto utiliza este mismo principio a una escala menor, demostrando que la técnica de usar el ciclo del agua es una de las mejores herramientas que tiene la humanidad para combatir el cambio climático y cumplir con las Acciones Verdes 2030.
Investigación y Diseño
Primero realizamos una investigación documental, asistimos a la biblioteca del Tecnológico de estudios Superiores de Coacalco (TESCo) (Ilustración 5), consideramos esta institución debido a la relevancia y exclusividad de ciertos materiales que su biblioteca alberga en el área de ingeniería.
Encontramos libros de ingeniería que contienen mucha información acerca de cómo se genera la energía y sobre todo cómo se genera a partir del movimiento del agua, textos en español e inglés. (Ilustración 6 y 7)
Esto nos permitió documentar e identificar los siguientes conceptos clave para el desarrollo de nuestro proyecto.
¿Qué es la energía?
La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo o producir un cambio. Gracias a la energía es posible encender una luz, mover un automóvil, calentar alimentos o hacer funcionar una computadora. Existen diferentes tipos de energía, como la energía eléctrica, la energía térmica, la energía mecánica y la energía química.
En la vida diaria, la energía eléctrica es una de las más utilizadas, ya que permite el funcionamiento de muchos aparatos. Sin embargo, para obtener esta energía es necesario transformarla a partir de otras fuentes que se encuentran en la naturaleza. (Ilustración 8)
¿Qué es la energía hidroeléctrica?
La energía hidroeléctrica es una forma de energía renovable que se obtiene al aprovechar la fuerza del agua en movimiento. La palabra “hidroeléctrica” proviene del prefijo “hidro”, que significa agua, y de la palabra “eléctrica”, que se refiere a la electricidad.
Este tipo de energía se produce principalmente en ríos y presas, donde el agua tiene la fuerza suficiente para mover grandes sistemas. La energía hidroeléctrica es considerada limpia porque no produce humo ni gases contaminantes durante la generación de electricidad. (Ilustración 9)
Energía renovable
Una energía renovable es aquella que se obtiene de recursos naturales que no se agotan, o que se renuevan de manera constante. El agua es un recurso renovable porque forma parte del ciclo natural del agua, el cual incluye la lluvia, los ríos y los mares.
A diferencia de los combustibles fósiles, como el petróleo o el carbón, la energía hidroeléctrica puede seguir utilizándose durante muchos años siempre que se cuide el recurso hídrico y el medio ambiente. (Ilustración 10)
Central hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica es una instalación diseñada para transformar la energía del agua en energía eléctrica. De acuerdo con el diagrama mostrado en el libro Tecnología de las energías: solar, hidráulica, geotérmica y combustibles químicos. del Autor: Douglas M. Considine Editorial: Publicaciones Marcombo, 1984 en la página 5-224 (Ilustración 11)
Este proceso ocurre en varias etapas:
Primero, el agua se almacena en una presa o se conduce desde un río. Cuando el agua es liberada, baja con fuerza a través de conductos llamados tuberías. Al pasar por estas tuberías, el agua hace girar una turbina, que es una pieza con aspas similares a las de un ventilador.
La turbina está conectada a un generador eléctrico. El generador es el dispositivo que transforma la energía mecánica del movimiento en energía eléctrica. Finalmente, la electricidad producida se envía a las ciudades a través de cables.
A continuación, explicaremos las partes principales de una hidroeléctrica:
Presa
Es una construcción que permite almacenar grandes cantidades de agua. Su función es controlar el flujo del agua y aprovechar su fuerza.
Tubería
Son conductos por donde el agua se desplaza con velocidad hacia la turbina.
Turbina
Es un dispositivo que gira gracias al movimiento del agua. Su función es transformar la energía del agua en energía mecánica.
Generador
Es el aparato que convierte la energía mecánica en energía eléctrica.
Energía eléctrica
Es la energía que se obtiene al mover electrones y que se utiliza para hacer funcionar aparatos eléctricos.
¿Cuál es la importancia de la energía hidroeléctrica?
La energía hidroeléctrica es importante porque permite producir electricidad de forma continua y sin generar contaminación directa. Además, ayuda a reducir el uso de energías que dañan el medio ambiente.
También contribuye al desarrollo de comunidades, ya que puede llevar electricidad a zonas rurales y mejorar la calidad de vida de las personas.
El uso de la energía hidroeléctrica fomenta el respeto por la naturaleza y el uso responsable de los recursos naturales. Sin embargo, también es importante planear bien las hidroeléctricas para proteger los ecosistemas acuáticos.
Aprender sobre este tipo de energía ayuda a crear conciencia ambiental y a tomar decisiones responsables sobre el uso de la electricidad.
Estudiar la energía hidroeléctrica permite comprender cómo la ciencia y la tecnología se aplican para resolver problemas reales. Este conocimiento ayuda a valorar el papel de la investigación científica en el desarrollo sostenible y en el cuidado del planeta.
Durante nuestra visita a la biblioteca la universidad nos ofreció apoyo para que expertos nos recomendaran libros y nos ayudaran a resolver dudas.
Hablando con expertos.
Estudiantes del séptimo semestre de la carrera de ingeniería ambiental y la maestra titular Ing. Claudia Orozco Moreno nos compartió información valiosa para nuestro proyecto. (Ilustración 12)
Nos compartieron información importante como, la energía potencial, energía cinética y la calidad del agua que es una variante valiosa para el logro de nuestro proyecto.
En física, la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En nuestro proyecto, esta transformación ocurre en dos etapas principales:
Energía Potencial Gravitatoria
Es la energía que un objeto tiene almacenada debido a su posición o altura.
Energía cinética
Es la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento.
¿Cómo influye el tipo de agua en la generación de energía?
Aunque para que la turbina gire lo más importante es la fuerza y la velocidad (energía cinética), el tipo de agua puede afectar la “salud” y eficiencia de la máquina a largo plazo
Observamos que la densidad y limpieza del agua influyen en el mantenimiento del sistema. Mientras que el agua de pozo puede dejar residuos que frenan la turbina, el agua de lluvia es la opción más sostenible, logrando que nuestro generador funcione sin obstrucciones.
El agua de pozo suele tener muchos minerales como calcio o sales (por eso a veces deja manchas blancas).
Es el agua que sale de la llave y ya pasó por filtros.
Esta es la opción más “verde”
Efecto: El agua de lluvia es muy pura, pero a veces puede traer pequeñas partículas de polvo del aire. Sin embargo, capturar el agua del cielo para crear luz. ¡Es un combo de energía limpia!
Construcción del modelo
Para comprender cómo el agua se convierte en luz generamos un modelo a escala.
Construir este prototipo de sistema hidroeléctrico utilizando materiales reciclados (Ilustración 13), nos permitirá demostrar cómo la fuerza del movimiento del agua se transforma en energía eléctrica capaz de encender un foco LED, promoviendo el uso de energías limpias.
Armamos una maqueta con una presa, tuberías y una turbina conectada a un generador. lo que permite que se genere energía eléctrica.
Para nuestro prototipo utilizaremos:
Pruebas de flujo
Las pruebas de flujo consisten en observar y medir cómo se mueve el agua a través de las tuberías de nuestra maqueta antes de llegar a la turbina. Es como hacer carreras de agua para ver qué camino es mejor.
Hacemos tres tipos de pruebas:
Al generar las tres pruebas podremos observar cómo impacta la cantidad de agua en la intensidad de la luz (Ilustración 18)
Como resultado de la investigación realizada, logramos comprender que, si el agua cae con más fuerza o velocidad, la turbina gira más rápido y se genera más energía. (Tabla 1.)
Tabla 1. Resultados de las pruebas de flujo
| Nivel de Flujo | Velocidad de Turbina | Intensidad del LED |
| Lento | Baja | Muy tenue |
| Medio | Moderada | Brillante |
| Fuerte | Alta | Muy brillante |
Aprendimos que la “magia” física que ocurre cuando el agua pasa por dos estados de energía:
Esto confirma que nuestro prototipo no solo funciona, sino que es una herramienta clave para el desarrollo sostenible:
Eficiencia Energética Limpia: Logramos transformar la fuerza del agua en electricidad suficiente para encender un LED sin quemar ningún combustible. Esto significa que nuestra hidroeléctrica tiene una huella de carbono cero, demostrando que es posible obtener energía sin emitir gases de efecto invernadero.
Aprovechamiento de Recursos Locales: Al probar con diferentes tipos de agua, determinamos que el agua de lluvia es el recurso más sustentable para este sistema. Su uso permite generar energía sin agotar las reservas de agua potable, promoviendo un modelo de economía circular donde el ciclo natural del agua nos brinda luz.
Impacto en la Conciencia Ambiental: Uno de los resultados más valiosos fue observar cómo el diseño a escala facilita la enseñanza de las “Acciones Verdes 2030”. El proyecto demuestra de forma práctica que la tecnología pequeña (mini-hidroeléctricas) puede ser la solución para llevar electricidad a comunidades rurales o aisladas de manera ecológica.
Comprobamos que nuestra hipótesis era cierta. Usando solo la fuerza del agua pudimos prender un foco sin usar pilas ni contaminar. Entre más fuerte cae el agua, ¡más brilla la luz!
Entendimos que el agua tiene energía “guardada” (potencial) y energía “en movimiento” (cinética). Saber esto nos ayudó a construir una máquina que ayuda al planeta.
Demostramos que usar agua de lluvia es la mejor forma de generar energía limpia. Así cumplimos con nuestras Acciones Verdes 2030 para que el mundo sea un lugar mejor y sin contaminación.
¡Estamos muy felices porque demostramos que el agua no solo nos da vida, también nos da luz!
Futuras líneas de investigación:
Nuestro proyecto es solo el comienzo. En el futuro, nos gustaría investigar lo siguiente:
Diferentes materiales para la turbina: Nos encantaría probar con una impresora 3D para diseñar aspas de diferentes formas y tamaños, y así descubrir cuál aprovecha mejor la fuerza del agua.
Almacenamiento de energía: Queremos investigar cómo conectar nuestra hidroeléctrica a una batería o pila recargable, para que la luz se quede guardada y podamos usarla, aunque el agua no esté cayendo en ese momento.
Hidroeléctrica de mar: ¡Sería increíble investigar si este mismo sistema puede funcionar con el movimiento de las olas del mar (energía mareomotriz) para ayudar a las personas que viven cerca de la playa!
Otra posible línea de investigación es analizar cómo otros tipos de energía limpia, como la energía solar o la energía eólica, pueden producir electricidad y compararlas con la energía hidroeléctrica para conocer sus ventajas y diferencias
Organización de las Naciones Unidas. (2015). Objetivos de Desarrollo Sostenible. https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/
Secretaría de Educación Pública. (2020). Ciencias naturales. Quinto grado. SEP. https://libros.conaliteg.gob.mx/
Comisión Nacional del Agua. (2021). La energía hidroeléctrica y el aprovechamiento del agua. Gobierno de México. https://www.gob.mx/conagua
Instituto de Energías Renovables, UNAM. (2022). Energías renovables: energía hidroeléctrica. Universidad Nacional Autónoma de México. https://www.ier.unam.mx
National Geographic Society. (2023). Hydroelectric energy. https://www.nationalgeographic.org
U.S. Energy Information Administration. (2022). Hydropower explained. https://www.eia.gov
Considine, D. M. (1984). Tecnología de las energías: solar, hidráulica, geotérmica y combustibles químicos. Barcelona: Publicaciones Marcombo.
Fanchi, J. R. (2004). Energy Technology and Directions for the Future. Oxford: Elsevier Academic Press.
Hinrichs, R. A., & Kleinbach, M. H. (2012). Energy: Its Use and the Environment (5ta ed.). Boston: Thomson Learning Academic Resource.
Vega, J. C., & Ramírez, S. (2014). Fuentes de energía renovables y no renovables: Aplicaciones. México: Alfaomega.
