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TESINA:

SISTEMA MIXTO DE ENERGÍA TÉRMICA Y FOTOVOLTAICA, PARA CUBRIR LOS REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS PARA EL BOMBEO DE AGUA, PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y ENERGÍA ELÉCTRICA DEL ESTABLO DAVILA FERNANDEZ. Autor: Ing. Luis Augusto Zuñe Bispo

JUNIO 2013

1


“Salvaguardar el medio ambiente. . . Es un principio rector de todo nuestro trabajo en el apoyo del desarrollo sostenible; es un componente esencial en la erradicaciĂłn de la pobreza y uno de los cimientos de la paz.â€? Kofi Annan

2


CONTENIDO

INTRODUCCION

4

CAPITULO 2: INGENIERIA DEL PROYECTO 2. Datos de partida de la instalación. 2.1. Usuario. 2.2. Localización. 2.3. Datos generales. 2.4. Requerimientos Generales 2.4.1. Para el Establo 2.4.2. Para la Casa de Campo 2.5. Cálculos para el requerimiento energético del Establo 2.5.1. Cálculos para el sistema de Bombeo Fotovoltaico 2.5.2. Cálculo de Sistema Térmico 2.6. Cálculos para el Sistema Eléctrico de la Vivienda 3. Presupuesto 3.1. Presupuesto para el Sistema de Bombeo Solar 3.2. Presupuesto para el Sistema de Energía Eléctrica para la Casa de Campo 3.3. Presupuesto para el Sistema Térmico para Agua Sanitaria 3.4. Resumen del Presupuesto 3.5. Financiamiento

6 6 6 6 6 7 7 7 8 8 13 18 24 24 24 25 25 25

ANEXOS A) Fechas Estaciones del año en Perú B) Horas de Sol Proyectadas para el 2013 con ángulos de elevación y azimut

26 26 26

BIBLIOGRAFIA

29

3


INTRODUCCION

La energía es una fuente muy importante para que las actividades tradicionales rurales, relacionadas con productos agrícolas, crianza de animales y sus derivados puedan llegar a la ciudad con la calidad y presentación requerida a la ciudad. Esto requiere de la tecnificación de estas actividades, y la tecnología requiere de energía para poner en marcha los equipos y herramientas necesarios para cada actividad. La necesidad de contar con agua caliente, es vital para el tema de la producción de carnes y derivados de la crianza de animales (leche, huevos, etc). Y de gran importancia para la limpieza de los productos salidos de la tierra. Por otro lado, en la gran mayoría de los establos y terrenos agrícolas el agua potable se obtiene generalmente del agua de los ríos o del subsuelo, de alguna o de otra forma se requiere que esta agua sea llevada a reservorios para ser tratadas o utilizadas directamente, para ello se requieren de sistemas de bombeo que requieren de alguna forma de energía para su funcionamiento.

Figura 1: Ilustración 1: Ubicación del Establo Ganadero Dávila Fernández

4


El presente trabajo se desarrollará en el establo ganadero perteneciente a la Familia Dávila Fernández, donde se extrae leche fresca de vacas. El establo se encuentra ubicado en el Distrito de Reque de la ciudad de Chiclayo, se encuentra ubicado aproximadamente a 20 Kilómetros de la ciudad en las coordenadas geográficas latitud 6°48'4.33"S y longitud 79°48'55.72"O. La propiedad no cuenta con servicio de energía eléctrica, dado a que la toma de energía más cercana se encuentra a 1.5 kms y es de mediana tensión, la compañía de electrifica para prestar el servicio exige al propietario que se encargue de las obras civiles de los postes, costos de los cables, costos de tendido, y la compra de un transformador, lo que significa un costo de S/. 125,000. Además del pago del servicio mensual que se calcula que estaría en el orden de los S/ 300.00 mensuales, sin beneficio alguno por haber implementado la infraestructura. Por otro lado, tampoco cuenta con servicio de agua potable y desagüe por parte de la empresa prestadora de servicios de Agua de Lambayeque, pero cuenta con una cisterna de agua, que es alimentada por un pozo tubular por una bomba de agua a 30 metros de profundidad, extraída con moto-bomba gasolinera. Tiene un sistema de calentamiento de Agua por medio de caldera que funciona con petróleo, agua que se utiliza para el aseo del ganado y caballos de paso. Hay una edificación, una casa de campo de 200 m2, que se encuentra a 100 metros del área que ocupa el establo, y que es alimentada con energía por un motor de 5 KW, que se enciende ocasionalmente para llenar el tanque elevado de agua de la casa, refrigerar vacunas y cuando los propietarios pasan el fin de semana. No existen obstáculos naturales o artificiales alrededor del establo. El objetivo del presente trabajo es proveer al establo bajo estudio de un sistema mixto basado en energía térmica y fotovoltaica para cubrir los requerimientos energéticos para el bombeo de agua, producción de agua caliente sanitaria y energía eléctrica del establo y de la casa de campo.

5


CAPITULO 2: INGENIERIA DEL PROYECTO

2.

Datos de partida de la instalación.

2.1.

Usuario. Establo Ganadero Dávila Fernández

2.2.

Localización. El establo se encuentra ubicado en el Distrito de Reque de la ciudad de Chiclayo, se encuentra ubicado aproximadamente a 20 Kilómetros de la ciudad en las coordenadas geográficas latitud 6°48'4.33"S y longitud 79°48'55.72"O.

2.3.

Datos generales. El establo ganaderos un proyecto orientado a la crianza y recolección de leche fresca proveniente de vacas lecheras, en la actualidad hay 25 vacas que se encuentran en producción, y 5 terneras que se encuentran en fase de crecimiento las cuales deben alcanzar la edad aproximada de 2 años para la producción lechera. Se prevé que en el lapso de 3 años se pueda alcanzar la cifra de 50 vacas. Además existe en proceso la crianza de caballos de paso, en la actualidad hay tres, y una pequeña producción de aves y animales pequeños (gallinas, cuyes, patos, pavos) que son criadas para el consumo de los propietarios. La propiedad no cuenta con servicio de energía eléctrica, dado a que la toma de energía más cercana se encuentra a 1.5 km. y es de mediana tensión, la Compañía de Servicios Eléctricos para prestar el servicio exige al propietario que se encargue de las obras civiles de los postes, costos de los cables, costos de tendido, y la compra de un transformador, lo que significa un costo de S/. 125,000. Además del pago del servicio mensual que se calcula que estaría en el orden de los S/ 300.00 mensuales, sin beneficio alguno por haber implementado la infraestructura. Por otro lado tampoco cuenta con servicio de agua potable y desagüe por parte de la empresa prestadora de servicios de Agua de Lambayeque, pero cuenta con una cisterna de agua, que es alimentada por un pozo tubular por una bomba de agua a 30 metros de profundidad, extraída con motobomba gasolinera. Tiene un sistema de calentamiento de Agua por medio de caldera que funciona con petróleo, agua que se utiliza para el aseo del ganado y caballos de paso. Hay una edificación, una casa de campo de 200 m2, que se encuentra a 100 metros del área que ocupa el establo, y que es alimentada con energía por un motor de 5 KW, que se enciende ocasionalmente para llenar el tanque elevado 6


de agua de la casa, refrigerar vacunas y cuando los propietarios pasan el fin de semana. No existen obstáculos naturales o artificiales alrededor del establo. 2.4.

Requerimientos Generales

2.4.1. Para el Establo a) Sistema de Bombeo de Agua para la cisterna del establo. El sistema debe ser independiente, dado a que el pozo se encuentra a 200 metros de la casa. El tanque de almacenamiento de agua mide aproximadamente 3 metros de ancho por 2 metros de alto, diseñado para almacenar 5000 litros de agua. Y la profundidad de la beta de agua es de 20 metros, y el tanque se encuentra a una altura de 10 metros. El agua ha sido analizada en laboratorios y es agua potable, no necesita tratamiento químico alguno para su consumo para personas o animales. b) Obtener agua a temperatura de 45°C para el aseo de vacas lecheras y los caballos de paso. En el establo existen 25 vacas las cuales son bañadas y cepilladas, al menos 1 vez por semana, y se requieren aproximadamente 20 litros de agua para bañarlas a una temperatura de 35°C para evitar que se resfríen por el cambio brusco de temperatura.

2.4.2. Para la Casa de Campo a) Sistema Eléctrico para la iluminación y aparatos eléctricos de la Casa. Para este sistema se incluyen los aparatos eléctricos convencionales que funcionaria en corriente continua, incluida un sistema de calentamiento de agua mediante una sonda de calentamiento en un tanque de 13 litros que se ha diseñado para tal propósito y proporcionar agua caliente para baño. El agua proviene del tanque principal conectado al pozo tubular, y llega a un tanque elevado de 500 litros que se encuentra a una altura de 7 metros en la casa, y este se llena por efecto de vasos comunicantes y por efectos de la gravedad, del tanque principal que se encuentra a una distancias de 200 metros a una altura de 10 metros, y conectados por un tubo de 1 pulgada. Cálculos para los requerimientos Energéticos del Establo.

7


2.5.

Cálculos para el requerimiento energético del Establo

2.5.1. Cálculos para el sistema de Bombeo Fotovoltaico a) Requerimentos

Cantidad

Requerimiento Agua para Establo Descripción litros/sem litros/dia Total Diario

Unidades

4

Caballos

280.0

40.0

160.0 litros/dia

25

Vacas Lecheras

700.0

100.0

2500.0 litros/dia

20

Pollos

9.0

0.1

2.0 litros/dia

5

Perros

28.0

4.0

20.0 litros/dia

30

Cuyes

1.4

0.2

6.0 litros/dia

TOTAL

2688.0 litros/dia 2.7

3

m /dia

Tabla 1: Tabla de Requerimiento de Agua para el Establo

b) Datos Generales Actuales

Datos de Situación Actual del establo Descripción Cantidad Unidades Área Libre (lugar de duchas) 1000.0 m2 Área Establo 12000.0 m2 5.0 m3 Capacidad Tanque de Agua (2.5x2 m) Altura de Tanque 12.0 m Profundidad Pozo 15.0 m Tabla 2: Datos de Situación Actual del Establo

Actualmente el bombeo se realiza en base a una bomba sumergible de 2HP cuya fuente de energía, es un generador a Gasolina de 84 octanos de 2500 wattios, capaz de bombear hasta 240 litros de agua por minuto, el cual consume 1 galón diario de Gasolina para llenar el tanque de agua general, y que por el concepto físico de vasos comunicantes llena un tanque de 1 m3 de la casa de campo.

c)

Cálculos para Bomba 8


De acuerdo a los requerimientos de la tabla Nº y a la situación actual expresada en la tabla Nº, tenemos los siguientes datos para la altura:

H =

31.1 m

Hg =

27.0 m

Hd =

4.05 m

Tabla 3: Tabla de Alturas

Vol (m3)

Hg

Hd

Abatimiento

H

Eh (kWh)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio

3.36 3.36 3.36 3.36 3.36 3.36

27.0 27.0 27.0 27.0 27.0 27.0

4.05 4.05 4.05 4.05 4.05 4.05

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

32.55 32.55 32.55 32.55 32.55 32.55

0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30

Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

3.36 3.36 3.36 3.36 3.36 3.36

27.0 27.0 27.0 27.0 27.0 27.0

4.05 4.05 4.05 4.05 4.05 4.05

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

32.55 32.55 32.55 32.55 32.55 32.55

0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30

HSP Eh / HSP (kWh/m2) 5.4 0.0551 5.4 0.0551 5.2 0.0573 5 0.0595 4.6 0.0647 3.9 0.0763 3.8 0.0783 4.3 4.9 5.1 5.3 5.3

0.0692 0.0608 0.0584 0.0562 0.0562

Tabla 4: Consumo de Agua Mensual

rend motor bomba energía hidráulica Fm Ft Gdm Potencia pico Caudal Q en m3/h al día

0.4 0.30 0.95 0.9 3.9 223.21 0.86

W m3/h

Tabla 5: Parámetros para la Bomba

d) Bomba Seleccionada

9


La bomba seleccionada es una Bomba de Corriente continua Shruflo 3900, la cual tiene referencias de operación en múltiples proyectos relacionados con Bombeo solar, se ha decidido usar este sistema funcionando a 24 voltios, dado a la capacidad que tiene este sistema para poder bombear 382 litros de agua por hora, y los paneles solares sin soporte de batería podrían bombear a potencia máxima durante 5 horas de sol durante el peor de los mes, es decir 1910 litros de agua. Se considerará de acuerdo a la experiencia de uso, el instalar un batería con la finalidad que sirva de reserva de energía para activar la bomba incluso en ausencia de sol.

Figura 2: Bomba Sumergible Shurflo 9300

La cual cuenta con las siguientes especificaciones técnicas:

Tabla 6: Especificaciones Técnicas de Bomba Shurflo 9300 10


Tabla 7: Caudal a 12 Vcc

Tabla 8: Caudal a 24 Vcc Ademรกs es necesario contar con un controlador para maximizar el rendimiento del arreglo de paneles propuesto hasta en un 30%, ademรกs de un sistema de control que evita el sobrecalentamiento de la Bomba y desconexiรณn automรกtica cuando el reservorio se encuentra lleno. Para esto

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se seleccion贸 el Controlador Shurflo 902-200, cuya imagen se muestra en la siguiente figura:

Figura 3: Controlador Shurflo 902-200 para Bomba 9300 e) La configuraci贸n de las conexiones

Figura 4: Conexiones para el Sistema de Bombeo Solar

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2.5.2. Cálculo de Sistema Térmico a) Requerimientos de Agua Caliente Los requerimientos de agua caliente sanitaria, para el establo es requerida para la limpieza de las ubres de las vacas antes de que se les extraiga la leche, y también para el baño semanal para la eliminación de parásitos externos. Por otro lado, en el establo hay caballos de paso, los cuales son bañados una vez por semana. De igual manera 5 perros guardianes, los cuales son bañados una vez por semana para eliminar los parásitos externos y evitar la contaminación a los otros animales. La temperatura máxima requerida es de 40º Centígrados.

Cantidad

Requerimiento Agua Caliente para Establo Descripción litros/sem litros/dia Total Diario

4

Caballos

25

Vacas Lecheras

5

Perros

Unidades

40.0

40.0

40.0 litros/dia

250.0

10.0

250.0 litros/dia

28.0

20.0

20.0 litros/dia

TOTAL

2688.0 litros/dia 2.7

3

m /dia

Tabla 9: Animales en el Establo

La temperatura de limpieza de las vacas y caballos es de 38º C, y el de los perros 39º C, por tanto el requerimiento que se plantea es de 40º C. La mayor parte de los veterinarios, aconsejan el baño de los animales, en forma distanciada dado a que baja la defensa de los animales ante múltiples enfermedades. Lo que es cierto es que en el caso de animales que son utilizados para la producción diaria de leche, el tema de la limpieza es primordial como un factor de confianza para el producto final. En general se deben tener mucho cuidado en los animales respecto a los parásitos internos y externos, por tanto el baño semanal, a todos los animales y la eliminación de los parásitos externos es fundamental en un establo ganadero.

b) Cálculos para el sistema de agua caliente

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N° días

% Ocupación

Meses

masa mensual m3/mes

T° Agua Salto Demanda Red (T1) térmico (T2 de energía - T1) (Termias)

Demanda Demanda Mensual diaria (MJ) (MJ)

tm:(T1+T2)/2

Tabla 10: Cálculos de la demanda de Agua Caliente Sanitaria

Enero

31

80

5.21 22.40

17.60

91.66

383.51

12.37

31.2

Febrero

28

80

4.70 23.90

16.10

75.73

316.87

11.32

32.0

Marzo

31

80

5.21 23.90

16.10

83.85

350.82

11.32

32.0

Abril

30

80

5.04 22.10

17.90

90.22

377.46

12.58

31.1

Mayo

31

80

5.21 18.80

21.20

110.41

461.95

14.90

29.4

Junio

30

80

5.04 17.10

22.90

115.42

482.90

16.10

28.6

Julio

31

80

5.21 17.30

22.70

118.22

494.64

15.96

28.7

Agosto

31

80

5.21 16.70

23.30

121.35

507.71

16.38

28.4

Setiembre

30

80

5.04 17.40

22.60

113.90

476.57

15.89

28.7

Octubre

31

80

5.21 18.20

21.80

113.53

475.03

15.32

29.1

Noviembre

30

80

5.04 19.30

20.70

104.33

436.51

14.55

29.7

Diciembre

31

80

5.21 20.90

19.10

99.47

416.19

13.43

30.5

5180.18

Tabla 11: Cálculos dependientes de la Irradiancía Solar DEPENDE DE LA IRRADIANCIA SOLAR H(MJ/m2) H1=H(MJ)*fc Factor "K" E (MJ) /m2 N° horas de Irradiancia Tabla (corregido) Sol (W/m2) Chiclayo 18.72

17.78

0.9

15.05

10.10

413.79

20.16

19.15

0.94

16.92

10.20

460.86

19.80

18.81

0.99

17.50

10.30

472.08

19.08

18.13

1.04

17.72

10.20

482.57

18.36

17.44

1.07

17.54

9.90

492.24

16.56

15.73

1.07

15.82

9.90

443.98

15.84

15.05

1.06

14.99

9.80

425.00

16.92

16.07

1.03

15.56

9.70

445.68

18.00

17.10

0.99

15.91

9.50

465.30

19.80

18.81

0.94

16.62

9.70

475.96

20.16

19.15

0.9

16.20

9.80

459.26

20.16

19.15

0.89

16.02

10.00

445.07

14


Tabla 12: Cálculos para el Colector Solar Térmico

7.74

239.91

712.52

185.79

1.60

185.79

383.51

25.90

18.02

64.70

19.84

16.86

472.20

1402.45

442.59

0.67

442.59

316.87

25.90

17.59

65.13

17.27

14.68

454.99

1351.32

385.19

0.77

385.19

350.82

24.10

19.41

63.31

14.70

12.50

374.89

1113.42

294.97

1.01

294.97

377.46

20.80

22.97

59.75

12.65

10.75

333.24

989.73

214.25

1.39

214.25

461.95

19.10

27.73

54.99

11.15

9.47

284.22

844.14

174.81

1.70

174.81

482.90

19.30

28.69

54.03

10.92

9.28

287.69

854.43

172.74

1.72

172.74

494.64

18.70

28.15

54.57

13.21

11.23

348.16

1034.04

203.67

1.46

203.67

507.71

19.40

26.08

56.64

16.34

13.89

416.72

1237.67

259.70

1.14

259.70

476.57

20.20

24.50

58.22

20.74

17.63

546.39

1622.76

341.61

0.87

341.61

475.03

21.30

23.98

58.74

23.28

19.79

593.70

1763.29

403.95

0.74

403.95

436.51

22.90

22.63

60.09

23.81

20.24

627.38

1863.32

447.70

0.66

447.70

416.19

Energía solar anual Aprovechable =

energía Solar Utilizada (MJ)

9.10

Generación de Energía Solar de acuerdo a la demanda (%)

60.51

m2 de captacion

22.21

% Aporte Solar

Energía Solar Neta (m2/mes) MJ

24.40

Energía Solar (MJ/m2)

rendimiento (%)

Energia Solar Neta (Total mes) MJ

Tao

100*m*(to-tao)/I

Energia Solar Neta (m2/dia) MJ

COLECTOR

4979.49

Optimo

Real

Peor Mes

Área de Captación

1.04

2.97

2.00

N° Colectores

1.00

1.00

1.00

Acumulador

67.2 litros

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Figura 5: Terma Solar con Tubos de Cobre al Vacío

Tabla 13: Tabla de especificaciones técnicas del Sistema Térmico Solar

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El sistema seleccionado es TZ58/1800-20S, el cual estará instalado sobre el techo del área destinada al lavado de las vacas, el cual se encuentra a una altura de 3 metros, el agua fría llega desde el tanque elevado por el efecto de la gravedad por un tubo de 1 pulgada, el cual es adaptado al sistema mediante una reductor de ½ pulgada, proveyendo la presión de agua necesaria para la circulación de agua por los tubos de los colectores solares. El tanque tiene una capacidad de almacenamiento de 170 litros, si bien solo se requiere por cálculo un tanque de 67 litros se prevé mayor consumo por aumento de la población vacuna y de los caballos de paso. c)

Sistema de Conexiones de Tuberías para agua fría y caliente En el siguiente grafico se observa el diagrama de conexionado de las tuberías para agua fría y caliente, que requiere el sistema de agua caliente sanitaria usando colectores solares térmicos.

Figura 6: Detalles de conexiones internas del Tanque de Almacenamiento El único inconveniente de este sistema es cuando se requiere agua para limpieza de las vacas, para ordeñarlas durante el primer turno de extracción que regularmente se realiza entre las 8:00 am y 10 am, el segundo turno de extracción se realiza entre las 2:00 y 4:00 pm, con este turno no existe inconveniente porque el agua está suficientemente caliente.

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2.6.

Cálculos para el Sistema Eléctrico de la Vivienda a) Requerimientos de Energía Eléctrica Estos requerimientos de consumo pico, que por lo general se dan los fines de semana. El refrigerador funciona durante la semana dos días al mes cuando se vacunan a los animales en forma masiva, o cuando es época de inseminación de las vacas. Además durante la semana (Lunes a Viernes), se usa un televisor de 14 pulgadas, y solo 4 focos ahorradores. Además se están instalando sensores de movimiento con la finalidad de encender los focos solo cuando exista presencia humana, con la finalidad de ahorrar el consumo de energía almacenada en las baterías. Consumo de Corriente Alterna Cantidad

Descripción

Potencia Unitaria (w)

Subtotal watt

Horas Uso horas

Consumo Wh

8

Focos Ahorradores

12

96

4

384

1

Refrigerador de 46 litros

85

85

8

680

1 1 1

Minicomponente Televisor 14 pulgadas LED Televisor 32 pulgadas LED

100 50 75

100 50 75 406

4 4 4 Total =

400 200 300 1964

Se plantea una autonomía de 2 días, por lo regular en los peores días del año existe iluminación del sol aunque de baja intensidad es suficiente para que los paneles puedan generar energía fotovoltaica, las pruebas realizadas con los paneles solares instalados indican en la peor época del año voltajes de 13.8 a 14.1 voltios en un arreglo de dos paneles con cielo nublado. De acuerdo a las tablas y gráficos en el anexo se ha determinado que se tendrá al menos 5 horas de radiación solar en el peor día del año. De acuerdo a observaciones realizadas en la primera semana de junio se registra al menos 5 horas de sol radiante entre las 11:00 horas y 16:00 horas aproximadamente.

b)

Cálculos de Paneles Fotovoltaicos y Baterías para la Casa de Campo Actualmente existen dos paneles solares de 145 W instalados, con 2 baterías BOSH utilizadas en transporte de carga pesada, cada una de ellas tienen una capacidad de 200 Ah.

18


Cálculo de Energía Ka Kb Kc Kv

0.005 0.05 0.1 0.15

1er caso

coeficiente de auto descarga coeficiente de pérdidas por rendimiento en el acumulador coeficiente de pérdidas en el inversor coeficiente de otras pérdidas del SSF

CON INVERSOR (cargas en C.C. y cargas en C.A.)

R=

0.686

E = Et / R

2862.97 [Wh] Energía real que debe suministrar el banco de baterías

El cálculo de la batería se realiza en la siguiente tabla:

Cálculo de la capacidad de la batería Voltaje Temperatura E = Cu = E. N Cu en Ah

12 16° C 2862.97 5725.95 477.16

Tensión Nominal de Instalación Temperatura de la Batería Energía real Wh, capacidad útil Ah, capacidad útil

C = Cu / PD

954.32 Ah, capacidad nominal C100

ΔT kt = 1 - ΔT / 160 C' = C / kt

4 0.975 978.79 Ah, corregido a la temperatura de la batería

Las baterías que se están utilizando son baterías de convencionales para camión, dado a que el costo de las baterías especiales para sistemas solares es alto, y el tiempo de provisión de las mismas es de al menos 30 días. Las baterías que se instalaron fueron baterías BOSH para transporte pesado: Baterías Bosch: S5200D Código: 41.0.092.S58.232 Polo: (-+) Capacidad: 200 Ah CCA: (-18° C) 1155 A CCA: (25° C) 1450 RC: 400 min Placas: 33 Dimensiones (mm): Largo: 527 – Ancho: 278 – Alto: 254 Borne: Grueso – Peso: 56 Kg.

19


Calculado el número de baterías, según la tabla de cálculos, el requerimiento es 423.71 Ah, por tanto:

N° Baterías = 477.16 Ah/ 200 Ah = 2.38 Baterías Redondeando hacia arriba, se tiene que el número de baterías sería: N° Baterías = 3 Baterías Actualmente están instaladas dos de estas baterías, las cuales se reemplazaran con 4 baterías marca Curtiss de 200 Ah las cuales no requieren mantenimiento. Para el proyecto se trabajara con Paneles Kyocera de 145 wattios, cuyas características se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 14: Tabla de Características Técnicas de los Paneles Solares Kyocera

De acuerdo a los cálculos realizados según la tabla … se tiene que el número de paneles requeridos es 4.88, redondeo se requieren 5 paneles, pero dado los requerimientos y la situación especial de consumo de energía, se puede considerar la adquisición de 4 paneles solares. Actualmente solo se han 20


instalado 2 paneles solares, y de acuerdo a lo observado cumple con las expectativas del cliente.

Calculo de Número de Paneles Solares Horas de Sol 5 Mínimo valor de HSP en el año Potencia = 145 Potencia nominal del panel Kyocera Voltaje Nom = 12 Tensión nominal del panel N° Paneles = 4.88 Paneles Tabla 15: Cálculo de Numero de Paneles Solares

c)

Calculo del Regulador de Carga de los Paneles

Figura 7: Inversor 12 DC a 220 AC, 300W Solar Mate

El regulador tiene las siguientes características: • Modelo: SOLAR MATE 300 • ENTRADA • Voltaje Operativo: 15 V ~ 22 V @ 12 V • Maximum Voltaje: 25 V • Maximum Potencia : 300 W • Máximo Amperaje: 18 A • SALIDA 21


• • • • • • •

Voltaje Nominal de Baterías 12V Tipo de Baterías que Carga: Sealed lead acid, vented, Gel, NiCd battery Máximo Amperaje de Carga: 30 A Consumo en Standby: 0 W Métodos de Carga Tres etapas: masiva, absorción, y flotante

d) Calculo de Inversores Características de los inversores seleccionados, se ha considerado tener dos inversores, uno que funcione exclusivamente con la refrigeradora y otro que funcione con el sistemas de iluminación y para los otros dispositivos eléctricos y electrónicos, la razón de esta situación es que se ha creído conveniente que para ahorrar energía de las baterías en inversor para el refrigerador colocar un controlador de temperatura para que este se encienda cuando la temperatura adecuada para mantener a las vacunas almacenada dentro del rango adecuado que es entre +2 y +8 °C, el controlador ha sido construido por el autor de presente proyecto en base a un microcontrolador 18F2550, usando como sensor al integrado LM35 el cual se encapsulo en un recipiente de aluminio delgado con GEL de silicona para transferencia de calor como el que se usa para los dispositivos electrónicos. En el siguiente enlace se muestra un video del diseño utilizado, replicado por unos alumnos bajo la tutoría del autor del presente proyecto. El refrigerado requiere 85 wattios para funcionar. Los inversores seleccionados son de las mismas características, y se ha seleccionado a la marca ENpower modelo 500VA, que se muestra en la siguiente figura:

Figura 8: Inversor de 500VA, marca ENpower 22


Cuyas especificaciones técnicas son las siguientes: • • • • • •

inversor 500VA voltaje de entrada : 12 , 24 v dc voltaje de salida : 220, 110 v ac potencia nominal : 300 watts potencia pico : 300 watts peso 2 kg +o-

23


3.

Presupuesto

3.1.

Presupuesto para el Sistema de Bombeo Solar

Tabla 16: Presupuesto de Bombeo Fotovoltaico

PRESUPUESTO BOMBEO FOTOVOLTAICO Cantidad 1 2 1 1 1 1 1 1

3.2.

Descripción Bomba DC Shruflo 3900 Paneles Solares Kyocera 145 W Batería de 12 Voltios BOSH 200 Ah Regulador de Carga Panel Solar Controlador Shurflo 902-200 Cables y Conectores Tubos y Conectores Costo de Instalación

P.U ($) SubTotal 295 295 300 600 200 200 100 100 292 292 100 100 100 100 500 500 TOTAL $ 2187

Presupuesto para el Sistema de Energía Eléctrica para la Casa de Campo

Tabla 17: Presupuesto de Sistemas Fotovoltaico

PRESUPUESTO SISTEMA FOTOVOLTAICO Cantidad Descripcion Paneles Solares Kyocera 145 W 4 Controlador de Carga Solar Mate 1 300W Inversores Enpower 300 W 2 Baterías Bosch 200 Ah 4 Controlador de Activación por 1 Temperatura Cables y Conectores 1 Rack Paneles y Accesorios 1 Costo de Instalaciones 1

P.U ($) SubTotal 300 1200 150

150

100 200

200 800

120

120

100 150 550 TOTAL $

100 150 550 3270

24


3.3.

Presupuesto para el Sistema Térmico para Agua Sanitaria

Tabla 18: Presupuesto Sistema Térmico Agua Sanitaria

PRESUPUESTO SISTEMA TERMICO AGUA SANITARIA Cantidad 1 1 1

3.4.

P.U ($)

SubTotal

900

900

300 200 TOTAL $

300 200 1400

Resumen del Presupuesto

Item 1 2 3 4

3.5.

Descripción Colector + Cisterna de Reserva SunRain TZ58/ 1800 Tubos y Conectores Costo de Instalación

Descripción Presupuesto Bombeo Fotovoltaico Presupuesto Sistema Eléctrico Fotovoltaico Presupuesto de Sistema Térmico Agua Sanitaria Gastos Imprevistos Inversión Total $

Sub Total 2187.0 3270.0 1400.0 685.7 7542.7

Financiamiento El financiamiento se realizara con recursos propios del propietario del establo, el sistema de energía para el establo es necesario dado a que el mismo se encuentra en crecimiento, y se prevé que en los próximos dos años se encuentre procesando la leche y produciendo derivados algunos derivados lácteos. El problema principal es la inversión en el sistema eléctrico dado a que la empresa prestadora de energía se compromete a prestar el servicio, siempre y cuando el costo de instalación de casi dos kilómetros de tendido de cables, y los transformadores de alta tensión además de las obras civiles para fijar los postes, cuyo costo mínimo bordea los S/. 125,000 soles. Además de tener que pagar el servicio mensual.

25


ANEXOS

A) Fechas Estaciones del año en Perú

ESTACION

INICIO

FIN

Verano

Diciembre 22

Marzo 21

Otoño

Marzo 22

Junio 21

Invierno

Junio 22

Setiembre 22

Primavera

Setiembre 23

Diciembre 21

B) Horas de Sol Proyectadas para el 2013 con ángulos de elevación y azimut

Fecha: coordinar: ubicación: hora 07:02:22 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00

22/12/2012 -6.7526295, -79.7568026 PE-6A, Perú Elevación Azimut -0.833° 113.72° 12.32° 112.58° 26.07° 112.82° 39.71° 114.97° 52.93° 120.5° 64.93° 133.78° 72.77° 165.98° 70.5° 210.09° 60.36° 233.02°

16:00:00

47.7°

242.3°

17:00:00 18:00:00 19:00:00 19:33:31

34.26° 20.55° 6.81° -0.833°

246.18° 247.47° 247.1° 246.29° 26


Fecha: coordinar: ubicación: hora 07:23:00 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 19:29:06

21/03/2013 -6.7526295, -79.7568026 PE-6A, Perú Elevación Azimut -0.833° 89.69° 8.35° 88.58° 23.23° 86.62° 38.08° 84.1° 52.84° 80.23° 67.33° 72.22° 80.26° 42.19° 78.85° 310.34° 65.47° 286.37° 50.92° 279.26° 36.14° 275.66° 21.28° 273.27° 6.39° 271.36° -0.833° 270.51°

Fecha: coordinar: ubicación: hora 07:28:58 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 19:12:52

21/06/2013 -6.7526295, -79.7568026 PE-6A, Perú Elevación Azimut -0.833° 66.49° 6.2° 65.43° 19.58° 62.15° 32.42° 56.65° 44.23° 47.61° 53.92° 32.59° 59.38° 9.45° 58.34° 342.75° 51.31° 322.06° 40.82° 309.16° 28.62° 301.39° 15.57° 296.67° 2.09° 293.9° -0.833° 293.51° 27


Fecha: coordinar: ubicación: hora 07:08:25 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 19:14:55

22/09/2013 -6.7526295, -79.7568026 PE-6A, Perú Elevación Azimut -0.833° 89.94° 11.97° 88.42° 26.86° 86.42° 41.71° 83.8° 56.46° 79.54° 70.87° 69.8° 82.6° 23.18° 76.15° 298.9° 62.13° 282.99° 47.46° 277.43° 32.64° 274.34° 17.76° 272.15° 2.87° 270.3° -0.833° 269.86°

28


BIBLIOGRAFIA

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Energía solar : para producir 6000 litros de

agua caliente sanitaria por día / Beatriz Luisa Salvador Gutiérrez, Lozano Pedro Sánchez Cortez. (#000025000)

29

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