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INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE LA CONSTRUCCIÓN
MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN
DE LA CONSTRUCCIÓN
ANÁLISISYPROPUESTA DESISTEMAS
ENERGÉTICOSALTERNATIVOS ENCASASHABITACIÓN ENLACD.DECHILPANCINGO,
GRO.
TESIS
que para obtener elGrado de
Maestro enAdministración de la Construcción
presenta:
ARQ. GUSTAVO MARTÍNEZ VÉLEZ
Estudios con reconocimiento devalidez oficialpor laSecretaría de Educación Pública
conformealacuerdo No.2004453defecha 15dediciembre de 2000
Chilpancingo, Gro.Julio 2009
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AGRADECIMIENTOS
A Dios todopoderoso por darme la oportunidad de despertar cada mañana
paratratarde ser mejor persona ydarle unbuensentido amiexistencia.
A mis padres, Guadalupe y Roberto por todo su amor, apoyo y paciencia ya
que sinellos hoy noestaría aquíterminando satisfactoriamente una etapa más
devida.
A mi hermana Claudia Elisa por siempre darme ánimos, por sus consejos y
hacermever mis errores cuando es necesario.
A mis compañeros por brindarme su amistad y compañerismo durante un año
y medio y de quienes pude aprender muchas cosas, tanto profesionales como
de lavida misma.
A mi asesor el Ing. Jaime Francisco Gómez Vega, por su buena orientación y
disposición paraguiarme eneldesarrollo deesta Investigación.
Arq. Gustavo MartínezVélez
/re
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DEDICATORIAS
A mis padres, Guadalupe y Roberto por haberme educado en la forma en que
lo hicieron inculcándome valores ya que gracias a ello soy quien soy y por
enseñarme aperseverar yesforzarme para conseguir mismetas.
A mi hermana Claudia Elisa por todo su amor y por ser todo un ejemplo de
coraje y determinación para lograr sus objetivos. Nunca cambies y sigue
esforzándote paraser aún mejor.
A todas aquellas personas que creyeron y confiaron en mí en distintos
momentos de mi vida, pero sobre todo a aquellas que no lo hicieron ya que
siempre son un estimulo para seguir triunfando y demostrarles que se
equivocan.
Arq.GustavoMartínez Vélez
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ÍNDICE
RESUMEN
1
INTRODUCCIÓN.
2
Objetivos
3
Justificación
4
Hipótesis
5
Descripcióndelatesis
6
CAPITULO1
MARCO REFERENCIAL.
1.1Localizaciónysituaciónactualdelmunicipio
8
8
deChilpancingo,Gro.
1.2 Perfilsociodemográfico.
10
1.3 Infraestructurasocialydecomunicaciones.
11
1.4 Principalesenergíasutilizadasenlaciudad
13
deChilpancingo,Gro.
Arq. Gustavo MartínezVélez
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CAPITULO2
MARCO TEÓRICO.
14
2.1Energíasalternativas.
14
2.2Tiposdeenergíasalternativas.
2.3Tiposdesistemasenergéticosalternativosysususos.
17
22
2.3.1Panelessolaresyfotovoltaicos.
22
2.3.2Turbinaseólicasoaerogeneradores.
30
2.4 Herramientasfinancierasautilizar.
36
CAPITULO3
PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LAAPLICACIÓN
38
DESISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS
ENCASAS-HABITACIÓN.
3.1Conocerlostiposdeenergíasalternativasysistemasexistentes.
38
3.2Analizar laubicaciónyclimadelsitio.
38
3.3Analizarloscostosdelossistemascomercialesalternativos.
39
3.4Análisisdelconsumodeenergíaenlaedificaciónpropuesta.
40
3.5Análisisdeldesempeñoyrendimientodelossistemas
41
energéticos alternativos.
Arq. GustavoMartínezVélez
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CAPITULO4
VIABILIAD DEL USO DESISTEMAS ENERGÉTICOS
42
ENCASAS-HABITACIÓN ENCHILPANCINGO, GRO.
4.1Análisisclimatológicodelsitio.
4.2Costosdeadquisición,instalaciónymantenimientodelos
42
46
sistemas energéticosconvencionalesyalternativos.
4.3Comparacióndelcosto,desempeñoyrendimientoenergético
51
delossistemasalternativosyconvencionales.
4.3.1Propuestadecasa-habitaciónparaanálisis.
4.3.2Análisisdelconsumodeenergíaenwatts/hr.
4.3.3Asignacióndetarifaycálculodelcostodeconsumo.
4.3.4Análisisdelrendimientodelsistemafotovoltaico.
4.3.5Propuestadecircuitosautilizarparaelsistemahíbrido.
4.3.6Segundapropuestadelusodelsistemafotovoltaico.
51
53
57
59
61
63
4.3.7Análisisdelsistemaeólico(aerogeneradores).
4.3.8Análisisdelconsumoycostodelgasparaabastecer
64
65
deaguacaliente.
4.3.9Análisisypropuestadelsistematérmicosolar.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
67
69
BIBLIOGRAFÍA.
72
ANEXOS.
74
Arq. GustavoMartínezVélez
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RESUMEN
En la presente investigación se hará la propuesta del uso deUsistemas
energéticos alternativ^en la ciudad de Chilpancingo, Gro. para casashabitación.
Para esto, se investigarán los^tipos de ejnergías altematiyas que se conocen y
los sistemas energéticos que resultan de ellas, cuáles son,su funcionamiento,
sus componentes, sus posibles aplicaciones y sus ventajas y desventajas, así
como los costos de adquisición de los equipos de dichos sistemas, su
mantenimiento, sus especificaciones de funcionamiento, rendimiento y vida
útil, y se compararán con los costos de las instalaciones convencionales de
electricidad ygas LP.
Se analizarán también las características climatológicas y geográficas de la
ciudad para conocer si éstas hacen posible el empleo y buen funcionamiento
dedichos sistemas alternativos.
Finalmente se propondrá una casa-habitación que será el objeto de análisis
para conocer el gasto mensual de la energía tanto eléctrica como de gas y
obtener sus costos de consumo para poder hacer la comparación con el
desempeño y rendimiento de los sistemas alternativos, como son los paneles
fotovoltaicos, aerogeneradores y calentadores solares para agua así hacer la
propuesta más acorde a las condiciones y necesidades propias del sitio, en
este caso la ciudadde Chilpancingo, Gro.
Arq.GustavoMartínez Vélez
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad, debido al mal uso y explotación indiscriminada de los
recursos energéticos del planeta tales como los combustibles fósiles, el gas
natural, la electricidad producida en plantas hidroeléctricas y la energía
nuclear, se ha producido escasez y encarecimiento de estos a nivel mundial,
dando como consecuencia una crisis energética global que ha ido en aumento
conel pasode losaños.
En nuestro país ya se hacen presentes este tipo de situaciones con el alza en
el precio de la gasolina y de algunos servicios de infraestructura,
afortunadamente aún no sufrimos de escasez de ninguna fuente de energía,
pero al ritmo que este problema avanza pronto la sufriremos en todos los
niveles de la sociedad en donde no solo las grandes industrias y factorías se
verán afectadas, sinotambién, nuestros propios hogares.
Por otro lado, en México estamos muy acostumbrados a depender
enteramente del gobierno y su infraestructura de servicios que en muchos
casos resulta estar en mal estado, mal administrada, deficiente y muy costosa
en razón de su calidad; razones por las cuales resulta conveniente buscar
alternativas para satisfacer lasdemandas energéticas en los hogares.
Arq. GustavoMartínezVélez
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OBJETIVOS
Objetivo general
Conocer, analizar y proponer el uso de sistemas energéticos basados en las
energías alternativas/para.satisfacer de manera total o parcial la demanda de
energía que se requiere en las casas-habitación en la Cd. de Chilpancingo,
Gro.
Objetivos
específicos
Analizar e identificar las condiciones geográficas y climatológicas de la Cd. de
Chilpancingo, Gro. para conocer qué tipo de sistemas energéticos alternativos
sonviables y rentables encasas-habitación.
Analizar y comparar los costos de adquisición y mantenimiento de los
sistemas energéticos convencionales y los sistemas alternativos, así como su
desempeño, rendimiento y rentabilidad acorto mediano y largoplazo.
Proponer un sistema energético "híbrido" combinando las energíí
alternativas con lasconvencionales y comerciales.
Arq. GustavoMartínezVélez
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JUSTIFICACIÓN
El uso de energías alternativas en nuestro país es una práctica poco
apreciada yvalorada,debido al poco conocimiento que setiene deéstas,sin
embargo, las energías renovables son una opción que en la actualidad debe
tenerseencuenta,yaquenoesmuylejano eldíaenquelostiposdeenergía
convencionalseencarezcanaúnmásoseterminen.Porestasrazones,hacer
un análisis o investigación sobre qué tipo de energías alternativas pueden
emplearse en lascasas-habitación, las ventajas ydesventajas queproducen,
ya sea de tipo ambiental,funcional, de eficiencia y de costo, resulta de muy
altointerésybeneficioyaquedeobtenerresultadospositivos puedenponerse
enpráctica yayudar adarsolución aunproblema quecada díasehacemás
severoyrecurrente.
Arq. GustavoMartínezVélez
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HIPÓTESIS
HO
El uso de sistemas energéticos alternativos resulta una opción viable para
suplir o complementar la demanda de energía requerida de los habitantes de
casas-habitación de la ciudad de Chilpancingo, Gro., tanto técnica como
económicamente.
H1
El uso de sistemas energéticos alternativos no resulta una opción viable para
suplir o complementar la demanda de energía requerida en las casashabitación de la ciudad de Chilpancingo, Gro. a pesar de que la energía del
sol y del viento es gratuita y perpetua, debido a sus altos costos de
adquisición.
Arq.GustavoMartínez Vélez
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DESCRIPCIÓN DELATESIS
A continuación se dará una descripción breve del contenido de los capítulos
delainvestigación.
Capítulo 1.Se describe la localización geográfica yel clima de la ciudadde
Chilpancingo, Gro. asícomo superfilysituación socio-demográfica. Sehabla
también de los tipos de energías más utilizados en las casas-habitación de
estaciudad.
Capítulo2.Enestecapítulo sehabladelasenergías alternativas, cuálesson
y cómo funcionan, así como los distintos tipos de sistemas energéticos que
resultandeéstas,suscomponentesysusaplicaciones.
Capítulo 3. Se describe paso a paso la metodología que se seguirá para
establecer la viabilidad de la propuesta del uso de sistemas energéticos
alternativos.
Capítulo 4. Eneste capítulo se hace el análisis climatológico completo dela
ciudad de Chilpancingo para determinar si sus características son viables en
el uso de sistemas alternativos, de igual manera se analizan tanto los
sistemas energéticos convencionales y alternativos en sus costos de
adquisición mantenimiento y desempeño. Finalmente se lleva a cabo la
comparación de los costos y ahorros de consumo en la casa-habitación que
seplanteaconelusodeambostiposdeenergía(convencionalyalternativa)y
se hace la propuesta que resulta más viable tanto técnica como
económicamente.
Arq. GustavoMartínezVélez
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Conclusiones y recomendaciones. Aquí se exponen las conclusiones a las
que se llegó tras realizar la investigación completa de los distintos tipos de
energía que se plantearon y se hacen las recomendaciones pertinentes para
el uso futuro de sistemas alternativos en las casas habitación de la ciudad de
Chilpancingo, Gro.
Arq. GustavoMartínezVélez
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CAPITULO1
MARCO REFERENCIAL
1.1 Localización y situación geográfica del Mpo. de Chiipancingo.
El
municipio
de
Chiipancingo, se localiza
en el centro del Estado de
Guerrero, ubicado en las
coordenadas
17011'
y
17037'de latitud norte y los
99024'
y
100o09'
de
longitud oeste, respecto
del
meridiano
Greenwich.
de
CiudaddeChiipancingo, Gro. Fuente, Googleearth25-05-09
Colinda al norte, con Leonardo Bravo y Eduardo Neri (antes Zumpango del
Río); al sur, con Juan R. Escudero y Acapulco; al este con Mochitlán y Tixtla;
aloeste, con Coyuca de Benítez y Leonardo Bravo.
Tiene unaextensión territorial de 2,338.4 kilómetros cuadrados.
Se clasifica entres tipos:zona accidentada, representa un65 porciento de las
superficies, localidades en la sierra de Ocotlán y sierra de Jaleaca de Catalán
ubicadas al norte; oeste y noroeste; el relieve varía de 700 a 2,700 metros
sobre el nivel de mar.
Arq. GustavoMartínezVélez
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Las zonas semi-planas abarcan un 25 por ciento del territorio principal,
distribuidas al oriente, sur y sureste, principalmente en las localidades de
Petaquillas, Mazatlán, El Rincón, Buenavista, Cajeles y Chilpancingo,
alcanzando elevaciones de2,695; 2,545; 2,085; 1,845; 1,740y 1,647metros,
respectivamente.
Laszonas planas abarcan 10 por ciento,surelieve varía de250a700 metros.
Las principales elevaciones montañosas que pueden cifrarse son loscerrosde
Tepoztepec, Culebreado, DelToroyAlquitrán.
Hidrografía
El municipio cuenta con los recursos hidrológicos de los ríos Papagayo;
Huacapa, Ocotito, Zoyatepec, Jaleaca yotrosdemenor importancia; tiene dos
sistemas hidrológicos (presas) unaenlacabecera municipal atres kilómetros
aproximadamente, llamada del Cerrito Ricoyotra enlalocalidaddeRincónde
laVía.
Clima
Los climas existentes son el subhúmedo-semicálido, subhúmedo-cálido y
subhúmedo-templado; la temperatura varía de 150C a 240C. El temporal
aparece normalmente de junio a septiembre con una precipitación media
anual de1,650milímetros. Los meses más calurosos sondemarzo amayo,y
los mesesdediciembreyenero los másfríos.
La dirección del viento enlas diferentes épocas del añoenprimavera desura
este; enverano de sureste a norte y de norte a sur;en otoño de sureste a
norte; eninviernodesuresteanoreste.1
Todoelsubcapítulo 1.1 esinformación citada textualmente dewww.e-local.gob.mx recopilada el18-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
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1.2Perfil
sociodemográfico.
Evolución Demográfica
En 1990, lapoblación total poredad,de0a 14años fuede39.64 porciento,
de 15a64añosde 55.61 porciento,de65 añosomásde 3.19 porcientoy no
especificado 1.55por ciento.
De acuerdo alXII Censo General dePoblación yVivienda 2000 efectuadopor
el INEGI, la población total del municipio es de 192,947 habitantes, delos
cuales 92,873 sonhombres y 100,074 mujeres representando el48% y52%,
respectivamente. La población total del municipio representa el 6.26por
ciento, con relaciónalapoblacióntotal delestado.
La tasa de crecimiento intercensal 1995-2000 fue de 2.52 por ciento. La
densidad depoblación esde 82.51 habitantes por kilómetro cuadrado.
Deacuerdo alosresultados que presentoelIIConteo dePoblación yVivienda
enel2005, elmunicipio cuenta con un totalde214,219 habitantes.2
2
Todoelsubcapitulo 1.2es información citada textualmente dewww.e-local.gob.mx recopilada el18-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
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1.3 Infraestructura social y de comunicaciones
Vivienda
La vivienda en el municipio se caracteriza por ser de tipo rústico en las
localidades más apartadas, en la periferia de la cabecera municipal se
observan construcciones con muros de adobe y bajareque, techos de teja,
palma lámina y pisosdetierra encontrándose lamayoría enestado precario.
Únicamente en la cabecera municipal y en algunas localidades se observan
construcciones de material industrializado.
De acuerdo al XII Censo General de Población y Vivienda efectuado por el
INEGI, el municipio cuenta alaño 2000 con41,957 viviendas ocupadas, de las
cuales 36,541 disponen de agua potable, 34,905 disponen de drenaje, y
40,695 de energía eléctrica, lo que representa el 87.1%, %83.2 y 97.0%,
respectivamente.
Con respecto al régimen de la propiedad el 74% son propias y el 26% son
rentadas.
En relación a los asentamientos humanos se representan las siguientes
características: 22.0% es de adobe, el 60.39% es de cemento, 16.92% de
madera oasbesto yel0.50% noespecificado.
Deacuerdo alos resultados que presento el IIConteo de Población yVivienda
en el 2005, en el municipio cuentan con un total de 46,176 viviendas de las
cuales 39,689 son particulares.
Servicios públicos
El Ayuntamiento ofrece a sus habitantes los servicios de: Agua potable,
energía eléctrica, drenaje, alcantarillado, parques y jardines, plazuelas,
vialidad y transporte, seguridad pública, panteones, mercado, central de
Arq.GustavoMartínez Vélez
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abasto, bomberos, rastro y servicio delimpieza. Lamayor parte delascalles
delacabecera están pavimentadas oempedradas.
Medios deComunicación
Los principales medios de comunicación en la cabecera municipal son
mediante correos, servicio telefónico, estación de televisión, télex, radio
telefonía y casetas telefónicas; asimismo tiene una aeropista de mediano
alcance, que cuenta con radio frecuenciade118 ondulaciones para operación
y auxiliodelasunidades.
El transporte foráneo es proporcionado por autobuses, taxis y camionetas
mixtas; el servicio interno lo cubre taxis mixtos y doméstico, camiones
colectivos, camiones materialistas, de mudanzas y transporte escolar; el
transporte rural delmunicipio cuenta con taxis, camiones depasajeros mixtos
y autobuses.
VíasdeComunicación
El municipio cuenta conunaamplia infraestructura devías decomunicacióny
de transporte, en la infraestructura caminera destaca por su importancia la
carretera federal México-Chilpancingo-Acapulco, y la estatal ChilpancingoTlapa.
Actualmente existen 87 kilómetros de carreteras federales y estatales que
comunican a Chilpancingo con diversas comunidades del municipio de la
región y el estado; además existen 49.7kilómetros de caminos de brechas
quecomunicana27localidades.3
Todoelsubcapítulo 1.3es información citada textualmente dewww.e-local.gob.mx recopilada el18-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
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1.4Principales energías utilizadas enla Cd.de Chilpancingo.
Actualmente en la Cd. de Chilpancingo, Gro. los tipos de energías que se
utilizanprincipalmentesondos:
• Energía eléctrica suministrada por la red local a cargo de laComisión
FederaldeElectricidadCFE
• Gas LP (gas natural) suministrado o vendido por las diferentes
compañías privadas que existen en la zona en sus diferentes
presentaciones, en cilindros de distintos pesos, o en pipa para
abastecerlostanquesestacionariosdomésticos.
Estasenergías enocasiones notienen la capacidad ni laeficiencia necesaria
para satisfacer las demandas de la población. En el caso de la energía
eléctrica proporcionada porCFEpresenta muchas altasybajasensuvoltaje,
lo que degenera en un mal funcionamiento y daño a los aparatos
electrodomésticos quelaconvierteenenergíademalacalidad.
Por otro lado el gas vendido por las diferentes compañías aumenta
constantemente su costo, además de que los cilindros por lo general noson
llenadosasumáximacapacidad perosinsoncobradosal 100%,loqueseve
reflejado en los bolsillos de los consumidores al no rendir el contenido el
tiempoestimadoporsupeso.
Estas situaciones hacen que el adquirir energía en la Cd. de Chilpancingo
resulte costoso, poco eficiente y no satisfactorio para el consumidor tanto
económicacomofuncionalmente.
Arq. GustavoMartínezVélez
13
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CAPITULO2
MARCOTEÓRICO
2.1 Energías alternativas
Unaenergía alternativa,omás
precisamente una fuente de
energíaalternativaes aquella
que puede suplir a las
energías ofuentes energéticas
actuales, ya sea por su menor
efecto
contaminante,
fundamentalmente
por
o
su
I
posibilidad de renovación. J
Energíasalternativas, fuente bibliotecaetsit.com23-06-09
El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y
bienestar deunasociedad.Elconceptode"crisisenergética"aparececuando
las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan. Un
modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un
continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de
energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es
inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser
abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen
otros nuevos métodos para obtener energía: éstas serían las energías
alternativas.
En conjunto con lo anterior se tiene también que el abuso de las energías
convencionales actuales hoy día tales como el petróleo y la combustión de
carbón, entre otras, acarrean consigo problemas de agravación progresiva
como lacontaminación,elaumento delosgases invernadero yla perforación
delacapadeozono.
Arq. Gustavo Martínez Vélez
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Enlaactualidadse siguen buscando soluciones para resolver esta crisis
inminente.
La
discusión
energía
alternativa/convencional no es una
mera clasificación de las fuentes de
energía,sino que representa un cambio
que
necesariamente
tendrá
que
producirse durante este siglo. Es
importante reseñar que las energías
alternativas, aun siendo renovables,
también son finitas, y como cualquier
otro recurso natural tendrán un límite
Energías alternativas, fuente bitácora
medica.com 27-06-09
máximo de explotación. Por tanto,
incluso aunque podamos realizar la transición a estas nuevas energías de
forma suave y gradual, tampoco van a permitir continuar con el modelo
económico actual basado enel crecimiento perpetuo. Esporello porlo que
surgeelconcepto del/Desarrollo Sostenible. ]
Dicho modelosebasa enlassiguientes premisas:
El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes fósiles
actualmente explotadas terminarán agotándose, según lospronósticos
actuales,eneltranscurso de este sigloXXI.
El usodefuentes limpias, abandonando los procesos de combustión
convencionales ylafisión nuclear.
La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose
como alternativa elfomento delautoconsumo, queevite enla medida
de loposible laconstrucción de grandes infraestructuras degeneración
ydistribuciónde energía eléctrica.
Arq. GustavoMartínezVélez
15
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•
La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del
rendimiento de losdispositivos eléctricos (electrodomésticos, lámparas,
etc.)
Reducir o eliminar el consumo energético innecesario. No se trata sólo
de consumir más eficientemente, sino de consumir menos, es decir,
desarrollar una conciencia y una cultura del ahorro energético y
condena del despilfarro.
La producción de energías limpias,
alternativas y renovables no es por tanto
una cultura o un Intento de mejorar el
medio ambiente, sino una necesidad a la
que el ser humano se va a ver abocado,
independientemente de nuestra opinión,
gustos ocreencias.4
Colagerecursos naturales, fuente
leerxieer.fiies.woropress.com 27-06-09
Toda elsubcapitulo 2.1 energíasalternativas es información citadatextualmente de wvvw.wiklpedia.org
recopilada el 19-05-09
Arq. GustavoMartínezVélez
16
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2.2 Tiposdeenergías alternativas.
Enlapresente investigación seledaprioridadalaenergía solaryeólica ya
que con ellas seharánlosanálisis ypropuestas delossistemas energéticos
enlaCd.deChilpancingo,sinembargoexistenotrasenergías renovablesque
tambiénsemencionandemaneramásbreve.
La energía eólica es la energía
obtenida delviento,osea,laenergía
cinética generada porefecto de las
corrientes de aire, y que es
transformada enotras formas útiles
para las actividades humanas. El
término eó//co viene del latín
Aeolicus,perteneciente o relativo a
Eolo, dios de los vientos en la
mitologíagriega.5
Aerogeneradormarítimo, fuente fayerwayer.com
02-07-09
Como la mayoría delasfuentes deenergía terrestres, enúltima instancia
vienedelsol.Elsol irradia 174,423,000,000,000kilovatios/hora deenergía
alatierra.Esdecir,enunahoralatierrarecibe 1.74x1017vatiosdeenergía.
Aproximadamente entreel1yel2porcientodelaenergía que proviene del
soles convertida enviento. Esa cantidad esde50a100veces más quela
energíaconvertidaenbiomasaportodaslasplantasdelatierra.
Información deEnergía eólica recopiladade www.wikipedia.comel20-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
17
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Lasdiferenciasdetemperatura conducenalacirculacióndeaire.Lasregiones
alrededordelecuador,delatitud0o,soncalentadasporelsolmásqueelresto
del planeta. El aire caliente que es más ligero que el aire frío seeleva hasta
alcanzar aproximadamente 10 km de altitud y se separa en dos corrientes,
una se dirige hacia el norte y otra hacia el sur. Si el globo no rotara, el aire
simplementellegaríaalpolonorteyalpolosur,bajaríayvolveríaalecuador.
Los vientos predominantes se combinan con factores locales, tales como la
presencia de colinas, montañas, árboles, edificios y masas de agua, para
determinar las características particulares del viento en una localización
específica. Puestoqueelaireposee masa,elaireenmovimiento enformade
vientollevaconélenergíacinética.6
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir
energía eléctrica mediante aerogeneradores. Afinales de2007, la capacidad
mundialde los generadores eólicosfue de 94.1gigavatios. Mientras laeólica
genera alrededor del 1%del consumo de electricidad mundial, representa
alrededor del 19%de la producción eléctrica enDinamarca, 9%en Españay
Portugal, y un6%enAlemania e Irlanda (Datos del 2007). Laenergía eólica
esunrecurso abundante, renovable, limpio yayudaadisminuir lasemisiones
de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de
combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin
embargo,elprincipalinconvenienteessuintermitencia.7
Información de Energía eólica recopilada dewww.textoscientificos.com el 21-05-09
Información deEnergía eólica recopilada dewww.wikipedia.org el 20-05-09
Arq. GustavoMartínezVélez
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Laenergía solaresaquella recolectada
deformadirectaenformadecaloraalta
temperatura en centrales solares de
distintastipologías, oabajatemperatura
mediante paneles solares domésticos,o
bien en forma de electricidad utilizando
el efecto fotoeléctrico mediante paneles
fotovoltaicos. La energía solar es la
energía obtenida mediante la captación
delaluzyelcaloremitidosporelSol.8
£/so/,fuentedforceblog.com02-07-09
Elsolesunamasademateriagaseosacalientequeirradiaaunatemperatura
efectiva de unos 6000oC. De la distribución espectral de la radiación deesta
fuente de energía, medida fuera de la atmósfera terrestre, aproximadamente
lamitadestáenlaregiónvisibledelespectro,cercadelaotraregióninfrarroja
y un pequeño porcentaje de la región ultravioleta. Elsolestá a unadistancia
de 149,490,000 kilómetros de la Tierra, y la constante solar, esto es, la
intensidad media de radiación medida fuera de la atmósfera en un plano
normallaradiaciónesaproximadamente 1.94cal/min.Cm3.
La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra se
reduce porvarios factores variables, entre ellos, la absorción de laradiación,
en intervalos de longitudde onda específicos, por los gases de laatmósfera,
dióxido de carbono, ozono, etc., por el vapor de agua, por la difusión
atmosférica, por la partículas de polvo, moléculas y gotitas de agua, por
reflexión de las nubes y por la inclinación del plano que recibe la radiación
respectodelaposiciónnormaldelaradiación.9
Informacióndeenergíasolar recopiladadewww.wikipedia.orgel20-05-09
Informacióndeenergíasolarrecopiladadewww.textoscientlficos.comel21-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
19
/re
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La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del
calor que produce, como también através de la absorción de la radiación, por
ejemplo endispositivos ópticos ode otrotipo. Esunade las llamadas energías
renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como
energía limpia oenergíaverde.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones
atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas
condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m2 en la
superficie terrestre.A esta potencia se laconoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la
suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco
solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la
bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y
refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos
atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse
para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que
proviene detodas lasdirecciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la
atmósfera, recibe el nombre de constante solar ytiene unvalor medio de 1354
W/m2 (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m2y un
valor mínimo enelafelio de 1308W/m2.)
Arq.GustavoMartínez Vélez
20
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Como ya antes se mencionó existen otro tipo de energías alternativas además
de laeólica y la solar, dichas energías son lassiguientes:
La energía hidráulica, consistente en
la captación de la energía potencial de
los saltos de agua, y que se realiza en
centrales hidroeléctricas.
La energía mareomotríz, que se
obtiene de las mareas (de forma
análoga ala hidroeléctrica).
Mareas, fuente ctforceblog.com 02-07-09
¡La undimotriz, atravésde laenergía de lasolas.
La energía geotérmica, producida al aprovechar el calor del subsuelo en las
zonas donde ello es posible.
La biomasa, por descomposición de residuos orgánicos, o bien por su quema
directa como combustible.10
10
Información deenergías alternativas recopilada dewww.wikipedia.org el 20-05-09
Arq.GustavoMartínez Vélez
21
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2.3 Tiposdesistemas energéticos alternativos ysus usos.
Los sistemas energéticos alternativos más utilizados para energía solar son
los paneles solares y fotovoltaicos, los primeros captan el calor del sol
utilizado en calefacciones y para calentar agua, y los
fotovoltaicos
ánsformanlaenergíasolaren electricidad.
En el caso de la energía eólica el sistema de captación ytransformación de
energía delvientoenenergíaeléctrica másempleado sonlasturbinas eólicas
o aerogeneradores.
2.3.1 Panelessolaresyfotovoltaicos
Los paneles solares yfotovoltaicos
están compuestos por un sistema
de células o celdas solares que
son dispositivos que convierten la
energía solar en electricidad, ya
sea directamente vía el efecto
fotovoltaico
o
indirectamente
mediante la previa conversión de
energía solar a calor o a energía
química.
Paneles fotovoltaicos, fuente livefile store.com 05-07-09
Laforma más común de las celdas solares se basa enel efectofotovoltaico,
en el cual la luz que incide sobre undispositivo semiconductor dedos capas
produce una diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas. Este
voltaje es capaz de conducir una corriente otravés de un circuito externode
mododeproducirtrabajoútil.
Arq.GustavoMartínez Vélez
22
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Las celdas solares más utilizadas actualmente son principalmente de silicio y
se elaboran utilizando planchas (wafers) monocristalinas,
planchas
policristalinas o láminas delgadas. Sin embargo en la actualidad existen otros
materiales que han probado tener potencial comercial tales como el diselenide
de cobre combinado con indio, y teluo de cadmio con silicio amorfo como
materia prima.
Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 14de milímetro de
espesor) se cortan de ungran lingote monocristalino que se ha desarrollado a
aproximadamente 1400° C, este es un proceso muy costoso. El silicio debe
ser de una pureza muy elevada ytener unaestructura cristalina perfecta.
Las planchas policiristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el
cual elsiliciofundido esvertido en un molde yse ledeja asentar para después
ser rebanado en planchas. Como las planchas policristalinas son hechas por
moldeo son apreciablemente más baratos de producir, pero no tan eficientes
como las celdas monocristalinas. El rendimiento más bajo es debido a las
imperfecciones en laestructura cristalina resultante del proceso de moldeo.
Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar
la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas solares
están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio
tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el
silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las
cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del
dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa
tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas
opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden
recombinar pasando através de uncircuito externo fuera del materialdebido a
la barrera de energía potencial interna. Por lo tanto si se hace un circuito se
puede producir una corriente a partir de celdas iluminadas, puesto que los
electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con
los agujeros positivos.
Arq. GustavoMartínezVélez
23
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Efecto fotovoltaico en unacélula solar,fuente textoscientificos.com 22-05-09
La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico está
determinadopor:
• Eltipoyeláreadelmaterial
• Laintensidaddelaluzdelsol
• Lalongituddeondadelaluzdel sol
Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no
puedenconvertir máselde25%delaenergía solarenelectricidad,porquela
radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético no tiene
suficiente energía como para separar lascargas positivas ynegativas en el
material.
Lasceldassolaresdesiliciopolicristalinoenlaactualidadtienenunaeficiencia
de menos del20% y lasceldas amorfas desilicio tienen actualmenteuna
eficiencia cercadel 10%,debidoapérdidasdeenergía internasmásaltasque
lasdesilicio monocristalino
Una típica célula fotovoltaica desilicio monocristalino de 100 cm2 producirá
cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3
amperios bajo laluzdel solenpleno verano (el1000Wm-2). Laenergíade
salida delacélula escasidirectamente proporcional alaintensidaddela luz
delsol.(Porejemplo,silaintensidaddelaluzdelsolsedivide por la mitada
laenergíadesalidatambiénserádisminuidaala mitad.
Arq. GustavoMartínez Vélez
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Unacaracterística importantedelasceldasfotovoltaicasesqueelvoltajedela
célula no depende de su tamaño, y sigue siendo bastante constante con el
cambiodelaintensidaddeluz.Lacorrienteenundispositivo,sinembargo,es
casi directamente proporcional a la intensidad de la luz y al tamaño. Para
comparar diversas celdas se las clasifica por densidad de corriente, o
amperiosporcentímetrocuadradodeláreadelacélula.
La potencia entregada por una célula solar se puede aumentar con bastante
eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el
dispositivofotovoltaicodirectamentefrentealsol,oconcentrando laluzdelsol
usandolentesoespejos.Sinembargo,haylímitesaesteproceso,debidoala
complejidad de los mecanismos, yde la necesidad de refrescar a lasceldas.
La corriente es relativamente estable a altastemperaturas, pero el voltaje se
reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del aumento de la
temperaturadelacélula.
Puestoque unacélulafotovoltaica tiene unvoltaje detrabajo cercano a0.5V
éstas generalmente se conectan juntas en serie (positivo negativo) para
proporcionar voltajes más grandes. Los paneles se fabrican en una amplia
gamadelostamañosparadiversospropósitosquegeneralmentecaenenuna
detrescategoríasbásicas:
• Paneles de bajo voltaje/baja potencia son confeccionados conectando
entre3y 12segmentos pequeñosdesilicio amorfofotovoltaico conun
área total de algunos centímetros cuadrados para obtener voltajes
entre 1.5 y6Vypotenciasdealgunos milivatlos.Aunque cada unode
estos paneles es muy pequeño, la producción total es grande. Se
utilizan principalmente enrelojes,calculadoras, cámarasfotográficasy
dispositivos paradetectar laintensidad delaluz,tales como lucesque
seenciendenautomáticamentealcaerlanoche.
• Paneles pequeños de 1-10 vatios y 3-12 V, con áreas de 100 cm2a
1000 cm2 son hechos ya sea cortando en pedazos celdas mono o
policristalinas de 100 cm2 y ensamblándolas en serie, o usando
Arq.GustavoMartínez Vélez
25
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paneles amorfos de silicio. Los usos principales son radios, juguetes,
bombeadores pequeños, cercas eléctricas ycargadores de baterías.
•
Los paneles grandes, de 10 a 60 vatios, y habitualmente de 6 o 12
voltios, con áreas de 1000 cm2 a 5000 cm2 son generalmente
construidos conectando de 10a 36 celdas del mismo tamaño en serie.
Se utilizan individualmente para bombeadores pequeños y energía de
casas,comunicaciones, bombeadores grandes yfuentes deenergía en
áreas remotas.
Por otro lado, la energía del sol, además de ser transformada en electricidad,
puede ser utilizada para calentar agua atemperaturas inferiores alos 100°Co
para la calefacción de ambientes. El agua caliente para consumo domestico
ocupa elsegundo puesto enelconsumo deenergía de unavivienda típica.
Las tecnologías solares termales de
bajas temperaturas, y en especial las
tecnologías
que
no
generan
electricidad se basanenlos principios
científicos del efecto invernadero
para generar calor. La radiación
electromagnética del sol, incluyendo
la luz visible e infrarroja, penetra
dentro de un colector y es absorbida
por alguna superficie ubicada dentro
del mismo
Paneles fotovoltaicos,fuentelivefilestore.com
05-07-09
Una vez que la radiación es absorbida por las superficies dentro del colector,
la temperatura aumenta. Este incremento en la temperatura puede ser
utilizado para calentar agua, secar comida y granos, desalinizar agua o
cocinar comida.
Arq. GustavoMartínezVélez
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Un sistema de calefacción de agua está compuesto principalmente por ios
siguientes elementos:
•
Unoo más colectores para capturar laenergía delsol.
•
Untanque de almacenamiento.
•
Un sistema de circulación para mover el fluido entre los colectores yel
tanque de almacenamiento.
•
Unsistema decalefacción auxiliar.
•
Unsistema decontrol para regular laoperación delsistema.
Los colectores de placa plana son sofisticados invernaderos que atrapan y
utilizan el calor del sol para aumentar latemperatura del agua hasta alrededor
de los70oC.
Estos colectores consisten en una caja herméticamente cerrada con una
cubierta de vidrio o algún otro material transparente. En su interior se ubica
una placa de absorción la cual está en contacto con unos tubos por los que
circula un líquido que transporta elcalor. Existen ungran número de diferentes
configuraciones de lostubos internos en loscolectores de placa plana.
Los colectores tradicionales, como los de serpentina o los de tubos paralelos,
consisten en varios tubos de cobre orientados en forma vertical con respecto
al colector y en contacto con una placa de color oscuro, generalmente esta
placa es metálica, aunque que enalgunos casos puede ser de plástico o algún
otro material.
En el caso de los colectores de tubos paralelos, se colocan tubos de mayor
sección en la parte inferior y superior, para asistir a la extracción de agua
caliente yal ingreso de aguafría para sucalefacción.
La placa de absorción es aislada de la pared exterior con material aislante
para evitar pérdidas de calor.
Arq. GustavoMartínezVélez
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Enlosúltimos añosse handesarrollado platos compuestos desuperficiesde
absorción selectiva,hechosdemateriales confuerteabsorcióndelaradiación
electromagnéticaybajaemisión.
Existen también loscolectores detubo
de vació seencuentran entre lostipos
de colectores solares máseficientes y
más costosos. Estos colectores se
aprovechan al máximo en aplicaciones
que requierentemperaturas moderadas,
entre 50 0Cy950C,y/oenclimas muy
fríos.
Calentadoressolarespara agua,fuente
livefilestore.com 05-07-09
Los colectores detubo devacío poseen un"absorbedor" para capturar la
radiación delsolqueestá sellado alvacío dentro deuntubo. Laspérdidas
térmicasdeestossistemassonmuybajasinclusoenclimasfríos.
Una vezque el agua es calentada por alguno de los dispositivos antes
mencionados pasa a tanques de almacenamiento. Los utilizados más
frecuentemente concolectores deplaca plana ensistemas nuevos son los
sistemas integrados, donde lostanques de almacenamiento sonmontados
junto con los colectores, generalmente sobre el techo. Los tanques son
ubicados sobre loscolectores para aprovechar el efecto determosifón.La
densidad delagua varía según latemperatura. Engeneral, elagua es más
densa a mayores temperaturas de lo que es a menor temperatura. Los
sistemasdetermosifón hacenusodeesteprincipio parahacercircular agua a
travésdelcolector,el aguafría,provenientedelacañería,atraviesaelcolector
mientraselaguacalienteesextraídadeltanquedealmacenamiento.Paraque
el termosifón sea exitoso es esencial que los caños tengan el diámetro
adecuado.
Arq. GustavoMartínez Vélez
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Lasprincipales ventajasdelusodesistemas contanques de almacenamiento
integrados son queelsistema esmás rentable para quienes loinstalen y el
aguacalientesesuministraalapresióndelascañerías.
Los sistemas de alimentación porgravedad también pueden ser utilizados
paraalmacenar aguadeloscolectores deplacaplana.Enestaconfiguración,
eltanqueesinstaladoenunacavidadeneltecho,yúnicamenteelcolectores
expuesto al sol.La posición delos colectores debe serla adecuada para
permitirqueseproduzcatermosifónenformanatural.
Aunque estos sistemas songeneralmente másbaratos al momento desu
compra, lacañería delavivienda debe seradecuada para alimentaciónpor
gravedad,estoescañosmásanchos.
Otros sistemas queseutilizan con colectores deplaca plana, aunque menos
populares,sonlossistemasforzados,enloscuales untanquealapresión de
cañería es ubicado a nivel del suelo y el colector en el techo. Enestos
sistemas unabomba deagua esactivada cuando brilla elsolyelagua fría
circula atravesandoelcolector. Lossistemasforzados son máscarosque los
sistemas integrados odegravedad,ynecesitan electricidad para accionarla
bombadecirculacióndeagua.11
Todoelsubcapítulo 2.3.1 Panelessolaresyfotovoltalcos esinformación tomadade
www.textoscientificos.com 22-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
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2.3.2 Turbinaseólicas oaerogeneradores I
Como se mencionó al inicio del subcapítulO 2.2 los sistemas energéticos más
utilizados para la captación y transformación de la energía cinética del viento
son los aerogeneradores oturbinas eólicas.
Un aerogenerador es un generador
eléctrico movido por una turbina
accionada por elviento (turbina eólica).
Sus precedentes directos son los
molinos de viento que se empleaban
para lamolienda yobtención de harina.
En este caso, la energía eólica, en
realidad la energía cinética del aire en
movimiento,
proporciona
energía
mecánica a un rotor hélice que, a
Aerogenerador, fuente wikipedia.com 12-06-09
través de un sistema de transmisión
mecánico , hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador
trifásico,que convierte laenergía mecánica rotacional enenergía eléctrica.
Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la
disposición de suejede rotación,eltipo degenerador etc.
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en
parques eólicos oplantas degeneración eólica,distanciados unosde otros,en
función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el
movimiento de las palas. Para aportar energía a la red eléctrica, los
aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronización para
que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente
sincronizada con lafrecuencia de la red.12
12
Información deturbinaseólicastomadadewww.wikipedia.org. 22-05-09
Arq. GustavoMartínezVélez
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Hay tres leyes físicas básicas que gobiernan la cantidad de energía
aprovechable delviento.Laprimera leyindicaquelaenergía generada porla
turbina esproporcional alavelocidad del viento alcuadrado. Lasegundaley
indica que laenergía disponible esdirectamente proporcional alárea barrida
de laspaletas. Laenergía esproporcional alcuadrado delalongitud de las
paletas. Latercera leyindica queexiste unaeficacia teórica máxima de los
generadores eólicos del59%. Enla práctica, la mayoría delasturbinasde
vientosonmuchomenoseficientes queesto,ysediseñandiversostipospara
obtener la máxima eficacia posible a diversas velocidades del viento.Los
mejoresgeneradoreseólicostieneneficaciasdel35%al40%.
Enlapráctica lasturbinas eólicas sediseñan para trabajar dentro deciertas
velocidades delviento. Lavelocidad másbaja, llamada velocidad decorte
inferiorqueesgeneralmente de4a5m/s, puespordebajodeestavelocidad
no haysuficiente energía como para superar las pérdidas delsistema.La
velocidaddecorte superior esdeterminada porlacapacidaddeuna máquina
enparticular desoportarfuertesvientos. Lavelocidad nominaleslavelocidad
del viento a la cual una máquina particular alcanza su máxima potencia
nominal. Por arriba deesta velocidad,sepuede contar con mecanismosque
mantengan lapotencia desalida enunvalor constante conelaumentode la
velocidaddelviento.13
13
Informacióndeturbinaseólicas tomada dewww.textoscientificos.com 22-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
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Loselementosprincipalesdecualquierturbinadelvientoson:
• Rotor: las palas del rotor,
construidas mayormente en
materiales compuestos, se
diseñan para transformar la
energía cinética del viento
enunmomentotorsor enel
eje del equipo. Los rotores
modernos pueden llegar a
tener un diámetro de 42 a
80
metros
y
producir
potencias equivalentes de
Elementosdeunaerogenerador, fuente
vestas.com09-07-09
varios MW. Lavelocidad de rotación está normalmente limitada porla
velocidaddepuntadepala,cuyolímiteactualseestableceporcriterios
acústicos.
• Caja de engranajes o multipllcadora: puede estar presente o no
dependiendo del modelo. Transforman la baja velocidad del eje del
rotorenaltavelocidadderotaciónenelejedelgeneradoreléctrico.
• Generador: existen diferente tipos dependiendo del diseño del
aerogenerador. Pueden ser síncronos o asincronos,jaula de ardilla o
doblementealimentados,conexcitaciónoconimanespermanentes.
• Latorre:ubicaelgenerador aunamayoraltura para permitirelgirode
las palas ydonde los vientos sonde mayor intensidad ytransmite las
cargasdelequipoalsuelo.
• Sistema decontrol: responsable delfuncionamiento seguro yeficiente
del equipo, controla la orientación de la góndola, la posición de las
palasylapotenciatotalentregadaporelequipo.14
14
Información deelementos deturbinas eóhcastomada dewww.wikiepdia.org. 22-05-09
Arq.GustavoMartínez Vélez
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Las estimaciones exactas de la velocidad del viento son críticas al momento
de evaluar el potencial de la energía eólica en cualquier localízación. Los
recursoseólicos soncaracterizados porunaescaladeclasesdevientosegún
suvelocidad,queseextiendede laclase 1(la más bajo) alaclase7(lamás
alta). Losdesniveles de la superficie através de la cual sopla elviento antes
de llegar a una turbina determina la cantidad deturbulencia que estaturbina
experimentará. Los vientos turbulentos ejercen mayores tensiones sobre el
rotor yse elevan, reduciendo consecuentemente la expectativa devida dela
turbina.Así,lamayoríadegranjasdelvientoestánubicadasenlocalizaciones
rurales,lejosdeedificios,deárbolesydeotrosobstáculos.
Mientras que las características técnicas del viento en una localízación
específica son muy importantes, muchos otros factores también contribuyen
en la decisión del emplazamiento. Una localízación alejada de la red de
distribución eléctrica puede llegar a ser poco rentable, pues se requerirán
nuevas líneas de transmisión para conectar la granja eólica con la red. La
infraestructura de transmisión existente puede llegar a necesitar una
ampliaciónparapodermanejarlafuentedeenergíaadicional.Lascondiciones
del suelo y del terreno deben ser convenientes para ia construcción de las
fundaciones de las torres. Finalmente, la elección de una localízación puede
estar limitada por regulaciones sobre el uso de la tierra y la capacidad de
obtener los permisos requeridos de las autoridades locales, regionales y
nacionales.
La alturade latorre afecta lacantidad de potencia que se puede obtener del
viento con una turbina dada, así como las tensiones sobre el rotor. A una
altura de un kilómetro sobre la superficie, las velocidades del viento no son
influenciadas porelterrenoqueseencuentradebajo. Elvientosemuevemás
lentamente cuanto más baja sea la altura, con la máxima reducción de
velocidad del viento situada muy cerca de la superficie. Este fenómeno,
conocido comoesquileodelviento,es unfactor determinante al momentode
tomarladecisiónsobrelaalturadelatorre,puestoqueconamayoralturalos
Arq.GustavoMartínez Vélez
33
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rotores seexponen a vientos másrápidos. Además, lasdiferencias en la
velocidad del viento entrelapartesuperiorylainferior del rotor disminuyen a
mayoresalturas,causandomenordesgasteenlaturbina.15
Engeneral,los aerogeneradores modernos deejehorizontal sediseñanpara
trabajar convelocidades delviento quevarían entre3y24m/sde promedio.
La primeraeslallamadavelocidaddeconexiónyla segundala velocidad de
corte. Básicamente,elaerogenerador comienza produciendoenergíaeléctrica
cuando lavelocidad delviento supera lavelocidad deconexión y,amedida
que la velocidad del viento aumenta, la potencia generada es mayor,
siguiendolallamadacurvadepotencia.
Asimismo,esnecesario un sistema decontroldelas velocidades derotación
para que,en caso devientos excesivamente fuertes, quepodrían poneren
peligrolainstalación,hagagiraralaspalasdelahélicedetalformaqueéstas
presentenlamínimaoposiciónalviento,conloquelahélicesedetendría.
Para aerogeneradores degran potencia, algunos tipos desistemas pasivos,
utilizan características aerodinámicas delaspalas quehacen queaun en
condicionesdevientos muyfuerteselrotorsedetenga.Estosedebeaqueél
mismoentraenunrégimenllamado"pérdidaaerodinámica".
Estetipodegeneradoressehapopularizado rápidamente alserconsiderados
una fuente limpia de energía renovable, ya queno requieren, para la
produccióndeenergía,unacombustiónqueproduzca residuos contaminantes
y/ogasesimplicadosenelefectoinvernadero.Sinembargo,sulocalización—
frecuentemente lugares apartados de elevado valor ecológico, comolas
cumbresmontañosas,quepornoencontrarse habitadasconservansuriqueza
paisajística y faunística— puede provocar efectos perniciosos, como el
impacto visual enlalínea delhorizonte, elintenso ruido generado por las
15
Informaciónderotoreseólicosysufuncionamiento tomada dewww.textoscientificos.com 23-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
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palas, etcétera, además de los causados por las Infraestructuras que es
necesario construir para eltransporte de laenergía eléctrica hasta los puntos
deconsumo.
Otroproblema queplanteabanesla muertedeavesdepasoalchocarcontra
lasaspas,aunquedebido alavelocidaddegiroactualdeéstas,hadejadode
ser un problema mayor. Esta contaminación siempre será menor que la
nuclear olacombustión sólida ycon menoscoste inicial para losciudadanos.
En cuanto a las medidas de seguridad e higiene, los gastos no son tan
ingentes como los de las energías anteriormente citadas. Por otro lado, su
disponibilidad no es constante, pues no siempre existe esa energía eólica
necesaria para moveresasaspas (algunasdemásde50metrosdelongitud).
Se trata de encontrar un punto de equilibrio entre la contaminación y la
seguridaddelafuentedeenergía.16
16
Informaciónderotoreseólícosysufuncionamiento tomadadewww.wikipedia.org. 22-05-09
Arq.GustavoMartínez Vélez
35
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2.4Herramientas financieras autilizar \
Las herramientas financieras que se utilizarán en esta investigación para
medir ycomparar laeficiencia económica de la inversión que representará el
utilizar sistemas energéticos alternativos en lugar o en conjunto con los
sistemasenergéticosyenergíasconvencionalessonlassiguientes;
Tasainterna deretomo otasainternaderentabilidad (TIR)deunainversión,
'está definida como latasa de interés con la cual el valor actual neto ovalor
presente neto (VAN o VPN) es igual a cero. El VAN o VPN es calculado a
partir del flujo de caja anual, trasladando todas las cantidades futuras al
presente. Es un indicador de la rentabilidad de un proyecto, a mayor TIR,
mayorrentabilidad. \
^
vm=o
Se utiliza para decidir sobre la aceptación o rechazo de un proyecto de
inversión.Paraello,laTIRsecomparaconunatasamínimaotasadecorte,el
costedeoportunidaddelainversión(silainversiónnotieneriesgo,elcostede
oportunidadutilizadoparacompararlaTIRserálatasaderentabilidadlibrede
riesgo). Silatasa derendimiento del proyecto -expresada por laTIR-supera
latasadecorte,seaceptalainversión;encasocontrario,serechaza.
• Eslatasadedescuentoqueiguala lasumadelvalor actualopresentede
los gastos con la suma del valor actual o presente de los ingresos
previstos.
iv
JV
x;ypn= E
2= 1
Arq.GustavoMartínez Vélez
vpci
í= l
36
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v ¡
a/orpresentenetoovaloractualnetoprocededelaexpresióninglesa Net
present value. El acrónimo es NPVen inglés y VANen español. Esun
procedimiento que permite calcular el valor presente de un determinado
númerodeflujosdecajafuturos,originados porunainversión.Lametodología
consiste endescontar almomento actual (esdecir, actualizar medianteuna
tasa) todos losflujosdecaja futuros del proyecto.Aeste valor se lerestala
inversión inicial,detalmodoqueelvalor obtenidoeselvalor actual neto del
proyecto.\
LafórmulaquenospermitecalcularelValorActualNetoes:
VAN =y
" VFt
'*...-lo
^ 1
VFrepresentalosflujosdecaja.
loeselvalordeldesembolso inicialdelainversión.
Nneselnúmerodeperíodosconsiderado.
Eltipo de interésesk.Sielproyecto notiene riesgo, setomarácomo
referencia eltipo dela renta fija, detalmanera queconelVANse
estimarásilainversiónes mejorqueinvertir enalgoseguro,sinriesgo
especifico.Enotroscasos,seutilizaráelcostodeoportunidad.
CuandoelVANtoma unvaloriguala0,rpasaallamarseTIR(tasainternade
retorno).LaTIReslarentabilidadquenosestáproporcionandoelproyecto.17
Información indicadores financieros tomada dewww.wikipedia.org. 25-05-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
37
ITC
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CAPITULO3
PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA APLICACIÓN
DE SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS EN
CASAS-HABITACION. \
Para poder hacer una propuesta del uso de sistemas energéticos alternativos,
ya sea para producir electricidad o calor se requiere tener en consideración
diversos factores.
3.1 Conocer los tipos de energía alternativas y sistemas
existentes.
Investigar y conocer los tipos de energías alternativas que se utilizan
actualmente para saber cuáles pueden resultar útiles de acuerdo a sus
características, disponibilidad ya las necesidades de la propuesta.
2.- Investigar y conocer los tipos de sistemas energéticos alternativos que
existen, sus componentes y cómo funcionan, para poder formar un criterio
aplicable a las necesidades y requerimientos de la propuesta que se pretende
realizar.
3.2 Analizar la ubicación y clima del sitio.
Para poder realizar una propuesta del uso de cualquier sistema energético
alternativo se debe hacer un análisis completo del sitio en que se pretende
utilizar.
1.- Localizar y conocer su ubicación geografía, latitud, longitud y altitud para
de esta manera saber el sitio exacto que ocupa en la esfera terrestre para
poder determinar suasoleamiento de acuerdo asus coordenadas.
Arq. GustavoMartínezVélez
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CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
2.- Conocer las condiciones climáticas del lugar, como son las temporadas de
lluvia, la diferencia de clima que existe entre estaciones ya que en algunos
lugares ypaíses son muy marcadas, losdías reales desol alaño, losvientosy
suvelocidad promedio mensual yanualasí como sus velocidades máximas ya
que para el uso de sistemas eólicos (aerogeneradores) estos datos son
fundamentales para conocer suviabilidad.
3.- Analizar si existe algún factor geográfico o climatológico que impida el
adecuado uso y desempeño de estos sistemas como pueden ser cadenas
montañosas,temporada de huracanes, ciclones ytornados.
4.- Proponer la edificación en la que se hará la propuesta para saber su
orientación, con que áreas se cuenta para la colocación del sistema, y
determinar susgastos yconsumos mensuales deenergía.
3.3 Analizarlos costos de los sistemas comerciales
alternativos.
4 - - Una vez localizado el sitio y la edificación en la cual se va a hacer la
propuesta, se procede adeterminar qué tipo de necesidad energética se tiene
para saber quétipo de energía alternativa se desea utilizar.
2,-Analizar los costos de adquisición, instalación, mantenimiento, duración del
equipo (vida útil), potencia, tamaño y en general sus datos técnicos y así
realizar una selección más acorde a las necesidades de la propuesta.
3.- El siguiente paso es buscar y seleccionar los sistemas alternativos
comerciales, de acuerdo a su tamaño, costo y desempeño, para estar de
acorde ala edificación en la cualse propondrán.
Arq. GustavoMartínezVélez
39
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
/ 3.4 Análisis del consumo de energía en la edificación propuesta. .'•
1.- Habiendo realizado la selección del sistema o sistemas y sus costos de
adquisición, mantenimiento y desempeño, se especifican nuevamente las
condiciones y características de la casa habitación, como es su tamaño (m2),
susespacios, luminarias yelectrodomésticos a utilizar.
2.-Teniendo establecidos las luminarias yelectrodomésticos ysus respectivas
potencias de funcionamiento, se procede a hacer el análisis de las horas de
uso de cada de estos para conocer el consumo de watts por hora y por ende
elconsumo diario y mensual deenergía.
3.- Después de obtener la cantidad de energía que se consume en la casa
propuesta por hora, día y mes se consulta en CFE que tarifa le corresponde
de acuerdo al consumo mensual de electricidad y se determina el costo total
mensual porconsumo deenergía.
4.- Si se decide proponer algún sistema calentador solar se harán de igual
manera que en el análisis eléctrico una propuesta de calentador a gas y
después se calculará el consumo por hora, día y mes de gas natural ogas LP
para hacertrabajar elcalentador propuesto.
5.- De igual manera que se hizo con la electricidad se calculará el costo diario
y mensual del gas consumido para calentar el agua requerida en la casa
propuesta.
Arq. GustavoMartínezVélez
40
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
3.5 Análisis del desempeño y rendimiento de los sistemas
energéticos alternativos.
1.- Tras analizar los consumos de energía de los sistemas energéticos
convencionales y conocer el costo mensual y de adquisición de estos,
procedemos ahacer elanálisis deldesempeño yrendimiento de lossistemas
alternativos.
2.- Se calculará la cantidad de energía que producen tomando siempre en
cuenta las condiciones climáticas ya previamente mencionadas, como el
asoleamiento para el caso de los sistemas solares y la velocidad del viento
paralossistemaseólicos.
Es muy importante no tomar como un hecho los datos de rendimiento y de
potencia de los sistemas especificados por losfabricantes, ya que estos son
dados de manera muygeneral sintomar en consideración las características
propias del lugar, lo que provoca que en apariencia estos sistemas resulten
viables, sin embrago una vez hechos los cálculos y consideraciones
pertinentes deacuerdoalaubicacióndelsitio norendiral 100%yporendela
potenciaycantidaddeenergíaquesuministranresultainferioralosupuesto.
3.- El siguiente paso una vez calculados los desempeños y costos de los
sistemas alternativos, es compararlos con los costos y desempeños de los
sistemas convencionales para así poder establecer sus ventajas y
desventajas, conocer si son viables de utilizar tanto técnica como
económicamente.
4.- Finalmente con baseentodos los cálculos ycomparaciones anterioresse
obtiene las conclusiones y se dan las recomendaciones pertinentes para
poderproponerunsistemaenergéticoeficienteyrentable.
Arq.GustavoMartínez Vélez
41
/re
CMic
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
CAPITULO4
DEL USO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS EN
CASAS-HABITACIÓN^N CHILPANCINGO,GRO.
LJMABILIDAD
\ 4.1 Análisis climatológico del sitio.
I
La aplicación y uso de sistemas energéticos alternativos ya sea de carácter
solar o eólíco está en función de las condiciones geográficas y climáticas del
sitioenelque se pretende poner en práctica.
La ciudad de Chllpancingo como se mencionó en el primer capítulo está
ubicada en las coordenadas 17011' y 17037' de latitud norte y los 99024' y
100o09' de longitud oeste, respecto del meridiano de Greenwich loque resulta
en un promedio de asoleamiento anual de 4.7 kW/hm2 ya que prácticamente
los 365 días al año y aun en época de lluvias la ciudad recibe al menos 6
horas de sol al día debido a que las precipitaciones pluviales se registran
principalmente por las tardes, después de las 4 p.m. en las noches y
madrugadas.
Los vientos dominantes en la ciudad provienen del sur con un promedio de
7.53 K/h anual, presentándose los vientos de mayor intensidad en los meses
deAbril yMayo.
El clima que predomina en la ciudad y en general en el municipio, es cálido
soleado, con lluvias en verano, registrándose una diferencia de temperaturas
mínima entre los meses cálidos (primavera y verano) y los meses "fríos"
(otoño e invierno) ya que oscilan entre los 37° en Abril y 31.9° en diciembre
como máxima y 13.9° y8.4 como mínima.
Arq.GustavoMartínez Vélez
42
i»
V
3
Precipitaciones
2007
CD
I
§
Mm
I'
Mm
Enero Febrero Marzo Abril
0
32.7
0
0
Enero Febrero Marzo Abril
0
0
0
0
Mayo Junio
28.9 54.6
Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
65
52
119.6
131
0.5
0
2008
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
35.5
150.1
42.1
68
83
134.6
0
0
Prom.
Anual
80.72
Max
Min
Prom.
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
32.4
31.4
32.4
31.4
32.5
35.5 33.9 31.9
10.2
11.4
13.7
15.4
15.9
15.5 15.7 14.9
21.4
23.4
24.2
25.5 24.8 23.4
21.3
23.05
2008
Max
Min
Prom.
Enero Febrero Marzo Abril
34.2 37.3
32.7
34.3
9.2
9.7
13.9
9.3
21.7 25.6
22
21
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
34.7 35.9 31.7
30.5
31.3
31.5
31.3
31.9
15.2
10.2
8.4
14.2 15.2 10.3
11.5
13.3
21
22.4
24.45 25.55 21
23.25
20.75
20.15
18
Tabladeestadísticasclimatológicas deChilpancingotomadadewww.clima.meteored.com05-06-09
M
§
Prom.
Anual O
85.55 oo
<—i
Temperaturas°C
2007
Enero Febrero Marzo Abril
34.7 35.5
33.9
33.1
10.7 10.7
9.4
10.6
22.7 23.1
22.25 21.25
CU
3
O
(O
Prom.
Anual
33.22
12.84
23.03
Prom.
Anual
33.11
11.70
22.40
-a
I
i
I
Viento Km/h
2007
Enero Febrero Marzo Abril
5.85
9.01 8.42
4.64
Vel.
Ráfagas
0
0
0
0
Mayo Junio
10.57 7.53
0
0
Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
7.1
6.41
7.3
7.05
4.76
3.94
0
0
25.19
17.96
0
0
2008
5
Vel.
Ráfagas
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
7.14
8.4
6.4
6.04
9.39 10.05 9.39 8.06 8.41
6.73
5.69
4.76
0
35.93
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Prom.
Anual
6.88
21.58
Prom.
Anual
7.54
17.97
I
ES
i»
Asoleamiento kW/hm2
o
17 11'v1 TZT latitud norte -! WIA' y 100 09' longitud oeste
0
Enero Febrero Marzo Abril
5.2
4.5
4.9
kW/hm2 4.1
Mayo Junio
5.2
5.2
Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
5.1
5.1
4.7
4.4
4.1
3.8
Prom.
Anual
4.7
D
19
En las tablas anteriores (18"19)se muestran las condiciones climatológicas en la ciudad de Chilpancingo, Gro. en los
últimos dos años (2007-2008) datos que seránfundamentales enlos subcapítulos siguientes para conocer laviabilidad
delusodelossistemasenergéticosalternativosendichaciudad.
fc
O
o
o
o
íc
o
o
19
Tabla deestadísticas climatológicas de Chilpancingo tomada dewww.clima.meteored.com 05-06-09
5
o
/re
CMic
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓN DELA CONSTRUCCIÓN
Como ya se menciono previamente, el desempeño de todos los sistemas
alternativos está sujeto a las condiciones climáticas del sitio en el que se
utilizarán, de este modo, con los datos anteriores (tanto climáticos como de
costos) en el siguiente apartado se realizará la comparación tanto de los
costos como de los rendimientos ydesempeños de los sistemas energéticos
alternativosyconvencionales,paraasíhacerlapropuestamásapropiadapara
laciudaddeChilpancingo,Gro.
Arq. GustavoMartínezVélez
45
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
4.2 Costos de adquisición, instalación y mantenimiento
de IOÍ
sistemas energéticos convencionales y alternativos.
Existen varias marcas y modelos de equipos solares y eólicos en el mercado
actualmente, de diferentes tamaños, capacidades de transformación de
energía, calentamiento, costos ydesempeños.
En general un sistema energético alternativo solar, está compuesto por
paneles fotovoltaicos, controladores, baterías o acumuladores, convertidores,
equipo de sujeción osoportes ycableado.
Los paneles fotovoltaicos como ya se describió en el capítulo 2 apartado 2.3
son los encargados de colectar la energía solar para ser transformada en
energía eléctrica.
Los controladores son los que regulan la carga de las baterías. Es muy
importante su instalación ya que la falta de ellos ocasiona una sobrecarga de
las baterías y esto disminuye su vida útil y puede ocasionar una explosión en
las mismas.
Las baterías son las encargadas de acumular y transmitir la energía
transformada directamente a la red,en este caso de la vivienda. Actualmente
para estetipo desistemasfotovoltaicos se utilizan baterías de ciclo profundo.
La diferencia principal de estas baterías con las convencionales, es que la
batería convencional está hecha para proveer una rápida cantidad de energía
miles de veces en su tiempo de vida, mientras que solamente es capaz de
descargarse completamente menos de 50veces durante suvida y las baterías
de ciclo profundo estánhechas paradescargarse cientos deveces.
Arq. GustavoMartínezVélez
46
ITC
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MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
Los convertidores, convierten la corriente directa DC del banco de baterías o
de los paneles en corriente alterna AC para hacer funcionar lámparas,
aparatos electrodomésticos o cualquier equipo normalmente operado por la
energía que provee lacompañía eléctrica local.
Los costos de manera individual para cada componente varían de acuerdo a
su tamaño y capacidad de energía. En el caso de los paneles fotovoltaicos su
potencia oscila entre los 40 y 205 watts y sus costos van desde $ 300.00
hasta $ 1250.00 dólares. En el caso de las baterías sus costos se encuentran
entre los $ 135.00 a $ 946.00 dólares, los convertidores oscilan entre los
$605.00 y los $495.00 dólares yfinalmente los controladores los encontramos
en unrango deentre $35.00 y$286.00dólares.
Para conformar un sistema energético solar se debe tomar en cuenta los
requerimientos particulares de cada situación,sin embargo de manera general
en el caso de las casas-habitación se pueden utilizar ciertos componentes
debido a su tamaño y desempeño, razón por la cual para conocer sus costos
de adquisición e instalación se analizará el siguiente sistema comercial
proporcionado por lacompañía Enalmex (Energías Alternativas de México).
Sistema fotovoltaico
Componente
Panel
fotovoltaico
Controlador
Batería
Convertidor
Modelo
Marca
Vida útil
Costodlrs.
Cantidad
KC-130TM
Kyocera
25 años
S 540.00
4
$ 2.160.00
PS-30M
Momingstar
Interstate
batteries
15años
$
245.00
1
$ 245.00
15años
$
295.00
2
$ 590.00
12años
$ 1,100.00
1
$1,100.00
25 años
$
235.00
1
$ 235.00
50 años
$
380.00
1
Total +
IVA
$ 380.00
UL-16
TR-1524
Morningstar
Soportes
Cable
Distribuidor
IUSA
Energía alternativa de México
Incluye instalación
Total Dlrs.
$ 5,416.50
20
TablaelaboradaporelArq.GustavoMartínezVélez,datosproporcionadosporEnalmex08-06-09
Arq. GustavoMartínez Vélez
47
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
Como podemos darnos cuenta tras el análisis unitario del sistema, su costo
aproximado es de $ 5,416.50 dólares, con este dato, tomaremos dicho
sistema como base para las comparaciones de rendimiento y costo con
respecto alossistemas e instalaciones eléctricas convencionales.
Para el caso de los sistemas eólicos se propone el siguiente sistema, el cual
consta prácticamente de los mismos componentes con la diferencia del rotor
en lugar de ios panelesfotovoltaicos.
Sistemaeólico
Componente
Modelo
Aerogenerador 400watts
Controlador
PS-30M
Batería
Convertidor
Kit de
instalación
UL-16
TR-1524
Cable
Distribuidor
Marca
AirX
Momingstar
Interstate
batteries
Momingstar
IUSA
Vida útil
25 años
15años
15años
12años
25 años
50 años
Energía alternativa de México
Incluye instalación
Costodírs.
$
797.50
$
245.00
$
295.00
$ 1,100.00
$
114.00
$
380.00
Cantidad
1
1
Total
$ 797.50
$ 245.00
2
1
$ 590.00
$1,100.00
1
1
Total +
IVA
$ 114.00
$ 380.00
$3,710.48
21
Su precio total aproximado es de $ 3,710.48 dólares, apreciablemente más
económico que elsistema solar.
Tabla elaborada por elArq.Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por Enalmex 08-06-09
Arq. GustavoMartínezVélez
48
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
De igual forma, para los calentadores solares de agua, ya sea para el
consumo de la casa o para la calefacción de albercas existe una gran
variedad de productos a diferentes costos, en este caso se tomará como
ejemplo de análisis el sistema comercial proporcionado por la compañía
Saecsa dedos paneles solares con las siguientes especificaciones.
Calentadoressolares
Modelo
Plus 200
Distribuidor
Costo pesos.
Marca
Saecsa
$
7,950.00
OdGCSa
Descripción técnica
Tamaño
Termotanque
Peso
Temperatura
Vida útil
Capacidad de servicio
2.6
200
350
55°
20
4
m2
Its.
kgs
o
c
años
Personas
22
(Para los sistemas antes mencionados cabe decir que su desempeño está
supeditado a las condiciones climatológicas y geográficas del lugar en el que
se aplicarán).
En general el mantenimiento de estos equipos no representa un gasto mayor
yaque los cuidados que requiere se limitan amantener elequipo limpio, vigilar
que todo funcione de acuerdo a lo indicado en los manuales de operación, no
sobrecargar los sistemas, dicho de forma breve utilizarlo de acuerdo para lo
que está diseñado, de ser necesaria alguna reparación o sustitución del
equipo se recurrirá directamente alproveedor para su asesoría técnica.
TablaelaboradaporelArq.GustavoMartínezVélez,datosproporcionadosporSaecsa09-06-09
Arq. GustavoMartínezVélez
49
ITC
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MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
Finalmente tenemos que una instalación eléctrica convencional
para el
servicio proporcionado por CFE (Comisión Federal de Electricidad) su costo
aproximado esde $249.83 pesos por metro cuadrado.
Al igual que con los sistemas alternativos su mantenimiento es mínimo, y
requiere de revisión periódica de loscomponentes y uso adecuado de acuerdo
a sus capacidades.
Arq.GustavoMartínez Vélez
50
ITC
CMIC
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4.3 Comparación del costo, desempeño y rendimiento energético
delossistemas alternativos y convencionales.
¡4.3.1 Propuestadecasa-habitaciónparaanálisis.
Para realizar el análisis y comparaciones de los costos, rendimientos y
desempeño entre los sistemas energéticos convencionales y los
alternativos se propone una casa-habitación dúplex de interés medio de
92 m2 de superficie en 2 niveles (en total 184 m2 por dúplex) ubicada
en laCol.Cipatlide laciudadde Chilpancingo, Gro.23
Enlas siguientes tablas se muestra los espacios con los que cuenta lacasa,
asícomolasluminariasyelectrodomésticosqueseproponen, i
N°deluminarias
Área
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal
Recámara secundaria
Baño
60Watts
2
1
25Watts
13Watts
Total
120
60
25
13
13
1
1
1
1
2
2
2
1
Escaleras
13
26
50
50
38
26
434
1
2
TotalWatts
24
ConsularAnexos para observación decroquis delacasa-habitación propuesta
Tabla elaborada por elArq.Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos de lapropuesta de casa-habitación
Arq. GustavoMartínezVélez
51
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
Electrodomésticos
Cantidad
Watts
TV
2
200
Modulo de sonido
Horno microondas
Refrigerador
1
1
1
2
250
2000
1
3
1
1
1
1
500
200
200
1000
125
Tipo
Computadora
Lavadora
Reproductores devideo
Juegos de video
Tostador
Licuadora
Plancha
100
200
1000
Total Watts
Total Watts
400
250
2000
100
400
500
600
200
1000
125
1000
5450
25
Una vez establecidos tanto las luminarias como electrodomésticos se puede
hacer el cálculo de los watts/h que se consumen, para de esta manera
conocer el costo aproximado del consumo de energía y poder determinar el
costodelasinversionesysihayonoalgúntipodeahorro.
25
Tabla elaborada por elArq.Gustavo Martínez Vélez, datosobtenidos de lapropuesta de casa-habitación
Arq. GustavoMartínezVélez
52
/re
CMIC
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i 4.3.2 Análisis delconsumo deenergía en watts/h
En las siguientes tablas se especifica en que horas y la cantidad de horas que
se utilizan las luminarias y los aparatos electrodomésticos, para poder saber el
consumo total aldía de kWh.
\
Luminarias
Espacio
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal
Recámara
secundaria
Baño
Escaleras
Espacio
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal
Recámara
secundaria
Baño
Escaleras
Usode luminarias 24:00a6:00 hrs.
Tote!
60
25
13
Watts
Watts
Watts
Watts
120
2
60
1
1
25
13
1
13
1
13
1
26
2
50
2
2
1
2
50
13
26
Hrs.
consumo
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.1
0
Total
Usodeluminarias 6:00 a9:00 hrs.(hora pico)
Hrs.de
Total
60
25
13
consumo
Watts
Watts
Watts
Watts
0
120
2
0.2
1
60
0.2
25
1
0
13
1
0
13
1
1
2
2
2
1
2
Total Watts
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1.3
0
1.3
13
26
50
0
0.5
0.8
Total Watts
0
12
5
0
0
0
13
40
50
13
26
0.8
0.8
0.2
Total
40
10.4
5.2
125.6
Continua latabla en la
siguiente pagina
Arq. GustavoMartínezVélez
53
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Espacio
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal
Recámara
secundaría
Baño
Escaleras
Espacio
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal
Recámara
secundaria
Baño
Escaleras
Usode luminarias 9:00 a 19:00hrs.
60
25
13
Total
Watts
Watts
Watts
Watts
2
120
1
60
1
25
13
1
1
13
1
13
26
2
50
2
2
1
2
50
13
26
Hrs.de
consumo
0
0
0
0
0
0
0
0
Total Watts
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.3
0
Total
0
3.9
0
3.9
Usode luminarias 19:00a24:00 hrs.(hora pico)
Hrs.de
Total
60
13
25
consumo
Watts
Watts
Watts
Watts
2
120
2
0.8
60
1
0.8
25
1
0.1
13
1
0.1
13
1
1.5
13
1
1
26
2
1.5
50
2
2
1
2
50
13
26
1.5
0.8
1.8
Total
Total Watts
240
48
20
1.3
1.3
19.5
26
75
75
10.4
46.8
563.3
694.10
Total diario
Total hrs.
Pico
Total hrs. N
688.90
5.20
26
Tabla elaborada por elArq.Gustavo Martínez Vélez, datosobtenidos delapropuesta de casa-habitación
Arq. GustavoMartínezVélez
54
/re
cMic
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
Electrodomésticos
Tipo
TV
Usodeelectrodomésticos 24:00a6:00 hrs.
Total
Watts
Hrs.deconsumo
Cantidad Watts
0.3
2
300
150
Modulodesonido
Horno microondas
Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores devideo
Juegosdevideo
Tostador
Licuadora
Plancha
2
250
1520
100
200
500
200
200
1000
125
1000
250
1520
100
400
500
200
200
1000
125
1000
0
0
6
0.5
0
0
0
0
0
0
Total Watts
Usodeelectrodomésticos 6:00a9:00hrs. (hora pico)
Total
Hrs.deconsumo
Tipo
Watts
Cantidad Watts
1.5
TV
300
150
2
0
Modulodesonido
250
250
0.08
1520
Horno microondas
1520
3
Refrigerador
100
100
0
400
2
Computadora
200
0
Lavadora
500
500
0
200
Reproductores devideo
200
Juegos devideo
0
200
200
0.1
Tostador
1000
1000
0.1
Licuadora
125
125
0
Plancha
1000
1000
TotalWatts
Total
Watts
90
0
0
600
200
0
0
0
0
0
0
890
Total
Watts
450
0
121.6
300
0
0
0
0
100
12.5
0
984.1
Continua latablaen la
siguiente pagina
Arq. GustavoMartínez Vélez
55
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Tipo
Usode electrodomésticos 9:00a 19:00hrs.
Total
Hrs.deconsumo
Cantidad Watts
Watts
TV
Modulode sonido
Horno microondas
Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores devideo
Juegosdevideo
Tostador
Licuadora
Plancha
2
2
150
250
1520
100
200
500
200
200
1000
125
1000
300
250
1520
100
400
500
200
200
1000
125
1000
2
0.29
0.1
10
1
0.35
0.57
1
0
0.2
0.29
TotalWatts
Usode electrodomésticos 19:00a24:00 hrs.(hora pico)
Total
Hrs.deconsumo
Tipo
Watts
Cantidad Watts
2
TV
300
2
150
0
Modulodesonido
250
250
0.08
1520
1520
Horno microondas
5
Refrigerador
100
100
2
400
2
200
Computadora
0
Lavadora
500
500
0
Reproductores devideo
200
200
0
200
200
Juegos devideo
0
Tostador
1000
1000
0.07
Licuadora
125
125
0
Plancha
1000
1000
Total
Watts
600
72.5
152
1000
400
175
114
200
0
25
290
3028.5
Total Watts
Total
Watts
600
0
121.6
500
800
0
0
0
0
8.75
0
2030.35
Total diario
Total hrs. Pico
Total hrs.N
6932.95
3014.45
3918.50
27
TablaelaboradaporelArq.GustavoMartínezVélez, datosobtenidosdelapropuestadecasa-habitación
Arq.GustavoMartínez Vélez
56
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
|
4.3.3Asignación detarifay cáiculo del costode consumo.y
Unavez que se conoce eltotalde watts que se consumen en undía podemos
obtener el consumo con diferentes relaciones, Watt/día, Watt/hora,
Watt/habitante y Watt/m2, así al final podemos saber la cantidad de kWh/día
para asignarle unatarifa de acuerdo aloestablecido porCFE.
Consumo diario deenergía "horas pico"
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
Watts/m2
Watts/día
688.90
Watts/hora
28.70
Watts/habitante
172.23
3014.45
3703.35
125.60
154.31
753.61
925.84
40.25
Watts/m2
7.49
32.77
Consumo diario deenergía "horas n"
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
Watts/dia
Watts/hora
Watts/habitante
5.2
0.22
1.30
0.06
979.63
980.93
42.59
42.65
Watts/habitante
173.53
Watts/m2
3918.5
3923.70
163.27
163.49
Consumo diariototal de energía
Watts/hora
Luminarias
Watts/dia
694.10
Electrodomésticos
Total
6932.95
7627.05
288.87
317.79
1733.24
1906.76
kWh/dia
7.63
kWh/dia/mes
228.81
Precio básico
0.671
Tipo
Tarifa CFE 1
menorde250 kWh/dia/mes
kWatt/hr
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
0.03
0.13
0.15
Continua latabla en
lasiguiente pagina
Arq. Gustavo MartínezVélez
28.92
CostoWatt "hora pico"
Costo
kWatt/hr.
Total kW/h
$
0.67 $
0.02
$
0.67 $
0.08
$
0.67
$
0.10
Total/dia
$
0.46
$
2.02
$ 2.48
7.54
75.36
82.90
$
Total
153.53
Total/mes
$
13.87
$
60.68
$ 74.55
¡TC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
kWatt/hr
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
0.0002
0.16
0.16
kWatt/hr.
0.03
0.29
0.32
CostoWatt "hora n"
Costo
kWatt/hr.
Total kW/h
$
0.67 $
0.000
$
0.67
$
0.110
$
0.67
$
0.11
Total/dia
$
0.00
$
2.63
$ 2.63
Costo kWatt/h total
Costo kWatt/hr.
Total kW/h
$
0.02
$
0.67
$
0.67
$
0.19
$
0.21
$
0.67
$
$
$
Total/mes
0.10
78.88
78.98
Total/día
$ 0.47
$ 4.65
$ 5.12
IVA 15%
DAP13%
Total
Subtotal/mes
$
13.97
$
139.56
$
153.53
$
23.03
$
19.96
$
196.52
28
Podemos ver que el consumo aproximado ai mes de electricidad es de 231.73
kW/h/mes con un costo de $ 199.03 de acuerdo a la tarifa 01 de CFE y el
costo de la instalación eléctrica normal para obtener energía de la red a cargo
de la CFE para este caso en particular es de $ 249.83 pesos m2, en total $
22,984.56 pesos.
Costo m2
$
249.83
Costos de instalación eléctrica convencional
Total
m2
$
22,984.56
92.00
28
Tabla elaborada porelArq.Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos de la propuesta decasa-habitación,
ydetarifas básicasdeCFE 13-06-09
Arq. GustavoMartínezVélez
58
/re
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
4.3.4Análisis delrendimiento delsistema fotovoltaico
Una vez realizado el análisis completo del costo de la instalación convencional
y el costo total del consumo de energía al mes, se hará el cálculo con los
sistemas alternativos para conocer su rendimiento.
En la siguiente tabla se calcula el desempeño del sistema fotovoltaico
propuesto para hacer lacomparación con loscostos anteriores.
Consumo diario de energía
Tipo
Watts/día
Watts/hora
Potencia kW/h/dia
694.10
28.92
0.69
Electrodomésticos
6932.95
288.87
6.93
Total
7627.05
317.79
7.63
Luminarias
Rendimiento del equipo
(Elrendimientodelequipoestásujetoalascondicionesclimáticasydeasoleamientodelsitio,elfactorque
seutilizade.20estádadoparacondicionesgeneralessimilaresalasdelaciudad.)
Mes
Enero
Febrero
Porcentaje de cobertura (asoleamiento)
Insolación
Su •erficie paneles en m2
(plano
horizontal)
7
8
3.65
4
5
6
kWh/m2
75%
86%
4.10
39%
54%
65%
43%
94%
83%
4.50
43%
47%
71%
59%
Marzo
Abril
4.90
5.20
Mayo
Junio
5.20
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
5.20
5.10
5.10
4.70
10
97%
108%
106%
118%
128%
95%
116%
123%
82%
95%
109%
123%
136%
82%
95%
94%
94%
109%
107%
123%
136%
134%
134%
86%
99%
92%
51%
64%
77%
90%
50%
50%
55%
68%
82%
55%
68%
50%
55%
53%
68%
67%
67%
53%
49%
9
103%
109%
47%
49%
49%
0.2
62%
80%
80%
74%
4.40
45%
42%
Noviembre
4.10
39%
46%
43%
58%
54%
69%
65%
81%
75%
Diciembre
Año
3.80
4.70
36%
45%
40%
49%
50%
62%
60%
74%
70%
86%
107%
120%
120%
111%
136%
123%
104%
97%
115%
86%
80%
99%
90%
111%
100%
123%
108%
29
29
TablaelaboradaporelArq.GustavoMartinezVélez
Arq. GustavoMartínezVélez
59
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
Como resultado obtenemos que al utilizar 4 paneles (3.64 m2) obtenemos un
rendimiento del 45% en función del consumo requerido de kW/h al día, es
decir obtenemos 3.43 kW/h de 7.63 consumidos. Por lo tanto por cada
$5,416.50 dólares ($ 74,747.70 m.n.) de inversión tenemos unahorro del45%
mensual, es decir $88.43 m.n.
Costosdeinstalaciónyconsumo
100%
$
Ahorro
55%
22,984.56
$
19,345.89
$
3,638.67
$
88.43
$
1,061.22
$
26,530.42
Costos mensuales
$
196.52
$
108.09
Costos anuales
$
$
2,358.26
1,297.04
Costos 25 años
$
$
58,956.49
32,426.07
Ahorrototal 25 años
Instalación
$
Total
Consumo
3.638.67
$
26,530.42
$
30,169.09
Costo adicional porsistema fotovoltalco
Costo total
$
73,664.40
Ahorro25 años
Gasto adicional
$
$
30,169.09
43,495.31
30
Deeste modo podemos concluir que eltiempo de recuperación de la inversión
adicional sería de43.5 años,es decir 18.5años más apartirde los 25 años de
la terminación de la vida útil del equipo, razón por la cual este sistema no
resulta viable en el sentido de buscar un ahorro económico, pero si en el
sentido de nodepender en un 100%de laenergía proporcionada porCFE.
Tabla elaborada por elArq. Gustavo Martínez Vélez
Arq. GustavoMartínezVélez
60
/re
CMic
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
4.3.5 Propuesta decircuitos autilizarpara elsistema híbrido
Al utilizar este sistema alternativo como ya se mencionó, cubriríamos el 45 %
de la energía requerida y tendríamos que complementar el otro 55 % con
energía de la red local CFE, es decir un sistema de energético híbrido, con lo
cual setendrían que dividir loscircuitos de lacasa para poder obtener el 100%
de kWh/día y hacerlosfuncionar de manera adecuada.
La distribución de circuitos que se propone es la siguiente en función de ios
electrodomésticos y luminarias a utilizar en cada área de lacasa.
Potencia total requerida kWh/d
7.63
55 %Red CFE
kWh/d
4.20
45 %sistema fotovoltaico
kWh/d
3.43
Potencia consumida kWh/día
Tipo
watts/dia
kWh/día
Luminarias
694.10
0.69
6932.95
6.93
Electrodomésticos
Luminarias
Tipo
Luminarias
watts/día
kWh/día
694.10
0.69
Electrodomésticos
Tipo
watts/día
kWh/día
TV
1740
1.74
Modulo de sonido
72.5
0.07
Horno microondas
395.2
0.40
Refrigerador
2400
2.40
Computadora
1400
1.40
Lavadora
175
0.18
Reproductores devideo
114
0.11
Juegos de video
200
0.20
Tostador
100
0.10
Licuadora
46.25
0.05
Plancha
290
0.29
Continualatablaenlasiguientepagina
Arq.GustavoMartínez Vélez
61
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
División de circuitos
CFE
Fotovoltaicos
C-1
kWh/día
C-2
kWh/día
C-3
kWh/día
TV
1.74
Modulo de sonido
0.07
Luminarias
0.69
Hornode microondas
0.40
Computadora
1.40
Refrigerador
2.4
Lavadora
0.18
Tostador
0.1
Rep. Video
0.11
Juego de video
0.05
Juegos video
0.20
Plancha
0.29
2.25
Subtotal
0.69
Subtotal
4.69
Subtotal
Total kWh/día
4.69
Total kWh/día
2.95
31
TablaelaboradaporelArq.GustavoMartinezVélez
Arq. GustavoMartínezVélez
62
/re
CMic
MAESTRÍAENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
\ 4.3.6 Segundapropuesta deluso delsistema fotovoltaico.
i
\
\Una vez que hemos realizado el análisis completo de los costos y
/rendimientos de los equipos, yde los dostipos de energía, podemos proponer
/ un sistema de 9 paneles (8.19 m2) que nos daría el 100% de rendimiento del
i sistema alternativo dándonos como resultado un costo de $ 9,200.00 dólares
($126,960.00 m.n.) ya que de esta manera lo que se buscaría no es la
viabilidad o ahorro económico sino la independencia energética de la
Compañía Federal de Electricidad CFE y contar con un sistema
completamente autónomo que noestaría sujeto aninguna condición externa.
Componente
Panel
fotovoltaico
Controlador
Modelo
KC-130
TM
PS-30M
Batería
Convertidor
Soportes
Cable
UL-16
TR-1524
Distribuidor
S i s t e m a fotovoli talco
Costodlrs.
Marca
Vida útil
Kyocera
Morningstar
Interstate
batteries
Morningstar
IUSA
25 años
15años
$ 540.00
$ 245.00
15 años
12años
25 años
50 años
$ 295.00
$1,100.00
$ 235.00
$ 380.00
Energía alternativa de México
Incluye instalación
Cantidad
Total
g
i
$ 4,860.00
$ 245.00
4
i
i
i
Total +
IVA
$1,180.00
$1,100.00
$ 235.00
$ 380.00
$9,200.00
32
TablaelaboradaporelArq.GustavoMartínezVélez,datosproporcionadosporEnalmex08-06-09
Arq. GustavoMartínezVélez
63
/re
CMic
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
4.3.7Análisis delsistemaeólico(aerogeneradores)
Finalmente en lo que a sistemas energéticos alternativos de producción de
electricidadserefiere,tenemos lapropuestadelsistemaeólicoqueseanalizó
previamente en el apartado 3.1 con las siguientes especificaciones técnicas
delrotor.
Aerogenerador
Modelo
400 watts
Distribuidor
Potencia
Diámetro
Voltaje
Velocidad viento de arranque
Velocidad viento de arranque
Velocidad viento 400 watts
Peso
Marca
Costo dlrs.
S
790.00
AirX
Energía alternativa de México
Descripción técnica
Watts/hr
400
m
1.15
24
Volts
m/s
3.58
km/h
12.6
m/s
12.5
5.85
kg
33
Deacuerdo a lasespecificaciones ydadoqueeste aerogenerador es unode
los más pequeños en el mercado y a que los sistemas de tamaño similar
tienen fichas técnicas muy parecidas, observamos que se requiere una
velocidad del viento mínima para que el rotor arranque de 3.58 m/s es decir
12.60 km/h,yel promedio mensual más alto en la velocidad del viento enla
ciudaddeChilpancingo, Gro.esdeapenas 10.05km/henelmesdeAbrildel
año 2008, razón por la cual el uso de este sistema queda descartado ensu
totalidad debido a que las condiciones climáticas no serían suficientes para
hacerlofuncionar.
33
Tablaelaborada porelArq. Gustavo MartínezVélez,datosproporcionados por Enalmex 08-06-09
Arq. GustavoMartínezVélez
64
ITC
CMIC
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
4.3.8 Análisis del consumo y costo del gas para abastecer de agua
caliente.
Para la casa habitación previamente señalada se hacen las siguientes
consideraciones de gasto de litros de agua caliente y horas de mayor
consumo por persona ypor día paratres ocuatro habitantes como máximo.
Consumodeaguacalientepordía
Horas
Ducha 50L/uso
Lavabo lOUuso
Cocina tOL/uso
Total L
6
1
0
0
50
7
1
2
0
80
8
0
0
0
0
9
0
0
0
0
10
0
0
0
0
11
0
0
0
0
12
0
0
0
0
13
0
0
0
0
14
0
0
0
0
15
0
0
0
0
16
0
0
1
10
17
0
0
0
0
18
0
0
0
0
19
0
0
0
0
20
0
0
1
10
21
0
0
0
0
22
2
0
0
100
23
0
0
0
0
0
0
0
20
20
0
240
24
Consumo por día (L)
200
34
Tabla elaborada por elArq.Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos delanálisis de lapropuesta de
casa-habitación
Arq. GustavoMartínezVélez
65
/re
CM/c
MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓNDELA CONSTRUCCIÓN
Se propone el siguiente calentador degas para hacer los cálculos pertinentes
de consumo ycosto de kilogramo degas por litrode agua caliente.
CalentadorCal-O-Rexmod. G1C
Potencia
KW
Potencia
kj/h
3
10800
Capacidad Temperatura
máxima °C
Its.
38
I
Minutos de
calentamiento
55
Consumo
Kj/L
94.74
20
Costo
adquisición
$
1,498.87
Consumodiariodegasutilizandoelmod.G-10
Potencia
Costo
gas LP
gas kg
kj/Kg
39900
$ 9.50
Costo por
kj
$0.00024
CostoL
agua
caliente
$ 0.02
Lts.Agua
caliente
requerida al día
Costo
diario
Costo
mensual
Costo
anual
240
5.41
$ 162.41
$1,948.87
35
Deeste modo podemos apreciar que el costo delconsumo degas mensual es
de $ 162.41 pesos,es decir de $ 1,948.87pesos.
Una vez obtenidos estos resultados podemos hacer la comparación con el
sistema solar para conocer si existe algún ahorro e acuerdo a sus costos y
rendimientos.
35
Tabla elaborada porelArq.Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por lacompañía. Cal-O-Rex
17-06-09
Arq. GustavoMartínezVélez
66
ITC
MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA
CMIC
CONSTRUCCIÓN
I 4.3.9Análisisypropuestadesistematérmicosolar.
x
Tomanclo el sistema solar mencionado en el apartado13.1 de este capítulo
para calentar agua se realizarán loscálculos para conocer siesviable utilizar
estos sistemas enlacasa antes propuesta enlaciudaddeChilpancingo, Gro.
de acuerdo a sus condiciones climáticas, de asoleamiento y de consumo de
aguacaliente porpersona.
Asoleamiento
Insolación (plano horizontal)
kWh/m2
Mes
4.10
4.50
4.90
5.20
5.20
5.20
5.10
5.10
4.70
4.40
4.10
3.80
4.70
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Año
Polencía requerida kW h para calentar el agua
Volumen de agua L
250
Temperatura "C
Rendimiento sistema
Potencia kWh
55
0.75
17.95
Superficie paneles m2
2.6
5.2
8
Radiación requerida
100% agua caliente
9.21
4.60
2.99
% agua caliente
28%
111%
267%
36
36
TablaelaboradaporelArq.GustavoMartínezVélez
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Conios rendimientos queproduceelasoieamiento podemos observar quelos
m2 de panel que se proponen en el sistema solar proporcionado por la
compañía Saecsa nosonsuficientes para calentar el 100%delagua quese
consume aldía yse requerirían 2 paneles más para obtener eltotal deagua
caliente,esdecir5.2m2,aumentoquerepercutiríaenelcostodelsistema.
Costodelsistemasolarparacalentar 100%agua
Costo con2 paneles
$
Costo adicional2 paneles
Total
$ 5,134.00
$ 13,084.00
7,950.00
37
De esta manera, tenemos que para abastecer de agua caliente la casa al
100%ypoder prescindir deloscalentadores agas requeriríamos realizaruna
inversión de $ 13,084.00 pesos y así, como previamente se observó en el
análisisdelconsumodegas,ahorraríamos $162.41pesosmensuales,quese
traduceen$1,948.87pesosalaño.
Así con este costo anual del consumo de gas podemos establecer que su
VPNenlos20añosdevida útildelsistemaesde$20,646.38pesosconuna
tasa del 7 %, de tal manera que el ahorro neto que produciría sería de $
7,562.38pesos.
ObienobtenerunaTIRdel14%
Conestos resultados podemos observarqueenestecasoelusodesistemas
térmicos solares resulta viable en función de costos y rendimientos a
diferenciadelossistemasdeproduccióneléctrica.
Tabla elaborada porelArq.Gustavo Martínez Vélez condatos proporcionados porSaecsa 09-06-09
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los sistemas energéticos alternativos son efectivamente una opción de
obtener energía de fuentes y recursos naturales como el sol,el viento, el mar,
entre otros. Pero el uso de estos sistemas queda condicionado a las
características que tengan dichas fuentes y recursos en el sitio en donde
quieran aplicarse, por ejemplo el asoleamiento mensual, la velocidad del
viento o el clima en general,factores que por ende influyen en el rendimiento
ydesempeño técnico de los equipos pudiendo afectar suviabilidadfinanciera.
En el caso de la propuesta que se hace en la ciudad de Chilpancingo, Gro.
concluimos que resulta costoso el emplear estos sistemas, a pesar de contar
con un buen clima y asoleamiento.
Particularmente resulta costoso el uso de sistemas constituidos por paneles
fotovoltaicos para la producción de energía eléctrica, debido principalmente a
que la potencia especificada por el vendedor ofabricante es supuesta con un
100% de efectividad del rendimiento del sistema, cosa que prácticamente
nunca sucede debido a las ya antes mencionadas condiciones particulares del
sitio.
De igual forma también observamos que para los mecanismos activados por
aire la velocidad promedio del viento que se tiene en esta ciudad no es
suficiente para hacerlo arrancar oen sudefectofuncionar adecuadamente.
Por otro lado se concluyó que nosiempre resulta conveniente, con un análisis
de valor presente neto o de tasa interna de retorno la adquisición de equipos
de energía alternativa, pues en los casos de los sistemas anteriores el simple
análisis de VPN nos resulta negativo en la vida útil del proyecto, lo que nos
conduce a la inviabilidad financiera, arrojándonos un período de recuperación
superior alos 50años.
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Sin embargo se obtuvieron buenos resultados con el planteamiento del uso de
sistemas solares calentadores de agua, ya que los equipos no son tan
costosos y nos reditúan una ganancia dentro de los 20 años de vida útil del
sistema con unaTIR del 14%anual.
Con la presente investigación pudimos también desmentir aunque no en un
100% la hipótesis H0 en donde se plantea que el uso de los sistemas
energéticos alternativos resulta en un ahorro económico basado en el hecho
de que el sol y el viento son gratuitos y perpetuos, razón por la cual la
hipótesis HI quedó comprobada aunque de igualforma noen un 100%debido
a que los calentadores solares sisonviables económicamente.
En lo referente a losobjetivos planteados cabe mencionar que quedaron todos
cubiertos al realizar la investigación, ya que se pudo analizar el contexto
climatológico particular de la ciudad, se analizaron los tipos de energías tanto
convencionales como alternativas así como los diferentes sistemas
energéticos, se hicieron comparaciones entre el desempeño, costo y
conveniencia de ambos tipos de sistemas y se pudo llegar a una propuesta
alternativa híbrida como se plantea en uno de los objetivos específicos,
aunque dicha propuesta no resultóviable económicamente.
Finalmente dentro de todas las conclusiones y observaciones a las que se
llegó ya pesar deque enel presente parece que solo los calentadores solares
resultan viables para su uso en casas-habitación en la ciudad, vale la pena
mencionar que debido a la forma en la que se incrementan los costos de las
energías que prácticamente resulta exponencial, en unfuturo a mediano plazo
todos estos tipos de sistemas resulten redituables económicamente. Por otro
lado no olvidemos que en la actualidad la energía eléctrica tiene un subsidio
por parte delgobierno, loque al realizar elanálisis decostos nos resulta en un
precio no real de la electricidad, un costo menor, razón por la cual en la
comparación que se hace la diferencia de precios ycostos de consumo resulta
aun más marcada.
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La recomendación que se haría tras realizar esta investigación y haber
obtenido los resultados y conclusiones ya mencionadas para la aplicación de
sistemas energéticos alternativos en general, es que se hagan todos los
análisis pertinentes del sitio endonde seva a hacer la propuesta, así como de
los equipos y sistemas que puedan resultar convenientes para la misma. Un
punto muy importante que no debe pasarse por alto es el de no tomar como
un hecho los rendimientos de potencia y producción energética de los
sistemas que especifica el fabricante o proveedor, ya que estos manejan sus
productos suponiendo condiciones óptimas de funcionamiento y ubicación a
nivel general sintomar encuenta las características de cadasituación.
En el caso en particular de la ciudad de Chilpancingo, Gro. la recomendación
que se hace si sedesea tener unahorro en el consumo de energéticos es que
se utilicen calentadores solares de agua. Por otra parte si se desea no
depender enteramente de CFE y contribuir aun de forma mínima al medio
ambiente se podría sugerir el uso de sistemas fotovoltaicos y se aconseja
dejar de lado los aerogeneradores ya que son los menos viables en esta
ciudad.
Arq.GustavoMartínez Vélez
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BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
Croquis de la Casa-habitación propuesta para realizar análisis de
consumo y costos de energía.
En el siguiente anexo se muestran los croquis de la casa-habitación dúplex
que se utilizó para elcálculo de los consumos energéticos mensuales tanto de
gas como deelectricidad.
Dicha casa-habitación de interés medio consta de 92 m2 de superficie en 2
niveles (en total 184 m2 por dúplex) ubicada en la Col. Cipatli de la ciudad de
Chilpancingo, Gro.
En la planta baja de se observa la sala o estancia, comedor, cocina, 1/2baño,
escaleras y patiode servicio que ensu conjunto suman untotalde 50m2.
En la planta alta se encuentran, dos habitaciones, un pasillo distribuidor, 1
bañoyescaleras que conducen a laazotea,espacios que entotalson42m2.
Al final se muestran fotografías del conjunto habitacional del cual forma parte
esta casa-habitación, que se está realizando en la colonia Cipatli en la ciudad
de Chilpancingo, Gro.
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38
CroquisdeCasa-habitación Duplex.
^055°
'
•TTT
Plantabaja
38
Croquis elaborados porel Arq.Gustavo Martínez Vélez decasa-habitación del Conjunto habitacional en
Ahuitzotl# 17de laCol.Cipatli Chilpancingo, Gro.
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4>^>
Plantaalta
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^
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Plantadeazotea
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9,75
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Fachada principal
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Conjunto habitacional ubicado enlacalleAhuitzotl# 17delacolonia Cipatlien
la ciudaddeChilpancingo, Gro
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Collagefotográfico elaborado porelArq. Gustavo MartínezVélez delConjunto habitacionalenAhuitzotl#
17delaCol.Cipatli Chilpancingo, Gro
Arq. GustavoMartínez Vélez
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