MANUAL TÉCNICO PARA LA DE EN LA
IMPLEMENTACIÓN
ENERGÍA RENOVABLE AGROINDUSTRIA
COORDINADORA TÉCNICA: CINDY TORRES QUIRÓS
MANUAL TÉCNICO PARA LA DE EN LA
IMPLEMENTACIÓN
ENERGÍA RENOVABLE AGROINDUSTRIA
COORDINADORA TÉCNICA: CINDY TORRES QUIRÓS
Diseño y Diagramación: Diego Zúñiga Edgar Sandí Joseph Rodriguez https://www.behance.net/Diegoello http://edgarsmartinez.blogspot.com https://www.behance.net/primateboy Anuncio de responsabilidad Limitada. Las ideas expresadas por los autores de los diferentes capítulos, no necesariamente representan las opiniones oficiales de la Universidad de Costa Rica o de las entidades que la conforman.
333.794.17 M294m Manual técnico para la implementación de energía renovable en la agroindustria / coordinadora técnica Cindy Torres Quirós. – 1. ed. – [San José, C.R.] : Universidad de Costa Rica. Vicerrectoría de Investigación. Centro de Investigación en Electroquímica y Energía Química, 2014. xv, 134 p. : il. (algunas col.) ISBN 978-9968-919-14-2 1. RECURSOS ENERGETICOS RENOVABLES. 2. CONSERVACION DE LA ENERGIA – MANUALES. 3. ENERGIA SOLAR. 4. ENERGIA EOLICA. 5. ENERGIA BIOMASICA. 6. ENERGIA HIDRAULICA. 7. CAFE - PRODUCCION – ASPECTOS AMBIENTALES. 8. TECNOLOGIA AMBIENTAL. I. Torres Quirós, Cindy, coordinadora. CIP/2664
IV
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
INTRODUCCIÓN La agroindustria y la agricultura son algunas de las actividades económicas de la región. Por excelencia, estas han promovido el desarrollo rural, propiciando a su vez, mecanismos de distribución de la riqueza. En la actualidad, según información generada por el Sistema de Estadísticas de Comercio de Centroamérica (SIECA), las exportaciones de productos del reino vegetal mantienen una importante participación comercial al incidir en los parámetros y comportamientos de dichas economías nacionales y activando zonas alejadas de las áreas metropolitanas. Es determinante asegurar la estabilidad de la agroindustria y de las actividades agrícolas para promover la generación de empleo, la seguridad alimentaria y mejorar la calidad de vida rural mediante alternativas que no dañen o desmejoren el desempeño ambiental de la región. Para alcanzar dicha meta es necesario establecer una estructura de costos competitiva para estas actividades económicas; implementar prácticas sostenibles que logren una producción más limpia y un desarrollo bajo en emisiones. La energía es un elemento clave para trabajar en ambas líneas. La potencial generación de energía de renovable,
acoplada a procesos productivos, brinda alternativas de reducción de costos y adicionalmente, transforma un costo en una inversión debido a la adquisición de activos (tecnología) para el aprovechamiento de los recursos naturales disponibles. Además, si el productor implementa tecnología para la generación de energía limpia, esto representaría otro valor agregado como lo es asegurar el suministro de este importante recurso a largo plazo, con una estabilidad mayor en su relación costo/energía (¢$/kWh1). La riqueza de los recursos naturales de Centroamérica ofrece oportunidades invaluables para la producción de energía renovable. La región cuenta con radiación, brillo solar y posición geográfica estratégica que posibilitan el aprovechamiento de energía solar térmica o fotovoltaica para su uso en diferentes aplicaciones. El recurso hídrico de ríos y costas de algunos de los países, la disponibilidad geotérmica y la abundante biomasa, abren la posibilidad de utilizar su energía de forma sostenible en armonía con otras actividades económicas. 1 En función de la tecnología seleccionada.
INTRODUCCIÓN
V
CASO DE ESTUDIO2: PRODUCCIÓN DE CAFÉ La producción de café en Centroamérica fue de 15,41 millones de sacos de 60 kg correspondiente al 11,5% de participación en la producción mundial durante la Cosecha 20112012, según la Organización Internacional del Café (OIC). Dentro de la región, se observa el liderazgo de Honduras con un nivel de producción del 42% del total de la producción. Esto gracias a varios programas de recuperación de cafetales y la ejecución de otras iniciativas que han incentivado la producción de café a pequeña escala (también llamados microbeneficios). Todos los países productores de café están afrontando los fuertes cambios en los precios de la energía eléctrica y el incremento en el valor de la leña u otras especies maderables para la producción de energía térmica, lo que impacta de forma importante el segundo costo de mayor peso en la producción de café. Por tanto, si se desea la estabilidad del negocio y la permanencia de esta actividad económica, se puede aprovechar los recursos naturales disponibles para la generación de energía limpia térmica y eléctrica en busca de lograr la independencia energética y una mejor adaptación al cambio climático. En la región existen algunos casos de éxito donde los productores agroindustriales, algunos de ellos cafetaleros, aprovechan los recursos naturales a su alrededor para utilizar energía
renovable e incorporar dentro de su proceso el uso de sistemas fotovoltaicos, generación eólica o microhídrica en las fincas. Estos aprovechan el vapor de media o baja entalpía (se podría comprender como vapor de bajo o medio calor para usos térmicos), biomasa (residuos de las podas de cafetales, cascarilla o pergamino, pulpa, entre otros) y energía solar térmica para el secado del grano.
PRODUCCIÓN DE CAFÉ EN CENTRO AMÉRICA El Salvador
1163
Costa Rica Nicaragua
1457 1774
Guatemala
3840
Honduras
5976 0
8% 12% 27% 42% 1000
3000
4000
5000
MILES DE SACOS 60kg. COSECHA 2011-2012
2 Elaboración propia con datos de ICAFE y OIC. VI
2000
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
6000
EL MANUAL ABC
Este manual ha sido preparado con el fin de proveer una guía básica para las pequeñas y medianas agroindustrias que deseen aprovechar sus recursos naturales para la producción de energía sostenible, reducir su facturación y construir a favor de su seguridad e independencia energética. Dicho instrumento está focalizado en aspectos técnicos relacionados a la implementación de energía renovable, de tal manera que se promueva el despliegue de tecnología disponible en el mercado en la región centroamericana. En los últimos años se han desarrollado numerosos proyectos para la generación de electricidad o energía térmica para autoconsumo, pero con menor frecuencia en el sector agroindustrial. Una de las principales razones por las cuales estos proyectos piloto no se replican a la velocidad esperada, es el acceso restringido al financiamiento de esta tecnología limpia y la dificultad de contacto con casos de estudio donde haya sida probada dicha tecnología. Para facilitar el acceso a financiamiento se debe disminuir la vulnerabilidad del proyecto al hacer estudios más robustos, de tal manera que se disminuya el riesgo de que la rentabilidad de los sistemas para la producción de energía renovable pudiera variar de forma sustancial. Por tanto, este Manual se elaboró con base en información técnica obtenida por diferentes medios; tales como la evaluación en campo de proyectos reales con las tecnologías fotovoltaica, microeólica y de secado solar de grano en dos ben-
eficios de café en Costa Rica, consultas a expertos, visitas a proyectos realizados a través de toda Centroamérica, entrevistas y revisiones por parte de proveedores o profesionales de organizaciones e instituciones que realizan proyectos de esta naturaleza. Su estructura se compone de capítulos técnicos que abordan una tecnología específica. En cada uno, el lector posee una breve introducción, una guía de los estudios preliminares que se requieren para la implementación de dicha tecnología, aspectos esenciales a considerar para la selección, la operación o el mantenimiento que demanda esa opción y además, los elementos a contemplar si se desea tener un sistema interconectado a la red o aislado, entre otros. Como complemento a este instrumento de lectura, se desarrolló una herramienta sencilla en Excel® dirigida a los productores con un vídeo-tutorial, para guiar sobre su uso (versión digital). Con ella los productores pueden estimar la rentabilidad de un sistema fotovoltaico o microeólico como una primera aproximación y consecuentemente, puedan aplicar a distintas fuentes de financiamiento para costear dicha tecnología o ahondar en estudios de factibilidad más rigurosos para un caso determinado. Esperamos que este Manual contribuya a que su organización o empresa se aventure a utilizar sosteniblemente la energía que la naturaleza nos ofrece.
M.Sc. Cindy Torres Quirós, Coordinadora proyecto Universidad de Costa Rica
INTRODUCCIÓN
VII
Agradecemos el invaluable trabajo de los siguientes profesionales y asistentes, dado que con su aporte y dedicación fue posible la realización de este manual: Ing. Karina Torres Castro Bach. Max Carballo Salazar Ing. Víctor Bazán Salazar Licda. Paola Bravo Achío Allan Gerardo Mora Vindas Kenneth Cascante Martínez Luis Fernando Mora Noguera Mónica Cunningham Laureano
El equipo académico ECPA que conforma el presente proyecto: MSc. Cindy Torres Quirós cindy.torres@ucr.ac.cr Dr. Esteban Durán Herrera esteban.duranherrera@ucr.ac.cr MSc. Edwin Solórzano Campos edwin.solorzano@ucr.ac.cr Dr. Leslie W. Pineda Cedeño leslie.pineda@ucr.ac.cr Mag. Elsy Vargas Villalobos elsy.vargas@ucr.ac.cr Dr. Olman Quirós Madrigal olman.quiros@ucr.ac.cr
Gloriana Rojas Rodríguez Nathalia Salas Marín Paola Guzmán Pérez
VIII
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
RECONOCIMIENTOS El Centro de Electroquímica y Energía Química (CELEQ) de la Universidad de Costa Rica agradece especialmente al Departamento de Estado del Gobierno de Estados Unidos de América por el financiamiento otorgado para la realización del proyecto “Modelo Energético sostenible en la agroindustria, caso de estudio el beneficiado de café centroamericano”, bajo la iniciativa de la Alianza en Energía y Clima de las Américas. Además, extendemos nuestro agradecimiento a los socios que participaron en el proyecto base que originó el presente Manual: Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), Cooperativa de Electrificación Rural Los Santos (Coopesantos R.L.), Purasol Vida Natural, Instituto del Café de Costa Rica (ICAFE), Instituto Hondureño del Café (IHCAFE), Asociación Nacional del Café Guatemala, Cooperativa de Caficultores y Servicios Múltiples de Tarrazú (COOPETARRAZU R.L) y Unión de Cafetaleros de San Isidro de León Cortés (UNDECAF) por ser parte de esta iniciativa y considerar a la Universidad su aliado para la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles. Así mismo, agradecemos a las organizaciones y/o personas que hicieron posible la recopilación de información para los casos de estudio en Centroamérica que acompañan este Manual. Indiscutiblemente su trabajo contribuye al desarrollo de las energías limpias en la región y promueven la sostenibilidad del sector agroindustrial.
PAÍS
UBICACIÓN
COMPAÑÍA, ASOCIACIÓN O PERSONA
CONTACTO
El Salvador
Coordinador regional de AEA con Centro América
AEA-SICA
Salvador Rivas
El Salvador
Berlín
La Geo
Salvador Handal
El Salvador
Comalapa
Finca de cultivo de Loroco
Elías Aguilar
El Salvador
Guasapa
Finca Don Chimino
Ismael Sánchez
El Salvador
Atapalpa
CAFECO
Andrés Brodersen
Guatemala
Amatitlán
LEMONEX
Roberto Carlos
Guatemala
Patulul, Suchitepéquez
Finca los Tarrales
Andy Burge
Nicaragua
Juigalpa
UNAG
Carlos Miranda
Nicaragua
Ciudad Darío
FUPADE
Victor Hugo Gonzalez
Honduras
Copán
SNV-ARUCO
Osmer Ponce
Honduras
Ocotepeque
SNV-COCAFELOL
Osmer Ponce
Honduras
Francisco Morazán
Zamorano
Victoria Cortés
RECONOCIMIENTOS
IX
COMO UTILIZAR ESTE MANUAL CONTENIDO DE PÁGINA
VARIACIONES CLIMATOLÓGICAS.
El estado del tiempo a lo largo de un año, un mes e inclusive un día es muy variable, estas variaciones climatológicas dependen de la zona, por lo tanto para tratar de manejar de la mejor forma posible estos cambios se deben realizar mediciones anuales. En estos casos se deben de efectuar valoraciones del viento por lo menos durante un año y compararlas con una fuente fidedigna con condiciones de largo plazo. En general, se requiere una promedio de velocidad del viento a lo largo del año superior a 4 m/s para considerar la instalación de un sistema eólico. Otras variables que se deben tomar en cuenta son los márgenes de temperaturas y humedad relativa, las cuales pueden afectar el funcionamiento de la turbina.
MANTENIMIENTO DEL SISTEMA
El proveedor del sistema debe de estar capacitado para ofrecer los servicios de mantenimiento para los sistemas eólicos, sin embargo dado el caso en que no se quieran adquirir estos servicios el fabricante debe al menos haber detallado la información mínima necesaria acerca de los procedimientos de mantenimiento, y cuándo estos deben ser llevados a cabo. La mayoría de los sistemas eólicos están diseñados para funcionar durante periodos extensos sin que estos sufran de defectos o reparaciones, sin embargo es recomendable hacer una inspección visual cada seis meses. 14
Antes de iniciar con la instalación del sistema eólico, se deben determinar las principales actividades que se ejecutarán durante la construcción del proyecto. Lo primero que debe definirse son las actividades preliminares que contemplan la tramitación, aprobación y visado de los planos constructivos así como los diversos trámites de permiso y el personal necesario para el desarrollo del proyecto. El proveedor-instalador deberá contar con el personal necesario para:
Antes de iniciar el mantenimiento es primordial que todo el sistema este desconectado El mantenimiento por lo general se da en un lugar alto y peligroso por lo que se debe de tener equipo de seguridad para subir. Se debe tener conocimiento sobre turbinas, rotores y demás componentes. Se debe de subir cuando no haya viento, el cual hace girar las aspas, esto para evitar accidentes. Se debe bloquear la turbina para evitar que esta gire. La torre deberá ser inspeccionada para evitar que se generen focos de corrosión los cuales debilitan la estructura. Si es de concreto inspeccionar posibles fisuras.
La supervisión de la obra. Levantamiento de la torre (en los casos que ameriten poner una torre). Montaje de las fosas de los cables tensores (solo para torres altas).
Por lo tanto es importante considerar y asegurarse que se tiene la capacidad técnica para brindar un adecuado mantenimiento al sistema eólico, de lo contrario se recomienda contratar los servicios del proveedor o un tercero. El proveedor debe estar capacitado para dar mantenimiento al sistema una vez al año y contar con todos los implementos de seguridad de caso, así como equipo para verificar corriente y voltajes del sistema para corroborar que este está funcionando correctamente.
NOMBRE DE MANUAL
ILUSTRACIONES
INSTALACIÓN
En el mantenimiento de los sistemas eólicos se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones:
Realización de cableado subterráneo. La instalación tiene las siguientes etapas: LIMPIEZA DEL TERRENO Y CONFORMACIÓN DE ACCESOS. Se puede realizar de forma manual o mecánica para la remoción de la materia vegetal, por otro lado la conformación de accesos (caminos) se deberá hacer de forma mecánica con maquinaria pesada.
Figura 3.2 Torre tipo ¨Tilt up¨ GENERADOR
EXCAVACIÓN DE LA BASES O FUNDACIÓN, ASÍ COMO DE LAS FOSAS PARA LOS CABLES DE TENSIÓN (VIENTOS). La excavación se hará de forma manual. Sus dimensiones dependerán del tamaño de la turbina. Se harán tres o más fosas para la instalación de los cables de tensión, de acuerdo a recomendaciones técnicas.
COLA
ROTOR
CIMENTACIONES. (EN LOS CASOS DONDE SEA NECESARIO) La cimentación llevara una estructura en acero para darle una mayor resistencia al soportar la carga de la torre y las fuerzas generadas sobre la torre por el viento. LEVANTAMIENTO DE LA TORRE. Finalizada la cimentación, se instala la torre de forma manual o mecánica, si la estructura es liviana puede ser instalada por dos técnicos, si es pesada se deberá hacer uso de maquinaria como grúas. También se pueden utilizar las torres tipo ¨Tilt up¨ donde se utiliza únicamente un pequeña base de cemento y anclajes, este tipo de torre es completamente modular y es muy versátil para proyectos eólicos de pequeña escala.
TORRE
BASE
CABLES TENSORES
MICRO EÓLICA
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
NÚMERO DE PÁGINA
XII
ICONO DE SECCIÓN NOMBRE DE SECCIÓN CORRESPONDIENTE DE CAPÍTULO
TABLAS EXPLICATIVAS
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
NOMBRE DE CAPÍTULO
17
PESTAÑA INDICADORA DE CAPÍTULO
CAPITULOS
Y SU ICONOS 1. 2. 3. 4. 5. 6.
SOLAR FOTOVOLTAICA SECADO SOLAR MICRO EÓLICO
MICRO HÍDRICO BIO ENERGÍA ANALISIS FINANCIERO
ICONOS DE SECCIÓN DE CAPITULO CONTENIDO
OPERACIÓN
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA
MANTENIMIENTO INTERCONEXIÓN
IMPLEMENTACIÓN ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA
BIBLIOGRAFÍA AGRADECIMIENTOS
SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA SELECCIÓN COMERCIAL CONSTRUCCIÓN INSTALACIÓN
COMO UTILIZAR ESTE MANUAL
XIII
CONTENIDO 1 1. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA V
INTRODUCCIÓN
IX
RECONOCIMIENTOS
XI
COMO UTILIZAR ESTE MANUAL
XIII
XIV
CAPITULOS Y SU ICONOS
21 2. SECADO SOLAR 22
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ENERGÍA SECADO SOLAR
29
ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA
2
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
5
ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA 32
8
IMPLEMENTACIÓN
33
10
SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA
12
45 3. ENERGÍA MICRO EÓLICA 46
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ENERGÍA MICRO EÓLICA
48
ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA
SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA
53
IMPLEMENTACIÓN
36
SELECCIÓN COMERCIAL
54
SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA
INSTALACIÓN
38
CONSTRUCCIÓN
57
SELECCIÓN COMERCIAL
18
MANTENIMIENTO
40
MANTENIMIENTO
59
INSTALACIÓN
19
BIBLIOGRAFÍA
41
BIBLIOGRAFÍA
63
OPERACIÓN
42
EJEMPLO DE CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR
64
MANTENIMIENTO
66
INTERCONEXIÓN
67
BIBLIOGRAFÍA
IMPLEMENTACIÓN
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
69 4. ENERGÍA HIDROELÉCTRICA 70
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA: HIDROELÉCTRICA A PEQUEÑA ESCALA
89 5. BIO ENERGÍA
117 6. ANÁLISIS FINANCIERO
90
INTRODUCCIÓN A LA BIO ENERGÍA
92
BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA
118
INTRODUCCIÓN
PRETRATAMIENTOS DE LA BIOMASA
119
VALORACIÓN DE LA RENTABILIDAD
PROCESOS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA A ENERGÍA
123
HOJA DE CÁLCULO PARA LA EVALUACIÓN ECONÓMICA
105
CONVERSIÓN BIOLÓGICA
124
PARÁMETROS
109
PROCESOS TERMOQUÍMICOS
125
PLAN DE INVERSIONES.
115
BIBLIOGRAFÍA
127
AMORTIZACIÓN
128
PLANIFICACIÓN DE COSTOS (COSTOS)
130
PROYECCIONES
130
CUANTIFICACIÓN CONSUMO (CONSUMO ELÉCTRICO).
131
CUANTIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN.
131
PROYECCIÓN PRODUCCIÓN EÓLICO (PROYECCIÓN EÓLICO)
133
PROYECCIÓN PRODUCCIÓN FOTOVOLTAICO
134
COSTO DE CAPITAL
134
RESULTADOS
135
BIBLIOGRAFÍA
74
97 ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA 103
78
IMPLEMENTACIÓN
80
SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA
82
SELECCIÓN COMERCIAL
83
INSTALACIÓN
86
MANTENIMIENTO
87
BIBLIOGRAFÍA
CONTENIDO
XV
ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA CAPÍTULO 1 AUTORES: KARINA TORRES LESLIE PINEDA
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA ASPECTOS GENERALES
Un sistema fotovoltaico (FV) es aquel que utiliza la radiación solar de manera directa para ser transformada en energía eléctrica. Los sistemas fotovoltaicos son una alternativa interesante, desde las perspectivas técnica y económica, debido a la disponibilidad de abundante radiación solar durante todo el año. Para el proceso de conversión se utiliza una celda solar o una celda fotovoltaica generalmente confeccionada de silicio, también, es posible encontrar la integración de otros materiales. Es posible obtener mediante la integración de cada una de las celdas fotovoltaicas una unidad eléctrica de corriente directa (CD) de mayor dimensión denominada módulo o panel fotovoltaico. Cuando varios paneles fotovoltaicos se conectan eléctricamente, generan un arreglo de paneles que permiten capturar en condiciones exteriores de iluminación solar un aprovechamiento eficiente de la energía solar. En general, las unidades fotovoltaicas pueden conectarse a través de un dispositivo eléctrico denominado inversor fotovoltaico a la red de distribución eléctrica local, pero la disposición de un banco de baterías se considera en algunos casos. (Figura 1.1) El funcionamiento de la tecnología fotovoltaica realiza cuatro funciones fundamentales:
- Transformar directa y eficientemente la energía solar en energía eléctrica. - Almacenar la energía eléctrica generada, cuando la distribución se acopla a un banco de baterías. - Distribuir la energía producida para el consumo y el almacenamiento. - Maximizar el uso de la energía producida y almacenada.
2
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
Para alcanzar las funciones destacadas anteriormente, los componentes fotovoltaicos encargados son:
I El módulo o panel fotovoltaico II La batería (opcional) III El regulador de carga IV El inversor V Las cargas de aplicación (el consumo)
Adicionalmente, en instalaciones fotovoltaicas pequeñas, se recomienda el uso de fusibles para la protección del sistema. Cuando el número de módulos fotovoltaicos aumenta (instalaciones medianas y grandes) es necesario utilizar sistemas de protección más complejos, así como sistemas de medición de la carga eléctrica generada.
Figura 1.1. Diagrama simple de un sistema fotovoltaico que muestra los componentes b谩sicos para un sistema conectado a la red de distribuci贸n. solar fotovoltaica
3
TIPOS DE CELDAS
MONOCRISTALINA
POLICRISTALINA
AMORFA
NOMBRE COMERCIAL
COMPOSICIÓN
Celda fotovoltaica monoBarra de Silicio cristalina
Celda fotovoltaica policristalina
Celda fotovoltaica amorfa
APLICACIONES
VENTAJAS
Granjas solares, Más potentes generación Entre 15 y 30% y mejor de eléctrica de calidad casas y comercio
Cristales de silicio
Casas, comercio y aplicaciones electrónicas
Silicio no cristalizado
Dispositivos electrónicos y generación eléctrica en pequeña escala.
Cuadro 1.1 Comparación entre las diferentes celdas solares disponibles a nivel comercial.
4
EFICIENCIA
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
Entre el 14 y 20%
Se pueden adaptar más fácilmente a los distintos tipos de terreno
Menores a 10%
Son más baratas ya que el procesamiento del silicio es más sencillo
DESVENTAJAS
Son las más costosas Menos eficientes en producción de electricidad que las mono cristalinas Menos eficientes que las monocrista linas y policristalinas
ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA Para implementar la tecnología fotovoltaica es necesario hacer una serie de estudios para determinar si dicha tecnología es conveniente para la generación eléctrica en dicho lugar. De acuerdo con lo mencionado anteriormente, la radiación solar promedio es sumamente importante para poder saber si vale la pena invertir en poner paneles solares en el sitio. Para la implementación de cualquier tecnología se deben realizar estudios de las variables importantes para su desarrollo e informarse sobre las condiciones locales para la interconexión a la red.
RADIACIÓN SOLAR
Lo ideal es medir la radiación solar de todo un ciclo solar en el sitio, el cual tiene una duración de 11 años, pero realizar este tipo de mediciones por un tiempo tan prolongado es poco práctico para efectos de desarrollar un proyecto a corto plazo. Es por lo anterior que se han creado bases de datos con dicha información la cual ha sido recopilada satelitalmente por periodos de más de 20 años. Hay varias bases de datos disponibles como las de la NASA, SWERA, SolarGis, RETScreen y otras.1 Si se cuenta con el tiempo y el recurso para adquirir un piranómetro, instrumento que mide la radiación solar global por metro cuadrado. se pueden realizar mediciones en el sitio por un año como mínimo. Para
proyectos de generación o de mayor escala se recomiendan realizar dichas mediciones el mayor tiempo posible y comparar las lecturas obtenidas con la de una base de datos confiable. También se pueden utilizar los datos de radiación proporcionados por los institutos meteorológicos locales, siempre y cuando la base de datos se encuentre actualizada. Para instalar paneles solares en un sitio se debe verificar la cantidad de irradiación de energía que recibe el sitio medida en Wh/m2 (Watts-hora por metro cuadrado) y estimar la producción energética anual para decidir si el proyecto es rentable o no.
INTERCONEXIÓN A LA RED
Si se desea que el sistema fotovoltaico esté conectado a la red eléctrica local, se deben cumplir las siguientes condiciones:
Si estas dos condiciones se cumplen, es necesario dirigirse a la empresa eléctrica local o visitar la página web de la misma (en los casos donde tengan la información en línea) para averiguar cuáles son los procedimientos para la solicitud de la interconexión a la red y recopilar la información que soliciten para poder interconectarse. Por lo general, solicitan los planos eléctricos del lugar donde se piensa hacer la instalación, plano catastro del lugar, especificaciones del equipo a instalar (potencia a instalar, etc), llenar formularios propios de la compañía eléctrica que da el servicio local y demás información que la empresa eléctrica local considere conveniente. 1 https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/ http://photovoltaic-software.com/solar-radiation-database.php http://en.openei.org/wiki/SWERA/Data http://www.3tier.com
- Tener la red eléctrica local cerca de la propiedad -Que la compañía eléctrica local ofrezca la opción de interconectar sistemas fotovoltaicos bajo la modalidad de generación distribuida.
solar fotovoltaica
5
CONDICIONES DE LA INTERCONEXIÓN
Es sumamente importante conocer las condiciones de la interconexión, esto se refiere a cómo serán reconocidos los excedentes de la producción del sistema fotovoltaico. Estos reconocimientos pueden ser mediante una tarifa prestablecida por la compañía eléctrica local/ente regulador o mediante un sistema de créditos que reconozca de alguna manera los excedentes, para que cuando se haga el balance energético mensual, dichos créditos se reconozcan y se rebajen de la factura eléctrica del pequeño generador y esto le represente un ahorro de dinero en su factura eléctrica mensual.
ÁREA
Es importante conocer si el área donde se planean instalar los paneles es la adecuada, por lo que se recomienda tener un plano de la estructura del techo donde va a ser ubicado en el caso de que sea en un techo o un plano de curvas de nivel del terreno en caso de que se quieran instalar al nivel del suelo. El área de terreno disponible y su geografía son muy importantes para determinar si son aptos para la instalación de paneles. Algunas características deseables del área disponible:
- Disponer del espacio suficiente para instalar la tecnología, ya sean techos o área a nivel del suelo. - Un terreno que no sea muy irregular o que permita la correcta instalación de los soportes de los paneles. -Libre de sombras que puedan tapar la superficie de los paneles, (árboles, cables, etc). Los paneles comerciales tienen un sistema de diodos ¨bypass¨ para evitar problemas de sobrecalentamiento en las celdas tapadas por sombras, sin embargo la eficiencia del sistema se verá disminuida por la presencia de sombras, disminuyendo la producción eléctrica de los paneles. La evaluación de estos parámetros como primera aproximación la pueden realizar los productores mediante la observación de lugares o techos disponibles ¨abiertos¨ sin sombras que puedan afectar el funcionamiento de los paneles.
Una vez evaluado por el productor se puede proceder a contratar al proveedor que deberá hacer una evaluación más detallada del proyecto, este debe pedir los planos de curvas de nivel o del techo a donde se quiere instalar la tecnología para analizar si el lugar que el interesado eligió es conveniente para soportar la estructura de los paneles y evaluar el ángulo al que debe colocarlos para recibir de la manera más perpendicular posible los rayos del sol, el ángulo depende de la ubicación geográfica del sitio. La ubicación de los paneles en Centroamérica debe ser mirando al sur con un ángulo equivalente a la latitud del emplazamiento o sitio del proyecto.
ELECCIÓN DE PROVEEDORES
Los proveedores deben dimensionar el sistema de acuerdo con el consumo mensual promedio del sitio, basándose en los recibos eléctricos donde se especifican los consumos mensuales de por lo menos tres meses anteriores. Sin embargo, si se cuenta con los recibos de un año se garantiza que se puede tener un mejor promedio de consumo mensual anual y sus fluctuaciones por épocas de mayor o menor actividad o consumo. El proveedor no solo debe tener la capacidad de dimensionar el equipo necesario para suplir el consumo mensual promedio, sino que debe ofrecer los equipos con su respectiva instalación. Los equipos, interconexiones y cables deben cumplir con ciertos estándares de calidad para garantizar el buen funcionamiento del equipo, la vida útil del mismo y la mayor eficiencia posible de instalación realizada.
Una vez elegidos los posible proveedores (se recomienda cotizar con varios) y conociendo el precio de la instalación completa incluyendo equipos, es sumamente importante realizar un análisis financiero donde se especifique cuál será la inversión inicial correspondiente al costo de la instalación del sistema solar la cual incluye el equipo, accesorios, cableado, mano de obra, etc.
ANÁLISIS FINANCIERO
Para poder invertir en un sistema renovable es recomendable hacer un análisis financiero previo con la finalidad de evaluar la rentabilidad del proyecto y establecer el tiempo que se tardará para recuperar el capital inicial (retorno sobre la inversión) y así sopesar si el proyecto es viable o no para la compañía o empresa, residencia o lugar de interés. Los parámetros financieros son sumamente importantes no sólo para determinar la rentabilidad del proyecto sino también para conocer el ahorro que va a generar la utilización de un sistema fotovoltaico para autoconsumo con respecto a únicamente consumir de la red eléctrica local. La estimación de la producción anual de un sistema fotovoltaico, así como los parámetros financieros más importantes para determinar la rentabilidad de un proyecto, se encuentran en el capítulo correspondiente a análisis financiero del presente manual.
solar fotovoltaica
7
IMPLEMENTACIÓN Para su implementación se debe considerar que la tecnología fotovoltaica puede aplicarse en todos aquellos lugares que cuenten con una radiación solar relativamente constante a lo largo del año. A la hora de tomar la decisión de implementar esta tecnología es importante tener claro si es la más apta para el sitio o si hay otras fuentes de energías renovables que podrían utilizarse con mejores resultados, como por ejemplo observar si el lugar tiene un rio cerca o si el sitio es conocido por tener mucho viento durante todo el año. Para poder establecer que dicha radiación efectivamente se da durante el año, más que utilizar la apreciación visual (ver días soleados), es necesario conocer si de acuerdo con los mapas de radiación el lugar cuenta con buena radiación Solar. Las preguntas básicas son:
1 ¿Hay suficiente radiación para cubrir el consumo o la expectativa de producción eléctrica? 2 ¿Cuántas horas de sol hay en promedio en dicho lugar?
Como se mencionó anteriormente el análisis financiero es muy importante para conocer en cuánto tiempo se recuperaría la inversión y a partir de ahí valorar si se desea invertir o no en este tipo de sistema. Si no se cuenta con el capital necesario para hacer dicha inversión no se debe de descartar la iniciativa, ya que hay otras opciones efectivas de financiamiento, como lo son los bancos, entidades financieras en general o incluso ayudas con fondos internacionales para proyectos específicamente orientados a desarrollar estas tecnologías en el sector agrario. Otra información que debe tomarse en consideración antes de instalar este sistema, son las condiciones meteorológicas anuales promedio para conocer las condiciones de nubosidad y temperatura de la zona. De igual forma, se debe de contar con planos eléctricos del edificio, casa o lugar dónde se planean instalar los paneles, además del plano estructural del techo de la edificación, en el caso de la instalación se vaya a realizar en un techo.
3 ¿Hay suficientes horas de sol? 4 ¿Hay espacio disponible para colocar los paneles? 5 ¿Cuáles son los procedimientos que hay que seguir para poder conectar el sistema a la red de acuerdo con la operadora eléctrica local?
8
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA Si se desea instalar un sistema fotovoltaico, la selección de los equipos es muy importante. Es por eso que entre los criterios de selección de los proveedores es necesario informarse no solo qué tipo de instalación ofrece el mismo, sino qué calidad tienen los equipos que el proveedor vende y cuales estándares de instalación sigue. A la hora de seleccionar un equipo se debe de tomar en cuenta que este cumpla con estándares como los siguientes o similares:
- IEC (International Electrotechnical Comission): Como la IEC 61215/61646/60904 y la IEC 61730-1, 2 - UL (Underwriters Laboratories) - CE (Conformité Européenne) - TÜV Nord (alemana) - JET (japonesa) - ETV (estadounidense)
10
Es importante destacar que el hecho de que los módulos fotovoltaicos y equipos cumplan con las normas mencionadas, no es suficiente, ya que estas normas únicamente dicen que este tipo de módulos/equipos cumplen con ciertos criterios, donde se siguieron una serie de pruebas establecidas por las diferentes normativas. Criterios como: Seguridad del equipo, Inspección visual de los módulos, degradación de la potencia máxima medida en cada prueba, la tolerancia de la potencia mínima, coeficientes de temperatura (relacionados con la eficiencia de los módulos), pruebas térmicas como la de puntos calientes entre otras son las que se detallan en ese tipo de estándares. Las pruebas se realizan dentro de un lote de producción seleccionado al azar. Aspectos como vida útil del equipo, garantía del fabricante y pérdida de potencia producida por año, deben de ser examinados cuidadosamente antes de seleccionar un equipo. Una referencia que puede servir como una guía para la selección de un producto son los índices de banqueabilidad o ¨bankability¨ de un suplidor o marca, estos índices se categorizan por ¨Tiers¨ o niveles de ¨bankabi-
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lity¨. El índice de ¨bankability¨ indica si este suplidor ha tenido éxito en proyectos pasados financiados por los bancos. Los bancos se cuidan de poner sus inversiones en proveedores de calidad que no solo garanticen vidas útiles que sean rentables, sino que demuestren que tienen un buen funcionamiento que permita que las proyecciones calculadas se cumplan de la manera esperada. Hay diferentes bases de datos que proveen de esta información con respecto a las diferentes marcas de los equipos solares (como paneles) en donde los categorizan como Tier 1, Tier 2 y Tier 3.
- LOS TIER 1: Hacen alusión a los fabricantes que han hecho varios proyectos que han sido financiados por al menos 3 bancos diferentes en los últimos 2 o 3 años, donde los datos del fabricante son públicos y localizables por la misma base de datos. Los proyectos que se han desarrollado con ese fabricante han sido hasta el momento exitosos. Esta medición es una medición de la aceptación industrial de este fabricante. - LOS TIER 2: Son los que han suplido algunos proyectos financiados por bancos y tienen alguna reputación industrial. - LOS TIER 3: Son los fabricantes que presentan poca información sobre el empleo de sus productos y que además han aplicado para recibir protección por falta de solvencia. Las listas de bankability donde vienen los diferentes fabricantes categorizados en los diferentes Tiers se pueden encontrar en bases de datos donde hay que pagar una suscripción como Bloomberg Ratings, Fitch Ratings, Solar Buzz etc. Este tipo de información se le puede pedir a los proveedores locales que se encuentran directamente en el negocio de la instalación de sistemas fotovoltaicos, ya que estos deberían conocer qué criterios de banqueabilidad tienen las marcas que ellos venden e instalan.
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INSTALACIÓN Los elementos de una instalación fotovoltaica varían de acuerdo al tipo de instalación que se quiere hacer. Los tipos más comunes de instalación son: - Sistema Aislados - Sistemas conectados a la red - Sistemas Interactivos
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TIPO DE SISTEMA
VENTAJAS
DESVENTAJAS
No depende del servicio eléctrico local, por lo que puede operar en lugares sin red eléctrica.
Necesita tener acumuladores acoplados al circuito para poder utilizar la energía eléctrica en las horas donde el sol es escaso o es de noche. Los costos de los acumuladores aún son elevados.
CONECTADO A LA RED (FIG. 1.3)
Opera con la red eléctrica local por lo que no necesita acumuladores (baterías) El sistema es mucho más rentable que los aislados con acumuladores (no necesitan baterías)
Depende en todo momento de la red eléctrica por lo que un fallo de la misma impide el funcionamiento del sistema fotovoltaico.
SISTEMAS INTERACTIVOS (FIG.1.4)
Funcionan con la red eléctrica y sin ella. Mantienen operando el sistema fotovoltaico durante las fallas o cortes de la red eléctrica local.
Tienen un costo más elevado debido a que deben tener acumuladores y un inversor específico que detecte cuando hay algún corte o falla en la red eléctrica y utilice energía almacenada en los acumuladores.
AISLADO (FIG. 1.2)
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Figura 1.2. Esquema de Sistema fotovoltaico conectado a la red.
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SISTEMA AISLADO
Tal como se muestra en la figura anterior en un sistema aislado se necesita no sólo de baterías, si se quiere poder almacenar la energía para utilizarla ya sea en la noche o en los días con menor radiación solar, sino que también es necesario un regulador de carga para el correcto funcionamiento de las baterías y evitar que estas se descarguen hasta niveles que ocasionen que su vida útil se disminuya.
Figura 1.3 Esquema de un Sistema fotovoltaico aislado con acumuladores.
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SISTEMAS CONECTADOS A LA RED En un sistema conectado a la red no se necesitan baterías ya que todos los excedentes (energía no consumida) se envían a la red de distribución local y en el momento en donde se necesite más energía de la que se produce, por ejemplo en la noche cuando no hay producción por parte de los paneles, esta energía se obtiene de la red eléctrica local. Por lo anterior, en un sistema conectado a la red es sumamente importante contar con un medidor electrónico ¨bidireccional¨. Los medidores más comunes son los ¨unidireccionales¨ que registran la energía en una sola dirección, que es la que consumen las viviendas, comercios y edificios en general. Para un sistema fotovoltaico conectado a la red la dinámica cambia, ya que en este caso no solo se consume
energía sino que se produce y se envía a la red. Por lo tanto, se necesita de un dispositivo que registre cuanto se consume y cuando se envía a la red para que el operador eléctrico local pueda reconocer de alguna manera la energía que recibió. El medidor bidireccional puede ser comprado por el productor e instalado por el la compañía eléctrica local (el que instaló el sistema fotovoltaico en su casa, local, industria etc.) o puede ser dado e instalado por el ente operador regional con algún tipo de acuerdo. Por lo mencionado anteriormente es necesario conocer cuáles son las políticas locales sobre la instalación del medidor para proceder ya sea a comprarlo o a hacer la solicitud de la instalación del mismo por parte del operador eléctrico regional.
Figura 1.4 Circuito Interactivo.
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SISTEMAS INTERACTIVOS
Los sistemas interactivos son sistemas que de igual manera que los conectados a la red deben seguir una serie de procedimientos para la solicitud de interconexión dependiendo de la compañía eléctrica local. También deben de tener un medidor bidireccional que lleve el registro de la energía inyectada a la red por parte del sistema fotovoltaico y la consumida de la red por parte de la casa, comercio o lugar en donde se instaló el sistema. La variante que tienen estos sistemas es que también tienen acumuladores o bancos de baterías que entran en funcionamiento cuando hay algún corte eléctrico o falla en la red eléctrica local.
Se necesita un controlador de carga para el banco de baterías de manera que este regule el suministro eléctrico de las mismas y un tipo de inversores conocidos como inversores ¨interactivos¨, ya que estos pueden enviar y recibir energía en ambas direcciones. Los inversores interactivos pueden también tomar la energía de la red para recargar las baterías que funcionan como un resguardo o ¨backup¨ cuando hay un corte o fallo en la red eléctrica local y se utiliza en situaciones donde evitar el corte de energía es crucial para algún proceso en particular. Como por ejemplo: refrigeración, oxigenación de plantas o microorganismos, sistemas de soporte de vida, etc.
MANTENIMIENTO Un adecuado mantenimiento del sistema es vital en la producción de energía eléctrica por parte del sistema fotovoltaico, además alarga la vida útil de los elementos del circuito. Para el mantenimiento general no se necesita tener mayores conocimientos académicos ni experiencia previa. Para el mantenimiento preventivo o correctivo es recomendable que lo haga un técnico electricista, ingeniero eléctrico o una persona que tenga experiencia con este tipo de sistemas.
MANTENIMIENTO GENERAL DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO
Limpieza: La limpieza de los paneles va a depender del tipo de actividad que se desarrolle en sitio (si genera muchas partículas que viajen el aire o no). Hay actividades agroindustriales que se pueden realizar cerca del lugar de la instalación, por lo que a la hora de determinar la ubicación de los mismos es importante tener en cuenta si dichas actividades van a causar que los paneles se ensucien más fácilmente y de ser posible ubicarlos en otro lugar donde no se de este problema. Si no se pueden colocar en otra área será necesario programar horarios de limpieza más seguidos. Si los paneles están ubicados en un lugar donde no hay muchas partículas en el aire (polvo) se recomienda limpiarlos una vez al mes si durante ese periodo no hay lluvias en el sitio, si en
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el lugar hay muchas partículas en el aire y es habitual que los paneles se ensucien de manera notoria durante el día es recomendable limpiarlos diariamente. Para limpiarlos únicamente se necesita un paño suave (que no largue hebras o pelusa) y agua. No se debe usar jabón o detergentes convencionales ya que estos pueden oxidar los marcos y los soportes de los paneles (usualmente de aluminio) y también pueden dejar películas de jabón o detergente sobre la superficie de los paneles. Se debe revisar que todas las conexiones entre los paneles estén bien unidas. Como se ha mencionado antes, es sumamente importante asegurarse que no hayan nada cerca que esté generando algún tipo de sombra en los paneles y de ser así se debe retirar lo más pronto posible.
MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO
El mantenimiento preventivo es necesario para evitar posibles fallas del sistema a futuro o para detectar cualquier tipo de irregularidad de forma oportuna. Este tipo de mantenimiento debe ser realizado por un técnico electricista, un ingeniero eléctrico o una persona con experiencia en sistemas fotovoltaicos. Esta persona debe acatar las normas de seguridad
básicas que se siguen para la revisión de cualquier circuito eléctrico (desconectar el sistema, utilizar ropa con aislante eléctrico, etc). Este tipo de inspecciones se recomiendan hacer mensualmente, trimestralmente o anualmente dependiendo de la disponibilidad del personal para estas tareas. Las inspecciones van desde una revisión visual para detectar cualquier tipo de daño evidente de los paneles o cableado del arreglo, medición de los voltajes de cada línea y entre líneas en los inversores verificando que los voltajes coincidan con los que especifica el fabricante, revisión de los cables que están en el exterior y los internos de manera que estén firmes y que no estén dañados. Los aspectos propios del tipo de instalación, los valores y revisiones que se deben hacer se deben de consultar con el proveedor o instalador, es conveniente concertar una cita previa con el proveedor para que haga sus recomendaciones con respecto al mantenimiento antes o durante el periodo de instalación del sistema fotovoltaico con el personal técnico, encargados del mantenimiento del sistema y personas involucradas con el sistema dentro de la empresa. Para el caso residencial basta con tener una conversación con el proveedor para tomar en cuenta sus recomendaciones sobre el mantenimiento del sistema.
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Para proyectos pequeños o en casas es recomendable coordinar con el proveedor para que haga una revisión anual del sistema. Cuando se presente algún fallo del sistema o en las pantallas del inversor y se presente una alarma (usualmente luz roja) se debe de contactar al proveedor para que este realice el mantenimiento correctivo del equipo y encuentre una solución al problema.
BIBLIOGRAFÍA Luque, A. & Hegedus, S. (2003) Handbook of photovoltaic science and engineering. Inglaterra. John Wiley & Sons Ltd. Manuales sobre energía renovable: Solar Fotovoltaica. (2002). BUN-CA. Costa Rica. A Guide to photovoltaic (PV) System Design and Installation (2001). Endecon Enginnering. Estados Unidos. Manual de Instalación de sistemas fotovoltaicos. (2011). Energética. Bolivia. Procuring Solar energy: A Guide for Federal Facility Decision Makers. (2010). US department of energy. Estados Unidos. How to implement renewable energy and energy efficiency options. (2007). Sustainable energy Africa. South Africa. Duncan, T. (1999). Designing photovoltaic systems for performance and reliability. Estados Unidos. John Wiley & Sons Ltd.
AGRADECIMIENTO A LOS PROFESIONALES POR SU APOYO TÉCNICO: Pierre Lambot, Purasol Vida Natural Ing. Harold González , Purasol Vida Natural Ing. Fernando Lizana, ICE
SECADO
SOLAR CAPÍTULO 2 AUTORES: ALLAN MORA CINDY TORRES ESTEBAN DURÁN
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ENERGÍA SECADO SOLAR
Existe una gran variedad de diseños de secadores solares disponibles en el mercado, sin embargo, como el aprovechamiento de radiación solar para la operación de secado es una tecnología en desarrollo, se puede realizar muchas modificaciones a los diseños existentes tanto en estructura como en materiales para adaptarlos según las necesidades de una empresa determinada. Cada vegetal, fruta o grano requiere condiciones muy diferentes para su secado (tal como temperatura máxima de contacto, humedad, tiempo de secado, etc.) por lo que los diseños se deben adaptar a estas variables. Por supuesto que el análisis de la ubicación del proyecto es igualmente importante para seleccionar la tecnología idónea para secar un producto específico. A continuación se presentan seis tipos de secadores solares diferentes con ventajas y desventajas de acuerdo a su diseño y construcción, según la literatura actual, y que permiten modificaciones para mejorar o potenciar alguna de sus características.
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TECNOLOGÍAS DISPONIBLES
SECADORES TIPO ARMARIO
APROVECHAMIENTO
VENTAJAS
Útil para la investigación del aprovechamiento de la energía solar en el secado como prototipo para futuros secadores a mayor escala.
- El tipo de secador solar más simple en estructura - Utiliza la radiación directa para el calentamiento a través de su cubierta - El aire fluye por convección natural -Es de muy bajo costo y simple de construir
DESVENTAJAS
PRINCIPALES RESTRICCIONES
- Adecuado para secar pequeñas cantidades de grano (10 a 20 kg) - Presenta mejor secado para frutas y vegetales - No brinda un movimiento continuo al material a secar.
- Falta de movimiento para el material a secar.
SALIDA DE AIRE COBERTURA TRANSPARENTE
ENTRADA DE AIRE MATERIALES A SECAR
MALLA DE ALAMBRE
Secado Solar
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SALIDA DE AIRE
SOPLADOR CENTRÍFUGO
RADIACIÓN SOLAR
ENTRADA DE AIRE
MATERIALES A SECAR VALVULA DE CONTROL
TECNOLOGÍAS DISPONIBLES
SECADORES DE ESTANTE
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APROVECHAMIENTO
- Utiliza colectores solares los cuales pueden aprovechar materiales reciclables como latas de aluminio para su construcción. - Mejora las condiciones a las que se expone el grano de café
VENTAJAS - Utiliza la convección natural para el movimiento del aire - Se utilizan varias bandejas de secado independientes - Permite variaciones para mejorar los efectos de la convección natural (efecto de chimenea cambiando geometria) - Se pueden utilizar muchos materiales diferentes dependiendo del presupuesto - El tiempo de secado del grano es mucho menor que secado directamente al sol - El grano de café se mantiene alejado de las condiciones atmosféricas así como de insectos - Sus modificaciones permiten almacenar calor en algunos diseños - No necesitan fuentes de energía auxiliar para su funcionamiento
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DESVENTAJAS -Flujo de aire limitado - El ancho de cama de grano debe ser delgado para favorecer la convección - El movimiento del grano se debe realizar de manera manual - Para lograr el efecto de chimenea se requiere incrementar considerablemente la altura del secador - Para grandes cantidades de grano de café es necesario aumentar el flujo de aire
PRINCIPALES RESTRICCIONES -Se necesita un lugar plano para su ubicación - El lugar de ubicación es preferible que sea ventoso - Radiación solar requerida durante todo el día - El uso de esta tecnología se justifica con un colector solar eficiente
TECNOLOGÍAS DISPONIBLES
SECADORES DE HABITACIÓN
APROVECHAMIENTO
- En beneficios con construcciones en desuso se podrían adaptar para el uso como secadores
TUBOS DE BAMBÚ O PVC
VENTAJAS - Se logra tener un mejor control del flujo de aire - Se puede recircular el flujo de aire al tener una mayor cantidad de flujo - Se pueden colocar un tipo de almacenamiento de calor en el concreto
DESVENTAJAS
PRINCIPALES RESTRICCIONES
- Requiere de piso de concreto - Necesita de un soplador o ventilador para la circulación del aire - Tiene bandejas estáticas para el secado
- Su construcción requiere de personal adecuado -Requieren de mucha área de construcción - Requiere de atención regular en la operación
SALIDA DE AIRE
ENTRADA DE AIRE SALIDA DE AIRE
CAMA DE SECADO
MATERIAL TRANSPARENTE
Secado Solar
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TECNOLOGÍAS DISPONIBLES
SECADORES DE EFECTO INVERNADERO
APROVECHAMIENTO
VENTAJAS
-En algunos micro beneficios ya se cuenta con este tipo de secador, por lo que se podrían mejorar sus aspectos técnicos y de operación para mejorar su rendimiento.
- Estructura similar a los secadores de estante - El tiempo de residencia del aire dentro del secador es mayor que los demás - Su diseño puede ser muy variado dependiendo de las características del material a secar
DESVENTAJAS
PRINCIPALES RESTRICCIONES
- Puede existir recuperación de humedad por los granos - El tiempo de secado usualmente es mayor que otros secadores
- Requieren de mucho espacio - La operación requiere de cuidados y atención regular - El descuido normalmente provoca el mal funcionamiento
SALIDA DE AIRE
RADIACIÓN SOLAR
VIDRIO TRANSPARENTE
BANDEJAS CON PRODUCTO
PARED AISLANTE
ENTRADA DE AIRE
AISLANTE
Secado Solar
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TECNOLOGÍAS DISPONIBLES
APROVECHAMIENTO
VENTAJAS
SECADORES SOLARES ASISTIDOS CON DESECANTES Y/O ALMACENAMIENTO DE CALOR
- La implementación de esta tecnología requiere de estudios previos con prototipos a pequeña escala para considerarla aplicable, sin embargo presenta ventajas atractivas a futuro.
- Se logra extender el tiempo de secado mas allá de las horas con radiación solar - Se disminuye el tiempo de secado - La temperatura de secado se logra controlar mejor para evitar daños al material - Se aprovecha de mejor manera la energía solar
CHIMENEA
DESVENTAJAS
PRINCIPALES RESTRICCIONES
- Los desecantes en su mayoría son costosos - Se requieren de cuidados operacionales mayores al tratar con sistemas más complejos - La construcción de estos secadores es compleja y requiere de personal capacitado
- Costo alto de construcción y operación - En algunos casos se necesita el manejo de productos químicos - Se requiere de mucho cuidado en el manejo de los alimentos
SALIDA DE AIRE
CIELO SIN AISLAMIENTO
PANEL CON AISLAMIENTO
BANDEJAS CON PRODUCTO
SISTEMA DE AMACENAMIENTO DE CALOR
VIDRIO TRANSPARENTE
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La implementación de cualquiera de estos secadores solares depende de muchos factores, tanto económicos, de locación, personal adecuado para la construcción, condiciones climáticas, entre otros, los cuales se trataran más a fondo en secciones posteriores.
ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA Para la implementación de cualquier tecnología se deben realizar estudios de variables importantes para el desarrollo de la misma. En el caso particular del secado solar, realizar un estudio de radiación tardaría muchos años para obtener datos confiables, por lo que se puede recurrir a bases de datos como las de la RETScreen, SWERA, NASA, entre muchas otras para obtener antecedentes de radiación solar para determinar si la región donde se quiere implementar el secador se puede considerar adecuada para su ejecución. Sin embargo, estas bases de datos no siempre cuentan con información del lugar exacto, sino de lugares cercanos a la zona de interés, por lo que es necesario acudir a bases de datos de institutos meteorológicos locales para obtener información más detallada del lugar específico del proyecto. La cantidad de radiación adecuada para un secado solar no se puede generalizar, ya que esta dependerá del sistema que se pretenda aplicar (material absorbente, diseño, entre otros), así como del material que se requiera secar, ya que la temperatura de secado óptima varía dependiendo del alimento que se quiera secar, en el caso de frutas como el banano se requiere de una temperatura de 70°C, para los chiles de 35-40°C o en el caso de los granos de café de 45-50°C, por lo que la radiación solar que se requiere para
alcanzar estas temperaturas varía de una a otra. Otros aspectos como el flujo de aire también cambiará el requerimiento de radiación solar respecto al sistema por operar. De acuerdo con la literatura, durante el desarrollo de varias experimentaciones de secadores solares con colectores, se obtuvieron valores de radiación solar máxima durante el día de entre 800 W/m2 hasta 1300 W/ m2, alcanzando temperaturas del aire de secado de entre 45 °C hasta 70 °C (sobrepasa los límites adecuados para el secado de granos de café), por lo que valores entre estos rangos pueden ser un punto de inicio importante para determinar qué materiales y diseños son los más apropiados para mantener temperaturas idóneas para el secado respectivo. Otro aspecto importante por considerar, que puede ser tomado de bases de datos climatológicas, es la cantidad de días de lluvia en la zona y su intensidad. En una región del trópico como lo es Centroamérica no solo es muy cálido, sino que no se escapa a las lluvias durante todo el año, siempre y cuando no se vea afectado por fenómenos aislados como el del niño o niña. Así que datos de precipitaciones medias en los meses objetivo (normalmente la estación seca inicia diciembre a marzo) son de importancia para tomar en cuenta en el diseño y selec-
Secado Solar
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ción del secador solar apropiado, y así mitigar los efectos adversos del agua en la estructura del secador y su efectividad en el secado. La humedad relativa del lugar es otro aspecto importante a estudiar antes de implementar este tipo de tecnología. Los estudios de esta variable pueden ser llevados a cabo por laboratorios especializados del istmo centroamericano o se pueden tomar los datos de humedad relativa de información proporcionada por institutos meteorológicos en cada país. Otra opción viable, se puede encontrar en las universidades que cuentan con laboratorios diversos que también pueden llevar a cabo estas mediciones simples de humedad relativa, ya que cuentan con el equipo adecuado para tomar los datos de la variable citada, por ejemplo la Universidad de Costa Rica (UCR), Universidad de San Carlos de Guatemala, Universidad Rafael Landívar (URL), entre otras de la región. Es importante señalar que estos estudios de variables pueden ser llevados a cabo por programas de docentes de carreras afines (por ejemplo; Ingenieros Químicos, Industriales o Ambientales) y así los estudiantes se pueden ver beneficiados en desarrollar sus habilidades de campo y a la vez al ayudar al desarrollo de un proyecto específico que podrá ser parte de un trabajo comunitario universitario o de algún proyecto de graduación. El área de terreno disponible y su geografía son muy importantes para determinar si son aptos para un secador solar. Algunas características
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deseables del área disponible son: un terreno plano, libre de árboles altos alrededor, ventoso, entre otros. Como se planteó en secciones anteriores del documento, conocer el espacio disponible en la propiedad es definitorio para la aplicación de una tecnología que demanda de mucho terreno. Esta tarea la pueden realizar los mismos productores interesados, señalando el espacio que puedan aprovechar para la aplicación de esta tecnología tomando en cuenta aspectos del paisaje que pudieran influir negativamente en los resultados de los secadores como: densidad y altura del follaje que pueda bloquear el paso de la radiación solar, así como estructuras de gran altura, la inclinación del terreno, entre otros. Inclusive esta tarea la pueden realizar más a fondo estudiantes universitarios de carreras afines (topógrafos, ingenieros civiles) como se sugirió en párrafos anteriores. Los diseños de los secadores solares pueden ser tan grandes o pequeños como se requieran y así por consiguiente el estudio del suelo que se necesite. En el caso de que se quiera implementar un sistema de secadores solares en una gran escala, los estudios de suelo son necesarios por lo que se necesitaría de empresas que realicen este tipo de estudio. Por ejemplo, en EL Salvador se encuentra ICIA (Ingenieros Civiles Asociados, S.A. de El Salvador), o en Costa Rica CASISA de los cuales brindan estudios del subsuelo para el diseño y construcción de obras, y asegurarse que el mismo podría soportar la estructura.
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Cuadro 2.1 Resumen de posibles proveedores y estudios preliminares para implementar la tecnología.
ESTUDIO PRELIMINAR
PROVEEDOR
VARIABLE
ESTUDIO DE HUMEDAD RELATIVA
URL - UCR USAC
Humedad Relativa
ESTUDIO DE CONDICIONES CLIMÁTICAS
SWERA RETScreen Institutos Meteorológicos locales
Radiación Solar Horas de brillo solar Precipitaciones Temperatura ambiente
ESTUDIO DE SUELOS
ICIA CACISA
Características del terreno
IMPLEMENTACIÓN Existen muchos aspectos, por tomar en cuenta, para utilizar alguno de los secadores solares mencionados anteriormente en un lugar en específico. La geografía del lugar, la extensión de tierra disponible, el paisaje de los alrededores (cantidad y densidad de follaje, tamaño de los arboles, etc.), construcciones aledañas muy altas, son algunos de los factores por tomar en consideración para la selección adecuada del secador solar. Si bien es cierto el secador solar es una tecnología que permite aprovechar una fuente de energía renovable, no todos los lugares son aptos para el desarrollo de la misma. De ahí, que se planteen algunas interrogantes importantes para determinar si existe la posibilidad de llevar a cabo un proyecto de secado solar. Algunas de las preguntas básicas relevantes, para estimar el potencial, para implementar la tecnología son:
¿Está interesado en aplicar una nueva tecnología para el secado de granos? ¿Se tiene información disponible adecuada para la elección de la tecnología correcta para el beneficio? ¿Se cuenta con recursos económicos para desarrollar la tecnología? ¿Se cuenta con personal disponible para la construcción de los equipos?
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¿Tiene un área despejada para la instalación del equipo? ¿La geografía del terreno disponible es apta para la instalación del equipo? ¿La humedad relativa del lugar permite secar los granos satisfactoriam ente? ¿Es la región lo suficientemente soleada (radiación solar) para la aplicación del secado solar? Responder positivamente las preguntas anteriores depende de muchos factores, que deben ser tomados en cuenta para aplicar esta tecnología con éxito. El capital necesario para el desarrollo de un proyecto siempre es un punto alto en la toma de decisiones. La capacidad para adquirir materiales de construcción y/o de equipos necesarios, dependerá exclusivamente del aspecto económico en primera instancia. Sin embargo, una opción es buscar los recursos económicos con entidades estatales o préstamos, por lo que un estudio financiero será, de
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gran ayuda para determinar el tiempo de recuperación de la inversión inicial, costos de mantenimientos necesarios, entre otros; y así tener un panorama más claro para decidir si el proyecto es económicamente viable. La geografía del terreno disponible para la instalación del equipo debe contar con características específicas, que permitan el paso directo de la radiación solar hacia los secadores; así como también de un terreno preferiblemente plano para facilitar el manejo de los equipos. Conocer variables de importancia para el secado, como la humedad relativa del lugar, temperaturas, dirección y velocidad del viento, brillo solar, permitirían tener un panorama más claro y realista de lo que se puede obtener en la región. En la siguiente sección se discuten los estudios preliminares para la implementación de la tecnología, lo que ayuda, de mejor manera, a responder a las interrogantes antes planteadas.
SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA Para seleccionar de manera adecuada un sistema de secado solar se deben tener en cuenta una serie de características y/o restricciones que permitan elegir de mejor manera el tipo y diseño del secador solar a utilizar.
CANTIDAD DE GRANO POR ÁREA DE SECADO
En el secado solar en patios, normalmente se utiliza una capa de grano de 3-4 cm de espesor por metro cuadrado de terreno, lo que representa cerca de 33 kg de grano de café por metro cuadrado. Con un secador solar para granos de café se logra mejorar la relación de cantidad de grano por área de secado, por ejemplo con un secador de estante (como el descrito en secciones anteriores) se puede mejorar esta relación de gran manera (un secador con 6 bandejas podría secar cerca de 190 kg de grano/m2, sujeto a variaciones de radiación solar, flujo de aire, etc.). Se debe tomar en cuenta también el área que el colector solar necesita para calentar el aire lo suficiente para secar la cantidad de grano requerida, como regla de dedo se tiene que el área del colector debe ser tres veces el área de secado. Sin embargo, con las mejoras del diseño y uso de mejores materiales los colectores se pueden construir más pequeños y eficientes. Los diferentes diseños de secadores solares, traen consigo diferentes relaciones de kg/área de secado, por lo que no se puede generalizar un valor específico de este, además aspectos
como la construcción de estos pueden llegar a ser factores que afecten esta relación disminuyendo su capacidad. Por ejemplo, los secadores tipo tienda están limitados por dos condiciones: su necesidad de radiación directa y un flujo pequeño de aire, cualquier variación de estos dos factores afectaría el rendimiento del secador. Entre mayor sea la relación de kg de grano/área de secado, se logra mejorar la producción, al lograr secar una mayor cantidad de granos de café por metro cuadrado de terreno usado, además con esto se reduce el tiempo de secado del grano.
COSTO DEL EQUIPO POR CANTIDAD DE GRANO A SECAR
El costo de los secadores solares es bastante bajo, en comparación con sistemas mecánicos. Inclusive el costo del mantenimiento del equipo es una fracción de lo que se necesita para un secador mecánico ordinario. El tamaño, diseño, materiales de construcción, mano de obra, son aspectos que aumentan el costo inicial del equipo de secado solar. Para conocer de mejor manera el comportamiento de la inversión es necesario realizar un análisis financiero que permita conocer el tiempo de retorno de la inversión, y además si es rentable el uso del equipo con el tiempo, tomando en cuenta costos de mantenimiento y operación. Otro aspecto de importancia es que la ganancia
económica que puede generar contar con un producto de mejor calidad, al no estar expuesto directamente a la radiación, roedores, insectos, polvo, etc, es mucho mayor a un producto con secado en patios que si tiene estos problemas. Una manera de mejorar el costo de los secadores solares y hacerlo efectivamente comparable con el secado en patios, es usar diseños con convección natural para no utilizar energía extra para el movimiento del aire o alguna otra parte móvil del sistema. Además, estos sistemas de convección natural o tipo efecto invernadero, son estructuras sencillas de construir por lo que los interesados se pueden ahorrar el costo de mano de obra.
CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS
La principal limitante climatológica de cualquier equipo que utilice la energía solar, es por supuesto la radiación solar disponible en el lugar donde se quiere implementar el sistema. La radiación solar óptima para un secador solar depende de la temperatura que se necesite para el secado, así como el tamaño del secador solar y su diseño. Se puede tomar una radiación solar entre 1200-1500 W/m2, como un intervalo aceptable de radiación solar para el secado de granos. Esta cantidad de radiación es suficiente para lograr alcanzar temperaturas del aire cerca de 55 a 65°C, la cual regulada por el flujo de aire se puede adoptar Secado Solar
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fácilmente para el secado de granos de café. Otro dato importante es la duración del brillo solar, entre 6-8 horas de radiación solar es un tiempo adecuado para el secado de granos. En regiones tropicales como donde se ubica el istmo centroamericano, la época seca comprende los meses entre diciembre y abril aproximadamente, la cual es la mejor época para poner a funcionar un sistema de secador solar en el área (debido a los mayores registros de radiación solar en esta época y menor humedad relativa, aunque estos parámetros difieren de un país a otro en Centroamérica). Sin embargo, los cambios en el inicio de las lluvias se ven muy afectados por diversos fenómenos climatológicos como el niño o la niña, lo que influye directamente en la cantidad de tiempo real para el secado solar de granos.
MANTENIMIENTO DEL SISTEMA
Se debe considerar la aplicación del mantenimiento de un sistema de secado solar, si bien es cierto estos sistemas no tienen muchas partes móviles o expuestas a una fricción constante o temperaturas muy extremas, si requieren de mantenimiento. Por ejemplo, el colector (equipo que capta la radiación solar) debe estar limpio siempre para permitir el paso de la radiación solar, sellar o reparar
aberturas donde se puede escapar calor, entre otros. El mantenimiento de estos secadores no requiere de mucha experiencia y sus procedimientos pueden ser fácilmente reproducibles por cualquier persona.
VIDA ÚTIL DEL SISTEMA
La vida útil del sistema dependerá de la calidad de los materiales usados, además de como se haya construido el sistema, y por supuesto el mantenimiento regular del secador. Por ejemplo, las láminas de policarbonato para los colectores solares pueden tener hasta 5 años de garantía con un uso diario bajo el sol. Además, si se quiere aumentar la vida útil del sistema se pueden tomar medidas de mitigación, como el uso de tintes resistentes al agua para la madera expuesta al sol, colocar plástico protector en horas de desuso del equipo, o utilizar otros materiales más resistentes pero incrementado el valor de equipo.
DURACIÓN DEL SECADO
La duración del secado de granos de café, es un aspecto muy importante para los productores, ya que esto significa mejorar la producción. El tiempo de secado solar en comparación con el secado en patios es menor, lo que acelera la producción. Sin embargo, este aspecto depende muchas variables, como la cantidad de grano, radiación
solar, diseño del secador, humedad, flujo de aire, etc.
DISEÑO DEL SECADOR
Un diseño muy utilizado para el secado solar de granos de café es el secador tipo tienda o cama africana, sin embargo no es la mejor opción para grandes cantidades de grano de café. Los diseños de cuarto o de estante, presentan un mayor manejo de volumen de materia prima. Para elegir el diseño apropiado se necesita estudiar bien las necesidades específicas de cada productor, así como también las condiciones (económicas, estructurales, terreno, disposición, etc.) con las que cuenta el productor interesado. Referirse a la primera sección para conocer diferentes diseños de secador solar.
GEOGRAFÍA DEL TERRENO
La geografía del terreno juega un papel muy importante para la elección del secador solar, inclusive es un aspecto que permite determinar la posibilidad de aplicar o no la tecnología en el lugar. El terreno idóneo para un secador solar como los descritos en la primera sección del documento es un espacio amplio, plano, sin follaje a los alrededores y ventoso.
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SELECCIÓN COMERCIAL Como paso inicial para la selección comercial de un sistema de secado solar de granos, se deben ubicar los proveedores que brinden este tipo de equipos. Sin embargo, para esta tecnología en particular la cantidad de proveedores en el mercado no es muy amplia, lo que deja muy reducido las opciones para elegir el sistema. Empresas como CONA o SAECSA cuentan con equipos para el secado solar, no obstante cada productor tiene necesidades diferentes entorno a la cantidad de material a secar, sus instalaciones, condiciones de operación, entre otros, de ahí que la elección de un equipo estándar no siempre sea la mejor opción y se debe solicitar una valoración si se desea hacer con algún proveedor. La construcción de un secador a la medida de las necesidades del productor se presenta como una buena opción, ya que el estudio y desarrollo del proyecto se puede llevar a cabo en conjunto con instituciones (universidades, institutos, entre otros) capaces de apoyar a los pequeños y medianos productores. Los materiales para la construcción de un sistema de secadores solares se pueden conseguir en cualquier suministro de materiales de construcción o ferretería del la región. La cantidad de materiales, así como la calidad de los mismos depende del diseño del secador solar a implementar, por ejemplo: un secador solar tipo tienda necesita muy pocos materiales, como reglas de madera, cedazo, clavos, tornillos, y plásticos transparentes; mientras que 18
secador solar tipo estante, requiere de mayor cantidad de materiales como laminas de policarbonato, plywood, láminas de zinc, etc. En el siguiente cuadro se muestran algunas opciones de materiales para la construcción de un secador solar.
diseño del secador solar, por ejemplo un secador solar tipo estante con un colector solar a base de latas de aluminio como material absorbente de radiación solar, puede rondar los desde los $ 500 dólares hasta los $ 800 dólares con una capacidad cercana a los 200 kg
MATERIAL Lámina Plywood
Laminas aislante térmico
Cemento
Tornillos
Malla Acero inoxidable
Cierre a presión
Silicon Alta Temp
Tubería poli ducto Alta Temp
Lamina Zinc
Pintura Negra Alta Temp Plástico transparente
Tinte anti hongos
Tabla Madera
Piedra o Rocas
Tinte anticorrosivo
Tubo industrial
Laminas aluminio
Cedazo zaranda
Lamina Policarbonato liza
Sellador expandible
Bisagras lisa presión
Los materiales mostrados en el Cuadro 3, comprenden una lista de posibles opciones para la construcción de un algún tipo de secador solar. Los presupuestos varían dependiendo del
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de grano de café por tanda de secado. Existen otras opciones más económicas como los secadores tipo tienda que pueden rondar desde los $ 60 dólares hasta los $ 90 dólares para un área de
Cuadro 2.2. Opciones de materiales de construcción para un secador solar.
1-2 m2 pero que no son tan efectivos como los secadores tipo estante. La mano de obra para la construcción de los secadores solares mencionados (estante y tienda) no se ha tomado en cuenta en los costos sugeridos. En General, este valor fluctúa ampliamente entre los países de la región con diferencias entre países hasta del 50% del valor de mano de obra. No obstante, todos los sistemas de secado solar sugeridos en este documento no presentan la mayor complicación en su construcción, y fácilmente se pueden realizar sin mayor experiencia en el uso de herramientas (como taladros, cortadoras, martillos, pistolas de silicón en frío, caladoras), por el mismo personal del micro beneficio. En el Cuadro 4, se presenta otros equipos de interés (pero no estrictamente necesarios) para la aplicación de la tecnología de secado solar. En algunos casos, el uso de algún equipo que permita regular el flujo de aire en el secador puede mejorar el rendimiento del secado obtenido. Equipos como los sopladores o ventiladores permiten controlar el flujo de aire a la medida necesaria por el sistema. Una vez que se logra controlar el flujo se puede de igual manera intervenir indirectamente la temperatura de secado, para así mantener la temperatura idónea de secado durante todo el proceso de secado del grano.
EQUIPO
DESCRIPCIÓN
PRECIO APROXIMADO
SOPLADOR
Permiten el control del flujo de aire que se $ 100-1500 inyecta al sistema de secado, pueden brindar una Dependen de la potencia del gran variedad de flujos de aire motor
VENTILADOR
Permiten inyectar un mayor flujo de aire al sistema; sin embargo, tienen menor capacidad que los sopladores
$ 5-50 Dependen de la potencia del motor
PYRANOMETRO
Equipo utilizado para medir la radiación solar
$ 180-300
ANEMÓMETRO
Permite el monitoreo de la velocidad del aire, temperatura, humedad relativa.
$ 50-700
MEDIDOR DE HUMEDAD
Equipo utilizado para medir la humedad relativa y la temperatura
$ 100-2000
Además, para mantener un mejor control del comportamiento del sistema de secado solar, es importante tener a disposición equipo de medición para comprobar el buen funcionamiento del sistema, con los equipos básicos para monitorear las variables de interés. Equipos como el Pyranometro que permite medir la radiación solar, es un equipo que puede ser tan simple y pequeño de usar como un teléfono celular hasta ser un equipo más sofisticado de miles de dólares. Un equipo de gran importancia es el medidor de humedad relativa, el cual permite conocer la capacidad real
de secado que tiene aire en la zona donde se vaya a instalar el proyecto. Además, permite conocer las condiciones de manera continua durante todo el secado para lograr identificar puntos de mejora cuando sea el caso. No todos los equipos antes mencionados son estrictamente necesarios, pero si de gran ayuda para determinar el rendimiento del sistema de secadores en tiempo real.
Cuadro 2.3 Equipos auxiliares para la mejora y/o monitoreo de un sistema de secado solar
Secado Solar
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CONSTRUCCIÓN
Figura 2.1 Partes principales de un secador solar
La construcción de secadores solares no es una tarea que requiera mayor experiencia en el manejo de herramientas, un conocimiento general es más que suficiente para lograr poner en pie una estructura simple de madera. Para tener éxito en su construcción es recomendable conocer sus partes principales las cuales son (ver Figura 2.1:
Área de Secado: es el lugar donde se coloca el material a secar y se da la perdida de humedad.
COLECTOR SOLAR
DUCTOS
FUENTE DE ENERGÍA
Colector Solar: usado para convertir la radiación solar en calor Material absorbente: material que absorbe la radiación solar (colocado dentro del colector solar)
MATERIALES ABSORBENTES
Ductos, tuberías, mangueras: para el paso del flujo del aire (de ser necesarios) Material aislante: colocado a través de toda la estructura (permite contener por mayor tiempo el calor dentro del sistema) 20
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ÁREA DE SECADO
Otras partes opcionales que ayudan a mejorar el rendimiento del secador solar son las siguientes:
Fuente de energía auxiliar: utilizado en horas sin radiación solar. Esto permite continuar el proceso de secado en horas de noche o en un día nublado; sin embargo, esto se traduciría en un gasto económico con alguna fuente de energía que necesite un combustible o directamente del tendido eléctrico. Unidad de almacenamiento de calor: es una forma de almacenar el calor ganado con la radiación solar. Sin embargo, el uso de la unidad de almacenamiento necesariamente lleva consigo la disminución de los niveles de temperatura obtenidos sin la unidad. Se pueden utilizar materiales naturales para la unidad de almacenamiento de calor como: agua, rocas, piedras; o materiales sintéticos como: soluciones salinas o adsorbentes. Equipo de control y medición de variables de importancia: ver sección anterior.
La estructura de los secadores solares se ajusta a la cantidad de material a secar y la calidad de materiales de construcción, así como del diseño del mismo. En los anexos se muestra un ejemplo de construcción de un secador solar tipo armario pequeño.
MANTENIMIENTO El mantenimiento de un sistema de secado solar no requiere de mayor experiencia en el trato de sistemas de secado. Pasos sencillos a seguir son suficientes para mantener en buen funcionamiento el secador solar, y así alargar lo más posible la vida útil del aparato. Los procedimientos de mantenimiento dependerán de varios factores importantes como el diseño, materiales, tamaño, condiciones climatológicas, entre otros. No obstante, se puede enumerar los pasos principales de mantenimiento generales para un secador solar promedio como sigue: Los pasos mencionados anteriormente son algunos puntos importantes de mantenimiento de un sistema de secado solar, con lo que se puede mejorar la vida útil del secador. Así como también, de asegurarse la calidad del grano de café, al no estar en contacto con las condiciones que se encuentra en el secado en patios. Si bien es cierto, con un sistema de secado solar se tienen más tareas que cumplir que con un secado solar en patios, la mejora en la producción por medio de la reducción del tiempo de secado, el manejo de mayores cantidades de grano, la mejora en la calidad del grano, se ve sopesada por la mayor ganancia del productor al comercializar un producto con mayor aceptación en el mercado.
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Mantener limpio el colector solar para dejar pasar la mayor cantidad de radiación posible. Cerrar las entradas y salidas de aire en horas que no se use el sistema para evitar el ingreso de insectos o la ganancia de humedad por parte del grano. Limpiar las bandejas donde se colocan los granos para su secado. Revisar y asegurarse que dentro de las tuberías por donde pasa el aire caliente no estén obstruidas por granos o algún otro material. En caso de contar con un soplador o ventilador, asegurarse su buen funcionamiento para dar un flujo de aire constante. En caso de contar con un termostato para el control de temperatura de secado, asegurarse que funcione y marque la temperatura que requiere el grano para su secado. En caso de contar con equipo de medición (anemómetros, medidores de humedad, pyranometros, etc.), testificar su buen funcionamiento por medio de su respectiva calibración. Revestir la estructura con tintes o esmaltes adecuados contra el agua. Pintar contra la corrosión las partes fabricadas con metales en caso de tenerlas. En caso de contar con químicos desecantes, asegurarse que no estén en contacto con el producto y que se mantengan en buen estado. En sistemas con unidades de almacenamiento de calor, comprobar que el calor almacenado cumpla su función de manera optima. Buscar capacitaciones en el uso de energías renovables para entender de mejor manera el funcionamiento del secador solar.
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
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AGRADECIMIENTO A LOS PROFESIONALES POR SU REVISIÓN TÉCNICA: Lic. Guillermo López, ICE Ing. Ana Catalina Villalobos, ICE Ing. Alexander Davis, UCR Ing. Kattia Solís, UCR Ing. Rolando Chacón, ICAFE
EJEMPLO DE CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR A continuación, se describen brevemente los pasos generales para la construcción de un secador solar tipo armario con un área de 1 m2.
3.
Cortar la lámina o plástico de 1 x 1.02 metros para el techo.
1.
Obtener los siguientes materiales: Lámina o plástico transparente y negro, láminas de plywood, cedazo de malla, reglas o venillas de madera, aislante térmico, tornillos y clavos.
4.
Recortar 4 reglas y venillas de madera de 98 cm cada uno y 4 venillas de 1 metro.
2.
Cortar las paredes y el fondo del secador de la(s) lámina de plywood (si se quiere bajar aún más el costo las paredes se puede hacer con plástico negro opaco) con las siguientes medidas: el fondo de 1 x 1 metros, la pared posterior de 1 x 0.475 metros, pared anterior de 1 x 0.30 metros, paredes laterales de 1 x 0.475 x 0.30 (con forma trapezoidal).
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MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
5.
Recortar el cedazo necesario para la bandeja de 1 x 1 metro.
6.
Recortar el aislante térmico para recubrir la estructura.
7.
Realizar aberturas para la entrada y salida del flujo de aire en las paredes anterior y posterior con un diámetro de 1.5-2 pulgadas, a 10 cm del borde superior.
8.
Armar la estructura principal, 4 paredes y fondo con su revestimiento de aislante usando los tornillos o clavos para cada caso.
9.
Armar la bandeja con las reglas, venillas y cedazo recortados anteriormente.
10.
Colocar el plástico negro por la parte interna de la estructura (como material absorbente)
11.
Colocar el techo plástico sobre la estructura, de manera tal que se pueda retirar fácilmente.
12.
Opcional: Fabricar patas de madera para darle altura a la estructura y alejarla de roedores o insectos que puedan entrar a la misma.
La construcción del secador solar descrito, es muy sencilla y no demanda de mucho tiempo invertido (alrededor de 3 horas), además las herramientas que se llegan a utilizar no son complicadas de utilizar como: taladros, cortadoras, y martillos; por lo que no se requiere de mucha mano de obra. Para el caso de otro diseño de secador solar un poco más elaborado como el tipo estante, que además del área de secado cuenta con un colector solar aparte de la torre de secado, conlleva mayor tiempo de construcción, pero con la similitud del uso de herramientas simples.
13.
Opcional: si se tiene experiencia en el manejo de metales, realizar la estructura con una lámina de zinc liza.
Secado Solar
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ENERGÍA
MICRO EÓLICA CAPÍTULO 3 AUTORES: KENNETH CASCANTE KARINA TORRES
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ENERGÍA MICRO EÓLICA
La energía eólica es una energía limpia, amigable con el medio ambiente, segura y de libre acceso, disminuye de manera efectiva la emisión de gases de efecto invernadero, ya que no emite gases contaminantes ni genera residuos peligrosos. Para obtener la energía eólica del viento se hace uso de máquinas eólicas (o aeromotores) las cuales tienen la capacidad de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable en la producción de energía eléctrica. Para la producción de energía eléctrica se necesita de un sistema de conversión conocido como aerogenerador, el cual está conformado por un generador eléctrico, los sistemas de control y de conexión a la red. Algunas de las ventajas y desventajas de la energía eólica se presentan en el Cuadro 3.1:
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MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
Cuadro 3.1 Ventajas y desventajas de la energía eólica
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Fuente de energía económica.
Produce una alteración del paisaje.
No produce emisiones de CO2 ni de gases tóxicos, por lo que no contribuye al efecto invernadero.
Se requiere de un lugar específico que tenga suficiente viento.
Creación de puestos de trabajo.
Puede presentar problemas para los ecosistemas de aves.
No afecta las características fisicoquímicas del suelo.
El ruido que genera el giro del rotor.
No produce alteración en las nacientes de agua ni en los acuíferos.
No garantiza los picos de demanda.
Al finalizar la vida útil de la Variabilidad: Es necesario instalación, el desmantelamiento suplir la demanda cuando la no deja huellas. turbina no esté generando.
El tiempo de construcción es menor con respecto a otras opciones energéticas.
Necesidad de infraestructuras que le den a la turbina la altura necesaria para evitar el efecto por turbulencia del aire. Las velocidades medias del viento aumentan con la altura.
La instalación de sistemas eólicos en una finca o lugares con actividades agrícolas es muy factible, ya que usualmente estas fincas se encuentran en zonas montañosas, con altas velocidades de viento y por lo general presentan la suficiente extensión de terreno para la instalación de una o varias turbinas de acuerdo a las necesidades que se desean suplir. Otro aspecto importante es que estas fincas se pueden encontrar en zonas remotas o aisladas, en donde la red de electrificación no se encuentra disponible, por lo que el sistema eólico puede ayudar a cubrir esa necesidad generando la corriente eléctrica para la iluminación del sitio y para las actividades productivas que se manejen en la finca. La aplicación de la energía eólica se ha empleado en el sector agro-industrial para el bombeo de agua a pequeña y mediana escala en zonas rurales caracterizadas por la elevada intensidad de los vientos, esto con fines tanto domésticos, como para la ganadería y para el riego de diversos cultivos. Otra de las aplicaciones que se le ha dado a la energía eólica ha sido la utilización de molinetes o cargadores de baterías para su utilización en zonas aisladas sin suministro eléctrico, donde la red eléctrica no se encuentra disponible.
MICRO EÓLICA
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ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA Para la implementación en sitio de un sistema eólico de generación eléctrica es de suma importancia realizar una serie de estudios preliminares o de pre-factibilidad que nos generen información de las características de la zona, ya que de esta forma se pueden tomar las mejores decisiones para realizar la obra de forma efectiva y eficiente, cuidando tanto la infraestructura como al trabajador. Algunas de las variables que se analizan en el estudio son:
La ubicación adecuada del proyecto. Que los impactos de la construcción y operación del sistema eólico tengan un bajo impacto ambiental. La disponibilidad de espacio para futuras ampliaciones y que las condiciones de acceso al sitio no sean complicadas, esto con el fin de agilizar la logística durante la construcción e instalación del sistema eólico. Un marco regulatorio propicio, y las posibilidades de conexión a la red. Las variables mencionadas anteriormente son una parte del estudio de pre-factibilidad, a continuación se presentan otras variables de gran importancia sin las cuales el proyecto no podría dar inicio. 6
DISPONIBILIDAD DEL TERRENO
El terreno donde se va a realizar la instalación del sistema eólico debe contar con el estudio sobre el uso del suelo y plano de curvas de nivel del sitio dónde se piensa instalar la turbina. Dependiendo del tipo de torre que se piensa utilizar, si esta lleva algún tipo de cimentación se deben de obtener los permisos adecuados de construcción, esto con el fin de evitar conflictos con el desarrollo del proyecto eólico. En este tipo de proyectos es normal la coexistencia de actividades agrícolas o ganaderas con la producción energética, por lo que no hay problemas de compatibilidad con otro tipo de actividades presentes en el terreno.
ESTUDIO DE DISEÑO Y UBICACIÓN DE LAS TURBINAS.
Utilizando el plano de curvas de nivel del terreno, la rugosidad del mismo y el potencial eólico se logra determinar la ubicación de las turbinas. Con los datos de la velocidad del viento, es factible calcular la energía que se puede generar con determinada turbina de forma aproximada y puntual con los valores de la velocidad del viento. Mediante la siguiente ecuación.
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
Donde P es la potencia D es la densidad del aire A es el área por donde pasa el aire (va a depender de la forma de la turbina) S es la velocidad del viento La ecuación anterior es una forma de calcular los valores de potencia que se pueden generar de momento en momento con los datos de viento, con dichos valores de potencia se puede estimar la potencia producida con cada dato de velocidad de viento , estos valores se deben multiplicar por el tiempo para obtener kWh. Otro método es utilizando los datos de viento del lugar y utilizar las curvas de potencia generada y energía de la turbina que deben venir en las especificaciones técnicas dadas por el fabricante y utilizar las mismas para estimar la energía que se puede producir con dicho sistema. Otro método un poco más general es utilizando las curvas de distribución de viento de Weibull con el parámetro de forma k=2 o lo que se conoce como distribución de Rayleigh que es un caso especial de la distribución de Weibull. Cuando no se puede hacer una medición previa del comportamiento del viento o cuando no se tiene ningún tipo de dato de los vientos en la zona se puede utilizar una curva estadística como la de Rayleigh Con la curva de Rayleigh se puede hacer una proyección de la densidad de potencia con la siguiente ecuación:
La densidad de potencia P/A es una medida de la potencia que se puede generar por unidad de área. Está dada en W/m 2. S como en la ecuación anterior corresponde a la velocidad del viento pero a diferencia de la primera ecuación en esta se utiliza una velocidad promedio anual con la que puede estimar, con dicha distribución de Rayleigh, el valor de densidad de potencia promedio anual en el sitio. El 1.9 corresponde a lo que se conoce como el factor cúbico o factor del patrón de energía que es característico de la distribución de Rayleigh para condiciones geográficas comunes. La distribución de Rayleigh no siempre se ajusta a los patrones de viento de los lugares ya que se sabe que en ciertos lugares con condiciones de elevación particulares o fluctuaciones de viento atípicas no se recomienda utilizar esta aproximación ya que el factor cúbico puede ser muy distinto y el comportamiento de los vientos puede ser muy diferente a esta tendencia. Por lo anterior se recomienda fuertemente partir siempre de datos experimentales ya sean de una estación meteorológica instalada en el sitio o de bases de datos confiables que midan el comportamiento del viento en la zona. Rayleigh es una buena aproximación cuando no se tienen datos disponibles de viento o cuándo se ocupa tener una idea aproximada de la pro-
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DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES DE VIENTO
1000 900 Velocidad modal de viento 7m/s
800
Promedio de viento 8.9 m/s
FRECUENCIA (HORAS)
700 600 500 400 300 200 100 0 1
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VELOCIDAD DE VIENTO (M/S) Figura 3.1 Curva de distribución de vientos (Rayleigh)
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ducción energética y tener un cálculo preciso de la producción energética del proyecto no sea imperativo. También existen paquetes de software que permiten estimar de una manera bastante precisa la producción eléctrica, siguiendo metodologías reconocidas a nivel internacional. Hay una gran variedad de programas como Windpro, WAsP. Homer, RETScreen, 3Tier y otros. Otro factor a considerar a la hora de seleccionar la ubicación de una turbina es que el terreno donde se va ubicar sea relativamente plano y sin vegetación ni edificaciones en las inmediaciones. Se debe de tomar en cuenta el crecimiento de la flora, así como la creación de nuevas infraestructuras cercanas al sitio de instalación, ya que a futuro podrían generar interferencias con el buen desempeño del sistema eólico, reduciendo así el rendimiento de la generación eléctrica debido a condiciones de turbulencia del aire.
MAPA DEL RECURSO EÓLICO (MEDICIÓN DEL VIENTO)
Para realizar la elaboración de un mapa eólico es necesario haber obtenido primeramente la información sobre la topografía y la rugosidad de sitio. Se debe realizar una serie de mediciones como lo son la velocidad y la dirección del viento de forma continua. La dirección del viento es importante para proyectos de mayor escala, no así
para las microeólicas convencionales. Con la velocidad del viento se podrá saber si el área seleccionada es apta para la generación e instalación de las aeroturbinas. Las mediciones se llevan a cabo mediante la instalación de anemómetros o estaciones meteorológicas, las cuales recogen los datos de velocidad media cada cierto tiempo. El estudio debe realizarse como mínimo durante un año con el fin de llevar el control de las variaciones del viento a lo largo de todo este periodo. Una vez obtenidos los datos estos se deben de correlacionar con una base de datos confiable1 para comprobar la validez de los mismos. Si por algúna razón no se puede hacer esta correlación o los datos no correlacionaran se deben tomar los datos del viento por 6 o 7 años en el sitio porque la estimación de la producción eléctrica debe realizarse con valores medios de velocidad ya que estos son el principal insumo para el análisis financiero del proyecto.
ESTUDIO DE SUELOS
Con este estudio se conoce la conformación de los diferentes materiales presentes en el subsuelo y de las diferentes capas, en particular la presencia del basamento o roca base. Además se puede obtener la resistencia del suelo. Estos estudios brindan una idea de la capacidad de carga de los suelos y el tipo de cimentación que se puede utilizar, en caso de ser necesario instalar una torre con una base cimentada. Este tipo de estudios son recomendables sobre todo para proyectos eólicos de mayor envergadura donde las dimensiones de la turbinas son mucho mayores o cuando se sospecha de que el terreno tiene algún tipo de inestabilidad.
https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/ http://photovoltaic-software.com/solar-radiation-database. php http://en.openei.org/wiki/SWERA/Data http://www.3tier.com
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IMPLEMENTACIÓN La implementación de pequeños sistemas eólicos para la generación de electricidad proporcionan de forma efectiva, una fuente practica y económica de energía, pero esto no quiere decir que todas las áreas geográficas sean aptas para la implementación de este tipo de sistemas, por lo tanto lo primero que se debe de realizar es un pequeño estudio sobre los recursos disponibles en el sitio, como lo son las características de la zona, extensión de tierra disponible, construcciones, tamaño de árboles o follaje que afectan el uso de la tecnología. Las preguntas que es necesario hacer para saber si un sistema eólico es viable en el lugar de interés son: Poder contestar estas preguntas es muy importante para decidir si un proyecto eólico a pequeña escala es posible. Para esto hay que realizar los estudios correspondientes, los cuales se discutirán en la siguiente sección.
¿El lugar donde se quiere instalar la tecnología cuenta con un régimen de viento adecuado? ¿El lugar cuenta con espacio o infraestructura para la instalación de un aerogenerador? ¿El lugar tiene espacio libre de obstáculos para la instalación de la turbina? ¿La zona de implementación se encuentra en un área remota con difícil acceso a la red electrica local? ¿Se cuenta con el personal necesario para darle mantenimiento al equipo? ¿Con cuánto recurso económico se cuenta para el desarrollo del proyecto? ¿Hay algun plan de generación distribuida en la zona que permita que estos equipos se conecten a la red? ¿Cuál es la tramitología que hay que realizar con el proveedor eléctrico local para poderse interconectar a la red, de existir la posibilidad?
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SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA Para realizar de forma adecuada la selección técnica de un sistema eólico se deben de considerar una serie de pautas o restricciones, estas se presentan a continuación.
METRO CUADRADO POR KW INSTALADO
Es importante considerar el espacio disponible tal como se mencionó anteriormente y el espacio que ocuparía la turbina para ser instalada. Cuando esta se instala en un techo pre-existente, el espacio no representa un problema mayor, sin embargo si la turbina se piensa instalar en otro lugar utilizando algún tipo de torre, es importante que el proveedor le pueda especificar cuánto será el espacio requerido para dicha instalación a fin de poder valorar si se tiene el espacio disponible con las condiciones deseadas. El espacio juega un papel preponderante, si por ejemplo; por la altura de la torre se necesita instalar tensores para evitar que esta se mueva en exceso por la acción del viento, el peso de la torre y la vibración de la turbina. Al tener que poner este tipo se tensores se necesitará un área mayor para la instalación de la turbina, para que estos tengan los ángulos adecuados para darle soporte a la torre.
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COSTO POR KW INSTALADO
Se recomienda hacer un análisis financiero del sistema a fin de conocer en cuánto tiempo se va a recuperar la inversión inicial y en el caso de que el sistema haya sido financiado por un ente bancario poder conocer las cuotas y el grado de amortización del sistema a 10 o 15 años según sea el caso. En el último capítulo de este manual se tratará más a fondo el tema del cálculo de costos.
VIDA ÚTIL DE LA TECNOLOGÍA.
Los sistemas eólicos están diseñados para trabajar de 15 a 20 años y una garantía aproximada de 2 o más años. Sin embargo es de suma importancia brindarles un adecuado mantenimiento para que la turbina funcione de una manera adecuada y eficiente logrando así alcanzar la vida útil para la que se diseñó o incluso extenderla.
ALTURA IDÓNEA DE INSTALACIÓN
A mayor altura se evita que la turbina entre en contacto con vientos turbulentos generados por el choque del viento sobre edificaciones cercanas a la misma. Este tipo de turbulencia evita que se de un flujo constante de viento, reduciéndo la eficiencia de la turbina. También hay que tener en cuenta que a mayor altura la densidad del aire disminuye por lo que va a afectar la potencia que va a generar la turbina ya que a menor densidad del aire menor será la potencia generada. Los cambios experimentados por la diferencia de
altura van a variar con la altitud del sitio y la temperatura ambiental en el lugar. Por lo anterior se deben ponderar las dos situaciones a la hora de elegir la altura a la que se va a colocar la turbina. Para un sistema de autoconsumo se recomienda colocar la turbina en el punto más alto que haya en el lugar, esto para evitar la turbulencia ocasionada por las construcciones, árboles o el terreno en general.
DISTANCIA DE LA ACOMETIDA.
El sistema eólico deberá quedar instalado la más cercano posible a la acometida (conexión con la red eléctrica local), ya que de esta forma se evitará el uso excesivo de cableado subterráneo para la conexión entre la turbina y los sistemas de balance. Con esto se contribuye a disminuir la inversión inicial de la instalación eólica, evitar pérdidas por transmisión y además en caso de averías, se puede revisar para reparar el daño lo más pronto posible y evitar la pérdida de producción energética.
FUNDACIONES O CIMIENTOS
Son hechas de concreto para el anclaje de la torre y estas deben estar niveladas de tal forma que la torre queda alineada verticalmente. Las especificaciones para este tipo de obra generalmente vienen descritas en los manuales de instalación de acuerdo al tipo de suelo. Para su elaboración se debe tener en cuenta lo siguiente:
La torre soportará todo el empuje del viento, que dependiendo del lugar podemos llegar a tener hasta de 20 a 25 m/s, por lo que de la buena calidad y ubicación de la cimentación dependerá la vida útil del sistema. La profundidad de este anclaje está determinada por el tipo de cargas que recibirá la torre. Por lo general se recomienda un anclaje mínimo de 0.5 m de profundidad. Los cables de tensión, ayudaran a estabilizar la torre y a minimizar las vibraciones, se deben colocar como mínimo, tres juegos de cables tensores, de acuerdo a especificaciones técnicas. Una configuración que es bastante común es por ejemplo para una torre de 18m de altura sobre el nivel del suelo: colocar tres tensores a un medio de la altura de la torre, otros tres en el medio de la segunda mitad de la altura de la torre, y finalmente, tres por debajo del eje de rotación de las aspas. Lo anterior para evitar que estas golpeen los cables tensores, todos separados 120 grados.
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VARIACIONES CLIMATOLÓGICAS.
El estado del tiempo a lo largo de un año, un mes e inclusive un día es muy variable, estas variaciones climatológicas dependen de la zona, por lo tanto para tratar de manejar de la mejor forma posible estos cambios se deben realizar mediciones anuales. En estos casos se deben de efectuar valoraciones del viento por lo menos durante un año y compararlas con una fuente fidedigna con condiciones de largo plazo. En general, se requiere una promedio de velocidad del viento a lo largo del año superior a 4 m/s para considerar la instalación de un sistema eólico. Otras variables que se deben tomar en cuenta son los márgenes de temperaturas y humedad relativa, las cuales pueden afectar el funcionamiento de la turbina.
MANTENIMIENTO DEL SISTEMA
El proveedor del sistema debe de estar capacitado para ofrecer los servicios de mantenimiento para los sistemas eólicos, sin embargo dado el caso en que no se quieran adquirir estos servicios el fabricante debe al menos haber detallado la información mínima necesaria acerca de los procedimientos de mantenimiento, y cuándo estos deben ser llevados a cabo. La mayoría de los sistemas eólicos están diseñados para funcionar durante periodos extensos sin que estos sufran de defectos o reparaciones, sin embargo es recomendable hacer una inspección visual cada seis meses. 14
En el mantenimiento de los sistemas eólicos se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones:
Antes de iniciar el mantenimiento es primordial que todo el sistema este desconectado El mantenimiento por lo general se da en un lugar alto y peligroso por lo que se debe de tener equipo de seguridad para subir. Se debe tener conocimiento sobre turbinas, rotores y demás componentes. Se debe de subir cuando no haya viento, el cual hace girar las aspas, esto para evitar accidentes. Se debe bloquear la turbina para evitar que esta gire. La torre deberá ser inspeccionada para evitar que se generen focos de corrosión los cuales debilitan la estructura. Si es de concreto inspeccionar posibles fisuras. Por lo tanto es importante considerar y asegurarse que se tiene la capacidad técnica para brindar un adecuado mantenimiento al sistema eólico, de lo contrario se recomienda contratar los servicios del proveedor o un tercero. El proveedor debe estar capacitado para dar mantenimiento al sistema una vez al año y contar con todos los implementos de seguridad de caso, así como equipo para verificar corriente y voltajes del sistema para corroborar que este está funcionando correctamente.
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SELECCIÓN COMERCIAL Dentro de la selección comercial esta como primer punto el escoger a los proveedores, quienes brindaran la información de los equipos que se necesitan en el proyecto para hacer las comparaciones y estudios económicos necesarios. La selección debe darse a través de un proceso de análisis y planeamiento, en el Cuadro 3.2 se presentan algunas características básicas de un buen proveedor.
Desempeño comercial. Tiempos de entrega. Estabilidad financiera
Desempeño logístico.
Tratamiento de quejas y reclamaciones.
Cumplimiento de órdenes de compra.
Posicionamiento geográfico, centros de distribución y soporte técnico.
Procesamiento de la información en el manejo de pedidos en línea.
Precio de venta.
Servicio al cliente.
Número de proyectos desarrollados
Recomendaciones de clientes
De acuerdo a las características anteriores se podrá seleccionar de una forma correcta y eficaz al proveedor más adecuado para el sitio de instalación de los equipos. Otro aspecto de suma importancia son las características que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un modelo de aerogenerador. En el mercado existe una variedad muy grande de turbinas que difieren en cuanto a su potencia y funcionamiento, por lo tanto se debe estudiar el mercado para analizar cuales equipos se adaptan de mejor forma a las condiciones encontradas en sitio, como el régimen de vientos, las condiciones del terreno, rugosidad, obstrucciones, y las limitaciones de espacio. A continuación se presenta una serie de características que deben ser evaluadas antes de seleccionar un sistema eólico.
AEROGENERADOR
ROTOR
ASPAS
Cuadro 3.2 Caracterís para el an de proveed
TORRE
Marca y modelo.
Diámetro
Longitud del aspa.
Tipo de rotor, dimensiones.
Velocidad de rotación de operación
Perfiles Tratamiento aerodinámicos superficial.
Torre del Aerogenerador
Área de Barrido
Material de fabricación
Tipo de freno del sistema
Número de aspas
Potencia
Orientación.
Características eléctricas.
Sentido de rotación
Tipo de torre.
Material Longitud y peso de los tramos.
Voltaje Sistema de Orientación y de Control
MICRO EÓLICA
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Además se deben de seleccionar e instalar los sistemas para monitoreo, como los son los sistemas de balance los cuales están compuestos por:
Rectificador: Recibe la corriente alterna producida por el generador de la turbina, y la corrige convirtiéndola en corriente directa, para la entrada al inversor. Inversor: Recibe la corriente directa corregida por el rectificador, y la convierte en corriente alterna para la entrada a la caja de disyuntores. Esta corriente alterna es la que se utilizara para los diversos equipos e instalaciones del lugar. El inversor tiene la característica de poder mostrar los datos de generación producidos por la turbina. Caja de disipación de calor: Recibe el exceso de energía producida por el generador de la turbina y la disipa en forma de calor mediante una serie de resistencias. Monitor: Con este dispositivo se pueden observar los datos de generación del sistema eólico. Si a usted lo que le interesa es llevar un monitoreo de lo que se está generando in situ, esto se puede hacer con el inversor o se puede utilizar otro tipo de dispositivos como monitores que se conectan directamente a los inversores para mostrar la información de una manera más amigable con el usuario. Sin embargo, si lo que se quiere es tener acceso a los datos de manera que usted pueda descargarlos y utilizarlos mediante un acceso remoto, llevando un control más específico y detallado de cuanto está generando cada inversor por día y demás datos, se debe optar por otro sistema que le permita llevar el control y monitoreo mediante un servidor. También se puede adquirir un equipo que registre toda la información dentro del mismo sin tener que pagar el servicio de almacenamiento de datos a terceros. Hay muchas opciones en el mercado de registro de información dependiendo de qué tipo de datos son los que se quieren registrar.
La selección de estos equipos se basara en la tensión (voltaje) e intensidad que circularan por estos aparatos para que puedan trabajar de forma eficiente y sin contratiempos.
INSTALACIÓN Antes de iniciar con la instalación del sistema eólico, se deben determinar las principales actividades que se ejecutarán durante la construcción del proyecto. Lo primero que debe definirse son las actividades preliminares que contemplan la tramitación, aprobación y visado de los planos constructivos así como los diversos trámites de permiso y el personal necesario para el desarrollo del proyecto. El proveedor-instalador deberá contar con el personal necesario para:
La supervisión de la obra. Levantamiento de la torre (en los casos que ameriten poner una torre). Montaje de las fosas de los cables tensores (solo para torres altas). Realización de cableado subterráneo. La instalación tiene las siguientes etapas: LIMPIEZA DEL TERRENO Y CONFORMACIÓN DE ACCESOS. Se puede realizar de forma manual o mecánica para la remoción de la materia vegetal, por otro lado la conformación de accesos (caminos) se deberá hacer de forma mecánica con maquinaria pesada.
Figura 3.2 Torre tipo ¨Tilt up¨ GENERADOR
EXCAVACIÓN DE LA BASES O FUNDACIÓN, ASÍ COMO DE LAS FOSAS PARA LOS CABLES DE TENSIÓN (VIENTOS). La excavación se hará de forma manual. Sus dimensiones dependerán del tamaño de la turbina. Se harán tres o más fosas para la instalación de los cables de tensión, de acuerdo a recomendaciones técnicas.
COLA
ROTOR
CIMENTACIONES. (EN LOS CASOS DONDE SEA NECESARIO) La cimentación llevara una estructura en acero para darle una mayor resistencia al soportar la carga de la torre y las fuerzas generadas sobre la torre por el viento. LEVANTAMIENTO DE LA TORRE. Finalizada la cimentación, se instala la torre de forma manual o mecánica, si la estructura es liviana puede ser instalada por dos técnicos, si es pesada se deberá hacer uso de maquinaria como grúas. También se pueden utilizar las torres tipo ¨Tilt up¨ donde se utiliza únicamente un pequeña base de cemento y anclajes, este tipo de torre es completamente modular y es muy versátil para proyectos eólicos de pequeña escala.
TORRE
BASE
CABLES TENSORES
MICRO EÓLICA
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COLOCACIÓN DE LOS CABLES DE TENSIÓN. Se colocan posteriormente a la instalación de la torre, estos cumplen la función de brindar soporte a la torre para que no sea derribada por el viento. El radio que deben tener los cables de tensión será la mitad o tres cuartos de la altura de la torre, por lo que es necesario tener suficiente espacio alrededor de la torre. De acuerdo a especificaciones técnicas se deben de colocar por lo menos tres cables de tensión por fosa, esto con el fin de eliminar las oscilaciones que la torre podría sufrir por la fuerza del viento. INSTALACIONES CONEXAS. Finalizado la instalación de la torre se procede a instalar la turbina la cual se encuentra conformada por un rotor, un generador y la cola, además de los componentes del sistema de balance: TURBINA: Se encuentra conformada por rotor, generador y la cola, se une a la torre mediante un acople ajustado con pernos, la instalación suele hacerse en sitio por el proveedor, y esta es subida mediante un sistema de poleas hasta la cima de la torre. SISTEMAS DE BALANCE (Inversor, rectificador, caja de disipación de calor, caja de distribución y cableado): La instalación y especificaciones de estos equipos vienen recomendadas por el proveedor del sistema eólico, los cuales ensamblan los equipos en sitio. El cableado es instalado por el proveedor y la conducción debe hacerse de forma subterránea. En la Figura 3.3 y 3.4 se presenta los diagramas explicativos de la instalación del sistema eólico: 18
Figura 3.3 Diagrama de bloques típico del sistema eólico Fuente: (PowerOne, 2013)
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Dependiendo del fabricante, el rectificador puede venir adentro del aerogenerador o turbina e贸lica de manera que la salida de la misma sea en corriente directa, o como se muestra en la figura anterior puede venir separado de la turbina.
Figura 3.4. Esquema de circuito el茅ctrico para el sistema e贸lico. Fuente: (Purasol S.A, 2013)
OPERACIÓN Los profesionales involucrados durante todo el proyecto deben ser ingenieros eléctricos, estructurales y civiles, o personas con amplia experiencia en la instalación de sistemas eólicos. El proveedor debe contar con un equipo de personas capacitadas para instalar y dejar operando el sistema. A continuación, se presentan los diversos sistemas a los cuales se les deberá llevar un registro y análisis durante la operación del sistema:
SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE CONTROL
El sistema de control será diferente en función del tamaño del aerogenerador. En el caso de sistemas pequeños, el control será simple. Los objetivos principales de un sistema de control se mencionan a continuación:
Obtener un funcionamiento automático del aerogenerador. Decidir la conexión / desconexión del generador.
Señalizar posibles averías o funcionamientos incorrectos disminuyendo los costos de mantenimiento. Aumentar la vida útil del aerogenerador (minimizando y maximizando las cargas imprevistas que se pueden presentar).
SISTEMA DE ORIENTACIÓN
En sistemas de generación a pequeña escala se utiliza una veleta o cola que se encarga de orientar el sistema mecánico de manera que este pueda girar de acuerdo a la dirección del viento. Hay otro tipo de sistemas como aerogeneradores verticales que por su geometría no necesitan de este tipo de sistema de veleta o cola ya que como las palas del rotor son verticales no necesitan orientación al viento, y funcionan aun cuando este cambia de dirección rápidamente.
SISTEMAS ELÉCTRICOS
Los sistemas eléctricos se encargan de Generación eléctrica mediante el generador, los contactores e interruptores. Como parte del sistema electrónico se debe tomar en cuenta todo el cableado de la máquina y de los elementos de generación como los auxiliares, así como la red de tierras tanto para protección general como para protección ante descargas atmosféricas. Llevándose un adecuado registro y análisis de los diversos sistemas mencionados anteriormente, los cuales conforman el sistema eólico, se podrá obtener la información adecuada para el manejo y funcionamiento óptimo del equipo durante la vida útil del proyecto.
Maximizar el rendimiento del sistema.
MICRO EÓLICA
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MANTENIMIENTO El mantenimiento que se le debe brindar a los diversos componentes de la turbina es poco, sin embargo, un adecuado mantenimiento preventivo y correctivo de forma constante evitará problemas en el sistema y aumentará la vida útil del mismo. Este tipo de mantenimiento debe de realizarse anualmente como mínimo. Como los equipos eólicos pueden presentar fuertes vibraciones por la acción del viento, estos van a requerir de servicios de mantenimiento como los siguientes:
Los pernos, tuercas y todas las conexiones eléctricas deben ser revisadas y ajustarlas en caso de que fuera necesario. Se debe revisar y verificar que no exista corrosión y que los cables se encuentran a la tensión correcta. Se debe revisar los engranajes del sistema, así como el aceite y su cambio de ser necesario, esto para evitar la fricción entre los rodamientos y su desgaste. 22
La revisión y reemplazo de cualquier borde desgastado en los alabes de la turbina. A los 10 años, es recomendable reemplazar solo si es requerido, los alabes y rodamientos si estos presentan fatiga o desgaste, pero con un adecuado mantenimiento el sistema puede durar hasta 20 años o más. Es importante mencionar que si el propietario no cuenta con el conocimiento necesario para dar el mantenimiento adecuado al sistema eólico, el proveedor del equipo puede ofrecerle y proporcionarle un programa de servicio y mantenimiento. Por otra parte a la estructura que soporta la turbina (torre y cimientos) se les debe de brindar el mantenimiento preventivo adecuado, dependiendo del material de la torre y sus características. Por lo tanto el mantenimiento de la torre y los cimientos se basan en las siguientes observaciones:
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Revisar si existen fisuras o marcas de grietas en la fundación y en la torre si esta fuese de concreto. Revisar que los pernos que unen la torre con la fundación estén debidamente ajustados, de ser esta una torre atornillada a la base. Revisar la existencia de corrosión, decoloraciones y rugosidades en la torre. Revisar la existencia de corrosión y el ajuste de los cables tensores (vientos), tanto en la torre como en las fosas de anclaje. Un adecuado mantenimiento del sistema eólico (turbina), así como de la torre y su fundación evitara daños en la misma. El mantenimiento adecuado de los equipos e instalaciones es clave para que el sistema alcance su máxima vida útil. El mantenimiento que se le debe dar a los sistemas de balance los cuales están compuestos por inversor, rectificador, cableado y transformador en caso de que fuera necesaria su instalación, consiste en lo siguiente:
Revisión de la parte eléctrica, la conexión entre el inversor y la caja de distribución, así como la conexión entre los diversos componentes. Revisión manual del cableado, observar que estos se encuentran en buenas condiciones, sin cortes, o que se encuentren mordidos por algún animal. Observar que no haya algo que obstruya el funcionamiento del inversor, rectificador y el transformador, como nidos de ratones, etc. Revisar el adecuado funcionamiento del disyuntor el cual corta la corriente directa que pase del inversor a la caja de distribución. Revisar los fusibles de tipo cartucho, y hacer prueba de continuidad. Los fusibles solo deben ser revisados cuando la corriente directa este desconectada. Este mantenimiento lo debe realizar personal calificado como el proveedor por lo menos una vez al año.
INTERCONEXIÓN Para conectar el sistema eólico a la red, se debe primero contactar a la empresa local de electrificación, para saber cuáles son las normativas, regulaciones y marcos legales vigentes que se deben cumplir y aplicar para lograr realizar la conexión de forma eficiente. Así como los requerimientos para la seguridad y los dispositivos de acondicionamiento de la potencia eléctrica. Al mismo tiempo se podrá obtener información sobre la posibilidad de suministrar electricidad a la red, así como de posibles incentivos por la producción de energías limpias. La compañía eléctrica deberá proporcionar una descripción de los términos y las condiciones relacionados con la conexión, así como de la necesidad de instalar o reemplazar en sitio un un medidor bidireccional (medidor que almacena los datos de cuanto fue la electricidad absorbida por la empresa y cuál fue la electricidad inyectada a la red) y la inspección eléctrica de la instalación Estos sistemas que se conectan a la red son llamados sistemas interconectados a la red y trabajan de modo que si la turbina no puede cubrir la cantidad de energía que la empresa necesita, la energía faltante será cubierta por la empresa eléctrica, pero si la turbina genera más de lo necesitado, o sea hay un excedente, este se inyectará a la red de la compañía eléctrica local. A continuación se presentan algunos de los requerimientos solicitados por las compañías eléctricas: 24
MEDICIÓN NETA
Instalación de doble contador electrónico o medidor bidireccional: Permite llevar la contabilidad de energía suministrada por la red eléctrica y la generada por el sistema eólico. Esto le permite al cliente disminuir su facturación a lo largo de un periodo de tiempo.
REQUERIMIENTOS DE SEGURIDAD
Cumplimiento de normas vigentes: Ya sea que la turbina esté o no conectada a la red de suministro, la instalación y operación de la turbina debe de estar sujeta a las normativas eléctricas del gobierno local. El principal interés acá se ve reflejado en la seguridad de la instalación, por lo que se deben cumplir las normas que hacen énfasis en la instalación y el cableado adecuado, así como el uso de componentes aprobados por los laboratorios con certificaciones reconocidas (internacionales).
REQUERIMIENTOS DE INTERCONEXIÓN
Cada compañía eléctrica local tiene una tramitología para poder interconectarse a la red, de ahí que es imperativo informarse En el caso de compañías privadas los términos y condiciones de estos acuerdos deben ser revisados y aprobados por las autoridades reguladoras. Cada compañía tiene sus propias normativas y piden tener a mano cosas como:
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Plano catastro del lugar Plano de curvas de nivel Plano eléctrico de la caja distribuidora Lo anterior es variable dependiendo de la compañía eléctrica local, pero es importante tener lo anterior a mano ya que es la información básica del sitio dónde se piensa interconectar el sistema a la red. Es muy importante averiguar qué otra información necesita la compañía para poder interconectar el sistema.
BIBLIOGRAFÍA AITE. (2013). Información general sobre energía eólica. Extraído el 30 de abril, 2013 del sitio web: http://www.agenergia.org/files/ resourcesmodule/@random49917eec3c3bd /1234272293_e_eolica.pdf OEI. (2006). El desarrollo de los proyectos de energía eólica en Costa Rica (1979-2005). Extraído el 30 de abril, 2013 del sitio web: http://www.oei.es/memoriasctsi/mesa7/ m07p02.pdf SEN. (2004). Descripción, desarrollo y perspectivas de las energías renovables en la argentina y en el mundo. Extraído el 30 de abril, 2013 del sitio web: http:// energia3.mecon.gov.ar/contenidos/ archivos /Reorganizacion/renovables/ DescripcionDesarrolloyPerspectivas.pdf UCR-EIE. (2013). Energía eólica. Extraído el 30 de abril, 2013 del sitio web: http://www2. eie.ucr.ac.cr/~jromero/sitio-TCU-oficial/ boletines/grupo01/numero-10/Boletin-10. htm Twenergy. (2013). Desventajas de la energía eólica. Extraído el 30 de abril, 2013 del sitio web: http://twenergy.com/energia-eolica/ desventajas-de-la-energia-eolica-477 Cuenca, P. (2009). Diseño e Integración de Instalación de un Sistema de Producción de Energía Eólica Domestica. Extraído el 30 de abril, 2013, del sitio web: http://e archivo.uc3m.es/bitstream/10016/8260/3/ PFC_PCUENCA_170309.pdf Gobierno de Canarias. (2013). Guía técnica de
aplicación para Instalaciones de energías Renovables. Instalaciones eólicas. Canarias. UTE. (2008).Estudio de impacto ambiental parque eólico 10 mw “sierra de los caracoles”. Brasil. Wind Powering America. (2007). Sistemas Eólicos Pequeños para Generación de Electricidad. EE.UU. Power-one. (2013). Installation and operator’s manual. AuroraWind Box Interface. EE.UU. .MINAE & SETENA. (2010). Guía sector energía proyectos eólicos. San José, Costa Rica.
AGRADECIMIENTO A LOS PROFESIONALES POR SU APOYO TÉCNICO: Lic. Arturo Bermúdez, Corporación BYMSA. Ing. Pierre Lambot, Purasol Vida Natural Ing. Harold González , Purasol Vida Natural Ing. Ismael López, Coopesantos R.L. Ing. Jeffrey Luna, Coopesantos R.L. Ing. Ismael López, Coopesantos R.L Ing. Carlos Abarca, Coopesantos R.L. Ing. Olger Robles, Coopesantos R.L.
ENERGÍA
HIDROELÉCTRICA CAPÍTULO 4 AUTORA: KARINA TORRES
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA: HIDROELÉCTRICA A PEQUEÑA ESCALA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA A PEQUEÑA ESCALA.
La energía hidroeléctrica, se produce mediante turbinas que aprovechan un caudal de agua y una diferencia de altura para generar energía mecánica, la cual puede ser convertida por medio de un generador a energía eléctrica. El agua se deriva de una fuente (rio, quebrada, riachuelo) mediante un canal o una rejilla y un tubo, hasta un desarenador. Desde el desarenador el agua se entuba y se conduce hasta un lugar más bajo, donde se coloca el sistema turbogenerador en la casa de máquinas. Desde la casa de máquinas se trasmite la energía mediante líneas (cables) hasta el lugar donde ha de ser utilizada. Tradicionalmente, la generación hidroeléctrica se ha hecho a gran escala ya que por sus características este tipo de centrales generan una mayor cantidad de energía de acuerdo a la demanda debido a su capacidad de almacenamiento (presas y embalses) y al poderse almacenar el agua es posible regular la generación eléctrica durante todo el año. Los costos de la producción energética en un proyecto hidroeléctrico grande, se reparten entre el total generado por lo que el costo de producir energía hidroeléctrica a gran escala es menor por kW instalado que en un proyecto pequeño. Sin embargo este tipo de centrales a gran escala tienen ciertas desventajas que vale la pena tomar en cuenta, como lo son: las dimensiones, al ser mucho mayores causan un gran impacto ambiental en la áreas destinadas para la construcción de los embalses, además de problemas de reubicación de comunidades enteras debido a que en la mayoría de los casos hay que inundar grandes extensiones de terreno poblado. La hidrogeneración a pequeña escala representa una opción muy atractiva no sólo por el hecho de la generación de electricidad por una fuente renovable, sino porque su impacto ambiental es mucho menor que un proyecto de gran escala, además de que Centroamérica es una zona rica en fuentes hídricas y por las características de las actividades agrícolas de Centroamérica es muy común encontrar ríos en las fincas productoras. La hidrogeneración no sólo le da la opción a las fincas productoras de poder instalar un sistema aislado cuando no se cuenta con la cercanía de la red eléctrica nacional, para solventar sus necesidades energéticas sin tener que gastar en combustibles fósiles, sino que también permite generar bajo la modalidad de genera-
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ción distribuida donde se inyectan los excedentes de producción a la red con la finalidad de que estos sean reconocidos de alguna manera ya sea como ahorro mediante créditos o mediante la venta de los mismos con una tarifa pre-establecida. En las hidroeléctricas a pequeña escala se utilizan lo que se conoce como ¨nanoturbinas¨, ¨picoturbinas¨ o ¨microturbinas¨ hidroeléctricas debido a que su capacidad de generación de energía y dimensiones son mucho menores en comparación con las turbinas tradicionales empleadas en los proyecto de generación a gran escala. Estos pequeños sistemas aprovechan la fuerza de corrientes pequeñas o quebradas para generar fuerza mecánica que normalmente se acopla a pequeños generadores eléctricos para la producción de electricidad. Los voltajes típicos de este tipo de generadores a pequeña escala, oscilan entre los 12V, 24V, 36V, 48V en corriente directa y 120V, 240V, 480V, 960V en corriente alterna, por lo que son sistemas que van desde unos cuantos Watt hasta varios kW de potencia.
La principal aplicación de estos sistemas: Autoconsumo en casas con recurso hídrico cerca. Actividades agrícolas o agroindustriales que se realizan en fincas con recurso hídrico disponible y en general para hacer cualquier actividad económica más rentable y ambientalmente sostenible.
CLASIFICACIÓN DE GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA A PEQUEÑA ESCALA TIPO DE HIDROELÉCTRICA
PICOHIDROS
NANOHIDROS
MICROHIDROS
PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ¨PCH¨
CAPACIDADES INSTALADAS (KW)
Menores a 500W
De 500W a 1kW
De 1kW a 100kW
100 kW a 1000 kW
1000 kW a 10000kW
VARIABLES QUE PUEDEN AFECTAR EL COSTO
Topografía Demanda Caudal Distancia a la red eléctrica
Topografía Demanda Caudal Distancia a la red eléctrica
Topografía Demanda Caudal Distancia a la red eléctrica
Caudal Demanda Topografía Geología Geomorfología Distancia a la red eléctrica
Demanda Topografía Geología Geomorfología Transformadores Impacto a la red Distancia a la red eléctrica
Cuadro 4.1. Clasificación de la Generación hidroeléctrica a pequeña escala.
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MINIHIDROS
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ESTUDIOS PRELIMINARES PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA Se deben de medir varios parámetros antes de pensar en instalar una hidroeléctrica a pequeña escala, para la evaluación del potencial inicial para la construcción de un proyecto se debe medir lo siguiente:
CAÍDA DEL AGUA O DESNIVEL ENTRE EL PUNTO MÁS ALTO Y MÁS BAJO DEL RÍO.
En el punto más alto se instala la presa y en el punto más bajo la casa de máquinas donde se ubica la turbina generadora.
CAUDAL
Es la cantidad de agua que tiene el rio. Con los datos anteriores es posible hacer una aproximación de la potencia que se puede obtener con dichas condiciones, mediante la siguiente ecuación:
P=Potencia,W Q=Caudal,L/s h=Altura,m g=Constante de gravedad,9,81 n=Factor de eficiencia de la turbina (0.6) El Caudal se debe medir tanto en la época más seca como en la más lluviosa, para poder diseñar la turbina de manera que esta pueda operar durante todo el año o meses esperados.
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El valor de eficiencia de la turbina va a depender claro del tipo de turbina, típicamente en el mercado se encuentran turbinas con factores de eficiencia mayores, pero el factor de 0.6 es común para turbinas pequeñas correspondientes a proyectos a pequeña escala. Este factor va a variar de a acuerdo al tipo de turbina que se va a utilizar. En la ecuación anterior se utilizaron litros por segundo (L/s) en el caudal, ya que el enfoque de este manual es para pequeños proyectos hidroeléctricos por lo que los caudales típicos de ríos pequeños, quebradas o riachuelos se miden con esas unidades. La potencia es proporcional a la caída del agua.
¿CÓMO MEDIR LA ALTURA DE LA CAÍDA O DIFERENCIA DE ALTURA?
A mayor sea el desnivel mayor será la energía potencial, es por lo anterior que esta altura repercute directamente en la cantidad de energía que se va a producir. Hay varios métodos de hacer esta medición: Mangueras transparentes con agua para medir los niveles, utilizado para hacer curvas de nivel y sistemas de riego. Altímetro: Es mejor si está calibrado, de lo contrario se puede usar de forma diferencial. Medida con GPS: Proporciona medidas más directas de la altura y aunque tiene una incertidumbre asociada da una buena idea de la diferencia de alturas.
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Equipo topográfico (teodolito): Es lo mejor para conocer en detalle y con mayor exactitud el desnivel existente. La medición con teodolito generalmente la hace un ingeniero(a) topógrafo. Sin embargo, la medición la puede hacer usted mismo(a) mediante una medición directa o una indirecta.
MEDICIÓN DIRECTA:
Se toma un nivel (instrumento utilizado en construcción), y se miden varios segmentos verticales pequeños nivelados y se suman para obtener la diferencia de altura final.
4.3 METROS 5,2 METROS
Figura 4.1 Ejemplo de medición directa
4 METROS 5.7 METROS
SUMA TOTAL 28 METROS CAIDA BRUTA
6,8 METROS
4 METROS
MEDICIÓN INDIRECTA:
Se realiza mediante el uso de una manguera de poliducto. Esta se extiende aguas abajo, se coloca en la fuente de agua y se llena de modo que el agua se vierta por el extremo inferior de la manguera sin burbujas de aire. Se toma la medida de presión sin fugas con un manómetro en psi y se hace esto mismo en varios segmentos sucesivos hasta llegar al lugar donde se colocaría la casa de máquinas. Una vez que se tienen todas la presiones medidas en todos los segmentos de la caída se suman todas y se dividen entre 1.42, obteniendo la caída bruta.
28.16 METROS CAIDA PRESIÓN TOTAL 40 PSI/ 1.42
Figura 4.2 Ejemplo de medición indirecta.
PRESIÓN PRIMER SEGMENTO 22 PSI
Hidroeléctrica
PRESIÓN SEGUNDO SEGMENTO 18 PSI
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¿CÓMO MEDIR LOS CAUDALES?
Se puede medir la velocidad de la corriente en un punto de manera que este esté lo más cercano al bocatoma (punto donde se introduce el agua al canal o tubería). La forma del río se puede medir haciendo un promedio de las profundidades en las dos orillas del río y calculando el área del rectángulo promedio. Otro método es utilizar una pelota y ponerla a correr rio abajo con una distancia definida y medir el tiempo que tarda en recorrer esa distancia. La velocidad se calcula con la siguiente formula: Donde Q es el caudal en m3/s o l/s D es la distancia en metros. T es el tiempo en segundos. A es el área del rectángulo promedio en m 2 También se puede medir el caudal construyendo un vertedero con una sección con una forma geométrica determinada (trapezoidal, triangular, rectangular o semicircular) y medir el caudal en esa sección, pero ya para este tipo de mediciones se necesita más tiempo para construir el vertedero y disponer de más materiales. Una manera más precisa de medir el caudal de un río, es utilizando un molinete, turbina o propela (hélice) pero este tipo de equipo es más
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sofisticado y normalmente se utiliza para hacer estudios hidrológicos en proyectos de mayor escala.
CÁLCULO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA POR AÑO
Donde E es la energía generada en
realizar la instalación de un sistema que funcione durante el mayor tiempo posible, es recomendable realizar mediciones durante un periodo largo de tiempo o realizar dicha medición en verano, cuando se tiene una menor cantidad de agua en el río, quebrada o riachuelo.
CAUDAL ECOLÓGICO W-h/año P es la potencia en Watt F es el factor de planta que es el porcentaje de horas operativas del generador al año 8760 son el número de horas que tiene un año o utilizar el número de horas que se espera que trabaje la planta, en muchos casos no opera todos los días del año. Si la fuente a medir es pequeña (quebrada o riachuelo), se puede medir haciendo un aforo mediante la utilización de un recipiente con un volumen conocido. Se encauza toda el agua de la quebrada o riachuelo hasta un lugar donde se pueda colocar el recipiente y retirarlo de forma fácil. Con un reloj o cronómetro se mide cuanto tiempo tarda en llenarse el recipiente hasta un punto determinado. Se repite esta medición diez veces y se obtiene el promedio, de esa forma se conocerá el caudal aproximado en ese momento. Como ya se ha mencionado, es sumamente importante recordar que las fuentes de agua varían su caudal a lo largo del año, de modo que para
El caudal ecológico es el volumen necesario para preservar los valores ecológicos en el cauce de un rio. Los valores ecológicos se entienden como la f lora y fauna del rio además de las funciones ambientales propias del mismo. El caudal ecológico se debe respetar incluso después de la bocatoma. El caudal ecológico del rio evita que este se seque completamente en verano cuando se implementa un sistema de hidrogeneración, no sólo para preservar las actividades biológicas del rio y disminuir el impacto de este tipo de sistemas, sino también porque usualmente en las leyes ambientales piden a los desarrolladores que respeten esto para poderles otorgar la concesión de aguas y así evitarse el cierre del proyecto. El caudal ecológico corresponde al 10% del total del cauce del rio durante la época de invierno. A la hora de diseñar y contemplar el caudal de trabajo para el sistema, este porcentaje se debe respetar en todo momento para dimensionar la turbina a utilizar y calcular la energía que se espera producir.
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ANÁLISIS ECONÓMICO
Se debe realizar un análisis financiero del proyecto para establecer en cuánto tiempo se va a recuperar el capital inicial y en el caso de que solicite un préstamo en alguna entidad financiera conocer este y otros parámetros importantes del proyecto mediante la realización de un flujo de caja con una proyección de la energía que se espera producir con dicho proyecto. En el capítulo correspondiente a el análisis financiero se estudiará cómo hacer dicho análisis. Finalmente, es muy importante tener presente que tanto la medición de la caída del agua y la del caudal deben de ser precisas, ya que estos datos son la base para el dimensionamiento de todo el sistema.
IMPLEMENTACIÓN Para poder establecer una hidroeléctrica a pequeña escala es necesario realizar una serie de estudios para ver si es factible o no desarrollar el proyecto. Lo primero es contar con el recurso hídrico o río en la localidad o finca donde se desea desarrollar el proyecto. Las primeras preguntas que se deben de hacer son:
¿Cuánta es la caída del agua? ¿Cuánta agua se dispone? ¿Cuánta energía se puede producir con ese caudal? o ¿Cuánta energía se desea producir? ¿Con cuanto recurso económico se dispone? ¿Cuál es requerimiento energético del lugar? Para responder las preguntas anteriores, se deben de realizar los siguientes estudios:
ESTUDIO HIDROLÓGICO:
Medición de caudales y análisis de los datos de lluvia en dicho lugar. Con este estudio se define la cantidad de horas operativas de la turbina. En el caso de pequeñas centrales hidroeléctricas es más importante que la planta trabaje más horas al año, que la potencia de la
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turbina en sí. Este parámetro es conocido también como factor de planta. Se sugiere solicitar a la institución nacional encargada la información de caudales medios diarios para una serie representativa de años. Este parámetro es crítico, ya que es el insumo principal para seleccionar la potencia a instalar.
ESTUDIOS GEOLÓGICOS:
Corroborar que no hayan fallas, deslizamientos o zonas inestables, en los posibles puntos donde se pudieran ubicar el Bocatoma (punto donde se introduce el agua al canal o tubería), las líneas de conducción y la casa de máquinas.
ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS:
Planos de curvas o desniveles y medición de distancias del proyecto.
MEDICIÓN DE DISTANCIA DE LA RED ELÉCTRICA MÁS CERCANA:
Entre más cerca esté la red eléctrica local del proyecto, menos costosa será la obra civil por lo tanto esta distancia impacta directamente el costo total del proyecto. Esto para proyectos que se piensan conectar a la red.
CAPITAL DISPONIBLE PARA EL PROYECTO:
Dependiendo de la cantidad del recurso económico disponible se puede determinar el tamaño del sistema hidroeléctrico que es posible instalar. Si se desea hacer un préstamo bancario
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para poder desarrollar el proyecto, es sumamente importante hacer un análisis financiero. Este aspecto es determinante para el desarrollo del proyecto, debido a que la persona interesada en desarrollar el proyecto puede disponer de mucho caudal y mucha caída, pero no contar con el dinero suficiente para la implementación de un sistema que utilice todo ese caudal y caída para la generación eléctrica.
REQUERIMIENTO ENERGÉTICO:
Es cuanta energía se necesita para suplir las necesidades del lugar. Por ejemplo; supongamos que en el lugar se dispone del caudal y la caída para producir 10 000kW y además se cuenta con el capital necesario para instalar una turbina con la capacidad de producir esos 10 000kW, pero la demanda energética del lugar es únicamente de 100 kW y únicamente se quiere que el sistema sea de autoconsumo. En ese caso sólo se debe instalar un sistema con la capacidad de producir esos 100 kW, que son los que se necesitan en el lugar. Si se quiere instalar un proyecto con la finalidad de vender energía, ya eso entra en la categoría de ¨Generadores eléctricos¨ por lo que la tramitología es completamente diferente al igual que la finalidad del proyecto mismo. Hay unos cálculos de presión muy simples que se deben hacer para poder
Cuadro 4.2 Medidas de presión necesarias para dimensionar la turbina a utilizar.
dimensionar la turbina a utilizar, que se deben tener claros a la hora de incursionar en la instalación de un sistema de hidrogeneración. A continuación se muestra un cuadro con los mismos: A modo de resumen, los principales factores que hay conocer y tomar
MEDIDAS DE PRESIÓN
CÁLCULO O EQUIVALENCIA (PSI)
Columna de agua de un metro de altura.
1.42 psi
Presión de caída bruta
Caída del agua x 1.42[psi/m]
Presión de caída neta
Presión de caida brutaFricción
Máximo punto de potencia
Presión de caída bruta-10%
Turbina (dimensionamiento en psi)
Presión de caída neta)/1.42[psi/m]
en cuenta para poder implementar un sistema de hidrogeneración a pequeña escala son:
Altura de la caída del río Caudal del rio en verano e invierno. Caudal ecológico. Distancia a la red eléctrica local Tramitología necesaria o permisos para poder utilizar el recurso hídrico (concesión de uso de aguas etc.) Los trámites exigidos por el proveedor eléctrico local para la interconexión a la red eléctrica local, si se quiere que el proyecto inyecte excedentes a la red y también obtenga energía de la red cuando sea necesario. Capital disponible. Requerimiento energético del lugar.
Hidroeléctrica
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SELECCIÓN TÉCNICA DEL SISTEMA A la hora de seleccionar el equipo que se va a utilizar es imperativo evitar el uso de equipos estándar, ya que este tipo de sistemas estándar están estrictamente diseñados para ciertas características específicas de altura y caudal que si no se cumplen de manera estricta, pueden ya sea dañar el circuito eléctrico del lugar y equipos conectados al mismo, por sobre voltajes o puede no generar la cantidad de energía necesaria para la suplir la demanda de sitio. Por lo anterior contratar a un proveedor que diseñe las turbinas a ¨la medida¨ es fundamental para garantizar el éxito y el buen funcionamiento del sistema. Cada lugar tiene sus particularidades y condiciones propias que deben de tomarse en cuenta a la hora de diseñar el equipo, especialmente la turbina. Una parte sumamente importante a la hora de desarrollar un proyecto hidroeléctrico es seleccionar una turbina adecuada para las características del lugar, específicamente para altura de la caída y el caudal del río. El proveedor debe ofrecer una turbina adecuada para las características del río, quebrada o riachuelo. Otra recomendación importante a la hora de adquirir una turbina pequeña, es que esta sea de fácil mantenimiento, por ejemplo que sea de piezas modulares, de manera que si un componente se daña o se desgasta, este se pueda cambiar sin problemas. En el mercado hay turbinas cuyo eje
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TIPO DE TURBINA
ALTURA DE CAÍDA (m)
CAUDAL (m3/S)
KAPLAN
Menor a 20
0.5 a 800
MICHELL BANKI
De 1 a 200
0.1 a 10
FRANCIS
5 a 300
0.005 a 15
TURGO
30 a 400
0.001 a 1.17
PELTON
20 a 5000
0.001 a 9
es una sola pieza con la turbina, por lo que si una de las piezas se daña o se desgasta no es posible cambiarla y hay que adquirir una turbina nueva. Hay que ser muy cuidadoso(a) en la elección de la turbina, pues para cada sitio existe un tipo que será el óptimo, por ejemplo, para caídas grandes y caudales pequeños, la más recomendable es una turbina Pelton y para caídas pequeñas con caudales grandes, la Michell Banki.
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Cuadro 4.3 Ámbitos operativos de las turbinas hidroeléctricas
TURBINAS DE ACCIÓN:
Pelton y Turgo: tienen la particularidad de trabajar a presión atmosférica, sin estar sumergidas en el agua. Estas utilizan chorros de agua que impactan a la turbina en forma directa, produciendo de este modo el movimiento de la misma. Trabajan con caídas desde 20m hasta varios cientos de metros y con caudales muy pequeños desde 0,5 l/s hasta varios miles de litros por segundo. Debido a su construcción robusta son casi libres de mantenimiento. Como se mencionó anteriormente, el conjunto turbo generador se diseña para cada sitio, no pudiendo ser producidas en serie. Se parte de la medición de caída y caudal, para calibrar la turbina optimizada para el sitio y también el generador a utilizar. En la medida de lo posible, la turbina debe estar acoplada al eje del generador. Para ello su proveedor debe tener la capacidad de calibrar su caída y caudal con las revoluciones por minuto (rpm) requeridas por el generador para producir la energía en las condiciones solicitadas (usualmente 60Hz)
TIPOS DE GENERADORES MÁS COMUNES.
El generador que se recomienda utilizar debe ser sin carbones. Dicha situación incrementa el capital inicial, pero a largo plazo evita muchos costos, además debe ser de alta eficiencia y de servicio dedicado, capaz de trabajar 24 horas al día, 365 días al año, sin detenerse más que unas horas al año para mantenimiento preventivo. Un generador de mala calidad puede fallar en cualquier momento dejando al lugar sin energía cuando esto pasa.
SELECCIÓN COMERCIAL Conocer la garantía que ofrece el proveedor y como se ejecuta esta es sumamente importante. Si el proveedor hace las garantías efectivas cerca del lugar o en el mismo país, tiempos de entregas es un aspecto fundamental a la hora de elegir un proveedor ya que si este no ofrece una garantía confiable que se ejecute de manera rápida y eficaz esto puede acarrear muchos problemas en el futuro si el equipo se daña. Las turbinas deben tener sistemas de seguridad que regulen los voltajes, corrientes y frecuencias de manera que sean compatibles con los sistemas eléctricos del lugar y de la red eléctrica local en el caso de sistemas interconectados. Otra consideración importante es que cualquier persona local le pueda dar servicio en caso de que haya que hacer algún cambio de roles y piezas de la turbina o generador y mejor aún si esa persona tiene experiencia con dicha marca o es recomendado por el proveedor. Para casos de pequeños proyectos, se recomienda negociar una garantía amplia con el proveedor, que incluya mediciones en sitio, y se apliquen compensaciones en caso de que la potencia entregada no sea la negociada inicialmente Las turbinas deben cumplir con normas de calidad o similares como:
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UL CE ANSI ISO o equivalentes
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INSTALACIÓN Las partes principales que tiene un proyecto hidroeléctrico a pequeña escala son:
OBRAS DE DERIVACIÓN
Es una pequeña represa que se construye de manera transversal al cauce del rio, de manera que permita que se acumule el agua y así facilitar la captación de agua hacia al bocatoma. (las PCH lo tienen)
cucharas de la turbina, transformando la energía cinética en movimiento circular el cual es convertido en energía eléctrica mediante un generador, luego el agua retorna a la naturaleza y los watt son entregados a la línea de trasmisión.
UBICACIÓN DEL TURBO GENERADOR:
Lugar donde se filtra y deriva el agua de su cauce original para ingresar al desarenador. Por medio de la bocatoma se introduce y se controla el ingreso del agua.
Se ubica en la casa de máquinas que debe estar en el lugar más bajo posible, sin comprometer la integridad de la construcción debido a posibles inundaciones. En casa de máquinas, se alberga el sistema turbo- generador y los controles generales del sistema hidroeléctrico.
CANALES DE CONDUCCIÓN
CASA DE MÁQUINAS
BOCATOMA
Sirven como medio para que el caudal se desplace desde la bocatoma al desarenador.
DESARENADOR
Estanque donde el agua viaja a baja velocidad, permitiendo la decantación de sólidos, gravas y limos para ingresar a la tubería de presión.
TUBERÍA DE ALTA PRESIÓN
Conduce el agua desde el desarenador hasta la casa de máquinas, concentrando la energía cinética del agua para interactuar con el turbogenerador.
TURBOGENERADOR
Inicia con la aguja de ingreso, donde se descarga el agua que impacta contra las
Es el lugar donde se coloca la turbina, gobernadores (controlan la cantidad de agua que entra a la turbina) que se utilizan más que todo en Pequeñas Centrales Hidroeléctricas y en algunos casos en proyectos más pequeños. El generador, transformadores y en algunos casos la sala de control (para proyectos más grandes). En la casa de máquinas se da la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.
LA TURBINA
La turbina es el corazón del sistema de energía hidráulica, donde se convierte la energía del agua, en la fuerza de rotación que acciona el generador. Podría decirse que es el componente más importante en el sistema, debido
a que su eficiencia determina la cantidad de electricidad que se genera. Las turbinas más utilizadas en este tipo de sistemas son: Pelton, Turgo, Kaplan, Banki, Tornillo y Francis.
TUBOS DE RETORNO
Reintegran el agua al riachuelo para que continúe su viaje hacia el mar.
LÍNEA DE TRASMISIÓN
Conduce la energía producida en casa de máquinas hasta el lugar donde va a ser utilizada y regulada mediante el gobernador.
GOBERNADOR:
Puede ser electrónico, mecánico o mixto electromecánico. Se encarga de mantener el voltaje y la frecuencia estables.
MEDICIÓN Y CONTROL
En un sistema hidroeléctrico se tiene un tablero de medición donde se muestra el voltaje, frecuencia y corriente que se está generando de manera continua por el generador eléctrico.
PALANCA DE TRANSFERENCIA
Se utilizan en proyectos donde hay más de una turbina hidroeléctrica funcionando, con esta se traslada la energía producida por solo un generador a la vez para evitar el choque de cargas.
Hidroeléctrica
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CANAL ABIERTO PARRILLA
CAUCE DEL RÍO
PALANCA DE CORTE
Se utiliza para cortar la energía sin tener que parar el sistema, es un mecanismo de seguridad y que también permite parar la producción eléctrica para hacer reparaciones.
COMPUERTA TOMA
CÁMARA DE CARGA
COMPUERTA LAVADO
REPRESA
TRANSFORMADORES (PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS)
Se utiliza un transformador para subir el voltaje, mantenerlo o unir la corriente generada con la red eléctrica local. No es necesario utilizarlos para proyectos pequeños como nano, pico, micro y mini hidros, dependiendo de la distancia entre el generador y la red eléctrica más cercana.
DESARENADOR
OBRAS DE DERIVACIÓN
TUBERÍA DE PRESIÓN O FORZADA OBRAS DE BOCATOMA
OBRAS DE CONSTRUCCIÓN
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SISTEMAS DE DISTRIBUCÓN
CAUCE DEL RÍO
SALTO O CAIDA
CASA DE MÁQUINAS
SEGURIDAD ELÉCTRICA/ ENERGÉTICA
Todos los equipos de generación eléctrica deben tener sistemas de protección eléctrica como pararrayos, estar debidamente aterrizados, etc. Dependiendo del tipo de equipo a conectar, se puede requerir energía de alta calidad (energía quirúrgica) o en aplicaciones básicas, se puede utilizar energía de menor calidad, entendida como energía que permite una variación en frecuencia y voltaje. La primera se requiere para conexión de equipos altamente sensibles y que requieren un ciclado exacto de 50 o 60 Hz y un voltaje estable. En sistemas aislados, por ejemplo en fincas, los equipos que se alimentan de la energía en muchas oportunidades permiten utilizar energía de menor calidad, sin embargo, siempre se recomienda utilizar UPS (baterías) en línea, de modo que podamos contar con energía de alta calidad para conectar por ejemplo computadoras y otros equipos mucho más sensibles. Por lo anterior es muy importante conocer qué clase de equipos se van a conectar a dicho circuito eléctrico para determinar qué tipo de seguridades se deben de colocar a la salida de la turbina. Los sistemas que entregan energía quirúrgica naturalmente son más costosos ya que el tipo de seguridad y regulación del sistema debe ser más estricto para poder mantener la frecuencia y voltaje más constantes.
Hidroeléctrica
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MANTENIMIENTO Mantener la bocatoma limpia Mantener la tubería limpia de raíces u otras especies de plantas. Si la tubería es de PVC no requiere un mayor mantenimiento. Si la tubería es de hierro se recomienda pintarla una vez al año para protegerla de la corrosión. Limpiar una vez al año el desarenador para los proyectos más pequeños que utilizan caudales más pequeños, en el caso de la Pequeñas centrales hidroeléctricas las limpiezas pueden ir desde varias veces a la semana en invierno a una vez por semana en verano. Hacer una vez al año mantenimiento preventivo de lo siguiente.
En donde se revise el estado de: Turbina Los rodetes La carcasa Cojinetes Fajas Horquillas y otros componentes Ejes
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En el generador: Los cojinetes Carbones (en los generadores que los utilizan) Barnizarlo Cunas Gobernadores (en los casos donde hayan): Cambio de aceite hidráulico Engrase de piezas
Transformadores: Conexiones a tierra Bornes Nivel del fluido El Mantenimiento preventivo debe de estar a cargo de personal capacitado con experiencia en estos sistemas, en la mayoría de los casos el mismo proveedor puede dar el servicio, de ahí que es importante a la hora de elegir un proveedor fijarse si él puede darle mantenimiento preventivo el equipo que instaló. Además el mismo proveedor puede chequear anualmente los valores entregados por el el generador para verificar que el sistema está trabajando con las especificaciones y eficiencia estipulada por el fabricante. Es importante llevar un control del mantenimiento que se realiza al sistema como mínimo una vez al año.
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
BIBLIOGRAFÍA Guía técnica de Hidrogeneración. (2011). Anacafé. Guatemala. Guía para el desarrollo de una pequeña central hidroeléctrica. (2006). ESHA. Bélgica. Manuales sobre energía renovable: Hidráulica a pequeña escala. (2002). BUN-CA. Costa Rica. Manual de Mini y Microcentrales Hidraúlicas: Una guía para desarrollo de proyectos. (1995). ITDG. Perú. Planning for renewable energy a companion guide to PPS22. (2004). Oficina del primer ministro. Inglaterra.
AGRADECIMIENTO A LOS PROFESIONALES POR SU APOYO TÉCNICO: Lic. Jorge Arturo Bermúdez de Corporación BYMSA. Ing. Fernando Lizana, ICE
ANÁLISIS
FINANCIERO CAPÍTULO 6 AUTORES: MAX CARBALLO LUIS MORA OLMAN QUIRÓS
INTRODUCCIÓN El presente capítulo pretende brindar una herramienta de consulta para organizaciones interesadas en conocer las ventajas económicas que pueden traer la implementación de tecnologías limpias para la generación de energía, la cual se utilizaría dentro de su proceso productivo normal. En todo proceso de cambio de tecnologías por parte de una empresa, es fundamental realizar una valoración económica para observar los efectos que tendrá en sus finanzas. Es por ello que se plantea este tipo de evaluación para así determinar el impacto económico que tendrá cada sub-proyecto propuesto para generación de energía renovable (ER), debido a que uno de los objetivos principales es valorar si este sistema es lo suficientemente rentable y que este represente un ahorro en el consumo energético en un beneficio de café o cualquier proceso agroindustrial. Los aspectos técnicos se han especificado en los anteriores capítulos del manual, donde se detallan las características deseadas para la instalación de cada tecnología. No obstante en la elección de una tecnología es importante evaluar la parte económica en conjunto con estos aspectos, especialmente que algunos casos, se debe plantear la inversión a una mesa directiva o a la banca para gestionar un potencial financiamiento. Por esa razón, se plantea una herramienta de valoración económica con base en una hoja de cálculo. Este instrumento es una guía práctica para que la organización interesada en estos tipos de tecnologías pueda tener una visión más amplia a la hora de ejecutar la inversión. Cabe señalar que al ser una guía práctica no pretende realizar un análisis financiero profundo; sino más bien procura brindar un criterio económico acertado y accesible a un menor costo que un estudio detallado de inversión. Esta herramienta no trata de limitar al inversionista a realizar otros análisis más robustos que corroboren o modifiquen los resultados obtenidos en esta aproximación.
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MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
VALORACIÓN DE LA RENTABILIDAD Para esta evaluación se parte de un supuesto esencial el cual es que para conocer los efectos en la rentabilidad de la empresa ante el cambio en la utilización de fuentes de energía, se presume que los demás costos del proceso productivo (beneficiado del café), permanecen constantes o Ceteres Paribus. Por lo tanto, el análisis se puede concentrar en los nuevos costos asociados a la implementación de las tecnologías ER y en la reducción de los costos en energía eléctrica ante un menor consumo de energía de la fuente tradicional. Hecha esta aclaración se presentan dos escenarios para realizar un análisis comparativo; el primero muestra la situación que se presentaría con la implementación de las ER, donde se consideran los costos asociados a la producción de energía y los costos en la factura de energía tradicional; el segundo escenario hace referencia a la situación que se presentaría si no se implementaran las tecnologías en ER, para ello se utiliza una base histórica de consumo energético para elaborar un promedio anual de consumo. Es importante resaltar que al ser un modo de producción de ER que involucra recursos ambientales (radiación solar y viento), los cuales son variables en cuanto a la intensidad y frecuencia, ocasionando que disminuya o aumente la producción de energía. Debido a esta situación, el proyecto como tal a la hora de evaluar estas condiciones toma en cuenta los pro-
nósticos con base al comportamiento en años anteriores de estos factores para poder realizar las proyecciones de energía generada según la tecnología. Por lo cual los resultados obtenidos en este punto van a depender de la cantidad y calidad de la información de los datos climatológicos adquiridos. Para este tipo de valoraciones de rentabilidad se utiliza una serie de indicadores, los cuales, según su resultado identifican la viabilidad o no de un proyecto. Dentro de los indicadores de rentabilidad que ayudan a evaluar un proyecto se encuentran los indicadores costo-eficiencia, los cuales son utilizados en algunos proyectos por la dificultad que existe para medir los beneficios, razón por la cual se busca identificar la alternativa más eficiente o de menor costo. Uno de estos indicadores es el valor actual de los costos (VAC), donde el supuesto principal es que los beneficios son superiores a los costos, por tanto, la mayor rentabilidad de los proyectos comparados estará dada en aquel proyecto que atienda los objetivos planteados con el menor de los costos (Morín E. 2009). La fórmula para determinar el VAC es la siguiente:
Lo que podría parecer complejo, pero esta fórmula lo que indica básicamente, es que se deben considerar los costos de cada año de estudio hasta la vida útil declarada para cada tecnología (“n”) a evaluar, esto es:
Dónde:
VAC: valor actual de los costos. I: inversión inicial. Ct: costos incurridos durante el periodo t n: horizonte de evaluación (vida útil de la tecnología a evaluar) d: tasa social de descuento.
Análisis Financiero
49
Cuadro 6.1 Ejemplo de Flujo de costos
FLUJO DE COSTOS
Este indicador permite resumir todos los costos de un proyecto, los cuales se encuentran categorizados en costos de inversión, operación y mantenimiento. Además permite comparar alternativas de igual vida útil (Ministerio de Planificación Gobierno de Chile, S.F.)(Ministerio Planificación). Ejemplo 1. Utilización de la formula VAC:
El otro indicador que se recomienda para evaluar los proyectos de este tipo es el costo anual equivalente (CAE), este permite comparar alternativas de distinta vida útil. Dentro de su cálculo este incorpora el VAC y un factor de ajuste de los años de diferencia. Este se calcula mediante la siguiente fórmula:
AÑO 0
AÑO 1
AÑO 2
AÑO 3
AÑO 4
AÑO 5
(2800)
(350)
(380)
(400)
(430)
(550)
Tasa de descuento del proyecto: 8%
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MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
Dónde:
CAE = costo anual equivalente VAC = valor actual de los costos
Es importante señalar que el signo cambia a positivo debido a que lo que importa es su valor absoluto. En el cuadro 2, se presenta un resumen de escenarios para la valoración de un proyecto ante un escenario inicial o 1 y un escenario alternativo o 2. VAC
CAE
ESCENARIO 1
-5.250,20
2.124,75
ESCENARIO 2
-4.457,78
1.116,48
r: tasa de descuento n: periodos (años del horizonte de valoración del proyecto) Ejemplo 2. Utilización de la fórmula del CAE: Continuando con los datos del ejemplo 1, se tiene que:
El criterio de decisión al utilizar tanto el VAC como el CAE es el siguiente: el escenario evaluado que presente el menor de los costos, es la alternativa más conveniente desde el punto de vista técnico económico.
DECISIÓN
Alternativa más conveniente
Cuadro 6.2 Resumen de escenarios de valoración de un proyecto.
Análisis Financiero
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HOJA DE CÁLCULO PARA LA EVALUACIÓN ECONÓMICA DE PROYECTO DE SUSTITUCIÓN DE TECNOLOGÍAS: CONSUMO TRADICIONAL VERSUS LA AUTOGENERACIÓN DE ENERGÍA. En párrafos anteriores se habla de la importancia del análisis financiero de este tipo de proyectos además que se detalla el método de evaluación por utilizar, además de consideraciones importantes a la hora de obtener los datos. Con el fin de simplificar este análisis se construyó una herramienta en el software Microsoft Office Excel., la cual se adjunta en los anexos digitales de este Manual y se describe en este apartado. Algunas consideraciones generales que son importantes acerca de esta misma se describen a continuación. Figura 6.1 Hoja de índice general.
ÍNDICE NO. HOJA
NOMBRE
CONTENIDO
Intro
Hoja de presentación de la herramienta de calculo.
2
Parámetros
Requerimientos de instalaciones, equipos, mano de obra de instalación y otros estimados inversión (vida util, depreciación, valor de desecho, cronograma de depreciaciones y reincersiones).
3
Plan de inversiones
Referente al requerimiento de instalaciones, equipos y su cronograma de reinversión y depreciación.
4
Amortización
5
Costos
Referente a la cuantificación de la producción energetica, precios y otros del horizonte de evaluación.
6
Consumo eléctrico
Proyecciones y estimaciones con historicos de la organización para medir el consumo energético.
7
Proyección eólico
Proyecciones y estimaciones para un proyecto con un sistema eólico.
8
Proyección FV
Proyecciones y estimaciones para un proyecto con un sistema eólico.
9
KS auto
Cuantificación de la tasa de costo de capital planteada.
10
KS Manual
Hoja abierta para el cálculo de costo de capital por parte del inversionista.
11
Resultados
Analisis según VAC y CAE comparativo entre la instalación y la operación normal de la organización.
1
Análisis Financiero
53
La hoja de cálculo está diseñada para evaluar los proyectos a un periodo de 15 años, periodo determinado al considerar las vidas útiles de los equipos y las características del proyecto (costos constantes y escenario donde se tiene que proyectar varias variables como la producción de energía y precios estimados de las tarifas eléctricas). Para insertar los datos se encuentra disponible las celdas en blanco; las de color azul son auto calculadas; las resaltadas en amarillo brindan información importante para el usuario y las celdas de color verde son los resultados obtenidos a partir de los cálculos realizados. Cada hoja tiene un acceso directo a la pestaña de introducción de la hoja de cálculo y a su vez, dentro del índice se puede navegar a cada una de las pestañas del archivo. Existen variables tales como la tarifa impuesta por parte de la empresa proveedora del servicio, tasa de descuento del proyecto o costo de capital, proyección de crecimiento de los costos y de las tarifas que son muy variables para cada país, proyecto y organización por lo cual se debe tener cuidado a la hora de establecerlas.
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A continuación se realiza una explicación más detallada de la herramienta desarrollada para la valoración económica de los proyectos.
PARÁMETROS
En la hoja de parámetros se encuentra los datos generales para la valoración del proyecto que hay que establecer al inicio del análisis. Dentro de los cuales se encuentran nombre y número de identificación de la organización, tasa de retorno (en este caso decidir el tipo que se va a utilizar ya sea auto calculada con datos financieros del país tales como la inflación histórica y la tasa promedio de préstamos de bancos de la región; o decidida por el ejecutor), cálculo de impuestos, tarifas energéticas y proyecciones de crecimiento en porcentaje anual. Cabe señalar que algunos de estos datos se generan en otras hojas de la herramienta como es el caso de consumo energético promedio y el precio KWh.
PARAMETROS GENERALES NOMBRE DE LA ORGANIZACIÓN IDENTIFICACIÓN (CED JURIDICA) IMPUESTO DE LA RENTA HORIZONTE DE EVALUACIÓN (AÑOS) CONSUMO ENERGÉTICO ACTIVIDAD (KWH/AÑO) PROMEDIO PRECIO KWH BASE PRECIO KW CRECIMIENTO ANUAL DEL PRECIO (APLICAR PORCENTAJE DE CRECIMIENTO ANUAL) CANTIDAD DE ASOCIADOS A LA ORGANIZACIÓN PROYECCIÓN DE COSTOS POR AÑO (APLICAR PORCENTAJE DE CRECIMIENTO ANUAL) Figura 6.2 Hoja de parámetros para la valoración.
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DATOS A INSERTAR
MAQUINARIA O EQUIPO
UNIDAD
PLAN DE INVERSIONES.
Una vez digitados los datos básicos del proyecto de generación con ER, se debe continuar con la planificación de las inversiones; en la cual se deben ingresar los datos de la tecnología que se quiera evaluar. Para esto se debe conocer la cantidad, precio, vida útil y su valor de desecho al final de su vida útil. Existen 3 tipos de inversiones los cuales hay que especificar:
CANTIDAD
COSTO
VIDA ÚTIL
Una vez clasificadas las inversiones se deben ir incluyendo en la celda correspondiente dentro del cuadro que se puede observar en la Figura 3 y esta a su vez genera las depreciaciones con la información de vida útil y valor de desecho. Por otra parte, genera una notificación al final del cuadro donde indica las inversiones que necesiten reinversiones.
VALOR DE DESECHO
REINVERSIÓN
NOTIFICACIÓN DE RENVERSIÓN
Figura 6.3 Hoja para el registro de equipos.
1. Maquinaria o equipo: referente a equipos indispensables para la operación 2. Infraestructura: construcciones necesarias para el establecimiento de los equipos de operación 3. Varias: inversiones menores para la operación del proyecto
Análisis Financiero
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Para aquellos activos que necesiten reinversión; se debe calendarizar los años en los cuales se deben de volver a comprar, para esto se selecciona cada activo en la Tabla 2 “REQUERIMIENTOS DE INVERSIONES” y en la Tabla 3 “CRONOGRAMA DE REINVERSIONES” (ver herramienta de Excel); se debe de seleccionar con una “X” los años en los cuales se debe realizar la compra durante el horizonte de vida del proyecto y para esto se puede apoyar en las recomendaciones de proveedores de tecnología y las fichas técnicas de la tecnología que desea adquirir. Igualmente, puede consultar las secciones de mantenimiento dentro de este mismo Manual para algunas de la tecnologías desarrolladas en los capítulos anteriores. La figura 4 es una guía para estructurar estas reinversiones según la vida útil del activo, donde por ejemplo para un activo con vida útil de 2 años se debe realizar 7 reinversiones las cuales se realizan en los años: 2, 4, 6, 8, 10, 12 y 14.
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VIDA ÚTIL DEL ACTIVO
CANTIDAD DE REINVERSIONES
AÑOS A REALIZAR LAS REINVERSIONES
2
7
2,4,6,8,10, 12, 14
3
5
3,6,9,12,15
4
3
4,8,12
5
3
z5,10,15
6
2
6,12
7
2
7,14
8
1
8
9
1
9
10
1
10
11
1
11
12
1
12
13
1
13
14
1
14
15
1
15
Figura 6.4 Guía para estructurar reinversiones para un proyecto con un horizonte de valoración de 15 años
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AMORTIZACIÓN
Para la ejecución de la inversión se establece una tabla automatizada para el cálculo de un préstamo a quince años plazo (se tomo los mismos años del horizonte de evaluacion, no obstante este periodo puede variar de acuerdo a las condiciones establecidas por la entidad financiera las caracteristicas crediticias de la organización), en el cual se pueda ingresar el monto de posible financiamiento, la tasa de interés que pudiese obtener la organización para su proyecto, y que este a su vez genere la cuota de pago desglosada por los intereses y la amortización a la deuda principal, datos insertados automáticamente en el flujo de costos propuesto. Dentro del cálculo se incluye la posibilidad de tener periodos de gracia, en el cual se debe indicar una tasa de interés para este periodo. Para los años posteriores se debe indicar la tasa anual de cada año, tanto en el caso de tener tasa de interés variable, así como, para préstamos con tasa de interés fija se debe de introducir en todos los años (ver Figura 5).
MONTO A FINANCIAR TASA DE INTERÉS PERIODO DE GRACIA
INSERTAR AQUÍ L A TASA DE INTERÉS PAR A PERIODOS DE GR ACIA
PERIODO DE GRACIA MAQUINARIA O EQUIPO
UNIDAD
CANTIDAD
COSTO
Figura 6.5 Cuadro de amortización. VALOR DE DESECHO
VIDA ÚTIL
INSERTAR L A TASA DE INTERÉS, EN CASO DE SER FIJA PONER EL MISMO MONTO EN TODOS LOS AÑOS. DEJAR EN CERO L A TASA DE INTERÉS PAR A LOS PERIODOS DE GR ACIA .
Análisis Financiero
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PLANIFICACIÓN DE COSTOS (COSTOS) Posterior a la parte de inversiones y financiamiento se plantea una serie de tablas para ingresar mensualmente las cantidades y precios de compra de materiales para la operación del primer año de las tecnologías, además de costos de mano de obra y supervisión. Y que está a su vez pueda reflejar los costos totales de la actividad anualmente. Como un adicional se plantea la posibilidad de evaluar el escenario de los costos, con un aumento porcentual anual en toda la vida del proyecto, como una posibilidad de evaluación. El cual se puede calcular con el IPC o la inflación interanual para el pais, facilitadas por los bancos centrales de cada país.
CELDAS AUTO GENER ADAS
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En la figura 6 se indica el método de introducir los datos, al final se presenta un cuadro resumen de los costos de operación a lo largo de horizonte de evaluación. Este método de introducir los datos es necesario realizarlo paso a paso cada mes debido a que a lo largo de un año la organización puede gastar más en ciertos periodos del año e incluso tener costos reflejados solo ciertos meses, por lo que se debe tener en cuenta que costos se utilizan al mes.
Figura 6.6 Cuadros de costos de la hoja de cálculo.
INTRODUCIR DATOS DE CANTIDADES
COSTOS DE OPERACIÓN (SOLO INCLUIR CANTIDADES)
UNIDAD
MES 1
MES 2
COSTOS MANTENIMIENTO (SOLO INCLUIR CANTIDADES)
UNIDAD
MES 1
MES 2
COSTOS DE OPERACIÓN (SOLO INCLUIR PRECIOS)
MES 1
MES 2
COSTOS MANTENIMIENTO (SOLO INCLUIR PRECIOS)
MES 1
MES 2
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INTRODUCIR PRECIOS O COSTOS UNITARIOS
PROYECCIONES
Una vez planificados los costos se debe establecer una serie de proyecciones para así poder cuantificar a lo largo del horizonte de evaluación el rendimiento del proyecto; dentro de la hoja de cálculo se dividen en dos: proyección del consumo y proyección de la producción. En la Figura 7 se puede observar un resumen de las características de cada una de las mismas.
PROYECCIÓN CONSUMO
Conforme a los consumos históricos eléctricos de la organización en el área donde se van a instalar la tecnología. Se debe llevar un registro del gasto eléctrico.
Toma en cuenta datos climáticos específicos de la zona. PROYECCIÓN PRODUCCIÓN CON ER
CUANTIFICACIÓN CONSUMO (CONSUMO ELÉCTRICO).
La pestaña “Consumo eléctrico” se plantea para proyectar el consumo en términos de KWh con base a los históricos de la organización en el área de implementación de la tecnología a evaluar, esto es un punto fundamental, ya que, este es el consumo directamente influenciado por el proyecto, el cual se buscará reducir del sistema energético público, autoabasteciéndose con las fuentes renovables. Es importante llevar registros de facturaciones previas (al menos dos años), para poder así observar la tendencia de consumo y así aproximar un consumo al año más acertado. Con base a estos datos se estima un consumo (KWh) promedio de este medidor, el cual será el parámetro al que se impactará con la generación eléctrica del proyecto y el cual se mantendrá para efectos de la hoja de cálculo constante, asumiendo que no existirá crecimiento del consumo en el mismo.
Se debe obtener datos de forma primaria o mediante bases de datos nacionales o internacionales según la disponibilidad y fiabilidad de los datos. Conforme a la tecnología de ER y las especificaciones técnicas de la misma. Figura 6.7 Tipos de proyecciones utilizadas.
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FECHA ENTREGA
MONTO PAGADO
kwh
LLENAR CON FACTUR AS DE MESES ANTERIORES
Figura 6.8 Ejemplo de cuadro para ingresar consumo de energía eléctrica.
kw
CUANTIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN. Con forme a la tecnología en estudio, se proyectará la generación en términos de KWh del sistema utilizado; dentro del alcance del presente documento se abarca la producción de ER mediante sistemas eólicos o fotovoltaicos. Para este punto se realizaron dos hojas de cálculo para cuantificar la energía generada durante el horizonte de evaluación (Proyección eólico y proyección FV) y que este a su vez pueda servirle al ejecutor del proyecto en el análisis de la producción energética. Esta consideración es importante ya que los proyectos de geotermina de baja y media entalpía, bioenergía, micro y nanohídrica, tienen formas de cálculo diferentes para la proyección de su producción energética.
PROYECCIÓN PRODUCCIÓN EÓLICO (PROYECCIÓN EÓLICO)
Para el pronóstico de producción de energía del componente eólico es indispensable conocer la velocidad del viento en la zona donde se ubicara la turbina, la cual puede ser solicitada a alguna institución que cuente con una estación metereológica en un lugar cercano al proyecto, de no haber alguna estación cercana y contar con los recursos o la posibilidad de instalar una miniestación (al menos un anemómetro y veleta), que le permita cuantificar estos datos se recomienda al menos tener un año de registros. Tambien se puede recurrir a
páginas de internet con bases de datos climatologicos como los disponibles por la ATMOSPHERIC SCIENCE DATA CENTER- NASA,1 la cual brinda con facilidad los datos si se conoce las coordenadas donde se ubica el proyecto. Sin embargo, estos datos corresponden a una medición de la velocidad del viento a una altura de 50 m sobre la superficie, razón por la cual se debe hacer un ajuste correspondiente a la altura de la turbina. El ajuste necesario se puede realizar aplicando la siguiente ecuacion:
Dentro de la herramienta de calculo se da la posibilidad de realizar este ajuste insertando los datos nece1 sitados tal y como se muestra en la Figura 9, en la cual se debe tener los datos mensuales de la velocidad del viento (promedio), el coeficiente antes mencionado, la altura donde será colocado el sistema. VZ = VELOCIDAD A ALTURA FINAL O REQUERIDA. VR =VELOCIDAD DE REFERENCIA.
Donde:
Vz = velocidad a altura final o requerida. Vr =velocidad de referencia. Z = altura final a velocidad Vz. Zo = coeficiente de rugosidad a diferentes entornos. Zr = altura de referencia de los datos de Vr.
Z = ALTURA FINAL A VELOCIDAD VZ.
INSERTAR DATOS
ZO = COEFICIENTE DE RUGOSIDAD A DIFERENTES ENTORNOS. ZR = ALTURA DE REFERENCIA DE LOS DATOS DE VR. Figura 6.9 Ajuste de la velocidad del viento por su entorno y altura.
1 https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi?email=skip@larc.nasa.gov Análisis Financiero
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Una vez que se tiene la velocidad del viento ajustada se puede utilizar la fórmula para determinar la potencia teórico estimado para un proyecto mediante la siguiente ecuación (Gipe, 1993):
MES
VR INSERTAR DATOS
ENE FEB MAR
Donde:
Pteo = potencia estimada p = densidad del aire Área rotor = el area del rotor de la turbina
MES
DÍAS/MES
V = velocidad del viento
ENE
31
Posteriormente se hace la conversión de potencia a energia:
FEB
28
MAR
27
Cabe señalar que la herramienta de excel esta diseñada para ingresar solamente los datos necesarios dentro de las celdas rojizas y blancas como se muestra en la figura 10. Los cálculos estan predeterminados y se realizan automaticamente. Al final del calculo la herramienta de análisis hará el calculo correspondiente para la obtener la cantidad de KWh por año que generará el sistema.
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Figura 6.10 Cálculo de producción eólica
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
INSERTAR DÍAS PAR A EL PRIMER AÑO
PROYECCIÓN PRODUCCIÓN FOTOVOLTAICO
En el caso de la producción de energía por el sistema fotovoltaico, se propone para el cálculo de la proyección de energía la siguiente fórmula (Zilles, 2009):
nominal como los datos de HSP, y automáticamente se realiza el cálculo correspondiente para determinar la energía generada al mes. En la columna “Primer año”, se deja abierta la opción de indicar los días del mes de inicio de la producción, esto por si el proyecto no arranca con el inicio del año. Para los años posteriores se supone una producción promedio constante durante todos los días.
Donde:
L = Energía diaria generada Wp = Potencia nominal instalada
MES
HSP
L
Figura 11 Hoja de cálculo para la proyección de energía generada por el sistema fotovoltaico.
kwH/MES/AÑO PARA EL PRIMER AÑO
PRIMER AÑO kwH/MES/AÑO
ENERO
7.45
Enero
7.45
89.40
2.771,40
2.771,40
Enero
31
Febrero
8.01
96.12
2.691,36
2.691,36
Febrero
28
HSP = Horas sol pico diaria promedio En el caso de estudio que se está evaluando, la potencia nominal instalada según los datos del fabricante es de 15 KW. Por otra parte los datos de horas sol pico, fueron obtenidos de la página web de la ATMOSPHERIC 2 SCIENCE DATA CENTER- NASA. La hoja electrónica diseñada permite insertar tanto el potencial
INTRODUCIR DATOS DE CANTIDADES
2 https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi?email=skip@larc.nasa.gov Análisis Financiero
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COSTO DE CAPITAL
Para el análisis financiero de un proyecto o una posibilidad de inversión es necesario tener presente una tasa de costo del capital, con la cual evaluar dicho proyecto. Esta tasa indicará la rentabilidad mínima de un proyecto, esperada por parte del inversionista; por lo cual hay que prestarle atención a la hora de decidirla. En un escenario libre de riesgo; los proyectos no tendrían mayor problema en determinar el costo de capital, ya que se podría usar como aproximación el retorno de los activos libres de riesgo como, por ejemplo, la rentabilidad de los pagarés o bonos del gobierno. No obstante este escenario es surrealista ya que el riesgo siempre está presente en las actividades económicas por variables específicas del país, del mercado o de la actividad en la que se está incursionando. Debido a esto la mayoría de los proyectos no están libres de riesgo, por lo cual se les debe exigir un premio por estos aspectos. Tomando estas consideraciones el inversionista determinará cuánto será la tasa de costo de capital del proyecto. En la metodología planteada por este documento, dado la dificultad de generalizar este valor, al estar sujeto a criterios y condiciones específicas de cada organización, se deja abierta la opcion para que el inversionista u organización interesada defina su costo de capital según las caracteristicas propias.
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RESULTADOS
Obtenida toda esta información, el instrumento calculará el valor actual de los costos (VAC), el cual consiste en la obtención del costo total de la operación normal de la actividad de beneficiado y comparándolo con el escenario de la ejecución del proyecto dentro de la organización durante el horizonte de evaluación. Con respecto a los costos obtenidos, con y sin el proyecto; mediante la metodología del VAC, se traerán a valor presente estos montos mediante una tasa de costo de capital. El criterio de decisión con respecto a los proyectos se definirá con base en estos montos, en el cual el costo menor será la alternativa económicamente viable.
MANUAL TÉCNICO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA AGROINDUSTRIA
BIBLIOGRAFÍA Gipe, P. (1993). Wind Power for Home & Business: Renewable energy for the 1990s and Beyond. Chelsea Green Publishing Company. Ministerio de Planificación - Gobierno de Chile. (S.F.). Metodología General de Preparación y Evaluación de Proyectos. Recuperado el 20 de Agosto de 2013, de http://www.bomberos. cl/bomberos2011/operaciones_bomberiles/ fndr/FNDR%20-%20Metodologia%20 Preparacion%20Evaluacion%20Proyectos.pdf Morín Maya, E. (20 de Julio de 2009). “Principios y aplicaciones del Análisis Costo-Beneficio: Evaluación Social de Proyectos”. Recuperado el 20 de Agosto de 2013, de Programa para el Impulso de Asociaciones Público-Privadas en Estados Mexicanos (PIAPPEM): http:/www. piappem.org/file.php?id=42 Zilles, R. (2009). Curso virtual. TENDENCIA TECNOLÓGICAS Y APLICACIONES DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS. Sao Paulo, Brasil: INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA, UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO.
AGRADECIMIENTO A LOS PROFESIONALES POR SU APOYO TÉCNICO: MBA. Edgar Ugalde, Sibo Energy Olman Segura