FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
INFORME ACADÉMICO “Implementación de un sistema fotovoltaico para la autonomía eléctrica del taller de confección de Segundo Sipiran”
Autores: Anderson Elihu Rumiche Zafra (ORCID: 0000-0001-6432-1127) Gustavo Adolfo Valencia Palomino (ORCID: 0000-0001-5736-8234) Max Anderson Regalado Silva (ORCID: 0000-0003-4316-514X) Segundo Lucio Sipiran Perez (ORCID: 0000-0002-4327-2220)
Asesor: Msc Ing. Dante Omar Panta Carranza (ORCID: 0000-0002-4731-263X)
Línea de investigación Generación – Transmisión – Distribución
Trujillo – Perú 2020
ÍNDICE
I INTRODUCCIÓN
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II DESARROLLO Aportes y beneficios de la energía solar
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Componentes e instalación de un sistema fotovoltaico
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Sistema de seguridad
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III CONCLUSIÓN
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REFERENCIAS
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ANEXOS
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I.
INTRODUCCIÓN Como estudiantes de la Universidad Cesar Vallejo, del primer ciclo, de la asignatura de Ingeniería Mecánica Eléctrica sobre nuestra propuesta de informe, bajo el contexto de la asignatura hemos analizado que los gastos mensuales que debe cancelar Segundo Sipiran en su recibo de luz son demasiados elevados esto a causa de su pequeño taller de confección de mascarillas por la situación que estamos viviendo actualmente a causa de covid-19 esto ha generado mayor demanda en la confección de mascarillas por lo cual, las 2 máquinas de la marca CHM modelo DOL-65 (figura 1) las cuales funcionan a 220v corriente alterna, utilizando 4.1 amperios por segundo con una frecuencia de 50 a 60 Hz (ciclo por segundo), con conexión monofásica, con una salida de 550w, 2850/3450 de revoluciones por minuto y con un capacitor de 16uf 250v, se utilizan 8h diarias esto hace que el consumo de luz aumente considerablemente llegando a pagar S/184.8 al mes, nuestro interés es reducir este gasto. Logrando así hallar nuestro objetivo general el cual es implementar un sistema fotovoltaico para la autonomía eléctrica del taller de confección. Así mismo esto desprende como objetivos específicos el estudiar sobre los aportes y beneficios que brinda la energía solar, describir aquellos componentes que forman parte de una instalación de un sistema fotovoltaico y conocer sobre los sistemas de seguridad que habrá en dicho hogar.
II.
DESARROLLO los aportes y beneficios que brinda la energía solar. La energía solar es renovable e inagotable, también es muy abundante, esta fuente se puede utilizar para la generación de electricidad, la luz solar pasa por un proceso de transformación para que esta se pueda convertir en energía eléctrica. La energía solar tiene muchos beneficios, es disponible para todo aquel que la pueda utilizar, mayormente se utiliza en zonas despejadas o donde haya gran radiación solar, otros beneficios son: contribuye a la lucha del incremento del calentamiento global, es muy silenciosa por lo que está muy libre de acciones ruidosas, se puede
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utilizar en domicilios, en cuanto al costo solo se invierte en los componentes y en la instalaciĂłn del panel solar, no es contaminante con el medio ambiente, reduce el uso de combustible fĂłsiles, contribuye al desarrollo sostenible, es una fuente de energĂa muy ilimitada, es renovable, ayuda al ahorro econĂłmico a largo plazo, es una de las mejores formas de obtener electricidad y es una energĂa muy limpia y demasiada econĂłmica que aquella energĂa que se adquiere por medio de la red. La irradiaciĂłn solar es un factor importante para la producciĂłn de energĂa. SegĂşn Delta Solar del PerĂş Ascope tiene una aproximado de 5.0 a 6.0 kW h / đ?‘š2 en los meses de Febrero a Mayo y entre los meses de agosto y noviembre puede variar desde 5.0 a 6-5 kW h/ đ?‘š2 . (figura2) ď€ Componentes e instalaciĂłn de un sistema fotovoltaico, como parte de la instalaciĂłn brindaremos informaciĂłn sobre el sistema fotovoltaico de conexiĂłn a red, su funcionamiento es posible gracias a los mĂłdulos donde la energĂa solar se convierte en energĂa elĂŠctrica de corriente directa la cual no se puede utilizar en las mĂĄquinas, si no estĂĄ transformada a corriente alterna, es aquĂ donde cumple su funciĂłn el inversor el cual es como si estuvieran conectadas a la red local. TambiĂŠn se pueden tener controladores de cargas que regulan el proceso de acumulaciĂłn de energĂa y un banco de baterĂas que permita el almacenamiento y distribuciĂłn en casos de ausencia de sol o cuando se desee confeccionar las mascarillas por la noche. ComĂşnmente se puede distinguir entre sistema fotovoltaico de conexiĂłn a red instalados sobre suelo y en edificaciĂłn. En los instalados sobre suelo se encuentran los sistemas estĂĄticos, que tiene una inclinaciĂłn y una orientaciĂłn fija y tambiĂŠn los sistemas de seguimiento, la cual pueden variar la posiciĂłn del generador a lo largo de todo el dĂa, para que maximice la radiaciĂłn efectiva incidente. En los instalados sobre edificaciĂłn se puede diferenciar frecuentemente los sistemas segĂşn el grado de integraciĂłn del sistema con el edificio
Este sistema será instalado sobre el suelo ya que se gasta menos material y su trabajo es óptimo, más en lugares como valles o ciudades sin muchos edificios, como es en este caso. Para la instalación que se realizara se utiliza los siguientes componentes eléctricos: módulos fotovoltaicos, regulador de carga, acumulador e inversor; los cuales seguidamente describiremos. Módulos fotovoltaicos, se componen de celdas, llamadas células fotovoltaicas, que generan un campo eléctrico que producirá corriente eléctrica; cada célula es capaz de ofrecer una tensión de 0,5v y una potencia eléctrica alrededor de 3w a 4w, este valor depende de la superficie que mida la célula y existen tres tipos de módulos fotovoltaicos, estos son: Monocristalinos, policristalinos, amorfos. (figura 3) Dichos paneles están constituidos por diferentes partes cómo: Cristal de vidrio templado, células de alto rendimiento, marco de aluminio pintado y caja de conexiones. (figura4) Regulador de carga, es un dispositivo necesario en la instalación solar ya que se encarga de controlar la entrada de las baterías y la energía generada del panel fotovoltaico. Acumulador, es el conjunto de todas las baterías, Este se encarga de acumular la energía eléctrica generada por el sistema. Este tipo de acumuladores que suelen ser de gran tamaño son los que tienen la capacidad de suministrar energía en cualquier momento y así el taller funcione las 8 horas requeridas, pudiendo trabajar en el día o por la noche sin ningún problema. Los acumuladores eléctricos se fabrican con plomo ácido o en sistemas de ion-litio y suelen tener una gran capacidad de almacenamiento de energía. Inversor, cumple la función de transformar la corriente continua que produce el sistema fotovoltaico convirtiéndola a corriente alterna para que puedan conectarse las máquinas y funcionen correctamente.
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Para poder realizar la instalación en la casa es muy necesario poder comprender el esquema del sistema, pues este nos ayudara en el proceso de instalación de forma correcta. (Figura5) Paso 1, la ubicación es lo primordial, debemos ubicarlo en un lugar libre de sombras de árboles, casas o demás que le impidan poder recibir los rayos solares, también busca instalar los demás componentes del sistema en un lugar muy seguro. por otro lado, debemos tener en cuenta el espacio para poder hacer mantenimiento, tiene que ser un lugar visible y accesible para las personas de la casa. Paso 2, aquí veremos los procedimientos para la instalación la cual se inicia colocando el panel solar de 12v (figura.6) en el techo, al momento de colocarlo debemos tener mucho cuidado de no dañarlo con los pernos y ver que este bien fijado, ya que en situaciones de mucho viento estos pueden desprenderse y salir volando. Al conectar los cables del panel en esta instalación se utilizará cables estándares 14 en rojo para positivo y para el negativo color negro, asegurarse que el cable tenga la longitud muy suficiente para que pueda llegar al controlador de carga, debemos pelar el cable con el alicate, luego debemos quitar la tapa de la caja que se encuentra en la parte superior de atrás, también se debe identificar el polo positivo y como el negativo. Instalar el regulador de carga, este se encargará de poder distribuir la energía de forma estable, también se debe de fijar en el tablero y para poder colocarlo se debe ubicar dejando regular espacio para que se pueda hacer el cableado, se debe colocar en el tablero y ajustarlo. Instalar las baterías: debemos seleccionar la ubicación de donde será puesta debe de ser en un lugar que no le puedan llegar los rayos del sol, también para lo mejor de la batería se tiene que poner en una caja de madera para que no pueda hacer contacto con la tierra y podemos evitar su descarga, luego la debemos conectarla al controlador de carga.
Conexión del panel al regulador, primero se conecta el polo negativo luego el polo positivo. Paso 3, verificar si funciona correctamente el sistema fotovoltaico, primero verificar el voltaje de las baterías, también verificar el funcionamiento de todos los equipos desde el regulador, el funcionamiento del panel, y por ultimo verificar si hay alguna falla Paso 4, por ultimo verificar la operatividad del sistema conectando las máquinas de coser para ver su funcionamiento por el día, y esperar que las baterías se carguen para poder verificar el funcionamiento en la noche o días sin mucha presencia de sol. Sistema de seguridad, de suma importancia ahora hay que tener en cuenta que en todo circuito necesitamos de protección tanto para la casa como para los habitantes. Bien sabemos que el circuito genera corriente eléctrica y esta afecta al ser humano dependiendo de muchos factores, entre algunos de ellos está la duración de exposición y la intensidad de corriente. 10 mA no generan efecto dañino al ser humano solo se sienten como “calambres”, por otro lado, por encima de los 500 mA puede generar adormecimiento o fibrilación muscular. La resistencia depende mucho del estado de piel, la sudoración, el estado físico y la presión. Se dice que no es homogénea, ya que cada parte del cuerpo presenta valores muy diferentes. Además, la frecuencia eléctrica es uno de los factores a tener en cuenta, así la corriente continua es mucho menos peligrosa que la alterna convencional, pero también se puede producir electrólisis de la sangre. su umbral de percepción se coloca en 2m A y su umbral de control muscular de 75m A. por lo consiguiente la alterna convencional tiene su umbral de percepción en 0,5m A y el umbral de control muscular en 15m A. Estos efectos son causados también por la trayectoria que sigue la corriente al atravesar el cuerpo pudiendo así tocar órganos vitales ya que esta trayectoria 7
siempre toma la más corta o menor resistencia dependiendo así de los puntos o partes del cuerpo en los que toque la corriente, estos efectos dependen también de la edad, el sexo, el estado físico, la fatiga o el temor, tendremos en cuenta protección para la corriente alterna y la implementación de puesta a tierra. Protección A/C, Necesariamente se colocará un interruptor principal. Las labores de mantenimiento obligan a poder incluir un segundo magnetotérrmico omnipolar este protegerá la instalación de las sobrecargas y cortocircuitos, este segundo magnetotérrmico actuará antes que el interruptor general, además con el fin de dar cierta independencia a las líneas propias de cada inversor, se suelen incluir un solo interruptor magnetotérrmico de menor corriente para cada inversor. Puesta a tierra, el sistema de puesta a tierra o conexión a tierra es el sistema de protección que protegerá a los habitantes del hogar cuando se pongan en contacto con algún aparato electrizado por alguna falla en su interior en lo cual el sistema a tierra hace que se disminuya el riesgo de en una descarga eléctrica. El sistema de puesta a tierra funciona a través de un tercer cable incorporado en los enchufes o aparatos electrodomésticos a este cable recibe el nombre de tercer conductor, presente en aparatos electrodomésticos. Una de las principales misiones de sistema de conexión a tierra es disminuir la tensión de fugas durante un contacto indirecto además otra de las misiones de este es disminuir el riesgo de una descarga eléctrica y proteger las máquinas de coser ya que si se llegasen a dañar el taller se quedaría sin poder seguir confeccionando dichas mascarillas y por ende se quedarían sin empleo o ingresos económicos.
III. CONCLUSIÓN Como conclusión de lo expuesto en el informe, llegamos a conocer más sobre la energía solar la cual es saludable para el medio ambiente y para la economía del usuario, pudiendo reducir el uso del petróleo en la fabricación de energía y en la obtención de ingresos a largo plazo. Los componentes del sistema son variados, pero todos cumplen con la misma función que es suministrar de energía al hogar y entre ellos tenemos paneles solares, controlador de carga, acumulador e inversor. Asimismo, tenemos noción de los protocolos y sistemas de seguridad que son necesarios para mantener el bienestar del hogar y de la familia
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REFERENCIAS ANTÓN Hernández, I. Métodos Y Equipos Para La Caracterización De Sistemas Fotovoltaicos de Concentración [en línea]. Tesis doctoral. Universidad Politécnica de Madrid, 2004. [fecha de consulta: 06 de junio de 2020]. Disponible en: http://oa.upm.es/25/1/09200401.pdf COLEGIO OFICIAL DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN. Energía Solar Fotovoltaica [en línea]. 1.a ed. Madrid: Ibergraphi, 2002 [fecha de consulta: 04 de junio de 2020]. Disponible en: https://www.coit.es/file/4245/download?token=F3kPOsFh ISBN:978-84-935049-6-0 COLLADO Fernández, Eduardo. Energía solar fotovoltaica, competitividad y evaluación económica, comparativa y modelos [en línea]. Tesis Doctoral. Universidad Nacional de Educación a Distancia, Cuenca, 2009. [Consultado 05 de junio de 2020]. Disponible
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https://www.soltuyo.com/libros/esf_imgr-051tco-4.pdf. ISBN: 978-84-95693-72-3 UZQUIANO Camilo, SULLIVAN Mike y SANDY Ximena. Capacitación e instalación de sistemas fotovoltaicos en las comunidades de Carmen del Emero y Yolosan [en línea]. 1.a ed. Bolivia: Artes Gráficas Sagitario S.R.L., 2015 [fecha de consulta: 04 de junio de 2020].
Disponible
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http://energiayambienteandina.net/pdf/WCS%20-
%20CAPACITACI%C3%92N%20E%20INSTALACI%C3%92N%20DE%20SISTEM AS%20FOTOVOLTAICOS.pdf
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ANEXOS
Figura1. Motor de la máquina de confección.
Fuente: CHM motors.
Figura2: Mapa de radiación solar en la Libertad – Perú Ascope
Ascope
Ascope
Ascope
Fuente: Delta volt.
Figura3. Tipos de paneles
Fuente: trictec-inventos.cl
Figura4. Partes de la celda fotovoltaica
Fuente: trictec-inventos.cl
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Figura5.Esquema de instalaciĂłn
Generador Inversor
Regulador de carga
Acumulador
Fuente: SlideShare, Ramos Mansilla Juan.
Figura6. paneles fotovoltaicos de 12 v colocados en el techo.
Fuente: AutoSolar PerĂş.