5.5 Experimental Results and Summary
5.5.5 Summary
Energía promedio diaria y máxima demanda de energía en el caserío Chenten.
Es necesario proyectar la población actual para un horizonte de 20 años, para lo cual es necesario determinar la tasa de crecimiento tal como se muestra a continuación:
Tabla N° 9: taza de crecimiento para el departamento de Cajamarca73
De la Tabla N° 10, se obtiene el valor promedio para el departamento de Cajamarca obteniendo un valor de 1,20 %; el cual será considerado aplicable para el caserío Chenten.
𝑷
𝟐𝟎= 𝑷
𝟎(𝟏 + 𝒊)
𝒏… (𝟏)
pág. 110
Utilizando la ecuación (1) Donde:
Po: Población actual (200 habitantes);
P20: Población proyectada al año 20
i: Taza de crecimiento poblacional (1,20%) Reemplazando los datos obtenemos:
𝑷
𝟐𝟎= 𝟐𝟎𝟎𝒙(𝟏 + 𝟎, 𝟎𝟏𝟐)
𝟐𝟎= 𝟐𝟓𝟑, 𝟖𝟗 ≈ 𝟐𝟓𝟒 𝒑𝒆𝒓𝒔𝒐𝒏𝒂𝒔
Ahora proyectemos el número de viviendas considerando que el número de habitantes por vivienda permanece en el tiempo , entonces aplicando la siguiente ecuación :
𝑽𝒊𝒗𝒊𝒆𝒏𝒅𝒂𝒔 𝟐𝟎= 𝑽𝒊𝒗𝒊𝒆𝒏𝒅𝒂𝒔𝟎𝒙 (𝑯𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔𝟐𝟎
𝑯𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔𝟎) . . (𝟐)
N° de viviendas actuales (44 viviendas) Remplazando datos tenemos lo siguiente:
𝑽𝒊𝒗𝒊𝒗𝒆𝒏𝒅𝒂
𝟐𝟎= 𝟒𝟒𝒙 (𝟐𝟓𝟒
𝟐𝟎𝟎) = 𝟓𝟓, 𝟖𝟖 ≈ 𝟓𝟔 𝒗𝒊𝒗𝒆𝒏𝒅𝒂𝒔
De las entrevistas realizadas podemos resumir el número de artefactos comunes
pág. 111
Tabla N° 10: Energía promedio diario para las unidades de vivienda74 del
caserío Chenten
Equipo eléctrico
Cantidad Potencia(W) Potencia total(W) Horas por día(h) Energía (kW.h) Televisor 1 60 60 4 240 Computadora portátil 1 60 60 4 240 Lámparas 3 9 27 4 108 Carga de celular 2 10 20 1 20 Radio 1 20 20 6 120 187 728
sub Total Para 56 viviendas 10 472 40 768
sub Total alumbrado75 60 240
TOTAL 10 532 41 008
Entonces la energía promedio diaria para el caserío Chenten es de 41 008,00 Wh y la potencia instalada es de 10 532 W
Residuos orgánicos e irradiación solar en el caserío Chenten.
Residuos orgánicos
Los residuos orgánicos que se consideran es el estiércol de ganado vacuno, ya que los pobladores se dedican a la ganadería. Las unidades productivas son 42 vacas grandes, 20 toros medianos, 8 vaquillonas y 12 terneros todo esto produce un volumen de materia orgánica de 780 kg/día, tal como se muestra en la siguiente Tabla N° 12.
74 Fuente: elaboración propia del autor
pág. 112
Tabla N° 11: masa de estiércol vacuno diario
Tamaño Cantidad de
estiércol
(kg/día)76
N° Animales Masa de estiércol
(kg)/día Grande 12 42 504 Mediano 9 20 180 Pequeño 6 8 48 Ternero 4 12 48 Total SUBTOTALES 82 780
Fuente: elaboración propia del autor
Irradiación solar
Del atlas solar de Perú (ANEXO 01) se observa que la irradiación varía entre
4,5 kWh/m2/día y 5,0 kWh/m2/día, consideramos el promedio= 4,75 kWh/m2/día
NASA
A partir de la página https://power.larc.nasa.gov/ , con los datos de latitud y
longitud del caserío se pueden obtener los datos de irradiación solar promedio mensual
pág. 113
Tabla N° 12: Irradiación solar según la NASA77
mes Irradiación solar
(kW.h/m2/día) Enero 4,82 Febrero 4,61 Marzo 4,88 Abril 4,71 Mayo 4,93 Junio 4,93 Julio 5,06 Agosto 5,46 Septiembre 5,76 Octubre 5,86 Noviembre 5,37 Diciembre 5,17
De la Tabla N° 12 se observa el mes critico es el mes de febrero con un valor
de 4,61 kWh/m2/día
Dimensionamiento del sistema de generación eléctrica con biogás
La masa de estiércol es de 780 kg, entonces la cantidad de biogás que se puede obtener 𝐵𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 (𝑚3) = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙(𝑘𝑔)𝑥 (0,035 𝑚 3𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 1 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙) . . (3) Reemplazando tenemos: 𝐵𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 (𝑚3) = (780 𝑘𝑔)𝑥 (0,035 𝑚 3𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 1 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙) = 27,3 𝑚 3 77 https://power.larc.nasa.gov/downloads/POWER_SinglePoint_Climatology_06d45S_78d94W_f387896c.txt
pág. 114
Energía eléctrica producida
Considerando que la producción del generador aproximadamente es de78
1kWh de energía eléctrica producido por 0,65 m3 de biogás; con pérdidas en
tuberías nos da el 80 % y considerando un factor de 0,7 debido a que la producción de biogás no es uniforme, obtenemos que la energía promedio diaria que se obtiene del estiércol es de 23,52 kW.h
Grupo electrógeno a biogás
La energía suministrada es de 23,52 kW.h, considerando 10 horas de
funcionamiento. Ahora según las recomendaciones79:
El grupo electrógeno será diseñado para un 10% hasta 35% de potencia adicional, con el fin que el generador trabaje dentro del entorno de potencia continua y no el de potencia de emergencia. Entonces la potencia del grupo electrógeno a utilizarse debe ser de 3 kW.
Dimensionamiento del biodigestor
En esta investigación se propone un biodigestor de cúpula fija el cual tiene una vida útil promedio de 20 años.
De acuerdo con el libro de diseño y construcción de plantas de biogás
sencilla80 la relación entre la masa de estiércol y la masa de agua es 1:1.
78 (Rojas Romero 2019)
79https://www.comercturro.com/blog/construccion/como-calcular-la-potencia-que-necesitamos-en-un-
grupo-electrogeno.html
pág. 115
El biodigestor está conformado por tres partes fundamentales: cónica, cilíndrica y esférica, las ecuaciones que se utilizan para el dimensionamiento
son las siguientes81:
Se calcula el radio del volumen predefinido
𝑅 = √ 𝑉𝐵 1,121. 𝝅
3
… (4)
Se calcula la unidad en metros (U)
𝑈 =𝑅(𝑚) 4 … (5)
pág. 116
Figura N° 35: biodigestor de cúpula fija82
pág. 117
Se determina el resto de los parámetros del volumen del reactor 𝑽𝑩𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓
Cálculo de las proporciones:
Radio de la cúpula: 𝑅𝐶 = 5𝑥𝑈 … (6)
Diámetro del cilindro: 𝐷 = 8𝑥𝑈 … (7)
Altura de la cúpula ℎ𝑐 = 2𝑥𝑈. . (8)
Altura de la pared ℎ𝑝 = 3𝑥𝑈 … (9)
Altura del cono base ℎ𝑡 = 0,15𝑥𝐷 … . (10)
Volúmenes parciales: 𝑉1 = 𝐶𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 (𝑚3) = 𝜋 ∗ 𝑅2∗ ℎ𝑃… (11) 𝑉2 = 𝑠𝑒𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑜 (𝑚3) =𝜋 ∗ ℎ𝑐 6 (3 ∗ 𝑅 2+ ℎ 𝑐 2) … (12) 𝑉3 = 𝐶𝑜𝑛𝑜 𝑏𝑎𝑠𝑒 (𝑚3) = 𝜋 ∗ 𝑅2∗ℎ𝑡 3 … (13)
Volumen del biodigestor:
𝑽𝑩 = 𝑹𝟑. 𝝅. 𝟏, 𝟏𝟐𝟏 = 𝑉𝑡𝑜𝑡 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 … . (𝟏𝟒)
Tabla N° 13: Calculo del volumen del biodigestor83
masa de estiércol 780 kg
masa de agua 780 kg
tiempo de retención 30 días
volumen del biodigestor
60,54 m3
Donde el volumen del biodigestor se calculó con las siguientes ecuaciones
𝑉𝑜𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑖𝑜𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑜𝑟 (𝑚3) = (𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙 𝜌𝑒𝑠𝑡𝑖𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙 +𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 ) 𝑥𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛. . (15)
pág. 118 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 (𝒎𝟑⁄𝒅𝒊𝒂) = (780 𝑘𝑔 630𝑚3𝑘𝑔 + 780 𝑘𝑔 1000𝑚3𝑘𝑔 ) 𝑥30 = 60,54 𝑚3
Tabla N° 14: Dimensiones del biodigestor84
R= 2,58 m
Unidad= 0,65
Radio de la cúpula= 3,25 m
Diámetro del cilindro= 5,2 m
Altura de la cúpula= 1,3 m
altura de pared= 1,95 m
altura del cono base= 0,78 m
Dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico
Del ítem 5.1 se ha obtenido que la energía promedio diaria es de 41,008 kW.h del Ítem 5.2 la energía que puede proporcionar el estiércol de los vacunos es de 23,53 kW.h entonces la energía que debe proporcionar el sistema fotovoltaico es de 17,478 kW.h
Cálculo del generador fotovoltaico
Para el cálculo del generador fotovoltaico se considera las pérdidas ocasionadas en el inversor, controlador, batería de acumuladores, pérdidas de potencia por efecto joule en los conductores, no trabajar en el punto de máxima potencia de los módulos fotovoltaicos, etc. Se considera un rendimiento global (F) de: 0,76.
𝑬𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂= =𝑬𝒆𝒏𝒕𝒓𝒆𝒈𝒂 𝒂 𝒍𝒂 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂
𝑭 . . (𝟏𝟔)
pág. 119
Donde F: rendimiento global
𝑭 = 𝟏 − [𝒇
𝒂𝒙𝑵
𝒑
𝒅] − 𝒇
𝒃− 𝒇
𝒊− 𝒇
𝒋… (𝟏𝟕)
Se consideran los siguientes valores para los factores de pérdida de
𝑓𝑎: Fracción de energía perdida por auto-descarga =0,005
𝑓𝑏: Factor de pérdidas debido al a eficiencia de la batería=0,05
𝑓𝑖: Factor de pérdidas debido a la eficiencia del inversor=0,13
𝑓𝑗: Factor de pérdidas global debido al calentamiento conexiones,
etc.=0,05
𝑃𝑑: Profundidad de descarga máxima de las baterías=0,7
𝑁: Días de autonomía del banco de baterías
Reemplazando obtenemos que F= 0,76
Luego la potencia pico del generador fotovoltaico debe ser de:
𝑷𝒐𝒕 𝒅𝒆𝒍 𝒈𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 𝒇𝒐𝒕𝒐𝒗𝒐𝒍𝒕𝒂𝒊𝒄𝒐(𝒌𝑾𝒑) =𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊𝒂 𝒇𝒐𝒕𝒐𝒗𝒐𝒍𝒕𝒂𝒊𝒄𝒂
𝟎, 𝟕𝟔𝒙𝑯𝑺𝑷 . . (𝟏𝟖)
𝑷𝒐𝒕 𝒅𝒆𝒍 𝒈𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 𝒇𝒐𝒕𝒐𝒗𝒐𝒍𝒕𝒂𝒊𝒄𝒐(𝑾𝒑) =𝟏𝟕 𝟒𝟕𝟖 𝑾. 𝒉
𝟎, 𝟕𝟔𝒙𝟒, 𝟔𝟏 = 𝟒 𝟗𝟖𝟖, 𝟓𝟖 𝑾𝒑
Número de paneles fotovoltaicos
Se propone eluso de paneles de la marca SIMAX de 190 Wp, 24 V (ver
pág. 120
Tabla N° 15: Características eléctricas de los paneles fotovoltaicos85
pág. 121 Entonces: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑖𝑐𝑜 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 . . (19) 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 =4 988,58 𝑊𝑝 190 𝑊𝑝 = 26,26 ≈ 27
La tensión del sistema en CD se considerará 48 V; entonces el número de paneles en serie será de:
𝑵𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔−𝒔𝒆𝒓𝒊𝒆= 𝟒𝟖 𝟐𝟒⁄ = 𝟐
El número de ramas de módulos fotovoltaicos en paralelo
𝑵𝒓𝒂𝒎𝒂𝒔 𝒆𝒏 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐 = 𝟐𝟖 𝟐⁄ = 𝟏𝟒
Cálculo del banco de baterías
La capacidad del banco de baterías se calcula con la siguiente ecuación
𝑪𝒃𝒂𝒕 = (𝑵𝒂𝒖𝒕𝒐𝒏𝒐𝒎𝒊𝒂 𝒙 𝑬𝒆𝒏𝒕𝒓𝒆𝒈𝒂𝒅𝒐 𝒂 𝒍𝒂 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂)/ (𝑷𝑫 x 𝑽𝑻). . (𝟐𝟎)
Donde:
𝑪𝒃𝒂𝒕 = Capacidad mínima del banco de baterías, expresada en Ah.
𝑵𝒂𝒖𝒕𝒐𝒏𝒐𝒎𝒊𝒂 = Número de días de autonomía =2.
𝑷𝑫 = Profundidad de descarga de la batería =0,7.
𝑽𝑻 = 48 V.
pág. 122 𝐶𝑏𝑎𝑡 =
(2 𝑥 17 478)
0,7𝑥48 = 1 040,36 𝐴. ℎ
Proponemos el uso de baterías ROLLS de 503 A.h, 12 V (ANEXO 03)
El número de baterías que deben conectarse en serie:
𝑵 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔−𝒔𝒆𝒓𝒊𝒆 =48
12= 4 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠
El número de baterías que deben conectarse enparalelo
𝑵𝒓𝒂𝒎𝒂𝒔 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂−𝒑𝒂𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐. = 𝑪𝑩𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔 / 𝑪𝒃𝒂𝒕.… (𝟐𝟏)
𝑪𝒃𝒂𝒕. = Capacidad individual de una batería (Ah).
𝑁𝑃 𝑏𝑎𝑡. = 1 040,36/ 503 𝑁𝑃 𝑏𝑎𝑡. = 2,06 ≈ 2
Luego el número total de baterías es de 8
Cálculo del controlador
Para seleccionar el controlador hay que considerar la corriente máxima que circulará en el generador fotovoltaico el cual se calcula con la siguiente ecuación:
pág. 123
a) Por corriente eléctrica
Usando la ecuación
𝑰𝒎𝒊𝒏𝒊𝒎𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓 = 𝟏, 𝟐𝟓𝒙𝑰𝑪𝒐𝒓𝒕𝒐𝒄𝒊𝒓𝒄𝒖𝒕𝒊𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍 x 𝑵𝒓𝒂𝒎𝒂𝒔−𝒑𝒂𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐… . (𝟐𝟐)
Reemplazando datos obtenemos lo siguiente:
𝑰𝒎𝒊𝒏𝒊𝒎𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓 = 𝟏, 𝟐𝟓𝒙𝟓, 𝟓𝟐𝒙𝟏𝟒 = 𝟗𝟔, 𝟔𝟎 𝑨
b) Por tensión máxima
Los paneles fotovoltaicos tienen una tensión máxima que ocurre en circuito abierto y es a esta tensión que el controlador estará sometido y cuyo valor se obtiene de la ecuación (31).
𝑽 𝒎𝒂𝒙−𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝟏, 𝟐𝟓𝒙𝑽𝑶𝑪 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍 x 𝑵𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔−𝒔𝒆𝒓𝒊𝒆… (𝟐𝟑)
Donde:
𝑽 𝒎𝒂𝒙−𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 = Voltaje máx. Que debe soportar el regulador (V).
𝑽𝑶𝑪 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍 = Voltaje de circuito abierto (V).
𝑵𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔−𝒔𝒆𝒓𝒊𝒆 = Número de módulos conectados en serie.
𝑽 𝒎𝒂𝒙−𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝟏, 𝟐𝟓𝒙𝟒𝟒, 𝟓𝒙𝟐 = 𝟏𝟏𝟏, 𝟐𝟓 𝑽
Entonces se considerará trabajar con controladores de la marca VICTRON ENERGY 150/60
pág. 124
Figura N° 36: Controlador86 VICTRON ENERGY 150/60
El número de reguladores a utilizar se calcula dividiendo la corriente mínima necesaria para el regulador (96, 60 A) y la corriente eléctrica del regulador propuesto (60 A), tal como se muestra a continuación:
𝑵𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓𝒆𝒔 = 𝟗𝟔, 𝟔𝟎 / 𝟔𝟎 = 𝟏, 𝟔𝟏 ≈ 𝟐
El número de ramas de paneles fotovoltaicos que se conectaran a cada regulador se calcula con la ecuación (24):
𝑵𝒓𝒂𝒎𝒂𝒔 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓=𝑵𝒓𝒂𝒎𝒂𝒔 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 /𝑵𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓𝒆𝒔 (𝟐𝟒)
Reemplazando obtenemos lo siguiente:
𝑵𝒓𝒂𝒎𝒂𝒔 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓=𝟏𝟒/𝟐 = 𝟕
pág. 125
Tabla N° 16: Características del controlador87 150/60
Comprobación
Como son 2 controladores los que se van a utilizar, y cada controlador va a ir conectado a 7 ramas de paneles fotovoltaicos, hay que comprobar que el regulador cumple con las exigencias del generador fotovoltaico
Para el caso de la tensión de circuito abierto: Se obtuvo que la tensión máxima a circuito abierto es de 111,25 V , de la tabla N° 16 : la tensión máxima del regulador es de 150 V por lo que 111,25 V<150 V (Ok)
La potencia para el regulador es de 3 440 W, según la Tabla N°16; ahora la potencia de los 14 módulos fotovoltaicos es de:
14x190=2 660 W < 3 440 W, (Ok).
pág. 126
Entonces concluimos que se usarán:
Cálculo del inversor
Para el dimensionamiento del inversor usaremos la siguiente ecuación
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 =𝑴𝒂𝒙𝒊𝒎𝒂 𝒅𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂
𝒆𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 … (𝟐𝟓)
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 = 𝟒 𝟗𝟖𝟖, 𝟓𝟖 𝑾
𝟎, 𝟖𝟓 = 𝟓 𝟖𝟔𝟖, 𝟗𝟐 𝑾
Angulo óptimo de inclinación:
El ángulo de inclinación óptimo de los paneles fotovoltaicos fijos se calcula con la siguiente ecuación
𝜷𝒐𝒑𝒕= 𝟑, 𝟕 + (𝟎, 𝟔𝟗 × |−𝑳𝒂𝒕𝒊𝒕𝒖𝒅|) … (𝟐𝟔)
Sabiendo que la latitud es de Latitud: --6.45498333333
Luego, el ángulo óptimo es de 8,15°, consideraremos 15° con la finalidad de evitar la acumulación de polvo humedad.
𝑺𝒆 𝒖𝒔𝒂𝒓𝒂 𝟏 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 𝑴𝒖𝒔𝒕 𝑺𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒅𝒆 𝟔 𝒌𝑾
pág. 127
Figura N° 37: sistema biogás-fotovoltaico88
pág. 128
Dimensionamiento del sistema de distribución en 220 V
La norma (RD031-2003-EM 2003) establece que la caída máxima de tensión en la red secundaria es de 7,0 % de la tensión nominal.
En la red de distribución secundaria se ha considerado usar el conductor 2x16/25 y 1x16/25
Cálculos eléctricos
Máxima caída de tensión permisible
El conductor eléctrico propuesto debe cumplir dos criterios, debe tener una capacidad de corriente mayor que la que requiere la carga y la caída máxima de tensión entre la subestación de distribución y el extremo terminal más alejado de la red no deberá exceder el 7,0 % de la tensión nominal.
Para la caída de tensión usaremos la siguiente ecuación:
𝜟𝑽 = 𝑲𝒙𝑳𝒙𝑰𝒙𝟏𝟎
−𝟑… (𝟐𝟕)
Donde:
I = Corriente eléctrica que recorre el circuito, en A L = Longitud del tramo, en m
K = Factor de caída de tensión Por capacidad de corriente
pág. 129
Por caída de tensión:
Tabla N° 17: Caída de tensión C-I
Servicio Particular Long. Tipo y Sección de F.C.T. V V % Punto N° Lotes CORRIENTE POT. I Cond. S.P. Total de [A] [ W ] [ A ] [ m ] [mm²] [V/A-km] [ V ] [ V ] V 1 0,0 0,0 8,9 30,0 1X16+1X16/25 3,272 0,88 0,88 0,40% 2 1 0,4 93,5 8,9 47,4 1x16+N25 3,272 1,38 2,26 1,03% 3 0,0 0,0 8,5 47,6 1x16+N25 3,272 1,32 3,58 1,63% 4 1 0,4 93,5 8,5 48,2 1x16+N25 3,272 1,34 4,92 2,24% 5 0,0 0,0 8,1 48,2 1x16+N25 3,272 1,27 6,20 2,82% 6 1 0,4 93,5 8,1 48,2 1x16+N25 3,272 1,27 7,47 3,40% 7 0,0 0,0 7,7 48,6 1x16+N25 3,272 1,22 8,69 3,95% 8 7 3,0 654,5 7,7 48,8 1x16+N25 3,272 1,22 9,91 4,50% 9 0,0 0,0 4,7 49,5 1x16+N25 3,272 0,76 10,67 4,85% 10 4 1,7 374,0 4,7 49,9 1x16+N25 3,272 0,76 11,43 5,20% 11 2 0,9 187,0 3,0 49,6 1x16+N25 3,272 0,48 11,91 5,41% 12 1 0,4 93,5 2,1 56,3 1x16+N25 3,272 0,39 12,30 5,59% 13 2 0,9 187,0 1,7 55,0 1x16+N25 3,272 0,31 12,61 5,73% 14 2 0,9 187,0 0,9 55,1 1x16+N25 3,272 0,15 12,76 5,80% 15 0,0 0,0 1,7 50,6 1x16+N25 3,272 0,28 10,19 4,63% 16 2 0,9 187,0 1,7 52,9 1x16+N25 3,272 0,29 10,49 4,77% 17 0,0 0,0 0,9 51,3 1x16+N25 3,272 0,14 10,63 4,83% 18 2 0,9 187,0 0,9 47,9 1x16+N25 3,272 0,13 10,76 4,89% 19 2 0,9 187,0 1,7 55,2 1x16+N25 3,272 0,31 10,22 4,64% 20 0,0 0,0 0,9 58,2 1x16+N25 3,272 0,16 10,38 4,72% 21 1 0,4 93,5 0,9 58,9 1x16+N25 3,272 0,16 10,54 4,79% 22 1 0,4 93,5 0,4 57,8 1x16+N25 3,272 0,08 11,51 5,23% 23 1 0,4 93,5 0,9 55,8 1x16+N25 3,272 0,16 11,67 5,30% 24 1 0,4 93,5 0,4 69,8 1x16+N25 3,272 0,10 11,76 5,35%
pág. 130
Figura N° 38: Diagrama de carga C-I Fuente: elaboración propia del autor
pág. 131
Figura N° 39: Diagrama de carga C-II Fuente: elaboración propia del autor
pág. 132
Tabla N° 18: Caída de tensión del C-II
Servicio Particular Long. Tipo y Sección de F.C.T. V V % Punto N° Lotes CORRIENTE POT. I Cond. S.P. Total de [A] [ W ] [ A ] [ m ] [mm²] [V/A-km] [ V ] [ V ] V 25 0,0 0,0 10,2 30,0 1x16+N25 3,272 1,00 1,00 0,46% 26 0,0 0,0 10,2 45,3 1x16+N25 3,272 1,51 2,51 1,14% 27 2 0,9 187,0 10,2 45,1 1x16+N25 3,272 1,51 4,02 1,83% 28 5 2,1 467,5 9,4 45,1 1x16+N25 3,272 1,38 5,40 2,45% 35 1 0,4 93,5 7,2 51,4 1x16+N25 3,272 1,22 6,61 3,01% 36 0,0 0,0 6,8 51,7 1x16+N25 3,272 1,15 7,76 3,53% 37 2 0,9 187,0 6,8 51,6 1x16+N25 3,272 1,15 8,91 4,05% 38 7 3,0 654,5 6,0 48,9 1x16+N25 3,272 0,95 9,86 4,48% 42 0,0 0,0 3,0 49,1 1x16+N25 3,272 0,48 10,34 4,70% 43 4 1,7 374,0 3,0 50,6 1x16+N25 3,272 0,49 10,83 4,92% 44 0,0 0,0 1,3 50,5 1x16+N25 3,272 0,21 11,04 5,02% 45 1 0,4 93,5 1,3 53,3 1x16+N25 3,272 0,22 11,27 5,12% 46 0,0 0,0 0,9 51,2 1x16+N25 3,272 0,14 11,41 5,19% 47 2 0,9 187,0 0,9 47,8 1x16+N25 3,272 0,13 11,54 5,25% 29 0,0 0,0 2,1 46,7 1x16+N25 3,272 0,32 5,72 2,60% 30 1 0,4 93,5 2,1 48,4 1x16+N25 3,272 0,34 6,06 2,75% 31 1 0,4 93,5 1,7 46,9 1x16+N25 3,272 0,26 6,32 2,87% 32 1 0,4 93,5 1,3 48,4 1x16+N25 3,272 0,20 6,52 2,96% 33 0,0 0,0 0,9 49,1 1x16+N25 3,272 0,14 6,66 3,03% 34 2 0,9 187,0 0,9 48,5 1x16+N25 3,272 0,13 6,79 3,09% 39 1 0,4 93,5 2,6 56,5 1x16+N25 3,272 0,47 10,33 4,70% 40 2 0,9 187,0 2,1 56,1 1x16+N25 3,272 0,39 11,22 5,10% 41 3 1,3 280,5 1,3 54,9 1x16+N25 3,272 0,23 11,45 5,21% 48 0,0 0,0 0,0 51,9 1x16+N25 3,272 0,00 10,83 4,92% 49 1 0,4 93,5 0,4 52,4 1x16+N25 3,272 0,07 10,91 4,96% 50 2 0,9 187,0 0,9 51,3 1x16+N25 3,272 0,14 11,60 5,27%
Fuente: elaboración propia del autor
De la Tabla N° 19 y Tabla N° 20 la caída de tensión en los circuitos es menor del 7% por lo que el conductor propuesto cumple con lo establecido por la norma
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Hipótesis de estado
Para los cálculos mecánicos del conductor las hipótesis de estado se definen sobre la base de los factores meteorológicos, tal como se observa en la tabla N° 21.
Tabla N° 19: hipótesis para usar la ecuación de TRUXA
HIPÓTESIS N° 1: Condición de máximo esfuerzo
Temperatura: 5°C.
Velocidad de viento: 70 Km/h.
HIPÓTESIS N° 2: Condición de mayor duración (EDS)
Temperatura: Media anual (entre 15 y 25°C, salvo excepciones) 15° C.
Velocidad de viento: Nula.
HIPÓTESIS N°3: Condición de flecha máxima
Temperatura: 40°C.
Velocidad de viento: Nula.
Fuente: CNE
Esfuerzos mecánicos en el conductor portante
a) El esfuerzo del conductor portante de aleación de aluminio será en
todos los casos, de 52,3 N/mm², aproximadamente 18 % del esfuerzo de rotura del conductor.
b) El esfuerzo máximo del conductor no superará 176 N/mm².
c) Cuando, debido a la presencia de hielo, los esfuerzos en el conductor
portante sobrepasarán lo máximo establecido, consultor podrá adoptar un esfuerzo EDS menor a 52,3 N/mm².
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Consideraremos un vano básico de 60 m, debido a que ninguno de los vanos sobrepasa este valor
Tabla N° 20: Resultados de la ecuación de cambio de estado
Vano (m) 40 50 60 70 (Kg/mm²) 8,23 8,61 8,95 9,24 HIP. I f (m) 0,51 0,76 1,06 1,39 (Kg/mm²) 5,44 5,44 5,44 5,44 HIP. II f (m) 0,37 0,57 0,82 1,12 (Kg/mm²) 3,60 3,90 4,13 4,32 HIP. III f (m) 0,55 0,80 1,09 1,41
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Metrado y presupuesto
Metrado y presupuesto del sistema fotovoltaico
Tabla N° 21: valor referencial para el suministro de materiales para el sistema biomasa-fotovoltaico DESCRIPCIÓN COSTO/UNITARIO (S/.) COSTO (S/.) 28 PANELES SIMAX DE 190 WP 731,57 20 483,96 08 BATERÍAS ROLLS 503 -12 V 3 161,56 25 292,48 02 CONTROLADOR 150/60 2 440,29 4 880,58
01 INVERSOR MUST SOLAR DE 6 000 W
3 814,42 3 814,42
GASÓMETRO-REACTOR 6 000,00 6 000,00
FILTROS Y VÁLVULAS, BOMBA DE GAS
3 000,00 3000,00
GRUPO ELECTRÓGENO BIOGÁS DE 5 KW
6 716,30 6 716,30
TUBERÍAS Y ACCESORIOS 2 200,00 2 200,00
TOTAL, DEL SUMINISTRO 72 387,74
MONTAJE 7 238,77
TRANSPORTE 2 171,63
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Tabla N° 22: costo del sistema biogás- fotovoltaico
Fuente: Elaborado por el propio Autor
ITEM TOTAL
A PRESUPUESTO DE LA RED DE DISTRIBUCION 83 316,96