i

Aplicación de la herramienta de análisis multicriterio para la toma de decisiones en la

construcción de infraestructura civil en granjas fotovoltaicas

Henry Johan Ramírez Pereira

Trabajo de Grado presentado como requisito para optar el título de Magister en

Ingeniería Civil con énfasis en Construcciones

Director: Dr. Paul Andrés Manrique

Pontificia Universidad Javeriana Cali

Facultad de Ingeniería

Programa de Maestría en Ingeniería Civil con énfasis en Construcciones

Santiago de Cali

2018

ii

DEDICATORIA

Principalmente a Dios a quien le debo todo lo que soy y lo que puedo llegar a ser.

A mi madre Ludivia Pereira, por orar constantemente por mi bienestar.

A mi padre Humberto Ramírez, por su apoyo en momentos donde creía que no podía dar más.

A mi hermano Edwin Ramírez, por ser mi mentor, mi orgullo.

A todas las personas que de una u otra forma fueron participes para culminar esta etapa.

iii

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer muy especialmente a mi profesor el Dr. Paul Andrés Manrique, el apoyo

constante, su inestimable ayuda y guía durante mi permanencia en el equipo de Ingeniería

Fotovoltaica de la empresa CELSIA-EPSA y su valiosa dirección en la realización de la presente

tesis.

Al profesor Jairo Guerrero por sus orientaciones en análisis de decisiones siempre mesuradas y

de extenso contenido.

A la estadística Sandra Barreto, gerente de la empresa estadísticas a su alcance, por su asesoría

en técnicas de análisis multicriterio, vitales para el desarrollo y culminación de esta investigación.

A Freddy Bastidas a quien considero mi amigo, líder del equipo de instalaciones de

fotovoltaicas, por su apoyo, discernimiento y confianza para asumir retos.

A Gustavo González Líder del equipo de energía fotovoltaica, porque más allá de ser mi jefe,

es mi amigo.

Al Dr. Manuel Alejandro Rojas, director de la maestría en Ingeniería Civil de la Pontificia

Universidad Javeriana Cali, por su empeño en hacer nuestra alma mater una institución que

trascienda los límites geográficos.

A los profesores Francisco Muñoz y Luis Fernando Macea por sus recomendaciones para el

perfeccionamiento de este documento.

A CELSIA-EPSA, empresa de la cual me siento muy orgulloso de pertenecer y de quien aspiro

a través de mi profesión y formación conducirla a la más importante empresa de energías

renovables del país.

A mis compañeros de maestría Cindy, Carlos, Andrés, Lizeth, Cesar y Marcela por su amistad

y valioso apoyo.

iv

Tabla de Contenido

Pág.

1. Introducción ........................................................................................................................ 13

1.1 Importancia de la infraestructura civil en la construcción de granjas fotovoltaicas 13

1.2 Planteamiento del problema .......................................................................................... 14

1.3 Pregunta de investigación............................................................................................... 15

1.4 Justificación ..................................................................................................................... 15

1.5 Objetivos del proyecto .................................................................................................... 16

1.5.1 Objetivo general .............................................................................................................. 16

1.5.2 Objetivos específicos ....................................................................................................... 16

1.6 Estructura del Documento ............................................................................................. 16

2. Antecedentes ........................................................................................................................ 19

2.1 Marco Jurídico ...................................................................................................................... 23

3. Principios de la fundamentación teórica del análisis multicriterio .................................... 25

3.1 La decisión con apoyo cuantitativo ..................................................................................... 26

3.1.1 Modelos de análisis multicriterio simples ........................................................................ 26

3.1.2 Modelos de análisis multicriterio complejos.................................................................... 28

3.1.2.1 Ventajas de la metodología ............................................................................................ 31

4. Etapas del análisis multicriterio para la construcción de granjas fotovoltaicas ............... 33

4.1 Primera etapa del análisis multicriterio: Delimitar el contexto de decisión .................... 35

4.2 Segunda etapa del análisis multicriterio: Identificación de los hitos, actividades y

actores del desarrollo de infraestructura civil para la generación de una metodología de

construcción de granjas fotovoltaicas ....................................................................................... 36

4.2.1.1 Explanación y nivelación del terreno ............................................................................ 36

4.2.1.2 Cimentación de estructuras fotovoltaicas ..................................................................... 37

4.2.1.3 Infraestructura de conducto eléctrico ........................................................................... 39

4.2.1.4 Estructuras de montaje de módulos solares ................................................................. 39

4.2.1.5 Cerramientos de obra ..................................................................................................... 40

4.2.2 Identificación de los criterios de evaluación .................................................................... 40

4.2.2.1 Subcriterios de decisión en movimiento de tierras en contraste al aprovechamiento

del recurso solar .......................................................................................................................... 42

4.2.2.2 Subcriterios de decisión en selección de cimentación más eficiente (rentable) para el

soporte de las estructuras del módulo fotovoltaico. ................................................................. 44

v

4.2.2.3 Subcriterios de decisión en selección de estructura de montaje de paneles solares .. 47

4.2.2.4 Subcriterios de decisión en selección de mecanismo de conducto desde el arreglo

fotovoltaico hasta el inversor ..................................................................................................... 52

4.2.2.5 Subcriterios de decisión en selección de cerramiento de obra .................................... 57

4.3 Tercera etapa del análisis multicriterio: construcción de razonamientos de evaluación60

4.3.1 Enfoque de importancia relación costo- beneficio de movimiento de tierras en

contraste a la radiación solar ..................................................................................................... 61

4.3.2 Razonamiento de evaluación del movimiento de tierras ................................................ 63

4.3.3 Clasificación de relieves en relación con el movimiento de tierras ............................... 66

4.3.3.1 Potencial energético solar en Colombia ........................................................................ 68

4.3.3.2 Razonamiento de evaluación de selección de cimentación .......................................... 69

4.3.4 Razonamiento de evaluación de selección de estructura ................................................ 75

4.3.5 Razonamiento de evaluación de selección de conducto .................................................. 81

4.3.6 Razonamiento de evaluación de selección de cerramiento ............................................. 83

4.4 Cuarta etapa del análisis multicriterio: Análisis para la construcción de las funciones de

valor (delimitación de fronteras) ............................................................................................... 87

4.4.1 Cimentación -estructuras vida útil-contexto local colombiano ..................................... 88

4.4.2 Selección de cimentación -capacidad portante-selección de localización de granja-

contexto local colombiano. ......................................................................................................... 88

5. Construcción del proceso analítico jerárquico (AHP) para el proceso de construcción de

infraestructura civil en granjas fotovoltaicas ........................................................................... 92

5.1 Quinta etapa del análisis multicriterio: Ponderación de las escalas de evaluación ........ 99

5.1.1 Ponderación de las escalas de evaluación en términos de los objetivos fundamentales

....................................................................................................................................................... 99

5.2 Sexta etapa del análisis multicriterio: evaluación de las opciones ................................. 121

6. Integración del modelo jerárquico al software PriEst ...................................................... 122

6.1 Software PriEsT .................................................................................................................. 122

6.2 Implementación del modelo en el software PriEsT ......................................................... 123

7. Análisis de consistencia lógica del modelo jerárquico desarrollado ................................ 132

7.1 Desarrollo del análisis de consistencia lógica Caso: Tipo de cable-selección de conducto

..................................................................................................................................................... 133

8. Seguimiento y validación de especificaciones a partir de la aplicación de la herramienta

de análisis multicriterio, caso: Celsia Solar Yumbo .............................................................. 136

8.1 Generalidades Celsia Solar Yumbo ................................................................................... 136

8.2 Mano de obra local con conocimiento internacional ....................................................... 136

vi

8.3 Modelo de contratación EPC (Engineering, Procurement and Construction) ............. 137

8.4 Características de infraestructura civil para la construcción de granja fotovoltaica

Celsia Solar Yumbo .................................................................................................................. 138

9. Conclusiones .......................................................................................................................... 141

10. Recomendaciones ................................................................................................................ 143

11. Bibliografía .................................................................................................................... 144

12. ANEXOS ........................................................................................................................ 150

vii

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Clasificación de modelos según número, tipo de variable y cantidad de objetivos 26

Tabla 2 Estimación de coeficientes ............................................................................................ 30 Tabla 3 Delimitación del contexto de decisión (1) .................................................................... 35 Tabla 4 Delimitación del contexto de decisión (2) .................................................................... 36 Tabla 5 Tipos de cárcamo recomendados para conducto de sistema fotovoltaico ............... 54 Tabla 6 Dimensiones comerciales de tubería E.M.T Galvanizada ......................................... 55

Tabla 7 Movimiento de tierras en zonas determinadas para instalación de granjas

fotovoltaicas ................................................................................................................................. 67 Tabla 8 Radiación global en regiones prestablecidas del territorio Nacional ....................... 68

Tabla 9 Criterios de evaluación de cimentación de estructuras de paneles solares.............. 69 Tabla 10 Clasificación de suelos colindantes a subestaciones del sistema interconectado

Nacional ....................................................................................................................................... 71 Tabla 11 Vida útil de cimentación ............................................................................................. 73

Tabla 12 Tiempos de instalación (rendimientos) de cimentación para estructuras

fotovoltaicas ................................................................................................................................. 73 Tabla 13 Costo de estructuras de cimentación para granjas fotovoltaicas ........................... 75 Tabla 14 Criterios de evaluación de estructuras de paneles solares ...................................... 75

Tabla 15 Criterios de evaluación de conducto- conducción entre inversor y sistema

interconectado ............................................................................................................................. 81

Tabla 16 Criterios de evaluación cerramiento de granja fotovoltaica ................................... 83 Tabla 17 Uso de cimentaciones según localización geográfica................................................ 90

Tabla 18 Localización geográfica (Costo) -establecimiento de prioridades-escala de Saaty 99 Tabla 19 Selección de movimiento de tierras en función del costo....................................... 101 Tabla 20 Valle del cauca -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 101 Tabla 21 Contraste resultados movimiento de tierras departamento Valle del Cauca ...... 102

Tabla 22 Antioquia -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

..................................................................................................................................................... 102 Tabla 23 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Antioquia .......... 103

Tabla 24 Cundinamarca -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 103

Tabla 25 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Cundinamarca .. 104

Tabla 26 Atlántico -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

..................................................................................................................................................... 105 Tabla 27 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Atlántico ............ 105 Tabla 28 Santander -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

..................................................................................................................................................... 106 Tabla 29 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Santander .......... 107

Tabla 30 Criterios de selección de cimentación -establecimiento de prioridades-escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 108 Tabla 31 Capacidad del suelo -establecimiento de prioridades selección cimentación -escala

de Saaty ...................................................................................................................................... 108 Tabla 32 Dispon del recurso-establecimiento de prioridades selección cimentación -escala

de Saaty ...................................................................................................................................... 109

viii

Tabla 33 Vida útil -establecimiento de prioridades selección cimentación -escala de Saaty

..................................................................................................................................................... 110 Tabla 34 Velocidad de instalación -establecimiento de prioridades selección cimentación -

escala de Saaty ........................................................................................................................... 111 Tabla 35 Costo -Establecimiento de prioridades selección cimentación -escala de Saaty . 111 Tabla 36 Criterios de selección de conducto -establecimiento de prioridades-escala de Saaty

..................................................................................................................................................... 112 Tabla 37 Tipo de cable -establecimiento de prioridades selección de conducto -escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 113 Tabla 38 Conexión a estructura existente -establecimiento de prioridades selección de

conducto -escala de Saaty ......................................................................................................... 113

Tabla 39 Tránsito en la zona -Establecimiento de prioridades selección de conducto -escala

de Saaty ...................................................................................................................................... 114 Tabla 40 Topografía -establecimiento de prioridades selección de conducto -escala de Saaty

..................................................................................................................................................... 115

Tabla 41 Criterios de selección de estructura -establecimiento de prioridades-escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 115 Tabla 42 Ambiente corrosivo - establecimiento de prioridades selección de estructura -

escala de Saaty ........................................................................................................................... 116

Tabla 43 Ambiente no corrosivo - establecimiento de prioridades selección de estructura -

escala de Saaty ........................................................................................................................... 116

Tabla 44 Seguridad - establecimiento de prioridades selección de estructura -escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 117

Tabla 45 Oferta del sistema - establecimiento de prioridades selección de estructura -escala

de Saaty ...................................................................................................................................... 118 Tabla 46 Disponibilidad de área - establecimiento de prioridades selección de estructura -

escala de Saaty ........................................................................................................................... 118 Tabla 47 Criterios de selección de cerramiento -establecimiento de prioridades-escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 119 Tabla 48 Seguridad – establecimiento de prioridades selección de cerramiento -escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 119

Tabla 49 Rendimiento – establecimiento de prioridades selección de cerramiento -escala de

Saaty ........................................................................................................................................... 119

Tabla 50 Costo - establecimiento de prioridades selección de cerramiento -escala de Saaty

..................................................................................................................................................... 120

Tabla 51 Resultados de ratio de consistencia para las diferentes actividades de

infraestructura civil para el desarrollo de granjas fotovoltaicas.......................................... 135 Tabla 52 Comparación entre actividades generadas en CELSIA solar yumbo y la

herramienta de análisis multicriterio aplicada ...................................................................... 138

ix

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Resumen general de las etapas del AHP ................................................................... 32

Figura 2 Componentes de infraestructura civil asociados a granjas fotovoltaicas ............... 34 Figura 3 Objetivos estratégicos de proceso y fundamentales para el desarrollo de granjas

fotovoltaicas ................................................................................................................................. 41 Figura 4 Cimentación de estructuras fotovoltaicas mediante zapatas ................................... 46 Figura 5 Cimentación de estructuras fotovoltaicas mediante micropilotes. ......................... 46

Figura 6 Cimentación de estructuras fotovoltaicas perfiles hincados.................................... 47 Figura 7 Cimentación de estructuras fotovoltaicas mediante tornillos helicoidales............. 47 Figura 8 Estructura fotovoltaica FS GEN 6. ............................................................................ 48

Figura 9 Estructura fotovoltaica FS Uno.................................................................................. 49 Figura 10 Estructura fotovoltaica FS II.................................................................................... 50 Figura 11 Estructura fotovoltaica Duo Schletter. .................................................................... 51 Figura 12 Estructura fotovoltaica In......................................................................................... 51

Figura 13 Estructura fotovoltaica Fs Uno 100/Fs Duo 100. .................................................... 52

Figura 14 Sección típica de cárcamo conducto para conexión a sistema interconectado .... 53 Figura 15 Sección típica de conducto de tubería con recubrimiento en concreto ................ 55 Figura 16 Cerramientos característicos de subestaciones en el país ...................................... 59

Figura 17 Modelo de jerarquización para el cumplimiento de metas a partir de la

definición de criterios y alternativas. ........................................................................................ 93

Figura 18 Modelo AHP para la selección del movimiento de tierras en función del costo y

localización geográfica. ............................................................................................................... 94

Figura 19 Modelo AHP para la selección de la cimentación más eficiente paras las

estructuras de soporte de granjas fotovoltaicas ....................................................................... 95 Figura 20 Modelo AHP para la selección del medio de conducción más eficiente para el

transporte del cableado .............................................................................................................. 96 Figura 21 Modelo AHP para la selección de la estructura de soporte de los módulos solares

....................................................................................................................................................... 97 Figura 22 Modelo AHP para la selección del cerramiento más eficiente de acuerdo a las

necesidades de las granjas fotovoltaicas ................................................................................... 98

Figura 23 Resultados PriEsT alternativas movimientos de tierras ...................................... 123 Figura 24 Resultados PriEsT criterios movimientos de tierras ............................................ 124

Figura 25 Resultados PriEsT alternativas selección de cimentación ................................... 125

Figura 26 Resultados PriEsT criterios selección de cimentación ......................................... 126

Figura 27 Resultados PriEsT alternativas selección de conducto ........................................ 127 Figura 28 Resultados PriEsT criterios selección de conducto. ............................................. 127 Figura 29 Resultados PriEsT alternativas selección de estructura ...................................... 129 Figura 30 Resultados PriEsT criterios selección de estructura. ........................................... 129 Figura 31 Resultados PriEsT alternativas selección de cerramiento ................................... 130

Figura 32 Resultados PriEsT criterios selección de cerramiento ......................................... 131

x

LISTA DE ANEXO

Anexo 1 Muro de mampostería de carga .................................. ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 2 Muro de mampostería de carga .................................. ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 1. Encuestas…………………………………………………………………………..150

Anexo 2. APU Muro de cerramiento en concreto-Muro de cerramiento en mampostería

de carga-Muro de cerramiento combinado ……………………………………………….155

xi

APLICACIÓN DE LA HERRAMIENTA DE ANÁLISIS MULTICRITERIO PARA LA

TOMA DE DECISIONES EN LA CONSTRUCCIÓN DE INFRAESTRUCTURA CIVIL

EN GRANJAS FOTOVOLTAICAS

RESUMEN

Este trabajo de grado pretende plantear la aplicación de la herramienta de análisis multicriterio

en el proceso de desarrollo de infraestructura civil en granjas solares fotovoltaicas, de tal manera

que se establezcan los condicionantes para la ejecución de estos proyectos, permitiendo generar

ese carácter diferenciador que ayude a la toma de decisiones, garantizando la viabilidad de este

tipo de proyectos para las empresas, de tal modo que se consolide como un modelo de negocio y

contribuya a la sostenibilidad de las regiones.

Para lograr esta meta se empleará la metodología del análisis multicriterio que constituye una

herramienta de apoyo en el proceso de toma de decisiones, especialmente en la planificación,

debido a que permite integrar diferentes criterios de acuerdo a los parámetros de efectividad,

entendido como la relación entre eficiencia (factibilidad económica correlación entre variables

cuantitativas) y eficacia (impacto de la obra en la sociedad, correlación entre variables

cualitativas), en un solo marco de análisis.

De este modo, es necesario identificar los procesos constructivos de granjas fotovoltaicas más

efectivos lo cual implica establecer las actividades determinantes para su desarrollo, por lo que no

considerar sus características puede repercutir en costos importantes que inviabilizan el proyecto,

por ello es importante centrarse en soluciones integrales a medida y el uso eficiente de tecnología

pionera comprometida con el medio ambiente. Por tanto, para el éxito de este proyecto es

importante visualizarse como técnicos, socios y asesores, desde la planificación inicial hasta la

completa finalización sustentando la información en el proyecto Celsia Solar Yumbo.

xii

APPLICATION OF THE MULTICRITERIA ANALYSIS TOOL FOR DECISION-

MAKING IN THE CONSTRUCTION OF CIVIL INFRASTRUCTURE IN

PHOTOVOLTAIC FARMS

ABSTRACT

This degree work intends to propose the application of the multicriteria analysis tool for the

development of civil infrastructure in photovoltaic solar farms in such a way as to establish the

conditions for the execution of these projects, allowing to establish this differentiating character

that helps decision making by guaranteeing the viability of this type of projects for companies, in

such a way that it allows to consolidate as a business model and contributes to the sustainability

of the regions.

To achieve this goal will be used the methodology of multicriteria analysis that constitutes a

support tool in the decision making process, especially in planning, because it allows to integrate

different criteria according to the parameters of effectiveness, understood as the relationship

between Efficiency (economic feasibility correlation between quantitative variables) and Efficacy

(impact of the work on society correlation between qualitative variables), in a single framework

of analysis.

In this way, it is necessary to identify the constructive processes of more effective photovoltaic

farms involves establishing the determinant activities for their development, not considering their

characteristics can have repercussions on important costs that make the project unfeasible, it is

therefore important to focus on tailor-made integrated solutions and the efficient use of committed

pioneering technology with the environment. For the success of this project, we will visualize

ourselves as technicians, partners and consultants, from initial planning to complete completion,

supporting the information in the Celsia Solar Yumbo project.

13

1. Introducción

1.1 Importancia de la infraestructura civil en la construcción de granjas fotovoltaicas

La infraestructura civil para el desarrollo de sistemas eléctricos se refiere a un conjunto de

componentes que se consideran necesarios para las labores de generación, transmisión,

distribución y comercialización del fluido eléctrico. La construcción de estos mecanismos

posibilitan a una sociedad desarrollar sus actividades de una manera digna y apropiada,

contribuyendo al desarrollo de una nación, a mejorar los servicios y el bienestar de sus ciudadanos;

entre los diferentes tipos de infraestructura civil-urbana se encuentran las de energía renovable,

que constituyen mecanismos de innovación los cuales comprende la producción de energía

mediante el aprovechamiento de los recursos naturales como son el oleaje, el sol y el viento,

sustentadas en granjas solares, parques eólicos y las plantas termosolares que permiten generar un

desarrollo sustentable (Martinez, 2015).

Así mismo, la innovación es uno de los pilares que soporta las estrategias de las empresas del

sector de la infraestructura eléctrica debido a la constante demanda de energías renovables; el

propósito de mantenerse como empresas competitivas y líderes en el sector eléctrico involucra

promover nuevos productos y servicios diferenciadores para los usuarios, trabajando en aspectos

como eficiencia energética y en general, en la sostenibilidad de los negocios de las compañías.

Igualmente, fortaleciendo la cultura de la innovación, las redes de colaboración, la gestión del

conocimiento y del capital humano (Departamento Nacional de Planeación - DNP, 2011).

Este trabajo de grado pretende plantear la aplicación de la herramienta de análisis multicriterio

en el proceso de desarrollo de infraestructura civil en granjas solares fotovoltaicas, de tal manera

que se establezcan los condicionantes para la ejecución de estos proyectos, permitiendo establecer

ese carácter diferenciador que ayude a la toma de decisiones garantizando la viabilidad de este tipo

de proyectos para las empresas, buscando que se permita consolidar como un modelo de negocio

y contribuya a la sostenibilidad de las regiones.

14

Para lograr esta meta, se empleó la metodología del análisis multicriterio que constituye una

herramienta de apoyo en el proceso de toma de decisiones, especialmente en la planificación,

debido a que permite integrar diferentes criterios de acuerdo a los parámetros de efectividad,

entendido como la relación entre eficiencia (factibilidad económica correlación entre variables

cuantitativas) y eficacia (impacto de la obra en la sociedad correlación entre variables cualitativas),

en un solo marco de análisis.

Para lograr los objetivos de este trabajo de grado, será importante identificar los procesos

constructivos de granjas fotovoltaicas más adecuados, lo que implica determinar las actividades

de mayor impacto para su desarrollo; no considerar sus características puede repercutir en costos

importantes que inviabilizan el proyecto, es por ello importante centrarse en soluciones integrales

a medida y el uso eficiente de tecnología pionera comprometida con el medio ambiente. Para el

éxito de este proyecto se tiene una visualización como técnicos, socios y asesores, desde la

planificación inicial hasta la completa finalización sustentando la información en el proyecto

CELSIA Solar Yumbo.

1.2 Planteamiento del problema

En el contexto actual no se tienen experiencias previas en el montaje de estructuras de este tipo

para proyectos de estas características; La construcción de granjas fotovoltaicas implican la

consolidación de procesos de ejecución acordes a la normativa internacional y nacional, lo cual

involucra la selección e identificación de actores y procesos, los cuales deben ser evaluados de

manera sistemática. La construcción de este tipo de sistemas constituye una inversión de tiempo y

dinero considerable. La buena configuración de una estrategia constructiva implica la reducción

del riesgo e incertidumbre y conlleva a la selección de una metodología eficiente que permita

competir con los sistemas de energía convencionales.

15

1.3 Pregunta de investigación

¿Cómo se deberían ejecutar los procesos constructivos de granjas fotovoltaicas de tal manera

que aseguren su viabilidad técnica a largo plazo en contextos locales colombianos?

1.4 Justificación

La generación de electricidad a través del uso de tecnologías renovables solares ha cautivado el

interés, no solo de investigadores, sino también de empresas a nivel mundial y consumidores como

usuarios finales. Esta tecnología comienza a demostrar su potencial como opción para la

generación de energía (Inncom - Innovación y Competitvidad, 2016).

La utilización de sistemas alternativos de generación eléctrica, como lo son los sistemas

fotovoltaicos, permitirían disminuir la demanda de energía eléctrica de la red de distribución o

bien, alimentar de energía aquellos sectores en los que no existen servicios eléctricos (Inncom -

Innovación y Competitvidad, 2016).

En el mundo, actualmente es considerado una alternativa relativamente cara para sectores de

baja radiación solar, ya que es necesario contar con una gran superficie captadora para poder

generar la energía requerida; caso distinto en Colombia que se caracteriza por no presentar

estaciones definidas. Aprovechar ese potencial podría consolidar al país en líder en generación de

energía solar (González, 2014) .

Aplicar una herramienta que ayude en la toma de decisiones óptimas para la construcción de

granjas solares fotovoltaicas, posibilitaría la creación de un modelo de negocio atractivo lo cual

estaría sustentado en rentabilidad en las empresas y la reducción del impacto ambiental; si se

llegasen a ejecutar este tipo de proyectos la emisión de gases del efecto invernadero, responsables

del calentamiento global, será prácticamente nula; no se esperaría generación de materiales

contaminantes a diferencia de la producción con carbón. Se evitará la emisión de CO2 y otros gases

de efecto invernadero en una cantidad de 1’700.000 ton de CO2 eq., aproximadamente (Grass,

2012).

16

1.5 Objetivos del proyecto

1.5.1 Objetivo general

Ponderar la aplicación de la herramienta de análisis multicriterio de tal manera que permita

valorar de forma objetiva la construcción e implementación de infraestructura civil en granjas

fotovoltaicas ayudando así en la toma de decisiones en proyectos energéticos.

1.5.2 Objetivos específicos

• Identificar las variables, tecnologías y actores que influyen en la construcción de una granja

solar que permitan generar un análisis multicriterio.

• Presentar un sistema de ayuda a inversionistas, proyectistas y ejecutores de proyectos de

energías renovables en la toma de decisiones, como herramienta soportada en un modelo y

metodología capaz de emplear variables cualitativas y cuantitativas frente a múltiples objetivos.

• Realizar un seguimiento y validación de especificaciones constructivas del proyecto CELSIA

Solar Yumbo a partir de la aplicación de la herramienta de análisis multicriterio desarrollada

para la construcción de granjas fotovoltaicas.

1.6 Estructura del Documento

La presente tesis de maestría se encuentra estructurada de la siguiente manera:

Después de esta introducción, se ha desarrollado el planteamiento del problema en el que se ha

pretendido justificar y enmarcar este trabajo dentro de un campo de estudio, así como exponer

cuáles son los objetivos del mismo. En el segundo capítulo se realiza un análisis de los

antecedentes con el objetivo de dar un panorama de los proyectos de infraestructura urbana donde

se han aplicado técnicas de análisis multicriterio, además de granjas fotovoltaicas en desarrollo,

patentes, normativas y estudios internacionales que avalen la ejecución de este tipo de proyectos,

posteriormente se centra en el marco jurídico donde se contextualiza las nuevas leyes e incentivos

que se han promovido en el país para regular la infraestructura de energias renovables.

17

El capítulo tres trata de los principios de la fundamentación teórica del análisis multicriterio

donde se clasifican los modelos de análisis en simples y complejos, y se da un principal énfasis al

modelo de análisis multicriterio denominado análisis jerárquico de procesos o AHP por sus siglas

en inglés, donde se enfatiza en el conjunto de asignación de pesos basados en el cálculo del

autovector dominante de una matriz de comparaciones binarias que den como resultado unas

conclusiones que fundamenten la ayuda en la toma de decisiones y se expone sus ventajas.

En el capítulo cuatro se desarrollan las etapas del análisis multicriterio para la construcción de

granjas fotovoltaicas a partir de la metodología planteada por Ramiro A. Sánchez López que inicia

con el análisis del contexto de decisión y posteriormente se definen los diferentes elementos del

modelo de evaluación de manera cíclica, hasta que se logró definir una estructura de evaluación

estable. El resultado final del análisis es una valoración numérica de las opciones, lo cual permite

tomar una decisión con la tranquilidad de poderla justificar tanto cualitativa como

cuantitativamente.

En este capítulo se abordarán las siguientes etapas de proceso:

Etapa 1: Delimitación del contexto de evaluación

Etapa 2: Identificación de los criterios de evaluación

Etapa 3: Construcción de las escalas de evaluación

Etapa 4: Construcción de las funciones de valor

El capítulo cinco se refiere a la construcción del modelo AHP el cual se fabrica a partir del

desarrollo de las etapas del análisis multicriterio cuyo enfoque es la construcción de granjas

fotovoltaicas. El desarrollo metodológico se desglosó y analizó por partes en las cuales se

construyeron modelos jerárquicos para cada variable dependiente, estableciendo como meta

general la selección de los mejores componentes constructivos de la granja. Además, se

desarrollaron las siguientes etapas del proceso de análisis:

18

Etapa 5: Ponderación de las escalas de evaluación

Etapa 6: Evaluación de las opciones

El capítulo seis trata de la integración del modelo jerárquico en el software PriEsT, el cual ha

sido ampliamente utilizado en numerosos campos de la ingeniería. Los dos tipos de problemas

abordados por PriEsT son problemas de clasificación y problemas presupuestarios. En los

problemas de clasificación, se muestra un interés en el orden de preferencia para las opciones

disponibles y en el presupuestario se evaluará el condicionante económico de los procesos.

El capítulo siete abarca el tema de la consistencia lógica donde se aborda el tema de diferenciar

la transitividad de las preferencias, es decir, que criterio de decision es más conveniente con

respecto al otro.

El capítulo ocho abordará el seguimiento y validación de especificaciones del proyecto

CELSIA Solar Yumbo a partir de la aplicación de la herramienta de análisis multicriterio

desarrollada, para la construcción de granjas fotovoltaicas, donde se indagó y cuestionó los

distintos procesos desarrollados durante la fase de construcción y se generó una serie de

condicionantes y limitantes a tener en cuenta que servirán al interlocutor como herramientas para

reducir los imprevistos en el proceso.

Finalmente, en el capítulo nueve, se exponen las conclusiones a las que se ha llegado en esta

tesis de maestría. También se incluyen algunas sugerencias que a la vista del trabajo realizado y la

experiencia adquirida en la labor de ingeniería para la empresa CELSIA-EPSA, pueden resultar

útiles para posteriores estudios que se puedan realizar en el campo de la construcción de

infraestructura civil para el sector de las energías no convencionales.

19

2. Antecedentes

El objetivo general de este proyecto de grado es la aplicación de una técnica de análisis

multicriterio para la selección de procesos constructivos en la implementación de granjas

fotovoltaicas en Colombia, de tal manera que permita valorar de forma objetiva los hitos y

actividades que la componen desde el enfoque de infraestructura de obras civiles, con el fin de

aportar a su sistematización y análisis que conlleve a la toma de decisiones en proyectos

energéticos. Si bien es cierto que en el contexto actual local no se tienen experiencias de

construcción de este tipo de infraestructuras para este tipo de proyectos, si existen antecedentes

constructivos de infraestructura urbana donde se aplican modelos AHP (Analytic Hierarchy

Process, el cual será abordado en capítulos posteriores), proyectos en desarrollo, patentes,

normativas y estudios internacionales que avalan la ejecución de este tipo de proyectos. A

continuación, citamos algunas investigaciones con este enfoque:

De los proyectos de generación y distribución de energía solar fotovoltaica se han realizado

investigaciones especificas en la tecnología de “Generación de Energía Solar a Gran Escala” en lo

que compete a granjas solares siendo el tema de mayor interés para las empresas de prestación de

servicios de energía en el mundo. Los sistemas fotovoltaicos a gran escala representan más de la

mitad de toda la capacidad solar instalada en los años 2010-2014, y en consecuencia se colocan

como una pieza clave para el crecimiento en energías fotovoltaicas. Un proyecto a gran escala

puede involucrar millones de paneles solares y una de sus principales ventajas es que, en estos

sistemas, por lo general se van rotando los paneles de tal manera que van siguiendo al sol para

aprovechar la luz solar y por ende aumentar la generación de electricidad (Allen, 2003).

20

Se encontraron un total de 2.104 patentes de documentos relacionados con la generación de

energía solar fotovoltaica a gran escala, de los cuales 1.416 reclaman ser conceptos únicos. La

empresa INNCON en el año 2.016 presenta un estudio denominado “estudio del estado del arte:

energía solar fotovoltaica” donde afirman que el mercado de se encuentra estancado, debido a las

desventajas de este tipo de energía a gran escala, debido a la inversión que representa su

instalación; sin embargo, para el año 2.016, la capacidad instalada de energía fotovoltaica llegó a

los 229 gigavatios (GW). Solo en 2.016 se instalaron 50 GW, y la patronal europea SolarPower

Europe predice que para este año se instalarán más de 60 GW en el mundo, aunque la demanda

europea se mantiene vacilante un año más (Espinoza, 2014).

Las previsiones de SolarPower Europe están en línea con las presentadas por The PV Market

Alliance, cuyo pronóstico para el mercado solar global en el 2.017, predice que se instalarán más

de 70 GW. En ambos casos las previsiones son menos optimistas que las pronosticadas

por Mercom Capital y GTM Research, que predicen 66,7 GW y 66 GW, respectivamente, para

este año (Portafolio, 2016).

Según el diario solar de España en la publicación para el mes de abril del año 2.017 afirma que

desafortunadamente, Europa no va a registrar una tendencia similar, sino más bien, todo lo

contrario. A pesar de que la región se convirtió en la primera del mundo en superar la barrera de

los 100 GW de fotovoltaica instalada, con un total de 8,2 GW de nueva fotovoltaica instalada en

el viejo continente, SolarPower Europe espera que la demanda disminuya en 2.017 (Ríos, 2017).

El empuje del mercado asiático, unido a la caída de los costes de esta tecnología en todos los

mercados, está provocando un auge inusitado de las plantas fotovoltaicas a gran escala y el cambio

de protagonistas en el Top Ten fotovoltaico. Efectivamente, frente al ranking de 2.016, este año

ya se han incorporado cuatro nuevas plantas al ranking, la mayoría asiáticas.

21

En lo que compete al desarrollo investigativo donde se implementen metodologías multicriterio

para la toma de decisiones en proyectos de distribución y granjas de sistemas fotovoltaicos se tiene

lo siguiente:

En el año 2004 el estudiante de maestría Ramón Ontiveros Martínez presenta en su tesis de

maestría en ingeniería llamada “Algoritmo interactivo de solución al problema de distribución en

planta, con control de forma y con empleo de técnicas de análisis de decisiones multicriterio

discretas” una solución al problema de distribución en planta intermedia entre una solución

completamente empírica, que podría ser el acomodar bloques que simulan las actividades dentro

de una maqueta y la solución propuesta por el problema cuadrático de asignación QAP, utilizando

un algoritmo heurístico con un planteamiento multicriterio que contiene control de la forma de las

actividades analizadas, se establece un paso que es la generación de alternativas y posterior a este,

está el paso de seleccionar las alternativas generadas, la que mejor cumpla con los objetivos

planteados; es en el punto de generación de alternativas donde se coloca esta propuesta y es en la

selección de las alternativas donde se aplica.

En el año 2.008 los investigadores de la universidad de granada José Aran Carrion, Antonio Espin

Estrella, Felipe Aznar Dolsa presentan para la revista Renewable and sustainable Enery Reviews

un artículo denominado “Sistemas de apoyo a la toma de decisiones medioambientales para

evaluar la capacidad de carga de las áreas terrestres: Selección optima de emplazamientos para

centrales fotovoltaicas conectadas a la red”, este articulo inicia con una breve reflexión acerca de

las políticas medioambientales de establecidas, las cuales se dedican en gran medida a fomentar

el desarrollo y la aplicación en Europa de tecnologías de energías renovables, como la energía

solar fotovoltaica conectada a la red, que están siendo promovidas activamente por los países de

la Unión Europea. Este artículo además propone un sistema de apoyo a la toma de decisiones

22

ambientales (EDSS) para seleccionar los sitios óptimos para las centrales fotovoltaicas conectadas

a la red. Este sistema combina el análisis multicriterio y el proceso de jerarquía analítica con la

tecnología de sistemas de información geográfica (GIS) y al mismo tiempo toma en cuenta el

ambiente, la orografía, la ubicación y los factores climáticos.

En el año 2010 el profesor Yassine Charabi del centro de estudios de recursos ambientales

(CESAR) realiza un estudio denominado “Análisis de adecuación del sitio fotovoltaico utilizando

la evaluación espacial multicriterios basada en SIG” este documento presenta algunos resultados

preliminares de su investigación realizada sobre la evaluación de los recursos de energía solar en

Omán. En términos del módulo FLOWA (módulo de origen finlandés que ayuda las

organizaciones a lograr mejores resultados a través de tecnologías innovadoras bajo parámetros de

desarrollo humano), se utilizó un enfoque de evaluación multicriterio espacial basado en SIG para

evaluar la adecuación de la tierra para la implantación de grandes explotaciones agrícolas en

Omán. La herramienta utilizada aplica los cuantificadores difusos dentro del entorno de ArcGIS

permitiendo la integración de un análisis de decisión multicriterio. Para el estudio de caso de Omán

se llevó a cabo el análisis de adecuación de la tierra para grandes granjas fotovoltaicas. Los

resultados de superposición obtenidos del análisis de los mapas resultantes mostraron que el 0,5%

de la superficie total muestra el alto nivel de adecuación. Se consideraron diferentes tecnologías

fotovoltaicas para su implementación. Se encontró que la tecnología CPV proporciona un potencial

técnico muy alto para grandes plantas solares. De hecho, si todo es altamente explotable para la

implementación de CPV, puede producir casi 45,5 veces la demanda total de energía actual en

Omán.

23

2.1 Marco Jurídico

El sector eléctrico en Colombia está mayormente dominado por generación de energía

hidráulica (66% de la producción) y generación térmica (33%). No obstante, el gran potencial del

país en nuevas tecnologías de energía renovable (principalmente eólica, solar y biomasa) apenas

está siendo explorado (Portafolio, 2016).

A pesar de ello, el estado colombiano ya ha empezado a generar una serie de reformas y leyes

para incentivar el uso de energías no renovables tales como la Ley 697 (2001), mediante la cual se

fomenta el uso racional y eficiente de la energía, se promueve la utilización de energías alternativas

y se dictan disposiciones reglamentadas parcialmente por el Decreto 3683 de 2004, en esta, a pesar

de generar ambigüedades del orden sistémico, sí generan unos primeros acercamientos a beneficios

para la promoción de las energías tales como la fotovoltaica, para la cual en el artículo 7 numeral

4 dice: “El Gobierno Nacional establecerá los incentivos e impondrá las sanciones, de acuerdo

con el programa de uso racional y eficiente de la energía y demás formas de energía no

convencionales, de acuerdo a las normas legales vigentes”.

Además, el artículo 10 de la misma ley dice:

El Gobierno Nacional a través de los programas que se diseñen, incentivará y promoverá a las empresas

que importen o produzcan piezas, calentadores, paneles solares, generadores de biogás, motores eólicos,

y/o cualquier otra tecnología o producto que use como fuente total o parcial de las energías no

convencionales, ya sea con destino a la venta directa al público o a la producción de otros implementos,

orientados en forma específica a proyectos en el campo URE, de acuerdo a las normas legales vigentes.

Por tanto, si se parte de la noción que un sistema fotovoltaico básicamente está constituido de

paneles solares, inversores, estructuras de montaje y cableado, el panorama se vislumbra más

alentador. A finales de 2013, Colombia aprobó el estatuto de la Agencia Internacional de Energías

Renovables (IRENA, por sus siglas en inglés) (Ley 1665 de 2013), el cual promueve el uso

sostenible de las energías renovables. Finalmente, en mayo de 2014 se aprobó la Ley 1715, que

desarrolla una política pública para la integración de las energías renovables no convencionales al

sistema energético nacional.

24

A partir de la implementación de estas normativas, el panorama para los cogeneradores fue

impulsado de manera importante, la venta de excedentes de cogeneración de energía eléctrica en

Colombia fue de 526,2 millones de kwh en 2015 (11,5% superior frente a 2014) y registró un

crecimiento promedio anual de 28,2% entre 1998 y 2015. Las resoluciones Creg-085, Creg-086

de 1996 y Creg-107 de 1998, definieron las normas para los cogeneradores y la generación con

granjas solares de capacidad menor a 20 MW, en el Sistema Interconectado Nacional (SIN).

Posteriormente, la Ley 1215 de 2008 exoneró a los cogeneradores de pagar la contribución de

20,0% sobre la energía que generen para su consumo. Además, se ordenó a la CREG definir los

aspectos técnicos que determinan un proceso de cogeneración. Según la CREG, estos aspectos se

relacionan con el Rendimiento Eléctrico Equivalente (REE) y la producción mínima de energía

eléctrica y térmica (Comisión de Regulación de Energía y Gas, 2011).

En concordancia a estas políticas yace la Ley 1715 del 13 de mayo de 2014 por medio del cual

se regula la integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético

nacional, en el capítulo 2 dice:

Se debe orientar las políticas públicas y definir los instrumentos tributarios, arancelarios, contables y de

participación en el mercado energético colombiano que garanticen el cumplimiento de los compromisos

señalados. Incentivar la promoción de las fuentes no convencionales de energía, principalmente aquellas

de carácter renovable en el sistema energético colombiano, la eficiencia energética y la respuesta de la

demanda en todos los sectores y orientar las políticas públicas (Congreso de la República, 2014).

Entre los incentivos definidos en esta Ley, se destaca la reducción de 50% del valor de la

inversión en FNCE sobre el total de la renta durante 5 años posteriores a la inversión. Otros temas

planteados son: la creación del Fondo de Energías No Convencionales y Gestión Eficiente de la

Energía (FENOGE) y el fomento de la cooperación internacional para las FNCER (Cámara de

Comercio de Cali, 2016).

25

3. Principios de la fundamentación teórica del análisis multicriterio

La mayoría de nuestras acciones son precedidas por una decisión, de esta forma saber tomar

decisiones es clave para obtener resultados óptimos. En lo rutinario, la mayor parte de las

decisiones se toman basadas en la intuición; sin embargo, ante algún asunto importante es

indispensable realizar un análisis juicioso. Este análisis debe ser más cuidadoso cuanto más

importante sea la consecuencia de la decisión. En ocasiones, el resultado de una decisión

equivocada es tan drástico que puede causar una incertidumbre mayor el tener que decidir, y es

deseable poder auxiliarse de algún instrumento que facilite la elección de la mejor alternativa.

Tomar decisiones es un proceso donde se identifican, se valoran y se seleccionan las mejores

acciones, sobre las alternativas evaluadas, para solucionar los problemas o dificultadas presentadas

o para el aprovechamiento de las oportunidades.

La complejidad es una constante al momento de realizar una evaluación, ya que son múltiples

los factores que se ven afectados al momento de realizar un proyecto, por este motivo es necesario

abordar el problema a través de métodos que den cuenta de la realidad compleja y tengan en cuenta

algunos intangibles que de otra forma es difícil considerarlos. El análisis multicriterio es una teoría

de medida a través de comparaciones pareadas y se basa en los dictámenes de expertos para obtener

escalas de prioridad.

La metodología multicriterio admite identificar las partes de un sistema, esto se hace a través

de un análisis jerárquico que permite descomponer un problema en sus partes constituyentes o por

lo menos, aquellas que pueden ser observables; además de reconocer el peso de las partes partiendo

de que no todos los efectos tienen la misma importancia relativa al momento de observar un

resultado.

26

La metodología multicriterio, en especial la que usaremos para el desarrollo de este trabajo de

grado, permite incorporar aspectos tales como la experiencia y las valoraciones que se puedan

tener sobre el problema; y lo hace de una manera metodológica de tal modo que los criterios sean

integrados y entreguen una solución racional.

3.1 La decisión con apoyo cuantitativo

Los modelos son una herramienta muy útil para el tomador de decisiones, ya que, por el simple

hecho de plantear un modelo, el decisor, tiene que haber realizado un análisis del sistema en

cuestión con lo que enriquece su percepción y comprensión del mismo.

Los modelos para ayuda en la toma de decisiones dependen de distintos factores, entre ellos

están: tipo de variable y cantidad de objetivos.

Tabla 1 Clasificación de modelos según número, tipo de variable y cantidad de objetivos

Variables/Objetivos Simples Complejos

Cuantitativos Indicadores

Económicos

Programación Lineal

Cualitativos Lista de verificación

Aporte a metas

Q-sorting

Delphi

Mixtos AHP

Modelos de puntuación

Los métodos en el análisis multicriterio o decisión multicriterio se fundamentan en los aspectos

de la dominación y la satisfacción, para así construir los respectivos modelos. A continuación, se

describen algunos aspectos con relación a los métodos que se pueden tener en cuenta en la decisión

multicriterio para el desarrollo de modelos en este campo de la decisión.

3.1.1 Modelos de análisis multicriterio simples

Estos métodos pretenden la clasificación de alternativas indicando la preferencia general

asociada a cada una de ellas, de modo que pueda identificarse “la mejor”.

27

El decisor debe establecer la importancia relativa de cada uno de los objetivos (ponderaciones)

para luego proceder a la definición de una estructura de preferencias entre las alternativas

identificadas.

Indicadores Económicos: Es uno de los métodos más usados para la selección y determinación de

prioridades de proyectos. Aun cuando este tipo de indicadores es el más recomendable si se desea

asegurar una máxima eficiencia en el uso de los recursos, usualmente no se cuenta con información

suficiente para un cálculo confiable de ellos. Presentan además la desventaja de excluir todos

aquellos criterios que no pueden expresarse en términos monetarios. Ejemplos: VAN, TIR,

relación beneficio/costo.

Dominancia entre proyectos: Se aplica en condiciones de incertidumbre y el objetivo es determinar

dominio entre proyectos desde el punto de vista de los resultados esperados. Su desventaja radica

en la dificultad para estimar en forma confiable la probabilidad asociada a cada resultado posible

del proyecto.

Programación lineal: Se maximiza la suma de los valores actuales netos sociales de los proyectos

incluidos en el programa de inversiones sujeto a restricciones tales como: limitaciones de recursos,

límites a la inversión por sector, región y/o institución, etc. Este método requiere que cada proyecto

cuente con una evaluación social lo que es bastante difícil.

Lista de verificación: Este procedimiento permite juzgar en forma sencilla y rápida si un proyecto

cumple o no con los objetivos que se haya fijado el país o la institución. Se deben definir

claramente los objetivos sobre los cuales se juzgará el proyecto. Su principal ventaja es su

sencillez, sin embargo, no es posible emplearlo para jerarquizar proyectos. Por lo tanto, solo sirve

para descartar rápidamente proyectos que no cumplen ciertas condiciones mínimas.

28

Aporte a metas: Se pretende obtener una estimación del avance porcentual hacia el logro de

determinada meta debido a la realización del proyecto.

Q-sorting: Es un procedimiento para la jerarquización de proyectos. El procedimiento combina

etapas de trabajo individual con etapas de trabajo en grupo, donde se consulta en forma individual

y grupal, en sucesivas ocasiones, la importancia de los proyectos.

3.1.2 Modelos de análisis multicriterio complejos

Estos modelos de análisis multicriterio complejos permiten abordar problemas que van desde la

observación a la elaboración de hipótesis y a la deducción de resultados, los que se contrastan en

la realidad –generalmente a través de un experimento o simulación con modelos formales– y se

interpretan e integran en un sistema teórico (Rodríguez & Valldeoriola, 2009). Una vez terminado

un ciclo se inicia otro, tomando en cuenta los logros alcanzados, por lo que el desarrollo de la

ciencia es acumulable y algunas veces progresivo –con independencia de la forma evolutiva y

revolucionaria en que lo haga–.

En ocasiones se obtienen datos –por observación– que se analizan e interpretan teóricamente –

generalmente sobre bases estadísticas, como análisis correlacionales– sin que sea precisa su

contrastación empírica posterior (Gómez, 2004). Sin embargo, para hacer ‘ciencia positiva’, en

tanto los hechos reales son verificados por la experiencia, deben integrarse el nivel teórico con el

empírico, así siempre tiene que haber una hipótesis y datos de la experiencia (Blaug, 1993).

Método Delphi: Consiste en la realización de una serie de encuestas anónimas a un grupo

seleccionado de expertos con el fin de recoger posibles convergencias de opiniones y consensos.

La esencia de este método es reducir los espacios intercuartiles para precisar la mediana.

29

Modelos de puntuación: Empleando ponderaciones y la puntuación obtenida por el proyecto frente

a cada objetivo, se determina un puntaje único para el proyecto a través de una función de

agregación de estos.

El proceso analítico jerárquico (AHP, por sus siglas en inglés) se clasifica en el grupo de análisis

multicriterio y es capaz de emplear variables cualitativas y cuantitativas frente a múltiples

objetivos. Es un método de descomposición de estructuras complejas en sus componentes,

ordenando estos componentes o variables en una estructura jerárquica, donde se obtienen valores

numéricos para los juicios de preferencia y, finalmente los sintetiza para determinar qué variable

tiene la más alta prioridad; está fundado sobre una base teórica simple pero sólida que es de

desmenuzar un problema y luego unir todas las soluciones de los subproblemas en una conclusión.

Fue desarrollado por el doctor en matemáticas Thomas L. Saaty a fines de la década de los 70.

Quien falleció en agosto 2017.

Este método comprende un conjunto de asignación de pesos basados en el cálculo del

autovector dominante de una matriz de comparaciones binarias de los criterios Cn (Saaty, 1980) y

consiste en:

1) Asignación de un vector de pesos Wj, a los criterios de un cierto problema de decisión

multicriterio

2) Comparación de cada criterio Ci con cada criterio Cj, para obtener valores aij diferentes a

la evaluación de las alternativas Aij. Estos criterios se agrupan en una matriz cuadrada de

orden n, la cual es denominada matriz de comparaciones binarias.

3) Estimación de coeficientes aij basada en la siguiente estructura:

30

Tabla 2 Estimación de coeficientes

Establecimiento de prioridades-escala de Saaty

Intensidad

Aij

Definición

Criterio Ci versus criterio Cj

Explicación

1 Igual importancia 2 criterios contribuyen de igual forma a la meta general

3 Moderada Importancia La experiencia y el juicio favorecen levemente un criterio sobre

el otro

5 Importancia Fuerte La experiencia y el juicio favorecen fuertemente un criterio

sobre el otro

7 Muy fuerte o demostrada Se demostró en la práctica que un criterio predomina sobre el

otro

9 Extrema La evidencia es absoluta y totalmente clara

2,4,6,8 Valores intermedios

reciproco aij=1/1aij Hipótesis del método

4) Comparación del criterio aji, se evalúa a través de aij = 1 / aji

5) Estimación de criterios Cij, i = j tendrán siempre un valor de uno, para conformar así la

diagonal principal.

6) Estimación del Índice de Consistencia (IC) a través de la siguiente formulación:

Donde,

IC= Índice de consistencia

λmax= El valor promedio del vector consistencia

n= Numero de criterios a evaluar

El valor λmax se consigue a partir del peso compuesto de cada criterio, el cual se obtiene

mediante la multiplicación vectorial de cada calificación de criterio frente a los demás y que

posteriormente se multiplicara con los pesos obtenidos luego de la normalización (es decir el

vector fila de calificación del criterio frente al vector columna de pesos de todos los criterios); el

resultado generado por criterio se dividirá entre el peso del criterio para obtener la proporción de

consistencia de cada criterio, estos valores se promediaran lo cual dará como resultado el valor

promedio del vector consistencia.

31

7) Determinación del índice de consistencia aleatoria, el cual corresponde al índice de

consistencia de una matriz de comparaciones pareadas generada en forma aleatoria. Se

puede mostrar que el IA depende del numero de elementos que se comparan, y se normaliza

a través de la siguiente expresión.

𝐼𝐴 =1,98𝑥 (𝑛 − 2)

𝑛

8) Determinación del razón de consistencia por medio de la siguiente ecuación:

𝑅𝐶 =IC

IA

Si RC = 0, la matriz es consistente.

Si RC ≤ 0,10, la matriz R tiene una inconsistencia admisible, lo que significa que se la considera

consistente y el vector de pesos obtenidos se admite como válido.

3.1.2.1 Ventajas de la metodología

En un ambiente de certidumbre, el AHP proporciona la posibilidad de incluir datos cuantitativos

relativos a las alternativas de decisión, adicionalmente permite incorporar aspectos cualitativos

que suelen quedarse fuera del análisis debido a su complejidad para ser medidos, pero que pueden

ser relevantes en algunos casos. Otras ventajas son: definir el problema que se desea resolver,

identificar los criterios discriminantes en la toma de decisiones, trabajar con un equipo

multidisciplinario, estructurar los criterios y subcriterios en una jerarquía, determinar la

importancia de cada criterio en términos de ponderadores y sintetizar toda esta información para

tomar la mejor decisión (Hurtado & Bruno, 2003).

Las etapas generales en el AHP se resumen en la Figura 1:

32

Figura 1 Resumen general de las etapas del AHP

SI

Desarrollo de la jerarquía del

problema mediante una

representación grafica

Construir matriz de comparación

pareada

Sintetización

Determinar el ranking de prioridad

global

Realizar prueba de consistencia

¿Todos los juicios son

consistentes?

¿Se compararon todos los

niveles?

El objetivo global criterios y

alternativas están en diferentes

niveles de jerarquía

Se inicia a nivel de criterios,

para determinar cuál es el más

importante (mayor peso)

Se calcula la prioridad de cada

criterio

Comprobar que los juicios del

decisor son consistentes

NO

NO

SI

Deben comprobarse todos los

criterios, subcriterios y

alternativas

Basado en la prioridad de cada

alternativa y en la prioridad

del criterio correspondiente

33

4. Etapas del análisis multicriterio para la construcción de granjas fotovoltaicas

El contexto de trabajo de grado se centra en los aspectos inherentes a la infraestructura de obras

civiles que intervienen en el desarrollo de una granja o planta fotovoltaica, tomando en

consideración que el objetivo de este documento es la aplicación de una técnica de análisis

multicriterio que permita valorar de forma objetiva la construcción de este tipo de proyectos, es

por ello, independiente de la formación del público que va aprovechar este documento, necesario

definir qué es un sistema fotovoltaico.

La tecnología fotovoltaica (PV), que convierte la luz solar en electricidad, es uno de los sectores

de más rápido crecimiento en la industria de energía renovable. Ya está bien establecido en muchos

países y la tendencia es que se convertirá en una de las tecnologías clave del siglo XXI, el mercado

está siendo impulsado por las preocupaciones sobre las emisiones de carbono, la seguridad

energética y el aumento del precio de los combustibles fósiles.

Un sistema fotovoltaico es un conjunto de dispositivos que aprovechan la energía producida

por el sol y la convierten en energía eléctrica. Los sistemas fotovoltaicos se basan en la capacidad

de las celdas fotovoltaicas de transformar energía solar en energía eléctrica (DC). En un sistema

conectado a la red eléctrica, esta energía, mediante el uso de un inversor, es transformada a

corriente alterna (AC), la cual puede ser utilizada en hogares e industrias (Quiminet, 2011).

La generación de energía eléctrica dependerá de las horas que el sol brille sobre el panel solar

y del tipo y cantidad de módulos instalados, orientación, inclinación, radiación solar que les llegue,

calidad de la instalación y la potencia nominal.

Los dispositivos a través de los cuales se absorbe la energía solar son las celdas solares, estos

son elementos de los sistemas fotovoltaicos que tienen la capacidad de producir energía eléctrica

al aprovechar la luz solar que incide en ellos. Las celdas solares se fabrican con materiales

semiconductores, tales como el silicio, que tienen la función de recibir los fotones que viajan a

través de los rayos solares (Quiminet, 2011).

34

Una vez que los fotones que emite la radiación solar entran en contacto con los átomos presentes

en las celdas solares, se liberan electrones que comienzan a circular a través del material

semiconductor con el que se fabrican las celdas y se produce energía eléctrica; con este sistema la

energía generada se inyecta a la red eléctrica y de allí se toma cuando la necesita (Quiminet, 2011).

Este trabajo se centra en sistemas fotovoltaicos inyectados al sistema interconectado nacional,

en ellas el productor no utiliza la energía directamente, sino que es vendida al organismo encargado

de la gestión de la energía en el país. Tienen la ventaja de que la producción de electricidad se

realiza precisamente en el periodo de tiempo en que la curva de demanda de electricidad aumenta,

es decir, durante el día (Torres & Zamudio, 2017).

Ya teniendo claro de manera general qué es un sistema fotovoltaico, una granja fotovoltaica y

sus funciones, se muestra a continuación en la figura 2 sus diferentes componentes, resaltando los

elementos de obras de infraestructura civil adeptos al mismo.

Fuente: Elaboración propia

INVERSOR GENERADOR: PANEL SOLAR SISTEMA INTERCONECTADO

NA

MOVIMIENTO DE TIERRA CERRAMIENTO SISTEMA DE CONDUCTO CIMENTACIÓN ESTRUCTURA ESTRUCTURA FOTOVOLTAICA

Figura 2 Componentes de infraestructura civil asociados a granjas fotovoltaicas

35

4.1 Primera etapa del análisis multicriterio: Delimitar el contexto de decisión

El contexto de decisión es el marco en el que están comprendidas todas las posibles

opciones que dan solución a nuestro problema que básicamente consiste en valorar los procesos

constructivos de granjas fotovoltaicas de tal manera que se aseguren su viabilidad técnica a largo

plazo en contextos locales colombianos a través del análisis multicriterio. Como regla general, se

aseguró que los objetivos de decisión estén planteados de tal manera que sea posible satisfacerlos

a través de las opciones que se consideren, sin necesidad de factores adicionales ajenos al problema

(Comisión Económica para América Latina y el Caribe - CEPAL).

Partiendo de la noción de que las obras civiles constituyen un factor económico importante para

el desarrollo de cualquier proyecto energético, si bien es cierto, la adquisición de equipos, montajes

electromecánicos, regado de líneas, instalación de protecciones y conexión, abarca una parte

importante del presupuesto generado. En la mayoría de los casos no abarca el 50%, además la ruta

crítica a nivel de tiempo tampoco tiene una interlocución importante en el desarrollo de hitos y/o

actividades, tomando en cuenta esta consideración es necesario analizar de manera crítica todas

las obras civiles que infieren en la construcción de una granja fotovoltaica, basándose en la técnica

de Robert T. Clemen y terence REilly en su libro “Making Hard Decisions” adaptada al problema

específico de esta investigación. Presentamos a continuación la tabla 3-4 resumen donde se

delimita el contexto de decisión.

Tabla 3 Delimitación del contexto de decisión (1)

Espacial Tamaño Temporal

Comprendidas para el

territorio nacional, y los lotes

colindantes a subestaciones

de alta tensión (55 en total)

conectadas al sistema

interconectado nacional.

Se tomaron en consideración las

regiones colindantes a las subestaciones

del sistema interconectados. A nivel de

estructura se tuvieron en consideración

las suministradas por Schletter, empresa

líder en estructuras fotovoltaica, y las

demás infraestructuras urbanas

características del país.

La investigación se lleva cabo entre

los meses de noviembre de 2016 y

octubre de 2017, tiempos donde

arranca el cronograma del proyecto

CELSIA solar yumbo

36

Tabla 4 Delimitación del contexto de decisión (2)

Condiciones de funcionamiento Tipos de infraestructura Actores que componen el

espacio muestral

Se generará un comparativo entre el desglose

de actividades propuesto por el EPcista

PRODIEL encargado de la ejecución del

proyecto CELSIA solar yumbo, y la aplicación

de la herramienta de análisis multicriterio

desarrollada en esta investigación

La infraestructura a analizar

será de tipo obra civil

aplicado a granjas solares,

Profesionales del equipo de

ingeniería de la empresa

EPSA-CELSIA

4.2 Segunda etapa del análisis multicriterio: Identificación de los hitos, actividades y actores

del desarrollo de infraestructura civil para la generación de una metodología de construcción

de granjas fotovoltaicas

Los proyectos de construcción tienen una metodología en ejecución basada en hitos o

actividades que pueden ser secuenciales, simultaneas o alternas, el buen desarrollo de estos

procesos dentro de los parámetros de tiempo, costo, calidad y alcance constituyen el éxito del

proyecto, para efectos de esta investigación se seleccionaron y definieron las actividades que más

tienen peso en la construcción de granjas fotovoltaicas.

4.2.1.1 Explanación y nivelación del terreno

Este trabajo consiste en la ejecución de todas las obras de explanación necesarias para la

correcta nivelación de las áreas destinadas a la construcción las cuales deberán estar orientadas

acorde a las características de trayectoria del sol debido a la particularidad de la obra a ejecutar y

sus condicionantes.

Construir una granja fotovoltaica en terrenos cuya geomorfología presente grandes depresiones

podría generar inconvenientes como sombras en los arreglos fotovoltaicos que contribuyen a una

generación ineficiente del panel solar; la existencia de sombras sobre parte de un panel fotovoltaico

produce la entrada en funcionamiento de los diodos “Bypass” de la caja de conexiones y esto

provoca escalones en la curva I-V (Relación entre corriente y tensión) del mismo, es decir, su

producción se reduce (SunFields Europe, 2017).

37

Cuando una célula o grupo de células se sombrea, pasa de producir electricidad a consumirla,

lo que puede provocar sobrecalentamiento y hasta la destrucción de la célula (lo que se conoce

como Punto Caliente o Hot Spot), por ello la existencia de los diodos “Bypass” que hacen de

puenteo de la corriente eléctrica para evitar que esto suceda. Debido a esto también es necesario

localizar las edificaciones de control de tal manera que no generen sombras dentro del arreglo

(SunFields Europe, 2017).

Otro factor determinante para la explanación y conformación del terreno es reducción de plantas

silvestres (malezas) tipo enredaderas, las cuales por efectos de sus necesidades fotosintéticas

condicionan la propagación sobre los montantes de la estructura, lo cual se traduce en mayor

tiempo de mantenimiento y por ende sobrecosto.

Además, es necesario generar los descoles para el manejo de aguas, por efectos de instalación,

verificación, seguimiento y mantenimiento, los terrenos deben estar acondicionados para el

tránsito en cualquier momento.

Estos trabajos se ejecutarán de conformidad con los detalles mostrados en los planos o por el

interventor, utilizando el equipo apropiado para ello; el volumen se calcula de acuerdo con las

secciones del terreno tomadas antes y después de descapotar. Su precio incluye todos los costos

directos e indirectos necesarios para la ejecución del trabajo y el retiro de los materiales resultantes

(Departamento del Meta, Municipio de Granada, 2008).

4.2.1.2 Cimentación de estructuras fotovoltaicas

La cimentación compete al conjunto de elementos estructurales de una infraestructura cuya

misión es transmitir sus cargas o elementos apoyados en ella, al suelo, distribuyéndolas de forma

que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del

suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o elementos que soporta, el área de contacto

entre el suelo y la cimentación debe ser proporcional a la capacidad portante del suelo (Innovación

en Construcción, 2016).

38

Las cargas a las cuales generarán los arreglos fotovoltaicos son proporcionalmente bajas, las

variables que interceden en el diseño de estos mecanismos de soporte, son la velocidad del viento

que influye en la capacidad de arranque de los elementos con respecto a la cimentación, las cargas

muertas generadas por el peso de los paneles que para las características de las unidades que serán

usadas en este tipo de proyectos en Colombia acorde a su eficiencia (policristalinos,

monocristalinos y amorfos) varían en un rango entre 11 y 13 kg/m2, esta información es extraída

de las fichas técnicas de los módulos Jinko, Kyocera, Panasonic, Rec, Bosch, LG de distintas

celdas y potencias.

El peso de la estructura del soporte está constituido básicamente de montantes en aluminio o

acero inoxidable y representan cargas entre 2,5 a 4 y de 11 y 13 kg/m2 respectivamente, esta

información es extraída de las fichas técnicas y modelaciones de los proveedores como Schletter,

K2, Chiko. El peso del cableado se le atribuye como 5 kg/m2 en contraste con las cargas muertas

establecidas por la NSR-10 en el capítulo B-3 para elementos no estructurales. Las cargas de

granizo serán de acuerdo a los condicionantes establecidos en la NSR-10 en el capítulo B.4.8.3;

no se toman en consideración cargas vivas, ni sísmicas debido a su condición de uso.

En la tendencia de todo tipo de actividad productiva de disminuir los costes, las cimentaciones

de las estructuras de las plantas solares fotovoltaicas también han sufrido una gran evolución. La

tendencia actual, para dar solución a la cimentación de este tipo de estructuras, se centra

principalmente para dos soluciones: terrenos de dureza normal y terrenos muy blandos o duros. En

ambos casos la magnitud de los esfuerzos sobre la cimentación es la que determina la geometría

(forma del perfil, profundidad, etc.) de la solución (León, 2017).

39

4.2.1.3 Infraestructura de conducto eléctrico

Un conducto eléctrico es un sistema de transmisión que se usa para la protección y el

enrutamiento del cableado eléctrico. El conducto eléctrico puede estar hecho de metal, plástico,

concreto o combinados. Tomando como referencia el reglamento técnico de instalaciones

eléctricas RETIE, los conductos están condicionados a su uso. Según el artículo 336-6 del Código

Eléctrico Colombiano, norma NTC2050; en una instalación eléctrica expuesta, los cables o

conductores deben estar protegidos contra daños físicos mediante tubos u otros medios que

aseguren la integridad de los conductores eléctricos; en el contexto para el desarrollo de granjas

solares el cableado debe ser fotovoltaico diseñado para soportar las diferentes condiciones

climáticas presentes en nuestro trópico, es decir que la selección del conducto va más enfocado a

la protección por uso en concordancia con el factor económico (Cables de Energía y

Telecomunicaciones S.A., 2004).

4.2.1.4 Estructuras de montaje de módulos solares

El tipo de soporte utilizado con los paneles solares es un elemento esencial para el máximo

aprovechamiento de la radiación solar. Por eso en distintas compañías ofrecen todo tipo

de estructuras de paneles solares que aseguran la inclinación adecuada dependiendo de su

cimentación.

Los cálculos específicos del sistema y la utilización del material optimizado llevan a la creciente

presión por reducir costos de planificación en los sistemas fotovoltaicos, tomando en cuenta así el

equilibrio del sistema. Los cálculos estructurales son proporcionados por el diseño del sistema,

asegurando el cumplimiento de los códigos de construcción vigentes, actualmente para Colombia

no existe una normatividad, donde se regule directamente el diseño de este tipo de estructuras,

pero sí se puede generar una adaptación de variables en base al eurocódigo, que ya establece unos

condicionantes de diseño.

40

El enfoque de decisión es la revisión de calidad de los elementos pre ensamblados, apuntando

siempre en mantener el costo total de la instalación fotovoltaica lo más competitivo posible. El

resultado es un atractivo sistema eficiente de rápida instalación y durabilidad.

4.2.1.5 Cerramientos de obra

En el ámbito de la construcción y de la arquitectura, un cerramiento es una división que está

constituida de elementos metálicos, concreto, mampostería, combinados o aquello que permite

cerrar y terminar una infraestructura o parte de ella. En este sentido, los cerramientos son una

especie de vallado que permite la utilización de un espacio para un fin, separando el exterior del

interior (Butlleti Oficial de les Illes Balears, 2016).

Sus principales funciones van enmarcadas en el ámbito se seguridad e integridad del sistema

fotovoltaico, restringe el paso de fauna silvestre hacia el interior, minimiza la posibilidad de

afección por grupos al margen de la ley, e impide parcialmente la manipulación y/o alteración del

sistema, todo esto bajo el marco normativo de la Ley 142 de 1994 para lo cual se debe garantizar

la calidad del bien, objeto del servicio público y su disposición final para asegurar el mejoramiento

de la calidad de vida de los usuarios (Ley 142, 1994).

4.2.2 Identificación de los criterios de evaluación

En el contexto actual no se tienen experiencias previas en el montaje de estructuras de este tipo

para proyectos de estas características; La construcción de granjas fotovoltaicas implican la

consolidación de procesos de ejecución acordes a la normativa internacional y nacional, lo cual

involucra la selección e identificación de actores y procesos los cuales deben ser evaluados de

manera sistemática; la construcción de este tipo de sistemas constituye una inversión de tiempo y

dinero considerable, es decir, la buena configuración de una estrategia constructiva implica la

reducción del riesgo e incertidumbre que conlleva a la selección de una metodología eficiente que

permita competir con los sistemas de energía convencionales.

41

. Adaptando la estructura de evaluación con múltiples criterios presentada por Ralph Keeney

en su libro “Value-focused Thinking” el cual enlaza cómo valorar la contribución de sus

actividades profesionales a su calidad de vida. Se define el principal objetivo estratégico, que para

una organización que quiera ingresar al mercado de la generación, comercialización y distribución

de energía en lo que compete a energía fotovoltaica es la competitividad con las energías

convencionales.

Figura 3 Objetivos estratégicos de proceso y fundamentales para el desarrollo de granjas

fotovoltaicas

EMPRESA DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA

Objetivo estratégico: Competitividad con energías convencionales

Objetivos de Proceso (1): Metodología efectiva de suministro, instalación, montaje y

puesta en marcha de lo electromecánico para granjas solares (fuera del alcance)

Objetivos de Proceso (2): Metodología efectiva para la construcción e

implementación de infraestructura civil para granjas solares.

Objetivos Fundamental (1): Selección del movimiento de tierras en función del

costo y localización geográfica.

investigación).

Objetivos Fundamental (2): Selección de la cimentación más eficiente (rentable)

para el soporte de las estructuras del módulo fotovoltaico

Objetivos Fundamental (4): Selección de la estructura más eficiente (rentable) para

la colocación de paneles solares.

Objetivos Fundamental (5): Selección del cerramiento más eficiente (rentable) de

acuerdo con las necesidades de cada proyecto.

Objetivos Fundamental (3): Selección del conducto más eficiente para la conexión

desde el inversor hasta el sistema interconectado nacional

42

A partir de la identificación de los objetivos estratégicos, los objetivos de proceso y los

objetivos fundamentales enmarcados en infraestructura civil para una compañía que quiera

incursionar en el negocio de las energías renovables en función de energía fotovoltaica, es

necesario desglosar y analizar por partes los objetivos fundamentales ya que será la base de la

jerarquización (modelo AHP) de los procesos de los criterios de decisión y la identificación de las

variables dependientes e independientes del modelo. En esta parte simplemente habrá una

participación en el desarrollo de estos subcriterios lo cuales serán aterrizados en el contexto local

colombiano en la construcción de escalas.

4.2.2.1 Subcriterios de decisión en movimiento de tierras en contraste al aprovechamiento

del recurso solar

La identificación de las labores de corte y terraplén van en función de la geometría solar que,

para nuestro caso, en el contexto local colombiano está ligado directamente a labores de

explanación debido a que nuestra localización geográfica permite el máximo aprovechamiento del

recurso solar.

Descapote: Comprende los trabajos para la remoción de la capa superficial del terreno natural,

compuesta por tierra vegetal, turba, materia orgánica y demás materiales indeseables que se

encuentren en la superficie del terreno natural dentro de las zonas previstas para la construcción,

debido al relieve y a la topografía características de algunas zonas del país, puede suceder el evento

que solo sea necesaria esta la labor para incursionar en las demás labores de infraestructura civil.

43

Terraplén: Las finalidades de los terraplenes en el contexto de explanación son las siguientes:

alcanzar mediante llenos, la altura necesaria para satisfacer principalmente las especificaciones

geométricas (sobre todo en lo relativo a la pendiente longitudinal), resistir las cargas del tránsito

generadas por el ingreso de los equipos en el proceso de instalación y durante el mantenimiento,

transmitidas por las capas superiores y distribuir los esfuerzos a través de su espesor para

transportarlos en forma adecuada a la rasante reduciendo deformaciones.

Los materiales para suelos se aceptan con límite líquido menor que 100%, pero en la actualidad

para subestaciones se exigen que este valor sea inferior a 70%. Los materiales utilizados en

la construcción del cuerpo del terraplén se dividen en compactables y no compactables, aunque

esta denominación no es correcta, pues todos los materiales son susceptibles de compactarse. Sin

embargo, se clasifican con base en la facilidad que tienen para compactarse con los métodos

usuales y para medir el grado alcanzado.

Corte: Se entenderá por corte al proceso de excavar y retirar volúmenes de tierra u otros

materiales para la conformación de espacios donde serán alojados cimentaciones de las estructuras

de soporte, la cimentación del cerramiento y los conductos según planos de proyecto. Los trabajos

en tierra para este tipo de infraestructura eléctrica se realizan por lo general por medios mecánicos

con la maquinaria adecuada en cada caso.

Durante los trabajos de replanteo se debe prever la ubicación de rampas para salida y entrada

de camiones; es necesario delimitar el área de nuestra actuación y marcar puntos de referencia

externos que sirvan para tomar datos topográficos. Deberá tener en cuenta la cota final de la

excavación y dejar las tierras a nivel, ya que resultaría muy costoso tener que volver a rellenar lo

ejecutado.

44

4.2.2.2 Subcriterios de decisión en selección de cimentación más eficiente (rentable) para el

soporte de las estructuras del módulo fotovoltaico.

Como se había citado anteriormente, la tendencia actual para dar solución a la cimentación de

este tipo de estructuras se centra principalmente para terrenos de dureza normal y terrenos muy

blandos o duros. En ambos casos la magnitud de los esfuerzos sobre la cimentación es la que

determina la geometría (forma del perfil, profundidad, etc.) en relación con la capacidad portante.

(esta información se sustenta en desarrollos de la empresa Schletter avaladas por empresas

internacionales certificadas como TUV rheinland, RAL UMWELT, GSI SLV Munchen).

Terrenos de dureza normal: soluciones a base de perfiles de acero hincados, zapatas apoyadas

directamente sobre el terreno de diferentes formas geométricas, y micropilotes.

Perfiles de acero hincados: los perfiles de los sistemas fotovoltaicos se componen de una

inmersión en caliente de acero galvanizado con un diseño único en forma de U. El tamaño correcto

del poste dependerá de los cálculos estructurales resultantes. Este poste de forma de U está

especialmente diseñado para garantizar un anclaje óptimo en el suelo. Al mismo tiempo, maximiza

la fuerza del poste. Los resultados de las pruebas sobre el terreno realizadas por empresas como

Schletter confirman la profundidad de empotramiento del poste (Scheletter, 2011).

La instalación de los postes en el suelo se realiza rápidamente por medio de una maquina

hidráulica y versátil (GAYK). Esta técnica de hincado es una excelente opción para instalaciones

de plantas de energía medianas y a gran escala. En promedio, 250 postes por día pueden ser

enterrados en el suelo con el uso de una sola máquina. Incluso en condiciones de terreno difíciles

(grava o piedras), el hincado del poste es posible. Cuando se topa con roca, el sistema GAYK se

puede equipar con una unidad de perforación. Se puede manejar e hincar los postes hasta en

pendientes de 18 grados (Scheletter, 2011).

45

Zapatas: el sistema montado en tierra con zapatas de hormigón es utilizado en pequeñas y

medianas instalaciones residenciales, gran escala y rellenos sanitarios. Este sistema ofrece

soluciones de montaje en zonas donde el hincado de los postes no es posible como en zonas

residenciales o zonas erosivas por efectos hidrológicos. El sistema de zapatas debe estar diseñado

para los requisitos específicos del proyecto con respecto a las cargas de viento y granizo,

inclinación y las dimensiones del módulo. Adicional al valor total agregado del sistema de zapatas,

puede ser bastante atractivo para instalaciones donde se necesitan soluciones repetitivas y rápidas

a través de mecanismos de prefabricados.

Micropilotes: para las estructuras de paneles solares, los micropilotes son elementos de

cimentaciones poco profundas, de sección circular y pequeño diámetro, de hasta 350 mm, con una

alta capacidad portante a compresión, que transfieren las cargas al terreno en profundidad. De igual

modo, los micropilotes pueden ser diseñados para soportar esfuerzos de flexión y cortante, e

incluso de tracción (Ramírez, Santos, & Sosa, 2004).

Son perforados en el terreno, armados con una tubería de acero de alta resistencia, perfiles o

barras e inyectados con lechada o mortero de cemento, que recubre la armadura y que consigue

una óptima adhesión al terreno (Bañares, 2017).

Se trata de una técnica de gran versatilidad, muy especialmente en espacios reducidos y

restricciones de altura, en cimentaciones profundas no aptas para otras técnicas debido a la

heterogeneidad del terreno, en aquellos casos en los que no puedan utilizarse maquinaria pesada,

o cuando se necesiten minimizar los efectos negativos sobre las estructuras existentes.

Terrenos muy blandos o duros: mediante el uso de tornillos de acero, introducidos directamente

en el terreno, o bien, mediante pretaladro en el mismo, para facilitar la correcta colocación

topográfica del tornillo (Bañares, 2017).

46

Tornillo Helicoidal: el sistema de tornillo helicoidal permite un montaje flexible de la

instalación fotovoltaica en terrenos con pendiente pronunciada y en subsuelos complejos y

difíciles. El sistema se utiliza preferentemente en terrenos blandos, ya que, gracias a las grandes

secciones transversales de la cimentación de tornillo, no se requieren grandes profundidades de

anclaje para transmitir las cargas de la construcción de forma definida al subsuelo (Solar World,

2008).

Mediante el montaje de la instalación sobre una cimentación de tornillo y gracias las

extensiones opcionalmente ajustables, es posible igualar irregularidades del terreno. No se requiere

de un sellado del suelo con hormigón. Además, se pueden emplear de forma ideal en terrenos

difíciles e irregulares, es ideal para el montaje en superficies regulares para poca aplicación de

carga.

Figura 4 Cimentación de estructuras fotovoltaicas mediante zapatas

Figura 5 Cimentación de estructuras fotovoltaicas mediante micropilotes.

47

Figura 6 Cimentación de estructuras fotovoltaicas perfiles hincados.

Figura 7 Cimentación de estructuras fotovoltaicas mediante tornillos helicoidales

4.2.2.3 Subcriterios de decisión en selección de estructura de montaje de paneles solares

El diseño y la construcción de la estructura y el sistema de fijación de módulos deben ser

consecuente con las restricciones de los fabricantes de módulos, es necesario considerar las

dilataciones térmicas y las cargas que puedan afectar a la integridad de los módulos. Los puntos

de sujeción para el módulo fotovoltaico serán suficientes en número, teniendo en cuenta el área de

apoyo y posición relativa, de forma que no se produzcan flexiones en los módulos superiores a las

permitidas por el fabricante y los métodos homologados para el modelo de módulo (Raboso, 2013).

La estructura se protegerá superficialmente contra la acción de los agentes ambientales. La

realización de escariado en la estructura se llevará a cabo antes de proceder, en su caso, al

galvanizado o protección de la estructura. Para esto se debe usar la tornillería realizada en acero

inoxidable cumpliendo la NSR-10.

48

En el caso de ser la estructura galvanizada se admitirán tornillos galvanizados, exceptuando la

sujeción de los módulos a la misma, que serán de acero inoxidable. La estructura de soporte será

calculada según la NSR-10 para soportar cargas extremas debidas a factores climatológicos

adversos tales como viento, granizo, etc.

Las únicas estructuras homologadas en Colombia son las Schletter, K2, y Chiko, se describen

a continuación las estructuras de montaje:

Sistema FS Gen6: el sistema FS es la base ideal para realizar de forma rápida y efectiva

proyectos FV de gran envergadura con cualquier tipo de módulos en orientación horizontal o

vertical (Scheletter, 2011).

La estructura portante de módulos está formada de aluminio y prefabricada casi al 100%, esta

es suministrada puntualmente por los fabricantes en la obra, en la cantidad deseada. Con pocos

pasos de trabajo, el kit de montaje para vigueta premontada es atornillado a los pilotes hincados

(Scheletter, 2011).

Figura 8 Estructura fotovoltaica FS GEN 6.

49

FS Uno: la subestructura de acero fue desarrollada como alternativa a la versión en aluminio.

Esta versión que agrupa todas las ventajas del sistema FS (aluminio) se convierte por su

realización en acero a una variante más económica. Gracias a un ingenioso adaptador de pinzas

para módulos, este sistema de acero permite, además de una alineación vertical del módulo, una

colocación horizontal (Scheletter, 2011).

La estructura portante de módulos es fabricada de acero galvanizado en continuo y está

disponible en diversas variantes. Al igual que con el sistema FS (aluminio), se han previsto

subestructuras para casi cualquier tipo de terreno. Gracias a un aprovechamiento eficiente de

materiales y a las distancias más grandes entre soportes, adaptadas al terreno, la versión en acero

es atractiva para realizar proyectos de gran envergadura con superficies de módulos más grandes

(Scheletter, 2011).

Figura 9 Estructura fotovoltaica FS Uno.

FS II: es la ampliación del sistema FS Gen6 para subestructuras fotovoltaicas de dos soportes.

El sistema de dos soportes FS II es la alternativa ideal para instalar estructuras grandes con

inclinaciones planas sobre terrenos planos. Gracias a sus ángulos llanos de inclinación para reducir

las distancias de sombreado, el terreno puede ser aprovechado de manera más eficiente para la

generación de energía solar (Scheletter, 2011).

50

Al utilizar dos pilotes hincados con el sistema FS II es posible transferir cargas más grandes de

la construcción al suelo. Ya que en este caso se puede prescindir de cualquier tipo de refuerzo, el

montaje del sistema sigue siendo sencillo y rápido. Los cabezales sobrepuestos de garantizada

eficacia del sistema FS son fijados a los pilotes hincados, los kits de montaje para vigueta son

colocados, y a continuación, atornillados.

Figura 10 Estructura fotovoltaica FS II.

FS Duo Schletter: ofrece también el sistema de dos soportes en la versión de acero. Dos pilotes

hincados por soporte, combinados con los perfiles Z, optimizados en lo que a carga se refiere,

forman una subestructura fotovoltaica estructuralmente segura para sistemas con distancias

grandes entre soportes. Como pilotes hincados, están a disposición los perfiles FG y SRF de

Schletter, o como alternativa el perfil estándar U. Ambas alternativas permiten una planificación

individual con una rentabilidad máxima (Scheletter, 2011).

A diferencia del sistema en granjas solares FS (aluminio), los perfiles portantes de módulos no

son fijados a los kits de montaje para vigueta mediante clamps de montaje. En el caso de la

estructura de acero, hay ganchos especiales de empalme, premontados en los kits de montaje para

vigueta, en el cual los perfiles portantes de módulos son introducidos mediante un giro.

51

Figura 11 Estructura fotovoltaica Duo Schletter.

FS In: la gran ventaja del montaje por inserción reside en la reducción del tiempo de montaje

de los módulos. Los módulos son colocados en los perfiles portantes de módulos, están

desarrollados, sin necesidad de ser atornillados, lo que significa reducción en tiempos de

instalación.

El sistema FS In fue desarrollado para módulos con una certificación adicional para el montaje

por inserción en instalaciones en granjas solares. Para este caso, se pueden utilizar módulos con

un espesor de marco entre 40 y 50 mm. En cuanto a proyectos con una potencia total de 5 MW es

posible llevar a cabo una planificación individual para cada espesor de marco validado. Para fijar

bien los módulos en el espacio superior del perfil portante de módulos, se introducen separadores

especiales con suspensión, esto contribuye a la restricción al hurto, ya que limita el retiro de

módulos de forma inapropiada.

Figura 12 Estructura fotovoltaica In.

52

FS Uno100 / FS Duo100: Existen inversores que de acuerdo a sus solicitudes requieren una

orientación este-oeste de los módulos, debido a que las distancias de sombreado son

considerablemente menores, y es posible alcanzar un mayor grado de aprovechamiento de la

superficie (Scheletter, 2011).

Las estructuras este-oeste de Schletter FS Uno100 y FS Duo100 combinan de forma ideal

rentabilidad, mejor explotación posible de materiales y máximo aprovechamiento de la superficie.

Para la orientación este-oeste, se ofrecen en el mercado dos tipos de sistema: FS Uno100 como

versión de un soporte y FS Duo como versión de tres soportes. FS Duo es apropiado para mayores

cargas o bien para alojar superficies de módulos más grandes (Scheletter, 2011).

Figura 13 Estructura fotovoltaica Fs Uno 100/Fs Duo 100.

4.2.2.4 Subcriterios de decisión en selección de mecanismo de conducto desde el arreglo

fotovoltaico hasta el inversor

El conducto eléctrico puede estar hecho de metal, plástico, concreto o combinados, su uso,

forma y detalles de instalación, se especifican por las regulaciones de cableado, como el National

Electrical Code (NEC) de Estados Unidos y el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas

(RETIE). El término “agente”, se utiliza comúnmente por los electricistas para describir cualquier

sistema que contiene conductores eléctricos, pero el término tiene una definición técnica

más restrictiva cuando se utiliza en los reglamentos oficiales de cableado (Empresa de Energía de

Bogotá S.A. ESP, 2014).

53

De acuerdo con la literatura, factores experienciales del grupo de energía fotovoltaica de la

empresa EPSA - CELSIA y revisión de proyectos desarrollados por las empresas de instalación

como Prodiel y Greenyellow se describen a continuación los diferentes tipos de conductos

eléctricos usados en granjas solares fotovoltaicas alrededor del mundo (Portafolio, 2017).

Cárcamos: cuando la diferencia de cotas entre la rasante final de la vía y la clave externa de la

tubería es menor de la distancia mínima requerida, definida en las diferentes normativas de

empresas de servicios públicos como “Profundidades de instalación de tubería” designados en la

mayoría de los casos en los requerimientos para cimentación de tuberías en redes eléctricas,

dependiendo de las cargas actuantes y del tipo de suelo encontrado en el sitio, se debe construir o

realizar alguna de las siguientes alternativas de protección y/o prevención denominados cárcamos

(Aguas del Magdalena, 2009).

En la tabla 5 se encuentran los tipos de cárcamo recomendados para la protección de tuberías

contra la acción de cargas vivas de transito que actúen sobre ella, esta información es extraída de

las normas de la empresa EPSA-CELSIA, que son una de las más exigentes en el país.

Figura 14 Sección típica de cárcamo conducto para conexión a sistema interconectado

54

Tabla 5 Tipos de cárcamo recomendados para conducto de sistema fotovoltaico

Tipo de cárcamo Material Usos Observaciones

Cárcamos tipo C para

tuberías de diferente

diámetro

Concreto

reforzado

Aplicado para redes

eléctricas existentes que

requieran protección o

rehabilitación de

cárcamo

Cárcamo compuesto por dos muros

laterales y una tapa superior. Los muros

constan de vástago con zarpa para dar

estabilidad al volcamiento y

deslizamiento. Debe ser utilizado para

diámetros de tubería desde 8” hasta 10”

Cárcamo típico tipo

boxculvert para

diferentes diámetros

Concreto

reforzado

Aplicado para redes

eléctricas

Cárcamo tipo boxculvert conformado por

un cajón con tapa, se utiliza para

diámetros desde 8” hasta 10”

Cárcamo tipo placa de

protección para tubería

Concreto

reforzado

Aplicado para

profundidades no

menores a 0,5m

Cárcamo placa superior se utiliza para

diámetros desde 8” hasta 10”

Cárcamos

prefabricados

Concreto

reforzado

prefabricado

Aplicado para redes

eléctricas con altos

niveles freáticos. Sitios

donde el fraguado sea

difícil para la

construcción.

Está conformado por una estructura

monolítica con espesores de pared que van

desde 10 cm hasta 30 cm. Las resistencias

del concreto a compresión deben estar

acordes con la norma ASTMC -789 y

C850

Tubería con recubrimiento en concreto: cuando se usan tubos fabricados en policroruro de

vinilo (PVC) como conducto para sistemas fotovoltaicos, la consideración del recubrimiento en

concreto va en función del uso de las zonas colindantes y su distancia con respecto a la rasante,

cuando la consideración de mantenimiento de la granja fotovoltaica es que las vías subyacentes

son de uso peatonal, se puede usar una tubería con un recubrimiento de 0.5 metros; este tubo debe

ser autoextinguible, resistente a la compresión, humedad y ciertos agentes químicos.

Su uso se permite en:

• Instalaciones ocultas

• Instalaciones visibles donde el tubo no se encuentre expuesto a daño mecánico

• Ciertos lugares donde se encuentren agentes químicos que no afecten al tubo y a sus accesorios

55

Tubería E.M.T: la tubería eléctrica metálica (E.M.T.) está diseñada especialmente para la

conducción de cables eléctricos para zonas industriales, comerciales y residenciales, también es

muy útil para cableado estructurado, manteniendo el cableado aislado, protegiéndolo contra todo

tipo de amenazas que pudieran dañarlo (Enríquez, 2005).

La tubería E.M.T. puede ser utilizada oculta o expuesta en todas las condiciones atmosféricas.

Tiene un acabado galvanizado en su exterior que permite una alta resistencia a la corrosión a largo

tiempo. Su estructura ayudará a una distribución eficiente y segura del suministro. Además, puede

ubicarse en las vigas de la estructura fotovoltaica y paredes de espacios exteriores del inversor

centralizado y proporcionará un acabado prolijo y estético (Enríquez, 2005).

Tabla 6 Dimensiones comerciales de tubería E.M.T Galvanizada

Tubería E.M.T Galvanizado

Producto Largo (m) Espesor (mm) Peso (kg/unidad)

12 mm 3 0,95 1,36

19mm 3 0,95 1,70

25 mm 3 1,2 2,65

31 mm 3 1,2 3,53

38 mm 3 1,2 3,99

50 mm 3 1,2 4,99

Tubería

con

cableado

Tubería de respaldo

Recubrimiento en

concreto

Tubería

con

cableado

Figura 15 Sección típica de conducto de tubería con recubrimiento en concreto

56

Tubería teledirigida: este método de conducto se utiliza fundamentalmente para la instalación

de líneas de comunicación (fibra óptica, cables de datos), líneas eléctricas de gaseoductos,

oleoductos y conducciones de agua a presión, así como bajo carreteras, líneas de ferrocarril, laderas

empinadas y otros obstáculos, el método se puede describir como un proceso en dos etapas

(Minguez, 2015).

En primer lugar, se realiza un sondeo piloto a lo largo de una trayectoria planificada usando

tanto el empuje de la plataforma de perforación, como la rotación de varillas de perforación para

avanzar poco a poco en esa dirección. La perforación piloto se va monitorizando y maniobrando

por un detector que va recibiendo la señal por una sonda que se encuentra instalada en un

portasonda ubicado en la parte de atrás de la broca. Esta se va guiando de acuerdo a un diseño

realizado con anterioridad, y le da los datos necesarios para realizar el cruce sin afectar ningún

servicio público existente en el sitio del cruce. El sondeo piloto se perfora con un diámetro de 2,5

a 12,5 cm a lo largo de la línea central del diseño propuesto (Minguez, 2015).

En la segunda etapa del proceso, tras completarse la perforación piloto, se une un

retroensanchador o escarificador, al extremo de la sarta de perforación, para la seguridad del tubo

flexible o semiflexible que quiere instalarse. Pueden ser necesarias varias pasadas sucesivas del

escarificador y ensanchador de diferente tamaño para instalar la tubería deseada. El tubo se instala

a lo largo de una vía que contiene una suspensión de bentonita que se va vertiendo a medida que

pasa el retroensanchador. La bentonita actúa como lubricante facilitando el paso de la tubería. Se

realiza un seguimiento tanto de la perforación piloto como del proceso de ensanchamiento

mediante una sonda de radio que está alojada dentro de la cabeza de perforación. La precisión del

método es de 2,5 cm. (Minguez, 2015).

57

4.2.2.5 Subcriterios de decisión en selección de cerramiento de obra

No existe una argumentación clara de cómo deben ser los cerramientos de obra para plantas

fotovoltaicas, la selección de estos cerramientos van en función de las solicitudes propias de la

zona donde se van a realizar, básicamente la noción para Colombia es que se centren en el marco

normativo de ley, que para este caso como se considera una infraestructura eléctrica del sistema

interconectado nacional, se debe garantizar la integridad del sistema ante agentes silvestres y de

seguridad que puedan poner en riesgo el servicio a los usuarios finales. A continuación, se describe

lo más usado en subestaciones del país.

Cerramientos en malla eslabonada: este cerramiento se constituye como una estructura

metálica compuesta por malla eslabonada, tubería galvanizada, alambre de púas, concertina,

concreto, acero de refuerzo, alambre galvanizado calibre 12 para amarre de la malla, Soldadura

(de acuerdo con lo indicado en la Norma NEGC 413-00) y tapones metálicos para extremos

superiores de los tubos de la malla (Empresa de Servicios Públicos de Colombia -EPM, 2013).

La malla deberá quedar suficientemente templada en ambas direcciones, para ello se deberán

utilizar equipos especialmente destinados para dicho uso como el tirfor (o chicharra). Los amarres

a los postes o tubos verticales y a los diagonales, se harán con alambre galvanizado calibre 12 de

acuerdo con lo establecido en la norma NTC 2076. El espaciamiento máximo entre estos amarres

será de 300 mm. En los extremos de cada tramo de cerco la malla se envolverá al tubo y se soldará

a este; los amarres también se soldarán a los tubos. En los cambios de nivel, el tubo debe ser de

una longitud igual a la altura normal, más desnivel y tener en el extremo superior una deflexión

adicional que permita la continuación de la malla. (Empresa de Servicios Públicos de Colombia -

EPM, 2013).

58

Cerramientos en mampostería: los cerramientos en mampostería estructural es un sistema

compuesto por bloques de concreto u otros materiales que conforman sistemas monolíticos que

pueden resistir cargas de gravedad, sismo y viento. Este sistema está básicamente fundamentado

en la construcción de muros colocados a mano, de perforación vertical, reforzadas internamente

con acero estructural y alambres de amarre, los cuales cumplen todas las especificaciones

propuestas en el Título D de la NSR – 10. Las celdas de las unidades de mampostería se pueden

rellenar parcial o completamente con mortero de relleno (Ceccarelli, 2017).

Cerramientos de muros en concreto: existen otras metodologías constructivas de carácter

industrial para la construcción de muros de cerramiento en donde los muros se construyen

de concreto reforzado y sobre formaletas metálicas que permiten labores a mayor velocidad y

grandes rendimientos. Algunas de las formaletas que son monoportables contienen figuraciones

que permiten el manejo de aspectos finales de texturas y colores. Los operarios con una labor

básica de enseñanza, rápidamente adquieren destrezas para el manejo de la formaleta y el proceso

continuo y repetitivo de la construcción. Desde el punto de vista de las deformaciones que le

imponen las fuerzas horizontales o sísmicas, este sistema posee suficiente rigidez para control de

las derivas garantizando la preservación de la infraestructura (Revista Construdata, 2010).

Cerramientos combinados: básicamente consiste en la combinación de muros en mampostería

a 1/3 de altura con malla eslabonada, los muros para el cerramiento también se encuentran

descritos en la NSR-10, hacen parte de un sistema estructural que no dispone de un pórtico

esencialmente completo y en el cual, las cargas verticales son resistidas por los pórticos generados

por las columnetas que llevan los parales de cerramiento y las vigas de bloques superiores (Silva,

2016).

59

Los elementos de soporte de la malla serán tubos verticales separados como máximo 2.50 m y

de diámetro 50 mm (2"), tipo pesado. Estos elementos serán de hierro galvanizado de acuerdo con

lo establecido en la norma NTC 2076; el extremo superior tendrá una deflexión de 30º con la

vertical y la boca en el extremo superior debe taparse con tapón metálico soldado para evitar la

entrada de aguas lluvias.

Las diagonales o arriostramientos serán del mismo diámetro, sección y características que los

tubos verticales descritos. Estarán ubicadas como máximo cada diez (10) m, y en los cambios de

dirección (uno en cada dirección) (Empresa de Servicios Públicos de Colombia -EPM, 2013).

Figura 16 Cerramientos característicos de subestaciones en el país

60

4.3 Tercera etapa del análisis multicriterio: construcción de razonamientos de evaluación

Cada criterio de evaluación debe contar con una argumentación de evaluación que permita

generar un resultado en términos de un indicador que posibilite medir o estimar el desempeño de

las alternativas con respecto a ese criterio. En la literatura enfocada al análisis multicriterio, se han

venido dando varios nombres al concepto de indicador. Se pueden citar los siguientes: “attribute”,

“measure of effectiveness”, “measure of performance”, “criterion” y “descriptor of

impacts”. Todos ellos se refieren a la misma cosa, es decir, a una unidad de medida que permita

conocer el desempeño de una opción con respecto a un criterio dado (Contreras, 2009).

En este proceso de aplicación del modelo AHP para la construcción de infraestructura civil en

granjas fotovoltaicas, el cual será validado mediante la metodología del análisis multicriterio, se

han logrado identificar hitos, actividades y actores, además de los criterios y subcriterios de

decisión, pero es necesario definir unos razonamientos de evaluación acorde al contexto local

colombiano, ya que los objetivos de decisión no deben ser inherentes solo al proceso, sino también

a las características propias del sector donde se van a desarrollar (Mayor, Botero, & González,

2016).

Los procesos de desarrollo de las actividades de construcción de infraestructura civil y en

general cualquier proceso, deben estar enmarcadas dentro de los parámetros de tiempo, costo,

calidad y alcance, a continuación, se enmarcan estos paramentos dentro de la escala de evaluación

para la selección de objetivos en el contexto local colombiano.

61

4.3.1 Enfoque de importancia relación costo- beneficio de movimiento de tierras en

contraste a la radiación solar

Análisis del sistema – Movimiento de tierras: En el contexto local colombiano en muchas

ocasiones la actividad de movimiento de tierras puede ser la variable o el hito que inviabilice los

proyectos, si el objetivo de un proyecto de energía renovable es generar métodos que optimicen el

costo de tal manera que permitan ser competitivas con respecto a los sistemas de energía

convencionales, es necesario entonces buscar alternativas que disminuyan la inversión en este hito,

localizar granjas en sectores donde no impliquen un mayor movimiento de tierras seria el escenario

ideal.

Existen tres alternativas diferenciadas y sustentados en cualquier presupuesto de

infraestructura civil en el país, estas actividades de movimiento de tierras son denominadas corte,

descapote y terraplén, cada una tiene un costo especifico que pondera al otro; la actividad de

descapote tiene un costo menor al corte y al lleno, ya que solo implica el retiro de material retirado

mediante un Bulldozer en capas no mayores a 30 cm, la actividad de corte implica un costo mayor

con respecto al descapote ya que implica el uso de máquinas retroexcavadoras para el retiro de

capas mayores a 30 cm y un menor costo con respecto al lleno ya que implica el suministro e

instalación de material para garantizar un mejoramiento de la rasante o en su defecto garantizar la

planicidad que es fundamental para el desarrollo de estos proyectos energéticos.

Análisis del sistema – generación con respecto a radiación solar: El sistema fotovoltaico

denominado granjas solares para el caso en estudio es un sistema on grid es decir conectado a la

red y no posee almacenamiento, lo que se refiere es que cuando exista radiación solar el sistema

de paneles solares generara potencia en DC (corriente continua) y será transformada en AC

(corriente alterna) mediante el inversor, la cual será inyectada inmediatamente a la red para su

62

consumo, las horas sol para Colombia están en un periodo desde la 6:00 AM a las 6:00 PM debido

a su cercanía con el ecuador, y tiene una varianza entre 15 y 20 min de la hora oficial, esto significa

que durante ese periodo el sistema se constituirá de generación de energía; El aprovechamiento de

radiación de los módulos monocristalinos en potencia es del 90% y sufren una degradación del 3%

en promedio anual, es decir sus condiciones de aprovechamiento se reducen en el tiempo; Según

el atlas de redacción solar en Colombia , la radiación solar presente en las zonas donde se

encuentra delimitado el criterio de decisión presentan un rango entre 3,5 a 6 kWh/m2/año.

Contraste relación costo- beneficio, radiación solar- movimiento de tierras: Tal como se ha

descrito en el subcapítulo 4.2.2.1 debido a nuestra localización geográfica tenemos abundante

radiación solar durante todo el año, el potencial energético en nuestro país es de los mejores del

planeta sustentados en los atlas de Solargis, debido a nuestra cercanía al plano ecuatorial; el

potencial energético en nuestro país no es aprovechado en su totalidad debido a que la tecnología

fotovoltaica actual, a pesar del gran avance en el desarrollo de celdas solares, aún presentan bajos

niveles de eficiencia y condiciones locales de temperatura no favorecen la producción de energía

del sistema solar fotovoltaico, la altura también compromete en la medida de que los

condicionantes de humedad y nubosidad afectan la producción energética, así mismo, el viento

contribuye a la reducción de temperatura del módulo, etc. A pesar de estas variables, uno de los

factores importantes a la hora de seleccionar un emplazamiento no es solo la disponibilidad del

recurso solar, sino orientar el proyecto a la optimización del movimiento de tierras para generar

una consolidación de proyecto más atractiva y competitiva con respecto a los sistemas de

generación de energía convencionales.

63

4.3.2 Razonamiento de evaluación del movimiento de tierras

Se presentan a continuación, las consideraciones en escala de evaluación para la selección de

tierras en términos del objetivo del proceso para alcanzar el objetivo fundamental que es la

adecuación óptima del movimiento de tierras en función del aprovechamiento del recurso solar.

Tal como se había descrito con anterioridad, la adecuación optima del movimiento de tierras va

en función del diagrama de masas que para este caso busca minimizar los volúmenes de terraplén

y corte configurando un equilibrio para la calidad y economía de los movimientos de tierras,

además es un método que indica el sentido del movimiento de los volúmenes excavados, la

cantidad y la localización de cada uno de ellos.

Debido a la complejidad para determinar estas características por efectos de que cada terreno

colindante a las subestaciones tiene una particularidad, por tanto se hará énfasis en el relieve

incipiente de cada región de acuerdo al atlas de Colombia, en correlación con las experiencias del

personal de ingeniería de proyectos propios de la empresa CELSIA, los cuales han desarrollado

bastantes proyectos de subestaciones en el país y su experiencia permite la contextualización de

información, esto será sustentado mediante encuestas (ver anexo 1) desglosadas en preguntas

simples, que si bien es cierto no generan un valor cuantitativo, pero sí permiten generar un análisis

cuali-cuantitavo (Portafolio, 2015).

Relieve Valle del cauca- región plana o del valle físico entre las dos cordilleras (mayor

localización de subestaciones): es la más rica y valiosa del país, comparada solo con la sabana de

Bogotá y el valle del río Sinú. Su extensión superficiaria es de unos 3.000 Km2.

Alcanzando a 32 km en sus partes más anchas, el río Cauca la recorre de sur a norte. Sus

terrenos, bastante fértiles, tienen una capa vegetal de 50 centímetros, muy abundante en humus y

principios fertilizantes, lo que constituye una verdadera garantía para la agricultura. Si se considera

de sur a norte, aparece dividido en dos sectores: el de la izquierda o lado occidental y el oriental o

banda derecha.

64

Este último es más ancho, anegadizo, más poblado y fértil. Se encuentra que la parte destinada

a cultivos es muy pequeña, mientras que la parte dedicada a pastos y la cubierta por rastrojos,

pantanos o ciénagas, resultantes de la inundación del Cauca, es muy grande. La región plana está

regada por el río Cauca, con los siguientes afluentes: Amaime, Guadalajara, Tuluá, Morales,

Bugalagrande y la Vieja. Las más importantes poblaciones y ciudades que se encuentran en la

región plana son: Santiago de Cali, Palmira, Cerrito, Guacarí, Buga, San Pedro, Tuluá, Andalucía,

Bugalagrande, Zarzal, Obando, La Victoria, Cartago, Jamundí; Yumbo, Vijes, Riofrío, Yotoco,

Bolívar, Roldanillo, La Unión y Toro (Alcaldía de Santiago de Cali, 2017).

Relieve Antioquia- región escarpada (mayor localización de subestaciones): el territorio

político del departamento de Antioquia está localizado al noroccidente de Colombia, con dos

tercios (2/3) de su área en la Región Andina, su zona noroccidental en el litoral Caribe y su área

occidental en la llanura de la Región Pacífica. Ocupa un área total de 62.150 km², lo que

corresponde al 5,44% del territorio nacional continental. El departamento está cruzado por las

cordilleras Central y Occidental y su relieve es uno de los más escarpados del mundo. El mayor

asentamiento humano se presenta en el área del valle de Aburrá y sus regiones aledañas, es decir,

el área que rodea a la ciudad de Medellín. Buena parte del territorio antioqueño son llanuras que

se extienden al occidente, norte y oriente (Salazar, 2010).

Relieve Cundinamarca - región montañosa (mayor localización de subestaciones): el territorio

del departamento de Cundinamarca presenta relieves bajos, planos y montañosos, todos

correspondientes a la cordillera Oriental en ambos flancos. En este contexto, en el departamento

se pueden distinguir cuatro regiones fisiográficas denominadas flanco occidental, altiplano

de Bogotá, flanco oriental y el piedemonte llanero (Toda Colombia, 2005).

La primera es una faja en dirección sur - norte y se inicia en el páramo de Sumapaz; las alturas

están comprendidas entre los 300 y los 3.500 m sobre el nivel del mar, siendo más bajos los

65

accidentes situados en el valle del río Magdalena. La segunda comprende el centro del

departamento; por el sur limita con las estribaciones del páramo de Sumapaz y por el norte se

extiende hasta el departamento de Boyacá; es de relieve plano enmarcado por los dos cordones

cordilleranos y algunos cerros dispersos en el mismo altiplano (Toda Colombia, 2005).

La tercera es una faja paralela a la anterior, de relieve alto y abrupto reflejado en las formaciones

de Medina y la cuchilla de Ubalá. La cuarta corresponde al oriente del territorio, como su nombre

lo indica; es una franja de transición entre la cordillera y los llanos orientales (piedemonte llanero)

con alturas entre 300 y 1.500 m sobre el nivel del mar. Todo el territorio se extiende sobre un

conjunto de estructuras sinclinales y anticlinales en los flancos oriental y occidental de la

cordillera, con la presencia de fallas en dirección suroeste y noreste (Toda Colombia, 2005).

Relieve Santander - región plana y suavemente ondulada (mayor localización de

subestaciones): en el relieve del territorio del departamento de Santander se distingue dos grandes

unidades fisiográficas denominadas Valle Medio del Magdalena y la cordillera Oriental. El valle

del Magdalena, al occidente del departamento, se caracteriza por un modelado plano y suavemente

ondulado; en las márgenes del río Magdalena predomina la vegetación selvática y al oriente de

estas, se encuentra una faja de bosque ecuatorial (Toda Colombia, 2005).

Por su parte, la cordillera Oriental ocupa la mayor parte del departamento en dirección general

suroeste - noreste. El relieve es quebrado y de pendientes fuertes con alturas superiores a los 3.000

m sobre el nivel del mar, como en la cordillera de los Lloriquíes o de los Cobardes (constituye la

divisoria de aguas entre los ríos Suárez al oriente y Magdalena al occidente); otros accidentes

orográficos son los páramos, que le sirven de límite, por el oriente con Boyacá sobresalen los

páramos de Chontales, Consuelo y Cruz Colorada; por el norte, con Norte de Santander están los

de Carcasí, Almorzadero y Santurbán (Toda Colombia, 2005).

66

Todas las mesetas que la componen presentan forma escalonada, muy erosionadas y cortadas

abruptamente ante el cañón del Chicamocha; este último constituye uno de los rasgos morfológicos

más notables del relieve santandereano que se encuentra en sentido oriente – occidente, por ser el

cauce más profundo del país a lo largo de abruptos desfiladeros carentes de capa vegetal y en

continuo proceso de erosión que configuran un espectacular paisaje (Toda Colombia, 2005).

Relieve Atlántico - región serranías y colinas (mayor localización de subestaciones): en el

territorio del departamento del Atlántico se presentan dos tipos de relieves, uno montañoso, que

ocupa cerca del 45% del área departamental, con serranías y colinas de poca altura, y otro plano

de terrazas, llanuras aluviales y ciénagas, que conforman las tierras vecinas del Canal del Dique y

el río Magdalena con su desembocadura al mar (Toda Colombia, 2005).

El relieve montañoso es una prolongación de la serranía de San Jerónimo y puede considerarse

como la última ramificación de la cordillera Occidental; en este conjunto orográfico se destacan

las serranías de Luruaco, Capiro, El Pajal de la Piedra, Oropapia, Piojó y Santa Rosa. Por su parte,

en el litoral se resaltan los accidentes del cabo Barro, Castillejo, Los Manzanillos, Morro Hermoso,

Piedra y Sabanilla, y las ensenadas Rincón Hondo y El Puente (Toda Colombia, 2005).

4.3.3 Clasificación de relieves en relación con el movimiento de tierras

A partir de la caracterización del relieve de las distintas zonas, la cantidad de subestaciones de

alta tensión que se encuentran en el país, y las opiniones del equipo de ingeniería de proyectos

propios, se puede fundamentar un modelo probabilístico.

La probabilidad de un evento definida como la frecuencia relativa con la que pueden esperarse

dicho evento, puede obtenerse de tres formas: empíricamente, teóricamente y subjetivamente; para

nuestro caso tenemos datos obtenidos de la experiencia de los profesionales asociados a la empresa

67

CELSIA-EPSA, plasmados en las encuestas del anexo 1, el valor asignado a la probabilidad como

resultado de la experimentación puede obtenerse de la siguiente formula:

En palabras 𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑚𝑝𝑖𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝐴 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑜𝑐𝑢𝑟𝑟𝑖𝑜 𝐴

𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜𝑠

En Algebra 𝑃¨(𝐴) = 𝑛(𝐴)

𝑛

Generamos entonces un total de 6 encuestas donde se formularon una serie de preguntas

simples, donde el criterio incipiente era la planicie, en ellas se cuestiono acerca desde su

experiencia como planeadores y ejecutores de subestaciones, cuáles fueron los acontecimientos y

las características de los terrenos colindantes a las subestaciones en concordancia con la ubicación,

esta información nos permite valorar de manera cuantitativa a través de escalas cual prevalece

levemente o mayormente una característica sitio con respecto a la otra para las condiciones de

corte, descapote y terraplén .

A manera de ejemplo nuestros 6 profesionales encuestados, manifestaron que se han encontrado

que, en la mayoría de los casos para el sector del Valle del Cauca, los terrenos colindantes a las

subestaciones deben ser removido la capa vegetal, y los llenos para las condiciones de

infraestructura eléctrica no son tan prominentes en comparación con el departamento de Antioquia

caracterizado por estar en zonas montañosas.

Tabla 7 Movimiento de tierras en zonas determinadas para instalación de granjas fotovoltaicas

Zona Característica Movimiento

de tierras

Respuesta de equipo

de ingeniera

Cantidad de

subestaciones

x región

Valle del Cauca (lotes colindantes a

subestaciones)

Plana Descapote Descapote (1-100%) 7

Antioquia (lotes colindantes a

subestaciones)

Escarpada Corte Corte (1-100%) 16

Cundinamarca (lotes colindantes a

subestaciones)

Montañosa Corte Corte (1-100%) 14

Santander (lotes colindantes a

subestaciones)

Plana suavemente

ondulada

Lleno Descapote (0,5-50%)

-lleno (0,5-50%)

6

Atlántico (lotes colindantes a

subestaciones)

Serranías y colinas Lleno Descapote (1-100%)

-lleno (1-100%)

9

68

4.3.3.1 Potencial energético solar en Colombia

Colombia, por su posición geoespacial, presenta enormes potenciales de recursos energéticos

alternativos renovables y no renovables, como son: sol, viento, recursos hídricos, biomasa, energía

de los océanos y geotermia. En lo que compete a radiación solar, Colombia tiene un buen potencial

energético solar en todo el territorio, con un promedio diario multianual cercano a 4,5 kWh/m2

(destacándose la península de La Guajira, con un valor promedio de 6,0 kWh/m2 y la Orinoquia,

con un valor un poco menor), propicio para un adecuado aprovechamiento (Ministerio de Minas y

Energía, 2015).

A partir del atlas de radiación solar de Colombia, en el mapa de radiación solar global promedio

multianual, se estableció el valor de radiación solar para la distintas zonas representativas que se

encuentran adscritas al sistema interconectado nacional (Valle del Cauca, Atlántico, Antioquia,

Cundinamarca, Santander), se aplicó la metodología planteada por la UPME en el cual primero se

identificó el mapa de radiación solar en el glosario, luego se ubicaron las regiones solicitadas,

posteriormente se estableció la franja de color a la que pertenece y la isolínea más cercana al lugar,

a la cual se le asignó el valor sumando, desde el valor más bajo en el límite inferior de la franja de

colores, el incremento de 0,1 correspondiente de cada isolínea hasta llegar a la isolínea del lugar

en consideración, estableciéndose de esta manera el valor aproximado de la radiación solar global

de las regiones (Ministerio de Minas y Energía, 2016).

Tabla 8 Radiación global en regiones prestablecidas del territorio Nacional

Región kWh/m2/año

Atlántico 5.5.-6.0

Valle del Cauca 4.0-5.0

Antioquia 3.5-4.5

Cundinamarca 3.5-4.5

Santander 4.0-5.5

Fuente: (Ministerio de Minas y Energía, 2016).

69

Esta información se usa para el diseño de sistemas fotovoltaicos, para lo cual es necesario

revisar en los mapas mensuales el mes más crítico para el lugar donde desean instalar el sistema.

4.3.3.2 Razonamiento de evaluación de selección de cimentación

Se presenta a continuación las consideraciones en escala de evaluación para la selección de

cimentación de estructuras de paneles.

Tabla 9 Criterios de evaluación de cimentación de estructuras de paneles solares

Cimentación de estructuras de paneles solares

Tiempo Costo Calidad Alcance

Complejidad e instalación

Disponibilidad del recurso

Costo de la cimentación Capacidad portante del

suelo

Vida útil de la

cimentación

Capacidad portante-ingeniería-calidad

Con el fin de delimitar la capacidad portante del suelo, se consideró que las granjas solares van

a generar energía hacia el sistema interconectado nacional de energía eléctrica, para este caso el

escenario deben ser los sectores colindantes a las subestaciones de alta y media tensión (220-500

kV) por temas de pérdidas de energía y eficiencia en conexión (Ministerio de minas y energía,

2012).

El sistema interconectado nacional cuenta con 85 subestaciones de alta-media tensión

representadas en los diversos departamentos del país, la información de estudios de suelos está

sujeta a restricciones y consideraciones de cada empresa, que es consecuente con la limitada

información y la no circulación de la misma (Bernal Ruiz, Análisis de la responsabilidad civil de

las empresas distribuidoras de la energía eléctrica en Colombia, 2012)

La información que se usó para el presente estudio es la suministrada por la empresa CELSIA

la cual tiene presencia en Colombia (región andina, caribe y pacífica), Panamá y Costa Rica, tiene

una capacidad de generación de 2.387 MW desde 27 centrales hidroeléctricas, térmicas,

fotovoltaicas y eólicas que generan alrededor de 7.750 GWh anuales (Celsia, 2016)

70

La información suministrada son algunos estudios de suelos que se realizaron durante la

construcción de las subestaciones; aunque la información sigue siendo limitada, sí proporciona

herramientas para hacer un análisis parcial de la información y construir unas escalas de evaluación

sujetas a consideraciones (Barreto Maya, Valencia Gonzáles, & Echeverri Ramírez, 2013).

En la tabla 10 se describe la información de la capacidad portante del suelo de algunas

subestaciones en Colombia, para la cual se identificaron las variables necesarias, se

acondicionaron y organizaron para su posterior uso y aprovechamiento. A partir de la información

mediante la cual se realizó un análisis estadístico plasmado en la tabla 7 se correlaciono con los

estudios de suelos con el fin de verificar cuál es la mayor probabilidad de ocurrencia para encontrar

determinados tipos de estratos en las zonas circundantes a las subestaciones, cuyo objetivo es

delimitar el uso de las cimentaciones en el contexto local y generar una perspectiva interesante al

sector de abastecimiento de las diferentes organizaciones del sector de la energía renovable, para

agilizar su gestión de importación y nacionalización o en su defecto, generar negociaciones en el

mercado local de productos prefabricados en masa (Valencia, Camapum, & Lara, 2012)

71

Tabla 10 Clasificación de suelos colindantes a subestaciones del sistema interconectado Nacional

Nombre Localización Departa-

mento

Presencias de suelos Clasificación

de suelos

Cap. port-

ante (kpa)

Subestación

manzanillo

110 kV

10°26'40.44"N

75°23'44.59"O

Bolívar Horizonte IA (0,0-0,5 m): Horizonte orgánico

Horizonte (0,5-2,0 m): Arcillas de coloraciones marrones oscuras,

presencia de materia orgánica y restos vegetales. Alta plasticidad, alta

consistencia y humedad media.

Horizonte (2,0-15,0 m): Arcillas y limos de coloraciones grisáceas

claras, con tonalidades marrones y cremas. Alta plasticidad, alta

consistencia y humedad moderada.

Suelos blandos 10-60

Subestación

Caracolí 220

kV

10°53'22.00"N

74°49'38.79"O

Atlántico El ensayo de resistencia a la penetración insitu evidencia un material de

compacidad muy densa desde 1.0 m de profundidad; las pruebas de

laboratorio arrojaron clasificación de arenas limosas (SM), con

variación a limos de baja plasticidad (ML), arcillas de baja plasticidad

(CL), arenas limosas a arenas arcillosas (SM-SC) y arenas arcillosas

(SC); los rangos de límites de Atterberg e índice plástico son bajos

(<20%) a muy bajos (NP) con evidencia de baja plasticidad.

Suelos blandos 10-60

Subestación

Cerrito 115

kV-

03°04'06,87"N

76°19'32,29"O

Valle del

cauca

Horizonte (0,0 -1,0m) Depósito antrópico (lleno). Conformado por

materiales de textura arenosa de compacidad relativa media a suelta.

Embebe gravas de diferente forma y tamaño máximo de 5,00 cm.

Horizonte (1,0-6,0 m) Depósito aluvial de energía baja. Constituido

por suelos de textura arcillosa de alta plasticidad de consistencia media

a firme, de 1.00 a 1.45 m presenta contenido de materia orgánica de

hasta 7.92 % que le da un color negro. De 3.00 a 3.45 m presenta

fracciones arenosas.

Horizonte (6,0-10,45m) Depósito aluvial de energía moderada.

Constituido por suelos de textura areno limosa de tamaño medio, de

compacidad relativa densa a muy densa. Embebe gravas con formas

redondeadas y tamaños hasta de 6.00.

Suelos de

dureza normal

70-100

Subestación

Victoria

CODENSA

220kV

04°32'43,63"N

74°05'59,97"O

Cundina-

marca

En general, el subsuelo consiste en una secuencia de arcillas de alta

plasticidad, limos y capas de arena de grano grueso color habano

oscuro, caracterizado por presentar condiciones húmedas de

consistencia y plasticidad media. Se evidencia la presencia de nivel

freático en promedio a los dos metros de profundidad.

Suelos de

dureza normal

70-100

72

Subestación

San silvestre

115 kV-13,2

kV

07°04'36,09"N

73°49'45,50"O

Santander Está conformado básicamente por una arcilla gris altamente

compresible y de baja resistencia, intercalada con capas de

arenas limosas ligeramente sueltas (Densidad relativa alrededor del

45%). De igual manera se detectó la presencia de materia orgánica, la

cual se caracteriza por su alta compresibilidad.

Se detectó la presencia de lentes de limos arenosos en los que hay un

incremento en la resistencia, pero el cual se pierde rápidamente.

Suelos de

dureza normal

70-100

Subestación

Jaguas

06°20'46,61"N

75°00'28,59"O

Antioquia Inicialmente se encuentra una capa vegetal hasta una profundidad de 20

a 40 cm.

Luego de este, se encuentran capas de arcilla arenosa y/o limos con

arena de consistencia media a dura, que alcanzan una profundidad

promedio de 2.5 m.

A continuación, se encuentran capas de arena arcillosa y arena limosa

color amarillo, café y gris, con densidad media a compacta, estos

materiales tienen en promedio una profundidad de 2.0 m.

Finalmente se encuentran limos arenosos y arcillas con arena, color

rojo, amarillo y verde, de consistencia dura a muy dura, que alcanzan la

profundidad de 6.0 m.

Suelos de

dureza normal

70-100

73

Vida útil de la cimentación –alcance-

De acuerdo con las fichas técnicas para los distintos tipos de cimentación, se presenta a

continuación la vida útil para cada tipo de cimentación de estructuras de sistemas fotovoltaicos

Tabla 11 Vida útil de cimentación

Nombre Garantía del proveedor Fuente

Zapatas 50-100 años NSR-10 título C-H

Tornillo helicoidal 15-25 años Ficha técnica Scheletter TerraGrid /

TerraGrid Light / TerraGrid acero

www.schletter.de/AGB_es

Perfiles de acero hincados 15-25 años Ficha técnica Scheletter

FS Uno100 / FS Duo100

www.schletter.de/AGB_es

Micropilotes 50-100 años NSR-10 título C-H

Cimentación especial Depende del grado de complejidad y

a factores antrópicos

Depende del grado de complejidad y

a factores antrópicos

Complejidad en instalación-tiempo

De acuerdo con las fichas técnicas para los distintos tipos de cimentación y los datos de

rendimientos de ejecución de obra de la revista Construdata interiorizados con la empresa

Premolda, se presenta a continuación la vida útil para cada tipo de cimentación de estructuras de

sistemas fotovoltaicos.

Tabla 12 Tiempos de instalación (rendimientos) de cimentación para estructuras fotovoltaicas

Nombre Tiempo de instalación (unidades

por día)

Fuente

Zapatas 140 NSR-10 título C-H

Tornillo helicoidal 200 Ficha técnica Scheletter TerraGrid /

TerraGrid Light / TerraGrid acero

www.schletter.de/AGB_es

Perfiles de acero hincados 250 Ficha técnica Scheletter

FS Uno100 / FS Duo100

www.schletter.de/AGB_es

Micropilotes 120 NSR-10 título C-H

Cimentación especial Depende del grado de complejidad

y a factores antrópicos

Depende del grado de complejidad

y a factores antrópicos

74

Precio de las estructuras de cimentación- Costo

En el mercado global existen muchas compañías dedicadas al diseño y construcción de

estructuras de cimentación para granjas solares, entre ellas se tienen Schletter, K2 y Chiko que son

las más representativas en el mercado europeo, americano y asiático; para prefabricados en el

mercado local se tienen empresas como Premolda, Fibrit S.A.

Para las empresas metalmecánicas, todas cumplen con los más altos estándares de calidad,

certificados mediante compañías reglamentarias, y disposiciones establecidas en las normas

internacionales, su composición físico química de los elementos hincantes varían y se equilibran

con su secciones transversales, las compañías ofrecen productos tanto en aluminio como en acero

y sus nichos de mercado son básicamente los mismos; pero si todas las compañías ofrecen

prácticamente las mismas características de funcionalidad ¿por qué existen diferencias en costo?;

la respuesta está en su presencia en el mercado, Schletter ofrece una mayor representatividad local

que otras empresas del mercado, básicamente por su extemporaneidad en el sector de la industria

fotovoltaica y su capacidad de respuesta en el contexto suramericano ante cualquier inconveniente

o aclaración que solicite el cliente; si bien es cierto, la diferencia es menor en Suramérica con

respecto a las otras compañías citadas $0.05 usd/wp, en volumen sí se considera un valor

representativo para los intereses de las compañías que se quieran dedicar al negocio de la inversión

en energía fotovoltaica.

Para las empresas que involucren soluciones en concreto prefabricadas en el contexto local

colombiano, también se encuentran debidamente certificadas por las normativas de buenas

prácticas nacionales y de calidad internacionales; el mercado de las soluciones en concreto

actualmente se encuentra debidamente regulado, a pesar de la varianza del precio del cemento

(principal materia prima para la elaboración de prefabricados en concreto) maneja precios estables

durante los últimos 4 años, mostrando una variabilidad de costo en concordancia a la inflación

(revisión de costos en revistas Construdata periodo 2012-2017) .

75

Para esto se toma como referencia entonces, las estructuras Schletter y Premolda debido a que

se puede considerar un aliado estratégico para un negocio que apenas se está iniciando en el

mercado local colombiano, se presenta a continuación los distintos precios de las cimentaciones.

Tabla 13 Costo de estructuras de cimentación para granjas fotovoltaicas

Estructuras de cimentación granjas fotovoltaicas

Zapatas Helicoidal acero Micropilotes Perfiles hincados Cimentación

especial

usd/wp usd/wp usd/wp usd/wp usd/wp

0,07 0,075 0,085 0,09 0,12

4.3.4 Razonamiento de evaluación de selección de estructura

Se presenta a continuación las consideraciones en escala de evaluación para la selección de la

estructura de soportes de módulos fotovoltaicos.

Tabla 14 Criterios de evaluación de estructuras de paneles solares

Estructura-elementos de soporte de paneles solares

Tiempo Costo Calidad Alcance

Oferta del sistema

Seguridad Ambiente corrosivo

Ambiente no corrosivo

Disponibilidad de área

Oferta del sistema- tiempo

Para un sistema fotovoltaico no centralizado, es decir, para auto consumo, la oferta del sistema

debe estar orientada a la curva de demanda del usuario, para nuestro caso, el sistema desarrollado

para esta investigación compete sistemas centralizados (granjas fotovoltaicas) y la oferta del

sistema va en función de las necesidades del país, esto significa que para Colombia siempre será

necesario la inyección de energías al sistema interconectado nacional.

La configuración del sistema interconectado nacional es en forma de anillos perimetrales los

cuales independiente de su nivel de tensión siempre estarán acoplados, esto se refiere a que es por

el fenómeno de impedancia definida. Para términos de profesionales no electricistas, la corriente

siempre irá donde exista una mayor solicitud, sin alterar de manera importante la estabilidad del

sistema; en otros términos, se deben usar estructuras de soporte que maximicen la colocación del

módulo buscando como resultado una mayor generación de fluido eléctrico.

76

Seguridad-costo

La seguridad del sistema interconectado nacional de Colombia, entiéndase como el conjunto de

elementos tales como torres eléctricas, líneas de transmisión y subestaciones de baja, media y alta

tensión, están cobijadas en lo que compete a su estabilidad, integridad y seguridad bajo el marco

normativo de la Ley 142 de 1994, caracterizada por un exigente protocolo destinado a minimizar

y evitar las posibilidades de que ocurran contingencias que interrumpan el suministro eléctrico

(Isa, 2018).

Dentro de estas medidas de mitigación de riesgos, está la compensación normativa de la

infraestructura que las componen, las cuales debido a las características sociales propias del país

deben estar acorde a las exigencias de calidad en seguridad. Los elementos estructurales que

componen las granjas fotovoltaicas no pueden ser ajenas a los problemas sociales que involucran

al país, debido a que sus elementos montantes están realizados a base de aceros y aluminios los

cuales representan un interés para sujetos y grupos al margen de la ley.

Cada una de las estructuras de soporte de paneles solares presenta unos condicionantes propios

de seguridad, los cuales serán resumidos a continuación, con el fin de orientar acciones de uso y

cómo pueden ser utilizados de acuerdo con las ubicaciones de las granjas en las distintas zonas del

país.

Fs Uno: para garantizar su integridad estructural ante agentes externos, es necesario la

colocación de chapas y aditamentos entre módulo y módulo tipo clamp, estos elementos son

adicionales al kit de preensamblado ofrecido comercialmente, los cuales poseen la característica

de ser ajustados con llaves especiales tipo allen, con su respectivo tapón de protección.

77

Fs Gen 6: el sistema de inserción es un perfeccionamiento del sistema de base FS y fue

desarrollado especialmente para módulos con una certificación adicional especial para montaje por

inserción. En comparación con el montaje convencional, este tipo de montaje facilita ahorros en

el dimensionamiento estructural, debido a esto, los elementos tales como rieles, perfiles y vigas

son menos robustos; con el fin de limitar la extracción de los módulos es necesario colocar una

chaveta de seguridad, que básicamente es un sello que impide la liberación parcial del módulo.

Fs II: la cimentación del sistema FS consiste en postes de acero galvanizado inmersos en

caliente (también conocidos como perfiles) con un diseño único en forma de U. Dependiendo de

los cálculos de diseño de carga especificada, será el tipo de perfil que se utilizará. Este diseño en

forma de U permite un anclaje en el suelo maximizando la fuerza del poste. El análisis de suelo se

utiliza como una evaluación continua de la superficie del suelo. A partir de estos resultados, la

integridad estructural de todo el diseño garantiza la seguridad estructural del sistema (Schletter

Inc, 2011).

Fs duo schletter: para garantizar la integridad de la estructura, los trabajos de hincado de postes

deben ser efectuados por empresas especialistas, con el fin de garantizar el fuste y restringir al

hurto por arranque, los elementos de amarre de paneles no necesitan tornillería, pero es necesario

la colocación de clamps de fijación para restringir el desensamblado.

Fs In: esta estructura tiene la particularidad de que está diseñada para zonas cuya actividad

social está caracterizada por hurtos y afectaciones, los elementos de hincado son a mediana altura,

y deben ser adaptados a la cimentación en un hincado parcial. Para fijar bien los módulos en el

espacio superior del perfil portante de módulos, se introducen separadores especiales con

suspensión, esto contribuye a la restricción al hurto ya que limita el retiro de módulos de forma

inapropiada.

78

Fs uno 100/ fsduo 100: sus condicionantes de diseño están en función de maximizar el área, por

lo que su composición a dos aguas implica la generación de elementos tipo columnetas más

robustas con respecto a los sistemas convencionales. Debido a su complejidad de instalación, para

asegurar su integridad estructural, es necesario la colocación de correas adicionales, las cuales

tienen una conformación en perfiles laminados en frío, el sustento del módulo siempre debe estar

en contacto con el perlin, de tal manera que se garantice una distribución uniforme de esfuerzos;

esta consideración implica la generación de una serie de aditamentos de fijación intermedios y

laterales para garantizar el contacto y apriete, esta estructura restringe la extracción del módulo

por personal no especializado y la extracción de elementos de apriete los cuales están fácilmente

visibles durante las rondas de vigilancia.

Ambiente corrosivo-ambiente no corrosivo calidad

Los usos de estas soluciones de estructuras de fijación para granjas fotovoltaicas han generado

nuevas incertidumbres, las cuales se centran fundamentalmente, en el conocimiento de la corrosión

y degradación de estos elementos a lo largo del tiempo en función, principalmente, de las

características físicas-químicas del suelo y del ambiente.

Se presentan a continuación las características de los elementos que componen las estructuras

de fijación para granjas fotovoltaicas:

Fs Gen 6, Fs duo schletter, Fs uno 100/ fsduo 100- Aluminio: el aluminio posee la ventaja de

ser un metal muy ligero, con una densidad de 2,70 g/cm3 a 20ºC, a igual solicitud de carga arroja

unos pesos propios entre 35-80% inferiores a sus homólogos en acero. Además, es un material

resistente a la mayoría de formas de corrosión, un aspecto para tener en cuenta a la hora de instalar

estructuras a la intemperie. La capa natural de óxido que se produce en él, conocida como alúmina,

forma una barrera muy efectiva que protege al material (Schletter Inc, 2011).

79

Por otra parte, posee excelentes cualidades físicas y químicas que le dotan de una muy elevada

durabilidad y de gran estabilidad ante condiciones que pueden someter a los materiales a distintos

tipos de degradación como los cambios de temperatura, la humedad, la radiación, etc. En resumidas

cuentas y gracias a las cualidades mencionadas, posee una vida útil muy considerable y su

mantenimiento es mínimo. El aluminio además no es un material magnético, al contrario que el

polvo de aluminio (muy inestable) es incombustible, no es tóxico y es un material totalmente

reciclable (Solarmat, 2016).

Fs Uno, Fs II, Fs In- Acero galvanizado: las estructuras que emplean este material se diseñan

con perfiles de acero de gran calidad galvanizado en caliente (según norma UNE-EN-1461), con

un revestimiento de zinc que asegura la protección eficaz y eficiente contra las inclemencias de la

climatología y asegura una mayor durabilidad y un menor mantenimiento. El acero galvanizado es

más económico que el aluminio, aunque presenta algunos problemas. Por ejemplo, si se taladra

una vez galvanizado, perderá su protección, por lo que se debe generar un mayor acompañamiento

en la fase de ingeniería (Solarmat, 2016).

La corrosión galvánica: cuando se emplean elementos metálicos se debe tener en cuenta

algunas consideraciones para mitigar este efecto electroquímico que, aunque parece un tanto

complejo de asumir, en síntesis, produce corrosión cuando distintos materiales metálicos están en

contacto (por ejemplo, al hacer uso de una tornillería compuesta por un material que difiera del

utilizado en la estructura). Este problema puede envolver especial relevancia en regiones marítimas

donde hay cloruros en suspensión, ya que el agua salada es un gran electrolito (Solarmat, 2016).

Existen distintos modos de prevenir este fenómeno, he aquí algunos ejemplos:

No hacer uso de uniones conductoras eléctricamente (mediante plástico, por ejemplo)

80

Utilizar materiales que, aun siendo distintos, no presenten diferencia de potencial. Cuanto más

próximos estén los potenciales de dos metales entre sí, menor será esta y menor también la

corriente galvánica. Utilizar el mismo metal en todos los elementos de la estructura y tornillería,

sería la forma más precisa de evitar este tipo de corrosión, a su vez se debe evitar que se establezca

electrolito alguno en la conexión entre materiales, por ejemplo, revistiendo uno de ellos (Solarmat,

2016).

Disponibilidad de área-alcance

Una de las consideraciones importantes para selección del tipo de estructura es la maximización

del área disponible, debido a nuestros condicionantes geográficos, el ángulo que forma el plano de

la eclíptica con el plano del ecuador varía a lo largo del año, este ángulo se denomina declinación

y varía entre -23,5° para el día de solsticio de invierno (hemisferio norte) y 23,5° para el día del

solsticio de verano (hemisferio norte), por consiguiente, la orientación de los módulos no generará

una mayor pérdida de potencial de aprovechamiento del recurso, es decir, la principal limitante es

el área disponible para generar el arreglo fotovoltaico.

Las estructuras Fs Uno, Fs II, Fs In, Fs Gen 6, Fs duo schletter, Fs uno 100/ fsduo 100 están

diseñadas en función al aprovechamiento del recurso energético, no tienen consideraciones de

seguimiento debido a que para las características del país no son tan eficientes, pero en el marco

catastral y de aprovechamiento según su configuración a dos aguas, la mesa Fs uno 100/ fsduo 100

presenta el mejor aprovechamiento del recurso energético.

81

4.3.5 Razonamiento de evaluación de selección de conducto

Se presenta a continuación las consideraciones en escala de evaluación para la selección de

conducto.

Tabla 15 Criterios de evaluación de conducto- conducción entre inversor y sistema interconectado

Conducto-medio de conducción entre inversor y sistema interconectado

Tiempo Costo Calidad Alcance

Profundidad del cableado Tipo de cable Tipo de tránsito en la

zona Topografía

Conexión a estructura

existente

Tipo de cable-costo

De acuerdo a los condicionantes establecidos por la CREEG, el cable debe ser de una

configuración fotovoltaica, el cual debe tener unas características propias que van en función de

las pérdidas de energía que para este caso no pueden ser superior al 3%, la distancia, corriente

(amperaje) y su uso en régimen permanente que oscila entre el 90 y el 110 % de la tensión nominal

de diseño, para las granjas fotovoltaicas de 10 MW tienen un diámetro de 36 mm, y de acuerdo a

la normativa del RETIE para conductos, el índice de ocupación no puede ser superior al 40% del

diámetro de tubería, además por disposiciones constructivas y reparación, deben tener dos tuberías

adicionales de respaldo (Domínguez, 2012).

Conexión a estructura existente-alcance

Las granjas fotovoltaicas tienen como función generar energía eléctrica de origen renovable

mediante la captación de la radiación solar. Esta energía producida será íntegramente inyectada o

exportada a la red de la compañía distribuidora de energía de la zona, mediante la interconexión

en una torre propia de la compañía distribuidora con la red de distribución eléctrica y que se

encuentra en un camino colindante a la subestación; la conexión a la estructura existente resulta

en varias ocasiones en un factor determinante, debido a que la complejidad de instalación de

inyección puede garantizar el éxito del proyecto, ya que el sistema interconectado nunca puede

interrumpir su flujo de energía, por consiguiente, las maniobras de inyección deben ser lo más

versátiles y eficientes de tal manera que generen el menor impacto a la red (Solartec S.A., 1998).

82

Cada proyecto de conexión a red debe ser analizado de manera objetiva, debido a que sus

particularidades favorecerán la construcción de mecanismos propios, técnicamente la instalación

de una tubería EMT favorece la conectividad gracias a la versatilidad en accesorios como curvas

y conduletas, pero es necesario profundizar para contrarrestar el impacto de las cargas de tránsito,

lo cual no resulta tan conveniente; al igual que la conexión mediante cárcamos, si bien es cierto,

favorece la conectividad; los costos y la velocidad de instalación contribuyen a una programación

de obra simultánea, de tal manera que no vaya a ser considerado como una limitante para la entrega

de obra; otro caso es la opción de tubería teledirigida, la cual contribuye de manera importante en

velocidad de instalación, pero la imposibilidad de generar una conexión perpendicular contrarresta

el tiempo ahorrado durante su ejecución; finalmente se tienen las tuberías con recubrimientos en

concreto, que sin ser la más económica, puede representar unos condicionantes intermedios para

la ejecución

Profundidad de cableado-tiempo; tipo de tránsito en la zona-calidad

Las profundidades de cableado van en función del tránsito que se le van a dar a las zonas

adyacentes al arreglo fotovoltaico, partiendo de que las granjas fotovoltaicas analizadas para este

tipo de proyectos, van asociadas a la magnitud de potencia a inyectar al sistema interconectado

nacional (mayores a 10MW ), el área solicitada para este tipo instalación va en relación de 1kWp

igual a 8 m2 (información suministrada por el grupo de ingeniería fotovoltaica CELSIA-EPSA),

esto quiere decir que si se toma como referencia una granja de 10 MW, el área mínima solicitada

es de 80.000 m2.

Por tanto, debido a que el área es extensa y siempre se debe garantizar el suministro de energía

a la red, es necesario que existan vías o caminos de tránsito vehicular adyacentes que permitan el

mantenimiento y reparaciones de acuerdo con los condicionantes del caso de manera oportuna.

83

Topografía-calidad

Las condiciones topográficas de las zonas donde se va situar el proyecto fotovoltaico, en

muchas ocasiones restringen o facilitan los mecanismos de conexión o instalación del conducto,

es necesario evaluar la versatilidad de los accesorios de conducto ante las condiciones

topográficas; la tubería teledirigida ofrece la capacidad de sondear de manera óptima la instalación

de ductos sin necesidad de generar mayores traumatismos en la zona donde se va realizar la granja

fotovoltaica, la tubería EMT provee diversidad de accesorios y curvas que facilitan la orientación

del ducto, pero su diseño ante consideraciones de tráfico vial implican una mayor profundidad de

instalación; en congruencia, los cárcamos de protección poseen restricciones en curvas y puntos

de inflexión por su composición en concreto, por otra parte, la tubería con recubrimiento en

concreto facilita la posibilidad de instalación debido a su combinación entre tubería EMT y

concreto.

4.3.6 Razonamiento de evaluación de selección de cerramiento

Se presenta a continuación las consideraciones en escala de evaluación para la selección de

cerramiento.

Tabla 16 Criterios de evaluación cerramiento de granja fotovoltaica

Cerramiento-seguridad, aislamiento de granja fotovoltaica

Tiempo Costo Calidad Alcance

Rendimiento Costo Seguridad Seguridad

84

Seguridad-calidad, alcance

Los sistemas de cerramiento de seguridad perimetral fueron creados para delimitar de forma

efectiva las zonas de trabajo peligrosas y restringir el ingreso a personas no adscritas a la actividad

que se está desarrollando, dentro de esa sinopsis, la protección de las fuentes generadoras anexas

al sistema interconectado nacional debe estar aisladas por muros de cerramiento.

Tal como se había descrito anteriormente, los muros de cerramiento más usados para

subestaciones son en concreto, mampostería y combinados, los cuales deben cumplir unos

condicionantes de diseño establecidos en la NSR-10 en conjunto con la noción de que deben

garantizar la protección ante agentes externos dentro del marco regulatorio de la Ley 142 de 1994.

Por tanto, para garantizar la integridad estructural del sistema usado, existen unos

requerimientos de diseño adicional los cuales deben estar considerados: para los muros de

cerramiento en concreto, deben estar reforzados con malla electrosoldada superior a 8 mm y el

concreto debe tener una resistencia superior a los 4000 PSI (normas EPSA) y disponer de

dilataciones moduladas a cada cambio de nivel, durante esa transición los espigos de la concertina

deben colocarse doblemente.

Para el caso de los muros en mampostería estructural, se debe garantizar la colocación de

dovelas mínimo cada 2.5 metros, y deben ser llenadas en su totalidad, el refuerzo de la dovela debe

ser superior o igual a No 5, la escalerilla RAM debe tener un espesor superior a los 7 mm y la viga

del bloque superior debe ser en concreto de 4000 psi. Para el caso de los muros combinados se

deben adoptar las mismas características del muro antepecho para mampostería estructural o

concreto y la malla debe estar arriostrada cada dos divisiones y debe tener un recubrimiento contra

la corrosión (Universidad del Valle, 2009).

85

Rendimiento-tiempo

Muros de cerramiento en sistemas combinados: el sistema combinado es un cerramiento

perimetral de seguridad que fue creado para ofrecer una solución de bajo costo en acero, sencillo

de instalar y para todos aquellos que quieren delimitar de una forma efectiva zonas de trabajo

peligrosas. Este sistema se presenta como un panel que soporta carga pero que a su vez fue

diseñado para mantener la visión de los equipos. La ruta crítica en realidad es la construcción de

los muros a media altura, debido a que sus cimentaciones son similares a las de los otros muros de

cerramiento convencionales.

Muros de cerramiento en concreto: el sistema de muros en concreto presentan altos índices de

rendimiento debido a la industrialización de sus mecanismos de fundición, el uso de formaleta

monoportable, la cual garantiza un armado rápido y permitirá el vaciado en ciclos diarios, este

sistema de industrialización incluye la integración de todas las tareas requeridas en un solo evento,

entonces, la construcción de un muro de cerramiento será la unidad objeto de una secuencia clara

y ordenada de cada labor, partiendo desde el trazo, excavaciones, aceros de refuerzo, instalaciones,

acabados y todas las preparaciones que den celeridad a la construcción de todos los componentes

de estructura (Kayma Sistemas, 2016).

Muros de cerramiento en mampostería: Este sistema de instalación no es industrializado, y el

uso de metodologías como el lean construction todavía se encuentra en una etapa de maduración

para el contexto local colombiano, la mampostería reforzada con bloques con perforaciones

verticales constituye varias fases de elaboración, desde la preparación del mortero de pega, el

acondicionamiento del bloque, la instalación de dovelas, el lleno con grouting, la instalación del

bloque, la colocación del bloque viga, la instalación del refuerzo del bloque viga, la fundición del

bloque viga, y el revite de la mampostería, esto quiere decir que implica el desarrollo de bastantes

actividades para garantizar la integridad estructural del muro, esta consideración minimiza los

rendimientos de instalación, por ello es necesario la mediación con empresas dedicados a esa

actividad en particular, de tal manera que se certifique los tiempos de entrega (Rojas, 2015).

86

Costo de muros de cerramiento-costo

Muros de cerramiento en mampostería: es un sistema compuesto de las siguientes

características técnicas: ladrillo cerámico perforado (panal), para revestir, 24x12x9 cm, recibida

con mortero de cemento 1:6, con armado horizontal "MURFOR" RND.4/Z 30 mm, con parte

proporcional de solapes y ganchos para dinteles y esquineras, dispuesta de acuerdo a los cálculos

y recomendaciones de la NSR-10. Incluso parte proporcional de formación de huecos (sin incluir

los cargaderos), dinteles, jambas, enjarjes, mermas, roturas, ejecución de encuentros, enlaces entre

muros y losas y elementos especiales. Se presenta el cuadro de descompuestos de Colombia

generador de precios -CYPE, (Anexo 2).

Muros de cerramiento en concreto: es un sistema compuesto de las siguientes características

técnicas: muro de base rectilínea con puntera y talón de concreto armado de hasta 3 m de altura,

realizado con concreto f'c=210 kg/cm² (21 MPa), clase de exposición F0 S0 P0 C0, tamaño

máximo del agregado 12,5 mm, consistencia blanda, premezclado en planta y vertido con grúa, y

acero Grado 60 (fy=4200 kg/cm²), con una cuantía aproximada de 22 kg/m³, sin incluir el

encofrado en este precio. Incluso p/p de cimentación del muro, formación de juntas, mechinales

para evacuar las aguas de escorrentía que se puedan acumular, huecos para paso de instalaciones

y sellado de orificios con masilla elástica. Se presenta el cuadro de descompuestos de Colombia

generador de precios -CYPE, (Anexo 2).

Muros de cerramiento combinados: es un sistema compuesto de las siguientes características

técnicas: formación de cerramiento de terreno mediante malla de simple torsión, de 8 mm de paso

de malla y 1,1 mm de diámetro, acabado galvanizado y postes de acero galvanizado de 48 mm de

diámetro y 1 m de altura. Incluso parte proporcional de replanteo, apertura de huecos, relleno de

concreto para recibido de los postes, colocación de la malla y accesorios de montaje y tesado del

conjunto, soportado en muros de mampostería a media altura. Se presenta el cuadro de

descompuestos de Colombia generador de precios -CYPE, (Anexo 2).

87

4.4 Cuarta etapa del análisis multicriterio: Análisis para la construcción de las funciones de

valor (delimitación de fronteras)

La función de valor es la herramienta que permitirá transformar el desempeño en valor y tomar

la decisión en términos del valor que aporta una determinada opción y no únicamente en términos

de su desempeño. Una función de valor no es otra cosa que una función matemática de dos

variables, desempeño y valor.

Tal como se ha desarrollado en las etapas anteriores, se tiene una serie de objetivos estratégicos,

objetivos de procesos y objetivos fundamentales los cuales básicamente constituyen y condicionan

la selección de soluciones a través de criterios y alternativas para evaluar la metodología de

construcción de infraestructura civil en granjas fotovoltaicas; pero existe el interrogante de ¿cómo

debemos ponderar la selección de una alternativa con respecto a la otra? O ¿cómo un criterio de

evaluación prevalece con respecto al otro?, básicamente la ponderación de criterios y alternativas

se hace bajos la escala de Saaty, la cual a través de establecimiento de prioridades generan un valor

numérico que es una función de valor en relación con el desempeño (Castilla y León, 2011). (Este

tópico de la escala de Saaty será desarrollado en el capítulo 5.2).

Como en todo, hay maneras más adecuadas que otras para construir funciones de valor. Las

más adecuadas deberían apegarse más a los condicionamientos de racionalidad, es decir, apegarse

a un conjunto de reglas lógicas reconocidas universalmente. En términos generales, muy poco

rigurosos e incompletos pero comprensibles para un lector no acostumbrado a las matemáticas, los

condicionamientos de racionalidad podrían expresarse en aterrizar los condicionantes, alternativas

y criterios al contexto local colombiano para identificar por qué un criterio o una selección de

alternativas prima sobre la otra, la cual será la base para la determinación de la función valor; a

continuación se describen estas consideraciones en el contexto local colombiano que serán la base

para el establecimiento de prioridades.

88

4.4.1 Cimentación -estructuras vida útil-contexto local colombiano

Es necesario analizar en forma global la vida útil del proyecto desde la perspectiva de inversión

y correlacionarlo con el esquema técnico de la granja fotovoltaica, basándose en el documento

emitido por el Ministerio de Minas y Energías de Colombia (MinMinas) denominado “propuestas

de esquemas financieros aplicables a proyectos de eficiencia energética y fuentes no

convencionales de energía” desde el punto de vista financiero, la implementación de una acción

de eficiencia energética se considera viable siempre y cuando el valor presenta los costos de

inversión, energía, operación y mantenimiento, sea menor que el valor presente de los costos de

producción de energía de la tecnología a sustituir (Ministerio de Minas y Energía, 2012).

En el documento se presentan 3 estrategias de inversión para la construcción de proyectos de

energía renovable que son: la de la organización nacional de la promoción y desarrollo de

programas de eficiencia energética, compraventa con pagos aplazados, y financiación por terceros;

para lo cual presentan TIR del orden entre los 15 y 20 años. Por consiguiente, tomando en

consideración que las vidas útiles de las cimentaciones desarrolladas oscilan entre 15 y 100 años,

este criterio de evaluación no tendrá un peso importante en la selección del objetivo fundamental,

pero sí es necesario tenerlo en cuenta (Ministerio de Minas y Energía, 2012).

4.4.2 Selección de cimentación -capacidad portante-selección de localización de granja-

contexto local colombiano.

Tal como se describió en el subcapítulo 4.3.3 se realizó un análisis estadístico simple con el fin

de verificar cuál es la mayor probabilidad de ocurrencia de encontrar determinado tipo de suelos

en las zonas circundantes a las subestaciones, con el objetivo que sirva de consideración para la

selección de la zona, donde un inversionista quisiera realizar una inversión en granjas fotovoltaicas

de acuerdo a la disponibilidad del recurso y movimiento de tierras.

89

El método usado para ambos casos, consistió en obtener la frecuencia de un acontecimiento

determinado mediante la selección del número de subestaciones por zona, se le asignó el tipo de

suelo estimado para cada evento y se determinó las diversas casualidades obtenidas tras una serie

de eventos esperados dentro de un rango estadístico, bajo condiciones suficientemente estables.

Un suceso puede ser improbable (con probabilidad cercana a cero), probable (probabilidad

intermedia) o seguro (con probabilidad 100).

Tal como se describió en la delimitación del contexto de decisión plasmado en las tablas 3-4

existe un total de 55 subestaciones de alta tensión adjuntas al sistema interconectado nacional

repartidas en todo el país, y los lotes donde se plantea generar granjas fotovoltaicas son los

colindantes a estas subestaciones, a cada departamento se le asignó el resultado de los estudios de

suelos que fueron proporcionados por la empresa CELSIA -EPSA que como se describió no

enmarca todas las subestaciones pero nos permiten generar una prospección de lo que pudiese

acontecer, se aplicó la ecuación de probabilidad empírica:

En Algebra 𝑃¨(𝐴) = 𝑛(𝐴)

𝑛=

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑝𝑎𝑟𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑖𝑠

Con el objetivo de aclarar la solución a esta ecuación y plasmarlo posteriormente en la

tabla 17, presentamos el siguiente desarrollo:

El departamento del atlántico tiene un total de 9 subestaciones y los suelos que se pueden

encontrar son de tipo blandos según tabla 10, la cimentación para este tipo de suelos según lo

desarrollado en el subcapítulo 4.2.2.2 es de tipo pilas, helicoidal acero o cimentación especial,

tenemos entonces:

𝑃¨(𝐴) =𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑝𝑎𝑟𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑡𝑙𝑎𝑛𝑡𝑖𝑐𝑜

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑖𝑠=

9

55≅ 16%

90

Consecuentemente en el departamento de bolívar tiene un total de 5 subestaciones, igual que para

el caso del atlántico los suelos adjuntos a las subestaciones del departamento son de tipo blandos,

la cimentación para este tipo de suelos es de tipo pilas, helicoidal acero o cimentación especial,

tenemos entonces:

𝑃¨(𝐴) =𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑝𝑎𝑟𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑜𝑙𝑖𝑣𝑎𝑟

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑖𝑠=

5

55≅ 5%

Esto quiere decir que respecta a las subestaciones adscritas al sistema interconectado nacional con

respecto a los suelos blandos presentes en los departamentos de Bolívar y Atlántico, existe un 21%

de probabilidad de que sea necesario usar cimentación tipo pilas, helicoidal acero o cimentaciones

especiales, esta información puede ser un referente para un inversionista que desee involucrarse

en este tipo de proyectos de energías renovables en el país independiente de su localización.

Tabla 17 Uso de cimentaciones según localización geográfica

Departamento Nro de

subestaciones

Clasificación

de suelos

según tabla 10

Cap. portante

(kpa)

Cimentación

recomendada

Prob.

Bolívar 3 Blandos 30-70 Pilas-helicoidal acero-

cimentación especial

5%

Atlántico 9 Blandos 30-70 Pilas-helicoidal acero-

cimentación especial

16%

Valle del cauca 7 Dureza normal 80-120 Perfiles hincados -zapatas 13%

Cundinamarca 14 Dureza normal 80-120 Perfiles hincados -zapatas 25%

Santander 6 Dureza normal 80-120 Perfiles hincados -zapatas 11%

Antioquia 16 Dureza normal 80-120 Perfiles hincados -zapatas 30%

Este análisis permitirá definir qué cimentación probablemente será la más usada en el país,

cómo puede prevalecer una cimentación con respecto a la otra, cuál se puede ajustar a las

necesidades de sitio y generar proyecciones de gasto y presupuesto para la consolidación de

proyectos.

91

Usando la misma metodología planteada en conjunto con la información desarrollada en la

tabla 7, se puede analizar qué el movimiento de tierras es el más probable que se pueda encontrar,

de acuerdo con las características geográficas y de sitio colindantes a las subestaciones del país,

esto facilitará de manera objetiva qué alternativa prevalecerá sobre la otra. Los resultados indican

que existirá un 58% de probabilidad de contemplar cortes de rasante para mejorar la nivelación del

terreno si se quiere realizar un proyecto de energías renovables, además de un 29% de probabilidad

que sea necesario realizar llenos con material de mejoramiento de subrasante y que existe 13% de

probabilidad de que simplemente sea necesario realizar actividades de descapote para mitigar el

contenido de capa vegetal en la zona.

Toda esta información se conocerá, asumiendo el rol de inversionistas, qué posibles variables

se pueden encontrar de acuerdo con la localización del proyecto fotovoltaico y en muchas

ocasiones es posible encaminarse simplemente por la radiación presente en determinadas zonas,

ya que generalmente la seguridad, los movimientos de tierra o el costo de las cimentaciones,

pueden jugar un papel importante en la viabilidad del proyecto.

92

5. Construcción del proceso analítico jerárquico (AHP) para el proceso de construcción de

infraestructura civil en granjas fotovoltaicas

La complejidad en la toma de decisiones es una constante al momento de realizar una

evaluación, ya que son múltiples los factores que se ven afectados al momento de realizar un

proyecto, por este motivo es necesario abordar el problema a través de métodos que den cuenta de

la realidad compleja y tengan en cuenta algunos aspectos intangibles que de otra forma es difícil

considerarlos. El análisis multicriterio es una teoría de medida a través de comparaciones pareadas

y se basa en los dictámenes de expertos para obtener escalas de prioridad (Saaty, 2008).

A partir de lo desarrollado se puede afirmar que la metodología multicriterio permite:

• Identificar las partes de un sistema: a través de un análisis jerárquico se puede descomponer un

problema en sus partes constituyentes o por lo menos, aquellas que pueden ser observables.

• Reconocer el peso de las partes: no todos los efectos tienen la misma importancia relativa al

momento de observar un resultado.

• La metodología multicriterio es capaz de reconocer la importancia de cada variable observable.

• Identificar los vínculos entre las partes: el orden jerárquico del problema permite reconocer las

dimensiones del problema y las variables que le subyacen a ellas.

• Proponer una solución racional: la metodología multicriterio, en especial la que se usa, permite

incorporar aspectos tales como la experiencia y las valoraciones que se puedan tener sobre el

problema; y lo hace de una manera metodológica de tal modo que los criterios sean integrados

y entreguen una solución racional.

El método Analytic Hierarchy Process (AHP) se clasifica en el grupo de análisis multicriterio

y es capaz de emplear variables cualitativas y cuantitativas frente a múltiples objetivos, tal como

93

se ha venido desarrollando el AHP trata de desmenuzar un problema y luego unir todas las

soluciones de los subproblemas en una conclusión ( Saaty T. , 1980).

El proceso analítico jerárquico es un método de descomposición de estructuras complejas en

sus componentes, ordenando estos componentes o variables en una estructura jerárquica, donde se

obtienen valores numéricos para los juicios de preferencia y finalmente los sintetiza para

determinar qué variable tiene la más alta prioridad.

En este capítulo se abordará el método AHP aplicado al desarrollo metodológico para la

construcción de infraestructura civil en granjas fotovoltaicas a partir de la determinación de los

objetivos y variables determinados anteriormente, esto consiste en modelar el problema de

decisión que se pretende resolver como una jerarquía.

A partir de la definición de las variables para la construcción de granjas solares fotovoltaicas,

el desarrollo metodológico se desglosó y analizó por partes, se construyeron modelos jerárquicos

para cada variable dependiente, estableciendo como meta general la selección de los componentes

constructivos de la granja, se aplicó el modelo propuesto en la figura 17 y se consolido en las

figuras desde la 18 a la 22.

META GENERAL

Alternativa 1 Alternativa 2

Criterio específico

1de C1

Criterio específico 2

de C1

Criterio 1

Criterio específico

1de C2

Criterio específico 2

de C2

Criterio 2

Criterio específico

1de Cn

Criterio específico

m de Cn

Criterio n

Figura 17 Modelo de jerarquización para el cumplimiento de metas a partir de la definición

de criterios y alternativas.

94

Descapote Corte Terraplén

Santander

Localización geográfica

Selección del movimiento de tierras en función del costo y

localización geográfica

Relieve

Valle del Cauca

Relieve

Antioquia

Relieve

Cundinamarca Atlántico

Figura 18 Modelo AHP para la selección del movimiento de tierras en función del costo y localización geográfica.

95

Zapatas Helicoidal acero Micropilotes Perfiles hincados Cimentación

especial

Selección de la cimentación más eficiente (rentable) para

estructuras del módulo fotovoltaico

Capacidad portante

del suelo

Disponibilidad del

recurso en el país

Vida útil Complejidad en

instalación

Costo

Figura 19 Modelo AHP para la selección de la cimentación más eficiente paras las estructuras de soporte de granjas fotovoltaicas

96

Cárcamo reforzado Tubería con

recubrimiento en

Tubería MT Tubería teledirigida

Profundidad de

cableado

Tipo de cable

Conexión a

estructura existente

Tipo de tránsito en

la zona

Topografía

Selección del medio de conducción más eficiente (rentable)

para la conducción del cableado

Figura 20 Modelo AHP para la selección del medio de conducción más eficiente para el transporte del cableado

97

Fs Gen 6 Fs Uno Fs II Fs duo

Schletter

Fs In

Ambiente corrosivo Ambiente no

corrosivo

Seguridad Oferta del sistema Disponibilidad de

área

Selección de la estructura más eficiente (rentable) para la

colocación de paneles solares

Fs uno 100/

Fsduo100

Figura 21 Modelo AHP para la selección de la estructura de soporte de los módulos solares

98

Seguridad Rendimiento Costo

Selección del cerramiento más eficiente (rentable) de acuerdo

con las necesidades de cada proyecto

Cerramientos en

muros en concreto

Cerramientos en

mampostería

Cerramientos

combinados

Figura 22 Modelo AHP para la selección del cerramiento más eficiente de acuerdo a las necesidades de las

granjas fotovoltaicas

99

5.1 Quinta etapa del análisis multicriterio: Ponderación de las escalas de evaluación

Siguiendo la metodología planteada para la toma de decisiones a partir de los principios

desarrollados por Thomas L- Saaty (Tabla 2), se ponderaron entre criterios, es decir, a partir de

una escala de intensidad de 1 a 9 se correlacionará los criterios de decisión planteados. Esto quiere

decir, que se le asignará 1 si ambos criterios contribuyen de la misma forma a la meta general, si

hay uno que prevalece levemente con respecto al otro, se colocaría 3, si favorece fuertemente un

criterio con respecto al otro, se coloca 5, si en la práctica está demostrado que uno predomina sobre

otro, se pone 7 y si ya la evidencia es absoluta y totalmente clara, se coloca 9 (Contreras, 2009).

Existe una característica importante, es que el recíproco es una hipótesis del método que

significa que si el criterio A es n veces más importante que el criterio B quiere decir que el criterio

B es 1/n del criterio A, es decir 1/A ji.

Esta valoración se realizó a partir del análisis de cada uno de los criterios y variables en el

contexto local colombiano y se desarrolló mediante matrices para facilitar la inclusión en el

software PriEsT.

5.1.1 Ponderación de las escalas de evaluación en términos de los objetivos fundamentales

Objetivo fundamental: Selección del movimiento de tierras en función del costo y

localización geográfica.

Tabla 18 Localización geográfica (Costo) -establecimiento de prioridades-escala de Saaty

Valle del

Cauca

Antioquia Cundinamarca Atlántico Santander

Valle del Cauca 1 3 3 4 4

Antioquia 1/3 1 1 2 2

Cundinamarca 1/3 1 1 2 2

Atlántico 1/4 1/2 1/2 1 1

Santander 1/4 1/2 1/2 1 1

100

Justificación de Asignación de valores

A partir de lo desarrollado en el subcapítulo 4.2.2 y la información plasmada en la tabla 7, se

puede concluir dos aspectos relevantes:

• La actividad de descapote tiene un costo menor al corte y al lleno, ya que solo implica el

retiro de material retirado mediante un Bulldozer en capas no mayores a 30 cm, la actividad

de corte implica un costo mayor con respecto al descapote ya que implica el uso de

máquinas retroexcavadoras para el retiro de capas mayores a 30 cm y un menor costo con

respecto al lleno ya que implica el suministro e instalación de material para garantizar un

mejoramiento de la rasante o en su defecto garantizar la planicidad que es fundamental

para el desarrollo de estos proyectos energéticos.

• La información consignada en la tabla 7 se realizó a partir de la correlación entre los

relieves incipientes por departamentos, y las respuestas de los profesionales de la empresa

CELSIA mediante encuestas, esta información permite deducir que para los lotes

colindantes a las subestaciones del sistema interconectado nacional en el departamento del

Valle del Cauca es más probable que se pueda construir una granja fotovoltaica

simplemente generando la actividad de descapote; que para los departamentos de Antioquia

y Cundinamarca si se requiere desarrollar un sistema fotovoltaico se necesario desarrollar

una actividad de corte y que para los departamentos de Santander y Atlántico sea necesario

generar labores de descapote y lleno.

A partir de esta información se realizó la tabla 19, con el objetivo de generar herramientas de

juicio para la colocación de valores de acuerdo a la escala de Saaty en la matriz de selección del

movimiento de tierras en función del costo.

101

Tabla 19 Selección de movimiento de tierras en función del costo

Zona Característica Movimiento de

tierras

Respuesta de equipo

de ingeniera

Costo

Valle del cauca Plana Descapote Descapote Bajo

Antioquia Escarpada Corte Corte Medio

Cundinamarca Montañosa Corte Corte Medio

Santander Plana suavemente

ondulada

Lleno Descapote -lleno Alto

Atlántico Serranías y colinas lleno Descapote -lleno Alto

Esta tabla nos muestra que el departamento con la actividad de movimiento de tierras

probablemente más económica (corte) que se puede realizar es en el Valle del Cauca lo cual

favorece en mayor medida que las otras alternativas, se le asignó el valor 3 con respecto a los

departamentos de Antioquia y Cundinamarca debido a que su actividad es un poco más costosa y

se le asignó 4 con respecto a los departamentos de atlántico y Santander debido a que los llenos

involucran mayores costos, este mismo análisis se aplicó a las otras zonas generando los resultados

plasmados en la matriz.

Tabla 20 Valle del cauca -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

Descapote Corte Terraplén

Descapote 1 2 3

Corte 1/2 1 2

Terraplén 1/3 1/2 1

Justificación de Asignación de valores

En relación al relieve predominante en la región del Valle del Cauca desarrollado en el

subcapítulo 4.3.2 y el resultado de las encuestas generados en el anexo 1, en función del concepto

de planicidad que es el objetivo del movimiento de tierras para la construcción de granjas

fotovoltaicas en el país debido a la restricción de no generación de sombras, y el contexto de

decisión que se encuentra enmarcado en los lotes colindantes a las subestaciones de alta tensión

del país, se desarrolló la tabla 21 con el objetivo de aclarar cuáles fueron los criterios de asignación

de los valores en la escala de Saaty a cada una de las alternativas presentes en la zona.

102

Tabla 21 Contraste resultados movimiento de tierras departamento Valle del Cauca

Num de

encuestado

Persona encuestada Región Característica del

relieve

Resultado

encuesta

1 Rafael Esteban Pareja Valle del Cauca Planicie Descapote

2 Gerson Leandro Lopez Valle del Cauca Planicie Descapote

3 Freddy Bastidas Valle del Cauca Planicie Descapote

4 Oscar Hernández Valle del Cauca Planicie Descapote

5 Daniel Alejandro Guerra Valle del Cauca Planicie Descapote

6 José Hernández Palma Valle del Cauca Planicie Descapote

Total, porcentajes Descapote 100%

Esta tabla nos muestra que la actividad más probable que sea necesario ejecutar será la labor

de descapote, debido a que los lotes colindantes a las subestaciones de la región en su mayoría

planos, lo cual para efectos de desarrollo de una granja fotovoltaica en el Valle del Cauca

simplemente con la eliminación de la capa vegetal, se podrían iniciar las labores de instalación de

cimentación y las otras actividades anexas; Es por ello que la actividad de descapote para el

departamento del Valle del Cauca favorece en mayor medida que las otras alternativas, se le asignó

el valor 2 con respecto al corte por que la actividad del descapote subyace del retiro de material, y

se le asignó el valor 3 con respecto al lleno debido a que es menos probable generar suministro de

material en esta región para el desarrollo de instalaciones fotovoltaicas.

Tabla 22 Antioquia -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

Descapote Corte Terraplén

Descapote 1 ½ 2

Corte 2 1 3

Terraplén 1/2 1/3 1

Justificación de Asignación de valores

En relación al relieve predominante en la región de Antioquia desarrollado en el subcapítulo

4.3.2 y el resultado de las encuestas generados en el anexo 1, en función del concepto de planicidad

que es el objetivo del movimiento de tierras para la construcción de granjas fotovoltaicas en el país

debido a la restricción de no generación de sombras, y el contexto de decisión que se encuentra

enmarcado en los lotes colindantes a las subestaciones de alta tensión del país, se desarrolló la

103

siguiente tabla 23 con el objetivo de aclarar cuáles fueron los criterios de asignación de los valores

en la escala de Saaty a cada una de las alternativas presentes en la zona.

Tabla 23 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Antioquia

Num de

encuestado

Persona encuestada Región Característica del

relieve

Resultado

encuesta

1 Rafael Esteban Pareja Antioquia Escarpada Corte

2 Gerson Leandro Lopez Antioquia Escarpada Corte

3 Freddy Bastidas Antioquia Escarpada Corte

4 Oscar Hernández Antioquia Escarpada Corte

5 Daniel Alejandro Guerra Antioquia Escarpada Corte

6 José Hernández Palma Antioquia Escarpada Corte

Total porcentajes Corte 100%

Esta tabla nos muestra que la actividad más probable que sea necesario ejecutar será la labor

de corte, debido a que los lotes colindantes a las subestaciones de la región en su mayoría son

escarpados, presentando grandes pendientes que pueden generar sombras entre los arreglos

fotovoltaicos, a pesar de que su estratigrafía presenta terrenos duros puede ser necesario la

modificación de los lotes de tal manera que se garantice su planicidad para efectos de desarrollo

de una granja fotovoltaica en el departamento de Antioquia; Es por ello que la actividad de corte

para el departamento de Antioquia favorece en mayor medida que las otras alternativas, se le

asignó el valor 2 con respecto al descapote ya que la actividad del corte incluye el retiro de la capa

vegetal, y se le asignó el valor 3 con respecto al lleno debido a que es menos probable generar

suministro de material en esta región para el desarrollo de instalaciones fotovoltaicas.

Tabla 24 Cundinamarca -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

Descapote Corte Terraplén

Descapote 1 1/2 2

Corte 2 1 3

Terraplén 1/2 1/3 1

104

Justificación de Asignación de valores

En relación al relieve predominante en la región de Cundinamarca desarrollado en el

subcapítulo 4.3.2 y el resultado de las encuestas generados en el anexo 1, en función del concepto

de planicidad que es el objetivo del movimiento de tierras para la construcción de granjas

fotovoltaicas en el país debido a la restricción de no generación de sombras, y el contexto de

decisión que se encuentra enmarcado en los lotes colindantes a las subestaciones de alta tensión

del país, se desarrolló la tabla 25 con el objetivo de aclarar cuáles fueron los criterios de asignación

de los valores en la escala de Saaty a cada una de las alternativas presentes en la zona.

Tabla 25 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Cundinamarca

Num de

encuestado

Persona encuestada Región Característica del

relieve

Resultado

encuesta

1 Rafael Esteban Pareja Cundinamarca Montañosa Corte

2 Gerson Leandro López Cundinamarca Montañosa Corte

3 Freddy Bastidas Cundinamarca Montañosa Corte

4 Oscar Hernández Cundinamarca Montañosa Corte

5 Daniel Alejandro Guerra Cundinamarca Montañosa Corte

6 José Hernández Palma Cundinamarca Montañosa Corte

Total porcentajes Corte 100%

Esta tabla nos muestra que la actividad más probable que sea necesario ejecutar será la labor

de corte, debido a que los lotes colindantes a las subestaciones de la región en su mayoría son

montañosas, presentando grandes supresiones que pueden generar sombras entre los arreglos

fotovoltaicos, a pesar de que su estratigrafía presenta terrenos duros puede ser necesario la

modificación de los lotes de tal manera que se garantice su planicidad para efectos de desarrollo

de una granja fotovoltaica en el departamento Cundinamarca; Es por ello que la actividad de corte

para el departamento de Cundinamarca favorece en mayor medida que las otras alternativas, se le

asignó el valor 2 con respecto al descapote ya que la actividad del corte incluye el retiro de la capa

vegetal, y se le asignó el valor 3 con respecto al lleno debido a que es menos probable generar

suministro de material en esta región para el desarrollo de instalaciones fotovoltaicas.

105

Tabla 26 Atlántico -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

Descapote Corte Terraplén

Descapote 1 2 1

Corte 1/2 1 1/2

Terraplén 1 2 1

Justificación de Asignación de valores

En relación al relieve predominante en la región del Atlántico desarrollado en el subcapítulo

4.3.2 y el resultado de las encuestas generados en el anexo 1, en función del concepto de planicidad

que es el objetivo del movimiento de tierras para la construcción de granjas fotovoltaicas en el país

debido a la restricción de no generación de sombras, y el contexto de decisión que se encuentra

enmarcado en los lotes colindantes a las subestaciones de alta tensión del país, se desarrolló la

tabla 27 con el objetivo de aclarar cuáles fueron los criterios de asignación de los valores en la

escala de Saaty a cada una de las alternativas presentes en la zona.

Tabla 27 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Atlántico

Num de

encuestado

Persona encuestada Región Característica del

relieve

Resultado

encuesta

1 Rafael Esteban Pareja Atlántico Serranías y colinas Descapote y lleno

2 Gerson Leandro López Atlántico Serranías y colinas Descapote y lleno

3 Freddy Bastidas Atlántico Serranías y colinas Descapote

4 Oscar Hernández Atlántico Serranías y colinas Descapote y lleno

5 Daniel Alejandro Guerra Atlántico Serranías y colinas Lleno

6 José Hernández Palma Atlántico Serranías y colinas Descapote y lleno

Total porcentajes Descapote 50%

Lleno 50%

Esta tabla nos muestra que la actividades más probables que sean necesario ejecutar sean las

labores de descapote y lleno, aunque muchas de las respuestas iban enmarcadas a un aspecto de

corte, se delibero enmarcarlo en un contexto de decisión de descapote y lleno debido a que el

enfoque de las respuestas iba en el criterio del retiro de materia orgánica y mejoramiento de rasante

que van en orientadas en gran medida al desarrollo de subestaciones, los costos que pueden

representar estas dos actividades son bastantes altos y pueden repercutir en una contextualización

106

bajo el precepto totalmente inviable que no es el escenario que se debe aproximar ya que la

información usada fue bastante limitada; igual que para las justificaciones anteriores se debe

garantizar la planicidad de los lotes colindantes a las subestaciones de la región en su mayoría son

serranías y colinas , presentando grandes contenidos de arcillas altamente plásticas, su estratigrafía

presenta terrenos blandos, puede ser necesario la modificación de los lotes de tal manera que se

garantice su planicidad y estabilidad para efectos de desarrollo de una granja fotovoltaica en el

departamento Atlántico; Es por ello que las actividades de descapote y lleno para el departamento

de atlántico tienen un mismo criterio de importancia (1) y favorece en mayor medida al corte que

se le asignó el valor 2.

Tabla 28 Santander -establecimiento de prioridades movimiento de tierras -escala de Saaty

Descapote Corte Terraplén

Descapote 1 2 1

Corte 1/2 1 1/2

Terraplén 1 2 1

Justificación de Asignación de valores

En relación al relieve predominante en la región del Santander desarrollado en el subcapítulo

4.3.2 y el resultado de las encuestas generados en el anexo 1, en función del concepto de planicidad

que es el objetivo del movimiento de tierras para la construcción de granjas fotovoltaicas en el país

debido a la restricción de no generación de sombras, y el contexto de decisión que se encuentra

enmarcado en los lotes colindantes a las subestaciones de alta tensión del país, se desarrolló la

tabla 29 con el objetivo de aclarar cuáles fueron los criterios de asignación de los valores en la

escala de Saaty a cada una de las alternativas presentes en la zona.

107

Tabla 29 Contraste resultados movimiento de tierras departamento de Santander

Num de

encuestado

Persona encuestada Región Característica del relieve Resultado

encuesta

1 Rafael Esteban Pareja Santander Plana suavemente ondulada Descapote y lleno

2 Gerson Leandro López Santander Plana suavemente ondulada Descapote y lleno

3 Freddy Bastidas Santander Plana suavemente ondulada Descapote y lleno

4 Oscar Hernández Santander Plana suavemente ondulada Descapote y lleno

5 Daniel Alejandro Guerra Santander Plana suavemente ondulada Corte y lleno

6 José Hernández Palma Santander Plana suavemente ondulada Descapote y lleno

Total porcentajes Descapote 50%

Lleno 50%

Esta tabla nos muestra que la actividades más probables que sean necesario ejecutar sean las

labores de descapote y lleno, aunque muchas de las respuestas iban enmarcadas a un aspecto de

corte, se delibero enmarcarlo en un contexto de decisión de descapote y lleno debido a que el

enfoque de las respuestas iba en el criterio de mejoramiento de rasante que van en orientadas en

gran medida al desarrollo de cimentaciones de subestaciones, que tiene unas especificaciones

diferentes, los costos que pueden representar estas las actividades de corte y terraplén bastantes

altos y pueden repercutir en una contextualización bajo el precepto totalmente inviable que no es

el escenario que se debe aproximar ya que la información usada fue bastante limitada; igual que

para las justificaciones anteriores se debe garantizar la planicidad de los lotes colindantes a las

subestaciones de la región en su mayoría son planas y suavemente onduladas, su estratigrafía

presenta terrenos duros, el relieve característico plano favorece para el desarrollo de una granja

fotovoltaica en el departamento Santander; Es por ello que las actividades de descapote y lleno

para el departamento de atlántico tienen un mismo criterio de importancia (1) y favorece en mayor

medida al corte que se le asignó el valor 2.

108

Objetivo fundamental: selección de la cimentación más eficiente (rentable) para estructuras

del módulo fotovoltaico

Tabla 30 Criterios de selección de cimentación -establecimiento de prioridades-escala de Saaty

Capacidad

portante suelo

Disponibilidad

recurso

Vida

útil

Complejidad

instalación

Costo

Capacidad portante

suelo

1 2 2 1/2 3

Disponibilidad recurso 1/2 1 2 1/2 3

Vida útil 1/2 1/2 1 1/2 2

Complejidad

instalación

2 2 2 1 2

Costo 1/3 1/3 1/2 1/2 1

Tabla 31 Capacidad del suelo -establecimiento de prioridades selección cimentación -escala de Saaty

Zapatas Pila Helicoidal acero Cimentación especial Perfiles hincados

Zapatas 1 1 1 1/3 1

Pilas 1 1 1 1 1

Helicoidal Acero 1 1 1 1/2 1

Cimentación especial 3 1 2 1 1

Perfiles hincados 1 1 1 1 1

Justificación de Asignación de valores

Acorde a los planteamientos desarrollados en las secciones 4.1.1.2 y 4.2.3.2 la selección de una

cimentación para estructuras de soporte de paneles solares se encuentra enfocado en 2 tipos de

suelos, blandos y duros, y la selección del tipo de cimentación va en pro de la capacidad portante

del suelo para soportar las cargas originadas por el peso muerto de los elementos que componen

el sistema fotovoltaico y la carga de viento, es decir que cada cimentación está condicionada a un

análisis particular de zona, por consiguiente asumir una posición desde el enfoque de capacidad

portante del suelo de cual cimentación favorece más que la otra no es factible, todas tienen la

misma importancia, sin embargo se le dio una ligera importancia a las cimentaciones especiales,

las cuales de acuerdo a la configuración que sea necesaria desarrollar aplicaría para cualquier tipo

de suelos, en relación con las zapatas debido a que si su área de contacto de acuerdo a las

109

especificaciones de diseño es de grandes proporciones prevalecería una cimentación especial, y

con respecto a que si el desarrollo de la helicoidal en acero implica una mayor profundidad

significativa para garantizar el fuste de la misma, sería inviable esta cimentación por consiguiente

es necesario una cimentación especial y su valoración de acuerdo a la escala de Saaty es la que se

consideró apropiada.

Tabla 32 Dispon del recurso-establecimiento de prioridades selección cimentación -escala de Saaty

Zapatas Pila Helicoidal acero Cimentación especial Perfiles hincados

Zapatas 1 1 1 1 1

Pilas 1 1 1 1 1

Helicoidal acero 1 1 1 1 1

Cimentación especial 1 1 1 1 1

Perfiles hincados 1 1 1 1 1

Justificación de Asignación de valores

Actualmente las medidas arancelarias, incentivos y de gestión de importación promulgadas en

el país a través de las Leyes 697 (2001) y 1665 (2013), las cuales fueron desarrolladas en este

trabajo en el subcapítulo 2.1, facilitan el ingreso al territorio nacional de cimentaciones para

estructuras fotovoltaicas tales como los perfiles hincados y las helicoidales acero, es decir el

acompañamiento de las políticas globalizadoras han facilitado la disponibilidad del recurso en el

sector, caso del proyecto CELSIA solar yumbo donde se usaron perfiles hincados importados

desde Alemania por la empresa Schletter, las demás cimentaciones tales como zapatas, y pilas

favorece que las materias primas para el desarrollo de este tipo de fundaciones son de fácil

consecución, al igual que la mano de obra, asimismo distintas empresas como PREMOLDA y

FIBRIT ya cuentan con soluciones industriales para generar elementos prefabricados, es por ello

que a nivel de disponibilidad de recurso ninguna cimentación favorece a la otra, es decir que se ha

generado una matriz denominada unitaria.

110

Observación: A pesar de que la matriz generada nos dio como resultado una matriz unitaria,

que para efectos del análisis multicriterio no genera una mayor relevancia en el contexto del

sustento matemático, se considera importante para la cognición del lector del presente documento

la fundamentación de asignación de valores ya que le permitirá descartar o valorar este criterio de

solución ante nuevas posibles alternativas de infraestructura de obras civiles.

Tabla 33 Vida útil -establecimiento de prioridades selección cimentación -escala de Saaty

Zapatas Pila Helicoidal acero Cimentación especial Perfiles hincados

Zapatas 1 1 1 1 1

Pilas 1 1 1 1 1

Helicoidal acero 1 1 1 1 1

Cimentación especial 1 1 1 1 1

Perfiles hincados 1 1 1 1 1

Justificación de Asignación de valores

Existen dos condicionantes claramente establecidos para determinar la vida útil de un proyecto

de granjas fotovoltaica, uno es la perspectiva de inversión y el otro es el esquema técnico de la

granja fotovoltaica, basándose en el documento emitido por el ministerio de minas y energías de

Colombia denominado “propuestas de esquemas financieros aplicables a proyectos de eficiencia

energética y fuentes no convencionales de energía” desde el punto de vista financiero, desarrollado

en el subcapítulo 4.4.1 para las tres estrategias de inversión plantean que se debe tener TIR entre

15 y 20 años; el aspecto técnico va en el enfoque del medio de generación, que para este caso serán

los paneles fotovoltaicos, basándonos en la ficha técnica de los módulos JINKO que representan

el máximo proveedor a nivel mundial, la vida útil en relación con su eficiencia y degradación

contempla un tiempo de vida útil de 25 años; por consiguiente, de acuerdo a la tabla 11 desarrollada

a partir del subcapítulo 4.4.1 tomando en consideración que las vidas útiles de las cimentaciones

desarrolladas oscilan entre 15 y 100 años, este criterio de evaluación no tendrá un peso importante

111

en la selección del objetivo fundamental, lo que da como resultado que ninguna cimentación

prevalece a la otra generando una matriz denominada unitaria.

Tabla 34 Velocidad de instalación -establecimiento de prioridades selección cimentación -escala de

Saaty

Zapatas Pila Helicoidal

acero

Cimentación

especial

Perfiles

hincados

Zapatas 1 1/2 1/2 3 1/5

Pilas 2 1 1/3 2 1/5

Helicoidal acero 2 3 1 3 1/3

Cimentación especial 1/3 1/2 1/3 1 1/5

Perfiles hincados 5 5 3 5 1

Justificación de Asignación de valores

Tal como se describió en el subcapítulo 4.3.3.2, en la sección denominada complejidad en

instalación desarrollada a partir de los rendimientos establecidos en los APU (análisis de precios

unitarios) del CYPE (Colombia generador de precios), construdata, fichas técnicas de la empresa

Schleter (subcapítulo 4.2.2.2), consultas de la empresa Premolda las cuales fueron plasmadas en

la tabla 12 existen unos tiempos de instalación de unidades de cimentación por día, los cuales dan

como resultado que los perfiles de acero hincados tienen el mayor rendimiento con respecto a los

otros, esto se evidencia en la matriz generada donde su complejidad de instalación favorece

gradualmente con respecto a las otras cimentaciones, en contraste cada una de las alternativas fue

valorada de manera independiente con las otras generando los recíprocos resultantes.

Tabla 35 Costo -Establecimiento de prioridades selección cimentación -escala de Saaty

Zapatas Pila Helicoidal acero Cimentación especial Perfiles hincados

Zapatas 1 2 3 5 3

Pilas 1/2 1 2 4 1

Helicoidal acero 1/3 1/2 1 2 2

Cimentación especial 1/3 1/4 1/2 1 1/2

Perfiles hincados 1/3 1 1/2 2 1

112

Justificación de Asignación de valores

En concordancia al capítulo 4.2.3.2, en la sección denominada precio de las estructuras de

cimentación se realizó un análisis de costos de cada una de las cimentaciones a partir de la

información suministrada por el CYPE, los valores del mercado de Schletter según su herramienta

de cotización Schletter configurator, y valores de la empresa premolda, los costos se organizaron

y se consolidaron en la tabla 13, lo cual dio como resultado que la solución más económica son las

zapatas bajo la noción elementos instalados en serie que básicamente es el condicionante debido

a las características de área de una granjas solar (por ejemplo para una granja de 10 MWp que la

componen 31250 paneles, la cantidad de cimentaciones está en el orden de 94000 unidades de

cimentación). Es por ello que la cimentación de zapatas favorece con respecto a las otras

cimentaciones, las otras tipologías de cimentación se les asigno el valor correspondiente a partir

del mismo análisis con su respectivo reciproco.

Objetivo fundamental: selección del conducto más eficiente para la conexión desde el inversor

hasta el sistema interconectado nacional.

Tabla 36 Criterios de selección de conducto -establecimiento de prioridades-escala de Saaty

Profundidad de

cableado

Tipo de

cable

Conexión

estructura

Tipo de

transito

Topografía

Profund. cableado 1 3 3 1 3

Tipo de cable 1/3 1 3 1/5 1/2

Conexión a estructura 1/3 1/3 1 1/3 1/3

Tipo de transito 1 5 3 1 1

Topografía 1/3 2 3 1 1

113

Tabla 37 Tipo de cable -establecimiento de prioridades selección de conducto -escala de Saaty

Cárcamo

reforzado

Tubería con recubrimiento

en concreto

Tubería EMT Tubería

teledirigida

Cárcamo reforzado 1 1/5 1/3 1/3

Tubería con recubrimiento

en concreto

5 1 1 3

Tubería EMT 3 1 1 3

Tubería teledirigida 3 1/3 1/3 1

Justificación de Asignación de valores

A partir de lo desarrollado en el subcapítulo 4.3.5 denominado “razonamiento de evaluación

selección del conducto” en la sección nombrada “tipo de cable” que va en función del costo,

establece que tipo de cable es el que selecciona regularmente para una instalación fotovoltaica de

gran escala, se le dio mayor importancia con respecto al costo a la tubería EMT, ya que debido a

su simplicidad y establecimiento en el mercado representa una solución más económica con

respecto a las otras soluciones desarrolladas , es por ello que favorece con respecto al cárcamo

reforzado (3) debido a que el cárcamo tiene mayor cantidad de especificaciones y elementos que

la componen, igualmente a la tubería en recubrimiento en concreto ya que a pesar de que tiene un

costo generado por la mezcla que se usa, la tubería que lleva en su interior es de tipo Conduit eso

indica que su costo no tiene una mayor relevancia; y es más favorable (3) a la tubería teledirigida

ya que esta técnica implica el uso de un equipo especial para transportar la tubería lo cual encarece

la actividad, consecuentemente se le dio el valor a las otras alterativas según la escala de Saaty con

sus respectivos recíprocos.

Tabla 38 Conexión a estructura existente -establecimiento de prioridades selección de conducto -escala

de Saaty

Cárcamo

reforzado

Tubería con recubrimiento

en concreto

Tubería EMT Tubería

teledirigida

Cárcamo reforzado 1 1 1/3 1/3

Tubería con recubrimiento

en concreto

1 1 1/3 ½

Tubería EMT 3 3 1 1

Tubería teledirigida 3 2 1 1

114

Justificación de Asignación de valores

Para efectos de este análisis, la conexión a estructura existente se refiere a la practicidad que se

obtiene a partir de las alternativas de conducto para la conexión desde el sistema fotovoltaico hasta

el sistema interconectado nacional, se le dio una mayor relevancia a la tubería EMT debido a su

capacidad de pandearse versatilidad en accesorios como curvas y conduletas; y a la tubería

teledirigida la cual permite la ejecución de actividades simultaneas ya que solo es necesario la

definición del punto de llegada y todo se hace por vía teledirigida, esto factores generaron que

estas alternativas prevalecieran más que las otras.

Tabla 39 Tránsito en la zona -Establecimiento de prioridades selección de conducto -escala de Saaty

Cárcamo

reforzado

Tubería con recubrimiento en

concreto

Tubería EMT Tubería

teledirigida

Cárcamo reforzado 1 1 5 1

Tubería con

recubrimiento en

concreto

1 1 5 3

Tubería EMT 1/5 1/5 1 1/5

Tubería teledirigida 1 1/3 5 1

Justificación de Asignación de valores

Como se ha descrito en los subcapítulos 4.2.2.4 y 4.3.5 el tránsito en la zona constituye una variable

importante en la selección del conducto más eficiente para el desarrollo de granjas fotovoltaicas,

ya que es necesario garantizar la integridad del cable ante las solicitudes de esfuerzo generadas

por el transito durante las labores de mantenimiento e instalación; la gran mayoría de las

alternativas expuestas proveen una solución adecuada para cumplir esta necesidad, exceptuando

la tubería EMT, la cual debido a su configuración es necesario profundizarla de manera importante,

lo cual restringiría el tiempo de respuesta ante una eventualidad generada por el cable (corto,

resistencia en forma calórica, deformaciones), es por ello que las otras alternativas se les asigno

un valor mayor es decir que son más satisfactorias en lo que compete a cargas de transito con

respecto a la tubería EMT.

115

Tabla 40 Topografía -establecimiento de prioridades selección de conducto -escala de Saaty

Cárcamo

reforzado

Tubería con recubrimiento

en concreto

Tubería EMT Tubería

teledirigida

Cárcamo reforzado 1 1/5 1/3 1/4

Tubería con en concreto 5 1 3 1/2

Tubería EMT 3 1/3 1 1/2

Tubería teledirigida 4 2 2 1

Justificación de Asignación de valores

Las condiciones topográficas de las zonas donde se va situar el proyecto fotovoltaico, en

muchas ocasiones restringen o facilitan los mecanismos de conexión o instalación del conducto,

es necesario evaluar la versatilidad de los accesorios; la tubería teledirigida ofrece la capacidad de

sondear de manera óptima la instalación de ductos sin necesidad de generar mayores traumatismos

en la zona donde se va realizar la granja fotovoltaica es por ello que se le asigno valores en la

matriz de mayor satisfacción ante las inclemencias del terreno con respecto a las otras (4-2-2) , la

tubería EMT provee diversidad de accesorios y curvas que facilitan la orientación del ducto, pero

su diseño ante consideraciones de tráfico vial implican una mayor profundidad de instalación es

por esto que tiene una leve ventaja en satisfacción con respecto al cárcamo reforzado (3); en

congruencia, los cárcamos de protección poseen restricciones en curvas y puntos de inflexión por

su composición en concreto por ello se le castiga con respecto a las otras alternativas con el

reciproco, por otra parte, la tubería con recubrimiento en concreto facilita la posibilidad de

instalación debido a su combinación entre tubería EMT y concreto esto quiere decir que prevalece

con la tubería EMT en menor medida (3).

Objetivo fundamental: selección de la estructura más eficiente para la colocación de SFV

Tabla 41 Criterios de selección de estructura -establecimiento de prioridades-escala de Saaty

Ambiente

corrosivo

Ambiente no

corrosivo

Seguridad Oferta del

sistema

Disponibilidad de

área

Ambiente corrosivo 1 1/3 1 1/2 1

Ambiente no corrosivo 3 1 1 2 1

Seguridad 1 1 1 3 1

Oferta del sistema 2 1/2 1/3 1 1/3

Disponibilidad de área 1 1 1 3 1

116

Tabla 42 Ambiente corrosivo - establecimiento de prioridades selección de estructura -escala de Saaty

Fs Gen 6 Fs Uno Fs II Fs duo

scheletter

Fs in Fs uno

10/fsduo100

Fs Gen 6 1 5 1 5 1 3

Fs Uno 1/5 1 1/5 1 1/5 1

Fs II 1 5 1 5 1 3

Fs duo scheletter 1/5 1 1/5 1 1/5 1

Fs in 1 5 1 5 1 3

Fs uno 10/fsduo100 1/3 1 1/3 1 1/3 1

Justificación de Asignación de valores

A partir de lo desarrollado en el subcapítulo 4.3.4 denominado “razonamiento de evaluación

selección de estructura” en la sección nombrada “Ambiente corrosivo-ambiente no corrosivo” que

va en función de la calidad, establece que cada tipo de estructura tiene una condición de uso de

acuerdo al ambiente al que estará sometido, las estructuras Fs gen 6, Fs II y Fs in tiene mayor

capacidad de soportar los efectos inclementes de una zona de alta salinidad debido a su

recubrimiento en zinc (galvanizado) es por ello que en los criterios de evaluación establecidos en

la matriz tienen una mayor favorabilidad con respecto a los otros.

Tabla 43 Ambiente no corrosivo - establecimiento de prioridades selección de estructura -escala de

Saaty

Fs Gen 6 Fs Uno Fs II Fs duo scheletter Fs in Fs uno 10/fsduo100

Fs Gen 6 1 1/2 1 1/2 1 1/3

Fs Uno 2 1 2 1 2 1/2

Fs II 1 1/2 1 1/2 1 1/3

Fs duo scheletter 2 1 2 1 2 1

Fs in 1 1/2 1 1/2 1 1/3

Fs uno 10/fsduo100 3 2 3 1 3 1

Justificación de Asignación de valores

Siendo coherentes en lo desarrollado en la justificación de asignación de valores de la matriz

anterior, a partir de lo desarrollado en el subcapítulo 4.3.4 denominado “razonamiento de

evaluación selección de estructura” en la sección nombrada “Ambiente corrosivo-ambiente no

117

corrosivo” que va en función de la calidad, establece que cada tipo de estructura tiene una

condición de uso de acuerdo al ambiente al que estará sometido, las estructuras Fs uno, Fs duo

scheletter y Fsuno/fsduo100 tiene una condición de diseño para ambientes no corrosivos aunque

las otras estructuras aportan el mismo servicio, se consideró que existe una leve ventaja de acuerdo

a las especificaciones del fabricante, es por ello que en los criterios de evaluación establecidos en

la matriz tienen una mayor favorabilidad con respecto a las otras.

Tabla 44 Seguridad - establecimiento de prioridades selección de estructura -escala de Saaty

Fs Gen 6 Fs Uno Fs II Fs duo scheletter Fs in Fs uno 10/fsduo100

Fs Gen 6 1 1/2 1 1/2 1/5 1/2

Fs Uno 2 1 2 1 1/3 1/2

Fs II 1 1/2 1 1/2 1/2

Fs duo scheletter 2 1 2 1 1/3 1/2

Fs in 5 3 3 1 3

Fs uno 10/fsduo100 2 1/2 1 2 1/3 1

Justificación de Asignación de valores

Con el desarrollo realizado en el subcapítulo 4.3.4 denominado “razonamiento de evaluación

selección de estructura” en la sección nombrada “Seguridad”, a partir de las fichas técnicas del

proveedor Scheletter, la información se acondiciono, y se organizó para el aprovechamiento en el

enfoque de seguridad, debido a sus condicionantes de diseño para asegurar su integridad

estructural, la estructura Fs uno10/Fs duo tiene una mayor garantía de seguridad debido a su gran

cantidad de elementos, esta consideración implica la generación de una serie de aditamentos de

fijación intermedios y laterales para garantizar el contacto y apriete, esta estructura restringe la

extracción del módulo por personal no especializado y la extracción de elementos de apriete los

cuales están fácilmente visibles durante las rondas de vigilancia, por consiguiente favorece con

respecto a las otras estructuras de soporte levemente.

118

Tabla 45 Oferta del sistema - establecimiento de prioridades selección de estructura -escala de

Saaty

Fs Gen 6 Fs Uno Fs II Fs duo scheletter Fs in Fs uno 10/fsduo100

Fs Gen 6 1 1 1/5 1/5 1/6 1/7

Fs Uno 1 1 1/5 1/5 1/6 1/7

Fs II 5 5 1 1 1/5 1/5

Fs duo scheletter 5 5 1 1 1/4 1/5

Fs in 6 6 5 4 1 1/5

Fs uno 10/fsduo100 7 7 5 5 5 1

Justificación de Asignación de valores

Debido a que la noción es el máximo la generación de energía la estructura Fs uno10/fs duo100

favorece más que las otras alternativas (ver figura 13 debido a su composición a dos aguas permite

mayor acomodación de paneles que se traduce en mayor potencia generada, de acuerdo a lo

desarrollado en el subcapítulo 4.3.4 no existe restricción en función del aprovechamiento debido

a nuestra localización geográfica, es por esto que se le asignó un criterio de favorabilidad mayor

con respecto a las otras estructuras (7,7,5,5,5 respectivamente).

Tabla 46 Disponibilidad de área - establecimiento de prioridades selección de estructura -

escala de Saaty

Fs Gen 6 Fs Uno Fs II Fs duo scheletter Fs in Fs uno 10/fsduo100

Fs Gen 6 1 1 1/3 1/3 1/4 1/5

Fs Uno 1 1 1/3 1/3 1/4 1/5

Fs II 3 3 1 1 1/2 1/3

Fs duo scheletter 3 3 1 1 1/2 1/3

Fs in 4 4 2 2 1 1/3

Fs uno 10/fsduo100 5 5 3 3 3 1

Siendo congruentes con la asignación de valores desarrollado en la matriz anterior debido a que la

noción es el máximo aprovechamiento de área para la generación de energía la estructura Fs

uno10/fs duo100 favorece más que las otras alternativas (ver figura 13) debido a su composición

a dos aguas permite mayor acomodación de paneles, de acuerdo a lo desarrollado en el subcapítulo

4.3.4 no existe restricción en función del aprovechamiento debido a nuestra localización

geográfica, es por esto que se le asignó un criterio de favorabilidad mayor con respecto a las otras

estructuras (5,5,3,3,3).

119

Objetivo fundamental: selección del cerramiento más eficiente de acuerdo con las necesidades

de cada proyecto.

Tabla 47 Criterios de selección de cerramiento -establecimiento de prioridades-escala de Saaty

Seguridad Rendimiento Costo

Seguridad 1 1/3 1/3

Rendimiento 3 1 2

Costo 3 1/2 1

Tabla 48 Seguridad – establecimiento de prioridades selección de cerramiento -escala de Saaty

Cerramiento concreto Cerramiento mampostería Cerramiento combinado

Cerramiento en concreto 1 3 2

Cerramiento mampostería 1/3 1 2

Cerramiento combinado 1/2 1/2 1

Justificación de Asignación de valores

Tal como se describió en el subcapítulo 4.3.6 designado como razonamiento de evaluación de

selección de cerramiento, en la sección denominada seguridad, se infiere que cada muro tiene unas

características físicas que condicionan la restricción del paso de agentes externos al interior de la

planta fotovoltaica, se le asignó un valor de mayor relevancia al cerramiento en concreto con

respecto a las otras alternativas, debido a que sus especificaciones de diseño, garantizan

mayormente su integridad, a manera de ejemplo ante una eventualidad como una explosión

seguramente un muro en concreto reforzado tiene una mayor probabilidad de mantenerse en pie

en relación a un muro en mampostería o combinado, esta presunción permite valorar que en

relación al cerramiento en mampostería lo favorece levemente (2) y moderadamente (3) al

combinado, seguidamente el cerramiento en mampostería de acuerdo a su tipología favorece

levemente (2) con respecto al combinado.

Tabla 49 Rendimiento – establecimiento de prioridades selección de cerramiento -escala de

Saaty

Cerramiento concreto Cerramiento mampostería Cerramiento combinado

Cerramiento en concreto 1 3 1/2

Cerramiento mampostería 1/3 1 1/3

Cerramiento combinado 2 3 1

120

Justificación de Asignación de valores

La justificación de asignación de estos valores en la escala de Saaty está enmarcada de

acuerdo a los APU desarrollados por el CYPE (Colombia generador de precios) que se encuentran

en el anexo 2 y validados en la sección 4.2.6, la unidad de medida para todos los muros es la misma

(m2) a partir de esta información se extrajo la sección de mano de obra, para la cual el muro de

cerramiento en concreto tiene un rendimiento 0,176 horas en el mayor obrero, para el muro de

cerramiento en mampostería tienen un rendimiento de 0.7 horas en el mayor obrero y para el

muro de cerramiento combinado de 0,112 horas para el mayor obrero; esto quiere decir que el

muro de cerramiento combinado favorece a nivel de rendimiento mayor que los otros muros

asociados, es por ello que se le asigno los valores representados en la matriz.

Tabla 50 Costo - establecimiento de prioridades selección de cerramiento -escala de Saaty

Cerramiento en

concreto

Cerramiento en

mampostería

Cerramiento combinado

Cerramiento en concreto 1 1/3 1/2

Cerramiento mampostería 3 1 3

Cerramiento combinado 2 1/3 1

Justificación de Asignación de valores

La justificación de asignación de estos valores en la escala de Saaty está enmarcada de acuerdo

a los APU desarrollados por el CYPE (Colombia generador de precios) que se encuentran en el

anexo 2 y validados en la sección 4.2.6, la unidad de medida para todos los muros es la misma

(m2), el costo para un muro de cerramiento en concreto es de $48.415, para un muro de cerramiento

combinado es de $47.345 y de $42.375 para un muro de cerramiento en mampostería ; esto quiere

decir que el muro de cerramiento en mampostería favorece a nivel de costo mayor que los otros

muros asociados, es por ello que se le asigno los valores representados en la matriz.

121

5.2 Sexta etapa del análisis multicriterio: evaluación de las opciones

Una vez se tienen definidos todos los criterios con sus correspondientes escalas, funciones de

valor y ponderaciones, fue necesario las verificaciones de que todas las variables y criterios estaban

debidamente articuladas y si la información que soporta las decisiones está bien fundamentada,

podía suceder que, si todas las opciones son equívocas, por mucho análisis que se hiciera, la

decisión será mala. Por lo tanto, se sometió a consideración del equipo de ingeniería de la empresa

EPSA-CELSIA los primeros resultados arrojados por el modelo (ver anexo 1). Con esta

información se hicieron modificaciones de las opciones que se tenían, para así lograr nuevas

opciones mejoradas o diferentes opciones, que resultarán a su vez en mejores decisiones

(Contreras, 2009).

Esta forma de pensar se conoce como “Value-focused Thinking” y fue propuesta por Ralph

Keeney en 1996:

La forma estándar de pensar sobre las decisiones es hacia atrás, dice Ralph Keeney: las personas se

enfocan primero en identificar alternativas en lugar de articular valores. Surge un problema y la gente

reacciona, poniendo el énfasis en la mecánica y las opciones fijas en lugar de en los objetivos que dan

sentido a la toma de decisiones. En este libro, Keeney muestra cómo el reconocimiento y la articulación

de valores fundamentales pueden conducir a la identificación de oportunidades de decisión y la creación

de mejores alternativas. La intención es ser proactivo y seleccionar decisiones más atractivas para

reflexionar antes de intentar cualquier solución (Hammond, Kenney, & Raiffa, 1996).

122

6. Integración del modelo jerárquico al software PriEst

6.1 Software PriEsT

PriEsT es un acrónimo de 'Priority Estimation Tool', que es un software de toma de decisiones

de código abierto que implementa el método Analytic Hierarchy Process (AHP). Diseñado con el

objetivo de ayudar a los tomadores de decisiones en la priorización de las opciones disponibles en

un escenario dado.

PriEsT implementa el Proceso de Jerarquía Analítica (AHP) que ha sido ampliamente utilizado

en numerosos campos, tales como la salud, el transporte, las telecomunicaciones y la toma de

decisiones políticas. Los dos tipos de problemas abordados por PriEsT son problemas de

clasificación y problemas presupuestarios. En los problemas de clasificación, el tomador de

decisiones está interesado en el orden de preferencia para las opciones disponibles. Sin embargo,

en el presupuesto, los pesos de preferencia también son necesarios.

Debido a su naturaleza de código abierto, la herramienta también se adapta a la comunidad de

investigación. Por ejemplo, las herramientas comerciales no ofrecen todos los métodos de

priorización y medidas de coherencia disponibles y generalmente ocultan los detalles técnicos del

proceso de priorización. Por el contrario, PriEsT implementa varios métodos de priorización y

medidas de coherencia, además proporcionan la flexibilidad de agregar más.

Las principales características de PriEsT incluyen: el apoyo de pares, método de comparación

con cualquier escala de juicios basados en la relación; proporcionando medidas ampliamente

utilizadas para la inconsistencia en las sentencias; ofrece varias soluciones no dominadas con la

ayuda de la optimización multi-objetivo evolutiva; implementa todos los métodos de priorización

ampliamente utilizados para fines de investigación; las vistas gráficas y de ecualizador para los

juicios de comparación pairwise; exportar problemas en un archivo de datos XML; independiente

de la plataforma basada en Java Herramienta (se ejecuta en Linux, Android y Windows).

123

6.2 Implementación del modelo en el software PriEsT

A partir del análisis jerárquico desarrollado para la evaluación de la metodología constructiva

de infraestructura civil en granjas fotovoltaicas, se implementó el software PriEsT con el fin de

validar si la configuración del modelo desarrollado comprendía el fenómeno al cual iba a estar

sometido, además si los datos ingresados fueron de fuentes confiables y si estos fueron

acondicionados y organizados de manera óptima a partir de la correlación de la consistencia lógica

dando los siguientes resultados:

Movimiento de tierras

Se presenta a continuación la valoración de alternativas y criterios de decisión para la

maximización del movimiento de tierras en función del aprovechamiento del recurso solar, y sus

correspondientes resultados.

Figura 23 Resultados PriEsT alternativas movimientos de tierras

124

Figura 24 Resultados PriEsT criterios movimientos de tierras

Análisis de resultados movimiento de tierras

A partir del modelo jerárquico generado, la meta o el objetivo de proceso es la selección de la

actividad que permita el máximo aprovechamiento del recurso de movimiento de tierras en

función de la radiación presente en la zona en contraste con él coste; primero es necesario

contextualizarnos que para cualquier tipo de infraestructura civil que se desarrolle, en algunos

casos la actividad del movimiento de tierras puede ser la variable o el hito que inviabilice los

proyectos; para el caso de las granjas fotovoltaicas, y en virtud de nuestra localización geográfica

se debe garantizar la planicidad del terreno, debido a que depresiones o zonas montañosas pueden

generar sombras que dan como resultado un mal funcionamiento del sistema fotovoltaico.

Basándonos en la tabla 8 desarrollada a partir del atlas de radiación solar de Colombia existen

zonas que redundan por poseer una mejor generación de kWh/m2/año, pero debido a sus

condiciones de sitio pueden solicitar un mayor movimiento de tierras que se traduce en mayores

costos, además la poca cantidad de lotes colindantes a las subestaciones proveen un panorama

menos favorable con respecto a otras zonas.

125

Tal como lo demuestra los resultados de nuestro modelo, la zona del Valle del Cauca ocupa el

segundo lugar en radiación, la tercera posición en cantidad de subestaciones asociadas al sistema

interconectado nacional (tabla 4) pero la probabilidad de que sea necesario un menor movimiento

de tierras en comparación con las otras zonas geográficas del país generan unas mejores

condiciones de sitio para desarrollar nuestro sistema fotovoltaico, por ello la alternativa de

decisión de descapote a nivel de optimización del recurso del movimiento de tierras, forja una

mejor alternativa en costo y encuentra una solución de competitividad en disminución del gasto

con respecto a otras fuentes de generación de energía convencionales.

Cimentación

Se presenta a continuación la valoración de alternativas y criterios de decisión para la selección

de la cimentación más eficiente (rentable) para estructuras del módulo fotovoltaico y sus

correspondientes resultados.

Figura 25 Resultados PriEsT alternativas selección de cimentación

126

Figura 26 Resultados PriEsT criterios selección de cimentación

Análisis de resultados selección de cimentación

A partir del modelo jerárquico generado, la meta o el objetivo de proceso es la selección de la

cimentación más eficiente para las estructuras de soporte del sistemas fotovoltaicos en el contexto

local colombiano, la velocidad de instalación es el criterio que más prevalece en concordancia con

los valores suministrados en las matrices de la escala de Saaty, esto es debido a que se encuentra

enmarcada en la optimización del recurso y en los tiempos de entrega; la actividad de cimentación

es ruta crítica debido a que de ahí yace la instalación del sistema fotovoltaico y se pueden

desprender otros hitos y/o actividades para el desarrollo de la granja; generar una eficiencia en

este aspecto permitiría reducir los gastos administrativos y los tiempos de puesta en marcha del

sistema, además de generar posibilidad de ejecutar actividades alternas; si bien es cierto la

capacidad del suelo es el segundo criterio de importancia, se encuentra estrechamente

condicionada a dos tipos de suelos, blandos y duros, tomando en consideración el análisis

jerárquico generado en el anterior objetivo de proceso, si se quisiera invertir en una granja

fotovoltaica bajos los parámetros de máximo aprovechamiento del recurso solar y el menor costo

de inversión las zonas con mayor proyección tienen suelos duros, por consiguiente es más factible

abastecerse de cimentación acorde a esta necesidad; la disponibilidad del recurso se encuentra

127

enmarcada en que los materiales y equipos son asequibles en Colombia, y la vida útil no representa

un mayor criterio de favorabilidad ya que la proyección de este tipo de infraestructura va en

función de la vetustez y calidad del módulo que para este caso solo serán 25 años; tomando en

consideración todas estas variables o criterios la cimentación que más favorece al contexto local

colombiano serán los perfiles hincados.

Conducto

Se presenta a continuación la valoración de alternativas y criterios de decisión para la selección

de la tubería más eficiente para la conducción del cableado.

Figura 27 Resultados PriEsT alternativas selección de conducto

Figura 28 Resultados PriEsT criterios selección de conducto.

128

Análisis de resultados selección de conducto

A partir del modelo jerárquico generado, la meta o el objetivo de proceso es la selección del

conducto más eficiente para el transporte de cableado, tomando el rol de proyectistas y si

queremos reducir el grado de incertidumbre en una infraestructura fotovoltaica, donde los

condicionantes experienciales están supeditados a proyectos medianamente similares porque en el

contexto local colombiano no se han desarrollado proyectos de igual cognición, necesitamos

reducir el grado de incertidumbre en costo y en puesta en marcha.

Como es comprendido este tipo de proyectos más allá de que tiene un factor importante de

ingeniería civil el rol de la infraestructura es la generación de fluido eléctrico, por consiguiente la

conexión de la granja hacia el sistema interconectado nacional es el que más se le debe poner

atención por ello garantizar la integridad del cableado es parte fundamental del proceso; el

resultado de la implementación del modelo nos arrojó que el factor que más debe ponderar es la

profundidad del cableado, tomando en consideración que esta se compone de una sola línea que

yace desde el inversor hasta la red de alta tensión, los costos de este medio de conducto son

improcedentes; si la integridad de un ducto debe satisfacer las cargas a las cuales estará sometido

los dos criterios que tienen mayor relevancia son la profundidad del cableado y el tipo de transito

el cual ya está definido que será por labores de mantenimiento; bajo estas circunstancias los

alternativas que más satisfacen estas condiciones son la tubería con recubrimiento en concreto y

la tubería teledirigida, si bien es cierto el cárcamo en concreto también enmarca una solución

aceptable el costo de la misma puede jugar un parámetro importante en el aumento de los tiempos

y el refuerzo que la precede para salvaguardar una tubería de 4” que es la que más comúnmente se

utiliza para este tipo de proyectos.

129

Estructura

Se presenta a continuación la valoración de alternativas y criterios de decisión para la selección

de la estructura más eficiente (rentable) para la colocación de paneles solares.

Figura 29 Resultados PriEsT alternativas selección de estructura

Figura 30 Resultados PriEsT criterios selección de estructura.

Análisis de resultados selección de estructura de soporte de paneles solares

A partir del modelo jerárquico generado, la meta o el objetivo de proceso es la selección de la

estructura más eficiente para la colocación de paneles solares, el modelo nos arrojó que los criterios

de selección de mayor relevancia son el ambiente no corrosivo, la seguridad y la disponibilidad de

área, el resultado nos muestra que existe una mayor ventaja competitiva en la selección de áreas

130

que dispongan de ambientes no marinos, partiendo que las mayor cantidad de subestaciones se

encuentran localizadas en el sector de la región andina la prospección de inversionista debe ir en

esos sitios; el otro aspecto que interviene de manera importante es la seguridad, debido a que este

tipo de proyectos debe garantizar su estabilidad, ya que de ahí se desprende el funcionamiento de

la industria en el país, es por ello que la selección de estructuras que restrinjan o imposibiliten el

desmonte de las mismas es un factor impajaritable; en concordancia el aprovechamiento de área

compete un factor determinante en este tipo de proyectos, ya que entre más módulos se puedan

instalar mayor será la generación.

Para las necesidades de desarrollo fotovoltaico la estructura Fs uno 100/Fs duo 100 cumple con

estas solicitudes enmarcado por el mayor número de elementos de ajuste que la componen, además

de que permiten una mayor capacidad de instalación de módulos lo cual se traduce en mayor

generación.

Cerramiento

Se presenta a continuación la valoración de alternativas y criterios de decisión para la selección

del cerramiento más eficiente de acuerdo con las necesidades de cada proyecto

Figura 31 Resultados PriEsT alternativas selección de cerramiento

131

Figura 32 Resultados PriEsT criterios selección de cerramiento

Análisis de resultados selección de estructura de soporte de paneles solares

A partir del modelo jerárquico generado, la meta o el objetivo de proceso es la selección del

cerramiento más eficiente de acuerdo a las necesidades de los proyectos, los criterios que tienen

mayor relevancia son el rendimiento y el costo, la seguridad en menor medida, desde el punto de

vista de que los condicionantes de seguridad deben ser una constante independiente de la selección

del tipo de cerramiento, es decir el muro siempre debe garantizar la integridad del sistema

fotovoltaico independiente de su configuración; el rendimiento en ejecución debe ser la variable

que más se debe enfocar, partiendo que la áreas solicitadas para la instalación de una granja

fotovoltaica va en relación en grandes planicies, lo que conlleva que el perímetro de cerramiento

sea extenso, y la actividad de cerramiento debe constituirse como un hito de ejecución simultaneo,

ya que el buen desarrollo de esta actividad dentro de los tiempos pactados involucraría la reducción

de gastos administrativos procedentes de la vigilancia y ya que la concepción de un medio de

generación constituye una infraestructura de interés nacional no se puede permitir el

funcionamiento de la misma si no existe una protección que salvaguarde este activo.

132

7. Análisis de consistencia lógica del modelo jerárquico desarrollado

Este aspecto consiste en diferenciar la transitividad de las preferencias, es decir que si el criterio

1 es más conveniente que el criterio 2 y el criterio 2 es más conveniente que el criterio 3,

significaría que el criterio 1 es mucho más conveniente que el criterio 3 y la otra prioridad es la

proporcionalidad entre las preferencias, esto surge ya que hay un ideal para que la consistencia sea

perfecta, la cual es que si el criterio 1 es mayor n veces que el criterio 2 y el criterio 2 es n veces

mayor que el criterio 3, lo lógico es que el criterio 1 sea mayor nm veces el criterio 3.

Si R fuera una matriz completamente consistente, entonces el λ max sería igual a n. Sin

embargo, el encargado de decidir cometerá ciertas inconsistencias en sus juicios y resulta

conveniente medir el grado de inconsistencia de los juicios emitidos por el decidor, dado que, si

no se ha sido cuidadoso con las valoraciones, el vector de prioridades o pesos obtenidos puede ser

poco representativo.

La consistencia se puede medir a través del índice de consistencia (IC) y respectivamente el

razón de consistencia (RC) mediante las siguientes expresiones las cuales fueron desarrolladas en

el capítulo 3

𝐼𝐴 =1,98𝑥 (𝑛 − 2)

𝑛

RC =IC

IA

En concordancia con la tabla 1, para cada uno de los hitos desarrollados se evaluó la

consistencia lógica con el fin de analizar si la valoración o los pesos de importancia que fueron

referidos de acuerdo a la escala de Saaty fueron acordes y admisibles.

133

7.1 Desarrollo del análisis de consistencia lógica Caso: Tipo de cable-selección de conducto

Con el objetivo de proporcionar al lector el desglose del proceso del desarrollo del análisis de

consistencia lógica presentamos a continuación para el Caso: tipo de cable-selección de estructura

de conducto, plasmado en la tabla 38 y cuya asignación de valores fue realizado en el subcapítulo

5.1.1, lo cual permitirá identificar la matriz de comparación de pares, normalización de la matriz,

el cálculo del vector prioridad, el cálculo del vector ponderación, cálculo del vector consistencia y

posteriormente la razón de consistencia.

1) Inicialmente se sumará las columnas de la matriz de comparación de pares.

Cárcamo

reforzado

Tubería con recubrimiento

en concreto

Tubería EMT Tubería

teledirigida

Cárcamo reforzado 1 1/5 1/3 1/3

Tubería con recubrimiento

en concreto

5 1 1 3

Tubería EMT 3 1 1 3

Tubería teledirigida 3 1/3 1/3 1

∑ 12 2,533 2,677 7,333

2) Posteriormente se dispondrá a normalizar la matriz, que básicamente es el producto entre

cada una de las ponderaciones asignadas con el valor de la sumatoria total de las columnas.

Cárcamo

reforzado

Tubería con recubrimiento

en concreto

Tubería EMT Tubería

teledirigida

Cárcamo reforzado 1/12 0,2/2,533 0,33/2,677 0,33/7,333

Tubería con recubrimiento

en concreto

5/12 1/2,533 1/2,677 3/7,333

Tubería EMT 3/12 1/2,533 1/2,677 3/7,333

Tubería teledirigida 3/12 0,33/2,533 0,33/2,677 1/7,333

Cárcamo

reforzado

Tubería con recubrimiento

en concreto

Tubería EMT Tubería

teledirigida

Cárcamo reforzado 0,083 0,079 0,125 0,045

Tubería con recubrimiento

en concreto

0,417 0,395 0,375 0,409

Tubería EMT 0,25 0,395 0,375 0,409

Tubería teledirigida 0,25 0,132 0,125 0,136

134

3) El cálculo del vector prioridad corresponde al promedio entre las filas de la matriz

normalizada.

Cárcamo

reforzado

Tubería con

recubrimiento en

concreto

Tubería

EMT

Tubería

teledirigida

Vector

Prioridad

Cárcamo reforzado 0,083 0,079 0,125 0,045 0,0832

Tubería con

recubrimiento en

concreto

0,417 0,395 0,375 0,409 0,3989

Tubería EMT 0,25 0,395 0,375 0,409 0,3572

Tubería teledirigida 0,25 0,132 0,125 0,136 0,1607

4) Seguidamente realizamos el cálculo del vector ponderación que corresponde a la

multiplicación entre la matriz comparación de pares y el vector prioridad.

[

1 1/5 1/3 1/35 1 1 33 1 1 33 1/3 1/3 1

] 𝑥 [

0,08320,39890,35720,1607

] = [

0,33561,65421,48780,6623

]

5) Luego calculamos el vector consistencia que corresponde al producto entre el vector

prioridad y el vector ponderación.

[

0,33561,65421,48780,6623

] ÷ [

0,08320,39890,35720,1607

] = [

4,03454,14724,16524,1205

]

6) Posteriormente calculamos el λmax que corresponde al valor promedio del vector

consistencia.

𝜆𝑚𝑎𝑥 =4,0345 + 4,1472 + 4,1652 + 4,1205

4= 4,12

7) Procedemos entonces a calcular el índice de consistencia.

𝐼𝐶 = 𝜆𝑚𝑎𝑥 − 𝑛

𝑛 − 1=

4,12 − 4

4 − 1= 0,03895

135

8) Se calcula el índice de consistencia aleatoria.

𝐼𝐴 =1,98𝑥 (𝑛 − 2)

𝑛=

1,98𝑥(4 − 2)

4= 0,99

9) Finalmente realizamos la determinación de la razón de consistencia

𝑅𝐶 =IC

IA=

0,03895

0,99= 0.034

10) Conclusión: como RC ≤ 0,10, la matriz R tiene una inconsistencia admisible, lo que

significa que se la considera consistente y el vector de pesos obtenidos se admite como

válido.

Tabla 51 Resultados de ratio de consistencia para las diferentes actividades de infraestructura

civil para el desarrollo de granjas fotovoltaicas

Objetivo Tipo de matriz IC RC Cumple

Selección de conducto 5x5 0,086 0,077 OK

Profundidad de cableado 4x4 0,016 0,019 OK

Tipo de cable 4x4 0,039 0,034 OK

Conexión a estructura existente 4x4 0,007 0,008 OK

Tipo de tránsito en la zona 4x4 0,061 0,069 OK

Topografía 4x4 0,078 0,089 OK

Selección de cimentación 5x5 0,056 0,050 OK

Capacidad de suelo 5x5 0,064 0,072 OK

Disponibilidad del recurso 5x5 - - OK

Vida útil 5x5 - - OK

Velocidad de instalación 5x5 0,066 0,060 OK

Costo 5x5 0,069 0,062 OK

Selección estructura 5x5 0,049 0,042 OK

Ambiente corrosivo 6x6 0,029 0,026 OK

Ambiente no corrosivo 6x6 0,035 0,024 OK

Seguridad 6x6 0,002 0,002 OK

Oferta del sistema 6x6 0,083 0,074 OK

Disponibilidad de área 6x6 0,008 0,050 OK

Movimiento de tierras 5x5 0,009 0,008 OK

136

8. Seguimiento y validación de especificaciones a partir de la aplicación de la herramienta

de análisis multicriterio, caso: Celsia Solar Yumbo

8.1 Generalidades Celsia Solar Yumbo

La granja fotovoltaica que sirve como fuente alternativa y denominada CELSIA Solar

Yumbo, es un proyecto de 9,9 MW, conformado por 35.000 paneles solares en un terreno de 18

hectáreas, construida con el objetivo de generar 16 GWh al año, lo que equivale al consumo básico

mensual de energía de 8.000 viviendas.

La granja solar inició su construcción en marzo de 2017 y entró en funcionamiento para el mes

de septiembre del presente año, a pesar de que la planta ya está generando energía al sistema

interconectado nacional, a la fecha (diciembre de 2017), presentó retrasos en la entrega de obras

civiles, especialmente lo que concierne al muro de cerramiento.

Aunque el montaje de la granja se hizo en un periodo relativamente corto, previamente EPSA-

CELSIA se tomó el tiempo para adquirir un cabal entendimiento sobre este tipo de tecnología,

hacer una planeación rigurosa, definir los diseños y surtir los trámites requeridos.

Este aprendizaje permitió emprender con mayor agilidad y seguridad los nuevos proyectos

solares. La meta de CELSIA-EPSA es alcanzar los 250 MW de generación fotovoltaica en

Colombia y Panamá.

8.2 Mano de obra local con conocimiento internacional

En el mayor pico de construcción del proyecto se generaron más de 110 empleos, de los cuales

cerca del 60% fue mano de obra calificada, en su mayoría de la región. Para la ejecución

de CELSIA Solar Yumbo, la organización contó con aliados estratégicos nacionales e

internacionales y se realizó mediante el modelo de contratación EPC (Engineering, Procurement

and Construction por sus siglas en ingles).

137

8.3 Modelo de contratación EPC (Engineering, Procurement and Construction)

En este tipo de acuerdo, la empresa diseña la instalación, adquiere los equipos y materiales, y

se encarga de la ejecución de toda la obra. De esta forma el cliente recibe todo el proyecto a un

precio previamente pactado. Este modelo se conoce también con el nombre “proyectos llave en

mano”.

Algunas de sus ventajas son:

• El cliente dedica menos esfuerzo, tiempo y recursos a hacerse cargo de áreas que no siempre

maneja.

• Los montos a invertir son conocidos desde el principio, reduciendo el riesgo de que estos se

incrementen de forma inesperada.

• Los plazos se fijan también desde el principio, permitiendo administrar mejor los tiempos.

• La empresa a cargo tiene control sobre la totalidad del proyecto, lo que le da la posibilidad de

mantener una adecuada coordinación, logrando una mejor comunicación entre equipos.

Principales hitos en la construcción de CELSIA SOLAR YUMBO

Febrero: CELSIA anuncia la construcción de su primera granja de energía solar a gran escala

en Colombia.

Marzo: La construcción inicia con la adecuación del terreno y desmonte de la estructura de la

antigua Termoyumbo.

Mayo: Fueron despachados de China, en barco, los 35.000 módulos para el proyecto.

Junio: Con la implosión de la chimenea se culmina el desmonte de la antigua Termoyumbo.

Llegaron a Buenaventura los 56 contendores con los módulos.

Julio: Empezó la hincada de las estructuras sobre las cuales serían montados los módulos. 56

tracto mulas llevaron los 35.000 módulos desde Buenaventura hasta la granja solar. Llegaron los

138

9 inversores, equipos fundamentales porque son los que convierten o transforman la energía

continua en energía apta para el uso en los hogares y empresas.

Agosto: Se instalaron los 35 mil módulos fotovoltaicos. El 18, iniciaron las pruebas de la planta,

es decir, se empezaron a entregar los primeros megavatios de energía al Sistema Interconectado

Nacional (SIN).

Septiembre: El 3 de septiembre a las 00:00 (hora) CELSIA SOLAR YUMBO entra en

operación comercial al sistema interconectado nacional.

8.4 Características de infraestructura civil para la construcción de granja fotovoltaica

CELSIA Solar Yumbo

Tabla 52 Comparación entre actividades generadas en CELSIA solar yumbo y la herramienta de

análisis multicriterio aplicada

Nro. Actividad CELSIA SOLAR

YUMBO

Alternativa sugerida de

acuerdo al análisis

multicriterio

Coinciden

1 Movimiento de tierras Descapote Descapote Sí

2 Estructura de

cimentación

Perfiles hincados Perfiles hincados Sí

3 Estructura de conducto Tubería EMT Tubería con recubrimiento en

concreto

No

4 Estructura de soporte

de módulos

Fs Duo Schletter.

Fs uno 100/Fsduo100 No

5 Tipo de cerramiento Cerramiento combinado Cerramiento combinado Sí (revisar

nota)

Incompatibilidades del proyecto Celsia Solar Yumbo y el modelo desarrollado.

Muchos de los inconvenientes presentados durante la ejecución de obra de CELSIA SOLAR

YUMBO, básicamente surgieron por tratar de adoptar el modelo de construcción europeo, que fue

usado de referencia por la empresa española PRODIEL, ejecutora de la granja fotovoltaica; no

realizaron un análisis del macroentorno de una ciudad como Cali, y sus aliados estratégicos,

subcontratistas colombianos, no fueron un buen referente que mitigara la incertidumbre e

139

imprevistos; a partir de los resultados del análisis multicriterio efectuado se presentaron una serie

de incompatibilidades con las decisiones tomadas en obra, que si bien no constituyen una verdad

absoluta, sí permitirán tener en consideración otras alternativas que se pueden tomar como

referencia en el contexto local colombiano.

Estructura de conducto

Para el desarrollo de CELSIA Solar Yumbo, la estructura de conducto usada fue tubería EMT,

debido a los condicionantes de tráfico, fue necesaria su profundización a niveles de h=- 2 metros,

la cual en conjunto con la mala programación de la excavación de la misma para el periodo de

lluvias en Colombia marzo a mayo, generaron detrimento en las condiciones estructurales del

terreno, imposibilitando en numerosas ocasiones, el ingreso de equipos GAYK, encargados del

hincamiento de perfiles para la cimentación de las estructuras de soporte de los paneles solares, lo

cual dio como resultado, la programación de horas extras y el reemplazo parcial de rasante con

material de mejoramiento; además debido a su profundidad, entrelazar una tubería vertical debajo

de las torres de media tensión fue bastante engorroso y riesgoso.

En un entorno hipotético, en el cual se hubiese usado tubería EMT con recubrimiento en

concreto, a pesar de que el costo era relativamente más alto con respecto a la tubería EMT, se

hubiera evitado el detrimento de la subrasante, ya que las profundidades de excavación son

menores, además si se hubieran usado concretos acelerados a 3 días, permitirán el tránsito sobre

esta protección, garantizando la continuidad de las labores de ejecución de la obra.

Estructura de soportes del módulo

La estructura de montaje usada fue Duo Schletter la cual debido a su configuración permite un

buen aprovechamiento del recurso, debido a que sus mesas pueden albergar hasta 3 módulos en

sentido lateral; si el objetivo fundamental hubiese sido el mayor aprovechamiento del área, la

140

estructura recomendada sería la Fs uno 100/Fsduo100, debido a que se tendría un mejor

aprovechamiento del área útil disponible, considerando su capacidad de entrelazar hasta 6

módulos, esto permitiría además, generar una mejor configuración urbanística, reducción en el

número de cimentación hincada y una caracterización arquitectónica detallada; las estructuras con

una sola orientación funcionan de manera óptima en nuestro país, debido a nuestra localización

geográfica.

Tipo de cerramiento

El cerramiento usado para Celsia Solar Yumbo, fue combinado, consistía en muretes de

concreto con malla eslabonada, el principal impase surgió debido a la mala programación, esto

significa que no se realizaron actividades simultaneas para culminar la obra dentro de los tiempos

pactados, si bien es cierto, la planta entró en operación para los meses de septiembre pero las obras

civiles presentaron retraso; básicamente surgió por la falta de disponibilidad de formaleta metálica

para la ejecución; comprarla involucraba unos sobrecostos importantes y el alquiler implicaba

fundiciones parciales los cuales no precedían de la mano de obra sino de la programación y curado

del concreto; en un escenario adverso, si se hubiese usado mampostería combinada con malla

eslabonada, y fomentando el uso del recurso de bloques de mampostería que son fácilmente

asequibles en valle del Cauca, la ejecución dependería de la consecución de mano de obra de

mampostería, esto repercutiría en mejores acabados y tiempos de ejecución más acordes a las

necesidades del proyecto.

141

9. Conclusiones

1. En términos generales, el modelo de análisis multicriterio adoptado reproduce de una manera

bastante aceptable los procesos de selección de alternativas para la construcción de infraestructura

civil en granjas fotovoltaicas. Sin embargo, considerado las limitaciones en la información

disponible, la falta de proyectos de la misma índole en Colombia que permitan una mejor

calibración, es preciso indicar que estos modelos están sujetos a un constante cambio y

perfeccionamiento que accedan a generar procesos de paretos estadísticos que conlleven a realizar

un proceso de verificación más eficiente; si bien faltó información es imprescindible afirmar que

este estudio constituye una base sólida para el desarrollo de nuevas aplicaciones de herramientas

multicriterio en el desarrollo de infraestructura civil en granjas fotovoltaicas.

2. La aplicación de a herramienta de análisis multicriterio compleja de jerarquización de procesos

(AHP) permite valorar de forma objetiva la construcción e implementación de infraestructura civil

para granjas solares, ya que comprende la valoración y desarrollo de cada uno de los hitos y

actividades de manera integral, abordando aspectos como la delimitación del contexto de decisión,

los criterios de evaluación, las escalas de evaluación y las funciones valor, en términos de objetivos

estratégicos, fundamentales y de proceso, esto permitirá establecer unos condicionantes para la

toma de decisiones en proyectos de energía renovable.

3. La generación e implementación de las metodologías constructivas para el desarrollo de

infraestructura civil en granjas fotovoltaicas, se realizó a través de la interlocución de grupos

evaluadores conformados en su mayoría por personal con experiencia y formación

complementaria, lo que enriqueció la maximización de los procesos.

142

4. La aplicación de la herramienta de análisis multicriterio en los procesos de desarrollo de granjas

fotovoltaicas permitió la identificación de actores que básicamente son los proyectistas,

inversionistas y ejecutores de proyectos de esta índole encargados de la toma de decisiones; la

identificación de las tecnologías que se constituyen como los desarrollos en insumos generados

para la construcción de estos proyectos tales como los distintos tipos de cimentaciones, estructuras

y cerramientos ofrecidos en el contexto local Colombiano; y la identificación de los distintos tipos

de técnicas y procesos constructivos que conllevan al desarrollo de los proyectos dentro de los

conceptos de tiempo, costo calidad y alcance.

5. Los objetivos de estratégicos del análisis multicriterio enmarcados en actores, tecnologías y

procesos utilizan una variedad de herramientas tanto sobre datos cuantitativos como cualitativos,

con la intención de comprender las posiciones y los posicionamientos de los objetivos de proceso

y su influencia sobre los objetivos fundamentales expuestos en la figura 3. Cuando culmina su

desarrollo a partir del modelo AHP puede ayudar a identificar las estrategias potenciales para ser

más competitivos con respecto a los mecanismos de generación de energía convencionales.

6. El seguimiento y validación de las especificaciones de la metodología desarrollada a partir del

proyecto CELSIA Solar Yumbo, permitió evaluar la eficiencia del proyecto y de los procesos

constructivos, permitiendo aunar en alternativas de hitos y actividades que en otro escenario

pudiesen haber sido más eficaces en concordancia con el contexto local colombiano.

143

10. Recomendaciones

1. El modelo de análisis multicriterio adoptado reproduce de una manera bastante aceptable los

procesos de selección de alternativas para la construcción de infraestructura civil en granjas

fotovoltaicas. Sin embargo, considerado las limitaciones en la información disponible, la falta de

proyectos de la misma índole en Colombia que permitan una mejor calibración, es preciso indicar

que estos modelos están sujetos a un constante cambio y perfeccionamiento que accedan a generar

procesos de paretos estadísticos que conlleven a realizar un proceso de verificación más eficiente.

2. Se espera que éste trabajo sirva a los estudiantes de pregrado y posgrado de Ingeniería Civil

cuyo enfoque sea el área de la investigación de operaciones aplicada a la infraestructura de obras

civiles, para despertar el interés por los aspectos menos conocidos del análisis multicriterio. El

propósito es que se tengan elementos de análisis y de juicio apropiados para que la toma de

decisiones sea lo más objetiva posible.

3. Es necesario continuar con el proceso iniciado en esta investigación, para desarrollar en el

mediano plazo un paquete informático, que permita la aplicación de los algoritmos propuestos en

el proceso de toma de decisiones, con el propósito de ayudar en la buena gestión de los proyectistas

y gerentes de cualquier organización dedicada a la infraestructura eléctrica.

4. El éxito de la implantación de las metodologías de jerarquización, dependerá fundamentalmente

del recurso humano involucrado, motivo por el cual, hay que tener un especial cuidado en el

proceso de inducción y en la formación del personal que participará en este proceso. El proceso de

inducción y formación deberá ser capaz de motivar al personal y de generar en este, el compromiso

necesario, para implantar las metodologías de jerarquización de forma eficiente.

.

144

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150

12. ANEXOS

Anexo 1. Encuestas

151

152

153

154

155

Anexo 2. APU Muro de cerramiento en concreto-Muro de cerramiento de mampostería de

carga-Muro de cerramiento combinado

EFM010 m² Muro de mampostería de carga.

Muro de carga, de 1/2 pie de espesor de mampostería, de ladrillo cerámico perforado (panal), para revestir, 24x12x9

cm, recibida con mortero de cemento 1:6, con armado horizontal en tendeles galvanizada en caliente, diámetro 4

mm, anchura 30 mm.

Descompuesto Ud Descomposición Rend. Precio

unitario

Precio

partida

mt04lpv010a Ud Ladrillo cerámico perforado (panal), para revestir,

24x12x9 cm.

43,050 360,70 15528,1

4

mt07aaf010aba Ud Armadura de tendel diámetro 4 mm, ancho 30 mm,

galvanizada en caliente, longitud 3,05 m, peso 0,869

kg y parte proporcional de ganchos para dinteles y

esquineras.

1,377 6274,26 8639,66

mt09mor010c m³ Mortero de cemento CEM II/B-P 32,5 N tipo M-5,

confeccionado en obra con 250 kg/m³ de cemento y

una proporción en volumen 1/6.

0,019 302023,29 5738,44

mo020 h Oficial 1ª de obra blanca en trabajos de albañilería. 0,696 11274,89 7847,32

mo076 h Ayudante de obra blanca en trabajos de albañilería. 0,337 7658,54 2580,93

% Medios auxiliares 2,000 40334,49 806,69

% Costes indirectos 3,000 41141,18 1234,24

Coste de mantenimiento decenal: $ 1.271,26 en los primeros 10 años.

Total: $

42.375

156

EFM020 m² Muro de Concreto Armado

Muro de concretro, con puntera y talón, de concreto armado, de hasta 3 m de altura, realizado con concreto f'c=210

kg/cm² (21 MPa) e=0,12, clase de exposición F0 S0 P0 C0, tamaño máximo del agregado 12,5 mm, manejabilidad

blanda, preparado en obra, y fundido con medios manuales, y acero Grado 60 (fy=4200 kg/cm²), cuantía 22 kg/m³,

sin incluir encofrado.

Descompuesto Ud Descomposición Rend. Precio

unitario

Precio

partida

mt07aco020d Ud Separador homologado para muros. 3,231 1845,41 5963,18

mt07aco060a kg Acero en barras corrugadas, Grado 60 (fy=4200

kg/cm²), de varios diámetros, según NTC 2289 y

ASTM A 706.

0,041 2117,43 87,20

mt08var050 kg Alambre galvanizado para atar, de 1,30 mm de

diámetro.

0,007 7826,00 56,35

mt36tie010da m Tubo de PVC, serie B, de 75 mm de diámetro y 3

mm de espesor, con extremo abocardado.

0,033 2887,41 93,97

mt08aaa010a m³ Agua. 0,084 67595,24 5665,02

mq06hor010 h Concretera. 0,091 3276,30 298,17

mo043 h Oficial 1ª armador de concreto. 0,039 17290,22 669,75

mo090 h Ayudante armador de concreto. 0,049 12743,09 629,41

mo087 h Ayudante de obra blanca de obra civil. 0,168 12137,33 2043,15

mo041 h Oficial 1ª obra blanca de obra civil. 0,176 16464,20 2904,28

% Herramienta menor 2,000 47465,59 949,31

Coste de mantenimiento decenal: $ 13739 en los primeros 10 años.

Total: $

48415

157

UVT020 m² Muro Vallado de terreno, de malla eslabonada

Vallado de terreno formado por panel de malla eslabonada, de 50x50 mm de paso de malla y 4 mm de diámetro,

acabado galvanizado, con bastidor de perfil hueco de acero galvanizado de sección 20x20x1,5 mm y postes de perfil

hueco de acero galvanizado, de sección cuadrada 40x40x1,5 mm, separados 2 m entre sí y empotrados en dados de

concreto o muretes de mampostería u concreto.

Descompuesto Ud Descomposición Rend. Precio

unitario

Precio

partida

mt52vse010a m² Panel de malla electrosoldada, de 50x50 mm de

paso de malla y 4 mm de diámetro, acabado

galvanizado.

1,000 14540,76 14540,76

mt52vpm020a Ud Poste de perfil hueco de acero galvanizado, de

sección cuadrada 40x40x1,5 mm y 1 m de altura.

0,550 8189,35 4504,14

mt52vpm010a m Perfil hueco de acero galvanizado, de sección

cuadrada 20x20x1,5 mm.

3,000 3838,76 11516,28

mt10hmf050qde m³ Concreto simple f'c=210 kg/cm² (21 MPa), clase

de exposición F0 S0 P0 C0, tamaño máximo del

agregado 19 mm, manejabilidad blanda,

fabricado en planta, según NSR-10 y ACI 318.

0,015 288849,5 4332,74

mo087 h Ayudante de obra blanca de obra civil. 0,112 12137,33 1359,38

mo018 h Oficial 1ª cerrajero. 0,336 16727,02 5620,28

mo059 h Ayudante cerrajero. 0,336 12181,66 4093,04

% Herramienta menor 3,000 45966,62 1379,00

Coste de mantenimiento decenal: $ 8.048,76 en los primeros 10 años.

Total: 47345,62