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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN
MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
ANÁLISIS Y PROPUESTA DE SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS EN CASAS-HABITACIÓN EN LA CD. DE CHILPANCINGO,
GRO.
T E S I S
que para obtener el Grado de Maestro en Administración de la Construcción
presenta:
ARQ. GUSTAVO MARTÍNEZ VÉLEZ
Estudios con reconocimiento de validez oficial por la Secretaría de Educación Pública conforme al acuerdo No. 2004453 de fecha 15 de diciembre de 2000
Chilpancingo, Gro. Julio 2009
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
AGRADECIMIENTOS
A Dios todopoderoso por darme la oportunidad de despertar cada mañana
para tratar de ser mejor persona y darle un buen sentido a mi existencia.
A mis padres, Guadalupe y Roberto por todo su amor, apoyo y paciencia ya
que sin ellos hoy no estaría aquí terminando satisfactoriamente una etapa más
de vida.
A mi hermana Claudia Elisa por siempre darme ánimos, por sus consejos y
hacerme ver mis errores cuando es necesario.
A mis compañeros por brindarme su amistad y compañerismo durante un año
y medio y de quienes pude aprender muchas cosas, tanto profesionales como
de la vida misma.
A mi asesor el Ing. Jaime Francisco Gómez Vega, por su buena orientación y
disposición para guiarme en el desarrollo de esta Investigación.
Arq. Gustavo Martínez Vélez
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
DEDICATORIAS
A mis padres, Guadalupe y Roberto por haberme educado en la forma en que
lo hicieron inculcándome valores ya que gracias a ello soy quien soy y por
enseñarme a perseverar y esforzarme para conseguir mis metas.
A mi hermana Claudia Elisa por todo su amor y por ser todo un ejemplo de
coraje y determinación para lograr sus objetivos. Nunca cambies y sigue
esforzándote para ser aún mejor.
A todas aquellas personas que creyeron y confiaron en mí en distintos
momentos de mi vida, pero sobre todo a aquellas que no lo hicieron ya que
siempre son un estimulo para seguir triunfando y demostrarles que se
equivocan.
Arq. Gustavo Martínez Vélez
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ÍNDICE
RESUMEN 1
INTRODUCCIÓN. 2
Objetivos 3
Justificación 4
Hipótesis 5
Descripción de la tesis 6
CAPITULO 1
MARCO REFERENCIAL. 8
1.1 Localización y situación actual del municipio 8
de Chilpancingo, Gro.
1.2 Perfil sociodemográfico. 10
1.3 Infraestructura social y de comunicaciones. 11
1.4 Principales energías utilizadas en la ciudad 13
de Chilpancingo, Gro.
Arq. Gustavo Martínez Vélez
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CAPITULO 2
MARCO TEÓRICO. 14
2.1 Energías alternativas. 14
2.2 Tipos de energías alternativas. 17
2.3 Tipos de sistemas energéticos alternativos y sus usos. 22
2.3.1 Paneles solares y fotovoltaicos. 22
2.3.2 Turbinas eólicas o aerogeneradores. 30
2.4 Herramientas financieras a utilizar. 36
CAPITULO 3
PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA APLICACIÓN 38
DE SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS
EN CASAS-HABITACIÓN.
3.1 Conocer los tipos de energías alternativas y sistemas existentes. 38
3.2 Analizar la ubicación y clima del sitio. 38
3.3 Analizar los costos de los sistemas comerciales alternativos. 39
3.4 Análisis del consumo de energía en la edificación propuesta. 40
3.5 Análisis del desempeño y rendimiento de los sistemas 41
energéticos alternativos.
Arq. Gustavo Martínez Vélez
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CAPITULO 4
VIABILIAD DEL USO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS 42
EN CASAS-HABITACIÓN EN CHILPANCINGO, GRO.
4.1 Análisis climatológico del sitio. 42
4.2 Costos de adquisición, instalación y mantenimiento de los 46
sistemas energéticos convencionales y alternativos.
4.3 Comparación del costo, desempeño y rendimiento energético 51
de los sistemas alternativos y convencionales.
4.3.1 Propuesta de casa-habitación para análisis. 51
4.3.2 Análisis del consumo de energía en watts/hr. 53
4.3.3 Asignación de tarifa y cálculo del costo de consumo. 57
4.3.4 Análisis del rendimiento del sistema fotovoltaico. 59
4.3.5 Propuesta de circuitos a utilizar para el sistema híbrido. 61
4.3.6 Segunda propuesta del uso del sistema fotovoltaico. 63
4.3.7 Análisis del sistema eólico (aerogeneradores). 64
4.3.8 Análisis del consumo y costo del gas para abastecer 65
de agua caliente.
4.3.9 Análisis y propuesta del sistema térmico solar. 67
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 69
BIBLIOGRAFÍA. 72
ANEXOS. 74
Arq. Gustavo Martínez Vélez
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RESUMEN
En la presente investigación se hará la propuesta del uso deUsistemas
energéticos a l ternat iv^en la ciudad de Chilpancingo, Gro. para casas-
habitación.
Para esto, se investigarán los^tipos de ejnergías altematiyas que se conocen y
los sistemas energéticos que resultan de ellas, cuáles son, su funcionamiento,
sus componentes, sus posibles aplicaciones y sus ventajas y desventajas, así
como los costos de adquisición de los equipos de dichos sistemas, su
mantenimiento, sus especificaciones de funcionamiento, rendimiento y vida
útil, y se compararán con los costos de las instalaciones convencionales de
electricidad y gas LP.
Se analizarán también las características climatológicas y geográficas de la
ciudad para conocer si éstas hacen posible el empleo y buen funcionamiento
de dichos sistemas alternativos.
Finalmente se propondrá una casa-habitación que será el objeto de análisis
para conocer el gasto mensual de la energía tanto eléctrica como de gas y
obtener sus costos de consumo para poder hacer la comparación con el
desempeño y rendimiento de los sistemas alternativos, como son los paneles
fotovoltaicos, aerogeneradores y calentadores solares para agua así hacer la
propuesta más acorde a las condiciones y necesidades propias del sitio, en
este caso la ciudad de Chilpancingo, Gro.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 1
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad, debido al mal uso y explotación indiscriminada de los
recursos energéticos del planeta tales como los combustibles fósiles, el gas
natural, la electricidad producida en plantas hidroeléctricas y la energía
nuclear, se ha producido escasez y encarecimiento de estos a nivel mundial,
dando como consecuencia una crisis energética global que ha ido en aumento
con el paso de los años.
En nuestro país ya se hacen presentes este tipo de situaciones con el alza en
el precio de la gasolina y de algunos servicios de infraestructura,
afortunadamente aún no sufrimos de escasez de ninguna fuente de energía,
pero al ritmo que este problema avanza pronto la sufriremos en todos los
niveles de la sociedad en donde no solo las grandes industrias y factorías se
verán afectadas, sino también, nuestros propios hogares.
Por otro lado, en México estamos muy acostumbrados a depender
enteramente del gobierno y su infraestructura de servicios que en muchos
casos resulta estar en mal estado, mal administrada, deficiente y muy costosa
en razón de su calidad; razones por las cuales resulta conveniente buscar
alternativas para satisfacer las demandas energéticas en los hogares.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 2
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OBJETIVOS
Objetivo general
Conocer, analizar y proponer el uso de sistemas energéticos basados en las
energías alternativas/para.satisfacer de manera total o parcial la demanda de
energía que se requiere en las casas-habitación en la Cd. de Chilpancingo,
Gro.
Objetivos específicos
Analizar e identificar las condiciones geográficas y climatológicas de la Cd. de
Chilpancingo, Gro. para conocer qué tipo de sistemas energéticos alternativos
son viables y rentables en casas-habitación.
Analizar y comparar los costos de adquisición y mantenimiento de los
sistemas energéticos convencionales y los sistemas alternativos, así como su
desempeño, rendimiento y rentabilidad a corto mediano y largo plazo.
Proponer un sistema energético "híbrido" combinando las energíí
alternativas con las convencionales y comerciales.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 3
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JUSTIFICACIÓN
El uso de energías alternativas en nuestro país es una práctica poco
apreciada y valorada, debido al poco conocimiento que se tiene de éstas, sin
embargo, las energías renovables son una opción que en la actualidad debe
tenerse en cuenta, ya que no es muy lejano el día en que los tipos de energía
convencional se encarezcan aún más o se terminen. Por estas razones, hacer
un análisis o investigación sobre qué tipo de energías alternativas pueden
emplearse en las casas-habitación, las ventajas y desventajas que producen,
ya sea de tipo ambiental, funcional, de eficiencia y de costo, resulta de muy
alto interés y beneficio ya que de obtener resultados positivos pueden ponerse
en práctica y ayudar a dar solución a un problema que cada día se hace más
severo y recurrente.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 4
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HIPÓTESIS
HO
El uso de sistemas energéticos alternativos resulta una opción viable para
suplir o complementar la demanda de energía requerida de los habitantes de
casas-habitación de la ciudad de Chilpancingo, Gro., tanto técnica como
económicamente.
H1
El uso de sistemas energéticos alternativos no resulta una opción viable para
suplir o complementar la demanda de energía requerida en las casas-
habitación de la ciudad de Chilpancingo, Gro. a pesar de que la energía del
sol y del viento es gratuita y perpetua, debido a sus altos costos de
adquisición.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 5
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DESCRIPCIÓN DE LA TESIS
A continuación se dará una descripción breve del contenido de los capítulos
de la investigación.
Capítulo 1. Se describe la localización geográfica y el clima de la ciudad de
Chilpancingo, Gro. así como su perfil y situación socio-demográfica. Se habla
también de los tipos de energías más utilizados en las casas-habitación de
esta ciudad.
Capítulo 2. En este capítulo se habla de las energías alternativas, cuáles son
y cómo funcionan, así como los distintos tipos de sistemas energéticos que
resultan de éstas, sus componentes y sus aplicaciones.
Capítulo 3. Se describe paso a paso la metodología que se seguirá para
establecer la viabilidad de la propuesta del uso de sistemas energéticos
alternativos.
Capítulo 4. En este capítulo se hace el análisis climatológico completo de la
ciudad de Chilpancingo para determinar si sus características son viables en
el uso de sistemas alternativos, de igual manera se analizan tanto los
sistemas energéticos convencionales y alternativos en sus costos de
adquisición mantenimiento y desempeño. Finalmente se lleva a cabo la
comparación de los costos y ahorros de consumo en la casa-habitación que
se plantea con el uso de ambos tipos de energía (convencional y alternativa) y
se hace la propuesta que resulta más viable tanto técnica como
económicamente.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 6
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Conclusiones y recomendaciones. Aquí se exponen las conclusiones a las
que se llegó tras realizar la investigación completa de los distintos tipos de
energía que se plantearon y se hacen las recomendaciones pertinentes para
el uso futuro de sistemas alternativos en las casas habitación de la ciudad de
Chilpancingo, Gro.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 7
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CAPITULO 1
MARCO REFERENCIAL
1.1 Localización y situación geográfica del Mpo. de Chiipancingo.
El municipio de
Chiipancingo, se localiza
en el centro del Estado de
Guerrero, ubicado en las
coordenadas 17011' y
17037'de latitud norte y los
99024' y 100o09' de
longitud oeste, respecto
del meridiano de
Greenwich.
Colinda al norte, con Leonardo Bravo y Eduardo Neri (antes Zumpango del
Río); al sur, con Juan R. Escudero y Acapulco; al este con Mochitlán y Tixtla;
al oeste, con Coyuca de Benítez y Leonardo Bravo.
Tiene una extensión territorial de 2,338.4 kilómetros cuadrados.
Se clasifica en tres tipos: zona accidentada, representa un 65 por ciento de las
superficies, localidades en la sierra de Ocotlán y sierra de Jaleaca de Catalán
ubicadas al norte; oeste y noroeste; el relieve varía de 700 a 2,700 metros
sobre el nivel de mar.
Ciudad de Chiipancingo, Gro. Fuente, Google earth 25-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 8
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Las zonas semi-planas abarcan un 25 por ciento del territorio principal,
distribuidas al oriente, sur y sureste, principalmente en las localidades de
Petaquillas, Mazatlán, El Rincón, Buenavista, Cajeles y Chilpancingo,
alcanzando elevaciones de 2,695; 2,545; 2,085; 1,845; 1,740 y 1,647 metros,
respectivamente.
Las zonas planas abarcan 10 por ciento, su relieve varía de 250 a 700 metros.
Las principales elevaciones montañosas que pueden cifrarse son los cerros de
Tepoztepec, Culebreado, Del Toro y Alquitrán.
Hidrografía
El municipio cuenta con los recursos hidrológicos de los ríos Papagayo;
Huacapa, Ocotito, Zoyatepec, Jaleaca y otros de menor importancia; tiene dos
sistemas hidrológicos (presas) una en la cabecera municipal a tres kilómetros
aproximadamente, llamada del Cerrito Rico y otra en la localidad de Rincón de
la Vía.
Clima
Los climas existentes son el subhúmedo-semicálido, subhúmedo-cálido y
subhúmedo-templado; la temperatura varía de 150C a 240C. El temporal
aparece normalmente de junio a septiembre con una precipitación media
anual de 1,650 milímetros. Los meses más calurosos son de marzo a mayo, y
los meses de diciembre y enero los más fríos.
La dirección del viento en las diferentes épocas del año en primavera de sur a
este; en verano de sureste a norte y de norte a sur; en otoño de sureste a
norte; en invierno de sureste a noreste.1
Todo el subcapítulo 1.1 es información citada textualmente de www.e-local.gob.mx recopilada el 18-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 9
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1.2 Perfil sociodemográfico.
Evolución Demográfica
En 1990, la población total por edad, de 0 a 14 años fue de 39.64 por ciento,
de 15 a 64 años de 55.61 por ciento, de 65 años o más de 3.19 por ciento y no
especificado 1.55 por ciento.
De acuerdo al XII Censo General de Población y Vivienda 2000 efectuado por
el INEGI, la población total del municipio es de 192,947 habitantes, de los
cuales 92,873 son hombres y 100,074 mujeres representando el 48% y 52%,
respectivamente. La población total del municipio representa el 6.26 por
ciento, con relación a la población total del estado.
La tasa de crecimiento intercensal 1995-2000 fue de 2.52 por ciento. La
densidad de población es de 82.51 habitantes por kilómetro cuadrado.
De acuerdo a los resultados que presento el II Conteo de Población y Vivienda
en el 2005, el municipio cuenta con un total de 214,219 habitantes.2
2 Todo el subcapitulo 1.2 es información citada textualmente de www.e-local.gob.mx recopilada el 18-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 10
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1.3 Infraestructura social y de comunicaciones
Vivienda
La vivienda en el municipio se caracteriza por ser de tipo rústico en las
localidades más apartadas, en la periferia de la cabecera municipal se
observan construcciones con muros de adobe y bajareque, techos de teja,
palma lámina y pisos de tierra encontrándose la mayoría en estado precario.
Únicamente en la cabecera municipal y en algunas localidades se observan
construcciones de material industrializado.
De acuerdo al XII Censo General de Población y Vivienda efectuado por el
INEGI, el municipio cuenta al año 2000 con 41,957 viviendas ocupadas, de las
cuales 36,541 disponen de agua potable, 34,905 disponen de drenaje, y
40,695 de energía eléctrica, lo que representa el 87.1%, %83.2 y 97.0%,
respectivamente.
Con respecto al régimen de la propiedad el 74% son propias y el 26% son
rentadas.
En relación a los asentamientos humanos se representan las siguientes
características: 22.0% es de adobe, el 60.39% es de cemento, 16.92% de
madera o asbesto y el 0.50% no especificado.
De acuerdo a los resultados que presento el II Conteo de Población y Vivienda
en el 2005, en el municipio cuentan con un total de 46,176 viviendas de las
cuales 39,689 son particulares.
Servicios públicos
El Ayuntamiento ofrece a sus habitantes los servicios de: Agua potable,
energía eléctrica, drenaje, alcantarillado, parques y jardines, plazuelas,
vialidad y transporte, seguridad pública, panteones, mercado, central de
Arq. Gustavo Martínez Vélez 11
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abasto, bomberos, rastro y servicio de limpieza. La mayor parte de las calles
de la cabecera están pavimentadas o empedradas.
Medios de Comunicación
Los principales medios de comunicación en la cabecera municipal son
mediante correos, servicio telefónico, estación de televisión, télex, radio
telefonía y casetas telefónicas; asimismo tiene una aeropista de mediano
alcance, que cuenta con radio frecuencia de 118 ondulaciones para operación
y auxilio de las unidades.
El transporte foráneo es proporcionado por autobuses, taxis y camionetas
mixtas; el servicio interno lo cubre taxis mixtos y doméstico, camiones
colectivos, camiones materialistas, de mudanzas y transporte escolar; el
transporte rural del municipio cuenta con taxis, camiones de pasajeros mixtos
y autobuses.
Vías de Comunicación
El municipio cuenta con una amplia infraestructura de vías de comunicación y
de transporte, en la infraestructura caminera destaca por su importancia la
carretera federal México-Chilpancingo-Acapulco, y la estatal Chilpancingo-
Tlapa.
Actualmente existen 87 kilómetros de carreteras federales y estatales que
comunican a Chilpancingo con diversas comunidades del municipio de la
región y el estado; además existen 49.7 kilómetros de caminos de brechas
que comunican a 27 localidades.3
Todo el subcapítulo 1.3 es información citada textualmente de www.e-local.gob.mx recopilada el 18-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 12
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1.4 Principales energías utilizadas en la Cd. de Chilpancingo.
Actualmente en la Cd. de Chilpancingo, Gro. los tipos de energías que se
utilizan principalmente son dos:
• Energía eléctrica suministrada por la red local a cargo de la Comisión
Federal de Electricidad CFE
• Gas LP (gas natural) suministrado o vendido por las diferentes
compañías privadas que existen en la zona en sus diferentes
presentaciones, en cilindros de distintos pesos, o en pipa para
abastecer los tanques estacionarios domésticos.
Estas energías en ocasiones no tienen la capacidad ni la eficiencia necesaria
para satisfacer las demandas de la población. En el caso de la energía
eléctrica proporcionada por CFE presenta muchas altas y bajas en su voltaje,
lo que degenera en un mal funcionamiento y daño a los aparatos
electrodomésticos que la convierte en energía de mala calidad.
Por otro lado el gas vendido por las diferentes compañías aumenta
constantemente su costo, además de que los cilindros por lo general no son
llenados a su máxima capacidad pero sin son cobrados al 100%, lo que se ve
reflejado en los bolsillos de los consumidores al no rendir el contenido el
tiempo estimado por su peso.
Estas situaciones hacen que el adquirir energía en la Cd. de Chilpancingo
resulte costoso, poco eficiente y no satisfactorio para el consumidor tanto
económica como funcionalmente.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 13
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
CAPITULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1 Energías alternativas
Una energía alternativa, o más
precisamente una fuente de
energía alternativa es aquella
que puede suplir a las
energías o fuentes energéticas
actuales, ya sea por su menor
efecto contaminante, o
fundamentalmente por su I
posibilidad de renovación. J Energías alternativas, fuente bibliotecaetsit.com 23-06-09
El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y
bienestar de una sociedad. El concepto de "crisis energética" aparece cuando
las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan. Un
modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un
continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de
energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es
inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser
abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen
otros nuevos métodos para obtener energía: éstas serían las energías
alternativas.
En conjunto con lo anterior se tiene también que el abuso de las energías
convencionales actuales hoy día tales como el petróleo y la combustión de
carbón, entre otras, acarrean consigo problemas de agravación progresiva
como la contaminación, el aumento de los gases invernadero y la perforación
de la capa de ozono.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 14
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En la actualidad se siguen buscando soluciones para resolver esta crisis inminente.
La discusión energía
alternativa/convencional no es una
mera clasificación de las fuentes de
energía, sino que representa un cambio
que necesariamente tendrá que
producirse durante este siglo. Es
importante reseñar que las energías
alternativas, aun siendo renovables,
también son finitas, y como cualquier
otro recurso natural tendrán un límite
máximo de explotación. Por tanto,
incluso aunque podamos realizar la transición a estas nuevas energías de
forma suave y gradual, tampoco van a permitir continuar con el modelo
económico actual basado en el crecimiento perpetuo. Es por ello por lo que
surge el concepto del/Desarrollo Sostenible. ]
Energías alternativas, fuente bitácora medica.com 27-06-09
Dicho modelo se basa en las siguientes premisas:
El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes fósiles
actualmente explotadas terminarán agotándose, según los pronósticos
actuales, en el transcurso de este siglo XXI.
El uso de fuentes limpias, abandonando los procesos de combustión
convencionales y la fisión nuclear.
La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose
como alternativa el fomento del autoconsumo, que evite en la medida
de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación
y distribución de energía eléctrica.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 15
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
• La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del
rendimiento de los dispositivos eléctricos (electrodomésticos, lámparas,
etc.)
Reducir o eliminar el consumo energético innecesario. No se trata sólo
de consumir más eficientemente, sino de consumir menos, es decir,
desarrollar una conciencia y una cultura del ahorro energético y
condena del despilfarro.
La producción de energías limpias,
alternativas y renovables no es por tanto
una cultura o un Intento de mejorar el
medio ambiente, sino una necesidad a la
que el ser humano se va a ver abocado,
independientemente de nuestra opinión,
gustos o creencias.4
Colage recursos naturales, fuente leerxieer.fiies.woropress.com 27-06-09
Toda el subcapitulo 2.1 energías alternativas es información citada textualmente de wvvw.wiklpedia.org recopilada el 19-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 16
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2.2 Tipos de energías alternativas.
En la presente investigación se le da prioridad a la energía solar y eólica ya
que con ellas se harán los análisis y propuestas de los sistemas energéticos
en la Cd. de Chilpancingo, sin embargo existen otras energías renovables que
también se mencionan de manera más breve.
La energía eólica es la energía
obtenida del viento, o sea, la energía
cinética generada por efecto de las
corrientes de aire, y que es
transformada en otras formas útiles
para las actividades humanas. El
término eó//co viene del latín
Aeolicus, perteneciente o relativo a
Eolo, dios de los vientos en la
mitología griega.5 Aerogeneradormarítimo, fuente fayerwayer.com 02-07-09
Como la mayoría de las fuentes de energía terrestres, en última instancia
viene del sol. El sol irradia 174, 423, 000, 000, 000 kilovatios/hora de energía
a la tierra. Es decir, en una hora la tierra recibe 1.74 x 1017 vatios de energía.
Aproximadamente entre el 1 y el 2 por ciento de la energía que proviene del
sol es convertida en viento. Esa cantidad es de 50 a 100 veces más que la
energía convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra.
Información de Energía eólica recopilada de www.wikipedia.com el 20-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 17
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Las diferencias de temperatura conducen a la circulación de aire. Las regiones
alrededor del ecuador, de latitud 0o, son calentadas por el sol más que el resto
del planeta. El aire caliente que es más ligero que el aire frío se eleva hasta
alcanzar aproximadamente 10 km de altitud y se separa en dos corrientes,
una se dirige hacia el norte y otra hacia el sur. Si el globo no rotara, el aire
simplemente llegaría al polo norte y al polo sur, bajaría y volvería al ecuador.
Los vientos predominantes se combinan con factores locales, tales como la
presencia de colinas, montañas, árboles, edificios y masas de agua, para
determinar las características particulares del viento en una localización
específica. Puesto que el aire posee masa, el aire en movimiento en forma de
viento lleva con él energía cinética.6
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir
energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad
mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 gigavatios. Mientras la eólica
genera alrededor del 1% del consumo de electricidad mundial, representa
alrededor del 19% de la producción eléctrica en Dinamarca, 9% en España y
Portugal, y un 6% en Alemania e Irlanda (Datos del 2007). La energía eólica
es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones
de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de
combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin
embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.7
Información de Energía eólica recopilada de www.textoscientificos.com el 21-05-09
Información de Energía eólica recopilada de www.wikipedia.org el 20-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 18
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La energía solar es aquella recolectada
de forma directa en forma de calor a alta
temperatura en centrales solares de
distintas tipologías, o a baja temperatura
mediante paneles solares domésticos, o
bien en forma de electricidad utilizando
el efecto fotoeléctrico mediante paneles
fotovoltaicos. La energía solar es la
energía obtenida mediante la captación
de la luz y el calor emitidos por el Sol.8
El sol es una masa de materia gaseosa caliente que irradia a una temperatura
efectiva de unos 6000oC. De la distribución espectral de la radiación de esta
fuente de energía, medida fuera de la atmósfera terrestre, aproximadamente
la mitad está en la región visible del espectro, cerca de la otra región infrarroja
y un pequeño porcentaje de la región ultravioleta. El sol está a una distancia
de 149,490,000 kilómetros de la Tierra, y la constante solar, esto es, la
intensidad media de radiación medida fuera de la atmósfera en un plano
normal la radiación es aproximadamente 1.94 cal/min. Cm3.
La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra se
reduce por varios factores variables, entre ellos, la absorción de la radiación,
en intervalos de longitud de onda específicos, por los gases de la atmósfera,
dióxido de carbono, ozono, etc., por el vapor de agua, por la difusión
atmosférica, por la partículas de polvo, moléculas y gotitas de agua, por
reflexión de las nubes y por la inclinación del plano que recibe la radiación
respecto de la posición normal de la radiación.9
Información de energía solar recopilada de www.wikipedia.org el 20-05-09
Información de energía solar recopilada de www.textoscientlficos.com el 21-05-09
£/so/, fuente dforceblog.com 02-07-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 19
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La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del
calor que produce, como también a través de la absorción de la radiación, por
ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías
renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como
energía limpia o energía verde.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones
atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas
condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m2 en la
superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la
suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco
solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la
bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y
refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos
atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse
para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que
proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la
atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354
W/m2 (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m2 y un
valor mínimo en el afelio de 1308 W/m2.)
Arq. Gustavo Martínez Vélez 20
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Como ya antes se mencionó existen otro tipo de energías alternativas además
de la eólica y la solar, dichas energías son las siguientes:
La energía hidráulica, consistente en
la captación de la energía potencial de
los saltos de agua, y que se realiza en
centrales hidroeléctricas.
-
La energía mareomotríz, que se
obtiene de las mareas (de forma
análoga a la hidroeléctrica). Mareas, fuente ctforceblog.com 02-07-09
¡La undimotriz, a través de la energía de las olas.
La energía geotérmica, producida al aprovechar el calor del subsuelo en las
zonas donde ello es posible.
La biomasa, por descomposición de residuos orgánicos, o bien por su quema
directa como combustible.10
10 Información de energías alternativas recopilada de www.wikipedia.org el 20-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 21
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2.3 Tipos de sistemas energéticos alternativos y sus usos.
Los sistemas energéticos alternativos más utilizados para energía solar son
los paneles solares y fotovoltaicos, los primeros captan el calor del sol
utilizado en calefacciones y para calentar agua, y los fotovoltaicos
ánsforman la energía solar en electricidad.
En el caso de la energía eólica el sistema de captación y transformación de
energía del viento en energía eléctrica más empleado son las turbinas eólicas
o aerogeneradores.
2.3.1 Paneles solares y fotovoltaicos
Los paneles solares y fotovoltaicos
están compuestos por un sistema
de células o celdas solares que
son dispositivos que convierten la
energía solar en electricidad, ya
sea directamente vía el efecto
fotovoltaico o indirectamente
mediante la previa conversión de
energía solar a calor o a energía
química. Paneles fotovoltaicos, fuente livefile store.com 05-07-09
La forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico,
en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas
produce una diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas. Este
voltaje es capaz de conducir una corriente o través de un circuito externo de
modo de producir trabajo útil.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 22
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Las celdas solares más utilizadas actualmente son principalmente de silicio y
se elaboran utilizando planchas (wafers) monocristalinas, planchas
policristalinas o láminas delgadas. Sin embargo en la actualidad existen otros
materiales que han probado tener potencial comercial tales como el diselenide
de cobre combinado con indio, y teluo de cadmio con silicio amorfo como
materia prima.
Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 14 de milímetro de
espesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a
aproximadamente 1400° C, este es un proceso muy costoso. El silicio debe
ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina perfecta.
Las planchas policiristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el
cual el silicio fundido es vertido en un molde y se le deja asentar para después
ser rebanado en planchas. Como las planchas policristalinas son hechas por
moldeo son apreciablemente más baratos de producir, pero no tan eficientes
como las celdas monocristalinas. El rendimiento más bajo es debido a las
imperfecciones en la estructura cristalina resultante del proceso de moldeo.
Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar
la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas solares
están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio
tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el
silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las
cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del
dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa
tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas
opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden
recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a
la barrera de energía potencial interna. Por lo tanto si se hace un circuito se
puede producir una corriente a partir de celdas iluminadas, puesto que los
electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con
los agujeros positivos.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 23
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Efecto fotovoltaico en una célula solar, fuente textoscientificos.com 22-05-09
La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico está determinado por:
• El tipo y el área del material • La intensidad de la luz del sol • La longitud de onda de la luz del sol
Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir más el de 25% de la energía solar en electricidad, porque la radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético no tiene suficiente energía como para separar las cargas positivas y negativas en el material.
Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una eficiencia cerca del 10%, debido a pérdidas de energía internas más altas que las de silicio monocristalino
Una típica célula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm2 producirá
cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3
amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000 Wm-2). La energía de
salida de la célula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz
del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad a
la energía de salida también será disminuida a la mitad.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 24
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Una característica importante de las celdas fotovoltaicas es que el voltaje de la
célula no depende de su tamaño, y sigue siendo bastante constante con el
cambio de la intensidad de luz. La corriente en un dispositivo, sin embargo, es
casi directamente proporcional a la intensidad de la luz y al tamaño. Para
comparar diversas celdas se las clasifica por densidad de corriente, o
amperios por centímetro cuadrado del área de la célula.
La potencia entregada por una célula solar se puede aumentar con bastante eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivo fotovoltaico directamente frente al sol, o concentrando la luz del sol usando lentes o espejos. Sin embargo, hay límites a este proceso, debido a la complejidad de los mecanismos, y de la necesidad de refrescar a las celdas. La corriente es relativamente estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del aumento de la temperatura de la célula.
Puesto que una célula fotovoltaica tiene un voltaje de trabajo cercano a 0.5 V
éstas generalmente se conectan juntas en serie (positivo negativo) para
proporcionar voltajes más grandes. Los paneles se fabrican en una amplia
gama de los tamaños para diversos propósitos que generalmente caen en una
de tres categorías básicas:
• Paneles de bajo voltaje/baja potencia son confeccionados conectando
entre 3 y 12 segmentos pequeños de silicio amorfo fotovoltaico con un
área total de algunos centímetros cuadrados para obtener voltajes
entre 1.5 y 6 V y potencias de algunos milivatlos. Aunque cada uno de
estos paneles es muy pequeño, la producción total es grande. Se
utilizan principalmente en relojes, calculadoras, cámaras fotográficas y
dispositivos para detectar la intensidad de la luz, tales como luces que
se encienden automáticamente al caer la noche.
• Paneles pequeños de 1-10 vatios y 3-12 V, con áreas de 100 cm2 a
1000 cm2 son hechos ya sea cortando en pedazos celdas mono o
policristalinas de 100 cm2 y ensamblándolas en serie, o usando
Arq. Gustavo Martínez Vélez 25
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paneles amorfos de silicio. Los usos principales son radios, juguetes,
bombeadores pequeños, cercas eléctricas y cargadores de baterías.
• Los paneles grandes, de 10 a 60 vatios, y habitualmente de 6 o 12
voltios, con áreas de 1000 cm2 a 5000 cm2 son generalmente
construidos conectando de 10 a 36 celdas del mismo tamaño en serie.
Se utilizan individualmente para bombeadores pequeños y energía de
casas, comunicaciones, bombeadores grandes y fuentes de energía en
áreas remotas.
Por otro lado, la energía del sol, además de ser transformada en electricidad,
puede ser utilizada para calentar agua a temperaturas inferiores a los 100° C o
para la calefacción de ambientes. El agua caliente para consumo domestico
ocupa el segundo puesto en el consumo de energía de una vivienda típica.
Las tecnologías solares termales de
bajas temperaturas, y en especial las
tecnologías que no generan
electricidad se basan en los principios
científicos del efecto invernadero
para generar calor. La radiación
electromagnética del sol, incluyendo
la luz visible e infrarroja, penetra
dentro de un colector y es absorbida
por alguna superficie ubicada dentro
del mismo Paneles fotovoltaicos, fuente livefilestore.com 05-07-09
Una vez que la radiación es absorbida por las superficies dentro del colector,
la temperatura aumenta. Este incremento en la temperatura puede ser
utilizado para calentar agua, secar comida y granos, desalinizar agua o
cocinar comida.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 26
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Un sistema de calefacción de agua está compuesto principalmente por ios
siguientes elementos:
• Uno o más colectores para capturar la energía del sol.
• Un tanque de almacenamiento.
• Un sistema de circulación para mover el fluido entre los colectores y el
tanque de almacenamiento.
• Un sistema de calefacción auxiliar.
• Un sistema de control para regular la operación del sistema.
Los colectores de placa plana son sofisticados invernaderos que atrapan y
utilizan el calor del sol para aumentar la temperatura del agua hasta alrededor
de los 70oC.
Estos colectores consisten en una caja herméticamente cerrada con una
cubierta de vidrio o algún otro material transparente. En su interior se ubica
una placa de absorción la cual está en contacto con unos tubos por los que
circula un líquido que transporta el calor. Existen un gran número de diferentes
configuraciones de los tubos internos en los colectores de placa plana.
Los colectores tradicionales, como los de serpentina o los de tubos paralelos,
consisten en varios tubos de cobre orientados en forma vertical con respecto
al colector y en contacto con una placa de color oscuro, generalmente esta
placa es metálica, aunque que en algunos casos puede ser de plástico o algún
otro material.
En el caso de los colectores de tubos paralelos, se colocan tubos de mayor
sección en la parte inferior y superior, para asistir a la extracción de agua
caliente y al ingreso de agua fría para su calefacción.
La placa de absorción es aislada de la pared exterior con material aislante
para evitar pérdidas de calor.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 27
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En los últimos años se han desarrollado platos compuestos de superficies de
absorción selectiva, hechos de materiales con fuerte absorción de la radiación
electromagnética y baja emisión.
Existen también los colectores de tubo
de vació se encuentran entre los tipos
de colectores solares más eficientes y
más costosos. Estos colectores se
aprovechan al máximo en aplicaciones
que requieren temperaturas moderadas,
entre 50 0C y 95 0C, y/o en climas muy
fríos.
Calentadores solares para agua, fuente livefilestore.com 05-07-09
Los colectores de tubo de vacío poseen un "absorbedor" para capturar la
radiación del sol que está sellado al vacío dentro de un tubo. Las pérdidas
térmicas de estos sistemas son muy bajas incluso en climas fríos.
Una vez que el agua es calentada por alguno de los dispositivos antes
mencionados pasa a tanques de almacenamiento. Los utilizados más
frecuentemente con colectores de placa plana en sistemas nuevos son los
sistemas integrados, donde los tanques de almacenamiento son montados
junto con los colectores, generalmente sobre el techo. Los tanques son
ubicados sobre los colectores para aprovechar el efecto de termosifón. La
densidad del agua varía según la temperatura. En general, el agua es más
densa a mayores temperaturas de lo que es a menor temperatura. Los
sistemas de termosifón hacen uso de este principio para hacer circular agua a
través del colector, el agua fría, proveniente de la cañería, atraviesa el colector
mientras el agua caliente es extraída del tanque de almacenamiento. Para que
el termosifón sea exitoso es esencial que los caños tengan el diámetro
adecuado.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 28
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Las principales ventajas del uso de sistemas con tanques de almacenamiento
integrados son que el sistema es más rentable para quienes lo instalen y el
agua caliente se suministra a la presión de las cañerías.
Los sistemas de alimentación por gravedad también pueden ser utilizados
para almacenar agua de los colectores de placa plana. En esta configuración,
el tanque es instalado en una cavidad en el techo, y únicamente el colector es
expuesto al sol. La posición de los colectores debe ser la adecuada para
permitir que se produzca termosifón en forma natural.
Aunque estos sistemas son generalmente más baratos al momento de su
compra, la cañería de la vivienda debe ser adecuada para alimentación por
gravedad, esto es caños más anchos.
Otros sistemas que se utilizan con colectores de placa plana, aunque menos
populares, son los sistemas forzados, en los cuales un tanque a la presión de
cañería es ubicado a nivel del suelo y el colector en el techo. En estos
sistemas una bomba de agua es activada cuando brilla el sol y el agua fría
circula atravesando el colector. Los sistemas forzados son más caros que los
sistemas integrados o de gravedad, y necesitan electricidad para accionar la
bomba de circulación de agua.11
Todo el subcapítulo 2.3.1 Paneles solares y fotovoltalcos es información tomada de www.textoscientificos.com 22-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 29
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2.3.2 Turbinas eólicas o aerogeneradores I
Como se mencionó al inicio del subcapítulO 2.2 los sistemas energéticos más
utilizados para la captación y transformación de la energía cinética del viento
son los aerogeneradores o turbinas eólicas.
Un aerogenerador es un generador
eléctrico movido por una turbina
accionada por el viento (turbina eólica).
Sus precedentes directos son los
molinos de viento que se empleaban
para la molienda y obtención de harina.
En este caso, la energía eólica, en
realidad la energía cinética del aire en
movimiento, proporciona energía
mecánica a un rotor hélice que, a
través de un sistema de transmisión
mecánico , hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador
trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.
Aerogenerador, fuente wikipedia.com 12-06-09
Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la
disposición de su eje de rotación, el tipo de generador etc.
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en
parques eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en
función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el
movimiento de las palas. Para aportar energía a la red eléctrica, los
aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronización para
que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente
sincronizada con la frecuencia de la red.12
12 Información de turbinas eólicas tomada de www.wikipedia.org. 22-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 30
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Hay tres leyes físicas básicas que gobiernan la cantidad de energía
aprovechable del viento. La primera ley indica que la energía generada por la
turbina es proporcional a la velocidad del viento al cuadrado. La segunda ley
indica que la energía disponible es directamente proporcional al área barrida
de las paletas. La energía es proporcional al cuadrado de la longitud de las
paletas. La tercera ley indica que existe una eficacia teórica máxima de los
generadores eólicos del 59%. En la práctica, la mayoría de las turbinas de
viento son mucho menos eficientes que esto, y se diseñan diversos tipos para
obtener la máxima eficacia posible a diversas velocidades del viento. Los
mejores generadores eólicos tienen eficacias del 35% al 40%.
En la práctica las turbinas eólicas se diseñan para trabajar dentro de ciertas
velocidades del viento. La velocidad más baja, llamada velocidad de corte
inferior que es generalmente de 4 a 5 m/s, pues por debajo de esta velocidad
no hay suficiente energía como para superar las pérdidas del sistema. La
velocidad de corte superior es determinada por la capacidad de una máquina
en particular de soportar fuertes vientos. La velocidad nominal es la velocidad
del viento a la cual una máquina particular alcanza su máxima potencia
nominal. Por arriba de esta velocidad, se puede contar con mecanismos que
mantengan la potencia de salida en un valor constante con el aumento de la
velocidad del viento.13
13 Información de turbinas eólicas tomada de www.textoscientificos.com 22-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 3 1
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Elementos de un aerogenerador, fuente vestas.com 09-07-09
Los elementos principales de cualquier turbina del viento son:
• Rotor: las palas del rotor,
construidas mayormente en
materiales compuestos, se
diseñan para transformar la
energía cinética del viento
en un momento torsor en el
eje del equipo. Los rotores
modernos pueden llegar a
tener un diámetro de 42 a
80 metros y producir
potencias equivalentes de
varios MW. La velocidad de rotación está normalmente limitada por la
velocidad de punta de pala, cuyo límite actual se establece por criterios
acústicos.
• Caja de engranajes o multipllcadora: puede estar presente o no
dependiendo del modelo. Transforman la baja velocidad del eje del
rotor en alta velocidad de rotación en el eje del generador eléctrico.
• Generador: existen diferente tipos dependiendo del diseño del
aerogenerador. Pueden ser síncronos o asincronos, jaula de ardilla o
doblemente alimentados, con excitación o con imanes permanentes.
• La torre: ubica el generador a una mayor altura para permitir el giro de
las palas y donde los vientos son de mayor intensidad y transmite las
cargas del equipo al suelo.
• Sistema de control: responsable del funcionamiento seguro y eficiente
del equipo, controla la orientación de la góndola, la posición de las
palas y la potencia total entregada por el equipo.14
14 Información de elementos de turbinas eóhcas tomada de www.wikiepdia.org. 22-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 32
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Las estimaciones exactas de la velocidad del viento son críticas al momento
de evaluar el potencial de la energía eólica en cualquier localízación. Los
recursos eólicos son caracterizados por una escala de clases de viento según
su velocidad, que se extiende de la clase 1 (la más bajo) a la clase 7 (la más
alta). Los desniveles de la superficie a través de la cual sopla el viento antes
de llegar a una turbina determina la cantidad de turbulencia que esta turbina
experimentará. Los vientos turbulentos ejercen mayores tensiones sobre el
rotor y se elevan, reduciendo consecuentemente la expectativa de vida de la
turbina. Así, la mayoría de granjas del viento están ubicadas en localizaciones
rurales, lejos de edificios, de árboles y de otros obstáculos.
Mientras que las características técnicas del viento en una localízación
específica son muy importantes, muchos otros factores también contribuyen
en la decisión del emplazamiento. Una localízación alejada de la red de
distribución eléctrica puede llegar a ser poco rentable, pues se requerirán
nuevas líneas de transmisión para conectar la granja eólica con la red. La
infraestructura de transmisión existente puede llegar a necesitar una
ampliación para poder manejar la fuente de energía adicional. Las condiciones
del suelo y del terreno deben ser convenientes para ia construcción de las
fundaciones de las torres. Finalmente, la elección de una localízación puede
estar limitada por regulaciones sobre el uso de la tierra y la capacidad de
obtener los permisos requeridos de las autoridades locales, regionales y
nacionales.
La altura de la torre afecta la cantidad de potencia que se puede obtener del
viento con una turbina dada, así como las tensiones sobre el rotor. A una
altura de un kilómetro sobre la superficie, las velocidades del viento no son
influenciadas por el terreno que se encuentra debajo. El viento se mueve más
lentamente cuanto más baja sea la altura, con la máxima reducción de
velocidad del viento situada muy cerca de la superficie. Este fenómeno,
conocido como esquileo del viento, es un factor determinante al momento de
tomar la decisión sobre la altura de la torre, puesto que con a mayor altura los
Arq. Gustavo Martínez Vélez 33
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rotores se exponen a vientos más rápidos. Además, las diferencias en la
velocidad del viento entre la parte superior y la inferior del rotor disminuyen a
mayores alturas, causando menor desgaste en la turbina.15
En general, los aerogeneradores modernos de eje horizontal se diseñan para
trabajar con velocidades del viento que varían entre 3 y 24 m/s de promedio.
La primera es la llamada velocidad de conexión y la segunda la velocidad de
corte. Básicamente, el aerogenerador comienza produciendo energía eléctrica
cuando la velocidad del viento supera la velocidad de conexión y, a medida
que la velocidad del viento aumenta, la potencia generada es mayor,
siguiendo la llamada curva de potencia.
Asimismo, es necesario un sistema de control de las velocidades de rotación
para que, en caso de vientos excesivamente fuertes, que podrían poner en
peligro la instalación, haga girar a las palas de la hélice de tal forma que éstas
presenten la mínima oposición al viento, con lo que la hélice se detendría.
Para aerogeneradores de gran potencia, algunos tipos de sistemas pasivos,
utilizan características aerodinámicas de las palas que hacen que aun en
condiciones de vientos muy fuertes el rotor se detenga. Esto se debe a que él
mismo entra en un régimen llamado "pérdida aerodinámica".
Este tipo de generadores se ha popularizado rápidamente al ser considerados
una fuente limpia de energía renovable, ya que no requieren, para la
producción de energía, una combustión que produzca residuos contaminantes
y/o gases implicados en el efecto invernadero. Sin embargo, su localización —
frecuentemente lugares apartados de elevado valor ecológico, como las
cumbres montañosas, que por no encontrarse habitadas conservan su riqueza
paisajística y faunística— puede provocar efectos perniciosos, como el
impacto visual en la línea del horizonte, el intenso ruido generado por las
15 Información de rotores eólicos y su funcionamiento tomada de www.textoscientificos.com 23-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 34
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palas, etcétera, además de los causados por las Infraestructuras que es
necesario construir para el transporte de la energía eléctrica hasta los puntos
de consumo.
Otro problema que planteaban es la muerte de aves de paso al chocar contra
las aspas, aunque debido a la velocidad de giro actual de éstas, ha dejado de
ser un problema mayor. Esta contaminación siempre será menor que la
nuclear o la combustión sólida y con menos coste inicial para los ciudadanos.
En cuanto a las medidas de seguridad e higiene, los gastos no son tan
ingentes como los de las energías anteriormente citadas. Por otro lado, su
disponibilidad no es constante, pues no siempre existe esa energía eólica
necesaria para mover esas aspas (algunas de más de 50 metros de longitud).
Se trata de encontrar un punto de equilibrio entre la contaminación y la
seguridad de la fuente de energía.16
16
Información de rotores eólícos y su funcionamiento tomada de www.wikipedia.org. 22-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 35
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
2.4 Herramientas financieras a utilizar \
Las herramientas financieras que se utilizarán en esta investigación para
medir y comparar la eficiencia económica de la inversión que representará el
utilizar sistemas energéticos alternativos en lugar o en conjunto con los
sistemas energéticos y energías convencionales son las siguientes;
Tasa interna de retomo o tasa interna de rentabilidad (TIR) de una inversión,
'está definida como la tasa de interés con la cual el valor actual neto o valor
presente neto (VAN o VPN) es igual a cero. El VAN o VPN es calculado a
partir del flujo de caja anual, trasladando todas las cantidades futuras al
presente. Es un indicador de la rentabilidad de un proyecto, a mayor TIR,
mayor rentabilidad. \
^ vm=o Se utiliza para decidir sobre la aceptación o rechazo de un proyecto de
inversión. Para ello, la TIR se compara con una tasa mínima o tasa de corte, el
coste de oportunidad de la inversión (si la inversión no tiene riesgo, el coste de
oportunidad utilizado para comparar la TIR será la tasa de rentabilidad libre de
riesgo). Si la tasa de rendimiento del proyecto - expresada por la TIR- supera
la tasa de corte, se acepta la inversión; en caso contrario, se rechaza.
• Es la tasa de descuento que iguala la suma del valor actual o presente de
los gastos con la suma del valor actual o presente de los ingresos
previstos.
iv JV
x; ypn = E vpci 2 = 1 í = l
Arq. Gustavo Martínez Vélez 36
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
v ¡ a/or presente neto o valor actual neto procede de la expresión inglesa Net
present value. El acrónimo es NPV en inglés y VAN en español. Es un
procedimiento que permite calcular el valor presente de un determinado
número de flujos de caja futuros, originados por una inversión. La metodología
consiste en descontar al momento actual (es decir, actualizar mediante una
tasa) todos los flujos de caja futuros del proyecto. A este valor se le resta la
inversión inicial, de tal modo que el valor obtenido es el valor actual neto del
proyecto. \
La fórmula que nos permite calcular el Valor Actual Neto es:
" VFt VAN = y '*...-lo
^ 1
VF representa los flujos de caja.
lo es el valor del desembolso inicial de la inversión.
Nn es el número de períodos considerado.
El tipo de interés es k. Si el proyecto no tiene riesgo, se tomará como
referencia el tipo de la renta fija, de tal manera que con el VAN se
estimará si la inversión es mejor que invertir en algo seguro, sin riesgo
especifico. En otros casos, se utilizará el costo de oportunidad.
Cuando el VAN toma un valor igual a 0, r pasa a llamarse TIR (tasa interna de
retorno). La TIR es la rentabilidad que nos está proporcionando el proyecto.17
Información indicadores financieros tomada de www.wikipedia.org. 25-05-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 3 7
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
CAPITULO 3
PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA APLICACIÓN
DE SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS EN
CASAS-HABITACION. \
Para poder hacer una propuesta del uso de sistemas energéticos alternativos,
ya sea para producir electricidad o calor se requiere tener en consideración
diversos factores.
3.1 Conocer los tipos de energía alternativas y sistemas existentes.
Investigar y conocer los tipos de energías alternativas que se utilizan
actualmente para saber cuáles pueden resultar útiles de acuerdo a sus
características, disponibilidad y a las necesidades de la propuesta.
2.- Investigar y conocer los tipos de sistemas energéticos alternativos que
existen, sus componentes y cómo funcionan, para poder formar un criterio
aplicable a las necesidades y requerimientos de la propuesta que se pretende
realizar.
3.2 Analizar la ubicación y clima del sitio.
Para poder realizar una propuesta del uso de cualquier sistema energético
alternativo se debe hacer un análisis completo del sitio en que se pretende
utilizar.
1.- Localizar y conocer su ubicación geografía, latitud, longitud y altitud para
de esta manera saber el sitio exacto que ocupa en la esfera terrestre para
poder determinar su asoleamiento de acuerdo a sus coordenadas.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 38
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
2.- Conocer las condiciones climáticas del lugar, como son las temporadas de
lluvia, la diferencia de clima que existe entre estaciones ya que en algunos
lugares y países son muy marcadas, los días reales de sol al año, los vientos y
su velocidad promedio mensual y anual así como sus velocidades máximas ya
que para el uso de sistemas eólicos (aerogeneradores) estos datos son
fundamentales para conocer su viabilidad.
3.- Analizar si existe algún factor geográfico o climatológico que impida el
adecuado uso y desempeño de estos sistemas como pueden ser cadenas
montañosas, temporada de huracanes, ciclones y tornados.
4.- Proponer la edificación en la que se hará la propuesta para saber su
orientación, con que áreas se cuenta para la colocación del sistema, y
determinar sus gastos y consumos mensuales de energía.
3.3 Analizarlos costos de los sistemas comerciales alternativos.
4- - Una vez localizado el sitio y la edificación en la cual se va a hacer la
propuesta, se procede a determinar qué tipo de necesidad energética se tiene
para saber qué tipo de energía alternativa se desea utilizar.
2,- Analizar los costos de adquisición, instalación, mantenimiento, duración del
equipo (vida útil), potencia, tamaño y en general sus datos técnicos y así
realizar una selección más acorde a las necesidades de la propuesta.
3.- El siguiente paso es buscar y seleccionar los sistemas alternativos
comerciales, de acuerdo a su tamaño, costo y desempeño, para estar de
acorde a la edificación en la cual se propondrán.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 39
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
/ 3.4 Análisis del consumo de energía en la edificación propuesta. .'•
1.- Habiendo realizado la selección del sistema o sistemas y sus costos de
adquisición, mantenimiento y desempeño, se especifican nuevamente las
condiciones y características de la casa habitación, como es su tamaño (m2),
sus espacios, luminarias y electrodomésticos a utilizar.
2.- Teniendo establecidos las luminarias y electrodomésticos y sus respectivas
potencias de funcionamiento, se procede a hacer el análisis de las horas de
uso de cada de estos para conocer el consumo de watts por hora y por ende
el consumo diario y mensual de energía.
3.- Después de obtener la cantidad de energía que se consume en la casa
propuesta por hora, día y mes se consulta en CFE que tarifa le corresponde
de acuerdo al consumo mensual de electricidad y se determina el costo total
mensual por consumo de energía.
4.- Si se decide proponer algún sistema calentador solar se harán de igual
manera que en el análisis eléctrico una propuesta de calentador a gas y
después se calculará el consumo por hora, día y mes de gas natural o gas LP
para hacer trabajar el calentador propuesto.
5.- De igual manera que se hizo con la electricidad se calculará el costo diario
y mensual del gas consumido para calentar el agua requerida en la casa
propuesta.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 40
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3.5 Análisis del desempeño y rendimiento de los sistemas
energéticos alternativos.
1.- Tras analizar los consumos de energía de los sistemas energéticos
convencionales y conocer el costo mensual y de adquisición de estos,
procedemos a hacer el análisis del desempeño y rendimiento de los sistemas
alternativos.
2.- Se calculará la cantidad de energía que producen tomando siempre en
cuenta las condiciones climáticas ya previamente mencionadas, como el
asoleamiento para el caso de los sistemas solares y la velocidad del viento
para los sistemas eólicos.
Es muy importante no tomar como un hecho los datos de rendimiento y de
potencia de los sistemas especificados por los fabricantes, ya que estos son
dados de manera muy general sin tomar en consideración las características
propias del lugar, lo que provoca que en apariencia estos sistemas resulten
viables, sin embrago una vez hechos los cálculos y consideraciones
pertinentes de acuerdo a la ubicación del sitio no rendir al 100% y por ende la
potencia y cantidad de energía que suministran resulta inferior a lo supuesto.
3.- El siguiente paso una vez calculados los desempeños y costos de los
sistemas alternativos, es compararlos con los costos y desempeños de los
sistemas convencionales para así poder establecer sus ventajas y
desventajas, conocer si son viables de utilizar tanto técnica como
económicamente.
4.- Finalmente con base en todos los cálculos y comparaciones anteriores se
obtiene las conclusiones y se dan las recomendaciones pertinentes para
poder proponer un sistema energético eficiente y rentable.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 41
/ re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
CAPITULO 4
L J M A B I L I D A D DEL USO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS EN CASAS-HABITACIÓN^N CHILPANCINGO, GRO.
\ 4.1 Análisis climatológico del sitio.
La aplicación y uso de sistemas energéticos alternativos ya sea de carácter
solar o eólíco está en función de las condiciones geográficas y climáticas del
sitio en el que se pretende poner en práctica.
La ciudad de Chllpancingo como se mencionó en el primer capítulo está
ubicada en las coordenadas 17011' y 17037' de latitud norte y los 99024' y
100o09' de longitud oeste, respecto del meridiano de Greenwich lo que resulta
en un promedio de asoleamiento anual de 4.7 kW/hm2 ya que prácticamente
los 365 días al año y aun en época de lluvias la ciudad recibe al menos 6
horas de sol al día debido a que las precipitaciones pluviales se registran
principalmente por las tardes, después de las 4 p.m. en las noches y
madrugadas.
Los vientos dominantes en la ciudad provienen del sur con un promedio de
7.53 K/h anual, presentándose los vientos de mayor intensidad en los meses
de Abril y Mayo.
El clima que predomina en la ciudad y en general en el municipio, es cálido
soleado, con lluvias en verano, registrándose una diferencia de temperaturas
mínima entre los meses cálidos (primavera y verano) y los meses "fríos"
(otoño e invierno) ya que oscilan entre los 37° en Abril y 31.9° en diciembre
como máxima y 13.9° y 8.4 como mínima.
I
Arq. Gustavo Martínez Vélez 42
i»
CD
I §
I'
Precipitaciones 2007
Mm Enero
0 Febrero
0 Marzo
0 Abril 32.7
Mayo 28.9
Junio 54.6
Julio 65
Agosto 119.6
Septiembre 131
Octubre 52
Noviembre 0.5
Diciembre 0
Prom. Anual 80.72
2008
Mm Enero
0 Febrero
0 Marzo
0 Abril
0 Mayo 35.5
Junio 68
Julio 150.1
Agosto 83
Septiembre 134.6
Octubre 42.1
Noviembre 0
Diciembre 0
Prom. Anual 85.55
V 3
CU 3 O (O
M
§
O <—i
oo
Temperaturas °C 2007
Max Min
Prom.
Enero 33.9 10.6
22.25
Febrero 33.1 9.4
21.25
Marzo 34.7 10.7 22.7
Abril 35.5 10.7 23.1
Mayo 35.5 15.5 25.5
Junio 33.9 15.7 24.8
Julio 31.9 14.9 23.4
Agosto 32.5 15.9 24.2
Septiembre 31.4 15.4 23.4
Octubre 32.4 13.7
23.05
Noviembre 31.4 11.4 21.4
Diciembre 32.4 10.2 21.3
Prom. Anual 33.22 12.84 23.03
2008
Max Min
Prom.
Enero 32.7 9.3 21
Febrero 34.3 9.7 22
Marzo 34.2 9.2
21.7
Abril 37.3 13.9 25.6
Mayo 34.7 14.2
24.45
Junio 35.9 15.2
25.55
Julio 31.7 10.3 21
Agosto 31.3 15.2
23.25
Septiembre 30.5 11.5 21
Octubre 31.5 13.3 22.4
Noviembre 31.3 10.2
20.75
Diciembre 31.9 8.4
20.15
Prom. Anual 33.11 11.70 22.40
18
Tabla de estadísticas climatológicas de Chilpancingo tomada de www.clima.meteored.com 05-06-09
-a
I
i I 5
fc
Viento Km/h 2007
Vel. Ráfagas
Enero 4.64
0
Febrero 5.85
0
Marzo 9.01
0
Abril 8.42
0
Mayo 10.57
0
Junio 7.53
0
Julio 7.3 0
Agosto 7.05
0
Septiembre 7.1
25.19
Octubre 6.41 17.96
Noviembre 4.76
0
Diciembre 3.94
0
Prom. Anual 6.88
21.58 2008
Vel. Ráfagas
Enero 6.04
0
Febrero 7.14
0
Marzo 9.39
0
Abril 10.05
0
Mayo 9.39
0
Junio 8.06
0
Julio 8.41
35.93
Agosto 8.4 0
Septiembre 6.73
0
Octubre 5.69
0
Noviembre 6.4 0
Diciembre 4.76
0
Prom. Anual 7.54 17.97
Asoleamiento kW/hm2 17011'v1
kW/hm2 Enero
4.1 Febrero
4.5 Marzo
4.9 Abril 5.2
TZT latitud norte - !
Mayo 5.2
Junio 5.2
Julio 5.1
WIA' y 100o09' longitud oeste
Agosto 5.1
Septiembre 4.7
Octubre 4.4
Noviembre 4.1
Diciembre 3.8
Prom. Anual
4.7 19
En las tablas anteriores (18"19) se muestran las condiciones climatológicas en la ciudad de Chilpancingo, Gro. en los
últimos dos años (2007-2008) datos que serán fundamentales en los subcapítulos siguientes para conocer la viabilidad
del uso de los sistemas energéticos alternativos en dicha ciudad.
19 Tabla de estadísticas climatológicas de Chilpancingo tomada de www.clima.meteored.com 05-06-09
I
ES
i»
D
O
o o o í c o o 5
o
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Como ya se menciono previamente, el desempeño de todos los sistemas
alternativos está sujeto a las condiciones climáticas del sitio en el que se
utilizarán, de este modo, con los datos anteriores (tanto climáticos como de
costos) en el siguiente apartado se realizará la comparación tanto de los
costos como de los rendimientos y desempeños de los sistemas energéticos
alternativos y convencionales, para así hacer la propuesta más apropiada para
la ciudad de Chilpancingo, Gro.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 45
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
4.2 Costos de adquisición, instalación y mantenimiento de IOÍ
sistemas energéticos convencionales y alternativos.
Existen varias marcas y modelos de equipos solares y eólicos en el mercado
actualmente, de diferentes tamaños, capacidades de transformación de
energía, calentamiento, costos y desempeños.
En general un sistema energético alternativo solar, está compuesto por
paneles fotovoltaicos, controladores, baterías o acumuladores, convertidores,
equipo de sujeción o soportes y cableado.
Los paneles fotovoltaicos como ya se describió en el capítulo 2 apartado 2.3
son los encargados de colectar la energía solar para ser transformada en
energía eléctrica.
Los controladores son los que regulan la carga de las baterías. Es muy
importante su instalación ya que la falta de ellos ocasiona una sobrecarga de
las baterías y esto disminuye su vida útil y puede ocasionar una explosión en
las mismas.
Las baterías son las encargadas de acumular y transmitir la energía
transformada directamente a la red, en este caso de la vivienda. Actualmente
para este tipo de sistemas fotovoltaicos se utilizan baterías de ciclo profundo.
La diferencia principal de estas baterías con las convencionales, es que la
batería convencional está hecha para proveer una rápida cantidad de energía
miles de veces en su tiempo de vida, mientras que solamente es capaz de
descargarse completamente menos de 50 veces durante su vida y las baterías
de ciclo profundo están hechas para descargarse cientos de veces.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 46
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Los convertidores, convierten la corriente directa DC del banco de baterías o
de los paneles en corriente alterna AC para hacer funcionar lámparas,
aparatos electrodomésticos o cualquier equipo normalmente operado por la
energía que provee la compañía eléctrica local.
Los costos de manera individual para cada componente varían de acuerdo a
su tamaño y capacidad de energía. En el caso de los paneles fotovoltaicos su
potencia oscila entre los 40 y 205 watts y sus costos van desde $ 300.00
hasta $ 1250.00 dólares. En el caso de las baterías sus costos se encuentran
entre los $ 135.00 a $ 946.00 dólares, los convertidores oscilan entre los
$605.00 y los $ 495.00 dólares y finalmente los controladores los encontramos
en un rango de entre $ 35.00 y $ 286.00 dólares.
Para conformar un sistema energético solar se debe tomar en cuenta los
requerimientos particulares de cada situación, sin embargo de manera general
en el caso de las casas-habitación se pueden utilizar ciertos componentes
debido a su tamaño y desempeño, razón por la cual para conocer sus costos
de adquisición e instalación se analizará el siguiente sistema comercial
proporcionado por la compañía Enalmex (Energías Alternativas de México).
Sistema fotovoltaico Componente Panel fotovoltaico
Controlador
Batería
Convertidor
Soportes
Cable
Distribuidor
Modelo
KC-130TM
PS-30M
UL-16
TR-1524
Marca
Kyocera
Momingstar Interstate batteries
Morningstar
IUSA
Vida útil
25 años
15 años
15 años
12 años
25 años
50 años
Costo dlrs.
S 540.00
$ 245.00
$ 295.00
$ 1,100.00
$ 235.00
$ 380.00
Energía alternativa de México
Cantidad
4
1
2
1
1
1 Total +
IVA
Total Dlrs.
$ 2.160.00
$ 245.00
$ 590.00
$1,100.00
$ 235.00
$ 380.00
$ 5,416.50
Incluye instalación 20
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por Enalmex 08-06-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 4 7
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Como podemos darnos cuenta tras el análisis unitario del sistema, su costo
aproximado es de $ 5,416.50 dólares, con este dato, tomaremos dicho
sistema como base para las comparaciones de rendimiento y costo con
respecto a los sistemas e instalaciones eléctricas convencionales.
Para el caso de los sistemas eólicos se propone el siguiente sistema, el cual
consta prácticamente de los mismos componentes con la diferencia del rotor
en lugar de ios paneles fotovoltaicos.
Sistema eólico Componente
Aerogenerador
Controlador
Batería
Convertidor Kit de instalación
Cable
Distribuidor
Modelo
400 watts
PS-30M
UL-16
TR-1524
Marca AirX
Momingstar Interstate batteries
Momingstar
IUSA
Vida útil
25 años
15 años
15 años
12 años
25 años
50 años
Costo dírs. $ 797.50
$ 245.00
$ 295.00
$ 1,100.00
$ 114.00
$ 380.00
Energía alternativa de México
Cantidad
1 1
2
1
1
1 Total +
IVA
Total
$ 797.50
$ 245.00
$ 590.00
$1,100.00
$ 114.00
$ 380.00
$3,710.48
Incluye instalación
21
Su precio total aproximado es de $ 3,710.48 dólares, apreciablemente más
económico que el sistema solar.
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por Enalmex 08-06-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 48
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
De igual forma, para los calentadores solares de agua, ya sea para el
consumo de la casa o para la calefacción de albercas existe una gran
variedad de productos a diferentes costos, en este caso se tomará como
ejemplo de análisis el sistema comercial proporcionado por la compañía
Saecsa de dos paneles solares con las siguientes especificaciones.
Calentadores solares Modelo
Plus 200
Distribuidor
Marca
Saecsa
Costo pesos.
$ 7,950.00
OdGCSa
Descripción técnica
Tamaño
Termotanque Peso Temperatura Vida útil
Capacidad de servicio
2.6
200 350 55° 20 4
m2 Its. kgs oc
años Personas
22
(Para los sistemas antes mencionados cabe decir que su desempeño está
supeditado a las condiciones climatológicas y geográficas del lugar en el que
se aplicarán).
En general el mantenimiento de estos equipos no representa un gasto mayor
ya que los cuidados que requiere se limitan a mantener el equipo limpio, vigilar
que todo funcione de acuerdo a lo indicado en los manuales de operación, no
sobrecargar los sistemas, dicho de forma breve utilizarlo de acuerdo para lo
que está diseñado, de ser necesaria alguna reparación o sustitución del
equipo se recurrirá directamente al proveedor para su asesoría técnica.
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por Saecsa 09-06-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 49
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Finalmente tenemos que una instalación eléctrica convencional para el
servicio proporcionado por CFE (Comisión Federal de Electricidad) su costo
aproximado es de $ 249.83 pesos por metro cuadrado.
Al igual que con los sistemas alternativos su mantenimiento es mínimo, y
requiere de revisión periódica de los componentes y uso adecuado de acuerdo
a sus capacidades.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 50
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
4.3 Comparación del costo, desempeño y rendimiento energético
de los sistemas alternativos y convencionales.
¡4.3.1 Propuesta de casa-habitación para análisis.
Para realizar el análisis y comparaciones de los costos, rendimientos y
desempeño entre los sistemas energéticos convencionales y los
alternativos se propone una casa-habitación dúplex de interés medio de
92 m2 de superficie en 2 niveles (en total 184 m2 por dúplex) ubicada
en la Col. Cipatli de la ciudad de Chilpancingo, Gro.23
En las siguientes tablas se muestra los espacios con los que cuenta la casa,
así como las luminarias y electrodomésticos que se proponen, i
N° de luminarias Área
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal
Recámara secundaria
Baño
Escaleras
60 Watts
2
1
25 Watts
1
2
2
1
13 Watts
1
1
1
2
1
2
Total Watts
Total
120
60 25
13
13
13 26
50
50
38
26 434
24
Consular Anexos para observación de croquis de la casa-habitación propuesta
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos de la propuesta de casa-habitación
Arq. Gustavo Martínez Vélez 51
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Electrodomésticos Tipo
TV
Modulo de sonido
Horno microondas
Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores de video
Juegos de video
Tostador
Licuadora
Plancha
Cantidad
2
1
1
1 2
1
3 1
1
1
1
Watts
200
250
2000
100
200
500
200
200
1000
125
1000
Total Watts
Total Watts
400
250
2000
100
400
500
600
200
1000
125
1000
5450 25
Una vez establecidos tanto las luminarias como electrodomésticos se puede
hacer el cálculo de los watts/h que se consumen, para de esta manera
conocer el costo aproximado del consumo de energía y poder determinar el
costo de las inversiones y si hay o no algún tipo de ahorro.
25 Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos de la propuesta de casa-habitación
Arq. Gustavo Martínez Vélez 52
/re CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
i 4.3.2 Análisis del consumo de energía en watts/h
En las siguientes tablas se especifica en que horas y la cantidad de horas que se utilizan las luminarias y los aparatos electrodomésticos, para poder saber el consumo total al día de kWh. \
Luminarias Uso de luminarias 24:00 a 6:00 hrs.
Espacio
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal Recámara secundaria
Baño
Escaleras
60 Watts
2 1
25 Watts
1
2
2
13 Watts
1
1 1
2
1
2
Tote! Watts
120
60
25 13
13 13
26 50
50
13
26
Hrs. consumo
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0.1
0
Total
Total Watts
0 0
0 0
0 0 0
0
0 1.3
0 1.3
Uso de luminarias 6:00 a 9:00 hrs. (hora pico)
Espacio
Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal Recámara secundaria
Baño
Escaleras
60 Watts
2 1
25 Watts
1
2
2
13 Watts
1
1
1 2
1 2
Total Watts
120
60
25 13 13
13
26
50
50 13 26
Hrs.de consumo
0 0.2
0.2
0
0
0
0.5
0.8
0.8
0.8
0.2
Total
Total Watts
0 12
5 0
0
0 13
40
40 10.4
5.2 125.6
Continua la tabla en la siguiente pagina
Arq. Gustavo Martínez Vélez 53
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Uso de luminarias 9:00 a 19:00 hrs.
Espacio Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio Entrada
Pasillos
Recámara principal Recámara secundaría
Baño
Escaleras
60 Watts
2
1
25 Watts
1
2
2
13 Watts
1 1
1
2
1
2
Total Watts
120
60
25 13
13 13 26 50
50 13
26
Hrs.de consumo
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.3
0
Total
Total Watts
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3.9
0 3.9
Uso de luminarias 19:00 a 24:00 hrs. (hora pico)
Espacio Sala
Comedor
Cocina
1/2 Baño
Patio servicio
Entrada
Pasillos
Recámara principal Recámara secundaria
Baño
Escaleras
60 Watts
2 1
25 Watts
1
2
2
13 Watts
1
1
1 2
1 2
Total Watts
120
60
25 13
13 13
26 50
50 13 26
Hrs.de consumo
2 0.8
0.8
0.1
0.1 1.5
1 1.5
1.5 0.8 1.8
Total
Total Watts
240 48 20
1.3
1.3 19.5
26 75
75 10.4
46.8 563.3
Total diario Total hrs. Pico
Total hrs. N
694.10
688.90 5.20
26
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos de la propuesta de casa-habitación
Arq. Gustavo Martínez Vélez 54
/re cMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Electrodomésticos Uso de electrodomésticos 24:00 a 6:00 hrs.
Tipo
TV
Modulo de sonido
Horno microondas
Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores de video
Juegos de video Tostador
Licuadora
Plancha
Cantidad
2
2
Watts
150
250
1520
100
200
500
200
200
1000
125
1000
Total Watts
300
250
1520
100
400
500
200
200
1000
125
1000
Hrs. de consumo
0.3
0
0
6
0.5
0
0
0
0
0
0
Total Watts
Total Watts
90
0
0
600
200
0
0
0
0
0
0 890
Uso de electrodomésticos 6:00 a 9:00 hrs. (hora pico)
Tipo
TV
Modulo de sonido
Horno microondas
Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores de video
Juegos de video
Tostador
Licuadora
Plancha
Cantidad
2
2
Watts
150
250
1520
100
200
500
200
200
1000
125
1000
Total Watts
300
250
1520
100
400
500
200
200
1000
125
1000
Hrs. de consumo
1.5
0
0.08
3
0
0
0
0
0.1
0.1
0
Total Watts
Total Watts
450
0
121.6
300
0
0
0
0
100
12.5
0 984.1
Continua la tabla en la siguiente pagina
Arq. Gustavo Martínez Vélez 55
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Uso de electrodomésticos 9:00 a 19:00 hrs.
Tipo
TV
Modulo de sonido
Horno microondas
Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores de video
Juegos de video
Tostador
Licuadora
Plancha
Cantidad
2
2
Watts
150
250
1520
100
200
500
200
200
1000
125
1000
Total Watts
300
250
1520
100
400
500
200
200
1000
125
1000
Hrs. de consumo
2
0.29
0.1
10 1
0.35
0.57
1
0
0.2
0.29
Total Watts
Total Watts
600
72.5
152
1000 400
175
114
200
0
25
290
3028.5
Uso de electrodomésticos 19:00 a 24:00 hrs. (hora pico)
Tipo
TV
Modulo de sonido
Horno microondas Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores de video
Juegos de video Tostador
Licuadora
Plancha
Cantidad
2
2
Watts
150
250
1520
100
200
500
200
200
1000
125
1000
Total Watts
300
250
1520
100
400
500
200
200
1000
125
1000
Hrs. de consumo 2
0
0.08
5
2
0
0
0
0
0.07
0
Total Watts
Total Watts
600
0
121.6
500
800
0
0
0
0
8.75
0
2030.35
Total diario Total hrs. Pico Total hrs. N
6932.95 3014.45 3918.50
27
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos de la propuesta de casa-habitación
Arq. Gustavo Martínez Vélez 56
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
| 4.3.3 Asignación de tarifa y cáiculo del costo de consumo.y
Una vez que se conoce el total de watts que se consumen en un día podemos
obtener el consumo con diferentes relaciones, Watt/día, Watt/hora,
Watt/habitante y Watt/m2, así al final podemos saber la cantidad de kWh/día
para asignarle una tarifa de acuerdo a lo establecido por CFE.
Consumo diario de energía "horas pico"
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
Watts/día
688.90
3014.45
3703.35
Watts/hora
28.70
125.60
154.31
Watts/habitante
172.23
753.61
925.84
Watts/m2
7.49
32.77
40.25
Consumo diario de energía "horas n"
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos Total
Watts/dia
5.2
3918.5
3923.70
Watts/hora
0.22
163.27
163.49
Watts/habitante
1.30
979.63
980.93
Watts/m2
0.06
42.59
42.65
Consumo diario total de energía
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
Watts/dia
694.10
6932.95
7627.05
Watts/hora
28.92
288.87
317.79
Watts/habitante
173.53
1733.24
1906.76
Watts/m2
7.54
75.36
82.90
Tarifa CFE 1
menor de 250 kWh/dia/mes
kWh/dia
7.63
kWh/dia/mes
228.81
Precio básico
0.671
Total
$ 153.53
Costo Watt "hora pico"
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos Total
kWatt/hr
0.03
0.13
0.15
Costo kWatt/hr.
$ 0.67
$ 0.67
$ 0.67
Total kW/h $ 0.02
$ 0.08
$ 0.10
Total/dia
$ 0.46
$ 2.02
$ 2.48
Total/mes
$ 13.87
$ 60.68
$ 74.55
Continua la tabla en la siguiente pagina
Arq. Gustavo Martínez Vélez
¡TC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Costo Watt "hora n"
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos Total
kWatt/hr
0.0002
0.16 0.16
Costo kWatt/hr.
$ 0.67
$ 0.67 $ 0.67
Total kW/h
$ 0.000
$ 0.110 $ 0.11
Total/dia
$ 0.00
$ 2.63 $ 2.63
Total/mes
$ 0.10
$ 78.88
$ 78.98
Costo kWatt/h total
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos Total
kWatt/hr.
0.03
0.29
0.32
Costo kWatt/hr.
$ 0.67
$ 0.67
$ 0.67
Total kW/h
$ 0.02
$ 0.19
$ 0.21
Total/día
$ 0.47
$ 4.65
$ 5.12
IVA 15%
DAP13%
Total
Subtotal/mes
$ 13.97
$ 139.56
$ 153.53
$ 23.03
$ 19.96
$ 196.52 28
Podemos ver que el consumo aproximado ai mes de electricidad es de 231.73
kW/h/mes con un costo de $ 199.03 de acuerdo a la tarifa 01 de CFE y el
costo de la instalación eléctrica normal para obtener energía de la red a cargo
de la CFE para este caso en particular es de $ 249.83 pesos m2, en total $
22,984.56 pesos.
Costos de instalación eléctrica convencional Costo m2
$ 249.83 m2
92.00 Total
$ 22,984.56
28 Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos de la propuesta de casa-habitación,
y de tarifas básicas de CFE 13-06-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 58
/re CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
4.3.4 Análisis del rendimiento del sistema fotovoltaico
Una vez realizado el análisis completo del costo de la instalación convencional
y el costo total del consumo de energía al mes, se hará el cálculo con los
sistemas alternativos para conocer su rendimiento.
En la siguiente tabla se calcula el desempeño del sistema fotovoltaico
propuesto para hacer la comparación con los costos anteriores.
Consumo diario de energía
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
Total
Watts/día
694.10
6932.95
7627.05
Watts/hora
28.92
288.87
317.79
Potencia kW/h/dia
0.69
6.93
7.63
Rendimiento del equipo 0.2 (El rendimiento del equipo está sujeto a las condiciones climáticas y de asoleamiento del sitio, el factor que se utiliza de .20 está dado para condiciones generales similares a las de la ciudad.)
Porcentaje de cobertura (asoleamiento)
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Año
Insolación (plano
horizontal) kWh/m2
4.10
4.50
4.90
5.20
5.20
5.20
5.10
5.10
4.70
4.40
4.10
3.80 4.70
Su
3.65
39%
43%
47%
50%
50%
50%
49%
49%
45%
42%
39%
36%
45%
4
43%
47%
51%
55%
55%
55%
53%
53%
49%
46%
43%
40%
49%
5
54%
59%
64%
68%
68%
68%
67%
67%
62%
58%
54%
50%
62%
•erficie paneles en m2
6
65%
71%
77%
82%
82%
82%
80%
80%
74%
69%
65%
60%
74%
7
75%
83%
90%
95%
95%
95%
94%
94%
86%
81%
75%
70%
86%
8
86%
94%
103%
109%
109%
109%
107%
107%
99%
92%
86%
80%
99%
9
97%
106%
116%
123%
123%
123%
120%
120%
111%
104%
97%
90%
111%
10
108%
118%
128%
136%
136%
136%
134%
134%
123%
115%
108%
100%
123% 29
29 Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martinez Vélez
Arq. Gustavo Martínez Vélez 59
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Como resultado obtenemos que al utilizar 4 paneles (3.64 m2) obtenemos un
rendimiento del 45% en función del consumo requerido de kW/h al día, es
decir obtenemos 3.43 kW/h de 7.63 consumidos. Por lo tanto por cada
$5,416.50 dólares ($ 74,747.70 m.n.) de inversión tenemos un ahorro del 45%
mensual, es decir $ 88.43 m.n.
Costos de instalación y consumo 100%
$ 22,984.56
55%
$ 19,345.89
Ahorro
$ 3,638.67
Costos mensuales
$ 196.52 $ 108.09 $ 88.43
Costos anuales
$ 2,358.26 $ 1,297.04 $ 1,061.22
Costos 25 años
$ 58,956.49 $ 32,426.07 $ 26,530.42
Ahorro total 25 años
Instalación
$ 3.638.67
Consumo
$ 26,530.42
Total
$ 30,169.09
Costo adicional por sistema fotovoltalco
Costo total
$ 73,664.40
Ahorro 25 años
$ 30,169.09
Gasto adicional
$ 43,495.31 30
De este modo podemos concluir que el tiempo de recuperación de la inversión
adicional sería de 43.5 años, es decir 18.5 años más a partir de los 25 años de
la terminación de la vida útil del equipo, razón por la cual este sistema no
resulta viable en el sentido de buscar un ahorro económico, pero si en el
sentido de no depender en un 100% de la energía proporcionada por CFE.
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez
Arq. Gustavo Martínez Vélez 60
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
4.3.5 Propuesta de circuitos a utilizar para el sistema híbrido
Al utilizar este sistema alternativo como ya se mencionó, cubriríamos el 45 %
de la energía requerida y tendríamos que complementar el otro 55 % con
energía de la red local CFE, es decir un sistema de energético híbrido, con lo
cual se tendrían que dividir los circuitos de la casa para poder obtener el 100%
de kWh/día y hacerlos funcionar de manera adecuada.
La distribución de circuitos que se propone es la siguiente en función de ios
electrodomésticos y luminarias a utilizar en cada área de la casa.
Potencia total requerida kWh/d
7.63
55 % Red CFE kWh/d
4.20
45 % sistema fotovoltaico kWh/d
3.43
Potencia consumida kWh/día
Tipo
Luminarias
Electrodomésticos
watts/dia
694.10
6932.95
kWh/día
0.69
6.93
Luminarias
Tipo
Luminarias
watts/día
694.10
kWh/día
0.69
Electrodomésticos
Tipo
TV
Modulo de sonido
Horno microondas
Refrigerador
Computadora
Lavadora
Reproductores de video
Juegos de video
Tostador
Licuadora
Plancha
watts/día
1740
72.5
395.2
2400
1400
175
114
200
100
46.25
290
kWh/día
1.74
0.07
0.40
2.40
1.40
0.18
0.11
0.20
0.10
0.05
0.29
Continua la tabla en la siguiente pagina
Arq. Gustavo Martínez Vélez 61
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
División de circuitos
CFE
C-1
TV
Horno de microondas
Refrigerador
Tostador
Juego de video
kWh/día
1.74
0.40
2.4
0.1
0.05
Fotovoltaicos
C-2
Modulo de sonido
Computadora
Lavadora
Rep. Video
Juegos video
Plancha
kWh/día
0.07
1.40
0.18
0.11
0.20
0.29
C-3
Luminarias
kWh/día
0.69
Subtotal
Total kWh/día
4.69
4.69
Subtotal
Total kWh/día
2.25 Subtotal 0.69
2.95 31
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martinez Vélez
Arq. Gustavo Martínez Vélez 62
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
\ 4.3.6 Segunda propuesta del uso del sistema fotovoltaico. i
\Una vez que hemos realizado el análisis completo de los costos y
/rendimientos de los equipos, y de los dos tipos de energía, podemos proponer
/ un sistema de 9 paneles (8.19 m2) que nos daría el 100% de rendimiento del
i sistema alternativo dándonos como resultado un costo de $ 9,200.00 dólares
($126,960.00 m.n.) ya que de esta manera lo que se buscaría no es la
viabilidad o ahorro económico sino la independencia energética de la
Compañía Federal de Electricidad CFE y contar con un sistema
completamente autónomo que no estaría sujeto a ninguna condición externa.
Sistema fotovoli Componente Panel fotovoltaico Controlador
Batería Convertidor Soportes Cable
Distribuidor
Modelo KC-130
TM PS-30M
UL-16 TR-1524
Marca
Kyocera Morningstar
Interstate batteries
Morningstar
IUSA
Vida útil
25 años 15 años
15 años 12 años 25 años 50 años
talco Costo dlrs.
$ 540.00 $ 245.00
$ 295.00 $1,100.00 $ 235.00 $ 380.00
Energía alternativa de México
Cantidad
g i
4 i i i
Total + IVA
Total
$ 4,860.00 $ 245.00
$1,180.00 $1,100.00 $ 235.00 $ 380.00
$ 9,200.00 Incluye instalación
32
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por Enalmex 08-06-09
\
Arq. Gustavo Martínez Vélez 63
/re CMic MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
4.3.7 Análisis del sistema eólico (aerogeneradores)
Finalmente en lo que a sistemas energéticos alternativos de producción de
electricidad se refiere, tenemos la propuesta del sistema eólico que se analizó
previamente en el apartado 3.1 con las siguientes especificaciones técnicas
del rotor.
Aerogenerador Modelo
400 watts Distribuidor
Marca
AirX
Costo dlrs. S 790.00
Energía alternativa de México Descripción técnica
Potencia Diámetro Voltaje Velocidad viento de arranque Velocidad viento de arranque Velocidad viento 400 watts Peso
400 1.15 24
3.58 12.6 12.5 5.85
Watts/hr m
Volts m/s km/h m/s kg
33
De acuerdo a las especificaciones y dado que este aerogenerador es uno de
los más pequeños en el mercado y a que los sistemas de tamaño similar
tienen fichas técnicas muy parecidas, observamos que se requiere una
velocidad del viento mínima para que el rotor arranque de 3.58 m/s es decir
12.60 km/h, y el promedio mensual más alto en la velocidad del viento en la
ciudad de Chilpancingo, Gro. es de apenas 10.05 km/h en el mes de Abril del
año 2008, razón por la cual el uso de este sistema queda descartado en su
totalidad debido a que las condiciones climáticas no serían suficientes para
hacerlo funcionar.
33 Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por Enalmex 08-06-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 64
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
4.3.8 Análisis del consumo y costo del gas para abastecer de agua
caliente.
Para la casa habitación previamente señalada se hacen las siguientes
consideraciones de gasto de litros de agua caliente y horas de mayor
consumo por persona y por día para tres o cuatro habitantes como máximo.
Consumo de agua caliente por día
Horas
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Consumo por día (L)
Ducha 50 L/uso
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0
0
200
Lavabo lOUuso
0
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
20
Cocina tOL/uso
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
20
Total L
50
80
0
0
0
0
0
0
0
0
10
0
0
0
10
0
100
0
0
240 34
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos obtenidos del análisis de la propuesta de casa-habitación
Arq. Gustavo Martínez Vélez 65
/re CM/c MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Se propone el siguiente calentador de gas para hacer los cálculos pertinentes
de consumo y costo de kilogramo de gas por litro de agua caliente.
Calentador Cal-O-Rex mod. G1C Potencia
KW
3
Potencia kj/h
10800
Capacidad Its.
38
Temperatura máxima ° C
55
Minutos de calentamiento
20
I
Consumo Kj/L
94.74
Costo adquisición
$ 1,498.87
Consumo diario de gas utilizando el mod. G-10 Potencia gas LP kj/Kg
39900
Costo gas kg
$ 9.50
Costo por kj
$ 0.00024
Costo L agua
caliente
$ 0.02
Lts. Agua caliente
requerida al día
240
Costo diario
5.41
Costo mensual
$ 162.41
Costo anual
$1,948.87 35
De este modo podemos apreciar que el costo del consumo de gas mensual es
de $ 162.41 pesos, es decir de $ 1,948.87 pesos.
Una vez obtenidos estos resultados podemos hacer la comparación con el
sistema solar para conocer si existe algún ahorro e acuerdo a sus costos y
rendimientos.
35 Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez, datos proporcionados por la compañía. Cal-O-Rex
17-06-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 66
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
I 4.3.9 Análisis y propuesta de sistema térmico solar.
xTomanclo el sistema solar mencionado en el apartado 13.1 de este capítulo
para calentar agua se realizarán los cálculos para conocer si es viable utilizar
estos sistemas en la casa antes propuesta en la ciudad de Chilpancingo, Gro.
de acuerdo a sus condiciones climáticas, de asoleamiento y de consumo de
agua caliente por persona.
Asoleamiento
Mes
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio
Agosto Septiembre
Octubre Noviembre Diciembre
Año
Insolación (plano horizontal) kWh/m2
4.10 4.50 4.90 5.20 5.20 5.20 5.10 5.10 4.70 4.40 4.10 3.80 4.70
Pol
Volumen de agua L
250
Radiación requerida 100% agua caliente
% agua caliente
encía requerida kW
Temperatura "C
55
h para calentar el agua
Rendimiento sistema
0.75
Potencia kWh
17.95
Superficie paneles m2
2.6
9.21
28%
5.2
4.60
111%
8
2.99
267% 36
36 Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez
Arq. Gustavo Martínez Vélez 67
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Con ios rendimientos que produce el asoieamiento podemos observar que los
m2 de panel que se proponen en el sistema solar proporcionado por la
compañía Saecsa no son suficientes para calentar el 100 % del agua que se
consume al día y se requerirían 2 paneles más para obtener el total de agua
caliente, es decir 5.2 m2, aumento que repercutiría en el costo del sistema.
Costo del sistema solar para calentar 100% agua
Costo con 2 paneles
$ 7,950.00
Costo adicional 2 paneles
$ 5,134.00
Total
$ 13,084.00 37
De esta manera, tenemos que para abastecer de agua caliente la casa al
100% y poder prescindir de los calentadores a gas requeriríamos realizar una
inversión de $ 13,084.00 pesos y así, como previamente se observó en el
análisis del consumo de gas, ahorraríamos $ 162.41 pesos mensuales, que se
traduce en $ 1,948.87 pesos al año.
Así con este costo anual del consumo de gas podemos establecer que su
VPN en los 20 años de vida útil del sistema es de $ 20, 646.38 pesos con una
tasa del 7 %, de tal manera que el ahorro neto que produciría sería de $
7,562.38 pesos.
O bien obtener una TIR del 14%
Con estos resultados podemos observar que en este caso el uso de sistemas
térmicos solares resulta viable en función de costos y rendimientos a
diferencia de los sistemas de producción eléctrica.
Tabla elaborada por el Arq. Gustavo Martínez Vélez con datos proporcionados por Saecsa 09-06-09
Arq. Gustavo Martínez Vélez 68
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los sistemas energéticos alternativos son efectivamente una opción de
obtener energía de fuentes y recursos naturales como el sol, el viento, el mar,
entre otros. Pero el uso de estos sistemas queda condicionado a las
características que tengan dichas fuentes y recursos en el sitio en donde
quieran aplicarse, por ejemplo el asoleamiento mensual, la velocidad del
viento o el clima en general, factores que por ende influyen en el rendimiento
y desempeño técnico de los equipos pudiendo afectar su viabilidad financiera.
En el caso de la propuesta que se hace en la ciudad de Chilpancingo, Gro.
concluimos que resulta costoso el emplear estos sistemas, a pesar de contar
con un buen clima y asoleamiento.
Particularmente resulta costoso el uso de sistemas constituidos por paneles
fotovoltaicos para la producción de energía eléctrica, debido principalmente a
que la potencia especificada por el vendedor o fabricante es supuesta con un
100% de efectividad del rendimiento del sistema, cosa que prácticamente
nunca sucede debido a las ya antes mencionadas condiciones particulares del
sitio.
De igual forma también observamos que para los mecanismos activados por
aire la velocidad promedio del viento que se tiene en esta ciudad no es
suficiente para hacerlo arrancar o en su defecto funcionar adecuadamente.
Por otro lado se concluyó que no siempre resulta conveniente, con un análisis
de valor presente neto o de tasa interna de retorno la adquisición de equipos
de energía alternativa, pues en los casos de los sistemas anteriores el simple
análisis de VPN nos resulta negativo en la vida útil del proyecto, lo que nos
conduce a la inviabilidad financiera, arrojándonos un período de recuperación
superior a los 50 años.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 69
¡TC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Sin embargo se obtuvieron buenos resultados con el planteamiento del uso de
sistemas solares calentadores de agua, ya que los equipos no son tan
costosos y nos reditúan una ganancia dentro de los 20 años de vida útil del
sistema con una TIR del 14% anual.
Con la presente investigación pudimos también desmentir aunque no en un
100% la hipótesis H0 en donde se plantea que el uso de los sistemas
energéticos alternativos resulta en un ahorro económico basado en el hecho
de que el sol y el viento son gratuitos y perpetuos, razón por la cual la
hipótesis HI quedó comprobada aunque de igual forma no en un 100% debido
a que los calentadores solares si son viables económicamente.
En lo referente a los objetivos planteados cabe mencionar que quedaron todos
cubiertos al realizar la investigación, ya que se pudo analizar el contexto
climatológico particular de la ciudad, se analizaron los tipos de energías tanto
convencionales como alternativas así como los diferentes sistemas
energéticos, se hicieron comparaciones entre el desempeño, costo y
conveniencia de ambos tipos de sistemas y se pudo llegar a una propuesta
alternativa híbrida como se plantea en uno de los objetivos específicos,
aunque dicha propuesta no resultó viable económicamente.
Finalmente dentro de todas las conclusiones y observaciones a las que se
llegó y a pesar de que en el presente parece que solo los calentadores solares
resultan viables para su uso en casas-habitación en la ciudad, vale la pena
mencionar que debido a la forma en la que se incrementan los costos de las
energías que prácticamente resulta exponencial, en un futuro a mediano plazo
todos estos tipos de sistemas resulten redituables económicamente. Por otro
lado no olvidemos que en la actualidad la energía eléctrica tiene un subsidio
por parte del gobierno, lo que al realizar el análisis de costos nos resulta en un
precio no real de la electricidad, un costo menor, razón por la cual en la
comparación que se hace la diferencia de precios y costos de consumo resulta
aun más marcada.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 70
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
La recomendación que se haría tras realizar esta investigación y haber
obtenido los resultados y conclusiones ya mencionadas para la aplicación de
sistemas energéticos alternativos en general, es que se hagan todos los
análisis pertinentes del sitio en donde se va a hacer la propuesta, así como de
los equipos y sistemas que puedan resultar convenientes para la misma. Un
punto muy importante que no debe pasarse por alto es el de no tomar como
un hecho los rendimientos de potencia y producción energética de los
sistemas que especifica el fabricante o proveedor, ya que estos manejan sus
productos suponiendo condiciones óptimas de funcionamiento y ubicación a
nivel general sin tomar en cuenta las características de cada situación.
En el caso en particular de la ciudad de Chilpancingo, Gro. la recomendación
que se hace si se desea tener un ahorro en el consumo de energéticos es que
se utilicen calentadores solares de agua. Por otra parte si se desea no
depender enteramente de CFE y contribuir aun de forma mínima al medio
ambiente se podría sugerir el uso de sistemas fotovoltaicos y se aconseja
dejar de lado los aerogeneradores ya que son los menos viables en esta
ciudad.
Arq. Gustavo Martínez Vélez 71
ITC CMIC MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
BIBLIOGRAFÍA
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Google Earth (Fecha de consulta 25-05-09)
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Hernández Vélez Aimé, Apuntes Master integración de energías renovables
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Arq. Gustavo Martínez Vélez 72
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IMÁGENES
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WWW.bibliotecaetsit.com ( Fecha de consulta 23-06-09)
WWW.bitácora medica.com ( Fecha de consulta 27-06-09)
www.leerxleer.files.wordpress.com (Fecha de consulta 27-06-09)
WWW.fayerwayer.com (Fecha de consulta 02-07-09)
WWW.dforceblog.com (Fecha de consulta 02-07-09)
WWW.livefile Store.COm (Fecha de consulta 05-07-09)
WWW.vestas.com (Fecha de consulta 09-07-09)
Arq. Gustavo Martínez Vélez 73
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ANEXOS
Croquis de la Casa-habitación propuesta para realizar análisis de
consumo y costos de energía.
En el siguiente anexo se muestran los croquis de la casa-habitación dúplex
que se utilizó para el cálculo de los consumos energéticos mensuales tanto de
gas como de electricidad.
Dicha casa-habitación de interés medio consta de 92 m2 de superficie en 2
niveles (en total 184 m2 por dúplex) ubicada en la Col. Cipatli de la ciudad de
Chilpancingo, Gro.
En la planta baja de se observa la sala o estancia, comedor, cocina, 1/2 baño,
escaleras y patio de servicio que en su conjunto suman un total de 50 m2.
En la planta alta se encuentran, dos habitaciones, un pasillo distribuidor, 1
baño y escaleras que conducen a la azotea, espacios que en total son 42 m2.
Al final se muestran fotografías del conjunto habitacional del cual forma parte
esta casa-habitación, que se está realizando en la colonia Cipatli en la ciudad
de Chilpancingo, Gro.
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Croquis de Casa-habitación Duplex. 38
^055° ' • T T T
Planta baja
38 Croquis elaborados por el Arq. Gustavo Martínez Vélez de casa-habitación del Conjunto habitacional en
Ahuitzotl # 17 de la Col. Cipatli Chilpancingo, Gro.
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Planta alta
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Planta de azotea
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1.97
4-9,75
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2,91 -^- 1,97
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Fachada principal
Arq. Gustavo Martínez Vélez
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Conjunto habitacional ubicado en la calle Ahuitzotl # 17 de la colonia Cipatli en la ciudad de Chilpancingo, Gro
39 Collage fotográfico elaborado por el Arq. Gustavo Martínez Vélez del Conjunto habitacional en Ahuitzotl #
17 de la Col. Cipatli Chilpancingo, Gro
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