INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN ANÁLISISYPROPUESTA DESISTEMAS ENERGÉTICOSALTERNATIVOS ENCASASHABITACIÓN ENLACD.DECHILPANCINGO, GRO.

TESIS que para obtener elGrado de Maestro enAdministración de la Construcción presenta:

ARQ. GUSTAVO MARTÍNEZ VÉLEZ Estudios con reconocimiento devalidez oficialpor laSecretaría de Educación Pública conformealacuerdo No.2004453defecha 15dediciembre de 2000

Chilpancingo, Gro.Julio 2009

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AGRADECIMIENTOS

A Dios todopoderoso por darme la oportunidad de despertar cada mañana paratratarde ser mejor persona ydarle unbuensentido amiexistencia.

A mis padres, Guadalupe y Roberto por todo su amor, apoyo y paciencia ya que sinellos hoy noestaría aquíterminando satisfactoriamente una etapa más devida.

A mi hermana Claudia Elisa por siempre darme ánimos, por sus consejos y hacermever 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 lavida misma.

A mi asesor el Ing. Jaime Francisco Gómez Vega, por su buena orientación y disposición paraguiarme eneldesarrollo deesta Investigación.

Arq. Gustavo MartínezVélez

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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 aperseverar yesforzarme para conseguir mismetas.

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 paraser 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.GustavoMartínez Vélez

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ÍNDICE

RESUMEN

1

INTRODUCCIÓN.

2

Objetivos

3

Justificación

4

Hipótesis

5

Descripcióndelatesis

6

CAPITULO1 MARCO REFERENCIAL. 1.1Localizaciónysituaciónactualdelmunicipio

8 8

deChilpancingo,Gro. 1.2 Perfilsociodemográfico.

10

1.3 Infraestructurasocialydecomunicaciones.

11

1.4 Principalesenergíasutilizadasenlaciudad

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deChilpancingo,Gro.

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CAPITULO2 MARCO TEÓRICO.

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2.1Energíasalternativas.

14

2.2Tiposdeenergíasalternativas. 2.3Tiposdesistemasenergéticosalternativosysususos.

17 22

2.3.1Panelessolaresyfotovoltaicos.

22

2.3.2Turbinaseólicasoaerogeneradores.

30

2.4 Herramientasfinancierasautilizar.

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CAPITULO3 PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LAAPLICACIÓN

38

DESISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS ENCASAS-HABITACIÓN. 3.1Conocerlostiposdeenergíasalternativasysistemasexistentes.

38

3.2Analizar laubicaciónyclimadelsitio.

38

3.3Analizarloscostosdelossistemascomercialesalternativos.

39

3.4Análisisdelconsumodeenergíaenlaedificaciónpropuesta.

40

3.5Análisisdeldesempeñoyrendimientodelossistemas

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energéticos alternativos.

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CAPITULO4 VIABILIAD DEL USO DESISTEMAS ENERGÉTICOS

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ENCASAS-HABITACIÓN ENCHILPANCINGO, GRO. 4.1Análisisclimatológicodelsitio. 4.2Costosdeadquisición,instalaciónymantenimientodelos

42 46

sistemas energéticosconvencionalesyalternativos. 4.3Comparacióndelcosto,desempeñoyrendimientoenergético

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delossistemasalternativosyconvencionales. 4.3.1Propuestadecasa-habitaciónparaanálisis. 4.3.2Análisisdelconsumodeenergíaenwatts/hr. 4.3.3Asignacióndetarifaycálculodelcostodeconsumo. 4.3.4Análisisdelrendimientodelsistemafotovoltaico. 4.3.5Propuestadecircuitosautilizarparaelsistemahíbrido. 4.3.6Segundapropuestadelusodelsistemafotovoltaico.

51 53 57 59 61 63

4.3.7Análisisdelsistemaeólico(aerogeneradores). 4.3.8Análisisdelconsumoycostodelgasparaabastecer

64 65

deaguacaliente. 4.3.9Análisisypropuestadelsistematérmicosolar.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

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BIBLIOGRAFÍA.

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ANEXOS.

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RESUMEN

En la presente investigación se hará la propuesta del uso deUsistemas energéticos alternativ^en la ciudad de Chilpancingo, Gro. para casashabitación. 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 ygas LP. Se analizarán también las características climatológicas y geográficas de la ciudad para conocer si éstas hacen posible el empleo y buen funcionamiento dedichos 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 ciudadde Chilpancingo, Gro.

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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 conel pasode losaños.

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, sinotambién, 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 lasdemandas energéticas en los hogares.

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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 sonviables y rentables encasas-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 acorto mediano y largoplazo.

Proponer un sistema energético "híbrido" combinando las energíí alternativas con lasconvencionales y comerciales.

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JUSTIFICACIÓN

El uso de energías alternativas en nuestro país es una práctica poco apreciada yvalorada,debido al poco conocimiento que setiene deéstas,sin embargo, las energías renovables son una opción que en la actualidad debe tenerseencuenta,yaquenoesmuylejano eldíaenquelostiposdeenergía convencionalseencarezcanaúnmásoseterminen.Porestasrazones,hacer un análisis o investigación sobre qué tipo de energías alternativas pueden emplearse en lascasas-habitación, las ventajas ydesventajas queproducen, ya sea de tipo ambiental,funcional, de eficiencia y de costo, resulta de muy altointerésybeneficioyaquedeobtenerresultadospositivos puedenponerse enpráctica yayudar adarsolución aunproblema quecada díasehacemás severoyrecurrente.

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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 casashabitación 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.

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DESCRIPCIÓN DELATESIS A continuación se dará una descripción breve del contenido de los capítulos delainvestigación. Capítulo 1.Se describe la localización geográfica yel clima de la ciudadde Chilpancingo, Gro. asícomo superfilysituación socio-demográfica. Sehabla también de los tipos de energías más utilizados en las casas-habitación de estaciudad. Capítulo2.Enestecapítulo sehabladelasenergías alternativas, cuálesson y cómo funcionan, así como los distintos tipos de sistemas energéticos que resultandeéstas,suscomponentesysusaplicaciones. 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. Eneste capítulo se hace el análisis climatológico completo dela 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 seplanteaconelusodeambostiposdeenergía(convencionalyalternativa)y se hace la propuesta que resulta más viable tanto técnica como económicamente.

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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.

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CAPITULO1 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

Greenwich.

de CiudaddeChiipancingo, Gro. Fuente, Googleearth25-05-09

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; aloeste, con Coyuca de Benítez y Leonardo Bravo. Tiene unaextensión territorial de 2,338.4 kilómetros cuadrados. Se clasifica entres tipos:zona accidentada, representa un65 porciento 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.

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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 de2,695; 2,545; 2,085; 1,845; 1,740y 1,647metros, respectivamente. Laszonas planas abarcan 10 por ciento,surelieve varía de250a700 metros. Las principales elevaciones montañosas que pueden cifrarse son loscerrosde Tepoztepec, Culebreado, DelToroyAlquitrán. Hidrografía El municipio cuenta con los recursos hidrológicos de los ríos Papagayo; Huacapa, Ocotito, Zoyatepec, Jaleaca yotrosdemenor importancia; tiene dos sistemas hidrológicos (presas) unaenlacabecera municipal atres kilómetros aproximadamente, llamada del Cerrito Ricoyotra enlalocalidaddeRincónde laVía. 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 de1,650milímetros. Los meses más calurosos sondemarzo amayo,y los mesesdediciembreyenero los másfríos. La dirección del viento enlas diferentes épocas del añoenprimavera desura este; enverano de sureste a norte y de norte a sur;en otoño de sureste a norte; eninviernodesuresteanoreste.1

Todoelsubcapítulo 1.1 esinformación citada textualmente dewww.e-local.gob.mx recopilada el18-05-09

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1.2Perfil

sociodemográfico.

Evolución Demográfica En 1990, lapoblación total poredad,de0a 14años fuede39.64 porciento, de 15a64añosde 55.61 porciento,de65 añosomásde 3.19 porcientoy no especificado 1.55por ciento. De acuerdo alXII Censo General dePoblación yVivienda 2000 efectuadopor el INEGI, la población total del municipio es de 192,947 habitantes, delos cuales 92,873 sonhombres y 100,074 mujeres representando el48% y52%, respectivamente. La población total del municipio representa el 6.26por ciento, con relaciónalapoblacióntotal delestado. La tasa de crecimiento intercensal 1995-2000 fue de 2.52 por ciento. La densidad depoblación esde 82.51 habitantes por kilómetro cuadrado. Deacuerdo alosresultados que presentoelIIConteo dePoblación yVivienda enel2005, elmunicipio cuenta con un totalde214,219 habitantes.2

2

Todoelsubcapitulo 1.2es información citada textualmente dewww.e-local.gob.mx recopilada el18-05-09

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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 pisosdetierra encontrándose lamayoría enestado 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 alaño 2000 con41,957 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 oasbesto yel0.50% noespecificado. Deacuerdo alos resultados que presento el IIConteo de Población yVivienda 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

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abasto, bomberos, rastro y servicio delimpieza. Lamayor parte delascalles delacabecera están pavimentadas oempedradas. Medios deComunicación 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 frecuenciade118 ondulaciones para operación y auxiliodelasunidades. 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 delmunicipio cuenta con taxis, camiones depasajeros mixtos y autobuses. VíasdeComunicación El municipio cuenta conunaamplia infraestructura devías decomunicacióny de transporte, en la infraestructura caminera destaca por su importancia la carretera federal México-Chilpancingo-Acapulco, y la estatal ChilpancingoTlapa. 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 49.7kilómetros de caminos de brechas quecomunicana27localidades.3

Todoelsubcapítulo 1.3es información citada textualmente dewww.e-local.gob.mx recopilada el18-05-09

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1.4Principales energías utilizadas enla Cd.de Chilpancingo. Actualmente en la Cd. de Chilpancingo, Gro. los tipos de energías que se utilizanprincipalmentesondos: • Energía eléctrica suministrada por la red local a cargo de laComisión FederaldeElectricidadCFE • 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 abastecerlostanquesestacionariosdomésticos. Estasenergías enocasiones notienen la capacidad ni laeficiencia necesaria para satisfacer las demandas de la población. En el caso de la energía eléctrica proporcionada porCFEpresenta muchas altasybajasensuvoltaje, lo que degenera en un mal funcionamiento y daño a los aparatos electrodomésticos quelaconvierteenenergíademalacalidad. Por otro lado el gas vendido por las diferentes compañías aumenta constantemente su costo, además de que los cilindros por lo general noson llenadosasumáximacapacidad perosinsoncobradosal 100%,loqueseve reflejado en los bolsillos de los consumidores al no rendir el contenido el tiempoestimadoporsupeso. Estas situaciones hacen que el adquirir energía en la Cd. de Chilpancingo resulte costoso, poco eficiente y no satisfactorio para el consumidor tanto económicacomofuncionalmente.

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CAPITULO2 MARCOTEÓRICO 2.1 Energías alternativas

Unaenergía alternativa,omás precisamente una fuente de energíaalternativaes aquella que puede suplir a las energías ofuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto

contaminante,

fundamentalmente

por

o su I

posibilidad de renovación. J

Energíasalternativas, fuente bibliotecaetsit.com23-06-09

El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar deunasociedad.Elconceptode"crisisenergética"aparececuando 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 lacontaminación,elaumento delosgases invernadero yla perforación delacapadeozono.

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Enlaactualidadse 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

Energías alternativas, fuente bitácora medica.com 27-06-09

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 enel crecimiento perpetuo. Esporello porlo que surgeelconcepto del/Desarrollo Sostenible. ] Dicho modelosebasa enlassiguientes premisas: El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes fósiles actualmente explotadas terminarán agotándose, según lospronósticos actuales,eneltranscurso de este sigloXXI. El usodefuentes limpias, abandonando los procesos de combustión convencionales ylafisión nuclear. La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose como alternativa elfomento delautoconsumo, queevite enla medida de loposible laconstrucción de grandes infraestructuras degeneración ydistribuciónde energía eléctrica.

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•

La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del rendimiento de losdispositivos 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 ocreencias.4 Colagerecursos naturales, fuente leerxieer.fiies.woropress.com 27-06-09

Toda elsubcapitulo 2.1 energíasalternativas es información citadatextualmente de wvvw.wiklpedia.org recopilada el 19-05-09

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2.2 Tiposdeenergías alternativas. Enlapresente investigación seledaprioridadalaenergía solaryeólica ya que con ellas seharánlosanálisis ypropuestas delossistemas energéticos enlaCd.deChilpancingo,sinembargoexistenotrasenergías renovablesque tambiénsemencionandemaneramásbreve. La energía eólica es la energía obtenida delviento,osea,laenergía cinética generada porefecto de las corrientes de aire, y que es transformada enotras 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 mitologíagriega.5

Aerogeneradormarítimo, fuente fayerwayer.com 02-07-09

Como la mayoría delasfuentes deenergía terrestres, enúltima instancia vienedelsol.Elsol irradia 174,423,000,000,000kilovatios/hora deenergía alatierra.Esdecir,enunahoralatierrarecibe 1.74x1017vatiosdeenergía. Aproximadamente entreel1yel2porcientodelaenergía que proviene del soles convertida enviento. Esa cantidad esde50a100veces más quela energíaconvertidaenbiomasaportodaslasplantasdelatierra.

Información deEnergía eólica recopiladade www.wikipedia.comel20-05-09

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Lasdiferenciasdetemperatura conducenalacirculacióndeaire.Lasregiones alrededordelecuador,delatitud0o,soncalentadasporelsolmásqueelresto del planeta. El aire caliente que es más ligero que el aire frío seeleva 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 simplementellegaríaalpolonorteyalpolosur,bajaríayvolveríaalecuador. 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. Puestoqueelaireposee masa,elaireenmovimiento enformade vientollevaconélenergíacinética.6 En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. Afinales de2007, la capacidad mundialde los generadores eólicosfue de 94.1gigavatios. Mientras laeólica genera alrededor del 1%del consumo de electricidad mundial, representa alrededor del 19%de la producción eléctrica enDinamarca, 9%en Españay Portugal, y un6%enAlemania e Irlanda (Datos del 2007). Laenergía eólica esunrecurso abundante, renovable, limpio yayudaadisminuir lasemisiones 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,elprincipalinconvenienteessuintermitencia.7

Información de Energía eólica recopilada dewww.textoscientificos.com el 21-05-09 Información deEnergía eólica recopilada dewww.wikipedia.org el 20-05-09

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Laenergía solaresaquella recolectada deformadirectaenformadecaloraalta temperatura en centrales solares de distintastipologías, oabajatemperatura 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 delaluzyelcaloremitidosporelSol.8

£/so/,fuentedforceblog.com02-07-09

Elsolesunamasademateriagaseosacalientequeirradiaaunatemperatura efectiva de unos 6000oC. De la distribución espectral de la radiación deesta fuente de energía, medida fuera de la atmósfera terrestre, aproximadamente lamitadestáenlaregiónvisibledelespectro,cercadelaotraregióninfrarroja y un pequeño porcentaje de la región ultravioleta. Elsolestá a unadistancia 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 normallaradiaciónesaproximadamente 1.94cal/min.Cm3. La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra se reduce porvarios factores variables, entre ellos, la absorción de laradiación, en intervalos de longitudde onda específicos, por los gases de laatmósfera, 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 respectodelaposiciónnormaldelaradiación.9

Informacióndeenergíasolar recopiladadewww.wikipedia.orgel20-05-09 Informacióndeenergíasolarrecopiladadewww.textoscientlficos.comel21-05-09

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La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce, como también através de la absorción de la radiación, por ejemplo endispositivos ópticos ode otrotipo. Esunade las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia oenergíaverde. 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 laconoce 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 detodas lasdirecciones. La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar ytiene unvalor medio de 1354 W/m2 (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m2y un valor mínimo enelafelio de 1308W/m2.)

Arq.GustavoMartínez Vélez

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Como ya antes se mencionó existen otro tipo de energías alternativas además de laeólica y la solar, dichas energías son lassiguientes: 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 ala hidroeléctrica).

Mareas, fuente ctforceblog.com 02-07-09

¡La undimotriz, atravésde laenergía de lasolas. 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

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Información deenergías alternativas recopilada dewww.wikipedia.org el 20-05-09

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2.3 Tiposdesistemas energéticos alternativos ysus 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

ánsformanlaenergíasolaren electricidad. En el caso de la energía eólica el sistema de captación ytransformación de energía delvientoenenergíaeléctrica másempleado sonlasturbinas eólicas o aerogeneradores. 2.3.1 Panelessolaresyfotovoltaicos Los paneles solares yfotovoltaicos 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

Laforma más común de las celdas solares se basa enel efectofotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre undispositivo semiconductor dedos capas produce una diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una corriente otravés de un circuito externode mododeproducirtrabajoútil.

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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 14de milímetro de espesor) se cortan de ungran 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 ytener unaestructura cristalina perfecta. Las planchas policiristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual elsiliciofundido esvertido en un molde yse ledeja 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 laestructura 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 através de uncircuito externo fuera del materialdebido 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.

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Efecto fotovoltaico en unacélula solar,fuente textoscientificos.com 22-05-09

La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico está determinadopor: • Eltipoyeláreadelmaterial • Laintensidaddelaluzdelsol • Lalongituddeondadelaluzdel sol Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no puedenconvertir máselde25%delaenergía solarenelectricidad,porquela radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético no tiene suficiente energía como para separar lascargas positivas ynegativas en el material. Lasceldassolaresdesiliciopolicristalinoenlaactualidadtienenunaeficiencia de menos del20% y lasceldas amorfas desilicio tienen actualmenteuna eficiencia cercadel 10%,debidoapérdidasdeenergía internasmásaltasque lasdesilicio monocristalino Una típica célula fotovoltaica desilicio monocristalino de 100 cm2 producirá cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo laluzdel solenpleno verano (el1000Wm-2). Laenergíade salida delacélula escasidirectamente proporcional alaintensidaddela luz delsol.(Porejemplo,silaintensidaddelaluzdelsolsedivide por la mitada laenergíadesalidatambiénserádisminuidaala mitad.

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Unacaracterística importantedelasceldasfotovoltaicasesqueelvoltajedela célula no depende de su tamaño, y sigue siendo bastante constante con el cambiodelaintensidaddeluz.Lacorrienteenundispositivo,sinembargo,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 amperiosporcentímetrocuadradodeláreadelacélula. La potencia entregada por una célula solar se puede aumentar con bastante eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivofotovoltaicodirectamentefrentealsol,oconcentrando laluzdelsol usandolentesoespejos.Sinembargo,haylímitesaesteproceso,debidoala complejidad de los mecanismos, yde la necesidad de refrescar a lasceldas. La corriente es relativamente estable a altastemperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del aumento de la temperaturadelacélula. Puestoque unacélulafotovoltaica tiene unvoltaje detrabajo cercano a0.5V éstas generalmente se conectan juntas en serie (positivo negativo) para proporcionar voltajes más grandes. Los paneles se fabrican en una amplia gamadelostamañosparadiversospropósitosquegeneralmentecaenenuna detrescategoríasbásicas: • Paneles de bajo voltaje/baja potencia son confeccionados conectando entre3y 12segmentos pequeñosdesilicio amorfofotovoltaico conun área total de algunos centímetros cuadrados para obtener voltajes entre 1.5 y6Vypotenciasdealgunos milivatlos.Aunque cada unode estos paneles es muy pequeño, la producción total es grande. Se utilizan principalmente enrelojes,calculadoras, cámarasfotográficasy dispositivos paradetectar laintensidad delaluz,tales como lucesque seenciendenautomáticamentealcaerlanoche. • Paneles pequeños de 1-10 vatios y 3-12 V, con áreas de 100 cm2a 1000 cm2 son hechos ya sea cortando en pedazos celdas mono o policristalinas de 100 cm2 y ensamblándolas en serie, o usando

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paneles amorfos de silicio. Los usos principales son radios, juguetes, bombeadores pequeños, cercas eléctricas ycargadores 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 10a 36 celdas del mismo tamaño en serie. Se utilizan individualmente para bombeadores pequeños y energía de casas,comunicaciones, bombeadores grandes yfuentes deenergía en áreas remotas.

Por otro lado, la energía del sol, además de ser transformada en electricidad, puede ser utilizada para calentar agua atemperaturas inferiores alos 100°Co para la calefacción de ambientes. El agua caliente para consumo domestico ocupa elsegundo puesto enelconsumo deenergía de unavivienda típica. Las tecnologías solares termales de bajas temperaturas, y en especial las tecnologías

que

no

generan

electricidad se basanenlos 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,fuentelivefilestore.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.

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Un sistema de calefacción de agua está compuesto principalmente por ios siguientes elementos: •

Unoo más colectores para capturar laenergía delsol.

•

Untanque de almacenamiento.

•

Un sistema de circulación para mover el fluido entre los colectores yel tanque de almacenamiento.

•

Unsistema decalefacción auxiliar.

•

Unsistema decontrol para regular laoperación delsistema.

Los colectores de placa plana son sofisticados invernaderos que atrapan y utilizan el calor del sol para aumentar latemperatura del agua hasta alrededor de los70oC. 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 elcalor. Existen ungran número de diferentes configuraciones de lostubos internos en loscolectores 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 enalgunos 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 yal ingreso de aguafría para sucalefacción. La placa de absorción es aislada de la pared exterior con material aislante para evitar pérdidas de calor.

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Enlosúltimos añosse handesarrollado platos compuestos desuperficiesde absorción selectiva,hechosdemateriales confuerteabsorcióndelaradiación electromagnéticaybajaemisión. Existen también loscolectores detubo de vació seencuentran entre lostipos de colectores solares máseficientes y más costosos. Estos colectores se aprovechan al máximo en aplicaciones que requierentemperaturas moderadas, entre 50 0Cy950C,y/oenclimas muy fríos. Calentadoressolarespara agua,fuente livefilestore.com 05-07-09

Los colectores detubo devacío poseen un"absorbedor" para capturar la radiación delsolqueestá sellado alvacío dentro deuntubo. Laspérdidas térmicasdeestossistemassonmuybajasinclusoenclimasfríos. Una vezque el agua es calentada por alguno de los dispositivos antes mencionados pasa a tanques de almacenamiento. Los utilizados más frecuentemente concolectores deplaca plana ensistemas nuevos son los sistemas integrados, donde lostanques de almacenamiento sonmontados junto con los colectores, generalmente sobre el techo. Los tanques son ubicados sobre loscolectores para aprovechar el efecto determosifón.La densidad delagua varía según latemperatura. Engeneral, elagua es más densa a mayores temperaturas de lo que es a menor temperatura. Los sistemasdetermosifón hacenusodeesteprincipio parahacercircular agua a travésdelcolector,el aguafría,provenientedelacañería,atraviesaelcolector mientraselaguacalienteesextraídadeltanquedealmacenamiento.Paraque el termosifón sea exitoso es esencial que los caños tengan el diámetro adecuado.

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Lasprincipales ventajasdelusodesistemas contanques de almacenamiento integrados son queelsistema esmás rentable para quienes loinstalen y el aguacalientesesuministraalapresióndelascañerías. Los sistemas de alimentación porgravedad también pueden ser utilizados paraalmacenar aguadeloscolectores deplacaplana.Enestaconfiguración, eltanqueesinstaladoenunacavidadeneltecho,yúnicamenteelcolectores expuesto al sol.La posición delos colectores debe serla adecuada para permitirqueseproduzcatermosifónenformanatural. Aunque estos sistemas songeneralmente másbaratos al momento desu compra, lacañería delavivienda debe seradecuada para alimentaciónpor gravedad,estoescañosmásanchos. Otros sistemas queseutilizan con colectores deplaca plana, aunque menos populares,sonlossistemasforzados,enloscuales untanquealapresión de cañería es ubicado a nivel del suelo y el colector en el techo. Enestos sistemas unabomba deagua esactivada cuando brilla elsolyelagua fría circula atravesandoelcolector. Lossistemasforzados son máscarosque los sistemas integrados odegravedad,ynecesitan electricidad para accionarla bombadecirculacióndeagua.11

Todoelsubcapítulo 2.3.1 Panelessolaresyfotovoltalcos esinformación tomadade www.textoscientificos.com 22-05-09

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2.3.2 Turbinaseólicas oaerogeneradores 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 oturbinas eólicas. Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por elviento (turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para lamolienda yobtención 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

Aerogenerador, fuente wikipedia.com 12-06-09

través de un sistema de transmisión mecánico , hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifásico,que convierte laenergía mecánica rotacional enenergía eléctrica. Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposición de suejede rotación,eltipo degenerador etc. Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos oplantas degeneración eólica,distanciados unosde 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 lafrecuencia de la red.12

12

Información deturbinaseólicastomadadewww.wikipedia.org. 22-05-09

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Hay tres leyes físicas básicas que gobiernan la cantidad de energía aprovechable delviento.Laprimera leyindicaquelaenergía generada porla turbina esproporcional alavelocidad del viento alcuadrado. Lasegundaley indica que laenergía disponible esdirectamente proporcional alárea barrida de laspaletas. Laenergía esproporcional alcuadrado delalongitud de las paletas. Latercera leyindica queexiste unaeficacia teórica máxima de los generadores eólicos del59%. Enla práctica, la mayoría delasturbinasde vientosonmuchomenoseficientes queesto,ysediseñandiversostipospara obtener la máxima eficacia posible a diversas velocidades del viento.Los mejoresgeneradoreseólicostieneneficaciasdel35%al40%. Enlapráctica lasturbinas eólicas sediseñan para trabajar dentro deciertas velocidades delviento. Lavelocidad másbaja, llamada velocidad decorte inferiorqueesgeneralmente de4a5m/s, puespordebajodeestavelocidad no haysuficiente energía como para superar las pérdidas delsistema.La velocidaddecorte superior esdeterminada porlacapacidaddeuna máquina enparticular desoportarfuertesvientos. Lavelocidad nominaleslavelocidad del viento a la cual una máquina particular alcanza su máxima potencia nominal. Por arriba deesta velocidad,sepuede contar con mecanismosque mantengan lapotencia desalida enunvalor constante conelaumentode la velocidaddelviento.13

13

Informacióndeturbinaseólicas tomada dewww.textoscientificos.com 22-05-09

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Loselementosprincipalesdecualquierturbinadelvientoson: • Rotor: las palas del rotor, construidas mayormente en materiales compuestos, se diseñan para transformar la energía cinética del viento enunmomentotorsor enel eje del equipo. Los rotores modernos pueden llegar a tener un diámetro de 42 a 80

metros

y

producir

potencias equivalentes de

Elementosdeunaerogenerador, fuente vestas.com09-07-09

varios MW. Lavelocidad de rotación está normalmente limitada porla velocidaddepuntadepala,cuyolímiteactualseestableceporcriterios acústicos. • Caja de engranajes o multipllcadora: puede estar presente o no dependiendo del modelo. Transforman la baja velocidad del eje del rotorenaltavelocidadderotaciónenelejedelgeneradoreléctrico. • Generador: existen diferente tipos dependiendo del diseño del aerogenerador. Pueden ser síncronos o asincronos,jaula de ardilla o doblementealimentados,conexcitaciónoconimanespermanentes. • Latorre:ubicaelgenerador aunamayoraltura para permitirelgirode las palas ydonde los vientos sonde mayor intensidad ytransmite las cargasdelequipoalsuelo. • Sistema decontrol: responsable delfuncionamiento seguro yeficiente del equipo, controla la orientación de la góndola, la posición de las palasylapotenciatotalentregadaporelequipo.14

14

Información deelementos deturbinas eóhcastomada dewww.wikiepdia.org. 22-05-09

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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 recursoseólicos soncaracterizados porunaescaladeclasesdevientosegún suvelocidad,queseextiendede laclase 1(la más bajo) alaclase7(lamás alta). Losdesniveles de la superficie através de la cual sopla elviento antes de llegar a una turbina determina la cantidad deturbulencia que estaturbina experimentará. Los vientos turbulentos ejercen mayores tensiones sobre el rotor yse elevan, reduciendo consecuentemente la expectativa devida dela turbina.Así,lamayoríadegranjasdelvientoestánubicadasenlocalizaciones rurales,lejosdeedificios,deárbolesydeotrosobstáculos. 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 ampliaciónparapodermanejarlafuentedeenergíaadicional.Lascondiciones 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 alturade latorre afecta lacantidad 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 porelterrenoqueseencuentradebajo. Elvientosemuevemás lentamente cuanto más baja sea la altura, con la máxima reducción de velocidad del viento situada muy cerca de la superficie. Este fenómeno, conocido comoesquileodelviento,es unfactor determinante al momentode tomarladecisiónsobrelaalturadelatorre,puestoqueconamayoralturalos

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DE LA CONSTRUCCIÓN

rotores seexponen a vientos másrápidos. Además, lasdiferencias en la velocidad del viento entrelapartesuperiorylainferior del rotor disminuyen a mayoresalturas,causandomenordesgasteenlaturbina.15 Engeneral,los aerogeneradores modernos deejehorizontal sediseñanpara trabajar convelocidades delviento quevarían entre3y24m/sde promedio. La primeraeslallamadavelocidaddeconexiónyla segundala velocidad de corte. Básicamente,elaerogenerador comienza produciendoenergíaeléctrica cuando lavelocidad delviento supera lavelocidad deconexión y,amedida que la velocidad del viento aumenta, la potencia generada es mayor, siguiendolallamadacurvadepotencia. Asimismo,esnecesario un sistema decontroldelas velocidades derotación para que,en caso devientos excesivamente fuertes, quepodrían poneren peligrolainstalación,hagagiraralaspalasdelahélicedetalformaqueéstas presentenlamínimaoposiciónalviento,conloquelahélicesedetendría. Para aerogeneradores degran potencia, algunos tipos desistemas pasivos, utilizan características aerodinámicas delaspalas quehacen queaun en condicionesdevientos muyfuerteselrotorsedetenga.Estosedebeaqueél mismoentraenunrégimenllamado"pérdidaaerodinámica". Estetipodegeneradoressehapopularizado rápidamente alserconsiderados una fuente limpia de energía renovable, ya queno requieren, para la produccióndeenergía,unacombustiónqueproduzca residuos contaminantes y/ogasesimplicadosenelefectoinvernadero.Sinembargo,sulocalización— frecuentemente lugares apartados de elevado valor ecológico, comolas cumbresmontañosas,quepornoencontrarse habitadasconservansuriqueza paisajística y faunística— puede provocar efectos perniciosos, como el impacto visual enlalínea delhorizonte, elintenso ruido generado por las 15

Informaciónderotoreseólicosysufuncionamiento tomada dewww.textoscientificos.com 23-05-09

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palas, etcétera, además de los causados por las Infraestructuras que es necesario construir para eltransporte de laenergía eléctrica hasta los puntos deconsumo. Otroproblema queplanteabanesla muertedeavesdepasoalchocarcontra lasaspas,aunquedebido alavelocidaddegiroactualdeéstas,hadejadode ser un problema mayor. Esta contaminación siempre será menor que la nuclear olacombustión sólida ycon menoscoste inicial para losciudadanos. 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 moveresasaspas (algunasdemásde50metrosdelongitud). Se trata de encontrar un punto de equilibrio entre la contaminación y la seguridaddelafuentedeenergía.16

16

Informaciónderotoreseólícosysufuncionamiento tomadadewww.wikipedia.org. 22-05-09

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2.4Herramientas financieras autilizar \ Las herramientas financieras que se utilizarán en esta investigación para medir ycomparar laeficiencia económica de la inversión que representará el utilizar sistemas energéticos alternativos en lugar o en conjunto con los sistemasenergéticosyenergíasconvencionalessonlassiguientes; Tasainterna deretomo otasainternaderentabilidad (TIR)deunainversión, 'está definida como latasa de interés con la cual el valor actual neto ovalor 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, mayorrentabilidad. \

^

vm=o

Se utiliza para decidir sobre la aceptación o rechazo de un proyecto de inversión.Paraello,laTIRsecomparaconunatasamínimaotasadecorte,el costedeoportunidaddelainversión(silainversiónnotieneriesgo,elcostede oportunidadutilizadoparacompararlaTIRserálatasaderentabilidadlibrede riesgo). Silatasa derendimiento del proyecto -expresada por laTIR-supera latasadecorte,seaceptalainversión;encasocontrario,serechaza. • Eslatasadedescuentoqueiguala lasumadelvalor actualopresentede los gastos con la suma del valor actual o presente de los ingresos previstos. iv

JV

x;ypn= E 2= 1

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vpci

í= l

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v ¡

a/orpresentenetoovaloractualnetoprocededelaexpresióninglesa Net

present value. El acrónimo es NPVen inglés y VANen español. Esun procedimiento que permite calcular el valor presente de un determinado númerodeflujosdecajafuturos,originados porunainversión.Lametodología consiste endescontar almomento actual (esdecir, actualizar medianteuna tasa) todos losflujosdecaja futuros del proyecto.Aeste valor se lerestala inversión inicial,detalmodoqueelvalor obtenidoeselvalor actual neto del proyecto.\ LafórmulaquenospermitecalcularelValorActualNetoes:

VAN =y

" VFt '*...-lo ^ 1

VFrepresentalosflujosdecaja. loeselvalordeldesembolso inicialdelainversión. Nneselnúmerodeperíodosconsiderado. Eltipo de interésesk.Sielproyecto notiene riesgo, setomarácomo referencia eltipo dela renta fija, detalmanera queconelVANse estimarásilainversiónes mejorqueinvertir enalgoseguro,sinriesgo especifico.Enotroscasos,seutilizaráelcostodeoportunidad. CuandoelVANtoma unvaloriguala0,rpasaallamarseTIR(tasainternade retorno).LaTIReslarentabilidadquenosestáproporcionandoelproyecto.17

Información indicadores financieros tomada dewww.wikipedia.org. 25-05-09

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CAPITULO3 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 ya 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 suasoleamiento de acuerdo asus coordenadas.

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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 ypaíses son muy marcadas, losdías reales desol alaño, losvientosy suvelocidad promedio mensual yanualasí como sus velocidades máximas ya que para el uso de sistemas eólicos (aerogeneradores) estos datos son fundamentales para conocer suviabilidad. 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 ytornados. 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 susgastos yconsumos mensuales deenergía. 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 adeterminar qué tipo de necesidad energética se tiene para saber quétipo 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 ala edificación en la cualse propondrán.

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/ 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), susespacios, luminarias yelectrodomésticos a utilizar. 2.-Teniendo establecidos las luminarias yelectrodomésticos ysus 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 elconsumo diario y mensual deenergía. 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 porconsumo deenergía. 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 ogas LP para hacertrabajar elcalentador 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.

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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 ahacer elanálisis deldesempeño yrendimiento de lossistemas 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 paralossistemaseólicos. Es muy importante no tomar como un hecho los datos de rendimiento y de potencia de los sistemas especificados por losfabricantes, ya que estos son dados de manera muygeneral sintomar 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 deacuerdoalaubicacióndelsitio norendiral 100%yporendela potenciaycantidaddeenergíaquesuministranresultainferioralosupuesto. 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 baseentodos los cálculos ycomparaciones anterioresse obtiene las conclusiones y se dan las recomendaciones pertinentes para poderproponerunsistemaenergéticoeficienteyrentable.

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CAPITULO4 DEL USO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS EN CASAS-HABITACIÓN^N CHILPANCINGO,GRO.

LJMABILIDAD

\ 4.1 Análisis climatológico del sitio.

I

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 sitioenelque 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 loque 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 deAbril yMayo.

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° y8.4 como mínima.

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i»

V 3

Precipitaciones 2007

CD

I

§

Mm

I' Mm

Enero Febrero Marzo Abril 0 32.7 0 0

Enero Febrero Marzo Abril 0 0 0 0

Mayo Junio 28.9 54.6

Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 65 52 119.6 131 0.5 0 2008

Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 35.5 150.1 42.1 68 83 134.6 0 0

Prom. Anual 80.72

Max Min Prom.

Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 32.4 31.4 32.4 31.4 32.5 35.5 33.9 31.9 10.2 11.4 13.7 15.4 15.9 15.5 15.7 14.9 21.4 23.4 24.2 25.5 24.8 23.4 21.3 23.05 2008

Max Min Prom.

Enero Febrero Marzo Abril 34.2 37.3 32.7 34.3 9.2 9.7 13.9 9.3 21.7 25.6 22 21

Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 34.7 35.9 31.7 30.5 31.3 31.5 31.3 31.9 15.2 10.2 8.4 14.2 15.2 10.3 11.5 13.3 21 22.4 24.45 25.55 21 23.25 20.75 20.15

18

Tabladeestadísticasclimatológicas deChilpancingotomadadewww.clima.meteored.com05-06-09

M

§ Prom. Anual O 85.55 oo ^>

Plantaalta

Arq. GustavoMartínezVélez

76

ITC

CMIC MAESTRÍA ENADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN

^

"

^

Plantadeazotea

Arq. GustavoMartínezVélez

77

ITC

CMIC MAESTRÍAENADMINISTRACIÓN DELA CONSTRUCCIÓN



4-



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