UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO” Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica TESIS Para Optar el Título Profesional de INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA

“GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL

CASERÍO SANTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA DEPARTAMENTO

DE CAJAMARCA”

Presentado Por:

Bach. MIGUEL ÁNGEL SAAVEDRA MEJÍA

Asesor: Dr. CARRANZA MONTENEGRO DANIEL LAMBAYEQUE – PERÚ Marzo del 2019

UNIVERSIDAD NACIONAL

“PEDRO RUIZ GALLO”

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica TESIS Para Optar el Título Profesional de

INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA

“GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL CASERÍO SANTAELECTRICISTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE

HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA”

Presentado Por: Bach. MIGUEL ÁNGEL SAAVEDRA MEJÍA

Aprobado por el Jurado Examinador

PRESIDENTE: ……………………………………………………….

SECRETARIO: ……………………………………………………....

VOCAL: ……………………………………………………………

ASESOR: ……………………………………………………………..

Lambayeque – Perú Marzo del 2019 UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica TESIS

TITULO

“GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL CASERÍO SANTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA DEPARTAMENTO DE CAJAMARCA”

CONTENIDOS

CAPITULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN .

CAPITULO II: MARCO TEÓRICO.

CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO.

CAPITULO IV: PROPUESTA DE LA INVESTIGACIÓN

CAPITULO V: ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.

CAPITULO VI: CONCLUSIONES .

AUTOR: Bach. MIGUEL ÁNGEL SAAVEDRA MEJÍA

______PRESIDENTE SECRETARIO

______VOCAL ASESOR

Lambayeque – Perú Marzo del 2019 DEDICATORIA

La presente tesis va dedicada a Dios por haberme levantado de todo tropiezo y guiarme y protegerme, a mi madre Flor Mira Mejía Díaz porque ha sido un pilar fundamental en mi formación profesional, a mi padre Alejandro Saavedra Guevara por sus consejos y apoyo incondicional, a mi hermana por estar siempre pendiente de mi etapa académica, a mi querida esposa Yahaira Idrogo Falla por estar conmigo en las buenas y en las malas brindándome todo su amor y a mi preciosa hija por sacarme cada sonrisa en momentos difíciles.

Bach. MIGUEL ÁNGEL SAAVEDRA MEJÍA

IV

AGRADECIMIENTO

Agradezco a mi institución y a mis maestros por sus esfuerzos para que finalmente pudiera graduarme. A mi asesor Dr. Carranza Montenegro Daniel por sus consejos y ayuda incondicional para culminar esta tesis.

Tus esfuerzos madre son impresionantes y tu amor invaluable, junto con mi padre me has educado y me han dado lo que he necesitado, sus enseñanzas las aplico cada día tengo mucho por que agradecerles.

Tu amor y comprensión han hecho que siguiera siempre adelante y nunca me rinda, gracias por estar conmigo en las buenas y en las malas amada esposa.

A ti mi niña bonita desde que te vi nacer fue un motivo más para poder superarme y conseguir ser un profesional.

Agradecerte a ti hermana por querer que siempre me supere y seamos un orgullo para nuestros padres.

Y agradecer sobre todo al Dios todopoderoso por guardarme y protegerme siempre.

Bach. MIGUEL ÁNGEL SAAVEDRA MEJÍA

V

RESUMEN

El objetivo general de la presente tesis fue Generar energía eléctrica a partir del biogas y la energía solar fotovoltaica en el caserío Santa Rosa de

Tumar ubicado en el distrito de Huambos, provincia de Chota departamento de Cajamarca. Debido a la falta de energía eléctrica y las consecuencia que trae consigo que se traducen en una baja calidad de vida. El tipo de investigación fue aplicada pues se trata de solucionar un problema de la vida real. De los resultados obtenidos se tiene lo siguiente: La energía promedia diaria que demanda el caserío Santa Rosa de Tumar es de

21,898 kWh. Para 31 viviendas proyectadas, 01 centro educativo nivel primaria y 01 local comunal. De los datos recopilados del SENAMHI (Atlas

2003) se ha obtenido un valor de 4,75 kWh/ /día, según la NASA se ha obtenido un valor de 4,61 kWh/ /día, se ha considerado el menor es decir 4,61 kWh/ /día. Se dimensiono el sistema biogas solar fotovoltaico el cual está compuesto por 01 biodigestor con una capacidad de 66,36 m 3, 14 paneles fotovoltaicos de 320 Wp de la marca ERA SOLAR, 12 baterías de acumuladores 288 Ah de la marca ULTRACELL, 01 reguladores de carga

150/85 y 01 inversor 48/4000-230 V. Se dimensión la red de distribución secundaria en base de donde se obtuvo que el conductor eléctrico

1x16/25 cumple con los requerimiento eléctricos y mecánicos. El sistema biogas solar fotovoltaico tiene un costo referencial de S/. 157 679,22

Palabras claves: biodigestor, panel fotovoltaico, batería, inversor

VI

ABSTRACT

The general objective of this thesis was to generate electricity from biogas and photovoltaic solar energy in the Santa Rosa de Tumar farmhouse located in the district of Huambos, province of Chota department of Cajamarca. Due to the lack of electrical energy and the consequence that it brings with it, they translate into a low quality of life. The type of research was applied because it is about solving a real-life problem. The following results are obtained from the results: The daily average energy demanded by the Santa Rosa de Tumar farmhouse is 21,898 kWh. For 31 projected homes, 01 primary school and 01 community center. From the data compiled from SENAMHI (Atlas 2003) a value of 4,75 kWh / m 2 / day has been obtained, according to NASA a value of 4,61 kWh / m 2 / day has been obtained, it has been considered the lowest is 4,61 kWh / m 2 / day. The photovoltaic solar biogas system was dimensioned which is composed of 01 biodigester with a capacity of 66,36 m 3, 14 photovoltaic panels of 320 Wp of the

ERA SOLAR brand, 12 accumulator batteries 288 Ah of the ULTRACELL brand,

01 charge regulators 150/85 and 01 inverter 48 / 4000-230 V. The secondary distribution network is dimensioned based on where it was obtained that the electrical conductor 1x16 / 25 complies with the electrical and mechanical requirements. The photovoltaic solar biogas system has a referential cost of S/.

157 679,22

Keywords: biodigester, photovoltaic panel, battery, inverter

VII

ÍNDICE

DEDICATORIA ...... IV AGRADECIMIENTO ...... V RESUMEN ...... VI ABSTRACT ...... VII ÍNDICE ...... VIII ÍNDICE DE TABLAS ...... X ÍNDICE DE FIGURAS ...... XI INTRODUCCIÓN ...... 1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ...... 2 Realidad Problemática ...... 2 Formulación del Problema ...... 3 Delimitación de la Investigación ...... 3 Delimitación espacial ...... 3 Delimitación temporal ...... 7 Justificación e Importancia de la TESIS ...... 7 Limitaciones de la TESIS ...... 8 Objetivos de la TESIS ...... 9 Objetivo General ...... 9 Objetivo Específicos ...... 9 MARCO TEÓRICO ...... 10 Antecedentes de Estudios ...... 10 Desarrollo de la temática correspondiente al tema desarrollado ...... 17 Sistema solar fotovoltaico de generación ...... 17 Sistema con Biomasa ...... 45 Generación de electricidad con biogas ...... 57 Ecuaciones para el dimensionamiento del sistema voltaico ...... 68 Definición conceptual de la terminología empleada...... 79 MARCO METODOLÓGICO ...... 84 Tipo y diseño de investigación ...... 84 Población y muestra ...... 84 Hipótesis ...... 85

VIII

Operacionalización de variables ...... 85 Métodos y Técnicas de investigación ...... 87 Descripción de los instrumentos utilizados ...... 88 Análisis Estadístico e interpretación de los datos ...... 90 PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN ...... 91 Propuesta de la investigación ...... 91 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS ...... 93 Cálculo de la energía promedio diaria proyectada y máxima demanda en el caserío Santa Rosa de Tumar en Huambos...... 93 Energía eléctrica para las unidades de vivienda ...... 94 Datos de la irradiación solar ...... 97 Generación eléctrica con biomasa ...... 99 Cuantificación de la cantidad de estiercol ...... 99 Dimensionamiento del biodigestor ...... 101 Volumen del biodigestor ...... 102 Dimensionamiento y selección del sistema fotovoltaico ...... 106 Dimensionamiento y selección del generador fotovoltaico ...... 106 Dimensionamiento del banco de baterías ...... 108 Dimensionamiento y selección del controlador fotovoltaico ...... 110 Dimensionamiento del inversor ...... 111 Dimensionamiento de los conductores eléctricos ...... 112 Angulo óptimo de inclinación: ...... 113 Dimensionamiento del sistema de distribución en 220 V ...... 114 Cálculos eléctricos ...... 114 Metrado y presupuesto ...... 121 Metrado y presupuesto del sistema fotovoltaico ...... 121 Metrado y presupuesto de la red de distribución secundaria ...... 123 Presupuesto Total ...... 125 CONCLUSIONES ...... 127 Conclusiones...... 127 BIBLIOGRAFÍA ...... 128 ANEXOS ...... 131

IX

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N° 1: Limites del distrito de Huambos ...... 3 Tabla N° 2: Características geográficas de Huambos ...... 4 Tabla N° 3: Ubicación geográfica del caserío Santa Rosa de Tumar ...... 5 Tabla N° 4: Temperatura promedio en Huambos ...... 7 Tabla N° 5: Principales grupos de biomasa y su clasificación ...... 47 Tabla N° 6: Características generales del biogas ...... 48 Tabla N° 7: Comparación entre el biogas y otros combustibles gaseosos ...... 48 Tabla N° 8: Tiempo de retención Hidráulico ...... 56 Tabla N° 9: Componentes del sistema de alimentación de combustible ...... 65 Tabla N° 10: Operacionalización de Variables ...... 86 Tabla N° 11: Tasas de crecimiento para el departamento de Cajamarca ...... 95 Tabla N° 12: Energía promedio diaria para las unidades de vivienda ...... 96 Tabla N° 13: Cantidad de biogas producido en el caserío Santa Rosa de Tumar ...... 102 Tabla N° 14: Calculo del volumen del biodigestor ...... 103 Tabla N° 15: Dimensiones del biodigestor ...... 104 Tabla N° 16: Balance de energía ...... 106 Tabla N° 17: Cotización de paneles fotovoltaicos ...... 107 Tabla N° 18: Cotización del banco de baterías ...... 110 Tabla N° 19: Tabla de caída de tensión máximas ...... 112 Tabla N° 20: Dimensionamiento y selección del conductor eléctrico NYY ..... 113 Tabla N° 21: Caída de tensión C-I ...... 115 Tabla N° 22:Caida de tensión del C-II ...... 118 Tabla N° 23: hipótesis para usar la ecuación de TRUXA ...... 119 Tabla N° 24: Resultados de la ecuación de cambio de estado ...... 120 Tabla N° 25: Características de los cables autoportantes ...... 121 Tabla N° 26: valor referencial para el suministro de materiales para el sistema fotovoltaico ...... 122 Tabla N° 27: costo directo sistema giogas- fotovoltaico ...... 122 Tabla N° 28: Suministro de la red de distribución secundaria ...... 123 Tabla N° 29: Costo del montaje de la RS en Santa Rosa de Tumar ...... 124 Tabla N° 30: Costo directo de la Red de distribución secundarias para el caserío Santa Rosa de Tumar ...... 125 Tabla N° 31: Presupuesto total ...... 126

X

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura N° 1: Ingreso al caserío Santa Rosa de Tumar-Chota ...... 5 Figura N° 2: Ubicación del caserío Santa Rosa de Tumar ...... 6 Figura N° 3: Célula fotovoltaica ...... 18 Figura N° 4: Marco de aluminio de los módulos fotovoltaicos ...... 19 Figura N° 5: Encapsulante de un módulo fotovoltaico ...... 20 Figura N° 6: Caja de conexiones de un módulo fotovoltaico ...... 21 Figura N° 7: Detalle de los componentes de un módulo fotovoltaico ...... 22 Figura N° 8: Características I-V y P-V de una célula fotoeléctrica ...... 23 Figura N° 9: Efectos de la temperatura ...... 24 Figura N° 10: Tipos de paneles fotovoltaicos ...... 25 Figura N° 11: Conexión en serie de módulos fotovoltaicos ...... 27 Figura N° 12: Conexión en paralelo de módulos fotovoltaicos ...... 28 Figura N° 13: Conexión serie/paralelo de módulos fotovoltaicos ...... 28 Figura N° 14: Instalación fotovoltaica ...... 30 Figura N° 15: controladores para sistemas fotovoltaicos ...... 32 Figura N° 16: Baterías de uso fotovoltaico ...... 36 Figura N° 17: Inversor para sistemas fotovoltaicos ...... 41 Figura N° 18: conductores eléctricos ...... 44 Figura N° 19: Tipos de biomasa ...... 46 Figura N° 20: Plantas de biogas más empleadas ...... 51 Figura N° 21: Biodigestores de cúpula fija más empleados ...... 52 Figura N° 22: Biodigestor tipo Nicarao ...... 54 Figura N° 23: Motor de cuatro tiempos ...... 59 Figura N° 24: Sistema de alimentación de combustible ...... 65 Figura N° 25: Biodigestor ...... 72 Figura N° 26: Entrevista a los habitantes del caserío Santa Rosa de Tumar- Chota ...... 88 Figura N° 27: Flujograma para determinar la energía proyectada...... 93 Figura N° 28: Centro educativo nivel primario en Santa Rosa de Tumar-Chota ...... 94 Figura N° 29: Ingreso a la página web de la NASA ...... 97

XI

Figura N° 30: Ingreso de datos de latitud y Longitud ...... 98 Figura N° 31: Irradiación solar en el caserío Santa Rosa de Tumar ...... 98 Figura N° 32: Irradiación solar en el caserío Santa Rosa de Tumar ...... 99 Figura N° 33: Ganado vacuno en el caserío Santa Rosa de Tumar -Chota .. 100 Figura N° 34: Recogiendo el estiercol de una vaca ...... 100 Figura N° 35: pesando el estiercol ...... 101 Figura N° 36: Batería ULTRACELL 288-12 ...... 109 Figura N° 37: Controlador MPPT 150/85 VICTRON ENERGY ...... 111 Figura N° 38: Inversor MUST SOLAR de 4 kW ...... 112 Figura N° 39: sistema biomasa - fotovoltaico ...... 114 Figura N° 40: Diagrama de carga C-I ...... 116 Figura N° 41: Diagrama de carga C-II ...... 117

XII

INTRODUCCIÓN

En la presente tesis tiene como objetivo utilizar la biomasa y la energía solar fotovoltaica para generar energía eléctrica en el caserío Santa Rosa de Tumar ubicado en la provincia de Chota en la región Cajamarca. La tesis inicia en el primer capítulo con una descripción de la realidad problemática actual en el caserío Santa Rosa de Tumar, los objetivos específicos fueron redactados con la finalidad de lograr el objetivo general. En el siguiente capítulo, se presenta los antecedentes y estudios anteriores relacionados con el tema de investigación y que sirven de base y fundamento para elaborar el marco teórico.

En el Capítulo III, se describe el marco metodológico es decir la estrategia el plan que se va a seguir con la finalidad de alcanzar los objetivos desde la recolección de datos , procesamiento hasta obtención de los resultados. Luego en el capítulo IV se describe la propuesta que va dar una solución a la realidad problemática existente.

En el Capítulo V se presenta los cálculos y resultados en tablas , dimensionamiento y selección de equipos para luego realizar el costo total de inversión de la propuesta.

Por último, se describe las conclusiones a las que se llegó que responden a cada objetivo específico y por último se adjuntan los anexos.

1

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

Realidad Problemática

Realidad problemática a nivel internacional

Mil millones de personas no tienen acceso a la electricidad, lo que supone el

13% de la población mundial. Tres mil millones, el 40% de los habitantes del

planeta, siguen cocinando con combustibles contaminantes (carbón o madera).

Tan solo el 17,5% de toda la energía que se consume en el mundo es de origen

renovable... Son algunas de las conclusiones del estudio elaborado por

la Agencia Internacional de la Energía (AIE), la Agencia Internacional de

Energías Renovables (IRENA), la División de Estadística de las Naciones

Unidas (UNSD), el Banco Mundial y la Organización Mundial de la

Salud (OMS) 1.

Realidad problemática a nivel local

En el caserío para el caserío Santa Rosa De Tumar en el Distrito De Huambos,

Provincia de Chota Departamento de Cajamarca, los pobladores sufren las

consecuencias de la carencia del suministro de energía eléctrica para el

desarrollo de diversas actividades. Los habitantes de este caserío no cuentan

con una alternativa que permita cubrir, aunque sea en parte las necesidades

energéticas. Los pobladores que se dedican a la agricultura y ganadería.

1 https://elpais.com/economia/2018/05/02/actualidad/1525257286_099135.html 2

Formulación del Problema

¿A partir de biogas y la energía solar fotovoltaica se logrará generar electricidad

para el caserío Santa Rosa De Tumar en el Distrito De Huambos, Provincia de

Chota Departamento de Cajamarca?

Delimitación de la Investigación

Delimitación espacial

La presente tesis se realizó en el caserío Santa Rosa De Tumar en el Distrito

De Huambos

El Distrito de Huambos es uno de los diecinueve que conforman

la Provincia de Chota, ubicada en el Departamento de Cajamarca, bajo la

administración del Gobierno regional de Cajamarca.

Límites y colindancias

Tabla N° 1: Limites del distrito de Huambos 2

Por el Norte con el río Chotano, en el sitio Chongomarca

Por el Este desde Lanchiconga hasta la quebrada llamada

Pisgapunchan, desde allí al Naranjo, Sacracocha y al

cerro Cuchumalca y Quisquish para llegar al río Chotano

Por el Sur con el límite de la hacienda Cutervillo hasta los límites de

la hacienda Chancay en la cordillera de San Cristóbal

Por el Este con la hacienda Huarimarca, hasta el río Sirato

2 https://es.wikipedia.org/wiki/Distrito_de_Huambos 3

Características geográficas

Código Ubigeo: 060409 06 CAJAMARCA 0604 CHOTA 060409 HUAMBOS

Tabla N° 2: Características geográficas de Huambos

Altitud Latitud Longitud Superficie 2 273 msnm 06º27’08” 78º57’50” 240,72 Km 2

Vías de comunicación

La vía de comunicación más importante es la terrestre, que va desde la cuidad de Chiclayo hasta la Ciudad de Chota y Viceversa. La carretera de comunicación es asfaltada y está en buenas condiciones y tiene paso por las ciudades de Pomalca, Patapo, Tumán, Huambos, Cumbil, Llama, Huambos,

Cochabamba, Lajas y Chota.

Específicamente el Distrito de Huambos tiene buena comunicación con las

Ciudades de Chiclayo y Chota por medio de la Carretera asfaltada, pero los caminos vecinales de comunicación interna están en regulares condiciones, algunas las trochas carrozables la situación se vuelve caótica, imposibilitando la Transitabilidad de la misma en épocas de lluvia.

4

Caserío Santa Rosa de Tumar

El caserío Santa Rosa de Tumar se encuentra ubicado en:

Tabla N° 3: Ubicación geográfica del caserío Santa Rosa de Tumar 3

Latitud Longitud

-6.34961666667 -78.9510883333

Figura N° 1: Ingreso al caserío Santa Rosa de Tumar-Chota

3 http://sige.inei.gob.pe/test/atlas/ 5

Figura N° 2: Ubicación del caserío Santa Rosa de Tumar 4

4 http://sige.inei.gob.pe/test/atlas/ 6

Temperatura 5

La temperatura en Huambos se presenta en la Tabla N° 4

Tabla N° 4: Temperatura promedio en Huambos 6

Delimitación temporal

El tiempo que duro la investigación fue de 06 meses.

Justificación e Importancia de la TESIS

En la presente tesis implica al empleo de nuevas formas de generación de

energía eléctrica renovable y limpia que no contaminan el medio ambiente,

proponiendo la utilización de biogás y paneles solares fotovoltaicos para

5 https://es.weatherspark.com/y/19970/Clima-promedio-en-Huambos-Per%C3%BA-durante-todo-el- a%C3%B1o 6 https://es.climate-data.org/america-del-sur/peru/cajamarca/huambos-875120/ 7

generar energía eléctrica y mejorar la calidad de vida de los pobladores del caserío Santa Rosa De Tumar.

Tenemos la siguiente justificación.

Justificación Social

La implementación de esta investigación traerá como beneficio mejorar la calidad de vida de los pobladores, ya no recorrerán largas distancias para cargar celulares, no utilizarán mecheros velas para iluminación; los niños podrán desarrollar tranquilamente sus tareas educativas a cualquier hora del día.

Justificación Ambiental

Utilizando la energía de la biomasa y la solar fotovoltaica estaremos aportando a la disminución del efecto invernadero producido por las emisiones de CO2 a la atmosfera, así como en el cambio climático de nuestro planeta producido por el uso de las energías convencionales.

Justificación Científica.

Se justifica porque haciendo uso de las teorías científicas en lo referente a sistemas eléctricos que usan biogás y tecnología fotovoltaica dan solución a problemas de déficit de energía. Este tipo de investigación nos permite fomentar el uso de estas energías renovables como nuevas fuentes de estudio científico.

Limitaciones de la TESIS

Se ha considerado datos de irradiación solar de la NASA, el atlas solar del

Perú. 8

Objetivos de la TESIS

Objetivo General

Generar energía eléctrica a partir del biogas y la energía solar fotovoltaica

en el caserío Santa Rosa de Tumar ubicado en el distrito de Huambos,

provincia de Chota departamento de Cajamarca.

Objetivo Específicos

a) Calcular la energía eléctrica promedio diario proyectada y la máxima

demanda en el caserío Santa Rosa de Tumar. b) Obtener datos de irradiación solar promedio diaria de la zona de influencia

del caserío de Santa Rosa de Tumar. c) Dimensionar el sistema de generación eléctrica con biogás. d) Dimensionar el sistema solar fotovoltaico. e) Calcular el costo de la propuesta.

9

MARCO TEÓRICO

Antecedentes de Estudios

Contexto Internacional

Según ASPRILLA MOSQUERA (2016) en su tesis de Maestría titulada

“ESTUDIO DE SISTEMAS HÍBRIDOS DE ENERGÍA RENOVABLE (SOLAR

– GASIFICACIÓN DE BIOMASA) COMO ALTERNATIVA PARA

SATISFACER NECESIDADES ENERGÉTICAS EN ZONAS NO

INTERCONECTADAS DEL DEPARTAMENTO DEL CHOCÓ” nos dice que el uso de las energías renovables nace como alternativa para dar solución a los problemas de interconexión eléctrica que se presenta en el mundo, especialmente en las zonas apartadas debido a su difícil acceso; otra razón importante por la cual implementar este tipo de energías es la disminución de los combustibles fósiles (o fuentes no renovables) que se viene presentando, dentro de los cuales está el petróleo, el carbón y el gas natural; combustibles que por uso son grandes contribuyentes en el incremento progresivo de la temperatura del planeta. La implementación de energías renovables que son amigables con el medio ambiente garantiza un desarrollo sostenible y eficiente. (ASPRILLA MOSQUERA 2016).

En Colombia, la cobertura del servicio de energía eléctrica para el año 2011 cubría 11 722,128 usuarios. El 95,8% que equivale a 11 229,000 usuarios tenían acceso al servicio de energía eléctrica; mientras que el 4,2% de la población, equivalente a 493,128 usuarios, los cuales pertenecen a las

Zonas No Interconectadas, no tienen acceso al servicio de energía eléctrica 10

En este trabajo se define un sistema híbrido, constituido por un arreglo de paneles y gasificador de biomasa como fuentes renovables de generación, un motor de combustión interna, un banco de baterías para el almacenamiento de energía e inversores DC/AC. A partir de la propuesta se determinó la disponibilidad del recurso solar y de los recursos de biomasa en el Departamento del Chocó. (ASPRILLA MOSQUERA 2016).

Los resultados muestran que la implementación de sistemas híbridos (Solar

– Biomasa) constituye un sistema de generación de energía autónomo y complementario, de manera que en ausencia de sol el sistema de gasificación suple la demanda requerida y viceversa, además la disminución en los costos que han venido presentando los equipos de energías renovables son motivantes para proceder con la implementación.

(ASPRILLA MOSQUERA 2016).

Así mismo Pérez Rosales en su trabajo de tesis: “DISEÑO DE UN

BIODIGESTOR DE POLIETILENO PARA LA OBTENCIÓN DE BIOGÁS A

PARTIR DEL ESTIÉRCOL DE GANADO EN EL RANCHO VERÓNICA en

el resumen nos explica que Los combustibles fósiles constituyen el recurso

energético más común, actualmente, sin embargo, su alta dependencia en

el desarrollo económico y su uso desmedido se ha convertido en una

problemática, debido a su escasez y a la contaminación ambiental que

produce su utilización.

Lo anterior, ha motivado la necesidad de optar por opciones de fuentes

renovables que satisfagan de igual manera la necesidad energética y, a su

vez, que garanticen un desarrollo sostenible. (Perezo Rosales 2006)

11

Al problema de contaminación ambiental que ocasionan los combustibles fósiles, se suma la problemática de la producción descontrolada de residuos sólidos urbanos, que crece que debido a la economía de consumo y a los desarrollos tecnológicos creando la necesidad de gestionarlos, controladamente, además del aprovechamiento posterior a su producción.

En este sentido, mediante la alternativa del vertedero controlado se mitiga el problema transformando la fracción orgánica de dichos residuos, mediante fermentación anaerobia, en un subproducto (biogás) que, energéticamente, es aprovechable, compuesto, principalmente, de metano y dióxido de carbono. (Perezo Rosales 2006)

Debido al poder calorífico del biogás es posible su aprovechamiento mediante combustión, dependiendo de su captación, quemándolo y transformándolo en energía eléctrica mediante motores de combustión interna, sustituyendo a los combustibles tradicionales Su producción en un vertedero controlado se dá como un objetivo secundario, puesto que su principal fin es de carácter medioambiental y no energético. (Perezo Rosales 2006)

Creando conciencia en la población, de una gestión controlada de los residuos urbanos, se puede, entonces, pensar en un aprovechamiento energético del biogás, como una fuente de un recurso renovable. (Perezo

Rosales 2006)

Contexto Nacional

Según Leyva Vargas (2017, pag. 54) en su tesis titulado: ESTUDIO DE

FACTIBILIDAD DE USO DE BIOGAS PARA AHORRAR ENERGÍA

ELÉCTRICA EN LA FABRICA INNOVA INDUSTRIAS, CHEPÉN 2017 , en 12

las conclusiones expresa que se realizó el diagnóstico del consumo de energía eléctrica de la Fábrica Innova y la facturación de energía eléctrica oscila entre 10,000 y 60,000 Nuevos Soles Mensuales, debido a que no existe un plan de producción, y solo se hace de acuerdo a la disponibilidad de los insumos; por lo cual los costos de producción están ligados directamente al costo de la energía eléctrica. (Leiva Vargas 2017)

La producción que se determinó por día de estiércol en la fábrica innova proveniente del ganado vacuno, es de 1,480 kg, el cual será almacenado durante un periodo de 27 días para el proceso de generación de biogás, en un tanque de un volumen de almacenamiento de 56,55 m3. (Leiva Vargas

2017)

Mediante el cálculo se determinó que el biodigestor será el tipo chino, con un volumen de agua líquido de 15,98 m3, de Sección circular eje vertical

paredes cilíndricas, Tapa removible en la parte superior del domo perforado

con el tubo de salida de gas.

Se seleccionó un grupo electrógeno de 25 kW, que será el que accionará la

carga seleccionada de los equipos de la fábrica, de 21,5 kW. El grupo

electrógeno, está conformado por un motor a gas, el cual utiliza 80% de

biogás y 20% de biodiesel, y de esa manera se consigue un funcionamiento

estable del equipo. (Leiva Vargas 2017)

Se realizó la evaluación económica, el cual nos indica que se tiene un valor

actualizado neto (VAN), equivalente a La relación beneficio / costo es de 88

469,48 Nuevos Soles, una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 84% anual, y

una relación beneficio / costo de 2,64. (Leiva Vargas 2017)

13

De igual manera ORTIZ NÚÑEZ (2017) en su tesis de grado titulada

“DISEÑO DE UNA CENTRAL ELÉCTRICA DE BIOMASA CONECTADO A

LA RED ELÉCTRICA PUNO, EN EL CERRO DE CANCHARANI -

DEPARTAMENTO DE PUNO” que en la presente tesis de grado, se analiza

el aprovechamiento de la biomasa en el vertedero no controlado de

Cancharani (RSU) en forma de biogás, la obtención de la misma,

propiedades, ventajas medioambientales y la utilización para la generación

de energía eléctrica. El Botadero de Cancharani, sitio de disposición final de

los residuos sólidos urbanos producidos por la ciudad de Puno, escogida

para realizar el estudio de producción de biogás, su recuperación, posible

reubicación de dicho vertedero. (ORTIZ NUÑEZ 2017)

La cantidad de gas estimada a ser obtenida del Botadero de Cancharani, se

calculó a partir de la, “Guía Técnica para la Medición, Estimación y Cálculo

de las emisiones de Aire” - (HIOBE – Sociedad Pública de gestión

Ambiental). Para el uso de esta guía debemos conocer el promedio anual de

recepción de residuos sólidos urbanos, El número de años que el relleno

sanitario lleva abierto o que lleva cerrado, sin recibir residuos sólidos

urbanos, entre otros parámetros. (ORTIZ NUÑEZ 2017)

Una vez Calculada la producción de biogás del botadero de Cancharani,

seleccionamos, la planta eléctrica econogas a biogás de 65 KW de potencia,

que, mediante un tablero de transferencia automática o manual, se conecta

a la red eléctrica de media tensión de Puno. (ORTIZ NUÑEZ 2017).

Según Ayusta Custodio (2016) en su tesis titulado “DISEÑO DE UN

BIODIGESTOR CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA PARA GENERAR GAS

14

METANO DE USO DOMÉSTICO, ESTABLO SAN ANTONIO – MONSEFÚ

2016” en el resumen explica que el trabajo de Investigación denominado:

“DISEÑO DE UN BIODIGESTOR CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA PARA

GENERAR GAS METANO DE USO DOMÉSTICO, ESTABLO SAN ANTONIO

- MONSEFÚ 2016”, está enmarcado dentro del uso de las energías no convencionales para el sector rural en el Perú, y reglamentado por el

Ministerio de Energía y Minas.

Se propone un diseño de un sistema de Biodigestor accionado con energía solar; el gas metano que se origina del estiércol del ganado vacuno en el establo, se utilizaría para la cocción de alimentos. La energía solar que es captada por 4 paneles de 50 Watt, es enviada hacia un banco de baterías de

12 voltios, controlado por un regulador de carga, la energía eléctrica de la batería acciona a un motor eléctrico de corriente continua, que será el encargado de remover el estiércol mediante un eje ubicado dentro del tanque del biodigestor, y que sirve para acelerar la fermentación del estiércol.

En el Capítulo I, se realizó la revisión de los trabajos previos, justificación, y las teorías relacionadas al tema, con la variable dependiente: generación de gas metano para uso doméstico, y la variable independiente. Diseño de un

Biodigestor con energía fotovoltaica. En el capítulo II, se establece la metodología a seguir; en el capítulo III, se muestran los resultados, tanto del diseño de biodigestor como también de los dispositivos encargados de generar energía a partir de la energía solar.

En el capítulo IV, se emite las conclusiones de cada objetivo específico desarrollado, para luego establecer recomendaciones.

15

Según España Quintana (2017) en su tesis titulado:

“APROVECHAMIENTO DEL ESTIERCOL DE VACUNO PARA LA

ELABORACION DE BIOGAS COMO PROPUESTA AL MANEJO

ADECUADO DE LOS RESIDUOS PECUARIOS EN LA GRANJA

ECOLÓGICA LINDEROS, TOMAYQUICHUA, AMBO, HUÁNUCO 2017”

(España Quintana 2017) La presente investigación consiste en realizar el diseño de biodigestor tipo discontinuo de polietileno, para el manejo adecuado de los residuos pecuarios de la granja ecológica lindero, contribuyendo a la conversión y producción de residuos pecuarios (biomasa) en diversas formas de energía, mediante reacciones bioquímicas; el diseño y la construcción del biodigestor a escala piloto permite desarrollar el proceso anaeróbico, como método de tratamiento de residuos pecuarios, para la producción de biogás; estabilizándola completamente los componentes de la materia orgánica; descomponiéndolo en compuestos asimilables para el medio ambiente. (España Quintana 2017) El objetivo general del proyecto es Determinar si la propuesta de aprovechamiento del estiércol de ganado vacuno para la elaboración de biogás contribuye al manejo adecuado de los residuos pecuarios en la granja ecológica linderos del distrito de

Tomayquichua, Huánuco desde el mes de diciembre 2017 a julio 2018. El dimensionamiento del equipo se realiza a través de la construcción del biodigestor tipo piloto en un área de 3.50 metros x 1.20 metros, los componente y materiales utilizados para el prototipo son: un tanque de 250 litros, un tanque de 60 litros, tubería de PVC de 2, tubería de PVC 1”, tubería de 4”, niple de 2”, codos de 1”, codos de 4” x 45°, codos de 4”x 90° ½” , llave de paso de 1”, llave de paso de 2”, llave de paso de bronce 5/8, hoja de 16

cierre, niple de 1”, unión de 1”, niple de bronce 5/8, abrazadera de 5/8, teflón, válvula de gas, manguera para conducción de gas y otros accesorios. Las características del prototipo son la captación del sustrato (entrada), la cámara de fermentación o biodigestión; que viene hacer el tanque donde se deposita x el sustrato, la tubería de conducción del biogás y la tubería de conducción del afluente; con un tiempo de retención de 40 días, en las cuatro tratamientos se tuvo en cuenta el control de monitoreo de la temperatura, el oxígeno disuelto y el pH, con lo que se garantizó el funcionamiento y la generación de los productos de la digestión anaerobia en la granja ecológica linderos. (España Quintana 2017)

Desarrollo de la temática correspondiente al tema desarrollado

Sistema solar fotovoltaico de generación

Módulos fotovoltaicos

Una célula solar típica posee en la actualidad una superficie de 243 centímetros cuadrados y produce aproximadamente una potencia cercana a los 4 vatios y una intensidad de entre 7 y 8 amperios. El escaso valor de la tensión y la potencia hace necesaria la conexión de varias células en serie .

Para ello, se suelda el conector superior (negativo) de una célula con el conector inferior (positivo) de la siguiente. Entre las células individuales se introduce un pequeño espacio de unos 2 mm, tal como muestra la figura.

17

Las células de película fina se conectan eléctricamente como parte del

proceso de fabricación 7.

La mayor parte de los módulos o paneles fotovoltaicos posee entre 36 y 96

células conectadas en serie. En la primera época de las instalaciones

fotovoltaicas, su aplicación Para asegurar un proceso de carga óptimo se

empleaba una asociación en serie de entre 36 y 40 células, que

proporcionaba una tensión de salida de 17 voltios. En la actualidad, los

módulos estándar llegan a entregar una potencia de hasta 300 vatios, con

unos valores de tensión que rondan habitualmente los 30 voltios en el punto

de máxima potencia 8.

Figura N° 3: Célula fotovoltaica 9

7 https://es.scribd.com/document/262261870/Unidad-2-Celulas-y-Modulos-Fotovoltaicos 8 https://es.scribd.com/document/262261870/Unidad-2-Celulas-y-Modulos-Fotovoltaicos 9 https://es.scribd.com/document/262261870/Unidad-2-Celulas-y-Modulos-Fotovoltaicos 18

Partes de un módulo fotovoltaico

Las partes del módulo fotovoltaico son las siguientes:

Figura N° 4: Marco de aluminio de los módulos fotovoltaicos 10

Marco: realizado generalmente en aluminio anodizado, tiene la función de

ensamblar el resto de componentes además de dotar al conjunto de rigidez y

servir como elemento de fijación a la estructura soporte. Para garantizar la

estanqueidad, el marco debe estar sellado con neopreno, silicona u otro

material similar con la cubierta frontal. Algunos módulos como los flexibles y

los decorativos no emplean marco.

Cubierta frontal: es un vidrio templado con un espesor entre 3 y 4 mm que

proporciona la protección de las células frente a la inclemencias atmosféricas

e impactos. Para aprovechar al máximo la radiación solar, se utiliza cristal

con bajo contenido en hierro que tiene una elevada transmisividad (en el

rango de longitudes de onda que producen efecto fotoeléctrico, 350 a 1200

10 https://helioesfera.com/uncategorized/partes-del-modulo-fotovoltaico/ 19

nm en caso de células de silicio), y una baja reflexividad en de la superficie

frontal. Es importante también que ofrezcan un buen deslizamiento para

evitar la deposición de polvo y suciedad.

Encapsulante: El material más utilizado es el etil-vinil-acetato (EVA). Está

en contacto directo con las células fotovoltaicas y su función es dar adhesión

entre ellas para proteger las conexiones de la posible humedad y

vibraciones.

Figura N° 5: Encapsulante de un módulo fotovoltaico 11

Cubierta posterior: Se utilizan distintos materiales, aunque el más común

es el fluoruro de polivinilo (PVF), conocido comercialmente como Tedlar.

Otros materiales son el poliester, EVA o incluso el vidrio en algunos módulos

de silicio amorfo bifacial. su función es la protección frente a la humedad y

evitar en la medida de lo posible el sobrecalentamiento de las células, por ello

habitualmente es de color blanco.

Caja de conexiones: Es una caja estanca (recomendable IP65) de material

plástico resistente a la intemperie y a las altas temperaturas donde salen los

11 https://helioesfera.com/uncategorized/partes-del-modulo-fotovoltaico/ 20

terminales de las conexiones en serie de las células fotovoltaicas. En esta

caja se encuentran los diodos de protección o bypass encargados de evitar

Figura N° 6: Caja de conexiones de un módulo fotovoltaico 12

los efectos negativos de bajo rendimiento provocados por los puntos

calientes y sombreados

Del interior de esta caja salen los cables a través de los prensaestopas con

una longitud suficiente para que se pueda conectar directamente con el

módulo de al lado.

En la siguiente Figura N°7 se muestra un corte con los detalles de los

principales componentes del módulo

12 https://helioesfera.com/uncategorized/partes-del-modulo-fotovoltaico/ 21

Figura N° 7: Detalle de los componentes de un módulo fotovoltaico 13

Curvas características

Curvas Intensidad vs Tensión y Potencia vs Tensión

La figura 8 muestra puntos característicos en los catálogos de paneles, usualmente se expresa la potencia del panel en el Punto de Máxima Potencia

(Valdiviezo Salas 2014) (PMP),(ver Figura N° 8) aunque para el cálculo del cableado es recomendable utilizar el punto de corto circuito (Icc).

13 https://helioesfera.com/uncategorized/partes-del-modulo-fotovoltaico/ 22

Figura N° 8: Características I-V y P-V de una célula fotoeléctrica 14

Efecto de la temperatura

Al igual que la irradiancia para la intensidad, la temperatura afecta a la tensión del panel, aunque no en igual medida. La temperatura de trabajo de la célula según las CEM es de 25º C, (Figura N° 9 ),si varía esta temperatura en el interior del panel, es decir en la célula, el valor de la tensión también se ve afectado, la intensidad aumenta levemente (Gimenes 2010)

14 (Agustin Castejon s.f.) 23

Figura N° 9: Efectos de la temperatura Fuente: (Gimenes 2010)

Tipos de paneles solares

Los tipos de paneles solares vienen dados por la tecnología de fabricación de las células, y son fundamentalmente: a) Silicio cristalino (monocristalino y multicristalino). b) Silicio amorfo.

En la figura N° 10, podemos observar las diferencias que existen entre ellos.

24

Figura N° 10: Tipos de paneles fotovoltaicos 15

15 https://www.pinterest.es/pin/524599056574766207/?lp=true 25

Conexión de módulos fotovoltaicos

La intensidad y la tensión de un módulo fotovoltaico no siempre satisfacen los recursos de tensión e intensidad de un sistema. Es necesario agrupar varios módulos para conseguir valores adecuados, teniendo en cuenta que conectando módulos en serie aumenta la tensión del sistema y conectando módulos en paralelo se aumenta la intensidad de corriente del sistema más características de tensión y de corriente no siempre satisfacen. (Castejon 1998).

Se pueden realizar tres tipos de conexiones en función de las necesidades que se detallan a continuación:

Conexión de módulos Serie

Al conectar los paneles en serie , lo que estamos haciendo es conectar un polo positivo de un módulo con el polo negativo del siguiente módulo.

Con ello se consigue aumentar la tensión y mantener el mismo valor de corriente generada (Figura N° 11).

La tensión generada es igual a la suma de todas las tensiones por cada módulo fotovoltaico, o lo que es lo mismo al producto de la tensión de un módulo por el número de módulos fotovoltaicos (ya que se supone que tienen las mismas características).

26

Figura N° 11: Conexión en serie de módulos fotovoltaicos16

Conexión de módulos en paralelo

Cuando conectamos los paneles en paralelo, lo que estamos

haciendo es conectar todos los polos positivos y por separado todos

los polos negativos. Con ello conseguimos aumentar la corriente

generada (sumar la intensidad eléctrica de los paneles) y mantener

fijo el voltaje, tal como se muestra en la Figura N° 12

La corriente generada es igual a la suma de todas las corrientes

generadas por cada módulo, o lo que es lo mismo al producto de la

corriente generada por un módulo por el número de módulos (ya que

se supone que tienen las mismas características).

16 https://panelessolaresfotovoltaicos.org/instalacion-de-paneles-solares/como-conectar-paneles- solares-en-serie-o-paralelo/ 27

Figura N° 12: Conexión en paralelo de módulos fotovoltaicos 17

Conexión de módulos en serie/paralelo

La tensión del generador es la tensión del módulo multiplicado por el

número de módulos en serie y la intensidad de corriente es la intensidad

de corriente del módulo multiplicado por el número de módulos en

paralelo (ver Figura N° 13). (Castejon 1998).

Figura N° 13: Conexión serie/paralelo de módulos fotovoltaicos 18

17 https://panelessolaresfotovoltaicos.org/instalacion-de-paneles-solares/como-conectar-paneles- solares-en-serie-o-paralelo/ 18 https://www.mpptsolar.com/es/paneles-solares-paralelo.html 28

Controlador de carga 19

El controlador o regulador de carga asegura que la batería funcione en condiciones apropiadas, evitando la sobrecarga y sobre descarga de la misma, fenómenos ambos muy perjudiciales para la vida de la batería.

Tipos de controladores

Como ya sabemos un sistema fotovoltaico necesita un sistema de baterías o acumuladores para almacenar la energía producida cuando tenemos Sol y devolverla durante la noche o en las horas de poco Sol. El control de este proceso de carga y descarga de las baterías lo realiza un dispositivo llamado "Regulador de Carga". Este dispositivo, a pesar de su sencillez y su bajo coste, comparado con el coste total de la instalación, es fundamental para proteger la vida útil de la batería y mejorar el funcionamiento del sistema fotovoltaico. La función del regulador es la de limitar la carga y descarga de la batería.

En toda instalación fotovoltaica aislada existen dos tipos de reguladores de carga solares: los PWM y los MPPT. Ambos se encargan de lo mismo, controlar el flujo de energía entre el campo fotovoltaico y las baterías.

Controlador (o regulador) PWM: Un regulador PWM (Modulación por anchura de pulsos) sólo dispone en su interior de un Diodo, por tanto, el campo fotovoltaico funciona a la misma tensión que las baterías. La energía a un lado y al otro del regulador es la misma, con los valores de tensión y corriente iguales

19 (Llauce Chozo , Implementación de sistema fotovoltaico para reducir el consumo de combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica en el restaurant el Cruceñito, ubicado en el km 901, carretera Lambayeque – Piura” 2016) 29 también. Esto hace que los módulos no trabajen en su punto de máxima potencia, sino en el que impone la batería según su estado de carga, produciendo una pérdida de potencia, que puede llegar hasta el 25 - 30%.

El regulador PWM es capaz de llenar por completo la batería gracias a que introduce la carga de forma gradual, a pulsos de tensión, en la fase de flotación,

Esto hace que los módulos no trabajen en su punto de máxima potencia, sino en el que impone la batería según su estado de carga, produciendo una pérdida de potencia, que puede llegar hasta el 25 - 30%.

El regulador PWM es capaz de llenar por completo la batería gracias a que introduce la carga de forma gradual, a pulsos de tensión, en la fase de flotación, fase de llenado último de la batería. Así, la corriente se va introduciendo poco a poco hasta que la batería se llena de manera óptima y estable.

Figura N° 14: Instalación fotovoltaica 20

20 https://www.areatecnologia.com/electricidad/regulador-de-carga-solar.html 30

El regulador o controlador de carga solar trabaja en dos zonas diferentes, en la zona de carga, siendo su misión garantizar la carga suficiente de la batería evitando sobrecargas, y en la zona de descarga, asegurando el suministro eléctrico diario suficiente y evitando descargas más allá de la profundidad de descarga de la batería.

Controlador (o regulador) MPPT: Un regulador MPPT o maximizador solar dispone, además del diodo de protección, de un convertidor de tensión CC-CC y de un seguidor del punto de máxima potencia. Esto le permite dos cosas:

El convertidor de tensión CC-CC (de alta tensión en el campo fotovoltaico a baja tensión en las baterías) permite trabajar a tensiones diferentes en el campo fotovoltaico y en las baterías.

El seguidor del punto de máxima potencia (MPPT por sus siglas en inglés) adapta la tensión de funcionamiento en el campo fotovoltaico a la que proporcione la máxima potencia.

Por tanto, en un regulador MPPT la energía que entra y sale del regulador es la misma, al igual que en los reguladores PWM, pero la tensión y la corriente son diferentes a un lado y a otro. Con ello se consigue aumentar la tensión del panel solar y aumentar la producción solar en hasta un 30 % respecto a los reguladores

PWM, aunque también son más caros los MPPT.

31

Figura N° 15: controladores para sistemas fotovoltaicos 21

El dimensionado de las instalaciones solares fotovoltaicas ISFTV se realiza de manera que se asegure el suministro de energía en las peores condiciones de luminosidad, por eso se toman como valores los valores en invierno. Esto puede provocar que en verano la energía aportada por lo módulos fotovoltaicos sea casi el doble de los cálculos estimados, por lo que es imprescindible el regulador entre los paneles y la batería para no tener un exceso de corriente. Este exceso de corriente podría incluso hervir el líquido de las baterías.

El regulador a su salida se puede conectar al inversor (si tiene bornes de conexión al inversor), pero en estos casos habrá que tener en cuenta que soporte la carga de la potencia total del suministro eléctrico de los receptores en alterna.

Esto suele hacer que la intensidad de salida (consumo) sea muy grande y tener que comprar un regulador muy caro. Solo en los casos de instalaciones en alterna de poca potencia se recomienda conectar el inversor directamente al regulador o cuando la Intensidad de consumo sea igual o menor a la de

21 https://www.areatecnologia.com/electricidad/regulador-de-carga-solar.html 32 carga procedente de los paneles solares. Normalmente el inversor se suele conectar directamente a las baterías , en lugar de al regulador, ya que en estos casos no habrá que comprar un regulador con una intensidad de salida tan grande, será la misma para la de carga que la de consumo, la intensidad de cortocircuito de los paneles o generador fotovoltaico. OJO en estos casos, se debe incluir unos fusibles a la salida de la batería por si se sufriera alguna sobredescarga desde la batería inadecuada y que no se nos queme el inversor.

Realmente deberíamos ponerlos en todos los casos, este conectado a donde este conectado el inversor. Los inversores suelen llevar protección contra sobredescarga de la batería (DOD) al porcentaje para la que fue diseñada la instalación.

Baterías

El sistema de almacenaje y de respaldo de energía es una de las características más importantes de una instalación FV debido a que es necesario utilizar la energía generada a cualquier hora del día. Para ello se utilizan las baterías, construidas a partir de una celda compuesta de placas llamadas Ánodo-Cátodo y un electrolito capaz de recibir, almacenar y entregar energía. De este modo, grupos de celdas conectadas eléctricamente en serie y paralelo, protegidas del medio ambiente conforman una batería.

Funcionamiento de las baterías.

El funcionamiento de las baterías se puede describir mediante dos principios: la capacidad en Amperes-hora (Ah) y la profundidad de descarga.

La capacidad en (Ah) es simplemente el número de Amperes que la batería puede descargar, multiplicado por el número de horas en que se entrega dicha 33 corriente. Este parámetro determina cuánto tiempo el sistema puede operar una carga determinada sin que haya necesidad de recarga. En teoría una batería de

200 (Ah) podría entregar 200 A durante una hora, 100 A durante dos horas, 1 A durante 200 horas y así sucesivamente. Sin embargo, este no es el caso ya que algunas baterías, como las automotrices, están diseñadas para grandes descargas en periodos cortos. Si la batería es cargada y descargada a una razón diferente a la especificada, la capacidad en (Ah) puede variar. Generalmente, si la batería es descargada a una razón menor, entonces la capacidad será ligeramente mayor (Velazquez Cespedes 2012).

Otro factor que influye en la capacidad de la batería es la temperatura. A menor temperatura aumenta la capacidad, a mayor temperatura disminuye la capacidad, no obstante, a mayor temperatura se incrementan las pérdidas evaporativas de la batería reduciéndose así el número de ciclos. diseñan para altas descargas iniciales, como puede ser el arranque de un motor, pero continuamente se están cargando y descargando de manera alternativa.

Estas baterías, también llamadas de arranque se diseñan para profundidades de descarga no mayores del 20%. De manera opuesta, las baterías de ciclo profundo se diseñan en función de largos periodos de utilización sin necesidad de recibir recarga, por lo mismo éstas son más robustas y generalmente tienen mayor densidad energética, siendo perfectas para aplicaciones fotovoltaicas. Su profundidad de descarga puede ser hasta del 80% al 100% aproximadamente 22

Las baterías más empleadas en aplicaciones fotovoltaicas y en automóviles son las de Plomo-ácido, éstas tienen la ventaja de ser más económicas que las formadas por otros compuestos. Dependiendo del material con que se mezcle el

22 (Velazquez Cespedes 2012) 34 plomo, resultará la profundidad de descarga de la batería. Así, por ejemplo, si las placas son de una aleación de plomo y antimonio, el antimonio permite que la batería tenga una mayor profundidad de descarga sin que se dañen las placas, esto significa una mayor vida para la batería, y por lo tanto las baterías de Plomo-

Antimonio-Ácido son de ciclo profundo. Por otra parte, el calcio aumenta la rigidez del plomo y reduce la auto descarga, sin embargo, la aleación plomo calcio se ve dañada cuando las profundidades de descarga son mayores al 25%, en consecuencia, las baterías Plomo-Calcio-Ácido son de ciclo ligero.

Como la diferencia entre el costo de las baterías solares y de automóviles es notoria, automáticamente nace la idea de optar por ésta última en un sistema fotovoltaico, ver figura 16. Pero existen diferencias sustanciales, ya que la batería para automóviles fue diseñada para sostener corrientes elevadas por breves instantes (segundos) y el resto del tiempo está siendo cargada o permanece inactiva.

35

Figura N° 16: Baterías de uso fotovoltaico 23

En cambio, la batería solar ha sido diseñada para entregar corrientes moderadas, durante largos períodos (horas). Además de poseer una mayor profundidad de descarga.

Otro tipo de batería plomo-ácido es la denominada Gel, en la que el electrolito o

ácido se encuentra en estado gelatinoso. Tienen la ventaja de que son completamente selladas y pueden operar en cualquier posición sin regar ácido o gas. Esta hermeticidad unida a una mayor eficiencia a bajas temperaturas

(debido al tipo de electrolito) y la nula necesidad de mantención (agregado de agua) la convierten en la solución ideal para instalaciones marinas, de carreteras y de comunicaciones.

23 https://www.merkasol.com/Baterias

36

La batería de Níquel-Cadmio es otro tipo de batería solar que posee aún mejores características tales como: soportar cargas y descargas excesivas, así como una mayor profundidad de descarga cercana al 100%, sin daño. Ostenta una mayor eficiencia a baja temperatura, soportando una alta combinación de temperatura y humedad ambiente. Aunque el costo de éstas es muy superior al de las otras baterías (aprox. 6 a 8 veces el de una Plomo-ácido), el costo a largo plazo es mucho menor que una batería Plomo-ácido debido a su larga vida útil y baja mantención. Usualmente se forman grupos de baterías conectadas en serie y paralelo constituyendo bancos de baterías con el objetivo de aumentar la capacidad de energía. Las conexiones en paralelo aumentan la intensidad de corriente y las en serie aumentan la tensión de salida (Velazquez Cespedes

2012).

Características Eléctricas de las Baterías

Las características eléctricas más relevantes de las baterías son las siguientes:

Carga: Es el proceso por el cual se convierte la energía eléctrica generada por una fuente externa en energía química almacenada en la batería.

Descarga: Es la conversión de la energía química de una batería en la energía eléctrica que se utiliza en un dispositivo de consumo eléctrico.

Ciclo: Cuando se refiere a las baterías, un ciclo es el proceso por el cual a partir de cierto nivel de energía almacenada la batería se descarga y posteriormente se carga hasta alcanzar el nivel original de energía.

Ciclos de vida: Es la cantidad de ciclos de carga y descarga, bajo condiciones determinadas, que una batería puede soportar antes de disminuir a las condiciones de capacidad que determinan el término de su vida útil.

Régimen de descarga: Valor de corriente que se extrae de la batería.

37

Normalmente se expresa como una fracción de la capacidad nominal de la batería o se referencia la cantidad de horas de duración de la descarga.

Días de reserva: Es la cantidad de días que una batería con carga completa puede satisfacer una determinada demanda de energía, a una cierta tasa de descarga.

Profundidad de descarga: Son los Amperes-hora (Ah ) extraídos desde una batería con carga completa, expresados como el porcentaje de su capacidad nominal a una tasa de descarga específica.

Descarga profunda: Se habla de descarga profunda cuando la batería entrega una cantidad de energía de hasta un 80% de su capacidad nominal, es decir mantiene un 20% de su capacidad.

Descarga superficial: Es cuando la batería entrega una cantidad de energía hasta un 20% de su capacidad nominal.

Tasa de descarga: Es la intensidad, en Amperes, en que la corriente eléctrica es entregada por la batería a una resistencia eléctrica conectada en sus bornes bajo condiciones específicas de operación.

Capacidad de energía: Es la energía, expresada en unidades de Ampereshora

( Ah ), que una batería puede entregar a una tasa de descarga especificada a partir de un nivel de carga completa hasta descarga completa. Es usual expresar esta capacidad en cantidad de Amperes-hora considerando tensiones nominales en la batería, sea de 6, 12, 24, 48 Volts (V) según corresponda.

Horas de capacidad: Es el número de horas que una batería puede entregar una corriente constante antes de alcanzar un nivel de descarga específica (80%,

60%) partiendo de carga nominal.

38

Sobrecarga: Es la corriente que se continúa entregando a la batería después que ésta a alcanzado su plena carga. Esta energía adicional produce daño a las baterías ya que se producen transformaciones electroquímicas que deterioran los componentes internos.

Capacidad nominal: Es un dato proporcionado por el fabricante que indica la cantidad de Amperes-hora que puede ser extraído desde la batería con plena carga a una tasa de descarga específica y a temperatura de operación nominal hasta que se alcanza el valor de descarga nominal.

Pérdidas de capacidad: Es el proceso por el cual la capacidad disponible de la batería disminuye por efectos de las reacciones químicas internas de sus componentes básicos. Esta pérdida de capacidad puede ser paulatina producto del envejecimiento de los componentes o de forma imprevista producto de una operación inapropiada (descarga completa, falla en mantenimiento ó cortocircuito en sus bornes).

Tensión en circuito abierto: Diferencia de potencial, expresada en Volt, que aparece en los bornes de una batería cuando se encuentra en circuito abierto, esta tensión o voltaje depende del nivel de carga de la batería siendo mayor en la medida que tiene más carga.

Tensión nominal: Es la tensión que aparece en los terminales de la batería en condiciones de plena carga y con intensidad de corriente de descarga.

Tensión de descarga: Es la tensión que aparece en los terminales de la batería en condiciones de descarga o cuando se alcance un nivel de descarga determinado. Es recomendable que el fabricante proporcione el valor de la tensión en los bornes de salida en función del porcentaje de carga de la batería.

39

Baterías de ciclo profundo: Son aquellas que se fabrican especialmente para soportar descargas profundas sin sufrir deterioro en su conformación interna.

Baterías selladas: Son aquellas que constan de un sistema de protección que impide el derramamiento del electrolito.

Inversor

El convertidor de corriente DC/AC, también llamado inversor u

ondulador, es un dispositivo electrónico de potencia encargado de

convertir la corriente continua (DC) proveniente de los generadores

fotovoltaicos en corriente alterna (AC) para su consumo en la vivienda.

Además, sincroniza la frecuencia de la corriente inyectada con la de la

red, adaptándola a las condiciones requeridas según el tipo de carga,

garantizando así la calidad de la energía vertida en la instalación

eléctrica de la vivienda 24 .

24 http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn192.html

40

Figura N° 17: Inversor para sistemas fotovoltaicos25

Los inversores vienen caracterizados principalmente por la tensión

de entrada desde las baterías, la potencia máxima que puede

proporcionar y su eficiencia o rendimiento de potencia. Este último se

define como la relación entre la potencia eléctrica que el inversor

entrega para su uso (potencia de salida) y la potencia eléctrica que

extrae del sistema de baterías o de los generadores fotovoltaicos

(potencia de entrada).

En general, los inversores en las instalaciones fotovoltaicas deben

cumplir las siguientes exigencias:

Deberán ofrecer una eficiencia lo más alta posible que minimice las

pérdidas. El rendimiento de potencia de los inversores (cociente entre la

potencia activa de salida y la potencia activa de entrada), oscila entre el

90% y el 97%. El valor del rendimiento depende mucho de la potencia

25 http://gaiaenergy.com.co/ 41 de entrada, que deberá ser lo más cercana, o incluso tratar que sea igual a la nominal de funcionamiento del inversor, dado que si varía mucho entonces el rendimiento del inversor disminuye sensiblemente.

Estar adecuadamente protegidos contra cortocircuitos y sobrecargas, como más adelante se verá.

Disponer de elementos que incorporen el rearme y desconexión automática del inversor.

Poder admitir demandas instantáneas de potencia mayores del 150 % de su potencia máxima o nominal, con objeto de hacer frente a los picos de arranque que originan muchos electrodomésticos, como frigoríficos, lavadoras, etc., que van a demandar mayor potencia que la nominal en el momento de su puesta en marcha o arranque de sus motores.

Ofrecer una baja distorsión armónica y bajo autoconsumo.

Disponer de aislamiento galvánico.

Disponer de sistema de medida y monitorización.

Incorporar controles manuales que permitan el encendido y apagado general del inversor, y su conexión y desconexión a la interfaz AC de la instalación.

Volviendo a las protecciones que deben incorporar en sus funciones los inversores de corriente, éstas deberán ser las siguientes:

Protección contra sobrecargas y cortocircuitos, que permitirá detectar posibles fallos producidos en los terminales de entrada o salida del inversor. 42

Protección contra calentamiento excesivo, que permitirá desconectar el

inversor si la temperatura del inversor sobrepasa un determinado valor

umbral, y mantenerse desconectado hasta que el equipo no alcance una

temperatura inferior preestablecida.

Protección de funcionamiento modo isla, que desconectará el inversor

en caso que los valores de tensión y frecuencia de red queden fuera de

unos valores umbrales que permitan un funcionamiento correcto.

Protección de aislamiento, que detecta posibles fallos de aislamiento en

el inversor.

Protección contra inversión de polaridad, que permite proteger el

inversor contra posibles cambios en la polaridad desde los paneles

fotovoltaicos.

Por último, la envolvente o carcasa que protege el dispositivo inversor

ofrecerá un grado de aislamiento de tipo básico clase 1 y un grado de

protección mínima IP20 para aquellos inversores instalados en el interior

de edificios y sean lugares inaccesibles, de IP30 para inversores

situados en el interior de edificios y lugares accesibles, y con grado de

protección mínima de IP 65 para inversores instalados a la intemperie 26 .

26 http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn192.html

43

Cables 27

Los cables para la instalación deben contar con el aislamiento

adecuado, la selección de los mismos depende de la aplicación y del

tipo de canales utilizados. Para realizar los cálculos se seguirán las

indicaciones de la Norma Técnica Peruana (NTP) y del Código

Nacional de Electricidad (CNE).

Figura N° 18: conductores eléctricos 28 Las secciones de los conductores deben ser tales que las caídas de

tensión en ellos sean inferiores al 3 % entre el generador fotovoltaico y

el controlador de carga, inferiores al 1 % entre la batería y el controlador

de carga, e inferiores al 5 % entre el controlador de carga y las cargas.

Todos estos valores corresponden a la condición de máxima corriente.

Los cables expuestos a la intemperie deberán cumplir la norma

internacional IEC 60811:

27 (Valdiviezo Salas 2014) 28 http://www.jjelectricperu.com/v_producto_ip-151_n-cable_nyy_duplex_1kv_2-1x6mm2 44

“Métodos de ensayo comunes para materiales de aislamiento y cubierta

de cables eléctricos”

Sistema con Biomasa

La biomasa y la digestión anaeróbica

Definición de biomasa 29

Según la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio

Climático (UNFCCC por sus siglas en inglés) la biomasa se define como:

“Material orgánico no fosilizado y biodegradable originario de plantas,

animales y microorganismos”. En esta definición se incluyen: los residuos

provenientes de plantas y animales (residuos de biomasa), las fracciones

orgánicas no fosilizadas y biodegradables de residuos industriales y

municipales, y los gases y líquidos recuperados de la descomposición de

material orgánico no fosilizado y biodegradable. Por tanto, la biomasa es

cualquier tipo de material orgánico que ha tenido su origen como

consecuencia de un proceso biológico natural (vegetal o animal), excluyendo

el material orgánico que ha permanecido por millones de años en

formaciones geológicas y que se ha transformado en combustibles fósiles.

Es decir, la biomasa está constituida por todas las plantas, los desechos

animales (estiércoles y cadáveres) o la interacción de ambos, incluyendo

solamente especies biológicas vivas y/o muertas “recientemente”. Se afirma

que cualquier tipo de biomasa proviene directa o indirectamente del proceso

29 45

de fotosíntesis (ver figura 19), y constantemente se está formando por la

interacción del dióxido de carbono (CO2), aire, agua, suelo y luz solar con

las plantas y animales (Basu, 2013). Ejemplos de biomasa son: las materias

provenientes de bosques (árboles, residuos de madera, etc.), actividades

agropecuarias (tallos de maíz, cáscaras de semillas, bagazo, estiércol de

ganado, de aves de corral o cerdos, etc.), cultivos energéticos destinados a

la producción de biocombustibles (alfalfa, maíz, soya, canola y otros aceites

vegetales, etc.), residuos domésticos e industriales (lodos de plantas

depuradoras, residuos sólidos urbanos, desechos de comida, etc.), entre

otros. Según Basu (2013), todos estos tipos de biomasa pueden ser

clasificados en dos grandes grupos, dependiendo si ésta se encuentra en su

forma virgen o natural o si proviene del desecho de las actividades humanas

o de animales (Tabla N° 5).

Figura N° 19: Tipos de biomasa 30

30 http://sostenible.palencia.uva.es/system/files/publicaciones/Biomasa%2C%20Biocombustibles%20y%2 0Sostenibilidad.pdf 46

Tabla N° 5: Principales grupos de biomasa y su clasificación 31

Digestión anaeróbica

Productos finales de la digestión anaerobia 32 Los principales productos

del proceso de digestión anaerobia, en sistemas de alta carga orgánica y en

mezcla completa, son el biogás y un bioabono que consiste en un efluente

estabilizado.

Biogás 33

El biogás es una mezcla gaseosa formada principalmente de metano y

dióxido de carbono, pero también contiene diversas impurezas. La

composición del biogás depende del material digerido y del funcionamiento

del proceso. Cuando el biogás tiene un contenido de metano superior al 45%

es inflamable.

31 (Arrieta Palacios 2016) 32 (Varnero 2011, 16) 33 (Varnero 2011, 16) 47

El biogás tiene propiedades específicas que se indican en la siguiente Tabla

N°6

Tabla N° 6: Características generales del biogas

Fuente: Varnero 2011, p.16

Tabla N° 7: Comparación entre el biogas y otros combustibles gaseosos 34

34 (Arrieta Palacios 2016) 48

Bioabono 35

Las características del bioabono, dependen en gran medida del tipo de

tecnología y de las materias primas utilizadas para la digestión. Durante el

proceso anaeróbico, parte de la materia orgánica se transforma en metano,

por lo que el contenido en materia orgánica es menor al de las materias

primas. Gran parte de la materia orgánica de este producto se ha

mineralizado, por lo que normalmente aumenta el contenido de nitrógeno

amoniacal y disminuye el nitrógeno orgánico.

Características generales y principios de funcionamiento de las plantas de biogás.

En general, las plantas de biogás simples que se conocen pueden ser

divididas en tres tipos (ver Figura N° 20). El diseño y dimensionamiento de

un biodigestor depende, en lo fundamental, de los factores siguientes:

a) Tipo y composición del material orgánico que se debe emplear para la

biodigestión.

b) Demanda de biogás y de biofertilizante.

c) Materiales de construcción que se deben emplear.

d) Tecnologías constructivas apropiadas.

e) Facilidad de explotación y mantenimiento.

f) Posibilidad económica del usuario.

Las plantas de tecnología simple, según el régimen de carga o llenado, se clasifican en dos tipos fundamentales: de flujo continuo, mayormente empleadas

35 (Varnero 2011, 16) 49 para la obtención de volúmenes considerables de gas; y las de flujo discontinuo o Batch, para pequeñas producciones de biogás. La gran ventaja de las primeras es que las bacterias metanogénicas reciben un suministro estable del material orgánico, por lo que producen biogás de manera más uniforme.

Las plantas de tecnología simple más empleadas, y de flujo continuo, pueden agruparse en dos tipos ampliamente desarrollados en la práctica: a) Planta de cúpula móvil, en la cual el gasómetro (compuesto generalmente por planchas metálicas) flota sobre el material orgánico en fermentación. b) Planta de cúpula fija, en la que el gas se almacena en la parte superior debido al desplazamiento gaseoso.

50

Figura N° 20: Plantas de biogas más empleadas 36

36 (Guardado Chacon 2006)

51

Su construcción se realiza con paredes de bloques de hormigón y cúpula de ladrillos, y se emplean otros materiales conocidos, como cemento, arena, piedra y acero constructivo, que aseguran una alta resistencia y durabilidad de la obra.

No presentan partes móviles propensas al desgaste, así como tampoco partes metálicas que faciliten la corrosión.

Su tiempo de vida útil se extiende a más de veinte años.

Figura N° 21: Biodigestores de cúpula fija más empleados 37

37 (Guardado Chacon 2006) 52

La evolución de los biodigestores de cúpula fija (Fig. 21), que ha tenido su expresión más acabada en el modelo Nicarao (Fig. 22), ha permitido introducir otras ventajas:

a) Posibilidad de hacer extracciones del lodo digerido, sistemáticamente, sin

alterar su funcionamiento, lo que permite un mejor aprovechamiento del

lodo y extiende los plazos de mantenimiento.

b) Mejor aprovechamiento de la excavación.

c) Mejor acceso al biodigestor, tanto durante la obra como para futuros

trabajos de revisión.

d) Simplificación del método de construcción, lo que permite disminuir el

tiempo de ejecución (de 10 a 15 días).

e) Su desventaja principal radica en la necesidad de personal calificado para

su construcción, y de una inspección periódica y monitoreo por parte de

técnicos especializados.

53

Figura N° 22: Biodigestor tipo Nicarao 38

38 (Guardado Chacon 2006) 54

Tiempo de retención hidráulico

Con este término se designa al volumen de sustrato orgánico cargado diariamente al digestor. Este valor tiene una relación de tipo inversa con el tiempo de retención, dado que a medida que se incrementa la carga volumétrica disminuye el tiempo de retención. El tiempo de retención, junto con la velocidad de carga orgánica determinada por el tipo de sustrato, son los principales parámetros de diseño, definiendo el volumen del digestor. La materia orgánica o sólidos volátiles (SV) se refiere a la parte de la materia seca (MS) o sólidos totales (ST), que se volatilizan durante la incineración a temperaturas superiores a 550ºC. Los residuales de animales pueden tener un contenido de MS mayor del 10 % de la mezcla agua estiércol. Según los requerimientos operacionales para un reactor anaerobio, el contenido de MS no debe exceder el 10 % de la mezcla agua estiércol en la mayoría de los casos. Por eso, los residuales de granjas se deben diluir antes de ser tratados. La eficiencia de la producción de biogás se determina generalmente expresando el volumen de biogás producido por unidad de peso de MS o SV. La fermentación de biogás requiere un cierto rango de concentración de MS que es muy amplio, usualmente desde 1% al

30%. La concentración óptima depende de la temperatura. Las bacterias requieren de un cierto tiempo para degradar la materia orgánica. La velocidad de degradación depende en gran parte de la temperatura; mientras mayor sea la temperatura, menor es el tiempo de retención o fermentación para obtener una buena producción de biogás. Si se toma como ejemplo típico el uso de estiércol de ganado, los TRH varían con la temperatura media de cada región, con la variación diaria estacional (Tabla N° 8)

55

Tabla N° 8: Tiempo de retención Hidráulico 39

Nivel de solidos totales 40

De acuerdo al nivel o contenido de ST del material (mezcla agua-biomasa), la

tecnología de la digestión anaeróbica puede ser llamada húmeda o seca.

Abbassi-Guendouz et al. (2012) la clasifica hasta en tres grupos distintos en

función del porcentaje de ST contenido en la mezcla: proceso húmedo ( ≤ 10%

ST), proceso semiseco (10-20% ST) y proceso seco ( ≥ 20% ST). La tecnología

de la digestión anaeróbica seca tiene la ventaja de que la cantidad de agua

(algunas veces no disponible en grandes volúmenes) se ve sustancialmente

reducida y, consecuentemente, se generan menos costos al minimizar el

tamaño del digestor. Sin embargo, la digestión anaeróbica seca presenta

desventajas, tanto a escala de laboratorio como industrial, relacionadas con la

operación del sustrato dentro del digestor y una baja producción de biogás con

el incremento del porcentaje de ST. (Arrieta Palacios 2016)

Con respecto al manejo del sustrato, Moncayo (2013) afirma que mezclas de

biomasa y agua con niveles de ST superiores al 15% son difíciles de bombear

por las tuberías de alimentación al digestor, además de ser difíciles de agitar,

39 http://www.fao.org/3/as400s/as400s.pdf 40 (Arrieta Palacios 2016) 56 por lo que se requieren grandes cantidades de energía para agitar y lograr la homegeneidad de la mezcla dentro del digestor. (Arrieta Palacios 2016)

En lo que respecta a la producción de biogás, la movilidad de las bacterias metanogénicas se ve crecientemente afectada a medida que aumenta el contenido en sólidos del sustrato (alimentación muy concentrada), por lo que se va reduciendo la capacidad de degradación de éste debido a que se dificulta el acceso de las bacterias a su fuente de alimentación. En cambio, si la alimentación es muy diluida, los microorganismos no tendrán el alimento suficiente para sobrevivir, y se puede dar la formación de una capa de espuma y escoria. Entonces, para mantener la una buena concentración de sólidos, la cantidad de agua y biomasa agregados deben escogerse adecuadamente.

(Arrieta Palacios 2016)

Generación de electricidad con biogas

La generación de electricidad, utilizando biogás, es una posibilidad real y

altamente documentada. Son muchas las alternativas posibles para generar

electricidad empleando el biogás como combustible: motores de combustión

interna, celdas de combustible, turbinas de gas y de vapor, etc. (Labiano

Iradiel 2014)

Debido a su autonomía y compatibilidad, se considera que la tecnología

apropiada para los proyectos rurales de generación de electricidad con biogás

es el empleo de motores alternativos de combustión interna. (Labiano Iradiel

2014)

57

Motores de combustión interna alternativos

El motor alternativo de combustión interna es un motor que convierte la energía química contenida en un combustible en energía mecánica de rotación de un eje. La reacción explosiva de la mezcla aire-combustible en el interior de un cilindro provoca el movimiento lineal del pistón, que la biela convierte en rotación del cigüeñal. De esta manera también se asegura el movimiento alternativo del pistón, que permite la expulsión de los gases formados en la combustión y la entrada de mezcla fresca lista para explosionar. (Labiano Iradiel 2014)

Los motores alternativos de combustión interna están basados en una tecnología conocida y ampliamente usada. Esta tecnología se encuentra presente en máquinas tan habituales como automóviles, barcos, aviones, equipos de obras públicas, y por supuesto, en plantas de producción de energía eléctrica. Para esta última aplicación, la energía mecánica generada por el motor se emplea para mover un alternador, el cual se encarga de transformar la misma en energía eléctrica. Es por lo tanto la combinación de un motor y de un alternador lo que permite obtener energía eléctrica a partir de un combustible. Además, el motor y el alternador pueden ser adquiridos como un solo conjunto denominado grupo electrógeno. (Labiano Iradiel 2014)

Hay básicamente dos tipos de motores de combustión: Los motores de encendido provocado, más conocidos como motores de gas o de ciclo Otto y los motores de encendido por compresión, más conocidos como motores

Diesel. Ambos tipos de motores presentan esencialmente los mismos componentes: Una cámara de combustión cilíndrica que es recorrida por un

58 pistón el cual se encuentra conectado con el eje del cigüeñal a través de una biela, de tal manera que se transforma el movimiento lineal del pistón en uno de rotación. (Labiano Iradiel 2014)

Figura N° 23: Motor de cuatro tiempos 41 La principal diferencia entre ambos es el método de encendido. En los motores de encendido provocado este se realiza gracias a la chispa de una bujía que inicia la combustión de la mezcla de comburente (aire) y combustible después de que ésta es introducida en la cámara, mientras que en los motores de encendido por compresión se comprime en primera estancia únicamente aire

41 (Labiano Iradiel 2014)

59

a alta presión y cuando su temperatura es lo suficientemente alta es cuando

se inyecta en la cámara combustible a alta presión produciéndose la

combustión. (Labiano Iradiel 2014)

El biogás puede ser empleado como combustible en motores de combustión

interna con el cometido de generar energía eléctrica. Dichos equipos pueden

haber sido diseñados para funcionar con biogás como combustible o pueden

estar pensados para funcionar con un combustible diferente. Este último grupo

englobaría a los motores a gas, gasolina o Diesel, los cuales pueden ser

modificados para funcionar con biogás. (Labiano Iradiel 2014) En cuanto a los

equipos diseñados para funcionar específicamente con biogás, se puede

encontrar en el mercado grupos electrógenos con motor integrado a biogás.

A continuación, se exponen las características de los equipos de combustión

mencionados:

Motores a gasolina 42

Los motores de combustión a gasolina pueden funcionar con biogás

realizándoles una simple adaptación, que consiste en colocar entre el filtro del

aire y el carburador una “T” por donde se suministra el biogás al sistema. Al

ser alimentado con biogás directamente al colector de admisión, el motor no

permite una regulación automática de la mezcla y la carga, por lo que el ajuste

del motor se debe realizar de forma manual desde la válvula de control del

biogás, colocada en la línea de admisión. Es por ello que se recomienda que

las cargas aplicadas sean constantes, para evitar los problemas de regulación

del motor y por tanto una ineficiente calidad de la energía suministrada por el

42 (Labiano Iradiel 2014) 60

generador. Para el caso de cargas variables, el flujo de gas hacia el motor se

debe regular con un sistema de control especialmente diseñado, que

garantice que el flujo del gas que se inyecte en el motor pueda responder a

las diferentes demandas de potencia debido a las variaciones de carga

eléctrica, provocada por el constante entrar y salir de cargas.

Motores a Diesel 43

Los motores de combustión a Diesel han sido históricamente los más

populares para las aplicaciones de generación tanto de pequeña como de

gran potencia. Debido a su mayor relación de compresión presentan una

mayor eficiencia que los motores de encendido provocado. Sin embargo en la

actualidad se encuentran en claro retroceso debido a su alto índice de

emisiones contaminantes y viéndose superados por los motores de encendido

provocado con gas natural.

Los motores a diesel pueden operar con una sustitución del diesel por biogás

de hasta un 70% con un consumo de diesel del 30% restante. Al consumir los

dos tipos de combustible al mismo tiempo el motor no sufre ninguna alteración.

En estos motores la mezcla de diesel y biogás se realiza directamente en la

cámara de combustión del motor. Cuando el motor recibe el biogás por la

entrada de aire, este se acelera, por lo que el gobernador de la bomba de

inyección reduce la cantidad de diesel suministrado a la cámara de

combustión, logrando una estabilidad en la aceleración y potencia del motor.

Estos motores soportan las variaciones de carga sin tener que operar la

válvula de regulación del biogás, permitiendo operar en un rango más amplio

de carga. Para los arranques del motor se debe alimentar únicamente con

43 (Labiano Iradiel 2014) 61

Diesel, una vez arrancado el mismo se realiza la transferencia de biogás

gradualmente hasta alcanzar el 70%. No es recomendable la sustitución

mayor a un 70% de biogás por Diesel porque puede dañar el motor.

Motores a gas 44

En los motores de combustión a gas el combustible utilizado es generalmente

gas natural. El gas natural es un hidrocarburo compuesto principalmente por

metano (CH4) y su poder calorífico es muy parecido al de los combustibles

derivados del petróleo. Para que un motor pueda funcionar con gas natural

debe de ser de explosión con encendido por chispa (Ciclo Otto). El proceso

de combustión es muy similar al de un motor de gasolina y tan solo se

diferencia del mismo en la tecnología de admisión del combustible. El aire

aspirado por el motor se mezcla en el colector de admisión con el gas natural

por efecto Venturi o por inyección. La mezcla es introducida en el cilindro por

la válvula de admisión para posteriormente ser comprimida y explosionada

tras saltar la chispa en la bujía.

Las modificaciones que se deben realizar al motor para utilizarlo en la

generación de electricidad empleando biogás como combustible consiste en

modificar levemente la presión de inyección del gas. El porcentaje de

sustitución de biogás por gas es del 100%, pudiéndose realizar una conexión

de la tubería de biogás al sistema de modo que el equipo pueda operar con

ambos combustibles si se cree conveniente.

Este tipo de tecnología ofrece bajos costes de inversión, rápida puesta en

marcha, buena fiabilidad con un adecuado mantenimiento y unas excelentes

44 (Labiano Iradiel 2014) 62

características de carga. Presentan un buen potencial de recuperación de

calor, consiguiendo fácilmente unos rendimientos globales del 70 al 80%.

Además, su alta eficiencia eléctrica hace que sus costes de operación sean

menores. Por contra, sus costes de mantenimiento son mayores, debido a que

son necesarias numerosas revisiones periódicas para cambiar los filtros de

aceite del motor y las bujías.

Motores a biogás 45

Los beneficios que conllevan la generación de biogás y su uso para generar

energía han propiciado el desarrollo de esta tecnología. De esta forma han

aparecido en el mercado empresas que ofertan grupos electrógenos

preparados para funcionar exclusivamente con biogás. Un grupo electrógeno

a biogás es una máquina que, a través de un motor de combustión interna

cuyo combustible es biogás, mueve un generador eléctrico. El motor que se

encarga de trasformar la energía química contenida en el biogás en energía

mecánica que hará girar el alternador. Al ser el combustible biogás, los

motores que se emplean son de ciclo Otto y son estructuralmente similares a

los motores a gas natural. Por su parte, el generador eléctrico se encarga de

producir la energía eléctrica de salida a partir de la energía mecánica del

motor. Generalmente se trata de alternadores autorregulados y sin escobillas,

los cuales van acoplados de manera precisa al motor.

Como principales ventajas de los grupos electrógenos a biogás se puede decir

que disponen de alternadores robustos y preparados para soportar las

vibraciones que ocasiona la combustión de biogás, así como de motores de

bajas revoluciones que aumentan la vida útil del mismo. Además, al tratarse

45 (Labiano Iradiel 2014) 63

de grupos electrógenos, contarán con un sistema de regulación del motor que

permitirá trabajar con cargas variables. El regulador del motor es un

dispositivo mecánico diseñado para mantener una velocidad constante del

motor con relación a los requisitos de carga. La velocidad del motor está

directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que

cualquier variación de la velocidad del motor afectará a la frecuencia de la

potencia de salida.

Se trata de motores adecuados para biogás por lo que se evita realizar

modificaciones que en los anteriores motores eran necesarias. Para un

correcto funcionamiento de estos grupos electrógenos, el biogás deberá ser

suministrado a una determinada presión que puede estar en el orden de 10-

100 mbar. Desafortunadamente, la exclusividad de esta tecnología la lleva a

ser más cara.

Alimentación de combustible al grupo electrógeno 46

Los grupos electrógenos a gas utilizan combustibles gaseosos para su

funcionamiento, ya sea gas natural, gas licuado de petróleo o, como en el caso

de estudio, biogás. Sin importar el combustible usado, existen unos requisitos

mínimos necesarios en la instalación que deben satisfacerse para asegurar la

operación del sistema:

46 (Labiano Iradiel 2014) 64

Figura N° 24: Sistema de alimentación de combustible 47 Tabla N° 9: Componentes del sistema de alimentación de combustible 48

El gas suministrado al conjunto generador debe ser de calidad aceptable, es

decir, que la cantidad de energía por unidad de volumen de combustible sea

alta.

El suministro de gas debe tener suficiente presión, aportándose la apropiada

para la operación en todo momento. (Labiano Iradiel 2014)

El gas debe suministrarse al generador en suficiente volumen para que este

pueda operar. Para ello habrá que elegir una tubería de transporte que permita

el caudal adecuado de biogás. Lógicamente, cuanto mayor sea la calidad del

combustible menor será el caudal requerido. (Labiano Iradiel 2014)

Estos requisitos se logran gracias a un sistema de alimentación de

combustible cuyos elementos van a ser descritos con detalle en este apartado.

Dichos elementos son:

47 (Labiano Iradiel 2014) 48 (Labiano Iradiel 2014) 65

Filtro de remoción de H2S (2): Su función es eliminar el ácido sulfhídrico (H2S)

presente en la composición del biogás. El biogás producido en el biodigestor

es transportado por medio de una bomba de vacío (1) a través de este filtro.

Tanque de combustible (3): Su función es almacenar el biogás destinado a

alimentar el grupo electrógeno. El biogás llega al tanque a través del filtro de

remoción de H2S. (Labiano Iradiel 2014)

Tren de calibración (4-8): Su función es hacer llegar el biogás desde el tanque

hasta el grupo electrógeno en las condiciones adecuadas de presión, volumen

y temperatura. El elemento principal del tren de calibración es el compresor

(6), y su funcionamiento se complementa con válvulas, sensores y un filtro de

gas. (Labiano Iradiel 2014)

Filtro de remoción de H2S 49

El biogás es una mezcla de gases compuesta por metano (CH4), dióxido de

carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S), vapor de agua (H2O) así como

restos de hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), amoniaco (NH3) y oxígeno (O2). El

metano pertenece a la familia de los hidrocarburos, por tanto, tiene

propiedades inflamables, mientras que los otros gases (CO2, H2O, H2S, etc.)

tan solo diluyen el biogás.

Dado que el biogás será el combustible que se empleará para la generación

de electricidad, es de suma importancia garantizar que el mismo no contenga

compuestos que vayan a dañar física y/o químicamente el equipo en el que

se piensa aprovechar. En ese sentido habrá que tener muy en cuenta al

contenido de sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico en el biogás. La

49 (Labiano Iradiel 2014) 66 diferencia entre ambos, es simplemente el estado físico en que se encuentran.

El sulfuro de hidrógeno es un gas, mientras que el ácido sulfhídrico es el mismo sulfuro de hidrógeno que ha reaccionado con agua para formar un

ácido. El sulfuro de hidrógeno y el metano se producen en el biodigestor, en el mismo proceso, por lo tanto la presencia de este compuesto en el biogás entra dentro de lo normal. (Labiano Iradiel 2014)

El sulfuro de hidrógeno es el compuesto que le da al biogás su mal olor característico. No tiene color, es inflamable y extremadamente peligroso.

Es importante llevar a cabo una remoción del ácido sulfhídrico (H2S) por las siguientes razones:

Es extremadamente nocivo para la salud debido a su alta toxicidad.

Puede causar daños internos por corrosión en equipos como generadores eléctricos, microturbinas, etc.

Su combustión genera dióxido de azufre (SO2), compuesto que además de toxico es dañino para el medio ambiente. (Labiano Iradiel 2014)

En base a lo expuesto se decide que el sistema de generación de electricidad del matadero municipal de Cochabamba disponga de una torre de absorción de H2S para acondicionar el biogás antes de su entrada al motor. La torre de absorción tendrá un volumen de 1100 litros e irá ubicada a la salida del biodigestor. En caso de querer emplear el biogás almacenado en los gasómetros para alimentar el motor, deberá trasladarse el mismo a través de la torre de absorción. De esta forma, además de una protección del grupo electrógeno, se logrará proteger el resto de equipos que intervengan en el sistema de generación y que están ubicados tras la torre de absorción de H2S.

67

Debido a que la presión que se genera en el interior del biodigestor de los gasómetros no es la adecuada para llevar a cabo el transporte del biogás, se hará llegar el mismo a la torre de absorción mediante el empleo de bombas de vacío. Las bombas aumentarán la presión de 1,5 kPa que hay en el interior del biodigestor y de los gasómetros hasta unos 3,5 kPa, posibilitando el transporte del biogás a través del filtro de H2S. (Labiano Iradiel 2014)

Ecuaciones para el dimensionamiento del sistema voltaico

Ecuaciones para calcular la proyección de energía y máxima demanda

Teniendo como datos de campo el número de habitantes y el número de viviendas, se procede a calcular la tasa de crecimiento poblacional a partir de los datos del INEI y con ello proyectamos la población

… . Donde:

Po: Población actual

Pn : Población proyectada al año n i: Taza de crecimiento poblacional

El número de viviendas proyectas se calculará con la siguiente ecuación

… Luego sumamos los consumos de energía eléctrica por las unidades de viviendas, las cargas especiales y el alumbrado esta energía lo designaremos con:

68

Debido a las pérdidas de energía por efecto Joule en los conductores

eléctricos, eficiencia del controlador, inversor, baterías, la energía que

debería suministrara el sistema biomasa fotovoltaico debe ser mayor y por

ello consideraremos la siguiente ecuación:

/ …

Donde F

. .

Se consideran los siguientes valores para los factores de pérdida de

: Fracción de energía perdida por autodescarga : Factor de perdidas debido al a eficiencia de la batería : Factor de perdidas debido a la eficiencia del inversor : Factor de perdidas global debido al calentamiento conexiones, etc.

: Profundidad de descarga máxima de las baterías

Ecuaciones para el cálculo del biodigestor

Volumen del biodigestor 50

Calculo de la relación agua / estiercol

% 1 … 5 %

50 https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/14508/ANEXO%20C.pdf?sequence=4&isAllowed =y 69

La carga total esta dado por:

. 6

Para determinar el volumen de carga diario seguiremos la siguiente ecuación:

. . 7

Para determinar el volumen del biodigestor se usará la siguiente ecuación:

…

Donde:

TR: tiempo de retención

C: carga diaria

Para calcular las dimensiones del biodigestor de cúpula fija tenemos las siguientes ecuaciones

Dimensiones del biodigestor

1.Del volumen del reactor

2. Se calcula el radio del volumen predefinido

… 9 1,121. 3. Se calcula la unidad en metros (U)

70

… 10 4 4. Se determina el resto de los parámetros

a) Cálculo de las proporciones:

Radio de la cúpula: 5 … 11

diámetro del cilindro: 8 … 12 Altura de la cúpula ℎ 2. . 13 Altura de la pared ℎ 3 … 14 Altura del cono base ℎ 0,15….15 b) Volúmenes parciales:

1 3 ∗ ∗ ℎ … 16

∗ ℎ 2 3 3 ∗ ℎ … 17 6

ℎ 3 3 ∗ ∗ … 18 3 c) Volumen del biodigestor:

.., 123….

71

Figura N° 25: Biodigestor 51

Cálculo del volumen del tanque de compensación ( ) El volumen del tanque de compensación se calculará considerándolo como

un tercio del volumen del biodigestor

1 . . 3

El radio del tanque de compensación será de forma cilíndrica y lo

consideramos igual al radio del cilindro, entonces la altura del tanque de

compensación es de:

= ℎ … 21

Se considera un margen de 20 cm en la parte superior del tanque.

51 (Chonlon Velicoso 2016) 72

ℎ ℎ 0,2. . 22

Cálculo del volumen del tanque de mezcla

Se calcula el volumen del tanque de mezcla como el volumen de entrada

diario del digestor, la suma del agua y el estiércol, sobredimensionando un

15%.

Se calcula el radio del tanque de mezcla en función de su altura y volumen

= .ℎ … 23

Dimensionamiento del sistema fotovoltaico

Luego calculamos la energía promedio diaria para las unidades de vivienda,

iglesia, local comunal centro de salud, alumbrado público etc. que demanda

la carga la cual designaremos con:

Enseguida, debemos calcular la potencia del generador fotovoltaico

teniendo en cuenta la energía eléctrica proyectada, las horas solar pico y

el factor considera un factor global de funcionamiento 52 (PR ) de 0,6

. . Luego es posible calcular el número de paneles, si ya hemos seleccionado

la potencia del panel a utilizar, de la siguiente manera:

52 (Agustin Castejon s.f.) 73

…

Luego considerando una tensión de trabajo del sistema de corriente directa, podemos calcular el número de paneles en serie.

/ …

El número de ramas en paralelo de paneles se calculará con la siguiente ecuación:

/ ... .

Para el dimensionado de la batería son la máxima profundidad de

descarga (estacional y diaria) y el número de días de autonomía.

( x / . .

Donde: = Capacidad mínima del banco de baterías, expresada en Ah. = Número de días de autonomía. = Energía eléctrica total media diaria (Wh/día). = Profundidad máxima de descarga = Tensión de trabajo del sistema fotovoltaico. : eficiencia del inversor : eficiencia del conjunto regulador batería

El número de baterías a conectarse en serie se obtiene de la siguiente

ecuación.

. / . . 74

Para calcular el número de ramas de baterías en paralelo en paralelo

. / . . Para el dimensionamiento del regulador calcularemos la corriente eléctrica mínima que debe tener el regulador con la siguiente ecuación

= x , …

Teniendo la corriente eléctrica del regular podemos calcular el número de

reguladores para la instalación con la siguiente ecuación

= / . . El número de ramas de paneles solares que se conectaran a cada

regulador de obtiene de la siguiente ecuación:

/ . .

Para el cálculo de los inversores se considerará la siguiente ecuación

. . 34

Para calcular el número de inversores

. . 35

Para el cálculo del cableado, primero calcular eso la corriente eléctrica

por cada tramo de conductor

75

Para el tramo generador fotovoltaico – controlador, la corrientita esta dado por ( :

= x , . . .

Para el cálculo de la sección mínima del conductor eléctrico tenemos lo siguiente

= ∆ . . Donde:

= Sección mínima recomendada [ ]. L = Longitud tramo [m]. I= Corriente para cada tramo de la instalación [A]. = Caída máxima permitida para cada tramo [V]. ∆

Para determinar el Angulo óptimo de inclinación de los paneles solares aremos uso de la siguiente ecuación:

) , , × ||. . : Angulo de inclinación optimo : Latitud del lugar sin signo |φ|:

Para el dimensionamiento de la red de distribución secundaria tenemos en los cálculos eléctricos la

76

La fórmula para calcular redes aéreas es la siguiente:

… Donde:

I = Corriente eléctrica que recorre el circuito, en A

L = Longitud del tramo, en m

K = Factor de caída de tensión

Para los cálculos mecánicos de la red de distribución secundaria

usaremos la ecuación de cambio de estado TRUXA

 W 2 * L2 * E  W 2 * L2 * E σ 2 σ + Eα()t − t + ri −σ = rF F  F f i 24 * 2 *σ 2 i  24 * 2 …(40)  A i  A

Donde:

σi : Esfuerzo admisible en la hipótesis inicial (Kg/mm 2)

σF : Esfuerzo admisible en la hipótesis final (Kg/mm2)

Wri : Peso resultante en la hipótesis inicial (Kg/m)

WrF : Peso resultante en la hipótesis final (Kg/m)

ti : Temperatura en la hipótesis inicial (°C)

tF : Temperatura en la hipótesis final (°C)

σ : Coeficiente de dilatación lineal (°C -1)

E : Módulo de elasticidad (Kg/mm2)

A : Sección (mm 2)

L : Vano (m) 77

La carga Unitaria Resultante del Conductor.

2 2 d * P W = W +W …(41) Donde: W = V …(42) r C V V 1000

Pv: Presión del viento (Kg/m 2)

d: Diámetro del conductor (mm)

Wc: Peso propio del conductor (Kg/m )

Flecha del Conductor.

W *L2 f = r 8Aσ …(43)

Wr : Peso resultante del conductor (Kg/m).

L: Vano (m).

A: Sección del conductor (mm 2).

σ2 :Esfuerzo en la hipótesis considerada (Kg/mm 2).

Vano Básico: El tensado de conductores; comprendidos entre dos estructuras de anclaje debe tener el mismo esfuerzo a lo largo de todo el tendido de la línea.

∑ … ∑

78

Definición conceptual de la terminología empleada.

Biomasa : Materia orgánica que se encuentra tanto encima como debajo del suelo, y tanto viva como muerta; por ejemplo, árboles, cultivos, hierbas, hojarasca y raíces.

Combustible fósil: Fuente de energía no renovable producida por los restos de organismos vivientes que se constituyen bajo el suelo o en el curso de períodos geológicos, pudiendo adoptar una forma líquida

(aceite), sólida (carbón, turba) o gaseosa (gas natural).

Combustible no renovable : Combustible extraído de un recurso finito que terminará esquilmado y siendo demasiado costoso o demasiado perjudicial para el medio ambiente para que pueda ser recuperado; comprende los combustibles fósiles provenientes del carbón, petróleo y gas natural y la energía nuclear.

Gases de efecto invernadero Compuestos químicos presentes en la atmósfera que bloquean la radiación solar y el calor.

Pirólisis Proceso de descomposición de materias orgánicas mediante calor en un ambiente carente de oxígeno; es un método para convertir la biomasa en biogasóleo.

Célula solar o fotovoltaica

Dispositivo que transforma la radiación solar en energía eléctrica.

Radiación solar

Energía procedente del sol en forma de ondas electromagnéticas.

Irradiancia

79

Densidad de potencia incidente en una superficie o a energía incidente en una superficie por unidad de tiempo y unidad de superficie. Se mide en kW/m 2

Irradiación

Energía incidente por unidad de superficie y a lo largo de un cierto periodo de tiempo. Se mide en kWh/m 2.

Instalación fotovoltaica

Aquella que se disponen de módulos fotovoltaicos para la conversión directa de la radiación solar en energía eléctrica sin ningún paso intermedio.

Instalaciones fotovoltaicas interconectadas

Aquellas que normalmente trabajan en paralelo con la empresa concesionaria de energía eléctrica.

Panel fotovoltaico

Conjunto de células solares directamente interconectadas y encapsuladas como único bloque, entre materiales que las protegen de los efectos de la intemperie.

Arreglo solar : Conjunto de módulos solares fotovoltaicos conectados eléctricamente e instalados.

Caja de conexión: Caja a donde se llevan los cables para realizar las conexiones.

Carga: Cualquier dispositivo o aparato que demanda potencia. Esta depende de cada aparato y varía durante el día de acuerdo a la manera en que esta ópera.

80

Condiciones de prueba estándar: Condiciones en las cuales se prueban los módulos fotovoltaicos en laboratorio (1 kWh/m 2 de radiación solar, 25°C de temperatura de la celda solar y espectro solar correspondiente a una masa de aire de 1,5).

Conexión en paralelo : Método de conexión en el cual todos los bornes positivos y negativos se juntan. Si los módulos son todos iguales, la corriente se suma y la tensión permanece igual.

Conexión en serie : Método de conexión en el cual el borne positivo de un módulo se conecta al borne negativo del siguiente y así sucesivamente. Si los módulos son todos iguales, el voltaje se suma y la corriente permanece igual.

Conductor eléctrico : Todo material capaz de conducir la corriente eléctrica. Para transportar la energía eléctrica se utilizan “hilos” fabricados generalmente de cobre o aluminio.

Consumo eléctrico : Número de Watts hora (Wh) o Kilowatts hora (kWh) utilizados para que funcione un aparato eléctrico durante un tiempo.

Depende de la potencia del aparato y del tiempo que esté funcionando.

Constante solar : Cantidad de energía solar que incide sobre una superficie de 1 m 2 por segundo, cuando ésta se halla en el tope de la atmósfera a la distancia media sol-tierra. Su valor es aproximadamente

1,36 kW/m 2.

Corriente continua : La corriente continua (CC o DC, en inglés) se genera a partir de un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido, el cual va desde el polo negativo de la fuente al polo positivo. Al desplazarse en este sentido los electrones, los

81 huecos o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario, es decir, desde el polo positivo al negativo.

Corriente de corto circuito : Corriente que se mide en condiciones de corto circuito en los terminales de un módulo.

Corriente de máxima potencia : Corriente correspondiente al punto de máxima potencia.

Cortocircuito: Conexión accidental de dos conductores de distinta fase, o de éstos con el neutro.

Curva I-V: Característica Intensidad vs. Voltaje tomada bajo condiciones determinadas de radiación. Es la información esencial para caracterizar a los módulos fotovoltaicos.

Eficiencia de la celda : Relación entre la potencia que entrega una celda solar (expuesta a pleno sol) a la potencia solar incidente sobre ella.

Horas de sol pico : Número equivalente de horas a 1 kWh/m 2 de radiación solar que produce la misma cantidad de energía solar que bajo las condiciones reales de insolación.

Instalación eléctrica : Conjunto de aparatos y de circuitos asociados, en previsión de un fin particular: producción, conversión, transformación, transmisión, distribución o utilización de la energía eléctrica.

Intensidad eléctrica : Magnitud eléctrica definida como la cantidad de electricidad que pasa a través de la sección de un cable conductor en un segundo. Se mide en Amperios (A)

Interruptor: Aparato utilizado para conectar o desconectar parte de una instalación.

82

Masa de aire : Medida de la distancia que atraviesa la luz en la atmósfera en su trayectoria hacia la superficie terrestre.

Megawatt: Un millón de watts (1 MW = 1 000 000 W)

Módulo o módulo solar fotovoltaico : Conjunto de celdas solares interconectadas dentro de una unidad sellada.

NOCT (Nominal Operation Cell Temperature): Es la temperatura que alcanza la celda cuando ésta se expone a 800 W/m 2 de radiación en un ambiente con aire a 20°C de temperatura y circulando a una velocidad de 1 m/s, cuando la celda está en circuito abierto.

Potencia eléctrica : Capacidad de los aparatos eléctricos para producir trabajo (la cantidad de trabajo realizado en la unidad de tiempo). La unidad de medida es el Watt (W), el kilowatt (kW) o el megawatt (MW).

Punto de máxima potencia : Punto de la curva I-V en donde el producto

I * V (potencia) tiene su valor máximo.

Voltaje de circuito abierto : Voltaje que se mide en los terminales sin carga de un sistema fotovoltaico.

Voltaje de máxima potencia : Voltaje correspondiente al punto de máxima potencia.

Watt pico: Unidad de medida de un módulo solar fotovoltaico, que significa la cantidad de potencia máxima que puede generar el módulo a condiciones estándar de funcionamiento (1000 W/m 2, 25°C y 1,5 de masa de aire).

83

MARCO METODOLÓGICO

Tipo y diseño de investigación

El tipo de investigación es Aplicada: Para Murillo (2008), la investigación

aplicada recibe el nombre de “investigación práctica o empírica”, que se

caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los conocimientos

adquiridos, a la vez que se adquieren otros, después de implementar y

sistematizar la práctica basada en investigación. El uso del conocimiento y

los resultados de investigación que da como resultado una forma rigurosa,

organizada y sistemática de conocer la realidad 53 . Aaplicaremos los

conocimientos de sistemas solares fotovoltaicos y sistemas con biomasa

biomasa para suministrar energía eléctrica en el caserío el Santa Rosa de

Tumar ubicado en el distrito de Huambos perteneciente al departamento de

Cajamarca.

El diseño de investigación será no experimental porque no se van a

manipular las variables

Población y muestra

La Población

para la presente tesis se tendrá como población las 24 unidades de viviendas,

01 local comunal y 01 colegio de nivel primaria, las cuales conforman el caserío

Santa Rosa De Tumar en el distrito de Huambos.

La Muestra

53 https://www.redalyc.org/pdf/440/44015082010.pdf 84 está conformada por 24 unidades de viviendas, 01 local comunal y 01 colegio de nivel primaria, las cuales conforman el caserío Santa Rosa De Tumar en el distrito de Huambos.

Hipótesis

Con el uso del biogas y la energía solar fotovoltaica podremos generar electricidad en el caserío Santa Rosa De Tumar en el distrito de Huambos, provincia de Chota ubicado en el departamento de Cajamarca.

Operacionalización de variables

85

Tabla N° 10: Operacionalización de Variables 54

Variables Definición conceptual Definición operacional Indicadores

Variable independiente El biogás es un gas combustible que se genera Determinar la cantidad de en medios naturales o en dispositivos biogas que se puede extraer del Dimensionamiento del específicos, por las reacciones de ganado vacuno. biodegradación de la materia orgánica , sistema eléctrico con Energía solar y biogas mediante la acción de microorganismos y otros biogas. Dimensionamiento del biodigestor factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un Dimensionamiento de ambiente anaeróbico )55 . Irradiación solar (kWh/m 2/día) sistemas solares fotovoltaicos La energía fotovoltaica es la transformación Paneles fotovoltaicos (Wp) directa de la radiación solar en electricidad . Controladores (V/A) Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos 56 .

Variable dependiente Se denomina energía eléctrica a la forma Determinar la energía Energía promedio diaria. (W.h) de energía que resulta de la existencia de promedio diaria, la Energía eléctrica una diferencia de potencial entre dos puntos, lo tensión de salida Máxima demanda (W) que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico 57

54 Fuente: elaboración a partir de conceptos 55 https://es.wikipedia.org/wiki/Biog%C3%A1s 56 https://www.appa.es/appa-fotovoltaica/que-es-la-energia-fotovoltaica/ 57 https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

86

Métodos y Técnicas de investigación

Utilizamos el método deductivo por que se han considerado características generales del uso de energías renovables, para llegar a conocer hechos particulares como es la energía solar y la energía procedente de la biomasa en la generación de energía eléctrica, que han permitido cumplir con los objetivos de la investigación.

Las técnicas empleadas son las siguientes:

a) Observación:

Que consistió en observar y registrar al detalle las características

eléctricas de las cargas existentes; estos datos fueron registrados por

el investigador.

b) La Entrevista

Se realizó al propietario de las viviendas del centro poblado con la

finalidad de conocer las cargas existentes y además las cargas que

podría utilizar al implementarse el sistema biogas energía solar

fotovoltaica.

87

Figura N° 26: Entrevista a los habitantes del caserío Santa Rosa de Tumar-Chota Fuente: elaboracion propia del autor

c) El análisis documental

Para el desarrollo de este punto se tuvo que tener en cuenta

publicaciones, tesis, revistas, informes, normas, etcétera;

estrechamente relacionadas al tema en mención, los cuales me han

ayudado en la investigación. Como también reportes de facturación de

energía eléctrica los cuales fueron indispensables para el desarrollo del

tema.

Descripción de los instrumentos utilizados

Los instrumentos utilizados en el presente trabajo de investigación; son distintos para cada una de las variables como las etapas del trabajo efectuado.

88

En la técnica de la observación el instrumento es la guía de

observación nos permiten cerciorar la realidad del trabajo de los equipos,

esto se comprueba mediante panel fotográfico y lo más importante por

las visitas que se realizan a las incubadoras artificiales que trabajan con

energía convencional.

En la técnica del análisis documental la guía de Análisis de

Documentos: Se han revisado las diversas normas técnicas peruanas

e internacionales relacionadas con la línea de investigación, tesis, libros

convenientes para la investigación.

En la técnica de la entrevista se usó un cuaderno y lapicero, La

entrevista, es la comunicación interpersonal establecida entre el

investigador y el sujeto de estudio a fin de obtener respuestas verbales

a los interrogantes planteados sobre el problema propuesto. Se

considera que este método es más eficaz que el cuestionario, ya que

permite obtener una información más completa.

A través de ella el investigador puede explicar el propósito del estudio y

especificar claramente la información que necesite; si hay interpretación

errónea de las preguntas permite aclararla, asegurando una mejor

respuesta 58 .

58 http://manuelgalan.blogspot.com/2009/05/la-entrevista-en-investigacion.html 89

Análisis Estadístico e interpretación de los datos

Una de las etapas importantes de la investigación es el análisis estadístico y la interpretación de los datos, porque aquí es donde se obtienen las conclusiones.

La información obtenida en el presente trabajo de investigación, como son datos de radiación solar, máxima demanda eléctrica y la energía generada con el sistema convencional y fotovoltaico, se han organizado en tablas y gráficas de barras utilizando el MS Excel 2016, además de la cantidad de residuos ganaderos que se procesaron para obtener la candia de energía eléctrica que se puede obtener gracias a ello se ha podido dar respuestas al problema planteado.

Una medida de tendencia central que se ha utilizado es la media aritmética, la cual permitió expresar en forma resumida los datos de energía eléctrica consumida diaria.

90

PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN

Propuesta de la investigación

En vista de la problemática en el caserío el caserío Santa Rosa De

Tumar en la provincia de Chota. se propone el dimensionamiento de un sistema utilizando la biomasa del residuo del ganado vacuno debido a que los habitantes se dedican a la ganadería y la agricultura.

Para lo cual se propone o siguiente: a) Biodigestor . De las dimensiones adecuadas a la cantidad de estiercol más el agua el cual además del biodigestor propiamente dicho tendremos un sistema de purificación para hacer el ingreso del biogas al grupo electrógeno. a) Generador Fotovoltaico: Que estará formado por un conjunto de paneles fotovoltaicos, se tendrá en cuenta una marca reconocida y la potencia que sea comercializables es decir fácil de poder adquirirlo. El número de paneles fotovoltaicos se determinará en función de la máxima demanda de la carga. b) Controlador de carga solar: De marca reconocida con la capacidad de corriente eléctrica de tal manera que pueda soportar la corriente de cortocircuito del generador fotovoltaico y la potencia suficiente para que no se produzcan sobrecargas.

91

c) Banco de batería: Se considerará baterías de marca reconocida y la capacidad se seleccionará en función de la energía de la carga y los días de autonomía. d) El inversor: Para transformar la corriente eléctrica en CD a AC y poder suministrarle a la carga los 220 V y a una frecuencia de 60 Hz. e) Red de distribución en 220 V

Con la finalidad de poder llevar la energía desde el sistema biomasa fotovoltaico a cada uno de las viviendas y así lograr su aprovechamiento por parte de los habitantes.

92

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

Cálculo de la energía promedio diaria proyectada y máxima

demanda en el caserío Santa Rosa de Tumar en Huambos.

INICIO

CONSUMO / POBLACIÓN CONSUMO / CARGAS VIVIENDAS VIVIENDA ESPECIALES

TASA DE VIVIENDAS CRECIMENTO PROYECTADAS

ENERGÍA TOTAL ENERGÍA PARA DE LAS CARGAS ENERGÍA TOTAL ALUMBRADO ESPECIALES DE LAS VIVIENDAS PUBLICO

ENERGIA TOTAL PROYECTADA PARA EL CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR

FIN

Figura N° 27: Flujograma para determinar la energía proyectada 59

59 Fuente. Elaboracion propia del autor 93

El caserío Santa Rosa de Tumar está constituido por 24 viviendas, 01 local comunal y 01 centro educativo nivel primaria con un total de 26 lotes. El procedimiento que se seguirá para calcular la energía promedio diaria proyectada se muestra en la figura N° 28

Figura N° 28: Centro educativo nivel primario en Santa Rosa de Tumar- Chota Fuente: elaboracion propia del autor

Energía eléctrica para las unidades de vivienda

Para determinar la energía tota promedio diaria para las unidades de vivienda necesitamos proyectar la población para 20 años, debido a que es la vida útil del sistema fotovoltaico.

94

Tasa de crecimiento poblacional. de viviendas, las tasas decrecimiento consideradas se muestran en la

siguiente tabla 11

Tabla N° 11: Tasas de crecimiento 60 para el departamento de Cajamarca

Año 1940- 1961- 1972- 1981- 1993- 2007-

1961 1972 1981 1993 2007 2017

Tasa de crecimiento 2,0 % 1,9 % 1,2 % 1,7% 0,7 -0,3 %

De la Tabla N° 11 de donde obtenemos que el valor promedio para las

tasas de crecimiento es de 1,20 %

proyectamos el número de habitantes con los siguientes datos:

Donde:

Po: Población actual (81 habitantes)

P25 : Población proyectada al año 20

i: Taza de crecimiento poblacional (1,20 %)

el número de habitantes proyectados de la ecuación (1) para el año 20 es de:

, , calcularemos el número de viviendas proyectados de la ecuación (2):

,

60 https://www.inei.gob.pe/media/MenuRecursivo/publicaciones_digitales/Est/Lib1530/libro.pdf 95

Tabla N° 12: Energía promedio diaria para las unidades de vivienda 61

Energía eléctrica para unidades de vivienda- caserío Santa Rosa de Tumar Consumo Potencia Uso diario diario potencia Carga Cantidad (W) (h) promedio (W) (Wh) Viviendas proyectadas: 31 Lámpara(cocina) 8 1 4 32 8 Lámpara (sala) 8 1 4 32 8 Lámpara 8 2 2 32 16 (dormitorios) Televisor 80 1 3 240 80 Carga de celular 10 2 1 20 20 Radio 30 1 5 150 30 Sub total 506 162 Total 15686 5022 Local comunal Lámparas 8 4 3 96 32 equipo de sonido 300 1 3 900 300 Radio 30 1 4 120 30 Televisor 80 1 3 240 80 Carga de celular 10 2 1 20 20 Sub total 1 376,00 462 Centro educativo Lámparas 8 4 3 96 32 Computadora 300 3 3 2700 900 equipo de sonido 300 1 3 900 300 Radio 30 1 4 120 30 DVD 20 1 2 40 20 Televisor 80 1 3 240 80 Carga de celular 10 2 1 20 20 Sub total 4 116,00 1382 Alumbrado publico Lámparas 60 1 12 720 60 Sub total 720 60 Total 21 898,00 6 926,00

61 Fuente: elaboracion propia 96

De la Tabla N°12 observamos que la energía promedio diaria para las 31

unidades de vivienda proyectadas y cargas especiales es de 21,898 kWh y

la potencia instalada es de 6 926 W

Datos de la irradiación solar

a) Se obtuvo los datos del atlas solar del Perú de donde se obtuvo que se

encuentra entre 4,5 kWh/m 2/día y 5 kWh/m 2/día, considerando el valor

promedio de 4,75 kWh/m 2/día

b) Datos de irradiación solar de la NASA

Para obtener los datos se siguió el siguiente procedimiento

Con los datos de latitud y longitud consultamos la página web de la NASA,

para ello ingresamos al siguiente link: https://power.larc.nasa.gov/

Figura N° 29: Ingreso a la página web de la NASA 62 Ingresamos a DATA ACCES y luego seleccionamos POWER DATA

ACCES VIEWER

62 https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/

97

Luego de obtener los datos de las tres fuentes elaboramos la siguiente

figura 30 que se muestra a continuación

Figura N° 30: Ingreso de datos de latitud y Longitud 63 De donde se obtuvo lo siguiente:

Figura N° 31: Irradiación solar en el caserío Santa Rosa de Tumar 64

63 https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/ 64 https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/ 98

Irradiación solar promedio diaria en el Caserio Santa Rosa de Tumar – Cajamarca 7

6

5 4

3

2 1

Radiacion solar ( kWh/m2/día) 0 Septi Febre Marz Agost Octub Novie Dicie Enero Abril Mayo Junio Julio embr ro o o re mbre mbre e NASA 4.82 4.61 4.88 4.71 4.93 4.93 5.06 5.46 5.76 5.67 5.86 5.17 ATLAS SOLAR 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 4.75 Meses del año

NASA ATLAS SOLAR

Figura N° 32: Irradiación solar en el caserío Santa Rosa de Tumar

De la figura N° 32 se observa el mes critico es el mes de febrero con un valor de 4,61 kWh/m 2/día

Generación eléctrica con biomasa

Cuantificación de la cantidad de estiercol

Para cuantificar la cantidad de estiercol se recogió el estiercol de una vaca del caserío Santa Rosa de Tumar y se obtuvo un promedio aproximado de

14,0 kg

99

Figura N° 33: Ganado vacuno en el caserío Santa Rosa de Tumar - Chota Fuente: elaboracion propia del autor

Figura N° 34: Recogiendo el estiercol de una vaca Fuente: elaboracion propia del autor

100

Figura N° 35: pesando el estiercol Fuente: elaboracion propia del autor

Dimensionamiento del biodigestor

Para determinar la cantidad de biogas obtenido de la excreta del ganado vacuno en primer lugar necesitamos conocer la cantidad de excreta diaria producida por el ganado vacuno estos resultados se muestran a continuación en la Tabla N° 13.

101

Tabla N° 13: Cantidad de biogas producido en el caserío Santa Rosa de Tumar

Cantidad de ganado 57

estiercol diario 15 kg/día estiercol total 855 kg/día contenido de biogas por kilogramo de estiercol 0,035 m3/kg Total de biogas 29,925 m3 Poder calorífico 7,000 kWh/m3 eficiencia del grupo electrógeno adaptado 5% Energía producida 10,474 kWh/día

Fuente: elaboracion a partir de datos

De la tabla N° 13 se obtiene que la cantidad de energía que se puede obtener del grupo electrógeno trabajando con biogas es de 10,474 kWh

Volumen del biodigestor 65

Solidos totales y concentración del afluente

De la investigación realizada por (Arrieta Palacios 2016, 166) nos indica que:

Para el caso del estiércol fresco de vacuno, el % de ST o materia seca (MS) varía entre 13 % y 25 % (Thy et al., 2005; Álvarez, Villca y Lidén, 2006; Álvarez y Lidén,

2008; Ferrer et al., 2011, Garfí et al., 2011; Esquivel et al. 2002). Además, el % de SV con respecto a la cantidad de ST está entre un 77% y 82 % (Thy et al.,

2005; Alvarez, Villca y Lidén, 2006; Garfí et al., 2011). (Arrieta Palacios 2016,

166)

65 https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/14508/ANEXO%20C.pdf?sequence=4&isAllowed =y 102

Consideraremos los valores más comunes de 16 % de ST y 12 % de SV (80 % de los ST son SV). para la aplicación de la digestión anaeróbica es recomendable un nivel de sólidos entre un 66 8% y 12% por lo que las excretas deben ser mezcladas con agua antes de llevarlas al digestor. Para determinar el volumen de agua necesario, por kg de materia, que se debe agregar a un sustrato con % ST sustrato para obtener una mezcla con un

% ST deseado , se puede emplear la siguiente fórmula, asumiendo la densidad del agua 1 kg/l:

% 1 1,0 % Para el cálculo del volumen del biodigestor utilizando las ecuaciones (5), (6) , (7) y (8) tenemos lo siguiente:

Tabla N° 14: Calculo del volumen del biodigestor Volumen del biodigestor Kg de estiercol 855 kg de agua 855 carga diaria (kg) 1710 Volumen (m3/día) 2,21 Tiempo de retención 30 Volumen del biodigestor (m3) 66,36

Dimensiones del biodigestor De las ecuaciones (9) hasta ecuación (19) tenemos:

66 (Arrieta Palacios 2016, 116) 103

Tabla N° 15: Dimensiones del biodigestor 67

volumen del biodigestor (m3)

66,36 m3

dimensiones del biodigestor: R= 2,6 m Unidad= 0,7 Radio de la cúpula= 3,3 m Diámetro del cilindro= 5,2 m Altura de la cúpula= 1,3 m altura de pared= 2,0 m altura del cono base= 0,8 m

volúmenes parciales

v1 : volumen del cilindro 41,4 m3 v2: segmento esférico 22,7 m3 v3: volumen del cono: 2,7 m3

67 Fuente: elaboracion a partir de las ecuaciones del biodigestor de cúpula fija 104

Cálculo del volumen del tanque de compensación ( ) Para el cálculo del tanque de compensación se usara la ecuación (20)

1 1 66,36 22,12 3 3 El radio del tanque de compensación será de forma cilíndrica y lo consideramos igual al radio del cilindro, entonces la altura del tanque de compensación es de:

= ℎ 0,2 1,24

Cálculo del volumen del tanque de mezcla

Se calcula el volumen del tanque de mezcla como el volumen de entrada diario del digestor, la suma del agua y el estiércol, sobredimensionando un 15%. De la ecuación (23)

+ 1,15

1,152,21 1,196

= .ℎ 0,81

105

Dimensionamiento y selección del sistema fotovoltaico

Dimensionaremos el sistema fotovoltaico para que suministre una energía

de 12 kWh/día a la carga

Balance energético

Tabla N° 16: Balance de energía 68

Energía Cantidad de energía Porcentaje de participación

Energía entregada por 10,474 kWh 45,8 % el grupo electrógeno

Energía entregada por 12,392 kWh 54,2 % el sistema fotovoltaico

Energía entregada a la 22,866 kWh 100 % carga

De la Tabla N° 16 observamos que la energía entrega por el sistema de

biogas y solar fotovoltaico es de 22,866 que es superior al valor que

requiere la carga que es de: 21. 898 kWh

Dimensionamiento y selección del generador fotovoltaico

Para calcular el generador fotovoltaico debemos considerar que demanda

la carga la cual designaremos con:

Aplicando la ecuación (24) y con un global de funcionamiento 69 (PR ) de 0,6

68 Fuente: elaboracion propia del autor 69 (Agustin Castejon s.f.) 106

, , , Para determinar la potencia del panel fotovoltaico se hará una cotización

entre marcas recomendadas y potenciales comerciales tal como se puede

observar en la tabla N° 17 , utilizando la ecuación (25)

, ,

Tabla N° 17: Cotización de paneles fotovoltaicos

potencia del Total de Tensión costo total generador Marca potencia (Wp) Costo (S/.) módulos nominal (S/.) fotovoltaico fotovoltaicos (kWp) ERA SOLAR 100 330,4 12 48 15859,20 4,80 ERA SOLAR 150 359,55 12 32 11505,60 4,80 ERA SOLAR 200 505,04 12 24 12120,96 4,80 TAI Energy 100 426,11 12 48 20453,28 4,80 TAI Energy 150 571,93 12 36 20589,48 5,40 TAI Energy 165 859,71 12 28 24071,88 4,62 ERA SOLAR 320 783,97 24 14 10975,58 4,48 Waaree 200 752,12 24 22 16546,64 4,40 Jinko 325 848,23 24 14 11875,22 4,55 Csun 165 907,69 24 28 25415,32 4,62 TAI Energy 300 1143,87 24 16 18301,92 4,80

Fuente: https://autosolar.pe/paneles-solares

Ahora seleccionamos los paneles fotovoltaicos de la marca ERA SOLAR

de 320 Wp y 24 V (Ver ANEXO 02).

, , ,

107

Luego considerando una tensión de trabajo de 48 V del sistema de corriente directa, podemos calcular el número de paneles en serie con la ecuación

(26).

/

El número de ramas en paralelo de paneles se calculará con la siguiente ecuación (27):

/ ..

La energía diaria que entregara el generador fotovoltaico es de:

143204,610,6 12 391,68 . ℎ

Dimensionamiento del banco de baterías

Tendremos en consideración que la energía suministrada a la carga por

el sistema biomasa fotovoltaico es de: 10 621,44 W.h/día

Ahora aplicando la ecuación (28)

( x /

Donde: = Capacidad mínima del banco de baterías, expresada en Ah. 108

= Número de días de autonomía =2. = 0,7. = 48 V.

(0,7 x 48) 2 12 000 / Ah 714,29 Para determinar la capacidad de la batería se ha cotizado baterías de

marca reconocida tal como se muestra en la Tabla N° 18, de donde se

ha seleccionado baterías ULTRACELL UCG-288-12 (ver ANEXO 03)

Figura N° 36: Batería ULTRACELL 70 288-12

70 https://autosolar.pe/pdf/Ultracell-UCG230-12.pdf 109

Tabla N° 18: Cotización del banco de baterías

Costo de la Capacidad Tensión de Total de Costo Capacidad Marca batería (A.h) la batería baterías total (S/.) total (A.h) (S/.) ULTRACELL UCG-98-12 98 725,63 12 32 23220,16 784 RITAR 65 762,08 12 44 33531,52 715 ULTRACELL UCG-230-12 230 1386,61 12 16 22185,76 920 ULTRACELL UCG-288-12 288 1780,43 12 12 21365,16 864 Ever Eccedd 40 690,64 12 72 49726,08 720 Ever Eccedd 65 693,59 12 44 30517,96 715 ULTRACELL UCG-230-16 230 1386,61 12 16 22185,76 920 RITAR 75 819,44 12 40 32777,60 750 NARADA 100 922,98 12 32 29535,36 800 Ever Eccedd 100 971,02 12 32 31072,64 800 RITAR 100 999,72 12 32 31991,04 800 RITAR 150 1515,97 12 20 30319,40 750 Ever Eccedd 150 1535,85 12 20 30717,00 750 Ever Eccedd 200 2006,5 12 16 32104,00 800 Ever Eccedd 230 2179,85 12 16 34877,60 920 Ever Eccedd 316 2237,4 12 12 26848,80 948 ULTRACELL UCG-316-12 316 2237,4 12 12 26848,80 948 Ever Eccedd 250 2432,56 12 12 29190,72 750 RITAR 260 2540,28 12 12 30483,36 780

Fuente: https://autosolar.pe/paneles-solares

Dimensionamiento y selección del controlador fotovoltaico

En el dimensionamiento del controlador, utilizaremos la siguiente

ecuación (31)

110

= x , = , , , Se propone el uso del controlador VICTRON ENERGY 150/85, el cual

tiene una capacidad de corriente de 85 A (ver ANEXO 04)

Figura N° 37: Controlador MPPT 150/85 VICTRON ENERGY 71

Dimensionamiento del inversor

Para el dimensionamiento del inversor se considerará la siguiente

ecuación (34)

1 2000/4,61 2,80 0,93

71 https://autosolar.pe/controladores-de-carga-mppt/controlador-smartsolar-mppt-150v-70a-victron 111

Por lo tanto, se trabajará con un inversor de la marca MUST SOLAR de

4 kW (ANEXO 05)

Figura N° 38: Inversor 72 MUST SOLAR de 4 kW

Dimensionamiento de los conductores eléctricos

Para el dimensionamiento de conductores eléctricos tendremos en cuenta

las caídas de tensión recomendadas:

Tabla N° 19: caída de tensión máximas 73

Tramo Caída máxima de tensión (%) Recomendada (%)

Panel -controlador 3,0% 1,0% Controlador - Batería 1,0% 0,5%

72 https://autosolar.pe/pdf/Ficha-tecnica-3003019.pdf 73 https://www.sfe-solar.com/noticias/articulos/calculo-seccion-de-cable-para-paneles-solares/ 112

Batería- inversor 1,0% 1,0%

Aplicando las ecuaciones (36) y (37) elaboramos la tabla N° 20 que se

muestra a continuación

Tabla N° 20: Dimensionamiento y selección del conductor eléctrico NYY

sección sección Corriente Tramo Caída de tensión (%) Longitud(m) teórica seleccionada 74 eléctrica (A) (m2) NYY (m2) Panel -controlador 79,63 2,0% 6 17,8 25 Controlador - Batería 79,63 1,0% 2 11,8 16 Batería- inversor 79,63 1,0% 2 11,8 16 Fuente: elaborado a partir de tabla de conductores eléctricos NYY

(ANEXO 06)

Angulo óptimo de inclinación:

Para determinar el ángulo óptimo de una superficie fija se usa a ecuación

(38)

, , × | | sabiendo que la latitud es de

Latitud: -6.34961666667

luego el ángulo óptimo es de 8,08°, consideraremos 10° con la finalidad

de evitar la acumulación de polvo humedad.

74 http://www.promelsa.com.pe/pdf/1000668.pdf 113

Figura N° 39: sistema biomasa - fotovoltaico 75

Dimensionamiento del sistema de distribución en 220 V

La norma (RD031-2003-EM 2003) establece que la caída máxima de tensión

en la red secundaria es de 7,0 % de la tensión nominal.

En la red de distribución secundaria se ha considerado usar el conductor

2x16/25 y 1x16/25

Cálculos eléctricos

Máxima caída de tensión permisible

El conductor eléctrico propuesto debe cumplir dos criterios, debe

75 Fuente: elaboración propia 114

tener una capacidad de corriente mayor que la que requiere la carga

y la caída máxima de tensión entre la subestación de distribución y

el extremo terminal más alejado de la red no deberá exceder el 7,0

% de la tensión nominal.

De la fórmula (39)

Por caída de tensión :

Tabla N° 21: Caída de tensión C-I

Servicio Partidular Long. Tipo y Sección de F.C.T. ∆ V Σ ∆ V% Punto N° Lotes Carga CORRIENTE POT. Σ I Cond. S.P. Total de Especial [A] [ W ] [ A ] [ m ] [mm²] [V/A-km] [ V ] [ V ] ∆ V 1 0,0 0,0 4,4 30,0 1X16+1X16/25 3,272 0,43 0,43 0,19% 2 1 0,4 81,0 4,4 50,0 1x16+N25 3,272 0,71 1,14 0,52% 3 0,0 0,0 4,0 50,0 1x16+N25 3,272 0,65 1,80 0,82% 4 1 1,1 231,0 4,0 50,0 1x16+N25 3,272 0,65 2,45 1,11% 5 2 0,7 162,0 2,9 50,0 1x16+N25 3,272 0,48 2,93 1,33% 6 1 0,4 81,0 2,2 50,0 1x16+N25 3,272 0,36 3,29 1,50% 7 2 0,7 162,0 1,8 50,0 1x16+N25 3,272 0,30 3,59 1,63% 8 2 0,7 162,0 1,1 50,0 1x16+N25 3,272 0,18 3,77 1,72% 9 1 0,4 81,0 0,4 50,0 1x16+N25 3,272 0,06 3,35 1,52%

1,72% < 7% ok

Fuente: elaboracion propia del autor

115

Figura N° 40: Diagrama de carga C-I Fuente: elaboracion propia del autor

116

Figura N° 41: Diagrama de carga C-II Fuente: elaboracion propia del autor

117

Tabla N° 22:Caida de tensión del C-II

Servicio Partidular Long. Tipo y Sección de F.C.T. ∆ V Σ ∆ V% Punto N° Lotes Carga CORRIENTE POT. Σ I Cond. S.P. Total de Especial [A] [ W ] [ A ] [ m ] [mm²] [V/A-km] [ V ] [ V ] ∆ V 10 5 3,7 810,0 17,3 41,0 1x16+N25 3,272 2,32 2,32 1,06% 15 1 0,7 162,0 13,6 50,0 1x16+N25 3,272 2,23 4,56 2,07% 16 1 6,3 1382,0 12,9 50,0 1x16+N25 3,272 2,11 6,67 3,03% 17 0,0 0,0 6,6 45,0 1x16+N25 3,272 0,98 7,64 3,47% 18 1 0,7 162,0 6,6 45,0 1x16+N25 3,272 0,98 8,62 3,92% 19 2 1,5 324,0 5,9 50,0 1x16+N25 3,272 0,96 9,58 4,36% 20 1 0,7 162,0 4,4 50,0 1x16+N25 3,272 0,72 10,31 4,68% 21 1 0,7 162,0 3,7 50,0 1x16+N25 3,272 0,60 10,91 4,96% 22 2 1,5 324,0 2,9 50,0 1x16+N25 3,272 0,48 11,39 5,18% 23 0,0 0,0 1,5 50,0 1x16+N25 3,272 0,24 11,63 5,29% 24 2 1,5 324,0 1,5 50,0 1x16+N25 3,272 0,24 11,87 5,40% 11 1 0,4 81,0 1,1 50,0 1x16+N25 3,272 0,18 2,51 1,14% 12 0,0 0,0 0,7 50,0 1x16+N25 3,272 0,12 2,63 1,19% 13 1 0,4 81,0 0,7 50,0 1x16+N25 3,272 0,12 2,75 1,25% 14 1 0,4 81,0 0,4 50,0 1x16+N25 3,272 0,06 2,81 1,28%

5,40% < 7% ok

Fuente: elaboracion propia del autor

De la Tabla N° 20 y Tabla N° 21 la caída de tensión en los circuitos es menor del 7% por lo que el conductor propuesto cumple con lo establecido por la norma

Hipótesis de estado

Para los cálculos mecánicos del conductor las hipótesis de estado se

definen sobre la base de los factores meteorológicos, tal como se observa

en la tabla N° 23.

118

Tabla N° 23: hipótesis para usar la ecuación de TRUXA

HIPÓTESIS N° 1: Condición de Temperatura: 5°C. máximo esfuerzo Velocidad de viento: 70 Km/h.

HIPÓTESIS N° 2: Condición de Temperatura: Media anual (entre 15 y mayor duración (EDS) 25°C, salvo excepciones) 15° C.

Velocidad de viento: Nula.

HIPÓTESIS N°3: Condición de Temperatura: 40°C. flecha máxima Velocidad de viento: Nula.

Fuente: CNE

Esfuerzos mecánicos en el conductor portante

a) El esfuerzo del conductor portante de aleación de aluminio será en

todos los casos, de 52,3 N/mm², aproximadamente 18 % del

esfuerzo de rotura del conductor.

b) El esfuerzo máximo del conductor no superará 176 N/mm².

c) Cuando, debido a la presencia de hielo, los esfuerzos en el

conductor portante sobrepasarán lo máximo establecido, consultor

podrá adoptar un esfuerzo EDS menor a 52,3 N/mm².

Consideraremos un vano básico de 50 m

119

Tabla N° 24: Resultados de la ecuación de cambio de estado

Vano (m) 30 40 50 60 70

σ (Kg/mm²) 7,70 8,07 8,43 8,79 9,12 HIP. I f (m) 0,23 0,39 0,59 0,81 1,06

σ (Kg/mm²) 5,44 5,44 5,44 5,44 5,44 HIP. II f (m) 0,13 0,24 0,37 0,53 0,72

σ (Kg/mm²) 2,19 2,55 2,87 3,13 3,37 HIP. III f (m) 0,33 0,50 0,70 0,92 1,16 Fuente: elaboración propia de autor

Altura del poste:

Se considera una distancia mínima de 5,50 m la distancia del punto

mas bajo del conductor al terreno. La distancia del vértice del poste

al inicio del gancho de suspensión será de 0,30 m

La flecha según los vanos y tipo de conductores.

La longitud de empotramiento será:

, . . La altura necesaria del poste será:

+ 0,2

Donde:

H : Altura del poste en metros.

Dmín : distancia mínima al terreno en metros.

Fmáx : Flecha máxima en metros. 120

Hc : Distancia del punta del poste al conductor más bajo en metros.

Para : D mín = 5,5 m. y Fmáx = 0,70 m. Tenemos H =7,49 m.

Por lo tanto, la utilización de postes de concreto de 8,00 m. de longitud

se justifica.

Tabla N° 25: Características de los cables autoportantes 76

Metrado y presupuesto

Metrado y presupuesto del sistema fotovoltaico

76 (RD031-2003-EM 2003) 121

Tabla N° 26: valor referencial para el suministro de materiales para el sistema fotovoltaico 77

Descripción Costo/unitario Costo (S/.) (S/.)

14 paneles ERA SOLAR de 320 Wp 783,97 10 975,58

12 ULTRACELL 288-12 1 780,43 21 365,43

1 controlador 150/85 3 540,00 3 540,00

01 inversor MUST SOLAR de 4 000 W 3 814,42 3 814,42

Gasometro-reactor 5 000,00 5 000,00

Filtros y válvulas, bomba de gas 4 000,00 4000,00

Grupo electrógeno Honda de 5,5 KVA 6 903,77 8 000,00

Tuberías y accesorios 3 200,00 3000,00

Total, del Suministro 59 695,43

Tabla N° 27: costo directo sistema biogas- fotovoltaico

REDES SECUNDARIAS Y CONEXIONES DOMICILIARIAS 220 V, PARA EL PROYECTO: :"GENERACION DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y ENEERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA , CAJAMARCA" RESUMEN GENERAL SISTEMA BIOGAS-SOLAR FOTOLTAICO

ITEM DESCRIPCION TOTAL

A SUMINISTROS DE MATERIALES 59 695,43

B MONTAJE ELECTROMECANICO 4 775,63

C TRANSPORTE DE MATERIALES 2 984,77

F TOTAL COSTO DIRECTO (C.D.) (S/.) 67 455,84

Fuente: Elaborado por el propio Autor

77 Fuente: elaboración propia del autor 122

Metrado y presupuesto de la red de distribución secundaria

Tabla N° 28: Suministro de la red de distribución secundaria 78

VALOR REFERENCIAL- SUMINSTRO DE MATERIALES SUMINISTRO DE MATERIALES PARA REDES SECUNDARIAS

REDES SECUNDARIAS Y CONEXIONES DOMICILIARIAS 220 V, PARA EL PROYECTO: :"GENERACION DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y ENEERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA , CAJAMARCA" Metrado Costo ITEM DESCRIPCIÓN DE PARTIDAS UNID. Total Unitario TOTAL Cantidad S/. S/. 1,00 POSTES DE CONCRETO ARMADO CENTRIFUGADO 1,01 POSTE DE CAC 8m/200 daN (INCLUYE PERILLA) u 17,00 645,75 10 977,75 1,02 POSTE DE CAC 8m/300 daN (INCLUYE PERILLA) u 7,00 410,00 2 870,00 SUB-TOTAL 1: 13 847,75 2,00 CABLES Y CONDUCTORES DE ALUMINIO 2,02 CONDUCTOR AUTOPORTANTE DE ALUMINIO TIPO 1X16/25 Km 1,24 4000,00 4 972,00 2,05 CONDUCTOR AUTOPORTANTE DE ALUMINIO TIPO 2X25/25 Km 6000,00 SUB-TOTAL 2: 4 972,00 3,00 ACCESORIOS DE CABLES AUTOPORTANTES 3,01 GRAPA DE SUSPENSION ANGULAR PARA CONDUCTOR DE ALEACION DE ALUMINIO DE 25 A 35 mm² u 17,00 13,00 221,00 3,02 GRAPA DE ANCLAJE PARA CONDUCTOR DE ALEACION DE ALUMINIO DE 25 A 35 mm² u 15,00 3,03 CONECTOR BIMETÁLICO , PARA Al 25mm²/Cu 4-10 mm², PARA NEUTRO DESNUDO, TIPO CUÑA u 5,57 3,04 CONECTOR BIMETÁLICO AISLADO, PARA Al 35mm²/Cu 4-10 mm², PARA FASE AISLADA, TIPO PERFORACIÓN u 10,50 3,05 CONECTOR, PARA Al 25mm², PARA NEUTRO DESNUDO, TIPO CUÑA u 6,70 3,06 CONECTOR AISLADO, PARA Al 35mm², PARA FASE AISLADA, TIPO PERFORACIÓN u 10,50 3,07 CORREA PLASTICA DE AMARRE COLOR NEGRO u 98,00 0,35 34,30 3,08 CINTA AUTOFUNDANTE PARA EXTREMO DE CABLE u 10,00 3,05 30,50 3,09 CINTA AISLANTE rll 100,00 3,60 360,00 SUB-TOTAL 3: 645,80 4,00 CABLES Y CONDUCTORES DE COBRE 4,04 CONDUCTOR DE Cu RECOCIDO, TIPO N2XY, BIPOLAR, 2x10 mm2, CUBIERTA NEGRA m 11,76 4,07 CONDUCTOR DE COBRE CONCENTRICO, 2 x 4 mm² , CON AISLAMIENTO Y CUBIERTA DE PVC m 555,00 4,90 2 719,50 4,08 CONDUCTOR DE COBRE RECOCIDO, CABLEADO, DESNUDO DE 16 mm² m 63,00 6,60 415,80 SUB-TOTAL 4: 3 135,30 5,00 LUMINARIAS, LAMPARAS Y ACCESORIOS 5,01 PASTORAL TUBO A°G° 38 mm f, INT.; 500mm AVANCE HORIZ.; 720 mm ALTURA, Y 20° INCLINACION, PASTORALPROVISTO TUBO DE A°G° 2 ABRAZADERAS 38 mm f, INT.; 500mm DOBLES AVANCE PARA HORI Z.;POSTE 720 mm DE ALTURA, CAC Y 20° INCLINACION, PROVISTO DE 2 ABRAZADERAS DOBLES PARA POSTE DE CAC u 1,00 90,00 90,00 5,02 LUMINARIA COMPLETA CON EQUIPO PARA LAMPARA DE 50 W u 1,00 196,00 196,00 5,03 LAMPARA DE VAPOR DE SODIO DE ALTA PRESION DE 50 W u 1,00 35,00 35,00 5,04 PORTA FUSIBLE UNIPOLAR 220V, 5A, PROVISTO CON FUSIBLE DE 1A u 1,00 25,00 25,00 5,05 CONECTOR BIMETÁLICO FORRADO PARA Al 35 mm² /Cu 4-10 mm², PARA FASE AISLADA TIPO PERFORACIÓN u 1,00 10,50 10,50 5,06 CONECTOR BIMETÁLICO PARA Al 25 mm² /Cu 4-10 mm², PARA NEUTRO DESNUDO TIPO CUÑA u 1,00 5,92 5,92 SUB-TOTAL 5: 362,42 6,00 RETENIDAS Y ANCLAJES 6,01 CABLE DE ACERO GRADO SIEMENS MARTIN, DE 10 mm ø, 7 HILOS m 100,00 4,20 420,00 6,02 PERNO ANGULAR CON OJAL-GUARDACABO DE A°G°, 16 mm ø x 203 mm, PROVISTO DE TUERCA Y CONTRATUERCA u 60,00 9,50 570,00 6,04 VARILLA DE ANCLAJE DE A° G° DE 16 mm ø x 2.40 m, PROV. DE OJAL GUARD. EN UN EXTREMO; TCA Y CTCA EN EL OTRO u 10,00 35,00 350,00 6,05 ARANDELA DE ANCLAJE, DE A° G°, 102 x 102 x 5 mm, AGUJERO DE 18 mmø u 10,00 5,00 50,00 6,06 MORDAZA PREFORMADA DE A° G° PARA CABLE DE 10 mm ø u 20,00 9,00 180,00 6,07 ARANDELA CUADRADA CURVA DE A° G°, 57 x 57 x 5 mm, AGUJERO DE 18 mmø u 20,00 2,00 40,00 6,08 SOPORTE DE CONTRAPUNTA DE 51 mmØx1000mm DE LONG. CON ABRAZADERA PARTIDA EN UN EXTREMO u 70,00 6,09 ALAMBRE DE ACERO N° 12; PARA ENTORCHADO m 30,00 1,00 30,00 6,10 BLOQUE DE CONCRETO DE 0,40 x 0,40 x 0,15 m u 10,00 28,00 280,00 6,11 CONECTOR BIMETÁLICO FORRADO PARA Al 25 mm² Y COBRE DE 16mm², TIPO CUÑA u 10,00 6,70 67,00 6,12 CONECTOR DOBLE VIA BIMETÁLICO PARA CABLE DE ACERO DE 10mmØ Y COBRE DE 16 mm² u 10,00 5,92 59,20 SUB-TOTAL 6: 2 046,20 7,00 ACCESORIOS DE FERRETERIA PARA ESTRUCTURAS 7,01 PERNO CON GANCHO DE 16mm Ø, PROVISTO DE ARANDELA, TUERCA Y CONTRAT., LONG. 203 mm u 9,80 7,02 PERNO CON GANCHO DE 16mm Ø, PROVISTO DE ARANDELA, TUERCA Y CONTRAT., LONG. 254 mm u 17,00 10,80 183,60 7,03 PERNO DE AºGº DE 13mm Ø, PROVISTO DE TUERCA Y CONTRAT., LONG. 203 mm u 7,70 7,04 PERNO DE AºGº DE 13mm Ø, PROVISTO DE TUERCA Y CONTRAT., LONG. 254 mm u 24,00 8,20 196,80 7,05 PERNO CON OJAL, DE AºGº DE 16mm Ø, PROVISTO DE TUERCA Y CONTRAT., LONG. 203 mm u 9,30 7,06 PERNO CON OJAL, DE AºGº DE 16mm Ø, PROVISTO DE TUERCA Y CONTRAT., LONG. 254 mm u 7,00 11,20 78,40 7,07 TUERCA-OJAL DE AºGº PARA PERNO DE 16 mmØ u 2,00 8,30 16,60 7,08 FLEJE DE ACERO INOXIDABLE DE 19 mm PROVISTO DE HEBILLA, 40 cm LONGITUD u 6,58 7,09 ARANDELA CUADRADA CURVA DE 57x57 mm, AGUJERO DE 18mmØ u 14,00 2,00 28,00 7,11 CAJA DE DERIVACION PARA ACOMETIDAS, SISTEMA 22O V (10 BORNERAS EN CADA BARRA DE Cu) u 185,00 7,12 PORTALINEA UNIPOLAR DE AºGº, PROVISTO DE PIN DE 10 mm Ø u 48,00 4,28 205,44 SUB-TOTAL 7: 708,84 8,00 PUESTA A TIERRA 8,01 ELECTRODO DE ACERO RECUBIERTO DE COBRE DE 16 mm ø x 2,40 m u 7,00 43,00 301,00 CONECTOR BIMETÁLICO PARA Al 25 mm² Y COBRE DE 16mm², TIPO CUÑA u 7,00 7,20 50,40 8,02 CONECTOR DE BRONCE PARA ELECTRODO DE 16 mm ø Y CONDUCTOR DE COBRE 16 mm² u 7,00 6,50 45,50 SUB-TOTAL 8: 396,90 9,00 CONEXIONES DOMICILIARIAS 9,01 TUBO DE AºGº STANDARD / REDONDO DE 19mm x 1,5mm x 2,5m, PROVISTO DE CODO u 13,00 33,49 435,37 9,06 ARMELLA TIRAFONDO DE 10mm f x 64mm DE LONGITUD u 26,00 1,20 31,20 9,07 TARUGO DE CEDRO DE 13 mm x50 mm u 26,00 0,66 17,16 9,08 ALAMBRE GALVANIZADO N° 12 AWG m 104,00 1,00 104,00 9,09 CONECTOR BIMETÁLICO AISLADO, PARA Al 25 mm²/Cu 4-10 mm², PARA FASE AISLADA, TIPO PERFORACIÓN u 26,00 10,50 273,00 9,10 CONECTOR BIMETÁLICO, PARA Al 25 mm²/Cu 4-10 mm², PARA NEUTRO DESNUDO, TIPO CUÑA u 26,00 4,30 111,80 9,11 TEMPLADOR DE AºGº u 52,00 2,10 109,20 9,12 CAJA METÁLICA PORTAMEDIDOR, EQUIPADO CON INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO 10A u 26,00 76,66 1 993,16 9,13 MEDIDOR MONOF. DE ENERGIA ACTIVA, TIPO ELECTRONICO CON MICRO PROCESADOR DE 220 V; 10-40 A; 60 Hz; CLASE 1. u 26,00 90,00 2 340,00

SUB-TOTAL 9: 5 414,89 TOTAL SUMINISTRO DE MATERIALES S/. 31 530,10

78 Fuente: elaborado a partir de costos referencias 123

Tabla N° 29: Costo del montaje de la RS en Santa Rosa de Tumar

VALOR REFERENCIAL MONTAJE ELECTROMECANICO PARA REDES SECUNDARIAS REDES SECUNDARIAS Y CONEXIONES DOMICILIARIAS 220 V, PARA EL PROYECTO: :"GENERACION DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y ENEERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA , CAJAMARCA" B: MONTAJE ELECTROMECANICO METRADO PRECIO ITEM DESCRIPCIÓN DE PARTIDAS UNID. TOTAL UNIT. TOTAL CANT. S/. S/.

1,00 OBRAS PRELIMINARES ESTUDIOS DE INGENIERIA DE LAS REDES SECUNDARIAS Loc 1,0 650,00 650 1,01 REPLANTEO TOPOGRÁFICO, UBICACIÓN DE ESTRUCTURAS E INGENIERÍA DE DETALLE DE LAS REDES SECUNDARIAS Loc 1,0 413,82 413,82 1,02 PAGO POR COMPENSACION DE SERVIDUMBRE Y DAÑOS Ha 0,0 0,00 0,00

SUB-TOTAL 1: 1 063,82 2,00 INSTALACIÓN DE POSTES DE CONCRETO 2,01 TRANSPORTE DE POSTE DE CAC 8 m DE ALMACEN A PUNTO DE IZAJE u 24,0 46,95 1 126,80 2,02 EXCAVACIÓN EN TERRENO TIPO I (arcilloso) m3 16,8 34,77 584,14 2,04 IZADO DE POSTE DE CONCRETO 8 m/200 daN. INCLUYE NUMERACION Y SENALIZACION DE ESTRUCTURAu 24,0 (*) 44,07 1 057,68 2,05 RELLENO Y COMPACTACIÓN PARA CIMENTACIÓN DE POSTE m3 18,0 48,84 879,12

SUB-TOTAL 2: 3 647,74 3,00 INSTALACIÓN DE RETENIDAS 3,01 EXCAVACIÓN EN TERRENO TIPO I (arcilloso y/o conglomerado) m3 19,0 34,77 660,63 3,02 INSTALACIÓN DE RETENIDA INCLINADA u 10,0 35,34 353,40 3,03 INSTALACIÓN DE RETENIDA VERTICAL u 0,0 38,70 0,00 3,03 RELLENO Y COMPACTACION PARA INSTALACION DE BLOQUE DE ANCLAJE m3 24,7 38,05 939,84

SUB-TOTAL 3: 1 953,87 4,00 MONTAJE DE ARMADOS 4,01 ARMADO TIPO E1, CON CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 18,41 0,00 4,02 ARMADO TIPO E1/S, SIN CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 16,0 14,79 236,64 4,03 ARMADO TIPO E2, CON CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 20,33 0,00 4,04 ARMADO TIPO E2/S, SIN CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 18,41 0,00 4,05 ARMADO TIPO E3, CON CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 18,94 0,00 4,06 ARMADO TIPO E3/S, SIN CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 3,0 14,92 44,76 4,07 ARMADO TIPO E4, CON CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 20,33 0,00 4,08 ARMADO TIPO E4/S, SIN CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 3,0 18,41 55,23 4,09 ARMADO TIPO E5, CON CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 26,42 0,00 4,10 ARMADO TIPO E5/S, SIN CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 1,0 23,14 23,14 4,11 ARMADO TIPO E6, CON CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 32,25 0,00 4,12 ARMADO TIPO E6/S,SIN CAJA DE DERIVACIÓN PARA ACOMETIDA u 0,0 24,85 0,00

SUB-TOTAL 4: 359,77 5,00 MONTAJE DE CONDUCTORES AUTOPORTANTES COMPRENDE TENDIDO Y PUESTA EN FLECHA DE : 5,01 CONDUCTOR AUTOPORTANTE DE ALUMINIO 3X16+16/25 mm2 km 0,0 0,00 5,02 CONDUCTOR AUTOPORTANTE DE ALUMINIO 2X16/25 mm2 km 0,0 606,89 0,00 5,05 CONDUCTOR AUTOPORTANTE DE ALUMINIO 1X16/25 mm2 km 1,2 510,25 634,24

SUB-TOTAL 5: 634,24 6,00 INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA 6,01 EXCAVACIÓN EN TERRENO TIPO I (arcilloso y/o conglomerado) m3 10,8 31,62 340,86 6,02 EXCAVACIÓN EN TERRENO TIPO II (rocoso) m3 0,0 112,44 0,00 6,03 INSTALACION DE PUESTA A TIERRA TIPO PAT-1 EN POSTE DE CONCRETO u 7,0 18,19 127,33 6,04 RELLENO Y COMPACTACIÓN DE PUESTA A TIERRA m3 14,0 45,57 638,44

SUB-TOTAL 6: 1 106,63 7,00 PASTORALES, LUMINARIAS Y LAMPARAS 7,01 INSTALACIÓN DE PASTORAL DE A° G° u 1,0 19,63 19,63 7,02 INSTALACIÓN DE LUMINARIA Y LÁMPARA u 1,0 34,58 34,58

SUB-TOTAL 7: 54,21 8,00 CONEXIONES DOMICILIARIAS INSTALACIÓN DE ACOMETIDA DOMICILIARIA, QUE CONPRENDE : CONEXIÓN DE ACOMETIDA DOMICILIARIAS, MONTAJE DE MEDIDOR Y CONTRASTE DEL MEDIDOR. 8,01 CONEXIÓN DE ACOMETIDA DOMICILIARIA CONFIGURACIÓN CORTA (SIN MEDIDOR) u 15,0 35,26 528,90 8,02 CONEXIÓN DE ACOMETIDA DOMICILIARIA CONFIGURACIÓN LARGA (SIN MEDIDOR) u 11,0 42,67 469,37 8,03 INSTALACION DE MEDIDOR DE ENERGIA ACTIVA ELECTRONICO u 26,0 11,09 288,34 8,04 CONTRASTE DE MEDIDOR MONOFÁSICO DE ENERGÍA ACTIVA - ELECTRÓNICO u 26,0 20,00 520,00

SUB-TOTAL 8: 1 806,61 9,00 PRUEBAS Y PUESTA EN SERVICIO: 9,01 PRUEBAS Y PUESTA EN SERVICIO Loc 1,0 452,97 452,97 9,02 EXPEDIENTE TECNICO FINALES CONFORME A OBRA (1 ORIGINAL + 3 COPIAS) DE REDES SECUNDARIAS, INCLUYE LA PRESENTACIÓN DIGITALIZADA DE L EXPEDIENTE EN UN CD Glb 1,0 150,00 150,00

SUB-TOTAL 9: 602,97

TOTAL MONTAJE ELECTROMECÁNICO S/. 11 229,86

124

Tabla N° 30: Costo directo de la Red de distribución secundarias para el caserío Santa Rosa de Tumar 79

RESUMEN DEL VALOR REFERENCIAL - REDES SECUNDARIAS

REDES SECUNDARIAS Y CONEXIONES DOMICILIARIAS 220 V, PARA EL PROYECTO: :"GENERACION DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y ENEERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA , CAJAMARCA" RESUMEN GENERAL DE REDES SECUNDARIAS TOTAL ITEM DESCRIPCION (S/.)

A SUMINISTROS DE MATERIALES 31 530,10

B MONTAJE ELECTROMECANICO 11 229,86

C TRANSPORTE DE MATERIALES 3 153,01

F TOTAL COSTO DIRECTO (C.D.) (S/.) 45 912,97

Presupuesto Total

79 Fuente. Elaboracion propia 125

Tabla N° 31: Presupuesto total

REDES SECUNDARIAS Y CONEXIONES DOMICILIARIAS 220 V, PARA EL PROYECTO: :"GENERACION DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y ENEERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR EN EL DISTRITO DE HUAMBOS, PROVINCIA DE CHOTA , CAJAMARCA" ITEM DESCRIPCION TOTAL

A PRESUPUESTO DE LA RED DE DISTRIBUCION 45 912,97

B PRESUPUESTO DEL SISTEMA BIOGAS FOTOVOLTAICO 67 455,84

TOTAL S/. 113 368,81

C GASTOS GENERALES 9 069,50 D UTILIDADES 9 069,50

E COSTO TOTAL SIN I.G.V. (S/.) 131 507,81

F I.G.V. (S/.) 23 671,41

G VALOR REFERENCIAL (S/.) 155 179,22

H CAPACITACION (S/.) 2 500,00

PRESUPUESTO TOTAL (S/.) 157 679,22 fuente: Elaborado por el propio Autor

126

CONCLUSIONES

Conclusiones

a) La energía promedia diaria que demanda el caserío Santa Rosa de

Tumar es de 21,898 kWh. Para 31 viviendas proyectadas, 01 centro educativo nivel primaria y 01 local comunal. b) De los datos recopilados del SENAMHI (Atlas 2003) se ha obtenido un valor de 4,75 kWh/ /día, según la NASA se ha obtenido un valor de 4,61 kWh/ /día, se ha considerado el menor es decir 4,61 kWh/ /día. c) Se dimensiono el sistema biogas solar fotovoltaico el cual está compuesto por 01 biodigestor, 14 paneles fotovoltaicos de 320 Wp de la marca ERA SOLAR, 12 baterías de acumuladores 288 Ah de la marca ULTRACELL, 01 reguladores de carga 150/85 y 01 inversor

48/4000-230 V. Se dimensión la red de distribución secundaria en base de donde se obtuvo que el conductor eléctrico 1x16/25 cumple con los requerimiento eléctricos y mecánicos. d) El sistema biogas solar fotovoltaico tiene un costo referencial de

S/. 157 679,22

127

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129

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130

ANEXOS

ANEXO N°01. IRRADIACIÓN SOLAR EN CAJAMARCA

ANEXO N°02. FICHA TÉCNICA DE LOS PANELES FOTOVOLTAICOS ERA SOLAR DE 320 Wp

ANEXO N°03. FICHA TÉCNICA DE LA BATERÍA ULTRACELL UCG288-12

ANEXO N°04. FICHA TÉCNICA DEL CONTROLADOR 150 /85 VICTRON ENERGY

ANEXO N°05. FICHA TÉCNICA DEL INVERSOR MUST SOLAR 4 kW

ANEXO N°06. FICHA TÉCNICA DE CABLES NYY

ANEXO N°07. SISTEMA BIOMASA FOTOVOLTAICO

ANEXO N° 08. METRADO Y PRESUPUESTO DE LA RED SECUNDARIA

ANEXO N° 09. RED DE DISTRIBUCIÓN SECUNDARIA

131

ANEXO N°01. IRRADIACIÓN SOLAR EN CAJAMARCA

ANEXO N°02. FICHA TÉCNICA DE LOS PANELES FOTOVOLTAICOS ERA SOLAR DE 320 Wp

ANEXO N°03. FICHA TÉCNICA DE LA BATERÍA ULTRACELL UCG288-12 UCG288-12 12V 288AH Deep Cycle

UCG288-12 Physical Specification

Part Number UCG288-12 Length 522 ± 2 mm Width 268 ± 2 mm Container Height 220 ± 2 mm Total Height (with terminal) 226 ± 2 mm Approx Weight 70 kg

Specifications Nominal Voltage 12V Nominal Capacity (100HR) 288AH

Terminal Type Standard Terminal F11 Container Material Standard Option ABS

Rated Capacity 20hr, 1.80V/cell, 25°C 260 AH / 13.0A

10hr, 1.80V/cell, 25°C 250.0 AH / 25.0A

5hr, 1.75V/cell, 25°C 214.0 AH / 42.8A

1hr, 1.60V/cell, 25°C 153.9 AH / 153.9A

Max Discharge Current 2500A (5s)

Internal Resistance Approx 2.5m Discharge Characteristics Operating Temp. Range Discharge: -15°C~50°C Charge: 0°C~40°C Storage: -15°C~40°C Nominal Operating Temp. Range 25±3°C Cycle Use Initial Charging Current less than 75.0A. Voltage 14.4V ~ 15V at 25°C Temp. Coefficient -30mV/°C Standby Use No limit on Initial Charging Current Voltage 13.5V ~ 13.8V at 25°C Temp. Coefficient -20mV/°C Capacity affect by Temperature 40°C 103% 25°C 100% 0°C 86% Design Floating Life at 20°C 15 Years Self Discharge Ultracell batteries may be stored for up to 6 months at 25°C(77°F) and then a refresh charge is required. For higher temperatures the time interval will be shorter.

Dimensions

F11 Terminal

20 [0.7 87] M8 [0.31 5] 7 [0.276] 268±2 128.5±2 226±2 220±2

494±2 522±2

Revised: 02 Jul 2015 1 ALL DATA IS SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE ISO9001 UCG288-12 12V 288AH Deep Cycle

Constant Current Discharge (Amperes) at 25°C F.V/Tim e 10min 15min 20min 30min 45min 1h 2h 3h 4h 5h 6h 8h 10h 20h 1.85V/cell 316.7 273.9 236.1 187.2 142.4 117.5 74.5 57.4 46.1 38.8 34.0 27.8 23.51 12.55 1.80V/cell 389.9 311.7 266.7 209.2 158.0 128.7 81.3 62.2 49.4 41.7 36.4 29.6 25.00 13.05 1.75V/cell 452.7 352.6 297.3 228.1 169.0 137.0 85.3 64.3 50.9 42.8 37.4 30.0 25.15 13.20 1.70V/cell \ 378.5 313.7 239.5 176.6 142.2 87.6 66.1 52.4 43.9 38.2 30.6 25.45 13.40 1.65V/cell \ 402.4 334.7 251.0 184.3 148.2 90.5 68.1 53.9 44.9 38.9 31.1 25.92 13.53 1.60V/cell \ 427.3 351.1 262.4 192.9 153.9 93.6 69.5 54.9 45.9 39.6 31.6 26.19 13.67

Constant Power Discharge (Watts) at 25°C F.V/Tim e 10min 15min 20min 30min 45min 1h 2h 3h 4h 5h 6h 8h 10h 20h 1.85V/cell 590.9 516.4 449.9 359.8 275.6 228.1 145.1 112.2 90.2 76.3 67.2 55.0 46.6 25.11 1.80V/cell 717.8 579.0 500.5 397.1 303.2 248.4 157.5 120.9 96.3 81.6 71.6 58.4 49.3 26.07 1.75V/cell 823.1 648.5 553.4 430.9 322.7 263.3 164.7 124.7 98.9 83.7 73.4 59.2 49.7 26.34 1.70V/cell \ 691.1 580.7 450.7 336.3 272.7 168.9 127.8 101.7 85.6 74.9 60.3 50.3 26.72 1.65V/cell \ 729.9 616.4 470.2 349.6 283.1 173.9 131.3 104.4 87.5 76.3 61.2 51.2 26.96 1.60V/cell \ 765.8 640.1 486.8 362.6 291.7 178.8 133.4 105.8 88.9 77.5 62.1 51.7 27.19

Discharge Characteristics Charging Characteristics

Temperature 250 C CHARGE CHARGING CHARGING 13.0 VOLUME CURRENT VOLTAGE % (A) (V/cell) 0.1CA-2.25V/cell Temperature(250 C 120 12.0 2.4 100 0.1C CHARGED VOLUME 11.0 0.093C0.05C 0.2C 2.3 80 0.08C CHARGE VOLTAGE 0.4C (Constant 2.25v/cell) 10.0 0.6C 2.2 2C 1C 60 0.06C AFTER 50% DISCHARGE 9.0 AFTER 100% DISCHARGE 40 0.04C 2.1

Terminal Voltage(V) Terminal C=C20 8.0 C= C20 20 0.02C 2.0 CHARGING CURRENT 1 2 4 6 8 10 20 40 60 2 4 6 8 10 20 0 0C min H 0 4 8 12 16 20 24 28 32 Discharge Time Charging Time (hours)

Temperature Effects in Relation to Battery Capacity Effect of Temperature on Long Term Float Life

110 18 100 16 14 90 12 Charging voltage 2.25V/cell 80 10

70 5

60

C20 50 2 Available capacity / % Available C10 Life expectancy(year) C5 40 C3 C1 0.5 30 20 30 40 50 0C O -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 68 86 104 122 F Battery temperature/ Battery temperature

Cycle Life in Relation to Depth of Discharge General Relation of Capacity VS. Storage Time

Residual average capacity in % of C 20 0 0 Acc.t o IEC 89 6-2 (25 C / 77 F) 120 100

90 100 80

70 80 10 60

50 60 30 40 40 20 40 30

20 capacity % Available Extracted capacityin % 20 10

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 0 5 10 15 20 25

Number of Cycles Storage time in month

Revised: 02 Jul 2015 ALL DATA IS SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE 2 ISO9001

ANEXO N°04. FICHA TÉCNICA DEL CONTROLADOR 150 /85 VICTRON ENERGY

www.victronenergy.com Controladores de carga SmartSolar con conexión de rosca o FV MC4 MPPT 150/45 hasta MPPT 150/100

Seguimiento ultrarrápido del Punto de Máxima Potencia (MPPT) Especialmente con cielos nubosos, cuando la intensidad de la luz cambia continuamente, un controlador MPPT ultrarrápido mejorará la recogida de energía hasta en un 30%, en comparación con los controladores de carga PWM, y hasta en un 10% en comparación con controladores MPPT más lentos.

Detección avanzada del Punto de Máxima Potencia en caso de nubosidad parcial En caso de nubosidad parcial, pueden darse dos o más puntos de máxima potencia (MPP) en la curva de tensión de carga. Los MPPT convencionales suelen seleccionar un MPP local, que no necesariamente es el MPP óptimo. El innovador algoritmo de SmartSolar maximizará siempre la recogida de energía seleccionando el MPP óptimo.

Excepcional eficiencia de conversión Sin ventilador. La eficiencia máxima excede el 98%.

Algoritmo de carga flexible Un algoritmo de carga totalmente programable (consulte la página de software de nuestra página web) y ocho algoritmos de carga preprogramados, que se pueden elegir con un selector giratorio (consulte más información en el manual).

Amplia protección electrónica Controlador de carga SmartSolar Protección de sobretemperatura y reducción de potencia en caso de alta temperatura. MPPT 150/100-Tr Protección de cortocircuito y polaridad inversa en los paneles FV. Con pantalla conectable opcional. Protección de corriente inversa FV.

Sensor de temperatura interna Compensa la tensión de carga de absorción y flotación. en función de la temperatura.

Bluetooth Smart integrado: no necesita mochila La solución inalámbrica para configurar, supervisar y actualizar el controlador con un teléfono inteligente, una tableta u otro dispositivo Apple o Android.

VE.Direct Para una conexión de datos con cable a un Color Control GX, otros productos GX, PC u otros dispositivos.

On/Off remoto Para conectarse a un VE.BUS BMS, por ejemplo.

Controlador de carga SmartSolar Relé programable MPPT 150/100-MC4 Se puede programar (entre otros, con un teléfono inteligente) Sin pantalla para activar una alarma u otros eventos.

Opcional: pantalla LCD conectable Simplemente retire el protector de goma del enchufe de la parte frontal del controlador y conecte la pantalla.

Controlador de carga SmartSolar 150/45 150/60 150/70 150/85 150/100 Tensión de la batería Ajuste automático a12, 24 ó 48 V (Se precisa una herramienta de software para ajustar el sistema en 36 V) Corriente de carga nominal 45A 60A 70A 85A 100A Potencia FV nominal, 12V 1a,b) 650W 860W 1000W 1200W 1450W Potencia FV nominal, 24V 1a,b) 1300W 1720W 2000W 2400W 2900W Potencia FV nominal, 36V 1a,b) 1950W 2580W 3000W 3600W 4350W Potencia FV nominal, 48V 1a,b) 2600W 3440W 4000W 4900W 5800W Máxima corriente de corto circuito 50A (máx. 30A por conector MC4) 70A (máx. 30A por conector MC4) FV 2) Tensión máxima del circuito abierto 150 V máximo absoluto en las condiciones más frías FV 145 V en arranque y funcionando al máximo Eficacia máxima 98% Autoconsumo Menos de 35 mA a 12 V / 20 mA a 48 V Valores predeterminados: 14,4 / 28,8 / 43,2 / 57,6V Tensión de carga de "absorción" (Regulable con: selector giratorio, pantalla, VE.Direct o Bluetooth) Valores predeterminados: 13,8 / 27,6 / 41,4 / 55,2V Tensión de carga de "flotación" (Regulable con: selector giratorio, pantalla, VE.Direct o Bluetooth) Tensión de carga de "ecualización" Valores predeterminados: 16,2V / 32,4V / 48,6V / 64,8V (regulable) Algoritmo de carga variable multietapas (ocho algoritmos preprogramados) o algoritmo definido por el usuario Compensación de temperatura -16 mV / -32 mV / -64 mV / °C Polaridad inversa de la batería (fusible, no accesible por el usuario) Protección Polaridad inversa/Cortocircuito de salida/Sobretemperatura Temperatura de trabajo De -30 a +60 °C (potencia nominal completa hasta los 40 °C) Humedad 95%, sin condensación Altura máxima de trabajo 5.000 m (fpotencia nominal completa hasta los 2.000 m) Condiciones ambientales Para interiores, no acondicionados Grado de contaminación PD3 Puerto de comunicación de datos VE.Direct o Bluetooth Interruptor on/off remoto Sí (conector bifásico) Relé programable DPST Capacidad nominal CA 240 V AC / 4 A Capacidad nominal CC 4A hasta 35VCC, 1A hasta 60VCC Funcionamiento en paralelo Sí (no sincronizado) CARCASA Color Azul (RAL 5012) 35 mm² / AWG2 (modelos Tr) 35 mm² / AWG2 (modelos Tr) Terminales FV 3) Tres pares de conectores MC4 (modelos Dos pares de conectores MC4 (modelos MC4) MC4) Bornes de la batería 35mm² / AWG2 Grado de protección IP43 (componentes electrónicos), IP22 (área de conexión) Peso 3 kg 4,5kg Modelos Tr: 185 x 250 x 95 mm Modelos Tr: 216 x 295 x 103 Dimensiones (al x an x p) en mm Modelos MC4: 215 x 250 x 95 mm Modelos MC4: 246 x 295 x 103 NORMAS Seguridad EN/IEC 62109-1, UL 1741, CSA C22.2 1a) Si se conecta más potencia FV, el controlador limitará la entrada de potencia. 1b) La tensión FV debe exceder Vbat + 5V para que arranque el controlador. Una vez arrancado, la tensión FV mínima será de Vbat + 1V. 2) Un generador fotovoltaico con una corriente de cortocircuito más alta puede dañar el controlador. 3) Modelos MC4: se podrían necesitar varios pares de separadores para conectar en paralelo las cadenas de paneles solares

Victron Energy B.V. | De Paal 35 | 1351 JG Almere | Países Bajos Centralita: +31 (0)36 535 97 00 | E-mail: [email protected] www.victronenergy.com

ANEXO N°05. FICHA TÉCNICA DEL INVERSOR MUST SOLAR

4 kW Must Solar 3000VA-5000VA PWM Inversor de Alta Frecuencia PV1800 PK Series Inversor de Alta Frecuencia MODELO PV18-3K PK PV18-5K PK : Características Voltaje de Baterías del Sistema 24VDC 48VDC

Potencia Nominal de 3kVA y 5kVA 3000VA 5000VA Potencia del Inversor Onda Senoidal Pura 2400W 4000W （ Configurable desde la pantalla LCD Modos de trabajo, estado de Pico de Potencia 6000VA 10000VA cargas, voltaje de baterías y de campo solar, etc.） SALIDA Tipo de Onda Onda Senoidal Pura Regulador de carga PWM de 50A en el modelo 3kVA y 60A en 5kVA INVERSOR Nuevo modo de Trabajo SUB combinando la carga solar y la carga Regulación de Voltaje AC 220VAC~240VAC desde generador o de red eléctrica al mismo tiempo y manteniendo la Eficiencia del Inversor 93%

PV1800 potencia de salida 10ms（FST、APL）、20ms（SLO） Protección contra sobretensión y contra sobrecarga Tiempo de Trasferencia Opción de instalar 3 unidades en paralelo (sólo el modelo 5kVA) 230VAC Función de arranque en frío Voltaje Salida AC Con programa para PC ( CD Incluído ) para programación del Inversor ENTRADA Rango Voltaje Salida (Seleccionable) 170~280VAC（FST）、90~280VAC（SLO）、184~253VAC（APL） Sistema de monitorización WiFi ( opcional ) AC Compatible con generadores de gasolina o diésel Rango de Frecuencia 50Hz/60Hz (Auto programado)

Introducción: Voltaje Nominal 24VDC 48VDC 27VDC 54VDC Inversor de onda pura con cargador AC y regulador de carga de tipo PWM. Multifunción, con posibilidad de combinar al mismo BATERÍA Voltaje de Flotación tiempo los diferentes métodos de carga. Incorpora una pantalla LCD para su configuración a través de los botones que van Voltaje de Protección Sobrecarga Batería 31VDC 60VDC instalados justo en la parte inferior. Es fácil y accesible para cualquier usuario, con opción de mostrar los valores de corriente de Voltaje Máximo de Panel en Voc 70VDC 105VDC CARGADOR carga desde paneles solares, desde generador o red eléctrica, así como la opción de visualizar los consumos. SOLAR consumo en Stand By 2W 2W & 50A CARGADOR AC Máxima Corriente de Carga Solar (PWM) 60A Información del Display LCD Conexión del Sistema Solar Máxima Corriente de Carga AC 30A 60A

Máxima Corriente de Carga Total 80A 120A

1 Dimensiones de Producto (A*A*L)(mm) 272*355*100 297.5*468*125 618*415*261 ESPECIFICACIONES Dimensiones del paquete (A*A*L)(mm) 465*373*231 MECÁNICAS 5 Peso Neto(kg) 7.8 12

11 7 8 12 15 14 10 9 6 10.3 13.5 2 3 4 Peso en Bruto (Kg) Para los modelos de 1KVA-3KVA 5% al 95% Humedad relativa PV panel Humedad 7 8 12 15 14 9 7 8 12 15 14 9 Temperatura de Trabajo 0°C -55°C VARIOS Temperatura de Almacenamiento -15°C -60°C

Uds. Contenedor(20GP/40GP/40HQ) 570pcs / 1150pcs / 1380 pcs 360pcs / 720pcs / 850pcs

PV1800

11 6 11 10 6 Modelo 4KVA-5KVA paralelable Red Conexiones

1. Display LCD 10. Entrada batería 2. Indicador de estado 11. Protección entrada AC 3. Indicador de Carga / Descarga 12. Puerto de comunicación RS485 4. Indicador de fallo 13. Puerto para conexión en paralelo 5. Botones de Navegación Generador 14. Contacto de libre potencia Baterías 6. Botón de encendido / apagado Consumos 15. USB 7. Entrada AC desde generador o Red 8. Salida AC a consumos 9. Entrada de paneles

NOTE: Para la configuración de los inversores en paralelo, por favor, revise el manual de conexiones en paralelo disponible en los inversores compatibles.

ANEXO N°06. FICHA TÉCNICA DE CABLES NYY

NYY DUPLEX / TRIPLE

Usos

Aplicación general como cable de energía. En redes de distribución en baja tensión, instalaciones industriales, en edificios y estaciones de maniobra. En instalaciones fijas, en ambientes interiores (en bandejas, canaletas, etc.), directamente enterrado en lugares secos y húmedos.

Descripción

Conductores de cobre electrolítico recocido, sólido o cableado (comprimido, compactado), aislamiento y cubierta individual de PVC. En la conformación duplex los dos conductores son trenzados entre si. En la conformación triple, los tres conductores son ensamblados en forma paralela mediante una cinta de sujeción.

Características

Buenas propiedades eléctricas y mecánicas. La cubierta exterior de PVC le otorga una adecuada resistencia a los ácidos, grasas, aceites y a la abrasión. Facilita empalmes, derivaciones y terminaciones. Menor peso que los cables NYY convencionales y mejor disipación de calor permitiendo obtener una mayor intensidad de corriente admisible. Retardante a la llama.

Marcación

INDECO S.A. NYY(80º) 0.6/1 kV 3-1x

Calibre

6 mm ² – 500 mm ²

Embalaje

En carretes de madera, en longitudes requeridas.

Colores

Aislamiento: Blanco Norma (s) de Fabricación Cubierta: Duplex : Blanco, negro. NTP-IEC 60502-1 Triple : Blanco, negro, rojo. Tensión de servicio 0.6/1 kV Temperatura de operación 80 ºC

e-mail / [email protected] / [email protected] / web / www.indeco.com.pe 1-2 Todos los dibujos, diseños, especificaciones, planos y detalles sobre pesos y dimensiones contenidos en la documentación técnica o comercial de INDECO, son puramente indicativos y no serán contractuales para INDECO, ni podrán ser consideradas como que constituyen una representación de la parte de INDECO.

TABLA DE DATOS TECNICOS NYY DUPLEX

CAPACIDAD DE CORRIENTE ESPESORES DIÁMETRO (*) CALIBRE PESO Nº EXTERIOR HILOS AISLAMIENTO CUBIERTA ENTERRADO AIRE DUCTO N° x mm² mm mm mm (Kg/Km) A A A 2x1x6 1 1 1.4 15.4 218 77 58 62 2x1x10 1 1 1.4 17 307 105 80 85 2x1x16 7 1 1.4 19.3 454 136 108 112 2x1x25 7 1.2 1.4 22.5 672 170 140 140 2x1x35 7 1.2 1.4 24.6 880 205 175 170

TABLA DE DATOS TECNICOS NYY TRIPLE

ESPESORES DIMENCIONES CAPACIDAD DE CORRIENTE (*) CALIBRE Nº PESO HILOS AISLAMIENTO CUBIERTA ALTO ANCHO ENTERRADO AIRE DUCTO N° x mm² mm mm mm mm (Kg/Km) A A A 3 - 1 x 6 1 1 1.4 7.8 23.2 324 72 54 58 3 - 1 x 10 1 1 1.4 8.6 25.7 455 95 74 77 3 - 1 x 16 7 1 1.4 9.8 29.1 672 127 100 102 3 - 1 x 25 7 1.2 1.4 11.4 33.9 992 163 131 132 3 - 1 x 35 7 1.2 1.4 12.4 37.1 1298 195 161 157 3 - 1 x 50 19 1.4 1.4 14.1 42 1707 230 196 186 3 - 1 x 70 19 1.4 1.4 15.7 46.8 2339 282 250 222 3 - 1 x 95 19 1.6 1.5 18.2 54.3 3209 336 306 265 3 - 1 x 120 37 1.6 1.5 19.9 59.5 3975 382 356 301 3 - 1 x 150 37 1.8 1.6 21.7 64.9 4836 428 408 338 3 - 1 x 185 37 2 1.7 24.1 72 6027 483 470 367 3 - 1 x 240 37 2.2 1.8 27 80.8 7825 561 562 426 3 - 1 x 300 37 2.4 1.9 29.8 89.3 9736 632 646 480 3 - 1 x 400 61 2.6 2 33.2 99.4 12336 730 790 555 3 - l x 500 61 2.8 2.1 36.9 110.4 15590 823 895 567

(*) Temperatura del suelo: 20ºC Temperatura ambiente: 30ºC Temperatura en el conductor: 80ºC Resistividad del suelo: 1 °k.m/W

e-mail / [email protected] / [email protected] / web / www.indeco.com.pe 2-2 Todos los dibujos, diseños, especificaciones, planos y detalles sobre pesos y dimensiones contenidos en la documentación técnica o comercial de INDECO, son puramente indicativos y no serán contractuales para INDECO, ni podrán ser consideradas como que constituyen una representación de la parte de INDECO.

ANEXO N°07. SISTEMA BIOMASA FOTOVOLTAICO

ANEXO N° 08. METRADO DE LA RED SECUNDARIA PLANILLA DE METRADO REDES SECUNDARIAS Y CONEXIONES DOMICILIARIAS CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR

CONDU DETALLE Y RETENIDAS Y PUESTA A PASTORALES Y METRADO POSTES DE C.A.C AUTOPORTANTE CTORE ACCESORIOS DE FERRETERIA UBICACION TIERRA LUMINARIAS S

ESTRU CT.

POSTE AºGº CURVA CONICA PARAAl VARILLA 2X16/P25 1X16/P25 AISLADO AMARRE ARMADO ANGULAR

N` TIPOCUÑA 2X16+16/P25 1X16+16/P25 LONG.254mm LONG.305mm PERFORACION VANOATRAS (m) RETENIDASIMPLE PERNODE 16mmØ GRAPADE ANCLAJE POSTEDE CAC 8/200 POSTEDE CAC 8/300 DEVAPOR DE SODIO PERNOCON OJAL DE PERNOCON OJAL DE 13mmØ.LONG.254 mm 13mmØ.LONG.305 mm CAJADE DERIVACION CORREPLASTICAS DE 16mmLONG.Ø. 254 mm 16mmLONG.Ø. 305 mm FLEJEDE ACERO INOX. PUESTAATIERRA CON CINTAAUTOFUNDENTE PORTALINEAUNIPOLAR PASTORALDE TUBO DE GRAPADE SUSPENSION CONECTORBIMETALICO CONECTORBIMETALICO ARANDAELACUADRADA PERNOCON GANCHO DE PERNOCON GANCHO DE CONECTORAISLADO TIPO LUMINARIACON LAMPARA RETENIDACONTRAPUNTA PARAEXTREMO DE CABLE CuRECOCIDO N2XY 10 mm2 PERNODE AºGº DE 13mmØ. PERNODE AºGº DE 13mmØ. TUERCADEOJO AºGº PARA CONECTORPARA 25mm2 Al. C-I 1 E3/S 20,0 1,0 2,0 1,0 1,0 22,0 4,0 2,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 3 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 4 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 5 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 6 E1/S 50,0 1,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 7 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 8 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 9 E3/S 50,0 1,0 1,0 1,0 55,0 4,0 2,0 1,0 1,0 2,0 2,0 C-II 10 E5/S 45,0 1,0 1,0 1,0 55,0 4,0 2,0 1,0 1,0 2,0 2,0 11 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 12 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 13 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 14 E3/S 50,0 1,0 1,0 1,0 55,0 4,0 2,0 1,0 1,0 2,0 2,0 15 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 16 E4/S 50,0 1,0 2,0 1,0 49,5 5,0 1,0 1,0 2,0 1,0 2,0 17 E1/S 45,0 1,0 49,5 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 18 E1/S 45,0 1,0 49,5 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 19 E4/S 45,0 1,0 2,0 1,0 49,5 5,0 1,0 1,0 2,0 1,0 2,0 20 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 21 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 22 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 23 E1/S 50,0 1,0 55,0 1,0 4,0 1,0 1,0 2,0 24 E3/S 50,0 1,0 1,0 1,0 55,0 4,0 2,0 1,0 1,0 2,0 2,0

TOTAL 1150,00 17,00 7,00 10,00 0,00 7,00 1,00 1,00 0,00 0,00 22,00 1243,00 0,00 17,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 98,00 10,00 17,00 0,00 24,00 0,00 7,00 0,00 0,00 14,00 2,00 0,00 48,00

ANEXO N° 09. RED DE DISTRIBUCIÓN SECUNDARIA 50 m N b

16 E1/S 15

50 m b C-II 15 Sistema E5/S 41 m biogas-fotovoltaico E1/S 1 50 m E3/S

E1/S b 14 C-I m 50

50 m 10 b b 11 E1/S 50 m 12 11 E3/S b 50 m E1/S 13 b 13 12 10 E1/S 2

14 b CUADRO DE CARACTERISTICAS DE CONDUCTORES

E3/S a 1x16 mm² + 1x16(AP) mm² + 1x25(N) mm² 3 E1/S 26 b 1x16 mm² + 1x25(N) mm² 24 50 m 25

b 50 m 50

b E1/S 23

50 m 442936 8766554 b 24 4 E1/S 09 E1/S 22 LOCAL 50 m b 23 b

COMUNAL m 50 22 E1/S 21

07 50 m 08 b 442936 21 E1/S 8766454 5 E1/S

50 m 50 20

50 m b b E4/S 20 06 19 6 45 m 19 E1/S E1/S b 45 m

442936 18 8766354 b E1/S 50 m 50 18 CENTRO 45 m 17 EDUCATIVO b 17 b E4/S 05 16

50 m E1/S b 7 04 16 E1/S

b m 50 15

50 m 442936 8766254 b 03 8 E1/S UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO L E Y E N D A D N E Y E L FACULTAD DE INGENIERA MECÁNICA ELÉCTRICA 02 SIMBOLO N O I C P I R C S E D 50 m 50 TESIS: POSTE DE C.A.C. 8m / 300Kg (PROYECTO) " GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGAS Y LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA POSTE DE C.A.C. 8m / 200Kg (PROYECTO) b EN EL CASERIO SANTA ROSA DE TUMAR DISTRITO DE HUAMBOS - CHOTA - CAJAMARCA" CONDUCTOR AUTOPORTANTE DE ALUMINIO

POZO DE PUESTA A TIERRA CON VARILLA DE Cu. Ø 5/8" x 2.40 m. PLANO: RETENIDA INCLINADA SISTEMA DE DISTRIBUCION EN BAJA TENSION

PASTORAL FºGº CON LÁMPARA DE 50W

ACOMETIDA DOMICILIARIA RESPONSABLE: ESCALA : DPTO : E3/S 9 MIGUEL ANGEL SAAVEDRA MEJIA LÁMINA: E1/S ESTRUCTURA SUSPENSION EN ALINEAMIENTO S/E CAJAMARCA BACHILLER EN INGENIERIA MECANIA ELECTRICA PROVINCIA: E3/S ESTRUCTURA DE FIN DE LINEA FECHA: ABRIL - 2019 CHOTA SDBT-02 01 E4/S ESTRUCTURA DE ANCLAJE ELABORADO : REVIZADO: CASERIO : DISTRITO: VIVIENDA (506 Wh/dia) M.A.S.M. M.A.S.M. SANTA ROSA DE TUMAR HUAMBOS