Energia renovable

El presente proyecto pretende que la Universidad Privada Del Norte pueda emplear la energía solar como fuente de energía renovable ya que esta es ilimitada y a largo plazo ahorrativa y no daña el medio ambiente. El uso de esta energía sería utilizada para las áreas verdes de las facultades, aplicando leyes de termodinámica y cálculos a los paneles solares fotovoltaicos obtendríamos energía renovable ilimitada. Con datos actuales de iluminación de las áreas verdes y con la ayuda de un proveedor de paneles fotovoltaicos y mediante cálculos reales comparamos la energía actual no renovable que usa la institución con nuestra propuesta y como resultado se obtuvo que la energía renovable es la mejor alternativa.

Introducción

A través de la historia el hombre siempre ha buscado y descubierto nuevas fuentes de energía para poder emplearlas en la industria, en el transporte, en la agricultura, en los hogares o como uso militar.

La primera fuente de energía descubierta y usada por el hombre fue el fuego, este tipo de energía seria empleada por el hombre. El hombre fue descubriendo nuevas formas de energía aprovechando los recursos naturales que nuestro planeta nos brinda y gracias a los avances científicos.

Hoy en día conocemos dos tipos de energía renovable y no renovable, en este caso estudiaremos la energía renovable ya que estas son fuentes en que la energía disponible existe en grandes cantidades ilimitadas, ya que no se agotan a medida que se va utilizando. El sol, el viento, las caídas de agua y la biomasa con fuentes de energía renovable.

La energía solar, es una energía renovable obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del sol. La radiación solar que alcanza la tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando.

Mediante cálculos y el análisis de la termodinámica aplicada a el uso de paneles solares como fuente de energía se podrá elaborar un proyecto que nos permita iluminar las áreas verdes de nuestra querida universidad y poder comprobar si es una buena alternativa para poder reducir costos y proteger el medio ambiente También para comprobar si es rentable utilizar este tipo de energía e ir implementándola en toda las diversas áreas que tiene la universidad.

Panel solar

Es un dispositivo que aprovecha la energía de la radiación solar. Sus recursos son ilimitados.

Están formados por un conjunto de celdas (celdas fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos (energía solar fotovoltaica).El parámetro estandarizado para clasificar su potencia se denomina potencia pico y se corresponde con la potencia máxima que el modulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:

*Radiación de 1000/w/

*Temperatura de célula de 25 °C (no temperatura ambiente)

Las celdas que forman el panel fotovoltaico dependen del estado fotovoltaico por el que la energía lumínica produce carga negativa y positiva en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.

Cuando se expone a luz solar directa, una celda de silicio de 6cm de
diámetro puede producir una corriente de alrededor de 0.5 amperios a
0.5 voltios (equivalente a una promedio de 90 W/,
en un campo de normalmente de 50-150 W/,
dependiendo del brillo solar y la eficiencia de la celda).El arseniuro de galio
es más eficaz que el silicio, pero también más costoso

Cuanto mayor sea el panel solar más energía recibirá del sol y más electricidad podrá generar y cuanto más cerca este colocado del sol también. Esta electricidad es la que podemos luego utilizar en nuestras casas para nuestros electrodomésticos, luz, etc. Pero no solo es útil para nuestras casas. Más adelante explicaremos sus utilidades

Esta energía generada por los paneles solares es la que se conoce como energía Solar Fotovoltaica. Fotovoltaico equivale a decir "luz- electricidad".

Figura n° 1

Ventajas y desventajas de uso de paneles solares

ESQUEMA DE CONEXIONADO DEL SISTEMA DE CARGA Y FUNCIONAMIENTO

REGULADOR

Este pequeño aparatito hace de "cerebro" de nuestra instalación solar low-cost, decide cuando cargar la batería, cuando permitir el consumo. Además de prevenir la sobrecarga y descarga excesiva de la batería .También es lo que hace que no se produzcan alimentaciones inversas fluyendo corriente desde la batería hacia el panel durante la noche.

El regulador nos dará la siguiente información mediante 5 leds de colores

*Nivel de carga de la batería: 3 LEDS de color rojo de dos posiciones de intensidad cada uno. Informando del nivel de en 5 etapas

*Carga de la batería: 1 LED verde nos dice si está cargando o no, y si lo hace de forma fuerte (Leeds 100% encendido) o débil (led menos intenso).

*consumo permitido: si esta encendido este LED verdes es que podemos consumir, si está apagado obviamente es que no hay energía almacenada y el suministro de corriente está cortado para proteger la batería.

INVERSOR:

El inversor es el aparato que se ocupa de convertir los 12v del corriente continua que tenemos en la batería en 220v de corriente alterna a la cual funcionan la mayoría de los consumos.

El inversor utilizado es de 200w lo que quiere decir que no debemos pasarnos de esa potencia conectada, de todas forma hay que ser precavidos y no conectar más de 100w.

BATERIA:

Es donde se almacenara la energía para el uso del usuario. Este tipo de batería suelen ser muy potentes La batería es del tamaño aproximado al de una batería de auto, la cual va (de preferencia) enterrada junto con el poste.

Imagen n° 2

Planteamiento del problema

Aplicando los principios de las leyes de la termodinámica se empleara el uso de paneles fotovoltaicos como de fuente de energía renovable para iluminar las áreas verdes de nuestra querida universidad. Y mediante fórmulas compararemos si es rentable este tipo de energía en comparación con la energía eléctrica no renovable suministrada por la empresa edelnor.

DATOS ACTUALES DE ELECTRIFICACION Y CONSUMO DE ELECTRICIDAD DE LAS AREAS VERDES

La universidad UPN cuenta con áreas verdes destinadas para la recreación del alumnado (sala de estudios al campo libre, cafetín, descanseros, áreas verdes)

Para iluminar las áreas verdes de la universidad se utilizan: 4 lámparas de 200w, 2 lámparas de 300w, 10 fluorescentes de 36w y 6 fluorescentes de 36, divididos en tres áreas verdes de la universidad. Las luces permanecen encendidas por 6 horas /d y 365 d/ año para un costo de electricidad de s/0.4 KW/h

De igual forma cualquier otra institución de tener un amplio terreno iluminado perteneciente a áreas verdes lo recomendado seria dividir las zonas de esta forma se calcularía x zona o por total la cantidad de w necesarios para su correcto funcionamiento y eficiencia.

En este caso se ha dividido las áreas verdes en 3 áreas, cada cumple una diferente función por tal razón el w varía dependiendo el uso de energía.

ZONA A:

Esta zona está ubicada al frente de la biblioteca y el cafetín.

*CONSUMO

-La iluminación cuenta con 2 postes en cada poste hay 2 lámparas de 200w .Estas se encuentran al frente de la biblioteca.

-El área verde destinada para el cafetín cuenta con 2 lámparas de luz amarilla de 300w cada una.

ZONA B:

Esta zona la ubicamos a la espalda del pabellón a. Esta área es utilizada por los estudiantes para estudiar o realizar trabajos, ya que hay pequeñas mesas.

*CONSUMO

-Se encuentra iluminada por 10 fluorescentes de 36w cada uno

ZONA C:

*CONSUMO

-Podemos observar 6 fluorescentes de 36 w.

Uso de la energía eléctrica en las áreas verdes de la UPN

Tabla n°2

CONSUMO REAL DE LA UPN:

800+600+360+216 = 1976W

1476/1000 = 1.97 KW/h consumo x hora

*Horas de operación = 6h x 365 d = 2190 h/ anuales

*Energía de iluminación = 1.976 KW/h x 2196 h = 4314.3 kW/h

*Costo de iluminación = 4314.3 kW/h/a x 0.45 = s/ 1.726 anuales

NOTA:

-Se ha establecido que las lámparas funcionan 6 horas al día
gracias a la información brindada por el personal de mantenimiento. Estas
ya están programadas a encenderse desde las 5:30 pm a 11:30 pm de lunes
a domingos

-Las lámparas Philips de 200w ubicadas en las áreas verdes del
cafetín estas emiten luz amarilla, no son led y no tienen una vida útil
prolongada.

-Los fluorescentes son los tradicionales de 36w, estos se suelen quemar muy
rápido por lo tanto no suelen ser tan eficientes.

Resultados

PROPOSICION

Se realizó un proceso de investigación para poder hallar a los mejores proveedores de paneles solares con una amplia experiencia y con normas tanto de calidad como de acuerdo a ley. De esta forma se eligió al mejor proveedor comparando costos de paneles, experiencia en el mercado, confiabilidad en un 90% y calidad óptima y demás filtros. Y como resultado se decidió trabajar con la empresa lumisolar y de la mano con uno de los ingenieros quien nos brindó asesoría respectiva en cuanto al funcionamiento y costo beneficio.

Una breve descripción de la empresa a continuación:

Lumisolar es la empresa con mayor trayectoria en instalación
de postes solares y sistemas de ahorro energético en Chile. Con más
de 10 años de experiencia y más de 12.500 instalaciones en todo
el país se posiciona como líder en el mercado de la energía
solar, lo cual le ha permitido extenderse a otros países para comercializar
sus productos. Es así como a partir de enero de enero de 2015 Lumisolar
comenzó a operar en Perú, siendo el inicio de una internacionalización
que considera continuar conquistando otros mercados latinoamericanos.

Aplicando los paneles solares en las áreas verdes de la UPN

Haciendo una simulación de los paneles solares en nuestra institución ya instalados calculemos el consumo en energía-

Estos paneles trabajan con focos led fabricados por nuestro proveedor, estos tienen una vida útil de 10 años y los paneles solares una vida útil de 25 años. Los focos leds consuman muy poca energía pero a cambio nos brindan luz blanca de una mayor potencia. Los paneles no requieren de mantenimiento y de necesitarlo sería a partir de 20 años de antigüedad y aún muy bajo costo.

Calculemos el consumo:

*Consumo por panel solar y focos Leeds.

Como podemos observar los watts se han reducido, resumiendo esto se debió a que se reemplazaron los focos tradicionales por focos Leeds y estos consumen menor energía, simplemente sumamos los w. Y los transformamos a kW/h dividiéndolo entre 1000.De esta forma sabremos el consumo en kW/h.

*40+80+80+80=280w

*280/1000 = 0.28 KW/h

-Multiplicamos las horas de operación diarias que se emplean los focos por los días del año, y como resultado obtendremos las horas anuales que están encendidos los focos Leeds.

*horas de operación = 6×365 = 2190 h/anuales

-En esta operación multiplicamos el kW/h por las horas al año que están encendidas y obtendremos los kW/h anuales.

*Energía de iluminación = 0.28kwh x 2190 = 613.2 kW/h/anuales

-Una vez obtenido nuestros kW/h anuales los multiplicaremos por el costo x kW que nos cobra nuestro proveedor de energía. Y obtendremos el costo total que tendríamos que pagar usando focos Leeds.

*Costo de iluminación = 613.2 x 0.4 = s/245.28 anuales

Recuperación de capital

-El proveedor escogido nos cotizo los materiales, asa como costo de instalación y el costo del total de paneles para poder las áreas verdes de la universidad.

El costo total o la inversión que tendría que hacer la UPN sería de 22888 nuevos soles.

Lo que nos interesaría es cuando la UPN recuperaría la inversión y si realmente le conviene.

Lo calculamos de la siguiente manera el precio total de los paneles / el costo actual que consume la UPN con su focos tradicionales sin la mejora y como resultado obtendremos en cuantos años recuperaría su inversión.

*Costo de paneles 22888/1725= 13 años con 2 meses

Si nuestros paneles tienen una vida útil de 25 años, tendríamos 11 años y 8 meses sin pagar energía. Y obtendríamos un ahorro de 20 mil nuevos soles.

*Años sin pagar 11 años y 8 meses. Con un ahorro de 20 mil soles.

Discusión

Una de las principales implicancias que podría ocurrir para que la presente investigación es la subida del dólar ya que la gran mayoría de proveedores casi el 90% trabaja con el dólar y el dólar sigue en alza, como también podría bajar

La radiación de disminuir en los próximos años este proyecto no sería tan eficiente. Ya que si bien es cierta la energía solar es ilimitada y gratuita, pero debido a los constantes cambios en la naturaleza de no haber una radiación en un rango determinado, los paneles no podrían abastecer las necesidades requeridas-

El espacio es un punto en contra, ya que dichos paneles necesitan un área amplia y que tenga la altura suficiente para aprovechar los recursos del sol.

Tener que esperar un largo plazo para poder recuperar la inversión y empezar a gozar de los beneficios del astro sol suele ser desesperante sobre todo para las pequeñas empresas o aquellas empresas que buscan resultados inmediatos.

Por otra parte la poca importancia y la falta de información sobre estos novedosos aparatos tecnológicos llamados paneles que transforman energía de acuerdo a la necesidad del hombre. El estado debería de fomentar la creación e uso de nuevas tecnologías sobre todo en el campo industrial.

Conclusiones

-El grupo considera que a largo plazo, conviene la energía solar, dado el momento no pagará mas y la mayoría de estos proyectos se hacen a largo plazo.

-Se paga en 13 y prácticamente los siguientes años serian gratis.

-Si conviene a la universidad utilizar este tipo de energía renovable

-Ayuda a disminuir el calentamiento global

-De acabarse los recursos que se transforman en energía no renovable, esto no afectaría al ciclo de servicio que ofrece la universidad ya que esta trabajaría con recursos ilimitados (el sol).

-Los focos Leeds son tecnología que va a la vanguardia de las necesidades de las empresas, economizan y brindan mayor potencia.

Mientras tengamos mucha mas radiación el uso de paneles solares se irá incrementando con el paso de los años e de igual forma se irá mejorando.

Referencias

[1]Michael, A. B (2012) Termodinámica. Argentina

[2] Lydia A. F (2014) Como elaborar una tesis de grado

[3] Vicente M. M (2015) Instalaciones generadoras fotovoltaicas

[7] www.youtube.com

[8] www.wikipedia.com

Autor:

Durand Porras, Juan Carlos

Universidad Privada Del Norte

[Docente Asesor]

LIMA

Poma Quispe, Jonathan Paul

Universidad Privada Del Norte

LIMA

Cordova García Samuel

Universidad Privada Del Norte

LIMA

Dominguez Capillo Edgar

Universidad Privada Del Norte

LIMA

Universidad Privada Del Norte (UPN-LIMA), Escuela De Ingeniería Industrial