Implementacion De Paneles Solares

DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE POSTE DE LUZ PARA UN SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO BASADO EN PANELES SOLARES EN UN PARQUE DEPORTIVO UBICADO EN EL BARRIO CAÑAFISTOL

Diana Carolina Bastos Guerrero - 1161169. Ronald Stiven Daza Daza – 1161145.

Universidad Francisco de Paula Santander Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica. Formulación y Gestión de Proyectos Cúcuta 2017

DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE POSTE DE LUZ PARA UN SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO BASADO EN PANELES SOLARES EN UN PARQUE DEPORTIVO UBICADO EN EL BARRIO CAÑAFISTOL

Diana Carolina Bastos Guerrero - 1161169. Ronald Stiven Daza Daza – 1161145.

Proyecto de semestre como requisito para aprobar formulación de proyectos

Asesora: Ingeniera, GABRIELA SIERRA PEÑARANDA

Universidad Francisco de Paula Santander Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica. Formulación y Gestión de Proyectos Cúcuta 2017

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TABLA DE CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABLAS 1.

2.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Planteamiento

1

1.2 Formulación

1

JUSTIFICACIÓN.

1

2.1 Beneficio Tecnológico 2.2 Beneficio social

3.

1

2

2

2.3 Beneficio Institucional

2

2.4 Beneficio Económico

2

2.5 Beneficio Ambiental

2

ALCANCE………………………………………………………………………3 3.1 Tipo de proyecto. 3 3.2 Impacto esperado. 4 3.3 Resultados esperados

4.

5

LIMITACIONES Y DELIMITACIONES. .6 4.1 Limitaciones …………………………………………………………….6 4.2 Delimitaciones ……………………………………………………………..6

5.

OBJETIVOS 7 5.1 Objetivo general 7 5.2 Objetivos específicos

6.

7

MARCOREFERENCIA …………………………………………………...…8 6.1 Antecedentes

8

6.2 Marco teórico

9

6.3 Marco legal

13

6.4 Diagrama causa-efecto 6.5 Matriz lógica

16

6.6 Estudios. 17 6.6.1 Ambiental

17

15

6.6.2 Mercado ………………………………………………….17

iv

6.6.3 Técnico…………………………………………………………..19 6.6.4 Organizacional…………………………………………………......20 6.6.4.1 Descripción de los roles en proyecto ………….... 6.6.4.2 organigrama del proyecto……………………………….. 7.

DISEÑO METODOLOGICO ………………………………………...21 7.1 Actividades y metodología ………………………………………………..21 7.2 Resultados Alcanzados ………………………………………………….22

8.

CRONOGRAMA…………………………………………………………………..22

9. PRESUPUESTO ……………………………………………………………23 9.1 Global …………………………………………………………………….23 9.2 Detallado …………………………………………………………………….23 CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

v

LISTA DE FIGURAS

Pág. Fig. 1 Fotocelda……………………………………………………………………………………………10 Fig. 2 Diagrama de Ishikawa ….………………………..……………………………………………….10 Fig. 3 Atlas interactivo del IDEAM...………………………………………….………………………..12 Fig. 4 Panel solar de 40w ……………………………………...…………..…………………………….15 Fig. 5 conexiones del poste de luz……………………………………………………………………….. Fig. 7 Bombillo LED de 12w..…………………………………..……………….……………………20 Fig. 8 poste de luz solar alimentado por un panel solar……………………………………………….. Fig.9 Estructura organizacional de la empresa………………………………………………………… Fig.10 Organigrama del proyecto…………………………………………………………………………

LISTA DE TABLAS

vi Pág.

Tabla 1 Matriz lógica……………………………………………………………………………………...16 Tabla 2 Cronograma de actividades……………………………….………..…………………………..21 Tabla 3 presupuesto del proyecto…………………………..……………………………………………22

INTRODUCCIÓN

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Hoy en día la necesidad de implementar energías renovables como la eólica y la solar son de suma importancia y por tal razón los avances en este campo son cada vez más grandes. Los paneles solares son los encargados de transformar de manera directa la radiación solar en energía eléctrica, estos por su fácil instalación son aplicados en gran cantidad de proyectos por todo el mundo, desde hogares en zonas rurales hasta en aviones no tripulados alimentados por energía solar fotovoltaica. El presente proyecto muestra el uso de los paneles solares en un prototipo de poste de luz pública para instalar una serie de estos en un parque deportivo del barrio Cañafistol, que se ve afectado por la falta de iluminación y el aumento del consumo de drogas en aquel lugar.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1

1.1 PLANTEAMIENTO: El uso de sustancia psicoactivas en Cúcuta no es una ilusión; es los últimos años los índices de drogadicción en jóvenes han ido en aumento y es muy común verlos en las zonas oscuras y boscosas de parques en diferentes barrios de la ciudad. En el barrio Cañafistol se encuentra un parque de actividad deportiva en el que la iluminación pública es el principal problema; debido a las jornadas estudiantiles y laborales, muchos niños, adolescentes y adultos, no pueden practicar algún deporte a causa de la falta de iluminación; por tal motivo, este parque se ha convertido en el típico lugar para el consumo de drogas. Esta situación hace necesaria la implementación de un sistema de iluminación pública para todo el parque, que beneficie a las personas de la comunidad para que puedan realizar alguna actividad deportiva en las horas de la noche y que permita reducir el consumo de alucinógenos en esta zona.

1.2 FORMULACIÓN:

¿Qué sistema de iluminación se podría implementar en el parque deportivo del barrio Cañafistol?

2. JUSTIFICACIÓN

2

El diseño del prototipo de poste de iluminación pública autosostenible permite ofrecer una solución a las distintas problemáticas que se presentan normalmente en los sistemas de alumbrado público, como lo son en áreas dónde deja de funcionar por apagones o daño de los elementos, muy común en sectores de difícil acceso, este proyecto está dirigido para un parque deportivo en el barrio Cañafistol en cual tiene insuficiencias en el sistema de iluminación pública.

2.1 BENEFICIO TECNOLÓGICO Implementación y desarrollo de nuevas tecnologías, para la seguridad e iluminación adecuada del sector seleccionado, proporcionando así beneficios notorios en la capacidad de brindar sustento necesario para las actividades deportivas.

2.2 BENEFICIO SOCIAL Implementar nuevos avances tecnológicos en zonas donde aparentemente se era imposible penetrar la tecnología, brinda un desarrollo social, el cual trae consigo un cambio en la mentalidad de las personas puesto que comprenden que el mundo gira en torno al desarrollo tecnológico y somos parte de ello.

2.3 BENEFICIO INSTITUCIONAL La Universidad Francisco de Paula Santander brinda la oportunidad de hacer aplicaciones prácticas de los conocimientos adquiridos en las aulas, con este tipo de

proyectos se beneficios tanto los estudiantes como la sociedad, ayudando a que la

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misión de la Universidad y del programa de Ingeniería Electrónica se cumpla, “aplicar conocimientos para el desarrollo de la sociedad”.

2.4 BENEFICIO ECONÓMICO Al hacer uso de energía solar fotovoltaica se obtiene un gran beneficio económico a largo plazo debido a que el único coste asociado al uso de la energía solar es el derivado de la propia fabricación de los componentes y la instalación. Esto significa que, a pesar de la elevada inversión inicial, no hay ningún coste adicional asociado a su uso, por lo que la instalación se amortiza rápidamente.

2.5 BENEFICIO AMBIENTAL La energía solar es renovable. Las energías alternativas son limpias y no conllevan apenas la emisión de gases de efecto invernadero. No se agotan recursos naturales y tienen mínimos impactos sobre el medio ambiente, sin productos de desecho, emisiones de CO2 y otros tóxicos, como ocurre con las fuentes tradicionales de energía. Los beneficios medioambientales de las energías renovables son muchos, y sobretodo contribuirán a mejorar los niveles de contaminación atmosférica. Con un aire más limpio, la población humana ganará seguro en salud.

3. ALCANCE

4

La implementación de un prototipo de poste de luz led alimentado por energía solar en un parque deportivo del barrio Siglo XXI, está enfocado en dos características: -

En primer lugar, se instala este sistema de alumbrado público con el fin de evitar la inseguridad del sector seleccionado, debido a que por falta de este sistema se aumentaron los riesgos de peligro. La implementación del poste de luz está dirigido al parque deportivo para brindar seguridad impidiendo así la existencia de nuevos acontecimientos que alteren el bienestar de los habitantes.

-

En segundo lugar, este proyecto está diseñado para brindar un bienestar social en la cual aquellas personas beneficiadas por este parque deportivo puedan entrenar sus disciplinas y disfrutar de esta instalación ya iluminada.

3.1 TIPO DE PROYECTO: La implementación de un prototipo de un sistema de iluminación autosuficiente alimentado con energía solar puede ser clasificado de la siguiente manera: -

Según la procedencia de su capital: se dice que es un proyecto privado, puesto que los únicos inversionistas de dicho proyecto son los autores intelectuales.

-

Según su orientación: un proyecto social, debido a que busca solucionar una problemática que aqueja a una comunidad, en este caso al sector del barrio Siglo XXI de la ciudad de Cúcuta, y que busca la mejora de las condiciones a las que se encuentran sometidas estas personas y el mejoramiento continuo de la sociedad.

-

Según su sector económico: es de infraestructura económica, porque va dirigido 5 a atender una necesidad básica de la población como lo es el sistema de alumbrado público.

-

Según el objetivo: este proyecto ofrece prestaciones de servicios para los habitantes del barrio Cañafistol.

-

Según su grado de dificultad: es un proyecto simple, debido a que su elaboración y estructura analítica no poseen altos niveles de complejidad.

-

Según la procedencia del capital: se dice que es un proyecto privado, puesto que los únicos inversionistas de dicho proyecto son los autores intelectuales.

-

Según el grado de experimentación del proyecto: se trata de un proyecto normalizado ya que para llevarlo a cabo requiere el uso de normas técnicas como las contenidas en la norma técnica colombiana citada en el marco legal.

-

Según el sector: está enfocado en varios sectores, se trata de un proyecto de energía ya que usamos la energía solar como fuente única y principal, por consiguiente, es un proyecto de medio ambiente esto se debe a que la energía utilizada es renovable y no hace daño alguno a nuestro ecosistema, por último, es un proyecto de servicios pues éste va dirigido a una zona en específico en donde se beneficiaran los habitantes del sector.

-

Según su ámbito: se habla de un desarrollo tecnológico, incluyendo componentes electrónicos en su modelo, mostrando a las industrias y el gobierno el avance y la adaptación de nuevas tecnologías en las fuentes de iluminación de la mano del medio ambiente.

-

Según su influencia: se dice que es un proyecto local ya que por el momento

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solo se consolida en la ciudad de San José de Cúcuta, aunque no se descarta la posibilidad de expansión a nivel regional, nacional e internacional.

3.2 IMPACTO ESPERADO: Se espera que el proyecto de una posible solución a la problemática de la falta de iluminación en el parque deportivo del barrio cañafistol, así como también el aumento de la calidad de vida de las personas vecinas al parque y la disminución del consumo drogas en aquel lugar. Se espera que este sea una iniciativa para proyectos que implementen energías renovables, energías limpias tanto a nivel regional o nacional.

3.3 RESULTADOS ESPERADOS Directos. Se espera que el prototipo del poste de luz sea implementado en el sistema de iluminación pública para el parque Cañafistol y la disminución del consumo de drogas en el parque. Indirectos. Se espera que Cúcuta y la UFPS sean un ejemplo y una referencia ante otras ciudades o municipios que tengan la misma problemática, de modo que se sigan implementando estos sistemas electrónicos. Se espera que se genere un cambio cultural que permita a los miembros de cada comunidad gozar de un servicio de calidad respetando las normativas pertinentes. .

4. LIMITACIONES Y DELIMITACIONES

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4.1 LIMITACIONES -

Este proyecto se limita debido a las condiciones climáticas cuando existan temporadas de invierno donde el cielo permanezca nublado en donde el panel solar no reciba suficiente radiación solar produciendo así que el poste de luz led no brinde la iluminación deseada.

-

Una limitación con la cual se puede encontrar son los costos elevados para llevar a cabo este proyecto.

-

El tiempo que se lleve en construir el prototipo del poste que iluminará y brindará seguridad a los habitantes del sector ubicado en un parque deportivo del barrio Siglo XXI.

4.2 DELIMITACIONES -

El proyecto será situado en el parque deportivo ubicado entre la calle 6 sur del barrio Cañafistol y la avenida 20 del barrio siglo XXI.

-

Uno de los lugares estratégicos en donde se implementará el sistema de iluminación será en el Patinódromo de Cañafístol.

-

El parque deportivo consta de una pista de ciclismo BMX, un patinódromo, maquinas deportivas y recreativas disponibles para todo tipo de público.

5. OBJETIVOS

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5.1 OBJETIVO GENERAL: -

Diseñar e implementar un prototipo de poste de luz led alimentado con energía solar para la iluminación de un parque deportivo en el barrio Cañafistol.

5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: -

Investigar los tipos de sistemas de iluminación autosuficientes alimentados con energía solar.

-

Analizar las posibles formas de rendimiento de un panel solar a diferentes horas del día debido a su inclinación.

-

Diseñar un sistema de iluminación led que sea simple en su posible implementación y que cumpla con los criterios necesarios de funcionamiento.

-

Elaborar un marco lógico que sea útil en la planificación del proyecto.

-

Estudiar la relación causa-efecto y costo-utilidad mediante sus diferentes diagramas.

-

Contemplar un análisis de alternativas apto para la elaboración del proyecto.

-

Realizar los diferentes tipos de estudio; estudio de mercado, estudio legal, estudio ambiental, estudio técnico, estudio financiero, estudio organizacional, para una buena elaboración del proyecto.

6. MARCO REFERENCIAL

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6.1 ANTECEDENTES: Nacionales -

Primer poste de luz con panel solar en ciclo ruta de Cota (Cundinamarca)

Un proyecto piloto, que maneja la Secretaría de Obras Públicas de Cota, instaló el primer panel solar para un poste de luz ubicado sobre la ciclorruta de la vía principal del municipio. El sistema está compuesto de dos secciones. En la primera se ubica una lámina solar para una luminaria de 40 vatios, en la segunda parte hay otros dos paneles para las luminarias de 60 vatios. Este sistema puede producir hasta 1.100 lúmenes, energía suficiente para iluminar el corredor en el que está ubicado. El sistema funciona con bombillas led y la luz blanca que producen es más amena para los cultivos y los ojos, dado que las luminarias de sodio, mercurio u otras tecnologías son poco amigables con el medioambiente. Por ello se ajustaron los presupuestos con el contratista de la ciclorruta, para que con parte del dinero de la obra se pudiera implementar el panel solar. De acuerdo con las especificaciones técnicas, la vida útil del panel solar es de 30 años, la de la batería es de 8 años y la de la luminaria es de 12 años. El sistema en su conjunto soporta más de 50.000 horas de uso. -

Luz a barrios pobres con postes de energía solar

Camilo José Herrera es un joven de 29 años, quien a sus 21 años llevó a cabo en el 2014 el primer proyecto piloto para llevar luz en las noches al barrio de Granizal, en Medellín, donde 18.000 personas viven sin energía nocturna.

Al comienzo, su intención era iluminar casa por casa con ayuda de un sistema 10 basado en energía solar, pero observó que algunos hogares quedarían excluidos, al llegar la noche en aquella zona, se percató de la falta de luz en las calles, y fue así como nació la idea de crear un sistema de alumbrado público autosostenible basado en paneles solares. El sistema consiste en unos postes -o farolas- de luz de bajo costo: cada uno vale alrededor de 700.000 pesos. Son fabricados en materiales de fácil adquisición como PVC, madera o bambú. Cuentan con un panel solar de 30 vatios y una batería de 18 amperios/hora. Consta de doce bombillos LED, cubiertos por una botella de plástico que los protege contra las inclemencias del clima, con capacidad para emitir luz de color blanco puro. El concepto fue ingeniado por el ingeniero electrónico Pedro López. “La vida útil de cada poste es de 70.000 horas. La batería se recarga en siete horas y brinda autonomía por hasta tres noches”, explicó Herrera. La altura de los postes depende de las necesidades de la comunidad. Si se requieren para actividades que demanden buenas condiciones lumínicas, se recomienda que su magnitud no supere los 5 metros. Si se necesitan para iluminar un área mayor, se sugiere que su talla sea de entre 12 y 15 metros. Las farolas tienen un rango de iluminación de entre 40 metros y 60 metros de radio, en función de su altura. Regional La implementación de energías renovables en la región de norte de Santander ha sido muy poca, sin embargo, la empresa QUANTUM ENERGY ha llevado a cabo algunos proyectos de esta naturaleza, uno de estos proyectos ha sido la instalación de dos periféricos para cargar celulares que se alimenta de paneles solares, están ubicados uno

en el parque del centenario y otro en la entrada de la Universidad Francisco de Paula

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Santander Internacional Un alumbrado público que funciona al 100% con energía eólica y solar, se trata del primer sistema de alumbrado público autónomo que funciona con energía solar y eólica, 100% autónomo, y ha sido concebido para iluminar vías interurbanas, autopistas, parques urbanos y otros entornos públicos sin necesidad de conectarse a la red. El autor del invento es Ramon Bargalló, investigador del Departamento de Ingeniería Eléctrica en la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona (EUETIB), de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), que ha estado trabajando en el desarrollo de estas farolas durante cuatro años, en colaboración con la empresa Eolgreen. Este sistema lleva incorporado un generador que produce electricidad con vientos de tan solo 1,7 metros por segundo, mucho menos que los 2,5 m/s que requieren los aerogeneradores actuales. Al ser capaz de funcionar a tan baja intensidad, se asegura que la farola, que mide 10 metros de altura y consta de un panel solar, una pequeña turbina eólica y una batería, pueda funcionar durante seis noches seguidas sin viento ni sol. Las primeras unidades ya están listas para ser instaladas y en breve iluminarán el puerto de Huelva y las calles de varias ciudades andaluzas, de Sant Boi de Llobregat (Barcelona) y de Girona. Única en el mundo, esta propuesta de alumbrado sostenible es un 20% más económica que los sistemas convencionales. La pista finlandesa estrena alumbrado público con 36 farolas de energía solar 36 puntos de luz alimentados por paneles solares comenzaron a funcionar la iluminar una pista deportiva en Finlandia. La obra forma parte del plan de actuaciones de alumbrado público en el

entorno del Naranco que la Junta de Gobierno Local adjudicó en agosto a Electricidad 12 Llano por 212.054 euros y un plazo de ejecución de cuatro meses. Esta actuación incluye la instalación de alumbrado convencional en la senda que va del Parque de Invierno a Fuso de la Reina, donde los operarios trabajan estos días en la colocación de los apoyos de un total de 60 farolas. Los paneles fotovoltaicos de la pista finlandesa "deben ser capaces de captar la energía necesaria para su funcionamiento completo, de seis horas, en cualquier época del año". En este caso, el encendido se realizará a partir del ocaso y las luces se apagarán, una vez cumplido el horario, de forma autónoma. El control del alumbrado se hará desde un centro de "telegestión" para supervisar los parámetros de consumo en tiempo real, las alarmas o facilitar el encendido y apagado remoto. La iluminación en la senda a Fuso, en el tramo entre el Parque de Invierno y la antigua estación de La Manjoya, contará con luces de tipo led -de bajo consumo- de 40 vatios que ofrecerán la posibilidad de dar distintos niveles de iluminación en función de las necesidades

6.2 MARCO TEÓRICO La energía solar fotovoltaica transforma de manera directa la luz solar en electricidad empleando una tecnología basada en el efecto fotovoltaico. Al incidir la radiación del sol sobre una de las caras de una célula fotoeléctrica (que conforman los paneles) se produce una diferencia de potencial eléctrico entre ambas caras que hace que los electrones salten de un lugar a otro, generando así corriente eléctrica. Existen tres tipos de paneles solares: fotovoltaicos, generadores de energía para las necesidades de nuestros hogares; térmicos, que se instalan en casas con recepción

directa de sol; y termodinámicos, que funcionan a pesar de la variación

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meteorológica, es decir, aunque sea de noche, llueva o esté nublado. El proceso de obtención de energía del sol es sencillo. La luz del sol (que está compuesta por fotones) incide en las células fotovoltaicas de la placa, creándose de esta forma un campo de electricidad entre las capas. Así se genera un circuito eléctrico. Cuanto más intensa sea la luz, mayor será el flujo de electricidad. Además, no es necesario que haya luz directa, ya que en días nublados también funciona. Las células fotoeléctricas transforman la energía solar en electricidad en forma de corriente continua, y ésta suele transformarse a corriente alterna para poder utilizar los equipos electrónicos que solemos tener en nuestras casas. El dispositivo que se encarga de esta transformación se denomina inversor. El inversor transforma la corriente continua en corriente alterna con las mismas características que la de la Red eléctrica a la que va a verterse, controlando la uniformidad y calidad de la señal. Esta corriente alterna generada finalmente pasa por un contador (que la cuantifica) y de allí es inyectada a la Red general. Principalmente se diferencian dos tipos de instalaciones fotovoltaicas: -

Instalaciones fotovoltaicas de conexión a red, donde la energía que se produce se utiliza íntegramente para la venta a la red eléctrica de distribución.

-

Instalaciones fotovoltaicas aisladas de red, que se utilizan para autoconsumo, ya sea una vivienda asilada, una estación repetidora de telecomunicación, bombeo de agua para riego, etc.

Hora solar pico

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Los paneles solares fotovoltaicos, no son capaces de producir su potencia máxima en cualquier condición. Los factores que pueden alterar dicha potencia son de carácter climatológico, de inclinación, de orientación y dependerá las horas de radiación solar de la que dispongan según el lugar dónde estén instalados. La radiación solar es un conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol. Como es lógico, en un sistema de captación solar fotovoltaico no necesitamos todo el espectro de esta radiación, que va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la tierra. Su unidad es el W/m². La hora solar pico (HSP), podríamos definirla como una unidad encargada de medir la irradiación solar y definirla como el tiempo (en horas) de una hipotética irradiancia solar constante de 1.000 W/m². En todos las fichas técnicas de los paneles fotovoltaicos, debe (o debería) aparecer las características eléctricas del panel (Pmax, Uoc, Umpp, Isc y Impp ) en unas condiciones de medida estandarizadas conocidas como STC (del inglés Standard Test Conditions) o condiciones de prueba stándar. Precisamente en estas condiciones, aparte de otros parámetros, se indica que la irradiancia es de 1.000 W/m², o lo que es lo mismo una hora solar pico. Llegados a este punto, ya podríamos intuir que la irradiancia no es igual en el tiempo, o dicho en lenguaje más llano, durante el día ni el año.

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Fotoceldas Una fotocelda es un dispositivo electrónico que es capaz de producir una pequeña

cantidad de corriente eléctrica al ser expuesta a la luz. Entre sus aplicaciones típicas están las de controlar el encendido-apagado de una lámpara, por ejemplo, o de producir el voltaje suficiente para recargar una batería o cualquier otra aplicación en que se requiera una fuente de voltaje. Una fotocelda es una resistencia, cuyo valor en ohmios, varía ante las variaciones de la luz. Estas resistencias están construidas con un material sensible a la luz, de tal manera que cuando la luz incide sobre su superficie, el material sufre una reacción química, alterando su resistencia eléctrica. – Presentan bajo valor de su resistencia ante la presencia de luz – Presentan un alto valor de resistencia ante la ausencia de luz La fotocelda se emplea para controlar el encendido automático del alumbrado público. También se utiliza ampliamente en circuitos contadores electrónicos de objetos y personas, en alarmas, etc.

Figura 1. Fotocelda

6.3 MARCO LEGAL

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Gracias a la necesidad de buscar nuevas opciones energéticas y ver en las energías renovables una alternativa para lograr una mayor sostenibilidad, Colombia ingresó recientemente a la Agencia Internacional de Energías Renovables (Irena), de la cual hacen parte 50 países, con el fin de buscar nuevas tecnologías de producción limpia y amigables con el medio ambiente. Luego de esta alianza estratégica con la Irena, para el 13 de mayo de 2014 nace la ley 1715 (de la que hablamos en un artículo anterior) que principalmente promueve el desarrollo de fuentes no convencionales de energía, en la que se habla sobre fomentar la inversión, investigación y desarrollo de tecnologías limpias para producir energía renovable. Todo esto significa que en lugar de agregar condiciones, impuestos y permisos para utilizar sistemas de energía solar fotovoltaica libremente, el gobierno Colombiano está proponiendo convertir estos excedentes en una especie de saldo a favor en la factura de energía eléctrica

6.4 DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

Figura 2. Diagrama de Ishikawa

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6.5 MATRIZ LOGICA Tabla 1. Matriz lógica Resumen narrativo

Indicadores verificables

Objetivo general Diseñar un sistema de iluminación pública autosuficiente en un parque deportivo del barrio Siglo XXI y Cañafistol para la disminución del consumo de drogas en ese lugar.

Autonomía del sistema de iluminación pública de mínimo de 7 años.

Objetivo del proyecto Implementación de un sistema de iluminación LED alimentado de paneles solares en un parque deportivo.

Medios de verificación Estadísticas del servicio de salud. Estudios en la implementación del sistema.

Suposiciones importantes

El 80% de la iluminación del parque sea alimentado con energía solar fotovoltaica.

Número de postes de luz funcionando eficazmente

Resultados La iluminación pública del parque. Un sistema alimentado de energía renovable. La disminución del consumo de drogas en el parque.

La iluminación del parque con la implementación del sistema solar sea de al menos un 80% Un mínimo de 5 horas de iluminación de los postes de luz en uso

Actividades Diseño del prototipo del poste de luz LED. Ubicación estratégica para los postes de luz en el parque. Identificación de los niveles de irradiación solar en la zona.

Un mínimo de 10 postes de luz con energía solar para el parque.

Estudios hechos con el equipo de medición correcto. Registro y evaluaciones hechas durante el proyecto Estudios hechos en la zona con el equipo especial.

Correspondiente mantenimiento de los paneles solares de manera periódica para su perfecto funcionamiento por un largo tiempo. Motivación de la comunidad para hacer uso del parque deportivo. Cuidado y protección del sistema de iluminación LED por parte de la comunidad beneficiada.

Reducción del 40% de los niveles de consumo de drogas en la zona.

Un mínimo de 2.5 horas solar pico en los días más nublados y 3.5 horas en los días más despejados.

Bajos niveles de luz solar en la zona. Costos de la fabricación del poste de luz. Permisos para la implementación del proyecto.

6.6 ESTUDIOS

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6.6.1 ESTUDIO AMBIENTAL La grave crisis ambiental mundial merece medidas objetivas de solución a dicho problema, por ello se necesita promover tecnologías limpias y amigables con el medio ambiente, desarrollar diálogos ambientales participativos, arborización de calzadas y avenidas, programas de reforestación, implementar planes de desarrollo sustentable, y sobre todo evitar la erosión de la superficie terrestre, contaminación de aguas y control de desechos industriales, protegiendo además la flora y la fauna nativa. La generación de energía eléctrica directamente a partir de la luz solar no requiere ningún tipo de combustión, por lo que no se produce polución térmica ni emisiones de CO2 que favorezcan el efecto invernadero. Este proyecto tiene un enfoque positivo con el medio ambiente, en donde se implementa un sistema de iluminación LED alimentado con energía solar fotovoltaica, aprovechando así la radiación solar para ser convertida en energía eléctrica. El uso y aprovechamiento de energías renovables en nuestro caso energía solar es un gran factor de beneficio tanto económico como ambiental, con el fin de brindar seguridad a el sector seleccionado de la mano medio ambiente.

6.6.2 ESTUDIO DE MERCADO Los beneficios de usar energía solar son muchos y muy variados, van desde beneficios medioambientales, económicos, sociales y hasta educativos. Algunos son: -

Es limpia y respetuosa con el Medio Ambiente (cada 20 kW generados con energía solar evita la emisión de 10 kg de CO2 al año).

-

Es inagotable y renovable.

-

Contribuye desarrollo sostenible.

-

Ahorro económico en la factura de electricidad y agua.

-

Fomenta el desarrollo de la Investigación, el desarrollo y la Innovación mediante

20

mejoras en los sistemas actuales con desarrollo de nuevos modelos, etc. -

Menor dependencia energética de otras fuentes de energía.

-

Fomenta el desarrollo rural en zonas poco favorecidas.

Como vemos, la aplicación de sistemas fotovoltaicos para el abastecimiento de energía eléctrica es muy favorable, con un impacto a la sociedad y al medio ambiente bastante positivo. Colombia ingresó recientemente a la Agencia Internacional de Energías Renovables, de la cual hacen parte 50 países, ratificando su posición como país gestor de desarrollo de tecnologías de producción limpias y amigables con el ambiente. La agencia, fue creada con el objetivo de promover las energías renovables en todo el mundo y proporcionar asesoría y logística a los estados asociados. Las energías renovables se convierten en el camino para lograr que el consumo de energía se reduzca en el mundo. Entidades como la Unep (United Nations Environment Programme ) prevé que en los próximos dos años, más de un 50% de la inversión de energía será en fuentes alternativas. Colombia está incrementando su potencial renovable con proyectos en diferentes áreas del país, para posicionarse como líder en la materia en Sur América.

Demanda y radiación solar en Cúcuta

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Colombia es privilegiada por la posición geográfica en diferentes tipos de explotación de energías alternativas, una de estas la solar. Nuestro país está ubicado en la zona ecuatorial, lo que permite contar con radiación solar constante en determinadas zonas del territorio, uno de los elementos claves para convertirse en generador de energía solar.

Figura 3. Fuente: Atlas interactivo del IDEAM

Como se observa en la gráfica de la figura 2, la radiación solar en Cúcuta supera los 4000 Wh/m2 por día en todo el año, lo cual favorece el uso de paneles solares en la ciudad. La aplicación de un sistema de alumbrado público basado en paneles solares, no se limita solamente a implementarlo en el parque deportivo, sino también en un gran número de proyectos para el desarrollo e innovación de la ciudad en materia de energía renovables.

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Oferta La necesidad de implementar energías renovables aumenta las investigaciones

dedicas al mejoramiento en la eficiencia de los paneles solares para captar la energía solar y convertirla en energía eléctrica, haciendo de estas celdas solares muy populares en todo el mundo. En Colombia, gran cantidad de empresas ya están dedicadas a la importación de paneles solares con potencias desde los 5w hasta los 310w lo cual no será un problema a la hora de conseguir este importante bien para la creación de los postes de luz pública. Empresas como éstas son Hybrytec(Energía Solar) y Ambientes soluciones(Energías renovables para el bienestar). Competidores Actualmente en la ciudad de Cúcuta labora QUANTUM ENERGY, una empresa privada y de carácter comercial, orientada a la prestación de servicios en proyectos de generación de energía eléctrica, a partir de sistemas solares foto voltaicos y sistemas eólicos. Fue la encargada de llevar a cabo el proyecto de la planta solar de 36 kW con inyección a la red en la terraza del restaurante Mc pollo y el diseño e implementación de dos periféricos solares para cargar celulares en dos puntos estratégicos de la ciudad. Precios Conocer el precio de venta de los paneles solares y sus componentes entre las empresas fabricantes y los distribuidores es muy complicado ya que, al tratarse de tiendas virtuales, esta información no se suele trascender públicamente, se necita una cotización con datos personales reales. Sin embargo, se pudo conseguir el precio de algunos materiales.

-

Panel solar de 40w: $169.000

-

Luminarias LED: $14.000

-

Batería: $169.000

-

Controlador de carga $93.000

-

Demás componentes: $140.000

El costo aproximado del poste de luz pública rondaría en los $450.000 a $500.000

6.6.3 ESTUDIO TÉCNICO El sistema de alumbrado público alimentado de paneles solares en un parque deportivo consiste en la instalación de 15 postes de luz ubicados estratégicamente para obtener como mínimo el 80% del parque iluminado.

Figura 4. Poste de luz alimentado de panel solar

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El prototipo del poste de luz solar consta de un panel solar de 30w en lo más

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alto de la estructura metálica, el cual durante el día carga la batería de 18Ah y que ésta durante la noche automáticamente suministra la energía necesaria para el correcto funcionamiento de las luminarias LED.

Figura 5. Conexiones del poste de luz solar Para conocer las especificaciones de los componentes del sistema como los paneles solares, las lamparas y las baterías a utilizar, se tuvo en cuenta lo siguiente: -

Irradiación solar en Cúcuta (IS): 4.4 Kh/m2 por día

-

Factor para compensar pérdidas del panel (FP): 1.2 Sugerido (1.2 significa 20% más)

-

Eficiencia de las baterías(Eb): 80% Asumiendo que son baterías de ciclo profundo

-

Descarga máxima(Dm): 60% sugerido para no afectar demasiado la vida útil de las baterías

-

Autonomía del sistema(Au): 1 día

-

Voltaje del sistema(Vs): 12v se sugiere 12 v para sistemas no mayores de 1500 Wh/día

Partiendo de la selección de un bombillo LED de 12w y un flujo luminoso de 1060 25 Lm para cada poste de luz, buscamos la potencia que debe tener el panel solar. El bombillo consumirá 12w en una hora, y se requiere que funcione 12h al día, entonces la demanda diaria será de 114wh/día. Potencia del panel: 114𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎 × 𝐹𝑃 = 39.27 𝑊 𝐼𝑆 Se debe escoger paneles de 40W de potencia. Potencia de la batería: 114𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎 × 𝐴𝑢 × = 237.5 𝑊ℎ 𝐸𝑏 × 𝐷𝑚 Capacidad de la batería: 237.5𝑊ℎ = 19.78 𝐴ℎ 𝑉𝑠 Se recomienda una batería con capacidad de 20Ah Corriente en el controlador de carga: 40𝑊 = 3.33𝐴 12𝑉 El controlador de carga debe soporta una corriente de 3.33A

Especificaciones técnicas -

Panel solar mono cristalino de silicio de 40w.

-

Batería de 20 amperios hora.

-

Luminaria LED de 12W (Por poste).

-

Estructura metálica de 5m longitud.

26

Figura 6. Panel solar de 40w

Figura 7. Bombillos LED de 12w

Según las características de los proveedores, los paneles solares poseen un tiempo de vida útil de 25 años, las baterías de 9 años y las luminarias LED de 50.000 horas de utilidad (aproximadamente 11 años con 12 horas de uso diario)

6.6.4 ESTUDIO ORGANIZACIONAL

27

La empresa se encuentra organizada de la manera que se indica en la figura 8.

Figura 8. Estructura organizacional de la empresa

6.6.4.1 DESCRIPCIÓN DE LOS ROLES EN EL PROYECTO Jefe del Proyecto. Persona capacitada en Electrónica con conocimiento de la gestión de proyectos utilizando energía renovable. Experiencia en la Gestión de proyectos electrónicos. Analista. - Analista de sistemas fotovoltaicos. Analista de aplicaciones con dominio de la gestión de proyectos utilizando sistemas fotovoltaicos. Amplio conocimiento de energías renovables y experiencia en modelamiento ellas.

-

28 Especificador de requerimientos. Experto en identificar, documentar y especificar los requerimientos del proyecto, con dominio de la gestión de proyectos utilizando sistemas fotovoltaicos y experiencia en definición de casos de uso.

-

Diseñador del proyecto. Experto en diseño de proyectos electrónicos, con conocimiento de la gestión de proyectos utilizando sistemas fotovoltaicos y en el modelado de procesos.

Desarrollador. -

Arquitecto de sistemas electrónicos autosuficientes. Conocimientos de aplicaciones electrónicas enfocadas en sistemas autosuficientes, gestión de proyectos utilizando sistemas fotovoltaicos, liderazgo, experiencia en puesto similar.

-

Diseñador de modelos funcionales. Conocimientos de electrónica aplicada en energía renovable, gestión de proyectos utilizando sistemas fotovoltaicos, entendimiento de aplicaciones utilizando sistemas autosuficientes.

-

Diseñador de sistemas de iluminación. Utilización de las mediciones realizadas para evaluar los niveles de iluminación en cada una de las áreas analizadas. Conocimiento y manejo de los conceptos básicos de iluminación y ver como son aplicados en el ejercicio profesional.

-

Jefe de obra. Coordinación de las actividades de mantenimiento preventivo y correctivo de los bienes materiales, las inspecciones de obras y los trabajos de construcción, ampliación y modificación de las mismas, planificando, controlando, coordinando y supervisando la elaboración y ejecución de la obra.

Personal de pruebas. -

Jefe de pruebas. Conocimiento de la Gestión de Pruebas. Experiencia en el diseño de todo tipo de pruebas automatizadas y dominio de herramientas de pruebas.

-

Operador de medición. Experiencia en uso de las herramientas de prueba.

6.6.4.2 ORGANIGRAMA DEL PROYECTO

29

En el siguiente organigrama se muestra como está organizado a partir de los roles asignados, la persona que cubre las características, habilidades y responsable para la ejecución del proyecto.

Figura 9. Organigrama del proyecto

7. DISEÑO METODOLOGICO 7.1 ACTIVIDADES Y METODOLOGIA Las actividades a realizar para la correcta elaboración y ejecución del proyecto son: 1. Investigar los tipos de sistemas de iluminación autosuficientes alimentados con energía solar. - Acudir a las bases de datos de la universidad, libros, referencias y ayudas de docentes, para obtener los datos básicos y necesarios sobre el diseño de sistemas fotovoltaicos.

2. Analizar las posibles formas de rendimiento de un panel solar a diferentes horas30 del día debido a su inclinación. -

Se puso a prueba un panel solar a diferentes horas del día y en diferentes ángulos de inclinación, donde se analizó qué ángulo en específico y a qué hora del día el panel solar absorbería la mayor cantidad de energía.

3. Diseñar un sistema de iluminación led que sea simple en su posible implementación y que cumpla con los criterios necesarios de funcionamiento. -

Con base de la teoría de circuitos fundamentales, se diseña un circuito básico que lleva a cabo el sistema de iluminación led en donde serán conectados paneles solares que son la principal fuente de energía del circuito.

4. Elaborar un marco lógico que sea útil en la planificación del proyecto. -

Mediante bases teóricas obtenidas en las clases, se realizó el marco lógico en donde se recolectó la información y se introdujo en una matriz lógica para obtener una buena planificación y verificar su progreso.

5. Estudiar la relación causa-efecto y costo-utilidad mediante sus diferentes diagramas. -

Se hizo un análisis de los recursos que se utilizarán para la elaboración del prototipo llegando a la conclusión de que el proyecto es factible ya que cumple con las expectativas planteadas de costo-utilidad, al igual se estudió la relación causa-efecto mediante la realización del diagrama de Ishikawa.

6. Contemplar un análisis de alternativas apto para la elaboración del proyecto. -

Se realizó el análisis de alternativas para poder delinear el proyecto de manera concreta, en donde se identificaron diferentes tipos de objetivos o alternativas, se

consideró la viabilidad de cada una y por último se escogió la alternativa más

31

completa. Este análisis de alternativas se realizó mediante una matriz. 7. Realizar los diferentes tipos de estudio; estudio de mercado, estudio legal, estudio ambiental, estudio técnico, estudio financiero, estudio organizacional, para una buena elaboración del proyecto. -

Gracias a las bases teóricas se realizaron los diferentes tipos de estudios teniendo en cuenta fuentes externas aclaradas en la bibliografía, en estos estudios se complementa toda la parte fundamental del proyecto en donde están incluidos algunos diagramas especiales para un mejor entendimiento de estos estudios.

7.2 RESULTADOS ALCANZADOS Luego de realizar la investigación sobre la eficiencia y eficacia que tendría el sistema de iluminación led alimentado por paneles solare, se pueden resaltar los siguientes resultados: -

La mayoría de las personas involucradas consideran que es una medida apropiada para resolver la problemática de inseguridad que afecta al sector del barrio Siglo XXI.

-

Obtención de un diseño de un circuito que cumple con lo planteado a un relativo bajo costo para su implementación.

-

Positivo impacto ambiental en la realización del prototipo.

8. CRONOGRAMA

32

Tabla 2. Cronograma de actividades del proyecto

Actividades/semana 1. Formulación del proyecto 2. Estudio de mercado y estudio técnico 3. Diseño del prototipo de poste LED solar 4. Estudio económico y financiero 5. Creación del prototipo 6. Presentación del proyecto final

Marzo (2017) 1 2 3 4

Abril (2017) 1 2 3 4

Mayo (2017) 1 2 3 4

Junio (2017) 1 2 3 4

33

9. PRESUPUESTO

9.1 GLOBAL:

$24’375.000

9.2 DETALLADO:

Tabla 3. Prepuesto del proyecto Recurso Humano Supervisor del proyecto Coordinadores de montaje de postes de luz Obreros del montaje Materiales Panel solar(40w) Batería (20Ah) Bombillo LED (12w) Controlador de carga Estructura metálica Conexiones y cables Base del suelo Maquinaria y/o equipo Multímetros Pinzas, destornilladores, alicates Amarres, cintas Cautín, soldadura Costo total

Costo unitario

Meses

Cantidad

Total

Por definir $730.000/mensual

2

1 2

--$2’920.000

$ 730.000/mensual

2

8

$11’680.000

$ 177.000 $ 169.000 $ 14.000 $ 93.000 $ 100.000 $ 10.000 $ 30.000

15 15 15 15 15 15 15

$ 2’655.000 $ 2’535.000 $ 210.000 $1’395.000 $ 1’500.000 $ 150.000 $ 450.000

$120.000 $50.000

3 6

$ 360.000 $ 300.000

$8.000 $ 35.000

10 4

$ 80.000 $ 140.000 $24’375.000

CONCLUSIONES

-

34

Se logró el diseño de un prototipo de poste de luz alimentado con paneles solares de manera eficiente y a bajo costo que puede ser implementado en un sistema de iluminación pública.

-

Se plantearon alternativas que permiten la solución de distintas problemáticas en materia de los sistemas de iluminación pública.

-

Por medio de la innovación tecnológica se logró un reconocimiento por parte los habitantes de los barrios Siglo XXI y Cañafistol hacia la UFPS y el programa de Ingeniería Electrónica.

-

Se realizó un diseño en el cual las comunidades del sector seleccionado puedan gozar de un servicio eficiente, de calidad, conforme a la dignidad humana y amigable con el medio ambiente.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

-

https://solar-energia.net/energia-solar-fotovoltaica

-

http://www.grupoelektra.es/blog/wp-content/uploads/2014/10/como-somos-los-delektra-queson-las-HSP.pdf

-

http://www.buentutorial.com/cuantos-paneles-solares-baterias-necesito/

-

https://www.acciona.com/es/energias-renovables/energia-solar/fotovoltaica/

-

http://www.energreencol.com/energia_solar/index.htm

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