Instalación de un sistema de bombeo híbrido renovable Eólico

Transcrição

República de Panamá
Autoridad Nacional del Ambiente
Unidad de Cambio Climático y Energía Renovable
Instalación de un Sistema de Bombeo Hibrido Renovable “Eólico- Solar”
como reemplazo al consumo de Petróleo, para pequeños Productores de
sal de la Comunidad de Santa Ana de Los Santos “Panamá”
A) Datos del líder de la agrupación:
Organización
Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM)
Dirección
Albrook, Edificio 804, ciudad de Panamá, República de Panamá
Persona a contactar
Ing. Eduardo Reyes
Cargo
Sub-Administrador General de la ANAM
Teléfono
+507-315-0527; +507-315-0867
Fax
+507-315-0663; +507-315-1026
Correo electrónico
[email protected];
[email protected];
[email protected];
B) Datos de los otros miembros del grupo:
Organización
Cooperativa de Salineros Santeños R..L, Provincia de Los Santos
Dirección
Calle David Díaz y calle 10 de Noviembre, Los Santos República, de
Panamá
Persona a contactar
Ing. Dalida Rodríguez/ Sra. Guillermina Bernal
Cargo
Productores de Sal de la Cooperativa de Salineros santeños R..L
Teléfono
+507-231-8879; +507-996-6119
Fax
+507-560-3081
Correo electrónico
[email protected]
Organización
Universidad Tecnológica de Panamá/ Facultad de Ingeniería Mecánica
Dirección
Avenida Universidad Tecnológica, Aptdo. 0819-07289
Persona
a Dr. Félix Henríquez, correo: [email protected]
contactar
Dr. Julio Rodríguez, correo: [email protected]
Cargo
Docentes- Investigadores
Teléfono
(507) 560-3097 o 560-3104
Fax/correo
(507) 560-3081 / [email protected]
Instalación de un Sistema de Bombeo “Eólico- Solar” como reemplazo al consumo de Petróleo, para pequeños Productores de sal de la
Comunidad de Santa Ana de Los Santos “Panamá”
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ÍNDICE
I. RESUMEN EJECUTIVO………………………………………………………………...………………………...3
Figura N° 1. Destajo y lagos de maduración para producción de sal………………...................................................3
II. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO……………………………………………………………….…..5
A. Tabla N° 1. Explicación de gastos de Egresos e Ingresos por Zafra Equivalente
a 5 productores……………………………………………………………………………………………………………..6
B. Figura N° 2 Esquema de Aerogenerador Eólico para Bombeo del agua Producto
de las mareas para los lagos de Maduración………………………………………………………………………….7
C. Figura N° 3 Esquema de paneles Solares y Baterías para Bombeo de agua de
Maduración a los Plásticos y Destajos……………………………………………………………………………..….7
III. EL CLIMA DE LA PROVINCIA DE LOS SANTOS………………………………………………………….....8
A. Figura N° 4 Mapa Eólico de Panamá según Lahmeyer Internacional
………………….………………………………………………………………………………………………..............…..8
IV. OBJETIVO GENERAL DE PROYECTO………………………………….………………………………….…9
V. OBJETIVO ESPECÍFICOS
DEL
PROYECTO…………………………………...……………….………9
VI. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO………………………………………………………………………….…10
VII. RESULTADOS ESPERADOS…………………………………………………………………………………....11
VIII. ACTIVIDADES A REALIZAR EN EL PROYECTO………………………………….………………………...11
IX.
CÁLCULOS TEÓRICOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS A UTILIZAR EN EL DISEÑO
HÍBRIDO (EÓLICO-SOLAR) COMO REEMPLAZO AL CONSUMO DE PETROLEO DE LOS
PRODUCTORES DE SANTA ANA DE LOS SANTOS –
PANAMÁ………………………………………………………………………………………………..….…...…12
X. DISEÑO Y CÁLCULO DEL SISTEMA EÓLICO-SOLAR CON SUS BOMBAS Y SELECCIÓN DE
MATERIALES A UTILIZAR EN EL SISTEMA CON EL PROGRAMA
“WINDCAPS”…………………………………………………………………………………...….... ..……….…….. 14
XI. DISEÑO Y CÁLCULO DE EFICIENCIA EN EL SISTEMA DE PANELES SOLARES CON SUS BOMBAS
UTILIZANDO EL PROGRAMA “WINDCAPS………………………………………………………………………..…...….19
XII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES A DESARROLLAR EN EL PROYECTO………………..……….…...………24
XIII. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS A UTILIZAR EN EL PROYECTO CON LOS PRECIOS APROXIMADOS DE
TODOS LOS EQUIPOS A INSTALAR EN EL SISTEMA HIBRIDO “EOLICO-SOLAR” COMO REMPLAZO AL
CONSUMO DE PETROLEO, PARA PEQUEÑOS PRODUCTORES DE SAL DE LA COMUNIDAD
DE SANTA ANA DE LOS SANTOS-PANAMÁ……………………………………………………………………….……25
XIV. GARANTIA DE EQUIPOS DEL SITEMA………………………………………………………………...…………26
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I. RESUMEN EJECUTIVO:
El Proyecto “Instalación de un Sistema de Bombeo “ Eólico- Solar” como reemplazo al consumo de Petróleo,
para pequeños Productores de sal de la Comunidad de Santa Ana de Los Santos “ Panamá” tiene como
objetivo general promover la Instalación de una Fuente de Energías Renovables “Eólico-Solar” para minimizar
el uso del petróleo que se da por los más de 200 productores de sal en la región de Azuero, Provincia de los
Santos.
La producción de sal marina por medio de la evaporación en esta región alcanza más del 50% de la producción
Nacional a la vez este proyecto contribuirá con un desarrollo sostenible cónsono con las tecnologías actuales;
reducirá el incremento de gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático, mejorará el costo de
operación utilizando tecnologías de producción mas limpia y mas eficiente en la elaboración de este vital
mineral.
Con el desarrollo de este tipo de proyectos se logra que las energías renovables tengan una mayor participación
en la aplicación del desarrollo sostenible en pequeñas comunidades de la República de Panamá.
A continuación, daremos una breve descripción de las técnicas de producción de sal en forma general y
especialmente como se realiza en la región del proyecto. Este proceso depende de si se realiza una explotación
directa de la sal que se halla disuelta en una masa de agua. En el caso que nos concierne, la sal es obtenida a
partir del tratamiento de las aguas saladas. El procedimiento para la extracción de la sal es preciso el proceso
físico de la evaporación:
¾ Técnicas de evaporación solar (Observar fig. N°1): procedimiento a partir del cual la sal se
obtiene por evaporación del agua de mar por efecto de la radiación solar. Para que una instalación
salinera utilice esta técnica debe contar con unas condiciones climáticas adecuadas: escasas
precipitaciones en la época de producción, elevada insolación anual y régimen de vientos
favorables.
A) Figura Nº 1 Destajo y lagos de maduración para producción de sal
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La producción de sal en Panamá data a mediados del siglo pasado (siglo XX) cuando estos pequeños productores
establecidos en las regiones de Aguadulce, Guararé, Sarigua y Santa Ana de Los Santos producía este rubro y los
intercambiaban con otros productos de primera necesidad suministrado también parte de la producción a los
pequeños criadores de ganado de la época.
Estos pequeños productores de sal no contaban con una ley que estableciera medidas de control para su
producción y protección de su rubro sobre todo porque un gran porcentaje del producto entraba al país de otro
mercado. Así fue que el Gobierno de turno para protección del pequeño productor Nacional crea el Decreto de
gabinete Nº 366 del 26 de noviembre de 1969 “Por el cual se Establece Medidas sobre la Industria Salinera
en el País”.
Este decreto reglamenta, por este medio, la producción, procesamiento, almacenamiento, transporte y venta de
sal cruda o cualquiera otro tipo que se produzca en el país, así como la importación y venta de cualquier otra
clase de sal (NaCl) que se requiera para consumo interno. De igual manera, se reglamenta la exportación de sal
cruda, industrial o refinada.
Como podemos observar esta actividad esta regulada bajo este decreto y la producción de sal a nivel nacional se
produce bajo el control de pequeñas cooperativa de productores que en la actualidad están desapareciendo como
es el caso de la cooperativa de productores de sal de Aguadulce provincia de Coclé la cual, debido a que
producir un quintal de sal para estos pequeños productores, no les es rentable ya que se invierte casi lo mismo
que lo que reciben y se han visto en la penosa necesidad algunos, de dejar esta actividad, que es la que le daba
el sustento diario para su familia.
Debido al alza del consumo de petróleo, que es uno de los grandes problemas que afrontan estos pequeños
productores de sal y que posiblemente, si el Estado no los apoya motivándolos a utilizar otro tipo de tecnología
para producir este rubro a nivel Nacional, puede que de aquí a un corto periodo, éstas cooperativas tendrán que
dejar esta actividad.
Por tales motivos, somos creyentes de que las nuevas tecnologías existentes en el mercado, pueda darle un nuevo
rumbo a estos pequeños productores y apoyar a que estas cooperativas puedan seguir produciendo este vital y
necesario mineral que utilizamos cada día en nuestra mesa.
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II. Descripción General Del Proyecto:
Este proyecto Piloto denominado “Instalación de un Sistema de Bombeo Hibrido Renovable “Eólico- Solar”
como reemplazo al consumo de Petróleo, para pequeños Productores de sal de la Comunidad de Santa Ana de
Los Santos “Panamá” consiste en instalar un Aerogenerador eólico de 2 Kw.( 2000 watt) conectado a una
bomba eficiente de 1.5 HP de capacidad de 500 litros de H2O de mar por minuto, para bombear agua recolectada
de las mareas para los lagos y plazas de maduración (Observar fig. Nº 2). El uso de un aerogenerador que se
instalará se basa al hecho de que aproximadamente un 65% de los casos, las mareas se dan en la noche y en las
tardes cuando hay muy poco incidencia solar; posterior de los lagos de maduración y plazas, se pretende utilizar
dos módulos solares, cada modulo tendrá 12 paneles eficientes de 100 watt (Observar Fig. Nº 3) con dos
bombas eficientes cada una de 1 HP de potencia y de 10,00 litros/hora, este sistema se instalará en la Finca
modelo ubicada en la comunidad de Santa Ana que es donde se encuentra concentrado más de 100 productores
de sal a nivel Nacional.
Se utilizará como proyecto modelo piloto para la adecuación de esta tecnología las Fincas que se encuentran
más distantes de la playa, apoyando en este caso inicial a 5 productores de sal de la Cooperativa de Salineros
de Santa Ana de los Santos, Finca que posee excelentes condiciones de viento con velocidades promedios en los
meses de producción del rubro de 6 a 8mts/seg (observar figura Nº 4) y una radiación solar al año promedio
arriba de 450 W/m2.
El diseño e Instalación de está Tecnología se realizará con el apoyo de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la
Universidad Tecnológica de Panamá específicamente, con los estudiantes de la Maestría en Ciencias de la
Ingeniería Mecánica con Especialidad en Energías Renovables que han recibido una beca a dedicación tiempo
completo por cinco años consecutivos, becados por la Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología de Panamá
(SENACYT) y con la colaboración de los profesionales Dr. Tomás Bazán especialista en Energías renovables,
Dr. Julio Rodríguez especialista en Energías Renovables, Dr. Félix Henríquez especialista en Energía y
Ambiente y el Ingeniero Antonio Clement especialista en Energías renovables, todos ellos docentes de la
Facultad de Ingeniería Mecánica de la UTP.
El sitio donde se instalará el proyecto posee al año aproximadamente 5 a 6 meses de verano desde los meses
de (Diciembre a finales de Mayo) es un lugar excelente para la Instalación de aerogeneradores con viento
promedios de 6- 8 mts/seg y también excelente para la evaporación por radiación solar técnica que consisten en
un conjunto de balsas artificiales poco profundas, a las que se conduce el agua por medio de canales impulsadas
por bombas y distribuidas por gravedad en estas balsas (Observar Figura Nº 1) es donde por efecto de la
insolación, se obtiene la sal.
Sin embargo, como en el caso de las Salinas de Santa Ana, aunque la técnica de obtención fundamental era la de
evaporación solar, está combinaba con la evaporación asistida por medio de plásticos para aumentar las
temperaturas con el objeto de aumentar la producción. No debemos olvidar que en la ubicación de una
instalación salinera y en su arquitectura, tres son los factores clave:
¾ La geología del lugar que propicia la existencia de acuíferos salinos.
¾ Las condiciones climáticas (buena insolación, escasas precipitaciones, régimen de vientos
favorables) y la disponibilidad de combustible.
Es precisamente en este último factor que se enfoca nuestros objetivos del proyecto; en disminuir el consumo
de combustible y utilizar una Fuente de Energías Renovables.
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A)
Tabla N ° 1 Explicación de gastos de Egresos e Ingresos por Zafra equivalente a 5 productores (
Cada productor tiene 100 cristalizadores de sal) según la Ley Nº 366 de l 26 de Noviembre de 1969.
DESGLOCE DE LAS ACTIVIDADES A REALIZAR EN LA ZAFRA “EQUIVALENTE A 5 PRODUCTORES “
Actividades
cantidad
unidad
costo
unitario
total
comentarios
Rendimiento
500*15
destajos
$3.00
$22,500.00
Producción total 22,500.00
( Quítales por Zafra)
1) Arreglo de muros
2) Cortar áreas cegadas
3) Bombeado de las
aguas para maduración
4) limp de
cristalizadores
5) Reconstrucción de
crist.
6) limpieza de caños
6
6
peones*sem
peones*sem
$8.00
$8.00
$288.00
$288.00
190
galones*sem
$4.00
$4,560.00
30
peones*sem
$10.00
$1,800.00
7) Bombeado de agua
madura en 15 semanas
8) Gastos del peón
permanente
9) Pago por cada qq
producido
mano de obra
a partir de inicio de
producción
10) Pago por cada qq
producido acarreo
11) Pago por cada saco
12) Administración
15
peones*sem
$8.00
$720.00
10
peones
$10.00
$600.00
5 gal/sem
galones*sem
$4.00
$300.00
21
semana
semana de 6
días
$10.00
$1,260.00
15 por
destajo
(500
destajos)
7500
quintales
$0.50
$3,750.00
7500
quintal
$0.30
$2,250.00
7500
sacos
$0.20
$1,500.00
21
semana
2 personas/día
$10.00
$2,520.00
gasto total
repicar tercio
Duración de la Zafra
( 22 semanas de producción)
con consumo de aprox. 9 gal/semana 4,560 en
combustible para mantener la producción
$300.00
10.00 diario a cada uno
$17,316.00
CUADRO DE INGRESO Y EGRESOS POR ZAFRA
Rendimiento de producción
15 qq por destajo
15 c/u
$3.00
$22,500.00
$0.50
-$17,316.00
-$250.00
Gasto total
Impuesto municipal
500 destajos
por cada destajo
Ingreso neto total para los
5 productores
$4,934.00
* Este Cálculo se ha realizado con los valores del combustible del año 2008.
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B) Figura N° 2 Esquema de Aerogenerador Eólico para Bombeo del agua Producto de las mareas para
los lagos de Maduración
C) Figura Nº 3 Esquema de Paneles Solares y Baterías para Bombeo de agua de Maduración a los
Plásticos y Destajos.
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A) Fig. Nº 4 Mapa Eólico de Panamá según Lahmeyer Internacional
III. El Clima de la Provincia de los Santos:
La provincia de Los Santos, lugar donde se desarrollará el proyecto se encuentra localizada entre los 80º44'10''
de longitud oeste. Limita al norte con la provincia de Herrera y golfo de Parita, al Sur y al Este con el océano
Pacífico y al oeste con la provincia de Veraguas. Tamaño: la provincia tiene una superficie total de 3805.5 km2
de los cuales 20.1 km2 corresponden al área urbana y 3785.4 km2 al resto de la provincia. División Política
Administrativa: comprende 7 Distritos y 76 corregimientos.
El clima de la región de Azuero (Provincia de Los Santos), puede ser clasificado como un clima tropical
húmedo y seco, existiendo dos estaciones bien marcadas que son la estación lluviosa de abril a diciembre y la
estación seca de diciembre a abril. Las temperaturas oscilan entre 20º C y 35º C.
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IV. Objetivo General del Proyecto:
1.
Diseñar e Instalar un sistema hibrido “Eólico-Solar” para minimizar el uso de petróleo que se da en los
más de 200 productores de sal en la Región Azuero, Provincia de Los Santos.
2.
Mejorar el costo de operación mediante el uso de tecnologías más limpias, más económicas y más
eficientes en el proceso de producción de sal para mejorar la calidad de vida de estos pequeños productores.
3.
Reducir el incremento de gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático por el uso de
bombas que consumen (Gasolina – Diesel) que intervienen en el proceso de producción de sal por estos
pequeños productores.
V. Objetivos específicos del Proyecto:
1.
Implementar las Tecnologías de Energías Renovables como un sistema ideal para apoyo al pequeño
productor de sal de la Región de Santa Ana provincia de Los Santos para abaratar costo de producción.
2.
Promover el uso de la Energía Renovable “Eólica- Solar” con los productores de sal del país, como
reemplazo al consumo de Petróleo para la producción de este rubro a nivel nacional.
3.
Concientizar y motivar a las Cooperativas de Salineros que la producción de sal se puede mejor utilizando
una tecnología de producción mas limpia contribuyendo a minimizar el impacto que causa al ambiente el
consumo del petróleo y generando mayores ingresos para sus familias.
4.
Capacitar a miembros de las comunidades beneficiadas de la Región donde se instalará el proyecto en el
uso, operación y mantenimiento de los sistemas Híbridos “Eólico- Solar” para que posteriormente pueda
trasmitir sus experiencias a los demás miembros de su comunidad.
5.
Utilizar este sistema hibrido “Eólico-Solar” en los meses de invierno para producción de camarones en los
lagos de maduración como incremento de las actividades económicas de estos pequeños productores para
potenciar su incorporación en la economía nacional.
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VI. Justificación del Proyecto:
Actualmente, la producción de sal a nivel Nacional está viviendo los peores momentos de su historia, debido al
alza del petróleo, a consecuencia, esta producción se ha visto mermada, tanto así que hay algunas cooperativas
que son las que agrupan a estos pequeños productores que han cerrado esta actividad, esto aunado a la poca
disponibilidad de recursos económicos y tecnologías con que cuentan estos productores de la zona.
Debido al incremento del consumo del petróleo que es uno de los grandes problemas que afrontan estos
pequeños productores de sal y que posiblemente si el Estado no los apoya motivándolos a utilizar otro tipo de
tecnologías para producir este rubro a nivel Nacional, puede que de aquí a un corto periodo de tiempo, éstas
cooperativas tendrán que dejar está actividad.
Por tales motivos, somos creyente que este proyecto denominado “Instalación de un Sistema de Bombeo
Hibrido Renovable “ Eólico- Solar” como reemplazo al consumo de Petróleo, para pequeños Productores de
sal de la Comunidad de Santa Ana de Los Santos “Panamá” es una alternativa viable razonable y tangible
para ellos, éstas nuevas tecnologías existentes en el mercado pueda darle un nuevo rumbo a estos pequeños
productores y apoyar a que éstas cooperativas puedan seguir produciendo este vital y necesario mineral que
utilizamos cada día en nuestra mesa.
La implementación del sistema hibrido “Eólico- Solar” es una excelente combinación de tecnología para el sitio,
ya que para ambas tecnologías a usar, hay excelentes condiciones para el uso adecuado de las mismas y debido a
la necesidad de utilizar bombas en las noches, aprovechando que en la mayor cantidad de veces, las mareas se
dan a estas horas, vemos ideal utilizar el aerogenerador combinado con paneles solares ya que, en el día que hay
una excelente radiación solar se utilizará paneles para bombear agua a los destajos o plásticos cristalizadores
para su debida evaporación final.
La instalación de este sistema hibrido “Eólico- Solar” en la comunidad, coadyuvará a adaptar una tecnología que
aliviará tanto los problemas económicos para la producción del sustento diario de sus familias, como el aspecto
ambiental que permitirá implementar una tecnología más limpia que no produzca emisiones gaseosas y que
contribuyen al calentamiento global.
Como permitirá la generación de otros ingresos, como lo es dedicarse en los meses de invierno que no hay
producción de sal a utilizar estos lagos de maduración para actividades camaroneras y potenciar su incorporación
en la economía nacional.
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VII. Resultados Esperados:
Al final de este proyecto se espera obtener los siguientes resultados:
1. Disminuir la concentración de gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático como
consecuencia de no usar combustibles derivados de petróleo.
2. Mejorar el costo de operación mediante el uso de tecnologías más limpias, más económicas y más
eficientes en el proceso de producción de sal, para mejorar la calidad de vida de estos pequeños
productores.
3. Solucionar el problema de los gastos de operación a estos pequeños productores que actualmente es uno
de los mayores obstáculos que tienen, no descartando la posibilidad de que está actividad desaparezca
del país si no se les apoya integralmente.
4. Incrementar las actividades económicas de estos pequeños productores, utilizando los lagos de
maduración en estaciones lluviosas con otro rubro como lo es la cría de camarones.
5. Firmar un convenio con los 5 productores beneficiarios de la Cooperativa de Salineros de Santa Ana
de Los Santos que los comprometa a garantizar la sostenibilidad y el buen uso del aerogenerador,
bombas y módulos solares del proyecto.
VIII. Actividades a Realizar en el Proyecto:
1. Cálculo y Diseño del Sistema hibrido “Eólico- Solar” conjuntamente con los equipos a utilizar
para el Almacenamiento de los lagos de maduración, plaza y cristalizadores.
2. Selección de materiales a utilizar en el sistema.
3. Adquisición, Instalación y pruebas de equipos del sistema.
4. Elaborar una cartilla para la divulgación de los aspectos técnicos, sociales, ambientales y
económicos de la tecnología solar fotovoltaica, con el propósito de que sea tomada en consideración
a la hora de ejecutar decisiones de empresarios y consultores.
5. Diseño, elaboración y difusión de guías, afiches y folletos informativos sobre los beneficios y usos
de las Energías Renovables, especialmente el sistema hibrido “Eólico-Solar” alusivos al proyecto,
con la finalidad de promocionar la utilización de esta tecnología, especialmente con los productores
de sal a Nivel Nacional.
6. Capacitar a los beneficiarios de la cooperativa de Salineros de Santa Ana de Los Santos
especialmente a los de la Finca piloto, para fines de seguimiento en el uso, mantenimiento e
instalación de los sistemas híbridos “Eólico y Solar”, a través de dos (2) cursos talleres de dos días
cada uno.
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IX. CÁLCULOS TEÓRICOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS A UTILIZAR EN EL
DISEÑO HÍBRIDO (EÓLICO-SOLAR) COMO REEMPLAZO AL CONSUMO DE PETROLEO DE
LOS PRODUCTORES DE SANTA ANA DE LOS SANTOS –PANAMÁ.
La factibilidad de aplicación para el sistema de generación eólico – solar se sostiene sobre la base de
extracción de potencia efectiva de ambos prototipos de generación de acuerdo con las ventajas y
limitaciones que puede brindar la tecnología actual.
En referencia a lo anterior expuesto, se parte de la verificación de elementos presentes en la
configuración sistémica presente en la región, los cuales deben ser suplidos por medio de las fuentes
energéticas propuestas.
Es así que, puesto que la demanda energética principal se centra en requerimientos de transporte a
presión de agua salada a lo largo de una zona específica, se requiere establecer los datos básicos de
radiación solar y campo de velocidad de viento promedio. Estos, se presentan a continuación,
u = 6 ≈8 m*s–1 “Observar Mapa Eólico según Lahmeyer Internacional, Pag. 8”
W = 450 W*m–2
La longitud de transporte para la carga fluida se estima en 25 m.
Bajo términos generales, según criterios de turbomaquinaria, al utilizar la ecuación de balance
energético para elementos de incremento de presión se tiene,
E PUNTO INICIAL = E PUNTO FINAL
Lo cual implica que, para realizar la transmisión de flujo una línea de flujo desde un punto se requiere
de una unidad de bombeo eficiente para ejecutar este tipo de transporte. En el caso del sistema solar,
C
η A G
C A = G G d y CS = u
L
L
Donde,
CA = capacidad del generador
ηG = eficiencia de conversión del generador
AG = área de captación del panel
G d = valor medio de la irradiación diaria en zona de aplicación
L = valor medio de la energía consumida por la carga
Cs = capacidad del acumulador
Cu = capacidad útil del acumulador
Puesto que el sistema se dedicará en forma exclusiva al bombeo de agua de mar para ser sometida al
proceso de producción salina, para una eficiencia de conversión del generador estimada en 50% (sobre
la base de tecnología actual) se calcula,
L = 24Vcd *2.5Ah = 60 Ah
Con un área de panel de 4 m2 (utilizada en forma común en paneles de 24 Vcd)
Reemplazando estos valores, en la relación anterior,
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CA =
0.30 × 4 × 450
= 9W
60
Para condiciones promedio en cada celda. Con un arreglo de 10 celdas se tendrá un panel de
aproximadamente 100 W. Este valor se ajusta, a los requerimientos del equipo. Se logra observar que
para una bomba de 1hp se requiere suplir,
⎛ 776 ⎞
POTENCIA DE LA BOMBA = 1hp ⎜
⎟ = 776W
⎝ hp ⎠
En el sistema propuesto se instalará dos bombas de iguales características conectados a dos módulos
solares que contienen cada uno 12 paneles solares que cumplen con la demanda de potencia de cada
una de las bombas en todo momento, puesto que 100 x 12 = 1200W.
Al mismo tiempo, se tendrá energía extra porque la cogeneración con el sistema eólico restará parte de
la demanda del sistema, sin sobre exigir a la configuración fotovoltaica.
Por otra parte, para el sistema eólico se está proponiendo un juego de 8 a 10 paneles solares
adicionales para cumplir con el requerimiento de la potencias de la Bomba que se instalará en este
equipo
1
AdV 3
2
Si toma la velocidad del viento estimada en 6 m*s –1, con un área de barrido de 5 m2 y una densidad de
PEOLICA =
aire de 1.225kg*m–3, se aprecia que,
1
kg ⎛
m3 ⎞
PEOLICA = × 5m 2 ×1.225 3 × ⎜ 7.53 3 ⎟ = 1291W
2
m ⎝
s ⎠
El aerogenerador se ha destinado para alimentar a una bomba de 1.5 hp. Es decir,
⎛ 776 ⎞
POTENCIA DE LA BOMBA = 1.5hp ⎜
⎟ = 1164W
⎝ hp ⎠
Donde se puede verificar que el aerogenerador tendría que completar aproximadamente dos horas de operación
para suplir la potencia de la bomba. Puesto que las actuales tecnologías de aerogeneradores, permiten la
extracción de 60% de la energía nominal, se tomará un valor conservador de 50% de eficiencia de extracción. Lo
cual conlleva a que, teóricamente, se tendrá que tener más potencia para mover la bomba y por tales motivos
estamos proponiendo apoyarnos con paneles solares que justificamos más adelante donde anexamos también los
cálculos de requerimiento de demanda energética de las tres bombas a utilizar con el programa “WINCAPS”
POTENCIA EXTRAÍBLE DE LA BOMBA = 1291W × 0.5 = 646W
Con referencia a esto, se ha seleccionado un aerogenerador de 2000 kW con eficiencia de extracción de 59%, lo
cual conlleva a que el aerogenerador en todo momento pueda aportar (bajo condiciones favorables) 1180 W, lo
cual se tendrá que utilizar energía adicional para soportar la capacidad de la bomba por hora.
Finalmente, se puede aclarar que el sistema eólico se prefiere para ejecución nocturna, lo cual permitirá que la
potencia pueda utilizarse en forma desahogada en colaboración con el sistema fotovoltaico, y son, por tanto, una
configuración más eficiente.
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X. Diseño y Cálculo del Sistema Eólico-Solar con sus Bombas y Selección de materiales a utilizar
en el sistema con el programa “Windcaps”.
Descripción
Valor
Modelo
75 SQF-3
Código
Número EAN:
96078139
5700395071948
Líquido:
Temperatura max. del líquido:
40 °C
Datos técnicos:
Certificados en placa motor:
Certificados en placa de la bomba:
CE
CE
Materiales:
- Bomba
- Impulsor
Acero inoxidable, 1.4301 DIN
W.-Nr.
304 AISI
W.-Nr.
304 AISI
Instalación:
Presión ambiente max.
Dimensión, descarga bomba:
Diámetro min. de la perforación:
15 bar
2" NPT
102 mm
Datos eléctricos
Tipo de motor
MSF3
Potencia de entrada velocidad 1-2-3:
Potencia de entrada (P1):
Voltage nominal dc:
Tipo de arranque:
Corriente nominal:
Corriente de arranque en velocidad 1-2-3:
Factor de Potencia:
Velocidad nominal:
Grado de protección (IEC 34-5):
Clase de aislamiento (IEC 85):
Longitud del cable:
Otros:
Peso neto:
Peso bruto:
Volumen:
Modelo:
Código:
Número EAN:
Instalación:
Temperatura ambiente min.:
Temperatura ambiente max.:
Máximo punto de voltage:
Voltage de circuito abierto:
Máx punto de corriente:
Módulo de corriente de corto circuito:
Máxima potencia de salida:
Módulo solar tipo:
Otros:
Marca:
Peso neto:
Volumen:
Modelo:
Código:
Número EAN:
Modelo:
Código:
Número EAN:
Otros:
Ajustes a los siguientes productos:
Modelo:
Código:
Número EAN:
Otros:
0..9 kW
30-300 V
DOL
7A
1
500-3000 rpm
IP68
F
2m
10..9 kg
12.4 kg
0.016 m³
GF 65 C
96511641
5700396578729
-40 °C
85 °C
31,4 V
39,7 V
2.07 A
2.3 A
65 W
Cristalino
Grundfos
7.7 kg
0.06 m3
Whisper H80
96472120
5700395016031
kit cable sistema/caja control
91126024
5700396296999
GF 55 C, GF 65 C
Kit cable sistema/ sistema
91126023
5700396296982
GF 55 C, GF 65 C
Página 14 de 26
Posición
Contar
Descripción
Precio
unitario
1
75 SQF-3
Código: 96078139
La bomba SQF 3" rotor de hélice es para pequeñas alturas y
grandes caudales.
Precio bajo
pedido
Características y beneficios:
-Protección contra la marcha en seco.
-Alto rendimiento del motor de imán permanente
-Protección sobrevoltaje y bajo voltaje
-Protección contra sobrecarga
-Máximo Punto de Rastreo de Potencia (MPPT)
-Amplia gama de voltaje
Líquido:
Temperatura max. del líquido: 40 °C
Datos técnicos:
Certificados en placa motor: CE
Certificados en placa bomba: CE
Materiales:
Material, bomba: Acero inoxidable
1.4301 DIN W.-Nr.
304 AISI
Material, impulsor: Acero inoxidable
1.4301 DIN W.-Nr.
304 AISI
Instalación:
Presión ambiente max.: 15 bar
Dimensión, descarga bomba: 2" NPT
Diámetro min. de la perforación: 102 mm
Datos eléctricos:
Tipo de motor: MSF3
Potencia de entrada (P1): 0.9 kW
Voltaje nominal DC: 30-300 V
Tipo de arranque: DOL
Corriente nominal: 7 A
Corriente en velocidad 1-2-3:
Factor de potencia: 1
Velocidad nominal: 500-3000 rpm
Grado de protección (IEC 34-5): IP68
Clase de aislamiento (IEC 85): F
Longitud del cable: 2 m
Otros:
Peso neto: 10.9 kg
Peso bruto: 12.4 kg
Volumen: 0.016 m³
Página 15 de 26
Posición
Contar
30
Descripción
GF 65 C
Código: 96511641
El panel solar GF 65 C es del tipo cristalino.
Los paneles solares deben ser montados en una
estructura, inclinados al ángulo que asegure la óptima
utilización de energía solar.
Precio
unitario
Precio bajo
pedido
Instalación:
Temperatura ambiente min.: -40 °C
Temperatura ambiente max.: 85 °C
Datos eléctricos:
Máximo punto de voltaje: 31,4 V
Voltaje de circuito abierto: 39,7 V
Máx punto de corriente: 2.07 A
Módulo de corriente de corto circuito: 2.3 A
Máxima potencia de salida: 65 W
Módulo solar tipo: Cristalino
Otros:
Marca: Grundfos
Peso neto: 7.7 kg
Volumen: 0.06 m³
1
Whisper H80
Código: 96472120
Precio bajo
pedido
Datos eléctricos:
1
Modelo:kit cable sistema/caja control
Código: 91126024
Número EAN: 5700396296999
Precio bajo
pedido
Datos eléctricos:
Otros:
Ajustes a los siguientes productos: GF 55 C, GF 65 C
5
Modelo:Kit cable sistema/ sistema
Código: 91126023
Número EAN: 5700396296982
Precio bajo
pedido
Datos eléctricos:
Otros:
Página 16 de 26
Modelo: 96078139
Entrada - sumario
Volumen de agua (máx): 95 m³/day
Mes de intensidad máxima: Noviembre
Altura: 8.1 m
"Lectura" solar : No (fijado)
Ubicación datos solares: Los Santos, Panamá (0.0N, 0.0E)
Ubicación de los datos eólicos: Los Santos, Panamá (0.0N,
0.0E)
Altitud: 0 m
Resultado de la selección - sumario
Prestaciones típicas irradiación sol 800 W/m² y
velocidad del viento de 6 m/s
Caudal: 12.7 m³/h
Pérdida de carga: 0.9 m
Altura total: 9.1 m
Pérdida en el cable total : 2.8 %
Productos
Bomba: 75 SQF-3, 1 x 96078139
Modulo solar: GF 65 C, 30 x 96511641
Kit de cable (matriz a controlador): 1 x 91126024
Kit de cable (interpanel): 5 x 91126023
Turbina eólica: Whisper H80, 1 x 96472120
Producción de agua total por año: 40700 m³
producción diaria agua: 111.6 m³
Pico de caudal: 12.7 m³/h
Precio del sistema: Bajo pedido
Prestación del sistema - media mensual
Condiciones valores tabla
Datos solares
Ubicación: Los Santos, Panamá (0.0N, 0.0E)
Origen de datos: U Lowell: PAN2A, type U
Datos eólicos
Altitud: 0 m
Origen de datos: NCEP/NCAR
Página 17 de 26
Po AC - producción de agua
Efecto de salida mínimo requerido: 1 kW
AC 115 V: Productos: 11.8 m³/h
Modelo: 96078139 75 SQF-3
Cifras de instalación
Ubicación
Datos solares
Origen de datos: U Lowell : PAN2A, type U
Datos eólicos
Altitud: 0 m
Origen de datos: NCEP/NCAR
Bomba
Modelo de bomba: 75 SQF-3
Diámetro de la bomba: 102 mm
Material de la bomba: Acero inoxidable (1.4301 / AISI 304)
Pozo y tuberías
Altura: del agua pozo y tanque: 8.1 m
Capacidad requerida de perforación (caudal de punta): 12.7
m³/h
Diámetro de la tubería: DN50(44)
Longitud total de tubería: 8.1 m
Cables
Cable de la bomba (bomba - cuadro de seguridad)
Longitud: 8.1 m
Tamaño: 2.5 mm²
Cable del modulo solar (sistema solar - cuadro de seguridad)
Longitud: 5 m
Tamaño: 1.5 mm²
cable de turbina eólica ( turbina eólica - cuadro de seguridad)
Longitud: 15 m
Tamaño: 2.5 mm²
Módulos solares
Modulo solar: GF 65 C, 65 W, Cristalino
Número de modulos solares en serie: 5, en paralelo: 6
Potencia nominal del sistema solar: 1.95 kWp
Tensión nominal del sistema solar: 157 V
Turbina eólica
Turbina eólica: Whisper H80
Número de turbinas solares: 1
Grado de aspereza del terreno: Clase 0
(IDS SQ CLASS 5428464)
Altura del rotor: 9 m
Tipo de colina: Ninguno
Efecto de protección: 0.0 %
Sistema solar - orientación básica (azimuth): 0 deg.
0°S, 90° O, 180°N, 270°E
Reflejo (superficie): 0.20% (Hierba seca)
Página 18 de 26
XI. Diseño y Cálculo de eficiencia en el Sistema de Paneles solares con sus bombas utilizando el programa “Windcaps”.
Observación: Para este sistema se instalaran 2 bombas
Descripción
Modelo
Código
Número EAN:
Líquido:
Temperatura max. del líquido:
40 °C
Datos técnicos:
Certificados en placa motor:
Certificados en placa de la bomba:
CE
CE
Materiales:
- Bomba
- Impulsor
Valor
25 SQF-3
96078042
5700394942683
Valor
GF 55 C, GF 65 C
Kit cable sistema/ sistema
91126023
5700396296982
W.-Nr.
304 AISI
W.-Nr.
304 AISI
Instalación:
Presión ambiente max.
Dimensión, descarga bomba:
Diámetro min. de la perforación:
15 bar
1 ½ 2" NPT
102 mm
Datos eléctricos
Tipo de motor
MSF3
Potencia de entrada (P1):
Voltage nominal dc:
Tipo de arranque:
Corriente nominal:
Factor de Potencia:
Velocidad nominal:
Grado de protección (IEC 34-5):
Clase de aislamiento (IEC 85):
Longitud del cable:
Otros:
Peso neto:
Peso bruto:
Volumen:
Modelo:
Código:
Número EAN:
Instalación:
Temperatura ambiente min.:
Temperatura ambiente max.:
Máximo punto de voltage:
Voltage de circuito abierto:
Máx punto de corriente:
Módulo de corriente de corto circuito:
Máxima potencia de salida:
Módulo solar tipo:
Otros:
Marca:
Peso neto:
Volumen:
Modelo:
Código:
Número EAN:
Modelo:
Código:
Número EAN:
Descripción
Otros:
Modelo:
Código:
Número EAN:
0.9 kW
30-300 V
DOL
7A
1
500-3000 rpm
IP68
F
2m
8.1 kg
9.6 kg
0.016 m³
GF 65 C
96511641
5700396578729
-40 °C
85 °C
31,4 V
39,7 V
2.07 A
2.3 A
65 W
Cristalino
Observación: Para este sistema se instalaran 2
bombas
Grundfos
7.7 kg
0.06 m3
Whisper H80
96472120
5700395016031
kit cable sistema/caja control
91126024
5700396296999
Página 19 de 26
Posición
Contar
Descripción
Precio
unitario
1
Precio bajo
25 SQF-3
Código: 96078042
pedido
La bomba SQF 3" rotor de hélice es para pequeñas alturas y
grandes caudales.
Características y beneficios:
-Protección contra la marcha en seco.
-Alto rendimiento del motor de imán permanente
-Protección sobrevoltaje y bajo voltaje
-Protección contra sobrecarga
-Máximo Punto de Rastreo de Potencia (MPPT)
-Amplia gama de voltaje
Líquido:
Temperatura max. del líquido: 40 °C
Datos técnicos:
Certificados en placa motor: CE
Certificados en placa bomba: CE
Materiales:
Material, bomba: Acero inoxidable
1.4301 DIN W.-Nr.
304 AISI
Material, impulsor: Acero inoxidable
1.4301 DIN W.-Nr.
304 AISI
Instalación:
Presión ambiente max.: 15 bar
Dimensión, descarga bomba: 1 1/2" NPT
Diámetro min. de la perforación: 102 mm
Datos eléctricos:
Tipo de motor: MSF3
Potencia de entrada (P1): 0.9 kW
Voltage nominal dc: 30-300 V
Tipo de arranque: DOL
Corriente nominal: 7 A
Factor de potencia: 1
Velocidad nominal: 500-3000 rpm
Clase de aislamiento (IEC 85): F
Longitud del cable: 2 m
Otros:
Peso neto: 8.1 kg
Peso bruto: 9.6 kg
Volumen: 0.016 m³
Página 20 de 26
Posición
Contar
Descripción
Precio unitario
14
Precio bajo
GF 65 C
Código: 96511641
pedido
El panel solar GF 65 C es del tipo cristalino.
Los paneles solares deben ser montados en una estructura,
inclinados al ángulo que asegure la óptima utilización de
energía solar.
Instalación:
Datos eléctricos:
Máximo punto de voltaje: 31,4 V
Voltaje de circuito abierto: 39,7 V
Máx punto de corriente: 2.07 A
Módulo de corriente de corto circuito: 2.3 A
Máxima potencia de salida: 65 W
Módulo solar tipo: Cristalino
1
1
1
Otros:
Marca: Grundfos
Peso neto: 7.7 kg
Volumen: 0.06 m³
Modelo: kit cable sistema/caja control
Código: 91126024
Número EAN: 5700396296999
Datos eléctricos:
Otros:
Modelo: Kit cable sistema/ sistema
Código: 91126023
Número EAN: 5700396296982
Datos eléctricos:
Otros:
IO 100
Código: 96475073
El controlador IO 100 está diseñado especialmente para el
sistema solar SQ Flex.
El controlador IO 100 habilita el arranque manual y parada
de la bomba en un sistema SQFlex Solar y funciona como
una caja de conexión uniendo todos los cables necesarios.
Instalación:
Datos eléctricos:
Precio bajo
pedido
Precio bajo
pedido
Precio bajo
pedido
Página 21 de 26
Modelo: 96078042 25 SQF-3
Entrada - sumario
Volumen de agua (máx): 35 m³/day
Mes de intensidad máxima: Noviembre
Altura: 10 m
Ubicación datos solares: Los Santos, Panamá (0.0N, 0.0E)
Resultado de la selección - sumario
Prestaciones típicas irradiación sol 800 W/m² y
velocidad del viento de 6 m/s
Caudal: 12.7 m³/h
Pérdida de carga: 0.9 m
Altura total: 9.1 m
Pérdida en el cable total : 2.8 %
Productos
Bomba: 75 SQF-3, 1 x 96078139
Modulo solar: GF 65 C, 30 x 96511641
Kit de cable (matriz a controlador): 1 x 91126024
Kit de cable (interpanel): 5 x 91126023
Turbina eólica: Whisper H80, 1 x 96472120
Producción de agua total por año: 40700 m³
producción diaria agua: 111.6 m³
Pico de caudal: 12.7 m³/h
Precio del sistema: Bajo pedido
Prestación del sistema - media mensual
Condiciones valores tabla
Datos solares
Origen de datos: U Lowell: PAN2A, type U
Página 22 de 26
Modelo: 96078042 25 SQF-3
Cifras de instalación
Ubicación
Datos solares
Origen de datos: U Lowell : PAN2A, type U
Bomba
Modelo de bomba: 25 SQF-3
Diámetro de la bomba: 102 mm
Material de la bomba: Acero inoxidable (1.4301 / AISI 304)
Pozo y tuberías
Altura del :agua pozo y tanque: 10 m
Capacidad requerida de perforación (caudal de punta): 5.4
m³/h
Diámetro de la tubería: DN40(35.2)
Longitud total de tubería: 10 m
Cables
Cable de la bomba (bomba -matriz solar)
Longitud: 10 m
Tamaño: 0.75 mm²
Módulos solares
Modulo solar: GF 65 C, 65 W, Cristalino
Número de módulos solares en serie: 7, en paralelo: 2
Potencia nominal del sistema solar: 0.91 kWp
Tensión nominal del sistema solar: 219.8 V
Accesorios
Cuadro de mando / unidad de control: IO 100
Sistema solar - orientación básica (azimuth): 0 deg.
0°S, 90° O, 180°N, 270°E
Reflejo (superficie): 0.20% (Hierba seca)
Página 23 de 26
XII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES A DESARROLLAR EN EL PROYECTO
Meses
Actividad
Diciembre
abril
mayo
junio
julio
2008/Marzo2009
Cálculos
teóricos
del
sistema
Selección
y
de
X
X
X
X
Materiales
Diseño
de
la
Obra,
conjuntamente
con
los
accesorios
a
utilizar
Cotización
y
X
X
Adquisición de
equipos
Instalación de
X
X
Equipos
Guías
Afiches
y
del
X
de
X
Proyecto
Prueba
Equipos
Seminario de
capacitación a
los Salineros de
X
la Región
Productora de
Sal
* Los cálculos teóricos del sistema, el Diseño Selección e Instalación del Sistema Hibrido será realizados y
inspeccionado por la Universidad Tecnológica de Panamá.
Página 24 de 26
XIII. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS A UTILIZAR EN EL PROYECTO CON LOS PRECIOS APROXIMADOS
DE TODOS LOS EQUIPOS A INSTALAR EN EL SISTEMA HIBRIDO “EOLICO-SOLAR” COMO REMPLAZO
AL CONSUMO DE PETROLEO, PARA PEQUEÑOS PRODUCTORES DE SAL DE LA COMUNIDAD DE
SANTA ANA DE LOS SANTOS-PANAMÁ
Articulo
Cantid
ad
1
2
3
32
1
2
4
1
5
1
6
7
8
9
10
11
12
1
2
1
1
-
13
No.
de
art.
Descripción
Panel Solar Cristalino 120W/12V
Bomba Sumergible 75-SQF-3
Bomba Sumergible 25-SQF-3
Aerogenerador Whisper H80, SQFlex,
1000W
South West 50´ Whisper Guyed Tower
Kit
Controlador IO 102 Grundfos
Controlador IO 100 Grundfos
Estructura para paneles solares
Cableado y Accesorios de instalación
Mano de Obra*
Transporte*
Diseño y cálculo*
Guías y Afiches de divulgación del
Proyecto
Rubro por la contraparte
Precio
Unitario
Aprox.
Total aprox.
$720.00
$2,600.00
$2,100.00
$23,040.00
$2,600.00
$4,200.00
$4,000.00
$4,000.00
$600.00
$600.00
$350.00
$90.00
$3,000.00
$1,200.50
$2,000.00
$1,200.00
$1,500.00
$350.00
$180.00
$3,000.00
$1,200.50
$2,000.00
$1,200.00
$1,500.00
$600.00
$ 4,700.00
Inspección de la Obra ANAM
( Expertos)
Rubro solicitado a la Alianza de
Energía
Total
$2,000.00
$ 39, 770.00
$46,470.00
* Esta parte del presupuesto ($4 ,700.00) será sufragada por la Cooperativa de Salineros y la UTP.
Observación: Este proyecto en su primera fase de aprobación tenía aprobado 40,000 Euros.
Los precios descritos en la propuesta están en dólares. Actualmente el euro se encuentra aproximadamente un
Euro = $1.25 , esto hace que el presupuesto descrito en está propuesta solicitado a la alianza de Energía para
Centroamérica que es de : $ 39,770.00, este bajo el margen asignado al proyecto.
Página 25 de 26
XIV. GARANTIA DE EQUIPO:
Las garantías del suministro, selección e instalación de equipos a instalar en el sistema hibrido “
Eolico- Solar” como remplazo al consumo de petróleo, para pequeños productores de sal de la
comunidad de Santa Ana de los Santos-Panamá; consistirá en exigirle a la empresa que suministrará los
equipos
en lo siguiente:
Obra Civil:
a. Materiales y defectos de construcción..................................... 1 año
Sistema Solar:
a. Módulos Solares................................................................... 15 años
b. Bombas Sumergibles/Controlador ..................................... 3 años
c. Cables y Alambrado................................................................ 5 años
d. Aerogenerador Eólico…………… ……………………….. 3años
Obra Eléctrica:
a. Mano de obra.......................................................................... 3 años
b. Materiales y defectos de instalación............................................1 año
c. Baterías……………………………………………………… ...3años
Página 26 de 26

Instalación de un sistema de bombeo híbrido renovable Eólico

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