Escuela Secundaria Técnica no. 25 Manuel M. Cerna Castelazo

Transcripción

1 Escuela Secundaria Técnica no. 25 Manuel M. Cerna Castelazo En las Escuelas Secundarias Técnicas del DF, se innova con visión de emprendedores Proyecto: Panel solar para un sistema de emergencia y respaldo de energía eléctrica en el hogar. Alumnos: Álvarez Escobar Miguel Eduardo Cortés González Irvin Uriel Cortés González Irwin Ariel Lina Sánchez Ismael Resumen El proyecto propone el aprovechamiento de la energía solar para tener en casa un sistema de respaldo de energía eléctrica accesible económicamente, de fácil utilización, mínimo mantenimiento y flexible en su aplicación, que se utilice en casos de cortes de energía para mantener la visibilidad en áreas estratégicas, que permitan la evacuación en caso de emergencia o para mantener comunicación por internet mediante una laptop o celular. La idea es diseñar un prototipo sencillo, al alcance de las familias y que genere una potencia para dos objetivos principales; luminarias y modem este último para permitir que pueda haber comunicación en todo momento. 1

2 Introducción México como otros países preocupado por el cuidado del medio ambiente y con el compromiso asumido con organismos internacionales para implementar medidas que ayuden a disminuir las emisiones de contaminantes ha ido desarrollando alternativas de generación de energía eléctrica con formas sustentables, por ello en la actualidad se puede encontrar oferta de paneles solares o aerogeneradores. El aprovechamiento en el hogar de esta forma de generar energía eléctrica tiene mucho futuro ya que representa un ahorro para las personas y ayuda a disminuir la generación de contaminantes al medio ambiente, sin embargo una limitante ha sido fomentar la cultura de utilización ya sea por los costos o por la factibilidad de poder instalarlos en el hogar. Ante esto surge la idea de una propuesta de tener un sistema de respaldo que apoye en casos de emergencia que sea accesible y ofrezca beneficios que a la larga genere una perspectiva de crecimiento y aprovechamiento de energías sustentables. Planteamiento del problema En la ciudad de México son frecuentes los cortes de energía eléctrica debidos a la lluvia, tomas clandestinas que provocan cortos, el robo de cableado o el mantenimiento de redes. En los hogares no se cuenta con una fuente de respaldo que sea utilizada en casos de emergencia, por ejemplo después de un sismo o cuando sea cortado el suministro por las causas antes mencionadas lo que provoca que no se tenga visibilidad si es de noche y la imposibilidad de utilizar aparatos eléctricos. Para estos casos sería de gran utilidad contar con una fuente de respaldo que sea factible adquirir y mantener ofreciendo un equilibrio entre costo y beneficio. Análisis de la información En la actualidad la utilización de energía eléctrica es una necesidad permanente, dado que se requiere para la iluminación del hogar, el funcionamiento de electrodomésticos, computadoras, celulares, bombas de agua, herramientas eléctricas, es difícil prescindir de ella ya que prácticamente las 24hrs del día se utiliza, por lo que se requiere de su disponibilidad durante todo el tiempo. La opción es un sistema de respaldo y emergencia que pueda implementarse pero para ello se deben tomar en cuenta los siguientes factores: a) Economía familiar; el costo que representa invertir en un sistema de emergencia y el tiempo en que se recuperará esa inversión. b) Espacio disponible para su colocación c) Mantenimiento que se le dará al sistema. d) Utilización que se le dará ya que dependiendo de la potencia requerida, será el tamaño y capacidad del sistema. Considerando que el proyecto pretende ser útil en prácticamente todos los hogares del país, se tiene que buscar un balance entre eficiencia, utilidad y costo. 2

3 La alternativa de solución debe considerar un sistema sencillo en su instalación y uso, accesible en costo y flexible de manera que el usuario decida como aprovechar la energía eléctrica generada, por lo que la propuesta es que el sistema sirva para dos funciones básicas: 1. Iluminación en zonas estratégicas 2. Mantener en funcionamiento el modem del hogar para tener comunicación por internet Para esto se requiere una potencia de funcionamiento para: - Cuatro lámparas con potencia de funcionamiento de 5W cada una - Modem con potencia de funcionamiento de 2W Se considera lo anterior ya que cuando se corta la energía eléctrica se requiere de iluminar ciertas áreas que pueden utilizarse para evacuar el lugar o simplemente para desarrollar algunas actividades y con el modem disponible se tiene acceso a internet para mantenerse informado en caso de un siniestro como temblor, para consulta de números de emergencia o para comunicarse por redes sociales a través de una laptop o celular. Alternativas de solución Para resolver el problema se tienen las siguientes alternativas: a) Planta de emergencia b) Panel solar c) Aerogenerador Para decidir cuál de ellas es más factible se analizarán las características de cada una. Planta de emergencia; requieren de un espacio mínimo de 9 m 2 para su instalación, usan combustible para su funcionamiento, pueden trabajar en condiciones extremas, requieren de un sistema de protección, la capacidad es variable de acuerdo a las necesidades del usuario. Panel solar, existen diferentes tamaños y capacidades, ocupan un área mínima aproximada de 1m 2 por panel, la capacidad se puede aumentar haciendo una batería de paneles, la colocación sería en techos o áreas en donde reciban sin obstáculos la radiación solar Aerogenerador; existen de diferentes capacidades los más pequeños miden alrededor de un metro y medio de altura, los de mayor capacidad requieren de un poste con altura suficiente para que las hélices reciban la corriente de aire, la cual debe ser suficientemente intensa para provocar que se genere la energía eléctrica. Cuadro comparativo de ventajas y desventajas de acuerdo a las necesidades del proyecto Alternativa Ventajas Desventajas Planta de emergencia - Proporciona potencia -Ocupa un espacio que suficiente para el abasto de energía de toda la casa muchos hogares no tienen disponible. - El costo de un equipo no puede ser accesible para la mayoría de las familias. 3

4 Panel solar Aerogenerador - Existen diferentes tamaños y capacidades de paneles. - El lugar de instalación del panel no representa bloqueo a zonas de la casa. - El equipo complementario (batería, controlador, inversor) no son voluminosos y ocupan un espacio reducido. - Proporciona tanto voltaje directo como alterno. -El lugar de instalación del aerogenerador no representa bloqueo a zonas de la casa. - Usa el aire para mover las aspas conectadas al generador lo que implica no hacer gasto para energía. - Proporciona tanto voltaje directo como alterno. - Para que sea accesible en precio, la capacidad del panel debe ser baja. - El aerogenerador debe ser pequeño ya que uno mayor que genere más potencia es alto y requiere un anclaje seguro. - Un aerogenerador pequeño producirá poca potencia. Selección de alternativa La opción elegida es la de panel solar ya que se puede tener la potencia requerida, además un estudio, difundido por la Asociación Nacional de Energía Solar (ANEAS), señala que México es el tercer país del mundo con mayor recepción de luz solar al año. La radiación solar promedio en México es de cinco kilowatts hora por metro cuadrado (kwh/m 2 ) lo cual permite que las viviendas del territorio nacional reciban la suficiente energía solar para producir hasta 200 veces la cantidad que consumen. (Machorro J. 2012). Dado que el panel será de una capacidad baja de potencia para hacerlo accesible en precio, se propone también que se utilicen lámparas basadas en la tecnología LED (diodo emisor de luz). Estas lámparas presentan las siguientes ventajas: - Aprovecha un 90% de la luz emitida con una pérdida de un 10% de calor. - Ahorro en el consumo de energía eléctrica de hasta un 80% comparado con las luminarias convencionales. - No contienen mercurio ni plomo y no emiten prácticamente emisiones de CO 2 a la atmosfera comparado con las bombillas normales. - La tecnología LED tiene una duración de hasta horas de funcionamiento comparado con las horas de la iluminación convencional. - Al funcionar a baja tensión se reduce altamente los riesgos de electrocución durante su manipulación. Las lámparas LED son más eficientes, duraderas y representan mayores ventajas para el medio ambiente, complementando su uso con el panel solar no existiría ningún problema con una potencia generada por el sistema de entre 20 a 30 watts, teniendo la opción de acuerdo a las posibilidades de cada familia de ampliar esta capacidad. 4

5 Representación gráfica El panel sería colocado en la azotea o zona libre de obstáculos para recibir la radiación solar. Imagen 1 El sistema de emergencia constaría del panel, batería, inversor, controlador y contacto. Imagen 2 1 Tomada de 2 Tomada de 5

6 Planeación Para la elaboración del prototipo se requiere seguir los siguientes pasos 1. Determinar el número y tipo de focos a abastecer: Como es un sistema de emergencia se consideran 4 focos LED. 2. Calcular el tamaño y capacidad del panel: Para esto necesitamos saber la potencia requerida. Elemento Piezas Potencia por unidad Potencia total Lámpara LED 4 5w 20w Modem 1 2w 2w Total 22w 3. Diseñar el circuito eléctrico para alimentar los focos: Se conectarán en un circuito en paralelo todos los elementos del sistema. 4. Buscar y conseguir los materiales: Existen diversos proveedores de paneles solares, quienes proporcionarían de los elementos necesarios, los contactos focos LED, herrajes y elementos de fijación se pueden conseguir en cualquier tlapalería. Desarrollo del proyecto El siguiente esquema representa al sistema de emergencia propuesto Imagen 3 3 Imagen elaborada por el equipo de alumnos 6

7 Elaboración de maqueta para el diseño del prototipo 7

8 Evaluación El sistema para que cumpla con las necesidades y expectativas planteadas, debe ser: a) Funcional b) Fácil utilización c) Económico d) Seguro e) Duradero f) Flexible en su uso Comunicación El costo aproximado del sistema de emergencia propuesto es de $ aproximadamente para una potencia de 25W, pudiéndose utilizar en cualquier momento no solamente cuando sea cortado el suministro de energía eléctrica de la red pública, ya que la batería permite mantener la carga disponible, con ello se tendría un ahorro en el consumo normal que llevaría a recuperar la inversión en algunos meses. Referencias Machorro J. (2012). DF sólo aprovecha el 0.37% de su potencial de energía solar. Recuperado de: OMS (2014). Mediciones de contaminación. Recuperado de: ml 8