Diseno de alternativas para la generacion de energia electrica conectada a la red

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DISEÑO DE ALTERNATIVAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
CONECTADA A LA RED POR MEDIO DE ENERGÍA SOLAR PARA EL EDIFICIO
ALMENDROS DE LA UNIVERSIDAD JAVERIANA CALI: SISTEMA
FOTOVOLTAICO O SISTEMA DE CICLO RANKINE CON ENERGÍA SOLAR
CONCENTRADA.

LUIS FERNANDO MINOTTA MARIN
CODIGO: 68933

ISABEL CRISTINA VILLAVICENCIO ALUMA
CODIGO: 70829

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA CALI
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGANIERIA INDUSTRIAL
SANTIAGO DE CALI
2017
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DISEÑO DE ALTERNATIVAS PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
CONECTADA A LA RED POR MEDIO DE ENERGÍA SOLAR PARA EL EDIFICIO
ALMENDROS DE LA UNIVERSIDAD JAVERIANA CALI: SISTEMA
FOTOVOLTAICO O SISTEMA DE CICLO RANKINE CON ENERGÍA SOLAR
CONCENTRADA.

LUIS FERNANDO MINOTTA MARIN
ISABEL CRISTINA VILLAVICENCIO ALUMA

Proyecto de grado para optar al título de Ingeniería Industrial

Director:
DR. JORGE FRANCISCO ESTELA U.

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA CALI
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGANIERÍA INDUSTRIAL
SANTIAGO DE CALI
2017
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AGRADECIMIENTOS
Para comenzar queremos expresar nuestro más sincero agradecimiento a Dios y a nuestros
padres por habernos permitido la oportunidad de estudiar y de presentar un proyecto que ayudará
a otorgarnos el título de ingenieros industriales. Además, también agradecemos a las siguientes
personas por el apoyo, motivación y colaboración en el desarrollo de este proyecto:
A la Pontificia Universidad Javeriana y a todas las personas que hicieron parte de nuestras
carreras, amistades y profesores, y al conocimiento adquirido durante esta etapa ya que nos
llevaremos lo mejor para toda la vida y nuestra carrera profesional.
A nuestro director de proyecto de grado:
(cid:1) Dr. Jorge Francisco Estela
Por haber sido el inspirador de este trabajo, por su dirección en el transcurso de éste y sobre todo
porque gracias a su colaboración fue posible obtener toda la información necesaria.
A los ingenieros:
(cid:1) Harold Nates
(cid:1) Margarita Jaramillo
Por su buena disposición y colaboración al momento de brindar información pertinente y utilizar
los recursos a su alcance para que esta sea oportuna.
A la profesora de Termodinámica:
(cid:1) Gloria Esperanza Portilla
Por su ayuda y guía sobre los análisis relacionados con el Ciclo de Potencia, pues fue de gran
ayuda en momentos de dificultad presentados durante el proyecto.
Al profesor de Ingeniería Civil:
(cid:1) José Javier Martínez
Por las recomendaciones para el diseño de la estructura del sistema.
Al ingeniero:
(cid:1) Bryan Ortiz
Por su apoyo y consejos para la realización del trabajo de grado y aspectos a tener en cuenta con
el sistema fotovoltaico diseñado.
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CONTENIDO
ABSTRACT ................................................................................................................................................ 15
RESUMEN ................................................................................................................................................. 16
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 17
1. FUENTES DE GENERACION DE ENERGIA ................................................................................. 19
1.1. Energías Renovables ............................................................................................................... 23
2. ANÁLISIS DE CONSUMO ENERGÉTICO EN EL EDIFICIO DE ALMENDROS DE LA
UNIVERSIDAD JAVERIANA .................................................................................................................. 26
2.1. Proveedores y consumo eléctrico Universidad Javeriana Cali ..................................................... 27
2.2. Edificio de Almendros ................................................................................................................. 30
3. SISTEMA FOTOVOLTAICO ............................................................................................................ 30
3.1. Energía Solar Fotovoltaica ........................................................................................................... 30
4. COMPONENTES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO Y PARÁMETROS ÓPTIMOS DE DISEÑO
33
4.1. Sol .................................................................................................................................................... 34
4.1.1. Irradiación ................................................................................................................................. 34
4.1.2. Inclinación terrestre................................................................................................................... 36
4.2. Panel solar ........................................................................................................................................ 38
4.2.1 Conexión del panel solar ............................................................................................................ 42
4.3. Inversor ............................................................................................................................................ 44
5. UBICACIÓN DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO ............................................................................ 46
5.1. Área a utilizar ................................................................................................................................... 47
5.1.1. Diseño de Sistema Fotovoltaico ................................................................................................ 48
5.1.2. Ubicación de Sistema Fotovoltaico ........................................................................................... 50
5.2. Análisis de Orientación e Inclinación .............................................................................................. 52
6. SELECCIÓN DE MATERIALES Y OBRAS REQUERIDAS PARA INSTALACIÓN DEL
SISTEMA FOTOVOLTAICO .................................................................................................................... 53
6.1. Estructura ......................................................................................................................................... 53
6.2. Cables ............................................................................................................................................... 55
6.2.1. Cables de los paneles fotovoltaicos .......................................................................................... 55
6.2.2. Cables de los inversores ............................................................................................................ 56
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7. CICLO DE POTENCIA RANKINE CON ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA.......................... 57
8. COMPONENTES DEL CICLO DE POTENCIA Y PARÁMETROS ÓPTIMOS DE DISEÑO ...... 59
8.1. CALDERA O CONCENTRADOR SOLAR ................................................................................... 59
8.2. TURBINA ........................................................................................................................................ 61
8.3. FLUIDOS ......................................................................................................................................... 63
8.3.1. AGUA ....................................................................................................................................... 63
8.3.2. ACEITE .................................................................................................................................... 64
8.4. BOMBA ........................................................................................................................................... 65
8.4.1. BOMBA DE AGUA ................................................................................................................. 65
8.4.2. BOMBA DE ACEITE .............................................................................................................. 67
8.5. CONDENSADOR / TORRE DE ENFRIAMIENTO ...................................................................... 67
8.6. INTERCAMBIADOR DE CALOR................................................................................................. 69
9. UBICACIÓN ÓPTIMA DEL CICLO DE POTENCIA RANKINE .................................................. 70
9.1 Área a utilizar .................................................................................................................................... 71
9.1.1. Diseño del Ciclo de Potencia .................................................................................................... 72
9.1.2. Ubicación del ciclo.................................................................................................................... 73
10. COMPARACIÓN Y VIABILIDAD TECNOLÓGICA Y ECONÓMICA .................................... 75
10.1. Viabilidad Tecnológica del Sistema Fotovoltaico ......................................................................... 76
10.1.1. Capacidad energética del Sistema Fotovoltaico ...................................................................... 77
10.1.2. Número de Inversores ............................................................................................................. 78
10.1.3 Porcentaje estimado a suplir .................................................................................................... 78
10.2. Viabilidad Tecnológica del ciclo de potencia con energía solar concentrada ................................ 80
10.2.1. Balance de Energía.................................................................................................................. 80
10.2.2. Porcentaje estimado a suplir ................................................................................................... 89
10.3. Viabilidad Económica .................................................................................................................... 90
10.3.1. Viabilidad Económica del Sistema Fotovoltaico .................................................................... 91
10.3.2. Viabilidad Económica del Ciclo Termodinámico ................................................................... 94
10.4. Comparación de los sistemas energéticos ...................................................................................... 95
CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 97
RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 100
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