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BASES TEORICAS
CAPÍTULO II
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Las investigaciones en general requieren recolección de documentos,
libros y bibliografías que contribuyan y aporten a la sustentación de un
determinado tema a estudiar, con esto se obtendrá la información necesaria
para realizar las bases teóricas y las definiciones que se necesitan para
avanzar en la investigación y responder a los objetivos trazados. En este
caso, se presentarán los antecedentes relacionados a los sistemas
automatizados y la energía fotovoltaica.
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Toda investigación fundamenta sus planteamientos en una serie de
elementos que incluyen los aportes de investigaciones anteriores tales como
teoría, datos importantes y resultados de cálculos que permitan vincularlo
con el objeto de estudio.
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Los antecedentes que a continuación se presentar son referenciados de
trabajos anteriores que enmarcan el tema de estudio. Estos ofrecerán
conocimientos necesarios para el desarrollo del trabajo de investigación, los
parámetros anteriores serán enriquecidos con las nuevas tendencias
del mercado en términos de tecnología para su desenvolvimiento óptimo en
las operaciones.
El primer antecedente es representado por el proyecto cuya autoría
concierne a Alcántara, Pérez y Sánchez, (2015) realizaron una investigación
titulada “Sistema de paneles solares para el ahorro energético en viviendas
unifamiliares del estado Zulia” Universidad Privada Dr. Rafael Belloso
Chacín. La misma tiene como objetivo de investigación el diseño de paneles
solares para el ahorro energético en viviendas unifamiliares del estado Zulia.
Algunos de los autores utilizados para respaldar la investigación fueron:
Méndez J, (2010), Cortes E, y Oliveros G, (2000), Style O, (2012) entre otros,
la investigación realizada fue de tipo descriptiva.
La técnica de recolección de datos utilizada fue la observación directa
por medio de una entrevista no estructurada. La metodología escogida para
el desarrollo de estudio se basó en los autores Esquerra, (1998) y Mcquiston,
(2008) que hacen referencia de (4) pasos elementales para el desempeño y
aplicación en el diseño del proyecto, los cuales se basan en: conservación de
la energía, cuantificación de la energía eléctrica, determinación de la carga
eléctrica y lineamientos
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Los resultados proyectados evidenciaron la necesidad de diseñar e
implementar paneles solares para el ahorro energético en viviendas
unifamiliares del estado Zulia, debido a los racionamientos que se realizaban
y los equipos que se dañaban por la fluctuación de voltaje, así mismo se
sugieren ya que se trabajaría con la energía solar por cuanto ayuda a la
conservación del ambiente.
El aporte de este trabajo se orienta hacia el desarrollo de las bases
teóricas de esta investigación, marcando claramente, los principios físicos y
de la conversión de la energía, entre otros.
Por otro lado, Montero, (2014) que realizó el proyecto conocido como
“Diseño, Construcción y Validación de tablero de automatización y control
para la unidad manejadora de aire en GENICA planta DALVI” cuyo desarrollo
se llevó a cabo en la Universidad Rafael Urdaneta. En la investigación
mencionada, se construyó un tablero de automatización y control para
unidades manejadoras de aire en GENICA planta DALVI, para eso se realizó
un estudio de cómo funcionaba la UMA, el sistema HVAC, las necesidades y
requerimientos del cliente.
El sistema implementado incluye alarmas fundamentales y control de
temperatura donde están los UMA, además, se creó el tablero con el sistema
AutoCAD, donde uno sería principal y dos secundarios para proteger los
motores de los UMA. Finalmente, el control se realizaría con un PID en un
sistema HVAC, que controlaría la temperatura ambiente abriendo o cerrando
una válvula acoplada a un actuador, que controla la cantidad de agua helada
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que circulará a través del intercambiador de calor. Este proyecto es de tipo
documental, usándose como técnicas de recolección de información la
observación documental y la observación directa.
Cuyo aporte a la presente investigación será el manejo de alarmas y
variables físicas como la temperatura en un sistema automatizado a través
de un tablero
Finalmente, Abreu, Arrieta y Pacheco, (2016) quienes realizaron el
trabajo especial de grado “Sistema de control automatizado para galpones de
producción agrícola hidropónica” desarrollada en la Universidad Rafael
Belloso Chacín ubicada en el estado Zulia, Venezuela”. El objetivo primordial
de la investigación es realizar un diagrama de bloque a lazo cerrado, que
permita el control automático de una serie de variables por medio de un
Arduino. En el trabajo mencionado se pretende desarrollar un Sistema de
control automatizado para galpones de producción agrícola hidropónica.
Allí se plantea que ese tipo de tecnología eleva los rendimientos,
contamina menos y no consume tanta agua como los otros tipos de
producción agrícola, además, y haciendo énfasis en la última justificación, se
menciona que el 70% del agua del mundo es usado para la agricultura,
elevando la importancia de esta última justificación, mucho más en un mundo
donde cada vez se hace más escasa el agua potable para las personas.
Esta investigación se puede considerar según su propósito, como
aplicada, según su método, como descriptiva y según su criterio como
tecnológica, utilizó como herramientas de recolección de datos la entrevista
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no estructurada y la observación directa, también, fue desarrollado mediante
el uso de la fase de Angulo los cuales fueron adaptados para el diseño, para
esto se procedió con lo establecido por Angulo, J. (1986. p. 47) y Montilva, J.
(1999. p. 4-2) y sustentándose en la automatización de procesos área de
conocimiento de los autores escogidos Ogata (2003). Creus (2008). Alpízar
(2014).
Tomando en cuenta lo antes mencionado el aporte de este antecedente
es cómo hacer un proceso a lazo cerrado con retroalimentación, el cual
permita ser controlado por un micro controlador, y que lleve las cuentas de
las variables físicas que afecten al proceso.
2. BASES TEÓRICAS
En este segmento se explicarán las definiciones relacionadas con las
variables del proyecto de investigación, de manera que sirvan como sustento
para la realización el mismo.
2.1. SISTEMA AUTOMATIZADO
Según Jara (2009 p.5), “Un sistema automatizado es un proceso donde
se transfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores
humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Consta de dos partes
principales que son la parte de mando y la parte operativa”.
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De acuerdo con Llopis y otros (2010 p.6), “Se define un sistema
(maquina o proceso) automatizado como aquel capaz de reaccionar de forma
automática (sin la intervención del operario) ante los cambios que se
producen en el mismo, realizando las acciones adecuadas para cumplir la
función para la que ha sido diseñado”.
Figura 1.: Estructura de un sistema automatizado
Fuente: Llopis y otros (2010)
Basándose en las dos citas anteriores, se puede argumentar que un
sistema automatizado, es aquel diseñado para cumplir un proceso de
manera automática, y que al presentarse un cambio en la variable o en su
ambiente, sea capaz de tomar una decisión para seguir cumpliendo con sus
funciones sin la necesidad de un operador o usuario. La figura 1. Muestra la
estructura típica de un sistema automatizado.
2.1.1. CLASIFICACIÓN TECNOLÓGICA
En función de la tecnología empleada para la implementación del
sistema de control, se puede distinguir entre automatismos cableados y
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automatismos programados. De acuerdo con Llopis y otros (2010, p 7) la
tecnología se clasifica de la manera siguiente:
2.1.2. AUTOMATISMOS CABLEADOS
Se implementan por medio de uniones físicas entre los elementos que
forma el sistema de control (por ejemplo, contactores y relés unidos entre sí
por cables eléctricos). La estructura de conexionado entre los distintos
elementos da lugar a la función lógica que determina las señales de salida en
función de las señales de entrada. Se pueden distinguir tres tecnologías
diferentes:
• Fluídica (neumática o hidráulica).
• Eléctrica (relés o contactores).
• Electrónica estática (puertas lógicas y biestables).
Los inconvenientes fundamentales de los automatismos cableados son:
• Ocupan mucho espacio.
• Son muy poco flexibles. La modificación o ampliación es difícil.
• Solo permiten funciones lógicas simples. No sirven para implementar
funciones de control o de comunicación complejas.
Las ventajas de los automatismos cableados son:
• Pueden ser muy robustos.
• Bajo coste para sistemas sencillos.
• Es una tecnología fácil de entender por cualquier operario.
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En general se puede afirmar que los automatismos cableados solo
tienen utilidad para resolver problemas sencillos (por ejemplo, un arranque
estrella-triangulo de un motor de inducción).
2.1.3. AUTOMATISMOS PROGRAMADOS
Según Llopis y otros (2010 p.8) “se implementan por medio de un
programa que se ejecuta en un microprocesador. Las instrucciones de este
programa determinan la función lógica que relaciona las entradas y las
salidas”. Se pueden distinguir tres formas de implementación:
• Autómata programable industrial. Es el que más se utiliza en la
industria. Es un equipo electrónico programable en un lenguaje específico,
diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial
procesos secuenciales. Se utilizan para el control de máquinas y procesos.
• Ordenador (PC industrial). Cada vez se utilizan más. Son ordenadores
compatibles con los PC de sobremesa en cuanto a software, pero cuyo
hardware está especialmente diseñado para ser robusto en entornos
industriales.
• Microcontrolador. Son circuitos integrados (“chips”) programables,
que incluyen en su interior un microprocesador, la memoria y los periféricos
necesarios. Para utilizarlos, normalmente se diseña una tarjeta electrónica
específica para la aplicación, que incluye el propio microcontrolador y los
circuitos electrónicos de interfaz necesarios para poder conectarse a los
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sensores y actuadores. Se utilizan sobre todo para sistemas de control de
máquinas de las que se van a fabricar muchas unidades, de forma que la
reducción de coste por el número de unidades fabricadas justifica la mayor
dificultad (y mayor coste) del diseño.
Las ventajas más importantes de los automatismos programados son:
• Permiten una gran flexibilidad para realizar modificaciones o
ampliaciones.
• Permiten implementar funciones de control y de comunicación
complejas.
• Ocupan poco espacio.
Los inconvenientes respecto de los sistemas cableados son
fundamentalmente el mayor coste (solo si el sistema es muy sencillo), la
menor robustez y la mayor complejidad de la tecnología. Sin embargo, estos
inconvenientes cada vez lo son menos, pues el coste se reduce
continuamente, cada vez se diseñan equipos más robustos, y los sistemas
de programación son cada vez más sencillos.
En resumen, se puede afirmar que la tecnología programada (y en
especial los autómatas programables) es superior a la tecnología cableada,
salvo en automatismos que sean extremadamente simples.
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2.1.4. OBJETIVOS DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO
En las últimas décadas se ha seguido la tendencia de automatizar de
manera progresiva procesos productivos de todo tipo. Esta tendencia ha sido
y sigue siendo posible gracias al desarrollo y abaratamiento de la tecnología
necesaria. La automatización de los procesos de producción persigue los
objetivos:
• Mejorar la calidad y mantener un nivel de calidad uniforme.
• Producir las cantidades necesarias en el momento preciso.
• Mejorar la productividad y reducir costes.
• Hacer más flexible el sistema productivo (facilitar los cambios en la
producción).
Estos objetivos se han convertido de hecho en requisitos
indispensables para mantener la competitividad, por lo que el aumento del
nivel de automatización de los procesos es simplemente una necesidad para
sobrevivir en el mercado actual.
2.1.5. NIVELES DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO
Según, Llopis y otros (2010 p.5) Se pueden distinguir varios niveles en
la automatización de un proceso productivo:
1. Nivel de máquina. En este nivel se considera la automatización
de una máquina que realiza una tarea productiva simple determinada.
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2. Nivel de célula (de grupo). En este nivel se considera el control
automatizado de un conjunto de máquinas que trabajan conjunta y
coordinadamente para realizar un proceso de producción más complejo.
3. Nivel de planta. En este nivel se considera el control
automatizado de toda la planta de producción que trabaja de forma
coordinada para cumplir unos objetivos de producción global de la fábrica.
4. Nivel de empresa. En este nivel se considera el conjunto de la
empresa (gestión, ventas, producción).Los niveles 3 y 4 requieren de una red
informática que permita el flujo de todos los datos de la empresa
relacionados con la producción y la gestión. En esencia, estos niveles se
implementan mediante ordenadores conectados entre sí y con las células de
producción del nivel 2.
En el nivel 2 puede haber una red local de comunicación entre los
distintos elementos de una célula (si las maquinas están muy separadas). La
implementación de los niveles 1 y 2 se realiza mediante sensores,
accionadores y equipos de control. Un automatismo es en esencia una
máquina o un proceso automatizado. Los automatismos definen, por tanto,
los niveles 1 y 2.
2.1.6. EJEMPLOS DE SISTEMAS AUTOMATIZADOS
De acuerdo con el autor Ogata (2010 p.5), a continuación, se
presentarán algunos ejemplos de sistemas de control automatizados:
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(a) Sistema de control de velocidad: En este sistema de control de
velocidad, la planta (el sistema controlado) es la máquina y la variable
controlada es la velocidad de esta. La diferencia entre la velocidad deseada y
la velocidad real es la señal de error. La señal de control (la cantidad de
combustible) que se va a aplicar a la planta (la máquina) es la señal de
actuación. La entrada externa que se aplica para alterar la variable
controlada es la perturbación. Un cambio inesperado en la carga es una
perturbación.
(b) Sistema de control de temperatura: La Figura 2. muestra un
diagrama esquemático del control de temperatura de un horno eléctrico. La
temperatura del horno eléctrico se mide mediante un termómetro, que es un
dispositivo analógico. La temperatura analógica se convierte a una
temperatura digital mediante un convertidor A/D. La temperatura digital se
introduce en un controlador mediante una interfaz. Esta temperatura digital
se compara con la temperatura de entrada programada, y si hay una
discrepancia (error) el controlador envía una señal al calefactor, a través de
una interfaz, amplificador y relé, para hacer que la temperatura del horno
adquiera el valor deseado.
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Figura 2.: sistema de control de temperatura.
Fuente: Ogata (2010)
(c) Sistemas empresariales: Un sistema empresarial está formado
por muchos grupos. Cada tarea asignada a un grupo representará un
elemento dinámico del sistema. Para la correcta operación de este sistema
deben establecerse métodos de realimentación para informar de los logros
de cada grupo. El acoplamiento cruzado entre los grupos funcionales debe
reducirse a un mínimo para evitar retardos de tiempo que no son deseables
en el sistema. Cuanto más pequeño sea dicho acoplamiento, más regular
será el flujo de señales y materiales de trabajo. Un sistema empresarial es un
sistema en lazo cerrado. Un buen diseño de este reducirá el control
administrativo requerido. Obsérvese que las perturbaciones en este sistema
son la falta de personal, la interrupción de las comunicaciones, los errores
humanos, entre otros.
El establecimiento de un buen sistema de estimación, basado en
estadísticas, es imprescindible para lograr una administración adecuada.
Obsérvese que es un hecho bien conocido que el comportamiento de tal
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sistema puede mejorar mediante el uso de tiempo de previsión o
anticipación.
Con el propósito de aplicar la teoría de control para mejorar el
comportamiento de este sistema, se debe representar la característica
dinámica de los grupos componentes del sistema mediante un conjunto de
ecuaciones relativamente simples.
Aunque es ciertamente un problema difícil obtener representaciones
matemáticas de los grupos componentes, la aplicación de técnicas de
optimización a los sistemas empresariales mejora significativamente el
comportamiento de tales sistemas.
Considérese, como ejemplo, una estructura organizativa en ingeniería
que está constituida por una serie de grupos tales como gestión,
investigación y desarrollo, diseño preliminar, experimentos, diseño de
producto y delineación, fabricación y ensamblaje y verificación. Estos grupos
se interconectan para constituir el sistema completo.
Tal sistema se puede analizar reduciéndolo al conjunto más elemental
de componentes necesarios que proporciona los detalles analíticos
requeridos y representando las características dinámicas de cada
componente mediante un conjunto de ecuaciones simples. (El
comportamiento dinámico de este sistema se puede determinar a partir de la
relación entre los resultados progresivos y el tiempo).
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2.2. ENERGÍA
Es la sustancia elemental que constituye absolutamente todas las cosas
en el universo. Se puede llegar a ella para su composición y funcionamiento
a través de la variedad de formas que adopta. Precisamente esto es lo que
lleva a pensar en distintas energías, calidades y polaridades, pero en
realidad la energía es una y aquella que se está midiendo son sus
manifestaciones. (Bertuccio 2007).
2.2.1. TIPOS DE ENERGÍA
Los tipos de energía que existen son:
2.2.1.1. ENERGÍA NO RENOVABLE
Es aquella cuya fuente energética base es un recurso natural no
renovable como, por ejemplo, petróleo, carbón, mineral, gas, uranio
(Jaquenod , 2007).
2.2.1.2. ENERGÍA RENOVABLE
Son aquellas que se producen de maneras constantes y son
inagotables a escala humana. Además, tiene la ventaja adicional de
complementarse entre sí, favoreciendo a la integración entre ellas. Son
respetuosas con el medio ambiente, sus impactos en el mismo son menores
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en comparación con otras energías convencionales no renovables, como
combustible fósiles, energía nuclear, entre otras. Dentro de las energías
renovables se pueden destacar las que tienen mayor desarrollo tecnológico y
por tanto mayores posibilidades de competir en el mercado. El sol está
presente en todas ellas. (Méndez , 2010).
2.2.1.3. ENERGÍA SOLAR
La energía solar es la energía del sol sin transformar, que calienta e
ilumina. Necesita sistemas de captación y de almacenamiento y aprovecha la
radiación del sol de maneras diferentes ya sea mediante la llamada energía
solar térmica pasiva, energía solar térmica y energía solar fotovoltaica.
(Méndez J, 2010).
2.2.1.4. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
Permite transformar en electricidad la radiación solar por medio de
células fotovoltaicas integradas en módulos solares. Esta electricidad se
puede utilizar de manera directa, se puede almacenar en acumuladores para
un uso posterior, e incluso se puede introducir en la red de distribución
eléctrica. (Méndez J, 2010).
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2.3. EFECTO FOTO ELÉCTRICO O FOTOVOLTAICO
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión y flujo de electrones
mediante materiales sensibles a la incidencia solar, cuando se le ilumina
conradicación solar (luz visible o ultravioleta, en general). El efecto
fotovoltaico transforma parcial de la energía luminosa en energía eléctrica
(Guía de Ecoin, 2012).
2.4. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE ENERGIA
Los tipos de alimentación de energía son:
2.4.1. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN GEÓTERMICA
La energía geotérmica es una energía renovable que aprovecha el calor
del subsuelo para climatizar y obtener agua caliente sanitaria de forma
ecológica. Aunque es una de las fuentes de energía renovable menos
conocidas, sus efectos son espectaculares de admirar en la naturaleza.
2.4.2. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN EÓLICA
La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la
energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es
convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas.
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En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para
producir electricidad mediante aerogeneradores, conectados a las grandes
redes de distribución de energía eléctrica. Los parques eólicos construidos
en tierra suponen una fuente de energía cada vez más barata, competitiva o
incluso más barata en muchas regiones que otras fuentes de energía
convencionales.
Pequeñas instalaciones eólicas pueden, por ejemplo, proporcionar
electricidad en regiones remotas y aisladas que no tienen acceso a la red
eléctrica, al igual que hace la energía solar fotovoltaica. Las compañías
eléctricas distribuidoras adquieren cada vez en mayor medida el exceso de
electricidad producido por pequeñas instalaciones eólicas domésticas.
El auge de la energía eólica ha provocado también la planificación y
construcción de parques eólicos marinos, situados cerca de las costas. La
energía del viento es más estable y fuerte en el mar que en tierra, y los
parques eólicos marinos tienen un impacto visual menor, pero los costes de
construcción y mantenimiento de estos parques son considerablemente
mayores.
2.4.3. SISTEMA DE ENERGÍA NUCLEAR
La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera
espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este
término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para
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otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica
a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos
o bélicos. Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el
resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los
conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por
parte del ser humano.
2.4.4. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN FOTOVOLTAICA
Se pueden definir diferentes modalidades de utilización de la
alimentación fotovoltaica. De acuerdo con Méndez (2010) son: sistemas
conectados a red, sistemas fotovoltaicos hibrido y sistema fotovoltaico
aislado.
2.4.4.1. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A UNA RED
Los sistemas conectados a red no tienen sistema de acumulación, ya
que la energía producida durante las horas de insolación es canalizada a la
red eléctrica.
2.4.4.2. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS HIBRIDOS
Es cuando un sistema fotovoltaico además del generador incorpora otro
generador de energía, y en general se utiliza energía eólica o los grupos
electrónicos.
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2.4.4.3. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AISLADOS
Tiene como objetivo satisfacer total o parcialmente la demanda de
energía eléctrica. Los sistemas aislados normalmente están equipados con
sistemas de acumulación de energía, ya que solo pueden proporcionar
energía durante el día y la dimanada se produce a lo largo de día y de la
noche. Esto permite que el campo fotovoltaico ah de estar dimensionado de
forma que permita durante las horas de insolación, la alimentación de la
carga y la recarga de las baterías de acumulación.
2.5. PRINCIPALES COMPONENTES DE UN SISTEMA DE
ALIMENTACIÓN FOTO VOLTAICA
2.5.1. CELDAS FOTOVOLTAICAS
Convierten parte de la energía luminosa del sol directamente en
electricidad, están fabricadas con materiales semiconductores, generalmente
silicio, que producen un voltaje cuando la luz del sol incide sobre ellas
(Cortes, y Oliveros, 2000).
2.5.2. TIPOS DE CELDAS FOTOVOLTAICAS
Dependiendo de la forma de procesar el silicio, están definidos cuatro
tipos de celdas: mono-cristalinas, amorfos y esféricos (Méndez, 2010).
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2.5.2.1. CELDAS ESFERICAS
Están compuestas por pequeños corpúsculos de silicio como gotas de
silicio, consiste en una matriz de pequeñas células solares capaces de
absorber la radiación solar con cualquier ángulo (Méndez, 2010).
2.5.2.2. CELDAS MONOCRISTALINAS
Se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles
por su forma circular o hexagonal). Poseen un rendimiento energético de 15-
17% (Méndez, 2010).
2.5.2.3. CELDAS AMORFAS
Cuando el silicio no se ha cristalizado. Poseen un rendimiento
energético menor del 10% (Méndez, 2010)
2.6. PANEL SOLAR
Los paneles fotovoltaicos están formados por un conjunto de celdas que
producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellas. Para
seleccionar el panel fotovoltaico adecuando, hay diferentes criterios, y en
cada caso habría que valorarlos. Los criterios más comunes son:
características eléctricas en función del uso y de otros elementos incluidos en
la solución final como materias e inversores (sobre todo en conexión a red).
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Dimensiones físicas del modulo así como el espacio, orientación y
climatología donde se realce la instalación. Todo eso sin olvidarse de
detalles como precio, calidad y disponibilidad (Méndez, 2010).
2.7. REGULADOR DE CARGA
Un regulador o controlador de carga se sitúa entre el generador
(modulo) y el acumulador (batería). Se encarga:
a) Proteger a la batería contra el sobre-carga, regulando la energía
proveniente del módulo según el estado de carga de la batería.
Cuando hay mucho sol y la batería está cargada, reduce la
corriente que llega a la batería para no sobre-cargar y dañarla.
Cuando la batería esta descargada y hay suficiente sol, aumenta
a la batería hasta llegar a un estado de plena carga.
b) Proteger a la batería contra la sobre-descarga. Si el consumo
eléctrico es alto y el modulo no logra reponer la energía que se
consume (de noche, por ejemplo), el regulador detecta cuando
es estado de carga de la batería es demasiado bajo y
desconecta la carga.
c) Dar información básica acerca del estado del sistema,
monitorizando la tensión, corriente, y estado de carga del
acumulador, vía luces LED’s o una pantalla LCD, dependiendo
del modelo.
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d) Tensión nominal: el voltaje con lo cual trabaje el regulador,
corresponde a la tensión del sistema. Para SFA’s de baja
potencia, lo más común es de 12V. Hay reguladores en 12, 24, y
48V. El regulador tiene que poder trabajar a la misma tensión del
sistema.
e) Intensidad nominal: la corriente máxima proveniente del
generador (y generalmente la corriente máxima que pueda
suministrar a la carga). Este dato es importante: hay que calcular
cuando será la corriente máxima de los módulos y dimensionar el
regulador en base a esto (Style,. 2012)
2.8. BATERIA
Las baterías almacenan la energía eléctrica generada por los módulos
durante el día para usar en los equipos durante la noche. Suelen ser la parte
más sensible de un SFA y las que mayor atención y cuidado requiere. Un
banco de baterías puede durar entre 2 y 5 años, después de lo cual es
necesario su reemplazo. Las baterías más apropiadas para las SFA’s son las
de plomo-acido.
Hay una gran variedad de baterías en el mercado, definidas según su
régimen de uso o su construcción. La siguiente tabla resume las principales
categorías de baterías de plomo-acido y los nombres comúnmente utilizados
para cada tipo de elementos de protección del circuito (Style, 2012).
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Cuadro 1 Tipos de baterías para sfa’s
CATEGORÍA NOMBRE COMÚN NOTAS
Arranque
Batería de arranque
Generalmente no aptas para SFA’S SLI (Starting-lighting.ignition)
Batería de
automóvil/coche/carro
Hibrida
Batería de arranque modificada
Aptas para SFA’s Batería solar
Batería marina
Ciclo Profundo
Batería de tracción
Aptas para SFA’s
Batería de recombinación
(VRLA)
Batería de GEL (electrolito
cautivo)
Batería AGM (electrolito
cautivo)
Batería de placas tubulares de
acido liquido o gel (OPzS o OPzV)
Fuente: Style Oliver (2007, p 43)
2.9. CAJA DE CONVERGENCIA
Sirve para empalmar y trabajar directamente con todos los conductores
(cables) que provienen de los módulos fotovoltaicos (paneles).
Generalmente son para intemperie y contiene juegos de breakers o fusibles,
para seguridad en el paso de la energía eléctrica y para desconectar el PV
cuando están averiados para su cambio (Guía de Ecoin 2012).
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2.10. VENTAJAS DE LA APLICACIÓN DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO
Entre las principales ventajas de la utilización de un sistema fotovoltaico
se encuentran:
Escaso impacto ambiental.
No produce residuos perjudiciales para el medio ambiente.
No tiene más costes una vez instala además del mantenimiento
es cuan es Sencillo, solo limpieza del módulo solar y estado de
baterías.
No hay dependencia de las compañías suministradoras. Tiene
una vida útil superior a los 20 años.
No consume combustible.
Se puede aumentar la potencia instalada y la autonomía de la
instalación incorporando nuevos módulos y baterías,
respectivamente (Méndez, 2010).
2.11. RADIACIÓN SOLAR
Cantidad de energía procedente del sol que se recibe en una superficie
y en un tiempo determinado. Su intensidad depende de la altura solar (latitud,
fecha y hora del día), condiciones atmosféricas y altura sobre el nivel del
mar. La radiación solar se mide normalmente con un instrumento
denominado piranómetro (Tous, 2010).
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2.11.1. TIPOS DE RADIACIÓN SOLAR
Es función de cómo los rayos en la tierra se distinguen tres formas de la
radiación solar.
2.11.1.1. DIRECTA
Es la recibida por el sol sin que desvié en su paso la atmosfera.
2.11.1.2. DIFUSA
Es la que sufre cambios en su dirección principalmente debidos a la
reflexión y Difusión en la atmosfera.
2.11.1.3. ALBEDO
Es la radiación directa y difusa que se recibe por reflexión en el suelo u
otras superficies próximas.
2.12. IRRADIANCIA SOLAR
La irradiancia solar es una medida de la radiación solar que cae sobre
una superficie determinada y se mide en Kw/m2. Sin embargo, mientras
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atraviesa la atmosfera, pierde potencia y llega a la superficie de la tierra con
una potencia máxima de aproximadamente 1000 W/m2 (Style, 2012).
2.13. IRRADIACIÓN SOLAR
La irradiación solar es una medida de la cantidad de energía que llega a
una superficie determinada y durante un periodo de tiempo determinado. Las
unidades más frecuentes son Wh/m2/día. Para el dimensionado SFA´s de
baja potencia, se suele referir a la irradiación solar como Hora Solar Pico
(HSP), equivalente a las horas del día en que irradiación es 1000 w/m2 (Style
2012).
2.14. ANGULO DE INCIDENCIA
Al ángulo con el cual un rayo de sol llega a una superficie se llama al
ángulo de incidencia solar. Cuanto más cerca este a los 90°; mayor es la
cantidad de energía solar recibida. Al mediodía es mayor que en el mañana o
la tarde, debido a que el ángulo de incidencia a esta hora es 90° (Style
2012).
2.15. AHORRO DE ENERGIA
El ahorro de energía es cualquier acción que tienda a hacer más
eficiente el consumo de energía sin menoscabo de la calidad del servicio
obtenido por el uso de ésta.
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En un hogar, se pueden conseguir ahorros energéticos teniendo hábitos
más responsables de uso de la energía y recurriendo a electrodomésticos de
alta eficiencia energética.
2.16. IMPORTANCIA DEL AHORRO ENERGETICO
La electricidad nos facilita la vida diaria, debido a la facilidad con que
podemos usarla, hay ocasiones en que olvidamos el gran valor que tiene y la
utilizamos de una manera inadecuada.
Lo cual esto perjudica a todos ya que con el despilfarro de energía
hemos provocado eventos que no se veían anteriormente. El mal uso de este
importante recurso afecta en todo el sentido de la palabra porque se han
visto casos en los que los desastres naturales ya se están presentando y
esto es por la culpa del mal uso de la energía eléctrica, pudiendo utilizar
varios recursos los cuales no tiene consecuencias en el medio ambiente.
2.17. BENEFICIOS DEL AHORRO ENERGETICO
• Evita el cambio climático severo como el derretimiento de los polos,
destrucción de ecosistemas
• Reducción de la vulnerabilidad del país a raíz de la dependencia de
importación de energéticos (petróleo) y por lo tanto, mayor independencia
energética utilizando nuestra energía, la hidroeléctrica.
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• Contribución al desarrollo del país, al liberar porciones de energía para
destinarlos a los sectores públicos, a la captación de inversiones y al sector
residencial.
• Reducción de costos de abastecimientos energéticos para la
economía en su conjunto. El ahorro de mantenimiento y operatividad del
sistema puede ser utilizado para ampliar la cobertura a sectores aun sin
energía eléctrica.
• Ahorro de dinero por reducción de energía en los consumidores y la
industria.
3. SISTEMA DE VARIABLES
Para toda investigación, es fundamental definir el sistema de variables,
ya que las mismas pueden ser modificadas, y dicha modificación es
susceptible a ser medida, controlada y estudiada en una investigación.
3.1. DEFINICIÓN NOMINAL
Diseñar un sistema automatizado para la generación de energía
alternativa, mediante paneles fotovoltaico
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3.2. DEFINICION CONCEPTUAL
“Definen un sistema (máquina o proceso) automatizado como aquel capaz de
reaccionar de forma automática (sin la intervención del operario) ante los
cambios que se producen en el mismo, realizando las acciones adecuadas
para cumplir la función para la que ha sido diseñado.”Sanchis López y otros
(2010)
“Un sistema que convierte directamente la luz del sol en corriente
continua (CC). Cada una de las células contiene un contacto posterior, dos
capas de silicio y un recubrimiento anti reflectante, así como un una rejilla de
contactos. Un conjunto de células es capaz de proporcionar, mediante un
inversor, una cantidad útil de corriente alterna (CA)”. Allan y Gill Bridgewater
(2009).
3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL
Se define como un sistema automatizado por el cual se puede percibir
la energía proveniente del sol y transformar dicha energía en corriente
eléctrica por medio de componentes reactivos a la luz.
