T E S I S - Instituto Politécnico...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” “DISEÑO DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS E HIDRAÚLICOS PARA EL DESARROLLO DE UNA CASA ECOLÓGICA AUTOSUFICIENTE EN EL ESTADO DE QUERÉTARO” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTAN: C. MAX ALONSO BAENA GARZA C. JUAN CARLOS GONZÁLEZ ARANDA C. VICENTE NUÑEZ LÓPEZ ASESORES: DR. JUAN GABRIEL BARBOSA SALDAÑA M. EN C. ERIKA VIRGINIA DE LUCIO RODRÍGUEZ ING. GUILLERMO BASILIO RODRÍGUEZ MÉXICO, D.F. 2010
Transcript of T E S I S - Instituto Politécnico...
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”
“DISEÑO DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS E HIDRAÚLICOS PARA EL
DESARROLLO DE UNA CASA ECOLÓGICA AUTOSUFICIENTE EN EL ESTADO DE QUERÉTARO”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTAN: C. MAX ALONSO BAENA GARZA
C. JUAN CARLOS GONZÁLEZ ARANDA C. VICENTE NUÑEZ LÓPEZ
ASESORES:
DR. JUAN GABRIEL BARBOSA SALDAÑA
M. EN C. ERIKA VIRGINIA DE LUCIO RODRÍGUEZ ING. GUILLERMO BASILIO RODRÍGUEZ
MÉXICO, D.F. 2010
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITIJ"LO DE
POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN INGENIERO El.ECIRICISTA
DEBERA(N) DESARROLLAR TESISCOlECTIVA YEXAMENORALINDIVIDUAL
e MAXAlDNSOBAENAGARZA e JUANCARlDSGONZÁlEZARANDA e VICENIENUÑFZLÓPEZ
"DISEÑO DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS E HIDRAÚLICOS PARA EL DESARROLLO DE UNA CASA ECOLÓGICA AUTOSUFICIENTE EN EL ESTADO DE QUERÉTARO".
EVALUAR Y PROPONER LOS SISTEMAS NECESARIOS PARA SATISFACER LOS REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA ELÉCTRICA, AGUA Y CLIMATIZACIÓN, PARA UNA CASA HABITACIÓN EN EL BARRIO EL ROSARIO, MUNICIPIO DE SAN JUAN DEL RÍO, QUERÉTARO, MÉXICO
> CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO • LA CASA ECOLÓCIA AUTOSUFICIENTE
• FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLE > CAPÍTULO 2. EVALUACIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL
• CONOCIMIENTO DEL ENTORNO Y MEDIO AMBIENTE
• ANÁLISIS CLIMÁTICO Y METEOROLÓGICO
• DISEÑO ARQUITECTÓNICO > CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE SOLUCIÓN
• INSTALACIONES HIDRÁUUCAS
• INSTALACIONES ELÉCTRICAS
> CAPÍTULO 4. ANÁLISIS ECONÓMICO DEL PROYECTO • ANÁUSIS DE COSTOS
• ANÁLISIS DE FACTIBIUDAD
• CONCLUSIONES
A 24 DE AGOSTO DE 2010
BOSA SALDAÑA
M.ENC.ER lA DE LUCIO RODRI.'G.U~E ING. G LERMO BASILIO RODRÍGUEZ..Z. .
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ING. 'ENRIQUE MARTÍNEZ ROL~ . ~ ~ JEFE DEL DEPARTAMENTO ACAD e
DE INGENIERÍA ELÉCTRICA.~t!A ¡J ~ . ..,.ttj
JEFATURA DE INGENIERIA ELECTRICA
AGRADECIMIENTOS
Max Alonso Baena Garza
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Juan Carlos González Aranda
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Vicente Núñez López
Agradezco:
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DEDICATORIAS
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Juan Carlos
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Relación de Figuras
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Fig. 1.1 Elementos para el control de asoleamiento.
Fig. 1.2 Ganancia solar directa y calefacción. Funcionamiento invierno.
Fig. 1.3 Sistema de captación de agua pluvial.
Fig. 1.4 Diagrama de bloques del agua pluvial.
Fig. 1.5 Sistema de reciclaje de aguas grises.
Fig. 1.6 Sistema de tratamiento de aguas negras.
Fig. 1.7 Trayectoria solar a lo largo del año en el hemisferio Norte.
Fig. 1.8 Radiación solar directa sobre superficies inclinadas.
Fig. 1.9 Efecto Fotoeléctrico.
Fig. 1.10 Diagrama de una instalación conectada a la red.
Fig. 1.11 Diagrama de una instalación aislada.
Fig. 1.12 Sistema solar térmico de baja temperatura.
Fig. 1.13 Detalle constructivo del captador.
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Fig. 2.1 Mapa general.
Fig. 2.2 Mapa de ubicación.
Fig. 2.3 Mapa del alcance de los servicios.
Fig. 2.4 Distribución de las horas de insolación en El Rosario, Querétaro.
Fig. 2.5 Temperaturas máximas y mínimas en El Rosario, Querétaro.
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Fig. 2.6 Distribución de la precipitación y los días con precipitación en El Rosario,
Querétaro.
Fig. 2.7 Fachada Este.
Fig. 2.8 Fachada Oeste.
Fig. 2.9 Fachada Sur.
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Fig. 3.1 Trayectoria solar a 20.4º N.
Fig. 3.2 Pared con aislamiento térmico de corcho.
Fig. 3.3 Techo con ventilación intermedia y aislamiento térmico.
Fig. 3.4 Perlizador ahorrador de agua.
Fig. 3.5 Sanitario Nova 3855.
Fig.3.6 Regadera ahorradora.
Fig. 3.7 Altura total de bombeo.
Fig. 3.8 Diagrama de instalación del electronivel.
Fig. 3.9 Curva para la potencia de flujo de la motobomba de ! HP.
Fig. 3.10 Calentador Solar IUSA.
Fig. 3.11 Plano de instalaciones eléctricas.
Fig. 3.11 Diagrama Unifilar del Sistema Fotovoltaico.
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Fig. 4.1 Costo total del consumo de agua potable en 25 años.
Fig. 4.2 Costo total del consumo de la energía eléctrica en 25 años.
Fig. 4.3 Costos de la energía eléctrica en función del tiempo.
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B-1 Plano de planta.
B-2 Plano de azotea.
B-3 Instalación Hidráulica. Captación, almacenamiento y desagüe.
B-4 Instalaciones Hidráulicas. Distribución de agua. Azotea.
B-5 Instalaciones Hidráulicas. Distribución de agua. Cocina y cuarto de lavado.
B-6 Instalaciones Hidráulicas. Distribución de agua. Baños.
B-7 Filtro de aguas pluviales.
B-8 Filtro de aguas grises.
B-9 Plano de instalaciones eléctricas.
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Relación de Tablas
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Tabla 2.1 Condiciones sociales y de vivienda en “El Rosario”.
Tabla 2.2 Distancias a los servicios.
Tabla 2.3 Duración del día y ángulo de incidencia solar en Querétaro.
Tabla 2.4 Datos meteorológicos del Rosario, Querétaro.
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Tabla 3.1 Tabla de consumo de agua en una casa convencional.
Tabla 3.2 Tabla de consumo de agua con equipos ahorradores.
Tabla 3.3 Coeficientes de escorrentía.
Tabla 3.4 Tabla de captación, demanda y volumen almacenado.
Tabla 3.5 Características del equipo de bombeo.
Tabla 3.6 Especificaciones del colector solar.
Tabla 3.7 Código de colores para conductores.
Tabla 3.8 Especificaciones de las lámparas.
Tabla 3.9 Consumo eléctrico en iluminación.
Tabla 3.10 Consumo eléctrico de electrodomésticos.
Tabla 3.11 Consumo eléctrico de bombeo.
Tabla 3.12 Amperes – hora por día.
Tabla 3.13 Especificaciones de la Batería SunXtender.
Tabla 3.14 Baterías en paralelo.
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Tabla 3.15 Especificaciones del panel solar Kyocera.
Tabla 3.16 Cantidad de paneles.
Tabla 3.17 Especificaciones de la batería SunXtender.
Tabla 3.18 Características del controlador Xantrex.
Tabla 3.19 Características del inversor Samlex.
Tabla 3.20 Conductores, tuberías y protecciones de los circuitos derivados.
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Tabla 4.1 Costos de la instalación hidráulica.
Tabla 4.2 Costos de la instalación eléctrica.
Tabla 4.3 Costos del sistema fotovoltaico.
Tabla 4.4 Costo total del consumo de agua potable en 20 años.
Tabla 4.5 Costos, ventajas y desventajas de los sistemas de suministro de agua potable
en la CEA.
Tabla 4.6 Costo del sistema fotovoltaico en 25 años.
Tabla 4.7 Costo total del consumo de energía eléctrica en 25 años.
Tabla 4.8 Costos de la instalación de transformadores tipo poste (2 boquillas media
tensión).
Tabla 4.9 Costos de la instalación por kilómetro de distribución aérea (rural). Poste de
concreto.
Tabla 4.10 Costos por vivienda de la extensión de línea.
Tabla 4.11 Costos, emisiones, ventajas y desventajas de los sistemas de suministro de
energía eléctrica en la CEA.
Tabla 4.12 Costo-beneficio sistema hidráulico
Tabla 4.13 Costo beneficio sistema fotovoltaico y convencional.
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Tabla A.1.- Corriente (A) permisible en conductores aislados para 0 a 2000 V
nominales. Para una temperatura ambiente de 30 °C.
Tabla A.2.- Número máximo de conductores y cables en tubo (conduit) no metálico tipo
ligero.
Tabla A.3.- Factores de relleno en tubo (conduit).
Tabla A.4.- Capacidad de los conductores de cobre. NEC 2005.
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vii
Nomenclatura
C.S. Constante solar. C.S.d Constante solar para la radiación extraterrestre. G Gh Radiación global horizontal. G Gk Radiación global incidente en una superficie inclinada. Ta Temperatura del aire. FF Velocidad del viento. RR Precipitación. Ai Abastecimiento de agua correspondiente al mes “i”. Ppi Precipitación promedio mensual. Ce Coeficiente de escorrentía. Ac Área de captación. Vi Volumen del tanque de almacenamiento necesario para el mes “i”. Di Volumen del agua demandada por el usuario para el mes “i”. PT Potencia total de la bomba. F.S. Factor de Servicio. ! Eficiencia. PA Potencia de arranque de la bomba. Edía Energía acumulada en la batería. top Tiempo de operación. tA Tiempo de arranque. Iajuste Corriente de ajuste.
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viii
B.A.P. Bajada de agua pluvial. B.A.F. Bajada de agua fría. B.A.F. Bajada de agua caliente B.A.G. Bajada de agua gris. S.A.F. Subida de agua fría. S.A.C. Subida de agua caliente. S.A.G. Subida de agua gris.
Consumo de arranque Energía consumida por la bomba al arranque. Consumo de operación Energía consumida durante el tiempo de operación de la
bomba Consumo Bomba Energía total consumida por la bomba.
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Planteamiento del Problema
Desde la aparición del ser humano, la relación con la naturaleza ha sido muy estrecha,
de hecho depende de ésta todo el tiempo: respira su aire, usa su agua, se alimenta de
sus plantas y animales, en fin, todas las necesidades implican el uso y la explotación de
recursos naturales.
Actualmente, gracias a los grandes desarrollos científicos y tecnológicos desarrollados
por el ser humano, es posible entender y manipular mejor la naturaleza para un mayor
beneficio, aplicando técnicas para explotar y transformar los recursos naturales en
productos y servicios para el uso humano. Sin embrago, el crecimiento poblacional, la
cultura consumista, la continua emisión de gases contaminantes, el mal uso y
sobreexplotación de los recursos naturales; aunada a su condición finita, ha llevado al
desequilibrio de los ecosistemas, a la rápida contaminación, y por ende, al deterioro del
medioambiente.
En México, las viviendas convencionales son grandes contribuidores a la contaminación
y al deterioro del planeta, por ejemplo, la mayoría de la energía eléctrica que consumen
proviene de centrales eléctricas que usan combustibles fósiles como energético, por
otra parte las instalaciones hidráulicas no prevén el reciclaje de aguas jabonosas para
su reutilización y generalmente son arrojadas a los ríos contaminándolos, de forma
similar, la orientación de las casas no permite el aprovechamiento de la luz solar, lo que
ocasiona que se requieran cantidades importantes de energía para acondicionar y
generar condiciones de confort.
Actualmente se continúan construyendo casas de interés social sin importar el diseño
que se pueda utilizar, un modelo de vivienda se repite en todos los climas y latitudes, su
orientación es hacia cualquier lado sin el posible aprovechamiento de la luz solar, y en
muchas ocasiones no brinda el confort climático que una casa debe tener.
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Aunado a esta problemática, las redes de las compañías suministradoras de agua y
electricidad no siempre llegan a los lugares remotos del país, por lo que no se cuenta
con energía eléctrica, ni la suficiente agua para el desarrollo de estas comunidades.
Por estas razones, el presente proyecto plantea la implementación de tecnologías y
procesos que conlleven al desarrollo de una casa ecológica autosuficiente para cuatro
personas, ubicada en el municipio de San Juan del Río, en el barrio El Rosario, en
Querétaro, Estado de México. Es importante resaltar que en esta comunidad no se
cuenta con los servicios de agua ni electricidad, por lo tanto se hará uso de tecnologías
que aprovechen los recursos naturales de la región de manera sustentable, y sean
capaces de satisfacer las necesidades de energía eléctrica, agua y climatización,
haciéndola más acorde al medio que lo rodea .
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Justificación
La explotación irracional de los recursos naturales y el excesivo uso de los combustibles
derivados del petróleo en las últimas décadas, ha provocado un enorme deterioro del
medioambiente, y por consecuencia, muchos problemas ambientales que amenazan la
existencia de los seres vivos de este planeta. El cambio climático, el adelgazamiento de
la capa de ozono, la pérdida de la biodiversidad, la deforestación, la erosión del suelo, la
contaminación y escasez del agua, el exceso de basura y el inminente agotamiento de
los recursos naturales, hace necesario el considerar alternativas sustentables que
reconcilien al hombre con la naturaleza y que permitan continuar con el nivel de vida y
confort de la población actual.
Por ello, en el diseño de las nuevas tecnologías se ha inclinado por el uso de energías
alternativas, que al mismo tiempo que contribuyan al cuidado del medioambiente, sean
redituables a un corto o mediano plazo y capaces de satisfacer los requerimientos de
energía desde aplicaciones domésticas hasta industriales.
Para el caso del sector residencial se han desarrollado tecnologías más eficientes para
la iluminación, la refrigeración, la climatización y el consumo de agua, que disminuyen
de manera sustancial el importe en los recibos y se pueden implementar sin cambios
importantes en las instalaciones actuales y sin modificar los hábitos de uso. También se
han desarrollado otros equipos capaces de aprovechar los recursos naturales
renovables, como la energía solar y la fuerza del viento, por medio de los cuales se
pueden satisfacer necesidades como el calentamiento y bombeo del agua, la cocción de
los alimentos y la generación de energía eléctrica, con lo que se puede contar con
energía eléctrica y agua en zonas aisladas que no gozan de una red de suministro.
Continuando en esta línea, para este caso se pretenden diseñar e implementar los
sistemas y dispositivos necesarios para satisfacer las necesidades de energía eléctrica,
agua y climatización, por medio de tecnologías no contaminantes, así como analizar la
factibilidad de estos en una casa habitación de 4 personas ubicada en el barrio El
Rosario, en el municipio de San Juan del Rió, Querétaro.
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La implementación de los sistemas propuestos, evitarán la emisión de gases
contaminantes a la atmósfera que supondrían el consumo de energía eléctrica y el
calentamiento de agua en la casa, además el uso de agua pluvial ayudarán a abatir el
agotamiento de agua potable, y brindarán al usuario un mayor confort dentro de la casa,
así como un ahorro económico a mediano plazo.
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Objetivos
Objetivo General
• Evaluar y proponer los sistemas necesarios para satisfacer los requerimientos de
energía eléctrica, agua y climatización, para una casa habitación en el barrio El
Rosario, municipio de San Juan del Río, Querétaro, México.
Objetivos Particulares
1. Evaluar la disponibilidad de recursos energéticos renovables de la zona.
2. Evaluar las tecnologías y medidas de ahorro apropiadas que se puedan
implementar para las condiciones propias de la vivienda.
3. Aplicar el diseño bioclimático para mantener una temperatura confortable dentro
de la casa.
4. Diseñar las instalaciones hidráulicas y eléctricas.
5. Proponer un colector solar para el calentamiento de agua.
6. Diseñar un sistema fotovoltaico para alimentar de energía eléctrica a la casa, así
como para el equipo de bombeo.
7. Demostrar que las tecnologías elegidas son económicamente viables y capaces
de brindar la demanda energética requerida.
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CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO
1.1 Introducción
Con el fin de comprender claramente el concepto de casa ecológica autosuficiente, en
que consiste y las tecnologías que emplea, en este capítulo se exponen el concepto de
vivienda y las generalidades de una casa ecológica autosuficiente; el diseño y las
tecnologías que se pueden adaptar. También se muestran los elementos y las bases de
diseño de los sistemas hidráulicos de ahorro, captación, reutilización y reinfiltración para
alcanzar cierto grado de autosuficiencia.
Finalmente se explican los conceptos y generalidades de los sistemas solares para
calentamiento de agua, así como de los sistemas fotovoltaicos para la generación de
energía eléctrica en regiones donde no se cuenta con la posibilidad de conectarse a la
red eléctrica.
1.2 Vivienda y Medioambiente
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vista económico-social la vivienda es una expresión del bienestar de la población, y
constituye la base del patrimonio y la convivencia familiar. Su emplazamiento, diseño
arquitectónico y tecnología determinan no sólo el carácter de las zonas, sino también las
condiciones de sustentabilidad. [1]
En México, el promedio de consumo eléctrico al año por casa habitación es de 2643.57
kWh, este suministro de energía eléctrica proviene de una red de centrales que utilizan
combustibles fósiles como materia prima energética, lo que ocasiona emisiones de
gases contaminantes a la atmósfera y la disminución considerable de los recursos
naturales. [2]
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Aunado a esto, se tiene datos que un diseño poco apropiado para una casa habitación
puede incrementar en 1000 kWh/año el consumo de energía eléctrica debido al uso de
equipo para acondicionamiento de aire y/o calefacción, y que contribuye
aproximadamente con 600 kg de CO2, aunado al hecho de que en la energía de las
casas se utilizan calentadores de gas para satisfacer la demanda de agua caliente con
lo que este consumo se ve aumentado. [2]
1.3 La Casa Ecológica Autosuficiente
Una casa ecológica autosuficiente (CEA); a diferencia de las casas convencionales,
aprovecha los recursos naturales que le ofrece el entorno por medio de un diseño
inteligente, logrando una arquitectura en armonía con su entorno natural, además, es
capaz de satisfacer las necesidades de climatización, energía eléctrica y agua por
medio del uso de dispositivos que aprovechen los recursos naturales renovables.
Una CEA ofrece una manera económicamente viable de minimizar la demanda de
energía, y al mismo tiempo mejorar el confort climático experimentado por los usuarios.
Para su diseño es indispensable contar con tecnologías que hagan uso de las fuentes
de energías alternativas y que aprovechen los recursos naturales por ejemplo para la
climatización y la generación de energía eléctrica, así como también con sistemas de
captación y reutilización de agua. [3]
1.3.1 Diseño Bioclimático
El diseño bioclimático consiste en la construcción de edificios y viviendas tomando en
cuenta las condiciones climáticas y aprovechando los recursos disponibles en la zona
(sol, vegetación, lluvia, vientos) para disminuir los impactos ambientales, procurando
reducir así, los consumos de energía en calefacción, y acondicionamiento de aire e
iluminación.
La arquitectura bioclimática tiene como principal objetivo balancear térmicamente los
espacios de los que se compone una edificación o vivienda, reduciendo el
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sobrecalentamiento en verano y el frío en invierno, mediante diseños adecuados para
cada sitio. En una vivienda la temperatura de confort debe oscilar entre los 18 y los
22ºC, durante todo el año, y se puede lograr mediante una buena orientación y
asoleamiento, un aislamiento térmico y ventilación que consideren la climatología
específica del lugar, y de ser necesario la implementación de sistemas de calefacción
que no dañen al medioambiente. [4]
Una vivienda bioclimática puede conseguir un gran ahorro e incluso llegar a ser
sostenible en su totalidad, aunque el costo de construcción es mayor, llega a ser
rentable, ya que el incremento en el costo de la vivienda se compensa con la
disminución del importe en los costos por consumo de energía eléctrica u otro tipo. [3]
Para lograr un diseño bioclimático es necesario tomar en cuenta 4 principales factores
que afectan la temperatura de una vivienda y que se describen a continuación:
Orientación y Asoleamiento.- Una buena orientación y correcta disposición de las
ventanas que permitan la acción beneficiosa de los rayos solares y que también
protejan de una insolación sofocante, son decisivas para la habitabilidad de un edificio.
Por lo general es deseable que en otoño e invierno y a primeras horas de la mañana
penetre el sol en todas las habitaciones, en cambio no es de desear la entrada de sol a
mediodía ni por la tarde en los meses de verano. [4]
La duración del día y el ángulo de radiación solar incidente, son factores que
determinan la cantidad de luz solar entrante en una habitación y la temperatura en el
interior, estos parámetros varían en el transcurso del año y dependen de la latitud, la
época del año y la orientación, esto es debido al movimiento de traslación y rotación que
experimenta la tierra y a la inclinación (declinación solar) que tiene con respecto a la
normal al plano de la órbita terrestre.
Por lo tanto, las horas de asoleamiento en las fachadas varían sustancialmente
dependiendo de las estaciones del año y es un factor que debe ser tomado en cuenta
para la disposición de las ventanas y para la distribución de los espacios en la casa.
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La orientación de las fachadas se ven afectadas según se describe a continuación:
Fachada al Sur. Las ventanas al sur reciben luz rasante en invierno e incidente en
verano, por lo tanto la radiación solar penetra profundamente en las habitaciones en
épocas de invierno y de manera moderada en épocas de verano. Esta se considera
como la orientación adecuada para aquellos lugares que requieren radiación solar
durante todo el día. [4]
Fachada al Este. Reciben una iluminación natural suave durante las primeras horas del
día en verano e invierno, y una luz frontal horizontal durante los equinoccios. Se
recomienda para habitaciones que se quieran iluminar en el transcurso de la mañana.[3]
Fachada al Oeste. Los rayos inciden de una manera más directa en las últimas horas de
la tarde. Es la orientación aconsejada para salas o habitaciones que se utilicen por la
tarde, sin embargo, es recomendable proteger contra el sofocante sol de las tardes de
verano, ya sea por medio de elementos arquitectónicos, como aleros o techos, o por
elementos naturales como árboles o plantas. [3, 4]
Fachada al Norte. Las habitaciones con ventanas al norte no reciben luz directa del sol,
por lo tanto se recomienda para habitaciones que se quieren mantener frescas. [4]
Una vez considerados los efectos y los niveles de radiación y luz solar para cada una de
las fachadas es importante mencionar que estas condiciones pueden verse favorecido o
demeritado por medio de métodos de control de asoleamiento como elementos
arquitectónicos como se indica en la figura 1.1.
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Fig. 1.1 Elementos para el control de asoleamiento.
Así mismo, los materiales de construcción de la vivienda pueden afectar las condiciones
de confort dentro de la misma. Algunos materiales favorecerán las condiciones de
transferencias de calor por radiación provocando un aumento de temperatura en la
vivienda (efecto invernadero).
Por su parte otros materiales disminuirán el efecto de transferencia de calor tales como
los aislamientos térmicos. A continuación se hace una descripción de los efectos
previamente comentadas:
Efecto Invernadero.- El efecto invernadero es un fenómeno en el cual la radiación solar
entra en un recinto y queda atrapada, dándose el fenómeno de que el espacio es
calentando. Por tanto es uno de los principales factores que provocan el calentamiento
global de la Tierra, debido a la acumulación de los llamados gases invernadero CO2,
H2O, O3, CH4 y CFC´s en la atmósfera.
El efecto invernadero puede afectar elevando la temperatura en habitaciones en las que
el espacio es pequeño, con una ventilación limitada y en particular a los cuartos con
ventanas dirigidas al oeste. En una casa se puede disminuir el calentamiento debido al
efecto invernadero usando un elemento para controlar el asoleamiento y protegiendo las
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() 5!
ventanas con persianas alargadas en sentido vertical y situadas en la cara interior del
muro, dejando entrar menos radiación solar en verano.
Aislamiento Térmico.- El intercambio de calor entre el exterior y el interior de una
vivienda se transmite a través del techo, paredes y suelo, este proceso dependerá
básicamente del material de construcción de la pared y del grado de respuesta que
tengan los materiales a permitir el flujo de calor. Los materiales aislantes son capaces
de disminuir los flujos de calor en el interior de una casa u edificio. Desde este punto de
confort se establece que cuanto mayor el aislamiento, más tiempo durarán las
condiciones interiores. [4]
La construcción sostenible plantea un reducido consumo energético como un objetivo
vital, por lo que habitualmente se prestará mayor importancia a este aspecto que en
obras que no respeten una construcción más sostenible. Los cierres, ventanas y
puertas, deberán cuidarse en particular, y la utilización de doble acristalamiento, marcos
bien ajustados y con cierres herméticos es habitual.
Ventilación.- La ventilación es un factor importante dentro de la vivienda ya que puede
reducir el sobrecalentamiento dentro de la casa, y es necesaria para eliminar y renovar
el aire que contiene humedad y bacterias generadas por factores internos y externos a
la vivienda.
La diferencia de temperatura y presión entre dos estancias con orientaciones opuestas,
genera una corriente de aire que facilita la ventilación (véase la Fig. 1.2). Una buena
ventilación es muy útil en climas cálidos para mantener un adecuado confort.
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() 6!
Fig. 1.2 Ganancia solar directa y calefacción. Funcionamiento invierno.
1.3.2 Ahorro de Energía Eléctrica
El ahorro energético en una casa comienza con su diseño; un buen diseño y el uso de
elementos bioclimáticos, como un mejor aislamiento térmico, ventanas de doble cristal y
vegetación apropiada para obtener una buena sombra sobre las paredes, puede reducir
hasta en un 70% el uso de energía por acondicionamientos de los espacios. [3]
De igual manera, para reducir el consumo energético que se tiene dentro de la casa, es
necesario contar con electrodomésticos de bajo consumo que puedan realizar las
mismas funciones que los convencionales, e instalar lámparas de alta eficiencia para la
iluminación, que permiten un ahorro importante, ya que proporcionan el mismo nivel de
iluminación que se tiene con las luminarias incandescentes, pero con una duración diez
veces mayor y un consumo cuatro veces menor. Estos dispositivos también serán de
ayuda para disminuir el dimensionado y por lo tanto el costo del sistemas que suministre
de energía eléctrica a la casa. [2]
1.3.1 Ahorro de Agua. El agua es un recurso vital que debe aprovecharse al máximo dentro y fuera del hogar.
Dentro de una casa el agua tiene usos múltiples y puede ser utilizada tanto para
consumo humano, riego, para la limpieza y el aseo.
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El primer paso para ahorrar agua en la casa es instalar dispositivos ahorradores de
agua que permitan, sin sacrificar condiciones de confort ni modificaciones de hábitos,
reducir el consumo de agua de un modo estable y se acoplan fácilmente a la instalación.
Algunos de los dispositivos son:
! Inodoros de bajo consumo.
! Regaderas ahorradoras.
! Perlizadores.
1.3.2 Captación y Almacenamiento del Agua Por otra parte para obtener agua y lograr condiciones de sustentabilidad y
autosuficiencia en una CEA se puede hacer uso de sistemas que capten y almacenen el
agua de lluvia para su posterior uso doméstico, por medio de la disposición de techos
para su captación, filtros para obtener una mejor calidad de agua y cisternas para su
almacenamiento.
Los sistemas de captación de agua pluvial y las tecnologías desarrolladas para el
tratamiento de ésta, son de bajo costo, sencillos, de nulo o escaso consumo de energía,
con facilidad para su construcción, bajos costos de mantenimiento y operación, además
de que no dañan el medio ambiente y son opciones viables y eficientes para dotar de
agua a casas y pequeñas comunidades. [3]
El sistema de captación de agua de lluvia en techos está compuesto de los siguientes
elementos: captación, recolección, y almacenamiento (Ver Fig. 1.3).
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() 8!
Fig. 1.3 Sistema de captación de agua pluvial.
Para el almacenamiento se debe disponer de un tanque que pueda almacenar el
volumen de agua necesario para el consumo diario durante épocas de sequía y debe
contar con dispositivos para el retiro y el drenaje del agua.
Así mismo, es necesario que el agua destinada a la limpieza y aseo personal sea
tratada antes de su uso. El tratamiento (filtrado) debe estar dirigido a la remoción de
partículas contaminantes del agua antes de ser almacenada, y en segundo lugar al
acondicionamiento bacteriológico (clorado). El tratamiento puede efectuarse por medio
de un filtro de mesa de arena seguido de la desinfección con cloro. El proceso por el
cual pasa el agua pluvial se describe de forma breve en la figura 1.4.
Fig. 1.4 Diagrama de bloques del agua pluvial.
1.3.3 Tratamiento y Reutilización del Agua
Para conseguir aún un mayor ahorro del que nos brindan los dispositivos ahorradores,
se puede diseñar un sistema que reutilice las aguas grises provenientes de bañeras,
lavabos, desagües de la cocina, lavavajillas o lavadoras, por medio de un tratamiento
sencillo de filtrado. Este tipo de aguas; también llamadas aguas jabonosas, se utilizan
Captación Filtrado Clorado Almacenamiento Distribución
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() *9!
como agua de uso en inodoros, para el riego de zonas verdes, la limpieza de exteriores
y otros usos que no requieran de agua con un alto grado de pureza. En la figura 1.5 se
ilustra como las aguas jabonosas pueden ser captadas, almacenadas y posteriormente
reutilizadas. [3]
Fig. 1.5 Sistema de reciclaje de aguas grises.
El sistema a implantar requiere la conexión de los desagües de fregaderos, lavadoras,
lavabos y bañeras a un depósito, donde se filtren para impedir el paso de partículas
sólidas, los filtros tiene que ser de tamaño adecuado para retener aquellas partículas
que puedan aparecer en los desagües.
Por otra, parte para las aguas negras o residuales provenientes del desagüe de los
inodoros de la casa, serán sometidas a un sistema de tratamiento y posteriormente
serán reinfiltrados al subsuelo.
Las aguas negras primeramente serán conducidas a una fosa o tanque séptico donde
se acondicionan de tal manera que posteriormente puedan infiltrarse al subsuelo
mediante un pozo de absorción, el tanque efectúa las siguientes funciones:
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! Remoción de sólidos
! Tratamiento biológico
! Almacenamiento de sólidos y natas
Posteriormente las aguas son llevadas a un campo de oxidación o un filtro subterráneo,
y cuando no se dispone del terreno suficiente se puede usar como medio
complementario para el tratamiento de aguas residuales el pozo de absorción como se
indica en la figura 1.6. [6]
Fig. 1.6 Sistema de tratamiento de aguas negras.
1.4 Fuentes de Energía Renovable
Para satisfacer las necesidades de energía eléctrica, y calentamiento de agua en una
CEA, es necesario depender de dispositivos que aprovechen las energías renovables
de la zona y que las transformen en energía eléctrica y en energía térmica.
Las principales fuentes de energía renovable son:
! La energía solar
! La energía eólica
! La energía geotérmica
! La biomasa
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() *1!
! La energía hidráulica
La energía solar es la energía producida en el sol como resultado de reacciones
nucleares de fusión, que llega a la Tierra por radiación y que se pueden aprovechar en
forma de luz y calor.
La energía eólica es la energía proveniente del viento y es generada por las corrientes
de aire propias del planeta. La energía eólica ha sido utilizada desde hace años para
impulsar barcos de vela y para hacer funcionar la maquinaria de los molinos.
La energía geotérmica proviene del interior del planeta y trata de aprovechar el calor
desprendido por la tierra para obtener energía eléctrica, y es una fuente de energía
esencialmente inagotable.
La biomasa se refiere a toda la materia orgánica que proviene de árboles, plantas y
desechos de animales que pueden ser convertidos en energía. Ésta puede ser
aprovechada de muchas maneras, ya sea directamente por medio de su combustión,
pirolisis o gasificación, o primero ser transformada por medio de microorganismos y
generar biodiesel y biogas para su uso posterior.
La energía hidráulica es la obtenida del agua en movimiento proveniente de las
corrientes de ríos, saltos de agua.
A continuación se hace una breve descripción de las fuentes de energía que serán
aprovechadas para el diseño de la CEA.
1.5 Energía Solar
El sol es el la principal fuente de la vida, nuestro recurso energético más valioso ya que
constituye una fuente de energía inagotable, siempre disponible, gratuita, no
contaminante y de rendimientos decrecientes en costos. Además la energía solar no
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() *2!
esta sujeto a presiones geopolíticas como el petróleo y es aprovechable a niveles
tecnológicos accesibles. [3]
El Sol está formado por hidrogeno en un 90%, helio en un 7% y otros componentes, su
potente fuerza de gravedad como consecuencia de su masa (contiene el 99% de la
masa del Sistema Solar) es el motor de los nueve plantas y de los miles de pequeños
cuerpos que giran a su alrededor. Su energía procede de la fusión nuclear que se
produce en su interior como consecuencia de los componentes que lo constituyen. De
esta manera la masa se convierte en energía que se transfiere por medio de radiación
electromagnética.
1.5.1 Aprovechamiento de la energía solar
La energía proveniente del sol recibida fuera de la atmósfera a una distancia promedio
del sol, en un metro cuadrado de una superficie perpendicular a la dirección de la
propagación de la radiación, por unidad de tiempo es conocida como constante solar
(C.S.). [6]
Recientemente la disponibilidad de aeronaves de alta altitud han permitido medir de
manera directa la radiación solar afuera de la atmósfera terrestre y se reportó un valor
de:
C.S.= 1353 W/m2 [1] Sin embargo la constante solar varía dependiendo el día del año y para cálculos más
precisos se utiliza la siguiente fórmula:
C.S.d=C.S.(1+0.033cos(360n/365)) [kW/m2] [2]
Donde:
C.S.d = La radiación extraterrestre
C.S. = Constante solar promedio
n = Enésimo día del año
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() *3!
Aunado a esto, la radiación solar que incide en una superficie plana sobre la superficie
de la tierra también varía, y es debido a tres principales factores: [5]
! Factores Astronómicos: Debido al movimiento de traslación elíptico que describe
la tierra alrededor del sol, acercándose más al sol en invierno, y llegando a su
máxima proximidad alrededor del 4 de enero de cada año (perihelio) y a su
posición más lejana aproximadamente el 4 de julio (afelio). La tierra también tiene
un movimiento de rotación sobre un eje imaginario que forma un ángulo de 0º
hasta 23.5º con respecto a la normal del plano de la órbita terrestre, esta
inclinación es lo que ocasiona las estaciones del año y, por tanto la cantidad de
radiación solar recibida en una zona. En invierno los rayos solares inciden menos
tiempo en el hemisferio norte, haciendo los días más cortos, caso contrario a lo
que pasa en verano, en que se presentan los días más largos del año,
aumentando la radiación solar recibida y el ángulo de incidencia con respecto a la
horizontal. (Ver figura 1.7)
Fig. 1.7 Trayectoria Solar a lo largo del año en el hemisferio Norte.
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() *4!
! Factores Atmosféricos: La atmósfera que protege a la Tierra de la radiación solar
directa causa efectos de reflexión, perdidas por difusión y absorción, que
alcanzan un aproximado del 53%, por lo que sólo el 47% de la radiación total
llega a la superficie, de la cual se divide el 31% en radiación directa y el otro
15% como radiación difusa o indirecta, que puede ser causada por la atenuación
de las nubes y por la reflexión del suelo a la nube y nuevamente a la superficie
terrestre, conocida como radiación de Albedo. Por lo tanto de la energía del 47%
incidente sobre la tierra, se le necesita restar 18%, que es convertida en onda
larga y sale por la atmósfera, por lo que al final sólo queda el 29% de la
radiación total. [5]
! Factores de orientación e inclinación: Como se observó en el diseño bioclimático,
las distintas orientaciones brindan diferentes cantidades e incidencias de luz
solar, y la inclinación de un plano puede llegar a maximizar la radiación solar
recibida sobre una misma área.
Fig. 1.8 Radiación solar directa sobre superficies inclinadas.
Actualmente existen programas de computadora capaces de estimar la radiación solar
en un punto específico del planeta y puede brindar desde datos de radiación promedio
anual hasta datos de radiación por día en un plano inclinado, basándose en años
pasados y modelos estocásticos para simular los efectos del clima en la incidencia
solar. Estos programas son avalados por institutos prestigiados de investigación como lo
es la NASA (National Aeronautics Space Administration).
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El desarrollo tecnológico ha permitido el aprovechamiento de la energía solar en
diferentes formas para satisfacer las necesidades del ser humano. En la actualidad se
continúan dando diferentes clasificaciones del aprovechamiento de la energía solar está
ahora en dos formas. En energía fotovoltaica y en energía térmica. A continuación se
describe cada una de las formas de aplicación previamente mencionadas y se describen
los dispositivos más generales utilizadas para su aprovechamiento.
1.5.2 Energía Solar Fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica (FV) corresponde a un sistema directo de conversión de
energía lumínica a energía eléctrica, debida al efecto fotoeléctrico que presentan
algunos materiales.
El efecto fotoeléctrico es el proceso por el cual se liberan electrones de un material por
la acción de la radiación solar u otra radiación electromagnética, generando una
diferencia de potencial que puede ser aprovechado conectando unos electrodos
adecuadamente. En la figura 1.8 se muestra el efecto fotoeléctrico que se produce en
los materiales fotosensibles.
Fig. 1.9 Efecto Fotoeléctrico.
Para llevar a cabo esta conversión se utilizan dispositivos denominados celdas solares
hechas de materiales semiconductores fotosensibles, como el Silicio, cuyos electrones
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interactúan con los fotones de la radiación solar. Un conjunto de celdas solares forman
un panel solar y un conjunto de componentes complementarios, permiten convertir la
energía generada por el arreglo de paneles para alimentar electrodomésticos, y
almacenarla de ser necesario. El conjunto de dispositivos que permiten convertir la
energía solar en fotovoltaica se denomina sistema solar fotovoltaico y se describe a
continuación.
1.5.3 Sistema Solar Fotovoltaico
Los Paneles o módulos solares son los encargados de transformar la energía solar en
energía eléctrica. Su orientación ideal es hacia el sur geográfico cuando el dispositivo se
encuentra en el hemisferio norte y con una inclinación equivalente a la latitud del lugar
donde se vaya a realizar la instalación.
Varios módulos fotovoltaicos, junto con los cables eléctricos que los unen y con los
elementos de soporte y fijación propios de esta instalación, constituyen lo que se
conoce como un generador fotovoltaico. Este generador puede brindar energía en
corriente directa (C.D.) a diferentes voltajes, que dependen de la conexión de los
paneles (serie o paralelo). Aunado a esto se dispone de un Inversor, que es el
encargado de transformar la energía generada en los paneles solares a corriente alterna
(C.A.) para poder ser utilizada por mayoría de los electrodomésticos convencionales.
Sus principales características vienen determinadas por el voltaje de entrada del
inversor, que se debe adaptar a la del generador, la potencia máxima que puede
proporcionar en Watts, la forma de onda en la salida, la frecuencia de trabajo y la
eficiencia, que debe ser próxima al 90%.
Finalmente se encuentra un banco de Baterías. Además en las cuales se acumula la
energía que se produce durante el día para poder ser utilizada en la noche o durante
periodos prolongados de tiempo. Otra importante función de las baterías es la de
proveer una intensidad de corriente superior a la que el generador fotovoltaico puede
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() *7!
entregar. Tal es el caso de un motor, que en el momento del arranque puede demandar
una corriente de 4 a 6 veces su corriente nominal durante unos pocos segundos.
Por último el regulador de carga es el encargado de proteger a la batería frente a
sobrecargas, controla constantemente el estado de carga de las baterías y regula la
intensidad de carga de las mismas para alargar su vida útil. También puede generar
alarmas en función del estado de dicha carga.
La energía solar fotovoltaica permite contar con energía eléctrica en zonas aisladas, y
en instalaciones conectadas a la red de suministro eléctrico. Por ello existen
principalmente 2 tipos de sistemas fotovoltaicos:
! Sistemas Conectados a la red
! Sistemas Aislados
Los sistemas conectados a la red generan energía eléctrica para ser utilizada en el
momento de su generación y los sobrantes ser inyectados a la red eléctrica por medio
de un inversor. Este tipo de sistemas generalmente no necesita de baterías dado que se
puede consumir la electricidad proveniente de la red eléctrica en las noches y días
nublados.
En México, los sistemas conectados a la red, se pueden implementar por medio de un
-?;5,5&''(-(,5&7-",.+.@%&%";(>&"%&"'&A0"&2"&3"8-.;"%&+5%"+;(8&(&'(&8ed una instalación
de máximo 10 kilowatts (kW), y los consumos y excedentes son registrados por medio
de un medidor bidireccional. Este tipo de sistemas permite disminuir los costos de
consumo restando la energía generada sobrante e inyectada a la red, a la energía
consumida de la red eléctrica. La composición de una instalación conectada a la red se
muestra en la figura 1.9.
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() *8!
Fig.1.10 Diagrama de una instalación conectada a la red
Los sistemas aislados tienen el objetivo de suministrar energía eléctrica, para cualquier
tipo de aplicación, que no sea la conexión con las redes públicas de distribución de
energía, por lo cual se le denomina aislada.
Con este tipo de instalaciones se pueden cubrir las necesidades eléctricas de un
conjunto de viviendas o de una sola, y permite disponer de energía eléctrica en las
noches y días aislados por medio de dispositivos de almacenamiento, también se puede
transformar la corriente directa generada por el arreglo de paneles a corriente alterna
para el uso de electrodomésticos. La figura 1.10 muestra la composición de una
instalación aislada con inversor y con la iluminación conectada en corriente directa.
Fig. 1.11 Diagrama de una instalación aislada
!"#$%&'()*+),"-!()%./-0!() 19!
Algunas de las ventajas de las instalaciones fotovoltaicas aisladas son las siguientes: [8]
! Al no producirse algún tipo de combustión, no se generan contaminantes
atmosféricos en el punto de utilización, ni se producen efectos como la lluvia
ácida, efecto invernadero, etc.
! El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy
abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva.
! Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables,
postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es
reducido. Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente
grandes (1kW instalado puede ocupar entre 10 y 15 m2).
! Prácticamente se produce la energía con ausencia total de ruidos.
! Además, no precisa ningún suministro exterior (combustible) ni presencia
relevante de otros tipos de recursos (agua, viento).
! Mantenimiento mínimo.
Algunos de los inconvenientes que se puede tener con este tipo de instalaciones FV
son:
! Impacto en el proceso de fabricación de las placas: Extracción del Silicio,
fabricación de las células.
! Explotaciones conectadas a red: Necesidad de grandes extensiones de terreno
Impacto visual.
! Costoso para su instalación.
! El desecho de baterías.
1.5.4 Energía Solar Térmica
Por otra parte, la energía proveniente del sol también puede ser aprovechada en forma
de calor para obtener agua caliente y servicios de climatización en una casa. Un
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sistema solar térmico que pueda realizar estas tareas implica la acción de tres procesos:
[9]
1. Captación de la radiación solar mediante un colector para elevar la temperatura
del fluido que circula en su interior.
2. Acumulación del fluido calentado para su utilización en periodos de tiempos
diferentes, que pueden ser nocturnos.
3. Incorporación de un medio de apoyo para mantener la temperatura requerida del
fluido, generalmente alimentado con energía eléctrica o gas.
Los sistemas de calentamiento de agua son clasificados de acuerdo a la temperatura a
la que puedan calentar el fluido:
Baja temperatura (hasta 90 ºC). Calentador solar plano, este tipo de sistemas se
componen de una serie de tubos, a los que se conoce como parrilla, con unas aletas
para que la superficie sea mayor, transmitiendo estas el calor a los tubos. Los
colectores para calentar el agua van integrados dentro de un cofre, cubierto por una
capa captadora color negro y un aislante para evitar fugas de calor. Este tipo de
sistemas se suelen emplear para auxiliar a la caldera como alternativa.
Fig. 1.12 Sistema solar térmico de baja temperatura
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Media temperatura (Desde 80 ºC a 250 ºC). Estas temperaturas se consiguen con los
C.P.C. (cilindro parabólico de concentración), que es una parábola cilíndrica que refleja
toda la radiación recibida a un solo tubo localizado en todo el foco de la parábola,
además cuenta con un sistema de control de alineamiento con el sol .
Alta temperatura (temperaturas superiores a 250 °C) B Este tipo de sistemas consisten
en miles de espejos orientados al sol y reflejando toda la radiación hacia un punto
determinado donde se encuentra un depósito de agua, este alcanza una temperatura
muy elevada, y al ebullir el agua se puede impulsar una turbina y conseguir electricidad,
sus aplicaciones son industriales.
1.5.4.1 Colectores Solares Planos
Los colectores solares son dispositivos diseñados para captar la radiación solar, atrapar
y utilizar el calor producido por esta, para aumentar la temperatura de un fluido en su
interior.
Existen diversas formas de construcción de colectores solares que se adaptan a las
aplicaciones diferentes o requeridas en la industria o necesidades domesticas, estos se
clasifican en colectores de concentración y los colectores de placa plana, los primeros
se emplean para temperaturas medias y altas, y los segundos exclusivamente para
bajas temperaturas con aplicación al sector residencial. Los colectores de placa plana
son invernaderos que pueden calentar el agua hasta alrededor de los 70ºC. (Ver figura
1.11). [9]
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Fig. 1.13 Detalle constructivo del captador
Las ventajas de estos colectores son las siguientes:
! Buena temperatura del agua de salida
! Tarda poco tiempo en calentar el agua
! Los costos son bajos
! No producen contaminación
! No consumen ningún tipo de energía no renovable
! Su montaje es sencillo
! Necesitan un mantenimiento mínimo
! Su construcción no es complicada
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24
CAPÌTULO 2. EVALUACIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL
2.1 Introducción
En este capítulo se da a conocer la localización del predio donde se ubicará la casa, al
igual que el entorno social, geográfico y económico de la zona, se analizaran las
condiciones climáticas y meteorológicas del Rosario para identificar los recursos
naturales disponibles de la zona, y así poder seleccionar y diseñar los sistemas
hidráulicos, de calentamiento de agua y generadores de energía eléctrica que serán
instalados en la casa ecológica autosuficiente.
Finalmente en este capítulo se hace la descripción del diseño arquitectónico de la casa
y se muestran los planos de planta, de azotea y los planos de cada fachada.
2.2 Localización
La casa se encuentra ubicada en el barrio del Rosario, municipio de San Juan del Río,
en el estado de Querétaro. Querétaro se localiza en la parte centro oriental del país y
limita al Norte con San Luis Potosí, al Este con Hidalgo, al Sur con el Estado de México
y Michoacán, y al Oeste con Guanajuato. El municipio de San Juan del Río, está
ubicado en el sureste del estado y es una de sus principales ciudades, como se muestra
en la figura 2.1.
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25
Fig. 2.1 Mapa general.
El Rosario es un pequeño poblado asentado sobre un valle, rico en zona agrícola, a sólo
4.5 kilómetros de la ciudad de San Juan del Río y ubicado al sureste de la presa
Constitución de 1917. Para accesar al lugar donde se encuentra la CEA, se debe tomar
la carretera No. 57, Mex ! Qro, rumbo al norte, y desviarse dos kilómetros después de
pasar San Juan del Río, para llegar al poblado de Loma Linda, pasando éste, se
recorren aproximadamente 2 kilómetros más para llegar al Rosario. La ubicación exacta
de la casa es en latitud 20.4º N y longitud 100.1º W y está ubicada justo frente a la
presa Constitución de 1917, como se observa en la figura 2.2.
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26
Fig. 2.2 Mapa de ubicación.
2.2 Entorno Social y Económico
De acuerdo al Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI) en el
año 2005 1,710 personas habitaban el barrio del Rosario en un total de 368 viviendas.
La cercanía que tiene el Rosario del centro de San Juan del Río, ha vuelto factible
extender los servicios de agua potable y energía eléctrica a la mayoría de las viviendas
en la localidad. La economía del lugar se basa principalmente en el sector agropecuario.
En la agricultura cabe mencionar, el cultivo del maíz, pero es también representativa la
producción de frijol, cebada y calabaza. En la ganadería se cría ganado bovino y ovino,
y aves de corral. [12]
En la tabla siguiente se exponen algunos de los indicadores socioeconómicos más
importantes de la localidad. Esta tabla esta en base a un total de 368 viviendas:
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27
Tabla 2.1 "#$%&'&#$()*%(*+&+&($%,*($*-./*0#),1. [13]
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Se puede observar que los hogares que no cuentan con energía eléctrica, ni agua
entubada, son relativamente pocos, y esto debido a la cercanía que tienen con respecto
al centro del pueblo.
2.3 Conocimiento del Entorno y Medio Ambiente
El barrio del Rosario ocupa una superficie de 4.4 km2 y su altitud promedio es de
1,940m sobre el nivel medio del mar (NMM). El Rosario está ubicado en un amplio valle,
a un lado de la presa Constitución de 1917. En la localidad la vegetación es
relativamente pobre, a excepción de los grandes plantíos alrededor de la presa.
El terreno donde se ubica la casa es de tepetate con arcilla y es de tipo rústico, por lo
tanto no cuenta con los servicios de agua potable, drenaje, ni energía eléctrica. A
continuación se muestran las distancias que tiene el terreno con los diferentes servicios:
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28
Fig. 2.3 Mapa del alcance de los servicios.
Tabla 2.2 Distancias a los servicios.
Servicio Distancia
Energía eléctrica 220 y 300 m
Agua entubada 260 m
Drenaje 450 m
Las líneas de energía eléctrica más cercanas tienen un voltaje de 23 kV, por lo tanto si
se quisiera tomar la energía de la red eléctrica, sería necesario un transformador que
pueda reducir la tensión a 120 V para poder ser utilizada. Por otra parte, el servicio de
agua entubada y drenaje difícilmente se extenderán hasta donde está la casa, dado que
serían muy pocas las viviendas beneficiadas y es preferible extender los servicios a
otras zonas donde más personas lo necesitan.
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29
2.5. Análisis Climático y Meteorológico.
El clima en el Rosario es sub-húmedo con lluvias en verano, con una temperatura
promedio de 17.9° C y una precipitación pluvial anual de 678 milímetros.
Al oeste de la casa se encuentra el Cerro de Enmedio lo que disminuye la velocidad del
viento a bajas alturas, pero la radiación solar es constante y la duración de sus días
varía muy poco de verano a invierno, esto se indica en las tablas 2.3 y 2.4.
La iluminación natural dentro de la casa va a depender de los ángulos y las horas de
radiación solar; a partir de estos datos se van a deducir las trayectorias solares y se van
a poder proponer las medidas necesarias para el control de asoleamiento.
Los valores más importantes para deducir los ángulos y las horas de radiación solar son
los de los días de insolación máxima, mínima y media. El día más corto del año y por lo
tanto el de menor insolación, es en el solsticio de invierno, el 21 de Diciembre, el día
más largo del año se presenta en el solsticio de verano, el 21 de Junio, y en los
equinoccios del 21 de Marzo y 21 de Septiembre se presentan los días de duración
media. [3]
En la tabla 2.3 se indican los ángulos de incidencia solar entre la altura máxima que
alcanza el sol durante el día con respecto a la horizontal, y las horas que dura un día
para los equinoccios y solsticios en el estado de Querétaro.
Tabla 2.3 Duración del día y ángulo de incidencia solar en Querétaro. [19]
Época Amanecer Atardecer Duración del día Ángulo
Solsticio de Invierno
21 Diciembre 7:06 18:04 10hrs. 57 min. 47.1º
Equinoccio
21 Marzo y 21 Sept. 6:40 18:48 12 hrs. 08 min. 69.6º
Solsticio de Verano
21 Junio 6:59 20:18 13 hrs. 19 min. 86.1º
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30
Sin embargo los valores de insolación también varían en función a los días nublados,
por lo tanto para simular los cambios climáticos de la zona se ocupará un programa
computacional capaz de estimar la insolación de la ubicación exacta de la casa, basado
en el historial climático del INEGI de 1981 al 2000, calculado por medio de la
interpolación de los datos medidos en las estaciones climáticas más cercanas.
Fig. 2.4 Distribución de las horas de insolación en El Rosario, Querétaro [19]
La duración de insolación astronómica se refieren a las horas totales en que se recibe
luz solar fuera de la atmósfera, a diferencia de la duración de la insolación que se refiere
a las horas en las que se tiene una irradiación solar constante de 1000 W/m2 en la
superficie terrestre. Como ya se menciono, estos datos consideran la nubosidad y los
días de lluvia en la localidad.
En la figura 2.4 se puede observar que a pesar de que en verano los días tienen una
mayor duración, las horas de insolación tienden a disminuir debido al clima de la zona
(subhúmedo con lluvias en verano), por consecuencia los días en los que se tiene una
mayor insolación es durante primavera y otoño, llegando a un promedio de insolación de
6 horas diarias.
Por otro parte para seleccionar y dimensionar correctamente los sistemas generadores
de energía eléctrica, es necesario conocer las magnitudes de radiación global que
incide en una superficie inclinada.
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31
De igual manera para proponer un aislamiento térmico adecuado y calcular el volumen
de agua pluvial captada es necesario conocer la temperatura y la precipitación pluvial
propias de la zona.
La siguiente tabla expone valores estimados para la ubicación específica donde se
planea construir la casa y fueron calculados a partir de los datos de 1981 al 2000.
Tabla 2.4 Datos meteorológicos del Rosario, Querétaro. Latitud 20.4º N Longitud 100.1º O. [19]
Donde: G Gh: Radiación global horizontal G Gk: Radiación global en una superficie inclinada. Ta: Temperatura del aire FF: Velocidad del viento a 10 metros de altura RR: Precipitación
Los valores de radiación global de la tabla 2.4, indican el promedio por día de la
cantidad total de radiación solar en kilowatts-hora (kWh) captados por un área de 1m2,
esto quiere decir que habrá días en los que se reciba mayor radiación y otros en los que
se reciba menos, o inclusive casi nada. Por ello el sistema generador de energía
eléctrica deberá ser diseñado para poder ser autónomo por algunos días. [7]
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32
El promedio de radiación global horizontal (G Gh) recibida en la zona es de 5.49
kWh/m2, lo que nos indica que si se pudiera aprovechar al 100% esa energía, la casa
podría consumir hasta 5.5 kWh diarios, con tan solo un panel solar de 1 m2, por
desgracia los paneles solares comerciales tienen una eficiencia promedio del 14%, por
lo que con un metro cuadrado de panel solar se podría generar hasta 750 Wh en un día
promedio.
La radiación solar disponible se ve afectada por diversos medios como se mencionó en
el capítulo anterior. De forma similar se tienen pocas posibilidades de aumentar la
disponibilidad de dicho recurso y una de estas es la de proponer un plano inclinado. El
ángulo para maximizar la energía solar captada debe ser el mismo que la latitud del
lugar, orientado hacia el sur para el polo norte y hacia el norte para el polo sur. Sin
embargo, en este trabajo se propone que los colectores solares se inclinen en un ángulo
de 13.3° orientados hacia el oeste, la virtud de este ángulo es porque es la inclinación
que tiene la azotea principal y de esta manera se evitaría agregar dispositivos que en
algún momento podrían afectar la vista arquitectónica de la construcción.
Por ello, la radiación global en una superficie inclinada (G Gk), se estimó para una
superficie inclinada al oeste 13.3º, esto con el objetivo de determinar si es factible o no
instalar los paneles en el techo más amplio de la casa, y como se puede ver, a pesar de
que los valores disminuyen un poco a los de la radiación horizontal se mantienen por
arriba de los 4 kWh/m2/día durante todo el año. Por lo tanto el colocar los colectores
sobre este techo implica una buena captación del recurso y un ahorro en virtud de la
construcción de dispositivos de colocación.
Por otro lado los valores de temperatura indicados en la tabla 2.4 son los promedios
durante todo el mes, sin embargo en la zona se alcanzan temperaturas máximas de
poco más de 30ºC en verano y en invierno mínimas de hasta 0ºC. En la figura 2.5 se
muestra la gráfica donde se indican las temperaturas máximas y mínimas, las cuales
serán necesarias para lograr una buena climatización dentro de la casa.
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33
Fig. 2.5 Temperaturas máximas y mínimas en El Rosario, Querétaro. [19]
La velocidad del viento (FF) según se indica en la tabla 2.4 está estimada a 10 metros
de altura y se observa que los valores reportados no son lo suficientemente adecuados
como para considerar factible la generación de energía eléctrica, en promedio se tienen
2.4 m/s, mientras que la gran mayoría de los aerogeneradores pequeños necesitan una
velocidad de viento de 3 m/s para poder arrancar y una velocidad promedio de 5.5 m/s
para poder generar la potencia promedio para el que fue diseñado. Por lo tanto este
recurso no es considerado dentro de las propuestas para la CEA.
Por último, los datos de precipitación de la tabla 2.6 indican el volumen total de la
precipitación pluvial y los días de lluvia para la localización exacta de la casa para cada
mes y a lo largo del año:
Fig. 2.6 Distribución de la precipitación y los días con precipitación en El Rosario, Querétaro.[19]
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34
Como se puede observar se tiene una precipitación máxima de 150 mm en el mes de
Julio y la mayor cantidad de días con precipitación se presentan el mes de septiembre
con un total de 20 días.
Por medio del uso de todos estos datos es que será posible seleccionar y calcular tanto
los sistemas generadores de energía eléctrica como los hidráulicos y evaluar las
soluciones propuestas. Como se presentará en el capítulo 3.
2.4 Diseño Arquitectónico
El terreno donde se planea construir la casa tiene una superficie total de 840 m2 y un
área de construcción de 185 m2 en una sola planta. La casa está diseñada para 4
personas y conformada por 3 habitaciones, 2 baños, sala, comedor, cocina, estudio,
cuarto de lavado y planchado, un patio, una cochera para dos autos, una terraza al
oeste, un jardín en la parte trasera de la casa y un área al frente que puede servir como
estacionamiento. Los planos de planta y de azotea se muestran en los planos A1 y A2
del apéndice A.
Para cubrir la sala, el estudio, el comedor, la cocina y la habitación principal se tiene un
techo inclinado 13.3º hacia el oeste, con una superficie de 125.8 m2 (7.4m x 17m) y una
altura que va de los 2.15 m a los 3.95 m. La despensa y el cuarto de lavado están
cubiertos por un techo plano de 12.5 m2 (5m x 2.5m). Por último las recámaras 1 y 2
están cubiertas por otro techo plano de 53 m2 (10.6m x 5m), este techo tiene un domo
de 5 metros de largo por un metro de ancho que ilumina el pasillo que une a las
habitaciones. (Ver Anexo B-2)
En la figura 2.7 se muestra la fachada este que tiene un ventanal en la entrada principal
de 2.9 m de altura, por 7 m de largo y una ventana en la cocina que da al patio, lo que
permite el acceso de luz solar a la sala, el estudio, el comedor y la cocina durante las
primeras horas de la mañana.
!"#$%&'()*+),-"'&"!./0)1,)'")2.%&"!./0)"!%&"') !
35
La fachada oeste, que se muestra en la figura 2.8, tiene un ventanal de 2.15m x 17m
que abarca desde la recamara principal hasta el comedor, lo que implica una radiación
solar directa durante las tardes y un excesivo asoleamiento en las tardes de verano.
La fachada sur tiene las ventanas necesarias para la ventilación de los baños y dos
ventanales de 2.4 m x 3.65 m, uno por habitación, por lo tanto las recamaras 1 y 2
recibirán radiación solar directa en invierno y rasante en verano, como se puede
observar en la figura 2.9.
La fachada norte es un muro sin ventanas y el calor que se transmite a través de este
es mínimo dada su orientación.
Fig. 2.7 Fachada Este.
Fig. 2.8 Fachada Oeste.
!"#$%&'()*+),-"'&"!./0)1,)'")2.%&"!./0)"!%&"') !
36
Fig. 2.9 Fachada Sur.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 37
CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE SOLUCIÓN
3.1 Introducción
En este capítulo se especifican todos los equipos y sistemas que se proponen para
satisfacer las demandas de climatización, agua y energía eléctrica dentro de la casa.
3.2 Climatización
Para mantener una temperatura confortable dentro de la casa, se tomará en cuenta la
insolación incidente en cada fachada, la ventilación, y el calor transmitido a cada
habitación por medio del techo, las paredes y las ventanas, para así proponer
correctamente el aislamiento para las paredes, evitar el efecto invernadero y controlar el
asoleamiento excesivo.
La insolación de una vivienda puede deducirse fácilmente dibujando las trayectorias
solares para los días principales, es decir los de insolación máxima, mínima y media. [3]
Fig. 3.1 Trayectoria solar a 20.4º N.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012)
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 38
En la figura anterior se indican los ángulos de incidencia solar máxima para el solsticio
de verano (Sl. V), el solsticio de invierno (Sl. I), y los equinoccios (Eq.); para días
intermedios el sol irá aumentando de altura gradualmente de invierno a verano, e irá
disminuyendo de verano a invierno, siendo los equinoccios las alturas medias.
De la figura 3.1 se puede deducir, que la fachada sur recibe radiación solar durante todo
el año y casi todo el día, la fachada este durante las primeras horas del día, la fachada
oeste durante las tardes y la fachada norte solamente durante las mañanas y tardes de
verano.
Durante la primavera y el otoño, la pared sur de la recámara principal y las ventanas de
las recámaras 1 y 2 recibirán luz solar directa durante el amanecer y el atardecer, y luz
rasante durante el mediodía; en invierno recibirán luz solar directa durante las casi 11
horas que dura el día, y en verano una luz solar rasante durante el mediodía. Esto
quiere decir que las recámaras 1 y 2 tienen una excelente iluminación natural durante
todo el año, lo que ayudará a ahorrar energía eléctrica; en cuanto al calor transmitido
por los muros y las ventanas tanto de las recámaras 1 y 2 como de la recámara
principal, éste es bien aprovechado en las épocas invernales, pero puede llegar a ser
excesivo en primavera y otoño, debido a que en el lugar las temperaturas máximas
pueden alcanzar hasta los 35ºC, por lo que se propone instalar ventanas de doble
acristalamiento, con marcos bien ajustados y cierres herméticos en las recámaras 1 y 2
y un aislamiento térmico de corcho con 1 cm de espesor para todo el muro sur, con la
finalidad de evitar el excesivo calor transmitido por las paredes, así como para mantener
las condiciones interiores de las habitaciones durante las noches en que las
temperaturas mínimas pueden llegar a ser hasta de 0ºC. (Ver figura 3.2)
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 39
Fig. 3.2 Pared con aislamiento térmico de corcho.
Para la fachada este se propone aislar el muro este de la recámara 2 con el objetivo de
evitar el calor excesivo durante las mañanas, y para la ventana de la entrada principal
se propone doble acristalamiento con marcos bien ajustados y cierres herméticos para
mantener las condiciones interiores de la sala y el estudio. Dado que en el cuarto de
lavado y planchado no es necesario una temperatura tan confortable como en las
habitaciones no es necesario aislar el muro.
Para la fachada oeste, en la que se tiene un gran ventanal de piso a techo, la luz solar
brinda una excelente iluminación durante las tardes, pero el calor transmitido puede
llegar a ser excesivo, por ello, para evitar la entrada directa de la radiación solar a la
casa, se plantarán árboles estratégicamente colocados para dar sombra en las tardes
de primavera y verano que son las estaciones en las que se presentan las temperaturas
más elevadas.
Para todo el techo, en el que se recibe luz solar durante casi todo el día, se construirá
de manera que tenga una ventilación intermedia de 2 centímetros y 1 centímetro de
corcho, esto con el objeto de evitar el excesivo calor que pueda penetrar por el techo y
mantener las condiciones del interior. (Ver figura 3.3). [3]
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 40
Fig. 3.3 Techo con ventilación intermedia y aislamiento térmico.
La ventilación de la sala, cocina, estudio y comedor la brindan las grandes ventanas del
oeste y del este, en cuanto a las habitaciones y los baños, cada uno cuenta con su
propia ventana, esto permitirá renovar el aire de manera rápida en toda la casa en caso
de calor excesivo.
3.3 Instalaciones Hidráulicas
Las instalaciones hidráulicas de la casa están divididas en 4 principales conceptos que
son:
! Instalaciones de aguas pluviales (captación-filtrado-almacenamiento)
! Instalaciones de agua potable (fría y caliente)
! Instalaciones de aguas grises (filtrado-distribución)
! Instalaciones de aguas negras (desagüe-fosa séptica)
Las instalaciones de aguas pluviales, captarán el agua de lluvia de los techos y pisos,
para ser filtrada y almacenada como agua potable.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 41
Las instalaciones de agua potable distribuirán el agua en regaderas, lavaderos,
fregaderos y lavadora. La cisterna de agua potable deberá procurar almacenar el agua
suficiente para épocas de sequía, y en caso de no ser así, también se podrá bombear
agua de la presa para ser filtrada y utilizada.
El agua potable se calentará por medio de un colector solar con la capacidad suficiente
para satisfacer las necesidades de agua caliente para 4 personas, y se distribuirá en
regaderas, lavabos y en el fregadero.
Las instalaciones de aguas grises, reutilizarán el agua proveniente de los desagües de
lavabos, regaderas, fregadero, lavadero y lavadora, filtrándolas y almacenándolas, para
después ser distribuidas en los inodoros y como agua para riego.
Las instalaciones de aguas negras, conducirán las aguas provenientes de los inodoros,
y de los posibles excedentes de aguas pluviales y grises, a una fosa séptica para
descomponer los residuos sólidos y más adelante a un pozo de absorción para reinfiltrar
los líquidos al subsuelo.
Para obtener una buena presión en la distribución del agua se utilizarán tanques
elevados para el agua potable y las aguas grises, por lo que también se ocuparán
bombas para elevar el agua y llevarla de las cisternas a los tanques.
Por otro lado para tener un menor consumo de agua y dimensionar correctamente los
contenedores de almacenamiento, se instalarán dispositivos ahorradores, como
inodoros de bajo consumo, regaderas ahorradoras y perlizadores, en cada uno de los
baños, lavabos y fregaderos; con el uso de estos dispositivos se podrá alcanzar un
ahorro de aproximadamente 50%, sin modificar los hábitos de consumo.
Los perlizadores son dispositivos que van acoplados directamente a la salida de agua
de los lavabos y fregaderos, y cumplen la función de filtrar el agua y homogenizar el
chorro, pero con la ventaja de mezclar el agua que sale con aire, reduciendo así la
cantidad de agua gastada de un 40% a un 70%. Para la casa se ocuparán perlizadores
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 42
tipo hembra, que se pueden conectar directamente a cualquier salida del lavabo y
fregadero.(Ver figura 3.4).
Fig. 3.4 Perlizador ahorrador de agua.
En los baños se utilizaran sanitarios certificados por la CONAGUA (Comisión Nacional
del Agua), que utilizan solamente 5 litros de agua en cada descarga, mientras que los
inodoros tradicionales funcionan mediante la evacuación de volúmenes de agua que
van desde los 12 hasta los 23 litros. Cabe recordar que los inodoros utilizarán aguas
grises lo que brindará un mayor ahorro de agua.
Fig. 3.5 Sanitario Nova 3855.
Para las duchas se instalarán regaderas ahorradoras diseñadas para dar un gasto
máximo de agua de 10 litros por minuto, logrando un ahorro del 20% al 80%,
comparado con las regaderas convencionales, además de contar con otras ventajas
como facilidad de instalación y resistencia al agua caliente.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 43
Fig.3.6 Regadera ahorradora.
Para poder observar el ahorro de agua que se tiene en una casa utilizando los
dispositivos ahorradores mencionados, a continuación se comparan los consumos de
agua para una casa convencional de 4 personas en el estado de Querétaro y el
consumo que se tendrá en la CEA.
Una casa convencional de 4 personas en el estado de Querétaro consume 814 litros
diarios cuya distribución se muestra a continuación en la tabla 3.1:
Tabla 3.1 Tabla de consumo de agua en una casa convencional. [20]
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B?C);D7)E5F)2GA<C?);<)B<C@?:7@)
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%?375) !(&# $# (!$#
En caso de instalar equipos ahorradores junto con la reutilización de aguas grises la
distribución del consumo de agua en una casa habitación de 4 personas, es como se
muestra a continuación en la tabla 3.2:
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 44
Tabla 3.2 Tabla de consumo de agua con equipos ahorradores.
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&# "# $# +$# "#
%?375) %!# ++)*# $# +($# :"#
De la tabla 3.2, se puede deducir que en la casa se va a tener un ahorro total de 530
litros, que comparado con una casa convencional representa un ahorro promedio del
65%.
A partir de los consumos de agua de la tabla anterior, se calcularán los volúmenes de
los tanques de almacenamiento y se evaluará si el volumen agua pluvial captada es o
no la suficiente para satisfacer las necesidades de los habitantes de la casa.
3.3.1 Captación de Aguas Pluviales
El sistema de captación de aguas pluviales debe procurar satisfacer la demanda de
agua potable de los 4 habitantes de la casa, para ello se debe tener la suficiente área de
captación, un sistema de filtrado y clorado que garantice la calidad del agua, una
cisterna con el volumen suficiente para épocas de sequía y un tanque elevado para su
distribución.
Para determinar la cantidad de agua captada en un mes se debe tomar en cuenta los
datos de precipitación promedio de la zona, el área de captación y el coeficiente de
escorrentía para el material de la superficie de captación, cuyos valores se muestra en
la siguiente tabla 3.3: [6]
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 45
Tabla 3.3 Coeficientes de Escorrentía.
Material Coeficiente de Escorrentía Lámina metálica 0.9 Aplanado de cemento y tejas de arcilla 0.85 Madera 0.8 Paja 0.7
Con estos datos, se procede a determinar la cantidad de agua captada por mes por
medio de la siguiente fórmula:
!" ! ##"##" "$ "%& "$ "!'
#$$$#########################################################;'<#
Donde:
%&'("%)*+'&',-+'./"&)01*2'0"1*/34-5"657189"
:*(":0*;'+'*/,*"2*"*3+0))*/,<-"
=+(">)*-"2*"+-&,-+'./"6189"
='("=?-3,*+'1'*/,0"+0))*3&0/2'*/,()*+),(-)./0)1,@9"
En la casa el agua pluvial será captada por los toda el área de la azotea, la terraza, el
patio y la entrada, con una superficie total de 314.28 m2, cuyas superficies son de
cemento, por lo tanto, tienen un coeficiente de escorrentía de 0.85 como se observa en
el plano B-3, mostrado en el apéndice B.
Para determinar el volumen de la cisterna se tomará como base el agua captada y el
volumen de agua demandada por el usuario. Por medio de la siguiente fórmula:
A'""!"='"2"B'" [4]
Donde:
3/4)35+6,(7)8(+)9*7:6()8()*+,*;(7*,/(795)7(;(-*</5)=*<*)(+),(-)./0)1,@9"
>/4)35+6,(7)8(+)*?6*):6()-();*=95)(7)(+),(-)./0"61@9"
@/4)35+6,(7)8(+)*?6*)8(,*78*8*)=5<)(+)6-6*</5)=*<*)(+),(-)./0)1,@9"
Para este caso se tiene:
! Área de captación 314.28 m2
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 46
! Volumen de agua demandada 80 l/habitante/día
! Usuarios 4 personas
! Coeficiente de Escorrentía 0.85
Tabla 3.4 Tabla de captación, demanda y volumen almacenado.
!"#$%&"'()(*+'(,-$
.//0$12+#*"'(/("-*3$
./40$5"/+-6+$./40$
17/+'"-+6+$./40$
897(3$ !!!"#$ #%"&!$ %"%#$ !%"&%$
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12&(7$ #'"#$ ,")'$ %"($ !#",&$
!+B3$ ))"#$ !!"+!$ %"%#$ !)"),$
89-(3$ !',")$ #+"!($ %"($ **"'!$
Los valores de precipitación de la tabla 3.4 son los valores promedio de la zona, y como
se puede observar, para un año promedio se tendrá la cantidad suficiente de agua para
satisfacer las necesidades hidráulicas y las aguas pluviales se tendrán que almacenar
en una cisterna de 53 m3 para poder contar con el agua suficiente para los meses en los
que casi no llueve. Habrá años en los que el volumen de agua pluvial no será el
suficiente, por ello se tiene contemplado poder bombear agua de la presa, que está
justo frente a la casa, y utilizar el mismo sistema de filtrado y clorado para poder ser
utilizada como agua potable.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 47
3.3.2 Descripción de las Instalaciones Hidráulicas
En el plano B-5, mostrado en el apéndice B, se presentan las tuberías de desagüe de
los muebles de baño, así como de los muebles de la cocina y del cuarto de lavado y
planchado, también se pueden observar las tuberías de bajada de agua pluvial (B.A.P.)
y las ubicaciones de las cisternas, la fosa séptica y los sistemas de filtrado, tanto para
las aguas grises como para el agua pluvial.
Para captar el agua pluvial se dispondrá de toda el área de la azotea la terraza, el patio
y la entrada, con una superficie total de 314.28 m2. Las aguas pluviales captadas por los
techos horizontales que cubren las habitaciones 1 y 2 y el cuarto de lavado y planchado
serán conducidas por medio !"# $%&"'()*# !"#+,-#!"#./# 0# 1/# '"*2"3$45)6"7$"; para el
techo inclinado, orientado al oeste, el agua captada escurrirá a un canal colocado en la
terraza para así aprovechar su área de captación, y evitar utilizar más tubería, de este
3)7)89# 8)*# ):%)*#28%54)8"*# 3)2$)!)*# *"';7# 3<7!%34!)*#2<'# %7)# $%&"'()# !"#+,-#!"#=/9#
que antes de pasar por debajo de la casa pasa por un registro y se conecta a una
tubería de fierro fundido (Fofo) del mismo diámetro, este tubo debe ser de fierro ya que
atraviesa por en medio de la casa y debe soportar los esfuerzos mecánicos de carga.
Las tuberías provenientes de los techos, llegan a un sólo registro ubicado casi en la
"7$')!)# 2'47342)89# !"# !<7!"# *"# 3<7$47%)# 3<7# %7)# $%&"'()# !"# =/9# *"# 3)2$)7# 8)*# ):%)*#
pluviales de la entrada, y se continua hacia el sistema de filtrado, el cual tiene la función
de eliminar impurezas y residuos, para más adelante almacenar el agua ya potabilizada,
en una cisterna con una capacidad de 63 m3.
En caso de captar materiales indeseables, tales como hojas, excremento de aves, etc.;
las tuberías de captación de agua de lluvia, deben tener mallas que retengan estos
objetos para evitar que éstas se tapen.
Para el desagüe de los lavabos, las regaderas, el fregadero, la lavadora y el lavadero,
se utilizará tubería de PVC que conducirá el agua al sistema de filtrado de aguas grises.
El agua proveniente del fregadero pasará antes por una trampa de grasas Helvex de
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 48
60x40 cm, instalada al nivel del piso, que tendrá la función de atrapar las grasas
excesivas que puedan provenir del lavado de trastes y alimentos.
Las aguas provenientes de los inodoros, del lavado de los filtros y de los posibles
excesos de aguas grises y aguas pluviales, serán conducidos a la fosa séptica, donde
se sedimentarán los residuos sólidos y los líquidos volverán a ser absorbidos por el
terreno.
Para potabilizar el agua pluvial y poder reutilizar las aguas grises, se instalará un
sistema de filtrado para cada tipo de agua, el sistema de lavado para cada filtro y una
cisterna para su almacenamiento. El sistema de filtrado será explicado a detalle más
adelante.
Ahora para la distribución se contará con dos tanques elevados a los que será
bombeada el agua almacenada en las cisternas. Los tanques elevados brindarán el
volumen y la presión suficiente para distribuir el agua a todos los muebles de la casa:
! El primer tinaco o tanque elevado, es de una capacidad de 1100 litros, ideal para
el consumo de 5 personas, este tanque se ocupará para el almacenamiento de
agua que previamente es filtrada y desinfectada, para mas adelante ser utilizada
en las regaderas de los baños, los lavamanos, en el cuarto de lavado y en el
fregadero de la cocina.
! El segundo es de una capacidad de 400 litros, y se ocupará para almacenar las
llamadas aguas grises, provenientes de las regaderas, lavamanos, la limpieza del
hogar, la lavadora y el fregadero, esto con la finalidad de ser reutilizadas en los
inodoros y como agua para riego.
Para el llenado de los tanques elevados, se dispondrá de dos motobombas (una para
cada cisterna) que descargarán el agua a los tanques elevados por medio de una
tubería !"#3<&'"#!"#>/. Las bombas deberán ser elegidas correctamente tomando en
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 49
cuenta la altura de succión y bombeo, y deberán ser consideradas en el
dimensionamiento del sistema fotovoltaico.
Por otro lado, para calentar el agua se instalará un colector solar con una capacidad de
almacenamiento de 200 litros y un área de colección de 1.8 m2 que estará conectado a
una salida del tanque elevado de agua potable, y distribuirá el agua caliente en las
regaderas, los lavabos y el fregadero.
Para distribuir el agua potable del tanque elevado y del colector solar, se utilizarán
tuberías de cobre de ?/9#"*$<#3<7#8)#@47)84!)!#!"#$"7"'#%7 mayor flujo, ya que desde aquí
se abastecerá a toda la casa.
Para distribuir el agua potable en los baños se tendrá una bajada de agua caliente y una
!"#):%)#@'()#3<7#$%&<*#!"#3<&'"#!"#A/ en el muro que divide los baños, la cual llegara
una conexión Te, que distribuirá agua hacia las regaderas y lavabos mediante una
$%&"'()#!"#>/#B Para alimentar los muebles de la cocina se tendrá otro par de bajadas,
una de agua fría y una de agua caliente 3<7#$%&<*#!"#3<&'"#!"#A/, ubicados en el muro
de la cocina, que distribuirán el agua fría al fregadero, al lavadero y a la lavadora y el
agua caliente al fregadero.
Para la distribución de aguas grises, se tendrá un tanque elevado de 400 litros, de cual,
sale una tubería de cobre de A/9#C%"#&)D)';#)#8)#)8$%')#!"#8<*#&años hasta una conexión
Te donde se distribuirá, mediante una tubería de cobre de >/, a los inodoros y a las
llaves exteriores ubicadas al frente y atrás de la casa, que serán utilizadas para el riego
de plantas y jardines.
Cada equipo hidráulico como son los tanques elevados, el colector solar y los muebles
de baño y cocina contarán con válvulas o llaves de paso para poder detener el flujo de
agua en caso de existir alguna fuga en la tubería.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 50
Ahora bien para el filtrado de agua pluvial y agua gris, se tiene un sistema diferente para
cada tipo de agua, compuesto por 3 filtros cada uno, cada filtro cuenta con válvulas para
poder ser lavado después de un determinado tiempo (6 meses).
Para el filtro de agua pluvial, primeramente toda el agua captada es introducida al filtro
A, que consta de una capa de grava gruesa de 0.48 m de profundidad y en la parte
inferior otra capa de grava fina de 0.33 m, el filtro de grava permite ir eliminando
impurezas de mayor tamaño como pueden ser pequeñas piedras, hojas y basura que no
pudieron retener las mallas de las tuberías. Más adelante, el agua pasa al filtro B por
una tubería localizada al fondo. El filtro B consta de una capa de tezontle que permite
eliminar impurezas como polvo y residuos más pequeños. Por último el agua pasa por el
filtro C, que tiene la función de atrapar todas los restos que puedan provenir de los
mismos filtros
El filtro de aguas grises, en su primera etapa, filtro A, se encarga de atrapar las grasas
por diferencia de densidad, se separa por la parte superior las grasas y por la parte
inferior las arenas, tiene una dimensión de 1.2 m de profundidad por 0.8 m de ancho,
el agua una vez que paso por este filtro pasa al filtro B el cual está constituido por grava
gruesa esto permite el ir eliminando las partículas de mayor tamaño, posteriormente el
agua pasa al filtro C por la parte inferior a causa de la gravedad, este filtro está
constituido de una capa de grava fina que permite eliminar las arenas y residuos más
pequeños, y así el agua por último pasa a la cisterna donde es almacenada.
3.3.3 Selección de la Motobomba.
Para la selección de una bomba de agua de corriente alterna para funciones sencillas
como transportar agua de un sitio a otro, como por ejemplo de un río o una cisterna a un
tanque de almacenamiento se deben de considerar los siguientes puntos:
1.- Se debe de calcular la altura total a la cual se va a almacenar el agua, la cual está
compuesta por la sumatoria de dos alturas, la altura de succión y la altura de descarga,
como se muestra en la siguiente figura:
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 51
=5,4)-"C0,-5"!"=5,4)-"2*"D4++'./"E"=5,4)-"2*"B*3+-)F- [5]
Fig. 3.7 Altura total de bombeo.
2.- Es necesario especificar el Caudal, es decir, la cantidad de agua que saldrá por el
tubo de descarga, este se obtiene observando las diferentes curvas de rendimiento del
fabricante de la bomba.
Para seleccionar la bomba indicada se debe de tomar en cuenta el tipo de aplicación
que se le va a dar, en este caso al ser de uso residencial, normalmente se utilizan
bombas de potencia fraccionaria, que brindan un caudal suficiente para poder llenar un
tinaco en menos de 20 minutos.
Por otro lado para poder contar siempre con agua en los tanques elevados de
almacenamiento, es necesario contar con un sistema de control que nos permita, de
manera automática, llenar los tinacos cuando éstos estén por vaciarse; para poder llevar
esto a cabo es necesario instalar tanto en los tanques elevados como en las cisternas
un instrumento de medición de agua llamado electronivel.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 52
Fig. 3.8 Diagrama de instalación del electronivel.
Este dispositivo controla electrónicamente las bombas de agua, sin ocupar partes
móviles o de desgaste, además es fácil de instalar y también permite arrancar
manualmente la bomba conservando el paro automático, y en caso de no haber agua en
la cisterna apaga la bomba para evitar que ésta sufra averías.
Para este caso se tiene que serán necesarias 3 bombas:
! Bomba de agua potable
! Bomba de agua gris
! Bomba de agua de presa
Bomba de agua potable: Para el cálculo de la bomba de agua potable se tiene una
altura de succión de 5.42 m y una altura de desagüe de 3.05 m, más la altura del tanque
que es de 1.39 m. Por lo tanto:
=5,4)-"C0,-5!=5,4)-"2*"34++'./"E"6=5,4)-"2*"5-"+-3-"E"=5,4)-"2*5",-/G4*9 [6]
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 53
Sustituyendo:
=5,4)-"C0,-5!HIJ8"1"E"6@I$H"1"E#I@K"19"!"KILM"1" Debido a que la altura no rebasa los 10 metros, se puede utilizar una bomba de ! HP,
cuyas características son:
Tabla 3.5 Características del equipo de bombeo.
Potencia ! HP
Motor Monofásico de Corriente Alterna
Diámetro de Succión ?/?E.
Diámetro de descarga ?/
Frecuencia 60 Hz
Tensión 127 V
Corriente nominal 8 A
Factor de Servicio 1.15
Corriente de factor a servicio 9.3 A
Velocidad 3540 RPM
Eficiencia 90%
Tiempo de Arranque (TS) 3 seg
Este motor tiene un arranque con capacitor y una protección térmica para alguna
sobrecarga que se pudiera presentar. De la siguiente gráfica de altura dinámica para
este tipo de motor se tiene un flujo máximo de 120 lpm (litros por minuto) a 10 m de
altura
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 54
Fig. 3.9 Curva para la potencia de flujo de la motobomba de ! HP
Para nuestro estudio en particular y como ya se había calculado anteriormente se
cuenta con una altura de bombeo de 9.86 m por lo cual tomamos el valor aproximado de
10 m, el cual nos proporcionara un flujo de 120 lpm.
Para el cálculo de la potencia de la bomba considerando la eficiencia y el factor de
servicio se tiene:
#A ! BI#I$"C"$"DIEI"""" [7]
Donde: #A ! FGH&I'"J"K&"LJ"MGNMJ"O
C ! &P"'"&I'"J""N"""" DI EI ! DJ'HGQ"K&"E&QR"'"G"" Sustituyendo:
#A ! @O@"$"IK"$"#I8H ! J#KIM8H""O
Este valor representa la potencia generada por el motor eléctrico seleccionado, pero
tomando en cuenta que es un motor de arranque por capacitor, al momento del
arranque, este demandará una corriente 3 veces mayor a la corriente nominal por ello
es necesario calcular la potencia de arranque:
#! ! @"#A """"""""O"""" [8]
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 55
Donde:
#! ! FGH&I'"J"K&"JQQJIST&"O
Sustituyendo:
#! ! @"$"J#KIM8H ! #8HLILOH""""""""O""""
Conociendo los valores de la potencia de arranque PA y la potencia de operación PT se
debe de conocer el tiempo de operación de la bomba para llenar el tanque, y así más
adelante calcular el consumo de energía eléctrica diario. Para esto se sabe que el
tanque elevado de agua potable tiene una capacidad de 1100 litros y la bomba tiene un
flujo máximo de 120 lpm.
HU# ! "%JFJ'"KJK "K&L "AJIST&
DLTVG "K& "LJ "WGNMJ [9]
Donde: HU# ! "A"&NFG"K&"UF&QJ'".I""61'/9 :-&-+'2-2"2*5",-/G4*"659""Sustituyendo:
HU# !"##$$"L
#8$""L7N"I! KI#M""N"I
Para determinar el panel solar es necesario conocer la potencia de arranque que para
nuestro estudio es de 1181.66 W. Para poder satisfacer esta potencia de arranque es
necesario conectar varios paneles solares en paralelo de tal manera que se pueda
satisfacer la demanda, pero esto resultaría muy costoso y poco factible debido a que se
requerirían varios paneles solares y una radiación solar constante. Por ello la mejor
manera de optimizar la cantidad de paneles solares es pensar en la acumulación de lo
que el panel pueda absorber al día en una batería, tomando en cuenta de que en el
Barrio de el Rosario Municipio de San Juan del Rio se tiene un mínimo de radiación
solar de 4.17 hrs, y utilizando un panel solar de 205 W se podría almacenar la siguiente
energía:
XK<J !"## "$"YGQJZ"K&"JMZGQ'"GI" [10]
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 56
Donde:
XK<J ! "XI&Q["J"JLNJ'&IJKJ"FGQ"K"J ## ! #GH&I'"J""6O9 Sustituyendo:
XK<J ! 8$H"O""$"JI#"Y ! LHJILH""OY"
Ahora para determinar el consumo total de energía eléctrica de la bomba, es necesario
calcular el consumo que se tiene en los 3 segundos de arranque y multiplicar este valor
a la potencia de la bomba. Por lo tanto se tiene:
%GIZTNG"K&"JQQJIST& !"#!"$"H! [11]
Donde:
%GIZTNG"K&"JQQJIST& !OY"
#! ! FGH&I'"J"6O9
H! ! H"&NFG"6Z9
Sustituyendo:
%GIZTNG"K&"JQQJIST& ! "#8HLILOH"O"$"@Z"$"#Y
@M$$Z! #I$JK""OY
"
Ya con este valor se puede obtener el consumo total de la bomba, sumando el consumo
de operación al consumo de arranque, como se muestra a continuación:
%GIZTNG"K&"GF&QJ'".I ! "#A "$"HU# [12]
Donde:
%GIZTNG"K&"GF&QJ'".I ! OY"
#A ! FGH&I'"J"6O9
HU# ! H"&NFG"GF&QJ'<GI"6N"I9
Sustituyendo:
%GIZTNG"K&"GF&QJ'".I ! "J#KIH8H""O"$"KI#MM"N"I"$"#Y
M$"N"I! MJI#$J"""OY"
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 57
%GIZTNG"WGNMJ ! %GIZTNG"K&"JQQJIST&E %GIZTNG"K&"GF&QJ'".I [13]
Donde:
%GIZTNG"WGNMJ !OY
"%GIZTNG"K&"JQQJIST& !OY"
%GIZTNG"K&"GF&QJ'".I ! OY
"Sustituyendo:
%GIZTNG"WGNMJ ! #I$JK""OY E MJI#$J"OY ! MHI#H@"OY"
"
Para conocer cada cuanto tiempo se tendrá que encender la bomba, se debe conocer
en cuanto tiempo se vacía el tanque elevado; este valor se obtiene dividiendo los litros
del tanque elevado entre el consumo diario de agua en la casa. Por lo que se tiene:
C'*1&0"2*"P-+'-20"2*5",-/G4*"!":-&-+'2-2"2*5",-/G4*"7"+0/3410"&0)"2<- [14]
Donde:
:-&-+'2-2"2*5",-/G4*"""659"
:0/3410"&0)"2<-""6572<-9
Sustituyendo:
C'*1&0"2*"P-+'-20"2*5",-/G4*"!"##$$"5"7"8LJ"572<-"!"@ILO"2<-3"
Lo que quiere decir que aproximadamente cada 4 días se tendría que encender la
bomba para llenar el tanque de nuevo, pero dado que se piensa utilizar un electronivel
para el llenado del tinaco, se considerará que la bomba se accionará cada 2 días y
medio, esto con el objetivo de que el sistema fotovoltaico garantice el encendido de la
bomba aún cuando se tenga un mayor consumo al promedio.
Para controlar el sistema de arranque de la bomba, se pretende utilizar un interruptor
termomagnético, que también servirá como protección contra sobrecorriente. Para
determinar la corriente del interruptor se multiplica la corriente máxima de operación por
1.25 quedando de la siguiente manera:
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 58
\JVTZH& ! " \DIE I"$"#I8H [15]
Donde:
\JVTZH& ! 'GQQ"&IH&"K&"JVTZH&""6!9
\DIEI ! 'GQQ"&IH&"FGQ"PJ'HGQ"K&"Z&QR"'"G"6!9
Sustituyendo:
\JVTZH& ! "KI@"!"$"#I8H ! ##IM8""!
Considerando que no existe este valor comercial real, entonces se toma el valor
inmediato superior comercial de 15A.
Bomba de aguas grises: Para el cálculo de la bomba para aguas grises se tiene una
altura de succión de 1.88 m, la altura de la planta de la casa es de 3.05 m y la altura del
tinaco es de 0.99 m, por lo tanto se tiene:
Sustituyendo en [6]:
=5,4)-"C0,-5"!"#ILL"1"E"6@I$H"1"E$IKK"19!HIK8"1"
Dado que la altura es de aproximadamente 6 m y se trata de una aplicación residencial,
se utilizará la misma bomba de ! HP marca Siemens que se utilizó para la bomba de
agua potable, por lo tanto se va a contar con un flujo de 135 lpm.
Tomando como referencia el cálculo de la bomba anterior, se deben de calcular los
mismos parámetros para este caso, tomando en cuenta los valores respectivos en
cuanto a la altura de succión, así como para la capacidad del tanque para las aguas
grises que es de 400 litros.
Sustituyendo en [7] para la obtención de la potencia de la bomba:
#A ! @O@"$"IK"$"#I8H ! J#KIM8H""O Para el cálculo de la potencia de arranque se sustituye en [8]:
#! ! @"$"J#KIM8H ! #8HLILOH""""""""O""
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 59
Tiempo de operación sustituyendo en [9]:
HU# !"J$$"L
#@H""L7N"I! 8IKM8""N"I
Energía almacenada sustituyendo en [10]:
XK<J ! 8$H"O""$"JI#"Y ! LHJILH""OY" Consumo de arranque sustituyendo en [11]:
%GIZTNG"K&"JQQJIST& ! "#8HLILOH"O"$"@Z"$"#Y
@M$$Z! #I$JK""OY
"
Consumo de operación sustituyendo en [12]:
%GIZTNG"K&"GF&QJ'".I ! "J#KIM8H"O"$"8IKM8"N"I"$"#Y
M$"N"I! 8$IO#H"""OY"
Consumo de la bomba sustituyendo en [13]:
%GIZTNG"WGNMJ ! #I$JK""OY E 8$IO#H"OY ! 8#IOMJ"OY
"
Tiempo de vaciado del tanque sustituyendo en [14]:
C'*1&0"2*"P-+'-20"2*5",-/G4*"!"J$$"5"7"K$"572<-"!"JIJJ"2<-3"
Por lo tanto se tiene que el tanque se vaciaría cada 4 días y medio, pero dado que se va
a utilizar un electronivel que no permitirá que el tanque se vacíe por completo, se
considerará que la bomba se accionará cada 3 días, esto con el objetivo de que el
sistema fotovoltaico garantice el encendido de la bomba aún cuando se tenga un mayor
consumo al promedio.
Para el cálculo de la corriente del interruptor termomagnético se sustituye en [15]:
\JVTZH& ! "KI@"!"$"#I8H ! ##IM8""!
Considerando que no existe este valor comercial real entonces se toma el valor
inmediato superior comercial de 15 A.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 60
Bomba de agua de presa: Para el bombeo del agua de la presa se va a utilizar una
motobomba de la misma capacidad que las anteriormente calculadas que son de un
valor de ! HP. Ya que el agua no va a ser bombeada verticalmente sino
horizontalmente, y si tomamos en cuenta los cálculos anteriores y la curva de potencia
de flujo de la motobomba, se puede estimar que para un bombeo horizontal de
aproximadamente 25 metros la bomba no tendrá ningún problema para entregar un flujo
aceptable.
La potencia de arranque y de operación serán iguales a los valores de las otras dos
bombas, el consumo de esta bomba será mínimo, ya que sólo se va utilizar en casos
donde no se tenga la suficiente captación de agua de lluvia para la vivienda por lo que
no contará con control automático o electronivel así que deberá ser operada
manualmente cuando se requiera. Aún tomando en cuenta esto, es necesario que el
sistema fotovoltaico, que dotará de energía eléctrica a la vivienda, garantice que se
pueda utilizar la bomba para cuando sea necesaria, por ello, a continuación se calcula
el tiempo de operación de la bomba para un volumen de 2500 litros, de manera que
pueda ser tomado en cuenta para el cálculo del sistema generador:
Tiempo de operación sustituyendo en [9]:
HU# !"8H$$"L
#8$""L7N"I! 8$IL@""N"I
3.3.4 Calentador Solar
Para la obtención de agua caliente se utilizará un colector solar de placa plana, este
colector consiste en una caja herméticamente cerrada, con una cubierta de vidrio, y en
su interior se ubica una placa de absorción que está en contacto con unos tubos por los
que circula el líquido a calentar, el termotanque y la estructura de soporte, como se
observa en la figura 3.10.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 61
Fig. 3.10 Calentador Solar.
El colector solar tiene un área de captación de 1.8m2, un tanque de almacenamiento de
200 litros y una estructura de soporte con una inclinación de 20º. El colector solar
deberá estar orientado al sur, por lo que estará instalado sobre el techo que cubre las
habitaciones 1 y 2 y sustituirá por completo al calentador de gas. Las especificaciones
del colector solar que se instalará, son las siguientes:
Tabla 3.6 Especificaciones del colector solar.
!"#$"%&%'&()*)#+'&,-+.&()) &($&!-/-!+!-"%&()
!".&!'",)(".+,)
'012)345)#6748065) !"#$%&
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,4>FG80;04=72)4H748028)) 123-42&5-462.2&27&8"$4"&
&(',@!'@,+)B&)("$",'&))
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(-('&#+)-%'&I,+.)
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-=>50=6>0J=)2)D=9F52)34)FL2):M<) ;%&'<&2&=<&
$84L0J=);DH0;6)34)21486>0J=):N9O>;P<) ')&
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 62
Con el uso de este sistema se puede calentar el agua a temperaturas promedio anuales
de 45° C hasta 55º C y almacenarla en el termotanque para utilizarla en el momento que
se requiera.
Cuando hay nublados continuos con sol difuso, los paneles son capaces de calentar el
agua a la temperatura requerida, y de esta forma el ahorro energético también es muy
significativo, ya que aunque no se tenga sol radiante el panel solar calienta el agua y la
mantiene caliente hasta por 72 hrs.
Las principales ventajas de estos colectores son las siguientes:
! No producen contaminación
! No consumen ningún tipo de energía no renovable
! Su montaje es sencillo
! Necesitan un mantenimiento mínimo
! Su construcción no es complicada
! La durabilidad del sistema aproximada mínima es de 20 años.
3.3 Instalaciones Eléctricas
Para diseñar la instalación eléctrica de la casa, primeramente es necesario desarrollar
un plano eléctrico, en el cual se indique donde se van a ubicar las luminarias y los
contactos. Para ello es importante tomar en cuenta que se debe mantener una
iluminación confortable ocupando la menor cantidad de lámparas posibles y sólo los
electrodomésticos indispensables, esto con el objetivo de disminuir el tamaño y por lo
tanto el costo inicial del sistema generador.
El diseño de toda la instalación eléctrica, del sistema fotovoltaico y de todos sus
accesorios, deberán ejecutarse de acuerdo a lo requerido por la norma NOM-001-
SEDE-2005:
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 63
1. Toda la tubería deberá registrarse cada 20 metros o después de 2 dobleces de
90º.
2. Se deben considerar en juntas constructivas coples flexibles.
3. Todas la cajas de conexión deben estar aterrizadas
4. Todos los cables deberán tener aislamiento THW-LS a 75ºC., 600 V.
5. Todos los circuitos deberán cablearse de acuerdo al siguiente código de colores:
Tabla 3.7 Código de colores para conductores.
Descripción 220/127 V
Fase A Negro
Fase B Rojo
Fase C Azul
Neutro Blando
Tierra Negro o Desnudo
Y en caso de que no se fabriquen en estos colores deberán marcarse en los
puntos de conexión.
6. Todos los empalmes deberán soldarse o colocarles conector mecánico, cónico.
7. Los contactos estarán a una altura de 0.40m S.N.P.T., a menos que en el plano
se indique otra altura.
8. Todos los apagadores estarán montados a 1.10m S.N.P.T. a menos que en el
plano se indique otra altura.
9. Los circuitos de la fuente fotovoltaica y los circuitos de salida fotovoltaica no
deben estar contenidos en la misma canalización, charola, cables, cajas de salida
o cajas de empalme o accesorios similares, junto con los circuitos alimentadores
o derivados de otros sistemas.
10. Los conductores y equipos del circuito de la fuente fotovoltaica, del circuito de la
salida fotovoltaica, del circuito de salida de la unidad de acondicionamiento de
potencia y del circuito de la batería de almacenamiento deben estar protegidos.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 64
11. Deben proveerse medios para desconectar equipos tales como inversores,
baterías, controladores de carga y similares, de todos los conductores no puestos
a tierra de todas las fuentes.
3.3.1 Análisis de Consumo Eléctrico
Para dimensionar un sistema fotovoltaico correctamente es necesario conocer el
consumo eléctrico promedio que se va a tener en la casa, para determinarlo se
multiplica la potencia del equipo conectado, por las horas diarias de uso, entre los días a
la semana en que se ocupa el equipo:
%GIZTNG !#"$ "YGQJZ "K& "TZG "K"JQ"G
]<JZ "K&"TZG "J "LJ "Z&NJIJ [16]
Donde:
:0/3410"!"QRS72<-"
%"!"&0,*/+'-"2*5"*G4'&0"+0/*+,-20"6QR9"
Las potencias dependerán del modelo y marca de los equipos que se seleccionen:
! Para la iluminación se utilizarán lámparas fluorescentes compactas marca
Ablamp, de modelo AS-20W para los interiores y AS-25W para los exteriores,
estas lámparas están diseñadas para ser utilizadas a 12 y 24 V de corriente
directa (VCD) y tienen las siguientes características:
Tabla 3.8 Especificaciones de las lámparas.
Modelo AS-20W AS-25W
Tensión 24 VCD (18-28V) 24 VCD (18-28V)
Potencia nominal 20 W 25 W
Flujo luminoso 1150 Lm 1400 Lm
Temperatura de color 2700K, 6400K 2700K, 6400K
Base de lámpara E27, B22, E26, E14 E27, B22, E26, E14
Tiempo de vida 8,000 hrs 8,000 hrs
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 65
El objetivo de elegir lámparas de corriente directa, aun cuando son más costosas, es
para evitar las pérdidas que se tienen en el inversor.
El análisis de consumo en iluminación, debe considerar que la casa estará habitada por
los 4 habitantes durante toda la semana, y que hay lámparas que sólo estarán
encendidas por cortos periodos de tiempo, como lo es en los pasillos, vestidores y en
este caso el área de despensa. Tomando esto en cuenta el consumo de energía
eléctrica en iluminación es el siguiente:
Tabla 3.9 Consumo eléctrico en iluminación
RC<7)'>A4:7C47@)
#?3<:847)ESTF)
Q?C7@);47C47@)
STHU;47C4?@)
/D7@)7)57)@<A7:7)
STHU@<A7:7)
STHU;D7)BC?A<;4?)
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)'*+#*,&-(+# ")"+# '# ")!+# %# ")($# ")!+#
."/0*12'( !# ")"+# !# ")"+# %# ")!$# ")"+#
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!"#$%&'&(5( !# ")"+# '# ")"&# %# ")$+# ")"&#
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3&42(6( !# ")"+# !# ")"+# %# ")!$# ")"+#
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7/081*2( +# ")"+# '# ")!+# %# ")($# ")!+#
9&-&( +# ")"+# *# ")+# %# !)$# ")+#
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<&=&12(>(
)-&+#?&12(!# ")"+# '# ")"&# '# ")!(# ")"'#
)&0*2( !# ")"+*# !# ")"+*# %# ")!%*# ")"'#
7@0"'*2'"/( *# ")"+*# !)*# ")!:# %# !)'!+# ")!:#
ABAC<( +&# ")**# # !)+*# # ()*+%# !)++#
El consumo promedio de los electrodomésticos debe estar basado en los hábitos
promedio de la población, para este caso se tomaron los valores que proporciona CFE
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 66
tanto para la potencia de los electrodomésticos (con excepción del refrigerador), como
para las horas y días de uso.
Tabla 3.10 Consumo eléctrico de electrodomésticos.
!7C=7@) !7:34;7;)#?3<:847)ESTF)
Q?C7@);<)&@?)
STH)U;D7)
/D7@)7)57)@<A7:7)
STHU@<A7:7)STHU;D7)BC?A<;4?)
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%W)8?5?C)EXYZZF) !# ")"%# &# ")$+# %# +):$# ")$+#
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-@3\C<?) !# ")"%*# $# ")'"# %# +)!"# ")'"#
]48C??:;7@) !# !)+# ")+*# ")'"# %# +)!"# ")'"#
#57:8H7) !# !# '# ')""# +# &)""# ")(&#
'[AB7C7@);<)A<@7)
'# ")!+# +# ")+$# %# !)&(# ")+$#
%(%"') # ')'!+*# # &)%+# # '")%(# $)$"#
La potencia de operación de las bombas, sus potencias y tiempos de uso están
indicados anteriormente y su consumo es el siguiente:
Tabla 3.11 Consumo eléctrico de bombeo.
!7C=7@) !7:34;7;)#?3<:847)ESTF)
#?3<:847);<)7CC7:^><)ESTF)
%4<AB?);<)&@?)
/D7@)7)57)@<A7:7)
STHU@<A7:7)
STHU;D7)BC?A<;4?)
J?AP7)XU_Q#))
!# ")':$# !)!(+# :)!&#=8>)# +)*# ")!%# ")"+#
J?AP7)XU_Q#))
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J?AP7)XU_Q#)
!# ")':$# !)!(+# +")('#=8>)# !# ")':# ")"&#
%(%"') '# !)!(+# ')*$&# # # ")&!# ")":#
Por lo que se tiene un consumo total de 171.07 kWh mensuales.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 67
3.3.2 Dimensionamiento del Sistema Fotovoltaico
Lo primero que se tiene que hacer para dimensionar el sistema fotovoltaico, es
determinar la cantidad de Amperes-hora diarios y proponer el modelo de las baterías así
como del voltaje al que trabajaran, los voltajes comunes a los que trabajan los sistemas
de baterías para alimentar una casa habitación son de: 12, 24 y 48 VCD. En este caso
se instalará un sistema a 24VCD, para disminuir la corriente y poder alimentar
directamente a las luminarias.
Para calcular los Amperes hora por día se utiliza la siguiente fórmula:
!NF&Q"YGQJ"FGQ"K<J" !6 %GIZTNG"&I"%!&P"'"&I'"J"K&L""IR&QZGQ
E'GIZTNG"&I"%]9
^ [17]
Donde:
=1&*)"S0)-"&0)"2<-"!=TS72<-
:0/3410"*/":="!"+0/3410"*/"+0))'*/,*"-5,*)/-"6RS72<-9"
:0/3410"*/":B"!"+0/3410"*/"+0))'*/,*"2')*+,-"6RS72<-9"
A""!"A05,-U*"2*5"3'3,*1-"6A9"
"
Por lo tanto para la casa se tiene:
Tabla 3.12 Amperes-hora por día
Carga en CA (Whr/día)
Eficiencia Inversor
Carga en CD (Whr/día)
Voltaje del sistema A-h/día
4483.96 0.9 1305.03 24 262
Las baterías que se utilizarán son de la marca Concorde SunXtender, con una
capacidad de 212 Ah, cuyas características son las siguientes:
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 68
Tabla 3.13 Especificaciones de la Batería Concorde SunXtender.
Modelo PVX212OL
Voltaje [V] 12
Capacidad [Ah] 212
Largo [cm] 53
Ancho [cm] 22
Espesor [cm] 27
Peso [kg] 62.7
Con estos parámetros se procede a calcular la cantidad de baterías en paralelo por
medio de la siguiente fórmula:
WJH&Q<JZ"&I"FJQJL&LG !
!YK<J
"$"K<JZ"K&"JTHGIGN"J""
L"N"H&"K&"K&Z'QJ[J'JFJ'"KJK"K&"LJ"MJH&Q"J [18]
Donde:
=S72<-"!"=1&*)"S0)-3"&0)"2<-"
:-&-+'2-2"2*"5-"?-,*)<-"!"=S"
Por lo tanto para la casa se tiene:
Tabla 3.14 Baterías en Paralelo
Ah/día Días de
autonomía Limite de descarga
Capacidad de la batería (Ah)
Baterías en Paralelo
262 2 0.5 212 4.94
Ahora para obtener el voltaje deseado, es necesario determinar la cantidad de baterías
en serie, para después obtener las baterías totales. Esto se realiza de la siguiente
manera:
V-,*)<-3"*/"3*)'*" = ^Z
^M [19]
Donde:
A3"!"P05,-U*"2*5"3'3,*1-""6A9"
A?"!"P05,-U*"2*"5-"?-,*)<-"6A9"
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 69
V-,*)<-3",0,-5*3"!"V-,*)<-3"*/"&-)-5*50"W"V-,*)<-3"*/"3*)'*"""""""""""""""""""[20]""
La cantidad de paneles solares deberán de ser los suficientes para cargar las baterías
con la luz solar existente en la zona. Para este caso se utilizarán paneles solares de la
marca Kyocera con una potencia nominal de 205 W y cuyas características son las
siguientes:
Tabla 3.15 Especificaciones del panel solar Kyocera.
Modelo KD 205GX
Potencia Nominal [W] 205
Corriente a máx. Potencia [A] 7.71
Voltaje a máx. Potencia [V] 26.6
Corriente de corto circuito [A] 8.36
Voltaje de corto circuito [V] 33.2
Largo [cm] 1.5
Ancho [cm] 1
Espesor [cm] 3.6
Peso [Kg] 18.5
Para determinar la cantidad de paneles solares, primeramente se procede a calcular la
corriente pico del arreglo, para determinar los módulos en paralelo y por medio del
voltaje determinar el número de módulos en serie. Esto se realiza con las siguientes
fórmulas:
"""""""""""""""""""""""""""""=1&*)"&'+0"2*5"-))*F50" =
JNF&Q "YGQJ "FGQ "K"J&P"'"&I' "J "K& "LJ "MJH&Q"J
_OY7N87K"J [21]
""""""""""""""""""""""""""""X.24503"*/"&-)-5*50" = JNF&Q "F"'G "K&L "JQQ&[LG
'GQQ"&IH& "F"'G "K&L "NGKTLG [22]
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""X.24503"*/"3*)'*" = RGLHJV& "K&L "Z"ZH&NJ
RGLHJV& "IGN"IJL "K&L "NGKTLG [23]
"""""""""""""""""""""""""""""X.24503",0,-5*3" = X.24503"*/"3*)'*"Y"1.24503"*/"&-)-5*50""""""""""""""""[24]
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 70
Por lo tanto para la casa se tiene:
Tabla 3.16 Cantidad de paneles
Eficiencia de la Batería
Horas pico solares
Amper pico del arreglo
Amper pico del modulo
Voltaje nominal del módulo
0.9 5.43 53.60 7.71 24
Módulos en Serie
Módulos en paralelo
TOTAL DE MODULOS
AREA OCUPADA (m2)
1 6.95 7 10.5
La corriente del controlador se calcula multiplicando la cantidad de módulos en paralelo
por la corriente de corto circuito del módulo:
Tabla 3.17 Especificaciones de la Batería SunXtender.
Corriente de corto circuito del módulo Módulos en paralelo Corriente del controlador
8.36 7 73.15
Para manejar esta corriente se hará uso de dos controladores de 40 A de la marca
Xantrex modelo C40, cuyas características son las siguientes:
Tabla 3.18 Características del controlador Xantrex
Modelo C-40
Voltaje[V] 12/24/48
Corriente de Carga Nominal [A] 40
Corriente FV Nominal [A] 40
Largo [Kg.] 25.4
Ancho [Kg.] 12.7
Espesor [Kg.] 6.4
Peso [Kg.] 1.1
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 71
Los controladores se conectarán en paralelo y serán los encargados de supervisar la
carga y descarga de las baterías.
Por último, para seleccionar el inversor que transformará la energía de las baterías en
corriente directa a corriente alterna, se debe tomar en cuenta que el inversor debe poder
brindar la corriente necesaria para arrancar las bombas y cargas simultáneas.
Para este caso se considerará, que de manera simultánea, se podrán mantener
encendidos: el refrigerador, la televisión, la computadora, la lavadora, el estéreo el
microondas y 2 bombas por lo que se tiene un total de 2.97 kW.
Por lo que para el sistema propuesto se utilizará un inversor de 3000 W con una salida
de 120 V en corriente alterna, con una frecuencia de 60 Hz. El inversor seleccionado es
de la marca Samlex y sus especificaciones son las siguientes:
Tabla 3.19 Características del inversor Samlex.
Modelo S 3024A
Parámetros de Salida
Potencia Continua 3000 W
Potencia Máxima (3 seg.) 4500 W
Voltaje y Frecuencia Estándar 120 VCA, 60Hz " 10%
Factor de Potencia 0.8-1
Protección del lado de la carga: 40 A
Parámetros de entrada
Corriente Nominal 180 A
Corriente de Corto Circuito 540 A
Voltaje Nominal 24 VCD
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 72
A continuación se muestra el diagrama unifilar de la instalación fotovoltaica completa:
Arreglo FV
7x1
205 Watts
Controlador
de carga
Banco de
baterías
5x2
212 Ah
Inversor
3000 Watts
20 Luminarias
de 20 Watts y
6 Luminarias
de 25 Watts
1x40 A
18
Contactos
de 180
Watts
3 Bombas
de ! Hp
1x30 A1x30 A
1x30 A
Fig. 3.11 Diagrama Unifilar del Sistema Fotovoltaico
Como se puede observar, la carga total se distribuirá en 3 circuitos, considerando 1
circuito en corriente directa únicamente para luminarias, 1 para contactos, y 1 para las
bombas.
Debido a la carga obtenida y al voltaje requerido, el sistema eléctrico más adecuado es
un sistema monofásico a dos hilos, distribuido en los 3 circuitos mencionados.
Para el cálculo de los conductores que van desde los módulos hasta las baterías, se
hará uso de las tablas de conductores de la NEC (National Electrical Code) y para los
demás cálculos, como el diámetro de la tubería y los conductores de los circuitos
derivados, se hará uso de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005.
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 73
Según la NEC, el conductor que conecta a los módulos, el controlador y las baterías,
tiene una corriente máxima de:
Z"[\:]!"6Z++"1.24503"Y"[0I"X.24503"*/"&-)-5*509"Y"#I8H"Y"#I8H"""""""""""""""""""""""[25]"
Donde:
Z"[\:]"!":0))'*/,*"2*"0&*)-+'./"6=9
Z++"!":0))'*/,*"2*"+0),0"+')+4',0"2*"503"&-/*5*3"305-)*3"6=9"
Sustituyendo:
Z"[\:]"!"6LI@M"="Y"O9"Y"#I8H"Y"#I8H"!"K#IJ"="""""""""""""""""""""""""""""""""
Para una corriente de 91.4 A, se necesitan conductores eléctricos con aislamiento tipo
THW calibre # 4 que transportan hasta 105 A, al aire libre. (Ver tabla A.4 de conductores
Apéndice A).
El conductor que va del banco de baterías al centro de carga en corriente directa, se
estima por medio de la siguiente corriente:
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""Z"[\:]"!"6:-)F-"*/":B7"A05,3":B9"Y"#I8H""""""""""""""""""""""""""""""""""""[26]"
Z"[\:]"!"6HH$"=7"8J"A9"Y"#I8H!8LIM"=""
Para una corriente de 28.6 A, se necesitan conductores con aislamiento tipo THW
calibre # 10 que transportan hasta 30 A. (Ver tabla A.4 de conductores Apéndice A).
Para continuar, la corriente máxima que deberá transmitir el conductor desde el banco
de baterías al inversor es la siguiente:
Z"[\:]!"6%0,*/+'-"2*5"Z/P*)30)7\;'+'*/+'-"2*5"Z/P*)30)"7P05,-U*"2*5"3'3,*1-":B9"Y"#I8H""""[27]"
Donde:
Z"[\:]!:0))'*/,*"2*"0&*)-+'./"6=9"
%0,*/+'-"2*5"Z/P*)30)"6R9"
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 74
Sustituyendo:
Z"[\:]"!"6#H$$"R"7"$IK"7"8J"A9"Y"#I8H"!"LMIL"="
Para una corriente de 86.8 A, se necesitan conductores eléctricos con aislamiento tipo
THW calibre # 2 que transportan hasta 95 A. (Ver tabla A.4 de conductores Apéndice
A).
3.3.3 Cálculo de los circuitos derivados
El circuito de iluminación (C-1) utilizará el mismo conductor que se utilizo del banco de
baterías al centro de carga, por lo que se utilizarán conductores del calibre 10 AWG con
aislamiento tipo THW.
El circuito utilizado para los contactos (C-2) alimentará un total de 18 contactos de
180W cada uno, por lo que la corriente que circula por los alimentadores del circuito es
la siguiente:
[28]
Donde:
Z"!":0))'*/,*"&0)"+0/24+,0)"6=9"
%"!"%0,*/+'-",0,-5"6R9"
A"!"P05,-U*""*/,)*";-3*"^"/*4,)0I"
;5-)`)a)b*;95<)8()c59(7;/*)"
Los valores que se tomarán son los siguientes:
P = 3312.5 (W)
Voltaje = 127 (V) F.P. = 0.9
Por lo tanto, sustituyendo en la fórmula se obtiene:
I = 3312.5 W 127 V x 0.9
"
cos
PI
V #$
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 75
Z"!"8LIK"="
Para una corriente de 28.9 A, se necesitan conductores eléctricos con aislamiento tipo
THW calibre 10 AWG que transporta hasta 30 A en condiciones normales. (Ver tabla
A.1 de conductores Apéndice A).
Por último, para el conductor del circuito de bombeo (C-3), la corriente que circula por
los alimentadores del sistema de dos hilos se calcula sustituyendo en [28]:
I = 2364 W 127 V x 0.9
Z"!"8$IO""="
Para una corriente de 20.7 A, se necesitan conductores eléctricos con aislamiento tipo
THW calibre 12 AWG que transportan hasta 25 A en condiciones normales. (Ver tabla
A.1 de conductores Apéndice A).
Para la tubería del circuito de iluminación se tienen dos conductores calibre 10 AWG
ocupan un área total de 13.64 mm2 según la tabla de área de conductores de cobre
(NOM-001-SEDE-2005). Tomando en consideración el factor de relleno de los tubos
cónduit (40% de su área interior) según la tabla de diámetros y áreas interiores, dos
conductores calibre 10 AWG deben alojarse en tubería cónduit de 13 mm de diámetro,
ya que de esta pueden ocuparse hasta 78mm2.
!
Para el circuito de contactos (C-2) se tienen dos conductores calibre 10 AWG, que
ocupan un área total de 13.64 mm2 según la tabla de área de conductores de cobre
(NOM-001-SEDE-2005). Tomando en consideración el factor de relleno de los tubos
cónduit (40% de su área interior) según la tabla de diámetros y áreas interiores, dos
conductores calibre 10 AWG deben alojarse en tubería cónduit de 13 mm de diámetro,
ya que de esta pueden ocuparse hasta 78mm2.
!
!"#$%&'()*+)#,(#&-.%")/-).('&!012 76
Para el circuito de bombeo, se tienen dos conductores calibre 12 AWG, que ocupan un
área total de 3.31 mm2 según la tabla de área de conductores de cobre (NOM-001-
SEDE-2005). Tomando en consideración el factor de relleno de los tubos cónduit (40%
de su área interior) según la tabla de diámetros y áreas interiores, dos conductores
calibre 12 AWG deben alojarse en tubería cónduit de 13 mm de diámetro ya que de esta
pueden ocuparse hasta 78mm2.
Para proteger a los circuitos, de acuerdo al calibre de los conductores alimentadores, el
interruptor será un termomagnético de 1x30 A, según lo indicado en la NOM-001-SEDE-
2005.
En resumen, las características de los circuitos derivados se muestran en la tabla 3.20.
Tabla 3.20 Conductores, tuberías y protecciones de los circuitos derivados.
Circuito Conductores Tubería Termomagnético
Iluminación (C-1) 10 AWG 13 mm 1x30 A
Contactos (C-2) 10 AWG 13 mm 1x30 A
Bombeo (C-3) 12 AWG 13 mm 1x30 A
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CAPÍTULO 4. ANÁLISIS ECONÓMICO DEL PROYECTO
4.1 Introducción
En este capítulo se exponen y evalúan los costos y beneficios de los sistemas
propuestos, también se muestra la comparación de los costos cuando se instala, el
sistema fotovoltaico y cuando se hace uso de la conexión a la red eléctrica. Así mismo
se presentan los beneficios económicos y ecológicos, obtenidos debido al uso de los
sistemas propuestos.
4.2 Análisis de Costos
El análisis de costos es el proceso de determinar los recursos económicos necesarios
para llevar a cabo el proyecto, y de esta manera determinar la factibilidad de desarrollar
el proyecto o simplemente decidir que dicha implementación es muy costosa y por lo
tanto no es viable llevarlo acabo, debido a que significaría un gasto económico elevado,
para los beneficios que el proyecto brindaría.
A continuación en la tabla 4.1 se muestran los costos de todos los materiales y equipos
empleados en el sistema hidráulico de la casa, estos costos incluyen la tubería, las
cisternas y los tanques elevados.
Tabla 4.1 Costos de la instalación hidráulica.
Concepto Cantidad
Costo por unidad o
metro lineal
Importe
Tinaco Rotoplas Cap. 1100 l 1 $1,300.00 $1,300.00
Tinaco Rotoplas Cap. 400 l 1 $425.00 $425.00
Cisterna Agua Pluvial 1 $30,536.35 $30,536.35
Cisterna Agua Gris 1 $900.00 $900.00
Filtro Agua Pluvial 3 $600.00 $1,800.00
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Filtro Agua Gris 3 $650.00 $1,950.00
Tubería de PVC S. 2" 26 $15.00 $390.00
Tubería de PVC S. 3" 6 $26.67 $160.00
Tubería de PVC S.4" 34 $33.33 $1,133.33
Tubería de PVC S. 6" 11 $58.33 $641.67
Tubería de Fofo 6” 6 $139.00 $834.00
IVA (15%) $6,010.55
TOTAL $46,080.90
De la tabla anterior, cabe destacar, que la mayor diferencia que se tiene con una casa
convencional, es la cisterna de agua pluvial y los filtros, de los que el costo puede
parecer elevado, pero esto, permitirá no depender del sistema de agua potable
municipal y por lo tanto un ahorro económico a largo plazo, debido a que no existiría un
pago por el consumo de agua municipal. La tubería de cobre no se incluye en esta
cotización, debido a que se utiliza para las instalaciones de distribución, misma que se
ocuparía en una casa convencional.
Para el caso de la instalación eléctrica, los costos consideran las luminarias y las
motobombas, debido a que son equipos que se proponen y se especifican en el capítulo
anterior, y además el sistema fotovoltaico está calculado en base al consumo de estos
equipos. El costo de la instalación eléctrica, se desglosa en la tabla 4.2.
Tabla 4.2 Costos de la instalación eléctrica.
Concepto Cantidad Costo por
Unidad Importe
Luminarias 24VCD 20 W 20 $76.00 $1,520.00
Luminarias 24VCD 26 W 6 $84.00 $504.00
Motobombas 3 $1,090.00 $3,270.00
Cableado - - $10,200.00
IVA (15%) $2,324.10
TOTAL $17,818.10
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Los costos del sistema fotovoltaico propuesto en el capítulo anterior son los siguientes:
Tabla 4.3 Costos del sistema fotovoltaico.
Equipo Cantidad Costo por unidad Importe
Paneles Solares Kyocera
KD205GX 7 $6,944.90 $48,614.30
Baterías Concorde
SunXtender 212 Ah 10 $4,509.68 $44,194.82
Inversor Samlex 3000 W 1 $11,776.90 $8,500.00
Controlador Xantrex
C-40 2 $1,567.36 $3,134.73
IVA (15%) $16,158.11
TOTAL $123,878.85
Un sistema fotovoltaico requiere un fuerte desembolso de capital inicial, pero los gastos
de gestión y de mantenimiento son muy reducidos. Sin embargo, la principal ventaja es
que por la utilización de este sistema no se debe pagar dinero, puesto que la energía
solar es gratuita y está presente, aunado a que se evitan emisiones de gases
contaminantes a la atmósfera. [7]
4.3 Análisis de Factibilidad
El estudio de factibilidad permite determinar si el proyecto será viable o no, y en cuales
condiciones se debe desarrollar para que sea exitoso.
El objetivo central del estudio de factibilidad se basa en la necesidad de que cada
inversión debe de estar debidamente fundamentada, donde las soluciones técnicas,
medio ambientales y económicas-financieras sean las más ventajosas. Por otra parte
debe garantizar que los planes para la ejecución y puesta en operación de la inversión
respondan a las necesidades económicas reales del proyecto.
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!
"#!
Para determinar la factibilidad económica del sistema hidráulico se deberán de analizar
los costos del equipo a lo largo de su vida útil, y compararlos con los costos en caso de
consumir agua de la red de suministro municipal.
Para este análisis se tomará un tiempo de 20 años, que es el tiempo de vida útil de los
tanques elevados y se calculará el costo del consumo total que se tendría en caso de
contratar el servicio de agua potable de la red de suministro municipal.
En una casa convencional, el consumo total de agua por persona es de 186 litros
diarios, y con equipos ahorradores es de 93.5 litros [12]. Por lo tanto se toma en cuenta
que actualmente, el costo real por el suministro de agua a nivel nacional es de
aproximadamente $12.50 y se considera una tasa de crecimiento anual proporcional al
crecimiento promedio del índice de precios y cotizaciones (INPC), que es del 4%, a lo
largo de 20 años, el costo total por el suministro y el costo total por el sistema de
captación y reutilización se muestran en la tabla 4.4 y se representan en la figura 4.1.
)
Tabla 4.4 Costo total del consumo de agua potable en 20 años.
Suministro de agua municipal
(CONAGUA)
Suministro de agua por captación
pluvial
$53,718.80 $46,080.90
!"#$%&'()*+)",-'././)0!(,12.!()30')#4(50!%() !
!
"#!
Fig. 4.1 Costo total del consumo de agua potable en 25 años.
El costo total por consumir agua de la red de suministro municipal es mayor
aproximadamente en 8 mil pesos, cantidad que inicialmente parece pequeña. Sin
embargo, la principal ventaja que presenta el sistema de captación pluvial es que de
implementarse, no se estaría consumiendo agua del suministro público por lo que el
agua sería relativamente gratis y además se ayudaría abatir el agotamiento y escasez
del agua potable. Aunado a esto, en caso de contratar el servicio de agua potable
municipal, sería necesario extender las redes de distribución de agua potable y drenaje
hasta la casa, desgraciadamente, la CONAGUA no brinda el acceso a los costos que
manejan para extender los servicios de agua y drenaje, por lo que no se tomarán en
cuenta para el desarrollo de este proyecto.
En resumen los costos, ventajas y desventajas de los sistemas de suministro de agua
se exponen en la tabla 4.5.
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!
"#!
Tabla 4.5 Costos, ventajas y desventajas de los sistemas de suministro de agua potable en la
CEA.
Concepto Suministro de agua
municipal
Suministro de agua por
captación pluvial
Costo total 20 años $53,718.80 $46,080.90
Litros ahorrados por
año 0 116,800
Ventajas · Consumo ilimitado
· Relativamente buena calidad
del agua para su consumo.
· No requiere energía para la
operación del sistema
· Bajos costos de mantenimiento y
operación.
· Sistema independiente y por lo
tanto ideal para comunidades
dispersas y alejadas.
· No se paga por el suministro de
agua.
· Ayuda a abatir el agotamiento y
escasez del agua potable.
Desventajas
· Difícil conexión al sistema hidráulico para comunidades
aisladas.
· Costos tarifarios en continuo
aumento.
· Altos costos de operación y
mantenimiento
· Alto costo inicial que puede impedir su implementación por parte de las
familias de bajos recursos
económicos.
· La cantidad de agua captada
depende de la precipitación del lugar
y del área de captación.
· Se necesita filtrar y desinfectar el
agua para poder utilizarla
Para determinar la factibilidad económica del sistema fotovoltaico se deberán de
analizar los costos del equipo a lo largo de su vida útil, y compararlos con los costos en
caso de solicitar la conexión a la red eléctrica.
Los costos en que se incurre para generar energía eléctrica y alimentar a la casa, se
pueden clasificar de acuerdo a diferentes criterios. Si se considera el tiempo se habla de
costos iníciales o de capital y de otros costos de funcionamiento que se presentan
posteriormente en el tiempo. Al primer grupo pertenecen todos los cotos en equipos
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!
"#!
instalaciones, derechos de conexión (en el caso de extensión de redes), esto es, todas
las inversiones que hay que hacer para tener un sistema en capacidad de suministrar
energía.
Primeramente es necesario calcular el costo de la instalación fotovoltaica a lo largo de
su vida útil. Los sistemas fotovoltaicos, normalmente se proyectan para 25 años, que es
el tiempo mínimo tiempo de vida útil de los paneles solares:
Tabla 4.6 Costo del sistema fotovoltaico en 25 años.
En este caso el costo de operación a lo largo de los 25 años es nulo, debido a que las
baterías son de libre mantenimiento y las funciones del inversor y controlador son
totalmente automáticas, lo único que sería necesario reemplazar a lo largo de 25 años
serían las baterías, que habría que reemplazar a los 12 años y medio, por lo que habría
que considerar su reemplazo en los costos.
Por otro lado, en caso de consumir energía de la red de suministro eléctrico, se tendría
que pagar mensualmente a un costo estipulado por la tarifa contratada. Aquí es
importante mencionar que la página de Internet de CFE permite observar las tarifas de
energía eléctrica a partir de enero de 1997, hasta la tarifa actual, y a lo largo de estos 12
años los costos de las tarifas no han dejado de aumentar, y su tasa de crecimiento
promedio mensual es de 0.65%.
Equipo Tiempo de
Vida
Costo en 25
años
Paneles Solares Kyocera
KD205GX 25
$48,614.30
Baterias Concorde
SunXtender 212 Ah 12
$88,389.63
Inversor Samlex 300W 25 $11,776.90
Controlador Xantrex C-40 25 $3,134.73
IVA (15%) $22,787.33
TOTAL $151,915.55
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Por lo tanto, para el consumo mensual calculado en el capítulo anterior, de 171.07 kWh,
el costo total por la energía eléctrica para la tarifa doméstica 1 y el costo total del
sistema fotovoltaico, a lo largo de 25 años son los indicados en la tabla 4.7 y se
representan en la figura 4.2.
Tabla 4.7 Costo total del consumo de energía eléctrica en 25 años.
Costo de energía no convencional
(SFV)
Costo de energía convencional
(CFE)
$151,915.55 $ 199,467.43
Fig. 4.2 Costo total del consumo de energía eléctrica en 25 años
Como se observa en la figura 4.1, el costo por el consumo de energía convencional es
mayor por casi 50 mil pesos, esto suponiendo que los costos de generación de energía
eléctrica mantienen un aumento promedio de 0.67% mensual, además de que contratar
el servicio de energía eléctrica por CFE implica que la compañía utiliza combustibles
convencionales para satisfacer la demanda de energía y por lo tanto habrá emisión de
gases contaminantes a la atmósfera.
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Aunado a esto, en caso de contratar el suministro de energía eléctrica por medio de
CFE, además del consumo que se tendrá que pagar a lo largo de los 25 años, es
necesario solicitar la extensión de la línea hasta donde se ubica la casa, para ello, se
debe instalar un transformador para reducir la tensión, debido a que la línea más
cercana es de 23 kV.
Los costos que maneja CFE por obra solicitada para la instalación de un transformador
trifásico y de extensión de línea son los mostrados en las tablas 4.8 y 4.9:
Tabla 4.8 Costos de la instalación de transformadores tipo poste (2 boquillas media tensión).
[17]
Descripción Transformador trifásico. 30kVA-
23000-220Y/127 V
Materiales y equipo de instalación
permanente $59,849.57
Mano de obra $1,974.31
Diseño del Proyecto $238.34
Pruebas para puesta en operación $243.85
Conexión $139.29
Supervisión $141.90
IVA (15%) $9,388.09
TOTAL $71,975.35
Tabla 4.9 Costos de la instalación por kilómetro de distribución aérea (rural). Poste de concreto.
[17]
Descripción
Instalación por kilómetro de distribución aérea rural. Poste de concreto. Tres fases cuatro hilos
23 kV-1/0-AWG-ACSR-PC (RURAL)
Materiales y equipo de instalación permanente
$112,833.41
Mano de obra $36,393.75
Diseño del Proyecto $1,622.00
Supervisión $1,560.88
IVA (15%) $22,861.51
TOTAL $175,271.55
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Por lo que para extender la línea hasta la casa, se tendría que hacer una inversión de
aproximadamente 250 mil pesos. Es lógico que esta extensión de línea beneficiaría no
solamente a la casa objeto de este proyecto, también habría viviendas cercanas que
podrían contar con energía eléctrica, claro está, a una tarifa de acuerdo a su consumo.)
En el área se encuentran solamente 4 viviendas que podrían resultar beneficiadas por
extender la línea, y CFE puede brindar un subsidio del 50% en la instalación de toda la
extensión por lo que se tendrían los siguientes costos:
)
Tabla 4.10 Costos por vivienda de la extensión de línea.)
Descripción Cantidad
Costo de la instalación de transformador tipo
poste media tensión (Tabla 4.5) $71,975.35
Costo de la instalación de distribución (Tabla 4.6) $175,271.55
Número de viviendas beneficiadas 4
Subsidio de CFE 50%
Costo por vivienda $30,905.86
)
Por lo tanto para contratar el servicio de luz eléctrica con CFE se tendría que hacer
primeramente un desembolso de casi 31 mil pesos por vivienda, y además se debería
de continuar pagando el costo de la energía eléctrica según las tarifas impuestas.
A continuación, en la figura 4.2, se muestra una gráfica comparativa en la que se
muestran el costo total del sistema fotovoltaico y el costo total por consumo y extendido
de línea, en caso de contratar por medio de CFE, a lo largo de 25 años. )
)
)
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!
"#!
!
Fig. 4.3 Costos de la energía eléctrica en función del tiempo.
)
El costo inicial del sistema fotovoltaico es muy elevado comparado con el costo inicial
del extendido de la línea, sin embargo dado el aumento continuo del costo en las tarifas,
se puede observar que a lo largo de 25 años se tendrían que gastar aproximadamente
230 mil pesos, mientras que para el sistema fotovoltaico se tienen que invertir 152 mil
pesos. El aumento que se observa en el costo del sistema fotovoltaico en la figura 4.2
es debido al cambio de baterías que se tiene que realizar a los doce años de vida del
sistema.
De la figura 4.3 se puede deducir que en el punto donde se encuentran las dos líneas es
el tiempo de recuperación de la inversión, por lo que el sistema propuesto se
recuperaría en 20 años, y al final de la vida útil del mismo, brinda un ahorro aproximado
de 78 mil pesos al usuario.
Por otro lado, consumir energía de la red eléctrica genera emisiones contaminantes que
se reducen casi en su totalidad al utilizar un sistema fotovoltaico. En promedio, generar
1 kWh de energía en una central termoeléctrica produce 0.6 kilogramos de bióxido de
carbono (CO2) liberados por lo que por el consumo total a lo largo de los 25 años se
liberarían aproximadamente 30,780 kilogramos de CO2, que se evitarían al utilizar el
sistema fotovoltaico. [18]
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Para resumir, en la tabla 4.11 se exponen los costos totales, las emisiones de CO2 y las
principales ventajas y desventajas en caso de contratar el servicio de energía eléctrica
por medio de la CFE y en caso de instalar el sistema fotovoltaico propuesto.
Tabla 4.11 Costos, emisiones, ventajas y desventajas de los sistemas de suministro de energía
eléctrica en la CEA.
Concepto Energía Convencional
(CFE)
Energía no convencional
(Sistema Fotovoltaico)
Costo total en 25 años $230,373.29 $151,915.55
Emisiones de CO2 [kg] 30,780 0
Ventajas · Bajo costo mensual.
· Consumo ilimitado.
· No contamina.
· No consume combustibles.
· No genera residuos.
· No produce ruidos.
· Su instalación es simple.
· Requiere poco mantenimiento.
Desventajas
· Contamina.
· Genera residuos.
· Consumo combustibles.
· Altos costos de operación y
mantenimiento.
· Altos costos de distribución y
transformación.
· Alto costo inicial.
· Moderación en el consumo.
· Desecho de las baterías.
!
4.4 Análisis Costo-Beneficio
El análisis costo-beneficio es un instrumento para formular y evaluar proyectos, trata
acerca de los costos y beneficios de un plan, cuantificando ambos en términos
monetarios y sociales, con el propósito de que los beneficios sean mayores a los costos.
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Para poder llevar acabo el análisis costo-beneficio de la instalación hidráulica debemos
de tomar en cuenta el costo total de toda la instalación (costo) así como de los metros
cúbicos de agua que serán utilizados en la casa (beneficio). Para este análisis se
tomará un tiempo de 20 años, que es el tiempo de vida útil de los tanques elevados.
La relación del costo total de la instalación hidráulica y la demanda total en los 20 años
de uso nos da como resultado el costo estimado por metro cúbico de agua a lo largo de
los 20 años:
Tabla 4.12 Costo-beneficio sistema hidráulico.
Costo total del sistema hidráulico $46,080.90
Demanda anual en la CEA 116.8 m3
Demanda total en 20 años 2336 m3
Costo-beneficio del sistema
hidráulico 19.72 $/m3
Desde este punto de vista económico resulta poco factible el utilizar el sistema de uso
de agua pluvial, sin embargo, es necesario el considerar que el análisis de costos
realizado, le falta considerar el costo de extensión de servicio de agua municipal, lo que
tendrá como consecuencia que la diferencia entre
Para el caso del sistema fotovoltaico es necesario hacer un análisis costo-beneficio para
poder obtener un valor real por kWh a lo largo de 25 años que es el tiempo de vida del
sistema fotovoltaico, y compararlo con el costo total que considera consumir la energía
eléctrica del sistema convencional, para lograr esto es necesario relacionar el valor total
de la instalación y equipo del sistema fotovoltaico a lo largo de los 25 años (costo) y la
energía generada por los paneles a lo largo de los 25 años de vida (beneficio),
El costo por kilowatt hora ($/kWh) es la relación del costo total de la instalación y la
cantidada de kilowatts-hora generados durante los 25 años. Para el sistema propuesto
se tiene:
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Tabla 4.13 Costo beneficio sistema fotovoltaico y convencional.
Costo total del sistema
fotovoltaico $151,915.55
Energía generada anualmente 2805.138 kWh
Energía generada en 25 años 70128.45 kWh
Costo-beneficio del sistema
eléctrico convencional 4.85181 $/kWh
Costo-beneficio del sistema
fotovoltaico 2.11952 $/kWh
Como se puede observar el costo por kilowatt hora que supone el consumo de la red
eléctrica es mayor en un 228% por lo que el sistema fotovoltaico se considera factible
económicamente y ayuda a conservar el medio ambiente.
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Conclusiones
A la culminación de este trabajo se tienen las siguientes conclusiones:
• El potencial técnico y económico de las tecnologías implementadas en la casa es
muy amplio, sin embargo existen influencias geográficas que no permiten
seleccionar los mismos sistemas para cualquier ubicación.
• Para la ubicación exacta de la casa, se demostró que el sistema fotovoltaico y de
captación pluvial propuestos, son económicamente viables, y capaces de brindar
la demanda energética requerida.
• La correcta orientación y aislamiento de una vivienda, brinda una temperatura
confortable sin la necesidad de implementar sistemas de aire condicionado.!
• El colector solar plano es un sustituto efectivo para el calentamiento de agua en
una casa habitación, además representa una solución ecológica y
económicamente viable, debido a la contaminación, escasez y alza de precios del
gas.!
• Los sistemas de generación de energía eléctrica y de captación pluvial
implementados en la casa, permiten disponer de una mayor independencia
energética con respecto a las compañías de electricidad y agua potable.!
• El tiempo de recuperación de los sistemas fotovoltaicos y de captación pluvial
suelen disminuir en función con la distancia a los servicios de energía eléctrica y
de agua potable, respectivamente, debido a los altos costos que representa
extender los servicios a zonas aisladas.!
• A pesar del alto costo inicial de los sistemas fotovoltaicos, resulta ser una
inversión que se puede recuperar con los años, debido al aumento de precios en
los combustibles, que afectan los costos de generación de energía eléctrica.!
• El sistema de captación de agua pluvial, permite contar con agua potable en
zonas donde no se cuente con el servicio, ayudando también a combatir el
agotamiento y escasez de agua.!
• Los equipos ahorradores, como son luminarias, perlizadores, regaderas e
inodoros, también pueden ser instalados en una casa convencional, y pueden
brindar al usuario un ahorro de hasta 80% en iluminación y 40% en el consumo
de agua potable.!
• Una vivienda en armonía con el medioambiente brinda beneficios económicos y
de confort al usuario, y además ayuda a conservar el medio ambiente.!
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Recomendaciones
Tomando en cuenta los estudios de factibilidad de la presente tesis y para el óptimo
desarrollo del proyecto se recomienda lo siguiente:
• Se recomienda de preferencia bañarse por las mañanas una ves que el agua
haya sido calentada por la radiación solar.
• Para el cuidado del agua debe, tomar baños rápidos no mayores de 5 minutos y
mientras se enjabone no dejar la llave de la regadera abierta de preferencia
cerrarla para ahorrar agua.
• Para el lavado de manos cerrar las llaves mientras se enjabonan para no
desperdiciar el agua.
• En los días soleados o cuando se tenga una buena iluminación natural en la casa
no encender los focos de la casa ya que solo seria un gasto innecesario de
energía eléctrica, solo encenderlos en caso de que no se cuente con la suficiente
luz natural dentro de la vivienda.
• Por las noches o cuando se haga uso de energía eléctrica solo se debe encender
los luminarias en las zonas donde realmente se vayan a utilizar, mientras que en
las zonas de la casa que se no se utilicen se debe de mantener apagadas.
• No tener conectado aparatos que consuman energía eléctrica cuando no se
utilizan ya que estos aun sin estar en uso consumen energía eléctrica.
• En los días que no se cuente con mucha radiación solar o días nublados se
recomienda reducir al mínimo el consumo de energía eléctrica.
• Se recomienda limpiar los paneles solares solo con el agua de lluvia pero en caso
de un periodo muy largo sin lluvia, lavarlos solamente con agua.
• Se debe de limpiar los filtros cada 6 meses.
• Se recomienda el lavado de tinacos y cisternas por lo menos 2 veces al año con
equipo y químicos adecuados que garanticen un buen servicio de limpieza.
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Referencias
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Calpe.!
[2] México (2008) Programa Específico para el Desarrollo Habitacional Sustentable ante
el Cambio Climático. 1a edición, CONAVI, México, 2008
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tropical. México, D.F.: Editorial Concepto.
[4] Neufert, E. (1979). El arte de proyectar en arquitectura. Barcelona: G. Gili.
[5] Tonda Juan (2003). El oro solar y otras fuentes de energía. Ed. Fondo de Cultura
Económica, 3era edición. México 2003
[6] Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (1980). Solar engineering of thermal processes. New
York: Wiley.
[7] Lima (2001) Guía de diseño para captación de agua de lluvia. Centro Panamericano
de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente. Organización Panamericana de la
Salud .Lima 2001
[8] Solar Energy International. (2004). Photovoltaics: Design and installation manual:
renewable energy education for a sustainable future. Gabriola Island, B.C.: New Society.
[9] Perales Benito, T. (2007). Guía del instalador de energías renovables: Energía
fotovoltaica, energía térmica, energía eólica, climatización. Mexico, D.F.: Limusa.
[10] International Energy Agency. (2006). Renewable energy: RD&D priorities, insights
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[11] Gutiérrez Vera, J. (2001). Energía renovable en el siglo XXI. México: Senado de la
República.
[12] México. Poder Ejecutivo Federal. (2007). Plan nacional de desarrollo 2007-2012.
México: Secretaría de Hacienda y Crédito Público
[13] Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática, Censos de Población y
Vivienda, 1a edición, INEGI, México, varios años.
[14] Comisión Nacional de Población 2005. Querétaro de Arteaga: Población total,
indicadores socioeconómicos, índice y grado de marginación por localidad, 2005,
CONAPO, México, varios años.
[15] Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica. (2007). Energía racional: Ahorro
de energía eléctrica. México: Contribución al desarrollo sustentable. Fideicomiso para el
Ahorro de Energía Eléctrica.
[16] Crisis energética: ¿un mundo sin petróleo? : en busca de la energía solar. (2005).
Santiago, Chile: Aún Creemos en los Sueños.
[17] Rincón Mejía, E. (1999). Estado del arte de la investigación en energía solar en
México. Cuadernos FICA. México: Fundación ICA.
[18] Comisión Federal de Electricidad. Precio por obra solicitada. Noviembre 2009. CFE.
México 2009.
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[20] Meteonorm 6.0 Global meteorological data base for engineers, planners and
education. Meteotest.
[21] Comisión Estatal de Agua del Estado de Querétaro. 2008
[22] Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005: Instalaciones eléctricas : utilización.
(2007). México, D.F.: Andrade.
Referencias Complementarias
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http://www.cepheus.de/eng/index.html
U.S. Green building council`s. Green Home Guide Beta
http://greenhomeguide.com/
Passive House Institute. Research and development of high-efficiency energy systems.
http://www.passiv.de/
Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI). México
http://www.inegi.org.mx/inegi/default.aspx
Comisión Nacional de Población (CONAPO).
http://www.conapo.gob.mx/
Comisión Federal de Electricidad. Tarifas.
http://www.cfe.gob.mx/es/InformacionAlCliente/conocetutarifa/
Comisión Nacional del Agua.
http://www.conagua.gob.mx/
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Hechos sobre la salud y el medio ambiente. Glosarios
http://www.greenfacts.org/es/glosario/abc
Elmundo.es El líder de información en español. Diccionarios
http://www.elmundo.es/diccionarios/!
Líder mundial de lenguajes. Diccionarios
http://www.babylon.com/definition
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Glosario
Afelio: Punto de la órbita de un planeta que dista más del Sol.
Aguas Grises: Las aguas grises o aguas usadas son las aguas generadas por los
procesos de un hogar, tales como el lavado de utensilios y de ropa así como el baño de
las personas.
Aguas jabonosas: son las provenientes de los lavabos, lavadoras, migitorios de uso
domestico o industrial.
Aguas negras: Tipo de agua que está contaminada con sustancias fecales y orina,
procedentes de desechos orgánicos humanos o animales.
Aislamiento térmico: Capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor por
conducción.
Alero: Parte de la cubierta de los edificios que sobresale de la fachada.
Almacenamiento: Depósito temporal de líquidos o sólidos previo su utilización.
Asoleamiento: Necesidad de permitir el ingreso del sol en ambientes interiores.
Atmosfera: Capa de aire que rodea la Tierra.
Bacteriológico: Rama de la microbiología consagrada al estudio de las bacterias.
Bomba de agua: Dispositivo encargado de transmitir el agua desde un punto a otro.
Cambio Climático: Cambio en el clima, atribuible directa o indirectamente a la actividad
humana, que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la
variabilidad climática natural observada durante períodos de tiempo comparables.
Captación: Consiste en extraer y/o recoger el agua de la naturaleza y almacenarla para
su utilización.
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Carga eléctrica: Se define como una magnitud proporcional a la cantidad de electrones
que posee en exceso o en defecto con respecto a su estado neutro.
Celdas solares: Es un dispositivo que convierte la energía lumínica del sol en
electricidad.
Centrales Eléctricas: es una instalación capaz de convertir la energía mecánica,
obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica.
Climatización: Dar a un espacio cerrado las condiciones de temperatura, humedad
relativa, calidad del aire y, a veces, también de presión, necesarias para el bienestar de
las personas.
Coeficiente de escorrentía: Indica qué porcentaje de la precipitación anual circula por
una superficie.
Colectores solares: Dispositivo destinado a captar la radiación solar incidente para
convertirla, en general, en energía térmica.
Confort: Aquello que produce bienestar y comodidades.
Efecto fotoeléctrico: Emisión de electrones por una superficie metálica, producida por
la iluminación del metal. A los electrones así liberados se les llama fotoelectrones.
Eficiencia: La relación de la potencia de salida de una maquina rotatoria en
comparación con su potencia de entrada.
Electronivel: Dispositivo encargado del control de los niveles de agua.
Elíptico: Curva semejante a un círculo, pero achatado, simétrico respecto de dos ejes
perpendiculares entre sí, con dos focos.
Energía eléctrica: Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de
la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer
una corriente eléctrica entre ambos.
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Energía solar fotovoltaica: Energía eléctrica obtenida mediante la conversión directa
de la radiación solar.
Energía: Capacidad para realizar un trabajo.
Energías renovables: Energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente
inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son
capaces de regenerarse por medios naturales.
Estudio beneficio-costo: Estudio que se requiere para que se justifique un proyecto
financiado, los beneficios deben de exceder sus costos. El análisis de costo beneficio en
una herramienta de toma de decisiones para desarrollar sistemáticamente información
útil acerca de los efectos deseables e indispensables de los proyectos.
Factibilidad: El estudio de factibilidad, es una de las primeras etapas del desarrollo de
un sistema. El estudio incluye los objetivos, alcances y restricciones sobre el sistema,
además de un modelo lógico de alto nivel del sistema actual. A partir de esto, se crean
soluciones alternativas para el nuevo sistema, analizando para cada una de estas
diferentes tipos de factibilidad.
Filtros: Cuerpo poroso o aparato a través del que se hace pasar un fluido, para
limpiarlos de las materias que contiene en suspensión, o para separarlo.
Fotoeléctrico: Perteneciente o relativo a la acción de la luz en ciertos fenómenos
eléctricos, como la variación de la resistencia de algunos cuerpos cuando reciben
radiaciones luminosas de una determinada longitud de onda.
Gasificación: Proceso para la producción de un gas combustible o de uso industrial a
partir de combustibles sólidos o líquidos.
Generación de energía eléctrica: Consiste en transformar alguna clase de energía no
eléctrica, sea esta química, mecánica, térmica, luminosa, etc., en energía eléctrica.
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Geopolíticas: Es la ciencia que, considerando a la Geografía como ciencia del globo
viviente, estudia los aspectos morales y materiales del mundo, para prever y orientar el
desarrollo de las naciones, en el que influyen profundamente los factores geográficos.
Incidente: Parte del rayo de luz desde el objeto hasta el punto en que se quiebra o
refleja.
Intensidad de carga: Es una magnitud física, diferente a la anterior, que indica el ritmo
con el que se transfiere la carga. Es proporcional a la cantidad de electrones por
segundo que pasan de un lugar a otro.
Luz: Claridad que irradian los cuerpos en combustión, ignición o incandescencia.
Masa: Magnitud física que expresa la cantidad de materia que contiene un cuerpo. !
Módulos solares: Es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El
término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente
(usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar
electricidad.
Motor: Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra fuente de energía.
Movimiento de Rotación: Giro de un cuerpo celeste alrededor de su eje.
Movimiento de Traslación: Movimiento del planeta tierra alrededor del Sol'
Perihelio: Punto en el que un planeta se halla más cerca del Sol.
Pirolisis: Descomposición de un compuesto químico por acción del calor.
Proyecto: Idea que se tiene de algo que se quiere hacer y de como hacerlo
Radiación electromagnética: Es una combinación de campos eléctricos y magnéticos
oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a
otro.
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Radiación solar: Cantidad de energía procedente del sol que se recibe en una
superficie y tiempo determinados.
Recibos: Un recibo o constancia de pago es una constancia que sirve para certificar
que se ha pagado por un servicio o producto.
Recursos Naturales: Son el conjunto de elementos naturales que se encuentran en la
naturaleza de forma no modificada, escasos con relación a su demanda actual o
potencial.
Regulador de carga: Dispositivo encargado de proteger a la batería frente a
sobrecargas y sobre descargas.
Reutilización: Volver a usar un producto o material varias veces.
Sistemas aislados: Es aquel que no puede intercambiar ni energía ni materia con su
entorno.
Sistemas fotovoltaicos: Es el conjunto de dispositivos cuya función es transformar la
energía solar directamente en energía eléctrica, acondicionando esta última a los
requerimientos de una aplicación determinada.
Sostenible: Dicho de un proceso: Que puede mantenerse por sí mismo, como lo hace,
p. ej., un desarrollo económico sin ayuda exterior ni merma de los recursos existentes.
Sustentabilidad: Se refiere al mantenimiento del equilibrio de las relaciones de los
seres humanos con el medio, logrando un desarrollo económico mediante el avance de
la ciencia y la aplicación de la tecnología, sin dañar la dinámica del medio ambiente.
Tanque elevado: dispositivo destinado al almacenamiento de agua.
Tanque séptico: Un depósito subterráneo para almacenar las aguas residuales de
casas que no están conectadas a las líneas de alcantarillado. Los residuos van
directamente desde las casas al depósito.
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Viable: Dicho de un asunto, que por sus circunstancias, tiene probabilidades de
poderse llevar a cabo.
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Apéndice A. Tablas
TABLA A.1.- Capacidad de conducción de corriente (A) permisible de conductores aislados para 0 a 2 000 V nominales y 60 °C a 90 °C. No más de tres conductores portadores de corriente en una canalización, para una temperatura
ambiente de 30 °C. [21]
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TABLA A.2.- Número máximo de conductores y cables en tubo (conduit) no metálico tipo ligero. [21]
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TABLA A.3.- Factores de relleno en tubo (conduit). [21]
NOTA: Esta Tabla se basa en las condiciones más comunes de cableado y alineación de los
conductores, cuando la longitud de los tramos y el número de curvas de los cables están dentro de
límites razonables. Sin embargo, en determinadas condiciones se podrá ocupar una parte mayor o
menor de los conductos.
TABLA A.4.- Capacidad de los conductores de cobre. NEC 2005. [9]
En tubería conduit. Conductores al aire libre. AWG
THW THWN THW THWN
14 15 15 20 20
12 20 20 25 25
10 30 30 40 40
8 40 50 60 70
6 55 65 80 95
4 70 85 105 125
2 95 115 140 170
1/0 125 150 195 230
2/0 145 175 225 265
3/0 165 200 260 310
4/0 195 230 300 360
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Apéndice B.
PLANOS
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