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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2017
Diseño de un sistema de flujo ascendente hidráulico, con paneles Diseño de un sistema de flujo ascendente hidráulico, con paneles
solares, en la vereda Santa Rosa, en el municipio de Anapoima, solares, en la vereda Santa Rosa, en el municipio de Anapoima,
Cundinamarca Cundinamarca
Luis Orlando Castro Guevara Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Castro Guevara, L. O. (2017). Diseño de un sistema de flujo ascendente hidráulico, con paneles solares, en la vereda Santa Rosa, en el municipio de Anapoima, Cundinamarca. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/377
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DISEÑO DE UN SISTEMA DE FLUJO ASCENDENTE HIDRÁULICO, CON PANELES
SOLARES, EN LA VEREDA SANTA ROSA, EN EL MUNICIPIO DE ANAPOIMA,
CUNDINAMARCA.
LUIS ORLANDO CASTRO GUEVARA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ
2017
INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
Luis Orlando Castro Guevara
DISEÑO DE UN SISTEMA DE FLUJO ASCENDENTE HIDRÁULICO, CON PANELES
SOLARES, EN LA VEREDA SANTA ROSA, EN EL MUNICIPIO DE ANAPOIMA,
CUNDINAMARCA.
LUIS ORLANDO CASTRO GUEVARA
Trabajo de grado presentado como requisito
para optar al título de Ingeniero Ambiental y Sanitario
Director
OSCAR FERNANDO CONTENTO RUBIO
Ingeniero Químico
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ
2017
INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
Luis Orlando Castro Guevara
AGRADECIMIENTOS
Primero que todo a mis padres quienes fueron los que me dieron ese apoyo incondicional a lo largo
de mi vida académica, que estuvieron ahí para guiarme y colaborarme en lo que yo necesitara, al
igual agradezco por el apoyo económico que sin él no hubiera podido llegar hasta estas instancias,
gracias a ellos soy la persona que soy hoy en día, con mis valores y fortalezas.
Le agradezco en general a mi familia quienes, con un aporte, por más mínimo que fuera, para mí
era valioso y de gran ayuda, en la preparación de mi camino como Ingeniero Ambiental y Sanitario.
Al igual reconozco la ayuda de los profesores quienes me guiaron y orientaron durante mi vida
académica, en el colegio quienes me fueron inculcando y reforzando la persona que soy y a los
docentes de la Universidad de La Salle que fueron los que me formaron profesionalmente, a Yaneth
Parra que escucho esta idea y me colaboro contactándome con Pedro Pineda, quien fue uno de mis
principales guías y especialistas en este tema, y a mi director Oscar Contento quien me ayudo y
me dio las pautas para poder emprender el desarrollo de este proyecto.
INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
Luis Orlando Castro Guevara
DEDICATORIA.
Este gran paso en mi vida se lo dedico a mis papas, Luis Orlando Castro y Beatriz Guevara, que
fueron los que me apoyaron para que fuera un profesional y siempre esperaron lo mejor de mí y
en estos momentos estoy cumpliendo con mis sueños de serlo, para poder seguir creciendo
profesional y laboralmente.
Se lo dedico a cada una de las personas que creyeron en mí y que fueron un ejemplo para mí y me
motivaron para cumplir con esta meta; En especial a mi novia Katherine, que me ayudo, me guio
y me motivo a culminar con esta etapa académica, pensando en mi futuro y mi nuevo camino que
empezare a forjar como profesional y en el que seguiré creciendo académicamente.
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Luis Orlando Castro Guevara
TABLA DE CONTENIDO
1. RESÚMEN ......................................................................................................................................... 13
2. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 14
3. OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 16
3.1 GENERAL .................................................................................................................................... 16
3.2 Objetivos Específicos .................................................................................................................... 16
4. MARCO CONTEXTUAL ................................................................................................................ 17
4.1 Localización .................................................................................................................................. 17
4.2 Planteamiento del problema .......................................................................................................... 18
4.3 Comunidad participante e incidencia social .................................................................................. 20
4.4 Alcance ......................................................................................................................................... 21
5. MARCO TEÓRICO ......................................................................................................................... 22
5.1 BOMBA DE MECATE ................................................................................................................ 22
5.2 ENERGIA SOLAR ....................................................................................................................... 25
5.3 PANELES SOLARES .................................................................................................................. 28
5.4 TRATAMIENTO .......................................................................................................................... 33
6. MARCO LEGAL .............................................................................................................................. 37
7. ANTECEDENTES ............................................................................................................................ 42
7.1 Bomba de Mecate.......................................................................................................................... 42
7.2 Paneles Solares .............................................................................................................................. 43
8. METODOLOGÍA ............................................................................................................................. 48
I. Fase Exploratoria ........................................................................................................................ 49
II. Fase Descriptiva .......................................................................................................................... 50
III. Fase Comparativa .................................................................................................................... 50
IV. Fase Analítica .......................................................................................................................... 51
V. Fase Explicativa .......................................................................................................................... 51
VI. Fase Predictiva ........................................................................................................................ 51
VII. Fase Proyectiva ....................................................................................................................... 52
VIII. Fase Interactiva ....................................................................................................................... 53
IX. Fase Confirmatoria .................................................................................................................. 53
X. Fase Evaluativa ........................................................................................................................... 53
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Luis Orlando Castro Guevara
9. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS .................................................................................................. 55
10. RESULTADOS ............................................................................................................................. 61
10.1 Análisis del agua ......................................................................................................................... 61
10.1 Dimensionado de una instalación Solar Fotovoltaica ............................................................. 62
10.3 Volumen de agua necesario ........................................................................................................ 74
10.4 Bici – Bomba .............................................................................................................................. 76
10.5 Panel Solar .................................................................................................................................. 82
10.6 Tratamiento ............................................................................................................................. 87
10.7 Esquema final del sistema ........................................................................................................... 90
11. PRESUPUESTO ........................................................................................................................... 91
12. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 94
13. REFERENCIAS ............................................................................................................................ 96
14. ANEXOS ...................................................................................................................................... 100
14.1 Fichas Técnicas ......................................................................................................................... 100
14.2 Notificación CAR, parámetros del Río Bogotá ......................................................................... 112
14.3 Evidencia Fotográfica ............................................................................................................... 113
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Luis Orlando Castro Guevara
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Localización del proyecto en la vereda Santa Rosa, Anapoima. .......................................... 18
Ilustración 2. Bomba de Mecate. ................................................................................................................ 23
Ilustración 3. Estructura de la Bomba. ........................................................................................................ 25
Ilustración 4. Tipos de Radiación. .............................................................................................................. 28
Ilustración 5. Esquema de un sistema de Energía Solar Fotovoltaica. ........................................................ 29
Ilustración 6. Panel Solar ............................................................................................................................ 30
Ilustración 7. Batería para el sistema fotovoltaico. ..................................................................................... 31
Ilustración 8. Regulador de Carga............................................................................................................... 31
Ilustración 9: Inversor ................................................................................................................................. 32
Ilustración 10. Tendencia de precios en el mercado mayorista de energía colombiana, 2000 - 2014.
(Promedios mensuales) ............................................................................................................................... 45
Ilustración 11: Composición de las emisiones en la combustión de una motobomba. ............................... 56
Ilustración 12: Composición de la mezcla de combustión y emisiones escape. ......................................... 56
Ilustración 13: Velocidad Promedio del Viento, Multianual ...................................................................... 59
Ilustración 14: Conversión tabla de colores para velocidad (m/s) .............................................................. 59
Ilustración 15: Representación estructura de bici bomba. .......................................................................... 77
Ilustración 16: Tanque de almacenamiento. ............................................................................................... 77
Ilustración 17: Caja guía para bici bomba .................................................................................................. 78
Ilustración 18: Tubo de la caja guía ............................................................................................................ 78
Ilustración 19: Caja guía ............................................................................................................................. 79
Ilustración 20. Esquema de la Bici Bomba ................................................................................................. 80
Ilustración 21: Estructura de la Bici Bomba ............................................................................................... 81
Ilustración 22: Esquema del sistema de la Bici Bomba .............................................................................. 82
Ilustración 23: Bomba y ficha técnica ......................................................................................................... 83
Ilustración 24: Panel Solar .......................................................................................................................... 84
Ilustración 25: Regulador, sistema panel solar ........................................................................................... 85
Ilustración 26: Batería, sistema panel solar ................................................................................................ 86
Ilustración 27: Inversor, sistema panel solar ............................................................................................... 86
Ilustración 28: Comportamiento del pH. ..................................................................................................... 88
Ilustración 29: Comportamiento de la Turbiedad. ...................................................................................... 89
Ilustración 30: Comportamiento del Color. ................................................................................................ 89
Ilustración 31. Diseño del sistema de captación con paneles solares. ........................................................ 90
Ilustración 32. Cotización en Ingesolar ....................................................................................................... 91
Ilustración 33. Tanque de 1.000 Litros ....................................................................................................... 92
Ilustración 34. Ubicacion y condiciones de la zona de estudio. ................................................................ 113
Ilustración 35. Reconocimiento de la zona de estudio. ............................................................................. 114
Ilustración 36. Determinacion de las condiciones del agua en el laboratorio. .......................................... 115
Ilustración 37. Análisis de los parámetros fisicoquímicos en el laboratorio. ............................................ 116
Ilustración 38. Determinación de cloro para el agua................................................................................. 117
Ilustración 39. Reconocimiento zona de estudio y entorno del mismo. .................................................... 117
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Luis Orlando Castro Guevara
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Medidas y número de componentes de la bomba en relación con la profundidad de bombeo. .... 24
Tabla 2. Ejemplos de bombas a nivel mundial ........................................................................................... 43
Tabla 3. Velocidad Promedio del Viento en Superficie (10 m) de Altura .................................................. 58
Tabla 4. Velocidad Promedio del Viento a 50 m de Altura. ....................................................................... 60
Tabla 5. Comparación datos de Laboratorio de La Salle con datos de la CAR.: ........................................ 61
Tabla 6. Descripción de las necesidades en corriente directa DC. .............................................................. 63
Tabla 7. Descripción de las necesidades en corriente alterna CA. .............................................................. 64
Tabla 8. Evaluación mensual de Ro y HBS. ............................................................................................... 65
Tabla 9. Determinación del cociente Ro/Et para el mes más desfavorable. ............................................... 66
Tabla 10: Necesidades de agua de los distintos cultivos frutales expresados en mm anuales .................... 75
Tabla 11: Presupuesto Bici Bomba ............................................................................................................. 92
Tabla 12: Presupuesto Sistema Solar Fotovoltaico ..................................................................................... 93
ÍNDIE DE ECUACIONES
Ecuación 1. Energía Total ........................................................................................................................... 64
Ecuación 2. Potencia generada.................................................................................................................... 67
Ecuación 3, Número de paneles en serie. .................................................................................................... 69
Ecuación 4. Número de paneles en paralelo. .............................................................................................. 69
Ecuación 5. Número total de paneles necesarios ........................................................................................ 69
Ecuación 6. Capacidad disponible .............................................................................................................. 71
Ecuación 7. Capacidad disponible útil. ....................................................................................................... 71
Ecuación 8. Capacidad Nominal ................................................................................................................. 72
Ecuación 9. Restricción de la capacidad del sistema acumulador. ............................................................. 73
Ecuación 10. Corriente cortocircuito del sistema generador. ..................................................................... 73
Ecuación 11. Determinación número de baterías. ....................................................................................... 73
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Luis Orlando Castro Guevara
GLOSARIO
Sistema Hidráulico: Es un mecanismo operado por la resistencia que ofrece la transmisión o la
presión cuando el líquido es forzado a través de una pequeña abertura o tubo. Puede verse
como una red interdependiente, cuidadosamente equilibrada. La idea básica detrás de cualquier
sistema es muy simple, la fuerza que se aplica en un momento dado en un punto se transmite
a otro punto en forma de fluido. La fuerza se multiplica casi siempre en el proceso.
Combustibles Fósiles: Es aquella que procede de la biomasa producida hace millones de años
que pasó por grandes procesos de transformación hasta la formación de sustancias de
gran contenido energético como el carbón, el petróleo, o el gas natural. La mayor parte de
la energía empleada actualmente en el mundo proviene de los combustibles fósiles.
Diseño: Se define como el proceso previo de configuración mental, "prefiguración", en la
búsqueda de una solución en cualquier campo. Utilizado habitualmente en el contexto de
la industria, ingeniería, arquitectura, comunicación y otras disciplinas creativas. Se refiere a
un boceto, bosquejo o esquema que se realiza, ya sea mentalmente o en un soporte material,
antes de concretar la producción de algo. El término también se emplea para referirse a
la apariencia de ciertos productos en cuanto a sus líneas, forma y funcionalidades.
Calidad del Agua: Se refiere a las características químicas, físicas, biológicas y radiológicas
del agua. Es una medida de la condición del agua en relación con los requisitos de una o más
especies bióticas o a cualquier necesidad humana o propósito. Se utiliza con mayor frecuencia
por referencia a un conjunto de normas contra los cuales puede evaluarse el cumplimiento.
Tratamiento de Aguas: Es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico, físico-
químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las
características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o
residuales. La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características
adecuadas al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los
procesos varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino
final.
Captación: Es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos cursos de
agua, río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, en ocasiones son utilizadas
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en grandes ríos, pero su costo es bastante alto; una parte del agua disponible en esta, para ser
utilizada en un fin específico, como pueden ser abastecimiento de agua
potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones
industriales.
Paneles Solares: O módulo solar es un dispositivo que capta la energía de la radiación solar para
su aprovechamiento. El término comprende a los colectores solares, utilizados usualmente para
producir agua caliente doméstica mediante energía solar térmica, y a los paneles fotovoltaicos,
utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica.
Radiación Solar: Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol
es una estrella que se encuentra a una temperatura media de 6000 K (5727 Celsius) en cuyo
interior tienen lugar una serie de reacciones de fisión nuclear que producen una pérdida
de masa que se transforma en energía.
Energía Solar Fotovoltaica: Es una fuente de energía que produce electricidad de origen
renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un
dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición de
metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina.
Filtros: Proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión por medio de un medio
mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo o filtro. En una suspensión en un
líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y
permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad.
Clorador: Proceso de purificación del agua en el cual el cloro es añadido al agua para
desinfectarla, para el control de organismos presente. También usado en procesos de oxidación
de productos impuros en el agua.
Energías Renovables: energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya
sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por
medios naturales. Entre las energías renovables se cuentan
la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, undimotriz, la biomasa y
los biocarburantes.
Batería: Acumulador eléctrico o simplemente pila, batería o acumulador, al dispositivo que
consiste en una o más celdas electroquímicas que pueden convertir la energía química
almacenada en electricidad. Cada celda consta de un electrodo positivo, o cátodo, un electrodo
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negativo, o ánodo, y electrolitos que permiten que los iones se muevan entre los electrodos,
permitiendo que la corriente fluya fuera de la batería para llevar a cabo su función.
Regulador: Es un dispositivo electrónico diseñado para mantener un nivel de tensión constante.
Los reguladores electrónicos de tensión se encuentran en dispositivos como las fuentes de
alimentación de los computadores, donde estabilizan las tensiones de Corriente Continua
usadas por el procesador y otros elementos. En los alternadores de los automóviles y en las
plantas generadoras, los reguladores de tensión controlan la salida de la planta. En un sistema
de distribución de energía eléctrica, los reguladores de tensión pueden instalarse en una
subestación o junto con las líneas de distribución de forma que todos los consumidores reciban
una tensión constante independientemente de qué tanta potencia exista en la línea.
Inversor: La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a
un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el
usuario o el diseñador. Los inversores se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde
pequeñas fuentes de alimentación para computadoras, hasta aplicaciones industriales para
controlar alta potencia. Los inversores también se utilizan para convertir la corriente continua
generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías, en corriente alterna y
de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas
aisladas.
Energía Solar: Es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación
electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido
aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han
ido evolucionando. Hoy en día, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de
diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo
transformarse en energía eléctrica o térmica.
Bombas Hidráulicas: es una máquina generadora que transforma la energía
(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía del fluido incompresible
que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como
puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido,
se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de
Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido
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añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión a
otra de mayor presión.
Caudal: Es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería,
oleoducto, río, canal) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo
volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos
frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad
de tiempo.
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1. RESÚMEN
Este proyecto se realizó con el fin de diseñar un sistema hidráulico con base en el funcionamiento
de energía fotovoltaica de paneles solares para suplir parcialmente el uso de energía eléctrica o
derivados de combustibles fósiles. Que se encuentra ubicado en la vereda Santa Rosa en el
Municipio de Anapoima, Cundinamarca. La finca rural situada en esta vereda presenta condiciones
precarias, además de la necesidad de una alternativa que ayude a reducir los altos costos que se
presentan actualmente.
Los cultivos en esta zona son comunes ya que es una población de campesinos que sobreviven con
la producción de estos mismos. La familia de esta finca rural no posee la capacidad económica y
técnica para un sistema adecuado de bombeo que les pueda suministrar el recurso para riego. Por
ello la importancia del diseño de un sistema con energía alternativa, para la captación del recurso
en el Rio Bogotá, para su posterior tratamiento y distribución en el riego de los cultivos.
Con lo anterior se pretende ayudar en las labores de los miembros de ésta familia de la vereda
Santa Rosa, así como mejorar la calidad del agua de riego para los cultivos, ya que en el mismo
Río Bogotá se tienen condiciones no deseadas en las que podría vivir o trabajar una comunidad.
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2. INTRODUCCIÓN
El proyecto se llevará a cabo en el Municipio de Anapoima, en la vereda Santa Rosa, en donde se
realizará la captación del recurso hídrico en el cauce medio del Río Bogotá, donde se extraerá por
medio del sistema hidráulico y posteriormente se almacenará y se hará un tratamiento de filtración
y cloración del agua. A continuación, el agua almacenada, será utilizada para las actividades de
agricultura y de uso doméstico no consumible, en la finca de trabajo que está aledaña al Rio
Bogotá.
El abastecimiento de agua para uso doméstico y agrícola o pecuario, es una de las necesidades
básicas para la vida del ser humano. Tanto el acceso al agua potable como el saneamiento de las
fuentes de abastecimiento condicionan la salud de las personas. La OMS estima que las
enfermedades diarreicas son responsables de 1,73 millones de muertes al año, y que un 3,7% de
todas las enfermedades están directamente relacionadas con el consumo insuficiente de agua y las
limitaciones higiénicas que esta escasez impone. Las condiciones en esta vereda son deplorables,
y ha habido antecedentes de enfermedades por consumo de esta agua y por vectores que se
presentan en esta área. Por ello la importancia de realizar dentro del sistema de captación un
tratamiento básico, para prevenir enfermedades en los usuarios de esta finca rural y que las demás
familias aledañas tomen este proyecto como ejemplo para que también implementen estas
prácticas en sus fincas, para que en un futuro se pueda ampliar la cobertura.
Dentro del proyecto, como primera medida se captará el agua con el sistema de flujo ascendente
hidráulico (Bomba), el cual funcionará por medio de una fuente de energía alternativa, proveniente
de paneles solares. Se deberá tener en cuenta los estudios previos y los antecedentes en el sitio de
captación, para poder definir la calidad del agua, es decir sus características físicas y químicas con
el propósito de brindarle el tratamiento adecuado para el uso de la familia en la finca rural de la
vereda Santa Rosa.
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El agua captada llegará a un tanque de almacenamiento, donde se realizará el tratamiento primario
y posteriormente se hará una conexión con las mangueras ya presentes actualmente en la finca,
para poder armar la red de riego la cual se llevará a cabo por medio de un sistema de goteo, que es
el más óptimo y utilizado actualmente en la vereda. Se deberá contar con el apoyo y la voluntad
de la familia beneficiada ya que es de vital importancia para el buen funcionamiento del proyecto
y para su seguimiento.
Los resultados que se esperan, es el diseño innovador del sistema de bombeo por medio de una
energía alternativa y amigable con el ambiente, ya que no se utilizaran los sistemas convencionales
de Moto bombas que usan combustibles y afectan al ambiente con las emisiones.
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3. OBJETIVOS
3.1 GENERAL
Diseñar un sistema con energía alternativa, para la captación y uso del agua del Rio Bogotá en
actividades antropogénicas en la vereda Santa Rosa, Municipio de Anapoima, Cundinamarca.
3.2 Objetivos Específicos
Plantear el sistema para la captación del recurso hídrico.
Diseñar un sistema de flujo ascendente que funciones con energía alternativa.
Diagnosticar el sistema de tratamiento del agua, que se adapte a las condiciones de la
misma.
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4. MARCO CONTEXTUAL
Este marco contextual nos permite ubicarnos en el espacio geográfico del proyecto, en la vereda
Santa Rosa del Municipio de Anapoima en Cundinamarca y obtener descripciones básicas del
lugar, además de conocer el planteamiento del problema evidenciado y con base en el
reconocimiento de este problema, se describe la comunidad que participará en el proyecto además
del alcance del mismo.
4.1 Localización
El proyecto se sitúa en el municipio de Anapoima, el cual está ubicado al sur occidente del
Departamento de Cundinamarca, en la zona cálida de la provincia del Tequendama. Este limita al
norte con el Municipio de La Mesa, al sur con los Municipios de Apúlo y Viotá, al oriente con el
Municipio de El Colegio y al occidente con los Municipios de Jerusalén y Quipile.
El municipio de Anapoima se divide en 28 veredas, que son: Andalucía, Apicata, Calichana,
Circasia, El Cabral, El Consuelo, El Higuerón, El Rosario, El Vergel, Golconda, Guasima, La
Chica, La Esmeralda, La Esperanza, Las Mercedes, Lutaima, Palmichera, Panamá, Providencia
García, Providencia Mayor, San Antonio, San José, San Judas, Santa Ana, Santa Bárbara, Santa
Lucía, San Rafael y Santa Rosa; esta última vereda es exactamente donde se llevara a cabo dicho
proyecto y cuya ubicación esta entre las coordenadas N 4°32’16.3” y W 74°32’07.8” como se
muestra en la ilustración 1.
Algunas características de la zona son las siguientes:
• Superficie Total 124.2 km²
• Altitud Media 710 m s. n. m.
• Distancia a Bogotá 87 km
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• Población Total 13 312 hab. (2015)
• Urbana 5709 hab.
• Temperatura 30°C
Ilustración 1. Localización del proyecto en la vereda Santa Rosa, Anapoima.
Fuente: Autor, adaptación de Google Earth.
4.2 Planteamiento del problema
A pesar del auge y de la realidad energética que se está presentando actualmente en el mundo, en
cuanto al desarrollo de las energías renovables de Colombia y Latinoamérica, no es muy
significativo. Reportes de la revista dinero (Economía, 2016), Afirman que en Colombia solo el
25% del uso total de la energía proviene de fuentes renovables como Biocombustibles, energía
eólica y la energía solar. Al igual que indican que para el año 2040 aproximadamente la demanda
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de energía incrementara en un 80%. “Aunque las energías renovables diferentes de la hidráulica
no han tenido un desarrollo significativo en Colombia, se espera que la tendencia mundial impulse
un desarrollo de las mismas tanto por inversiones locales como a través de la participación de
inversión extranjera “afirmó Mesa, para la revista Dinero.
Colombia es uno de los países con más potencial para el desarrollo y la producción de energía
solar, debido principalmente a su privilegiada posición geográfica. Se encuentre en la zona
ecuatorial y recibe una constante radiación solar. La radiación solar media de Colombia es de 4,5
kWh/m2 y se encuentra entre los primeros países con este promedio de radiación. (IDEAM, Atlas
Interactivo del IDEAM, 2017)
Esta radiación solar es la misma que se presenta en el Municipio de Anapoima, lo que nos indica
que está en óptimas condiciones de poder desarrollarse un proyecto de energías renovables por
paneles solares. Además se debe de tener en cuenta las reducciones de las emisiones que generan
las energías no renovables.
Adicionalmente debido al crecimiento de la población, la búsqueda de mejores estándares de
calidad de vida, la lucha por obtener acceso a más y mejores fuentes de agua, el abuso ambiental,
la extracción acelerada y el mal manejo de los recursos, limitan el uso del agua actualmente en
nuestro país.
Las fuentes de donde se extrae el agua no se encuentran en las mejores condiciones, como lo es en
este caso, en donde se puede evidenciar, la falta de un debido sistema de captación con un
funcionamiento por medio de energías renovables y de un tratamiento para la familia rural, que
toma el agua del Río Bogotá para realizar labores domésticas. Cuando el acueducto es ineficiente
y/o no presta el servicio adecuado. Principalmente esta toma de agua la emplean para riego
agrícola; donde ciertos cultivos se ven afectados por la mala calidad de esta agua, y donde la salud
e incluso la vida de las personas se pueden ver afectadas debido al consumo de estos productos.
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En torno a la descontaminación del Río Bogotá y de muchos otros afluentes del país, la
problemática gubernamental y las políticas nacionales no han logrado una mejora en relación con
el acceso al agua de calidad y a un saneamiento básico que proporcione las condiciones mínimas
de bienestar a las poblaciones que sufren el flagelo del consumo periódico de agua.
4.3 Comunidad participante e incidencia social
La incidencia social del Proyecto radica en aportar una alternativa con energía limpia y sustentable
a la familia en estudio de la vereda Santa Rosa en el municipio Anapoima, para la captación de
agua en el Río Bogotá con el fin de usarlas en sus actividades agrícolas, dado que estos habitantes
no tienen la capacidad económica y técnica para un sistema adecuado de bombeo que les pueda
suministra el agua de riego necesaria para trabajar en sus cultivos.
Con lo anterior se pretende simplificar las labores de la familia afecta en la vereda Santa Rosa, así
como también garantizar por medio de un tratamiento primario la optimización del agua de riego
para los cultivos, ya que en el mismo Río Bogotá se generan condiciones no deseadas en las que
podría vivir o trabajar una persona.
Vereda Santa Rosa (Incidencia indirecta):
Actualmente los habitantes de esta vereda captan el agua por medio de moto bombas y la mayoría
lo hacen de forma manual. El agua extraída del rio se utiliza sin ningún tratamiento previo, y sin
embargo así es usada y distribuida en las fincas, ya sea para el uso de las familias o para riego.
Lo que genera enfermedades e infecciones (cólera, tifoidea y paratifoidea, disentería bacilar y
amebiana, diarrea, hepatitis infecciosa, parasitismo, filariasis, malaria, tripanosomiasis,
oncocercosis, schistosomiasis, tracoma, conjuntivitis y ascariasis) debido al estado y las
características que tiene el río en este punto del cauce. (Enriquez, 2005)
“En estudios posteriores en viviendas y escuelas del área rural de los municipios de Anapoima y
Apulo (Cundinamarca), se determinó una alta infestación de este vector. (Nelson JM, Suárez MF,
Morales A, Archila L, Galvis E., 2004)
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Distribución de Aedes aegypti y casos probables de dengue en el área rural del municipio de
Anapoima, Cundinamarca. (Cabezas L, Salas S, Matiz MI, Jaramillo JF, Sarmiento D, Olano VA.,
2011)
Familia beneficiada (Incidencia directa):
En el caso de estudio, el predio seleccionado para el desarrollo del proyecto, es un predio en el que
no hay una cobertura de redes eléctricas ni una red de distribución de acueducto rural. Por lo que
las condiciones en este sitio son precarias y es directamente proporcional a los ingresos
económicos dentro de este sector. Por lo que la implementación de una moto bomba y el
mantenimiento de ella incrementaría los costos de la familia, haciéndose inaccesible para ellos.
4.4 Alcance
Permitir a la familia de la finca rural de la vereda Santa Rosa del municipio de Anapoima,
Cundinamarca, un diseño de captación por medio de un sistema con paneles solares y un
diagnóstico del sistema de tratamiento del agua, que se adapte a las condiciones de la misma.
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5. MARCO TEÓRICO
A continuación, se determinarán y observarán los requerimientos del proyecto en un contexto
teórico y propicio para el desarrollo del proyecto, en donde se tendrá en cuenta cada pieza que
integra el sistema para la captación con el fin de familiarizarnos con cada uno de ellos. Al igual
que se tendrá en cuenta una breve introducción sobre el tratamiento más asertivo dentro del
proyecto basándose en el alcance técnico y económico de la familia de la finca rural de la vereda
Santa Rosa en el Municipio de Anapoima.
5.1 BOMBA DE MECATE
La idea inicialmente se retoma al autor Phil Bartle, en el que basándose de infraestructuras
artesanales hizo un compendio de técnicas para mejorar este sistema para la captación de agua. En
el que inicialmente describa a la bomba como un instrumento en el que emplea un sistema de
poleas que actúa sobre pistones, que son los que conducen en agua por medio de una tubería que
se encuentra sumergida (Pozos). El diseño original es para realizarlo en pozos. La cuerda asciende
por este tubo, pasa por la polea motriz y baja libre hasta la fuente de agua. En la parte inferior se
coloca una guía que facilita la entrada y la movilidad de la cuerda, para quien maneja este
instrumento le sea fácil controlarlo y poder captar el agua. Al accionar la polea motriz los pistones
que ascienden por dentro de la tubería comienzan a empujar la columna de agua hacia arriba y a
succionar por debajo (Bartle, 2006).
En la ilustración 2 se puede observar la estructura que originalmente planteaba Bartle en la que se
evidencia la bomba manual, en ella se evidencian los pedales o la manivela que es la que acciona
la cadena haciéndola pasar por una rueda que esta a su vez está conectada por medio de poleas y
la cuerda al pasar por este sistema acciona los pistones y hace que el agua ascienda hasta donde
quiera llevarse, que en este caso está representado por u cubo o balde:
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Ilustración 2. Bomba de Mecate.
Fuente: (Bartle, 2006)
Esta bomba de mecate, comenzó a generar un gran interés debido a su bajo costo, su alto
rendimiento, su durabilidad y sus reducidas necesidades de mantenimiento. Llamo principal interés
en el continente africano y en Latinoamérica, principalmente en los lugares con pocos recursos
económicos y en donde por supervivencia tienen que extraer el agua de alguna manera. Esta bomba
es adecuada para ser usada a nivel comunitario o familiar, la bomba tiene un funcionamiento
similar al de otras bombas con similares características pero más caras (Arredondo, 2011).
La profundidad de bombeo ha llamado el interés del ingeniero español Arredondo, por la que ha
estudiado teniendo en cuenta variables como: Diámetro del pistón que se emplea, longitud y
diámetro de la cuerda y la cantidad de pistones que se desean implementar, él diseñó una tabla
teniendo en cuenta las variables anteriormente dichas, las cuales observaremos a continuación (ver
tabla 1) (Arredondo, 2011).
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Tabla 1. Medidas y número de los componentes de la bomba en relación con la profundidad de bombeo.
Fuente: (Pumps., 1997)
En nuestro caso, la profundidad del terreno será de 1 metro, ya que no estamos hablando de
algún pozo o nacedero, si no del cauce de un rio.
Base estructural
En la ilustración 3 se representa una estructura metálica. En esta estructura van amarrados los tubos
por piezas metálicas, que son los que harán que el agua ascienda. En esta imagen se puede observar
como actualmente se utiliza la estructura y que nos sirve de guía para modificarla a favor del
proyecto, hay que tener en cuenta que las primeras bombas que se dataron fueron de tipo manivela
y la de nuestro proyecto será de una bici bomba, pero que de igual forma se utilizara teoría de la
de mecate. Pumps nos da una idea de la estructura que podemos utilizar para la elaboración de la
bici bomba.
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Ilustración 3. Estructura de la Bomba.
Fuente: (Pumps., 1997)
5.2 ENERGIA SOLAR
La energía solar se encuentra dentro de las catalogadas energías renovables o energías limpias.
Teniendo en cuenta nuestro entorno actual y las problemáticas que se han generado a lo largo de
los últimos años, se han realizado avances tecnológicos y gracias a esto los costos de la energía
solar fotovoltaica se han venido reduciendo considerablemente (Sites, 2016).
La energía solar se perfila como la fuente que sustentará a las generaciones futuras. Existen dos
maneras de transformar la luz solar en energía eléctrica: directamente, mediante la conversión
fotovoltaica, que es la que esta principalmente en auge y además es la que se desarrollará en este
proyecto; la otra manera de transformar la luz solar en energía es por medio de la conversión
térmica, la cual convierte la luz primero en calor y luego en energía eléctrica. La energía solar
puede ser utilizada en cualquier entorno doméstico, agrícola o pecuario (Pearce, 2016).
En el aspecto ambiental, el uso de la energía solar tiene grandes beneficios, ya que principalmente
disminuye la utilización de hidrocarburos, y dañinas consecuencias como lo son la destrucción de
la capa de ozono y el calentamiento global, hay que tener en cuenta que entre todos los mandatarios
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de los países se reunieron formando la COP21, que es un acuerdo para reducir las emisiones
generados por cada uno de los países, adicional a esto se agregó en la agenda de varios de los
mandatarios, desarrollar esta nueva tecnología alternativa, de los paneles solares (Sites, 2016).
Energía Solar Fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía
eléctrica por medio de módulos fotovoltaicos. Las células se montan en serie sobre paneles o
módulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las aplicaciones eléctricas; los paneles
captan la energía solar transformándola directamente en eléctrica en forma de corriente continua,
donde luego es almacenada en baterías para poder ser utilizada en horas donde hay ausencia de luz
(CIEMAT, 2001). Según este autor, nos da las bases necesarias para poder diseñar el sistema
fotovoltaico, teniendo en cuenta su funcionamiento y las variables que inflingen en la puesta en
marcha del proyecto. Teniendo en cuanta las condiciones del Municipio de Anapoima.
La luz del sol incidirá en los paneles fotovoltaicos aprovechando la buena cantidad de radiación
que se presenta en promedio en Anapoima (4,5 horas de radiación por día), los paneles al estar
formados por un material semiconductor de silicio cristalino, que posee efecto fotoeléctrico;
transforma (con un rendimiento aproximado del 18%), la luz solar en energía eléctrica continúa de
12 V. Un fotón de energía arranca un electrón, creando a la vez un vacío en el átomo que se
encuentra expuesto. Normalmente, el electrón encuentra rápidamente este vacío para que vuelva a
ser ocupado, y así el fotón podrá proporcionar la energía, y esta se disipa en forma de calor
(Energiza, 2016).
Así como se expuso anteriormente por medio de una información obtenida de una página web, y
confirmando este principio Abella, una célula fotovoltaica obliga a los electrones y a los vacíos a
avanzar hacia el lado opuesto del material en lugar de recombinarse en él: así, se producirá un
cambio y una diferencia de potencial, por lo tanto la tensión entre las dos partes del material,
ocurrirá como pasa en con una pila y sus polos (Abella, 2005).
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Después de conocer el funcionamiento de los módulos o panales solares fotovoltaicos, es
importante reconocer cuales tipos de radiación existen y cuál es en específico el tipo de radiación
que necesitamos para que puedan funcionar los paneles solares y pueda extraerse su energía.
Tipos de Radiación:
Radiación directa: Es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufrido cambio alguno en
su dirección. Este tipo de radiación se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos
opacos que la interceptan. (EcuRed, 2016)
Radiación difusa: Parte de la radiación que atraviesa la atmósfera es reflejada por las nubes o
absorbida por éstas. Esta radiación, que se denomina difusa, va en todas direcciones, como
consecuencia de las reflexiones y absorciones, no sólo de las nubes sino de las partículas de polvo
atmosférico, montañas, árboles, edificios, el propio suelo, etc. Este tipo de radiación se caracteriza
por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos. Las superficies
horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que ven toda la bóveda celeste, mientras
que las verticales reciben menos porque sólo ven la mitad. (EcuRed, 2016)
Radiación reflejada: La radiación reflejada es, como su nombre indica, aquella reflejada por la
superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie,
también llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada,
porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación
reflejada reciben. (EcuRed, 2016)
Radiación global: Es la radiación total. Es la suma de las tres radiaciones. (Ekolokitos, 2009).
Después de conocer los tipos de radiación, nos damos cuenta de que cualquiera de ella nos sirve
para garantizar el funcionamiento de los paneles solares, aunque si se habla de eficiencia y
funcionamiento, la que principalmente se necesita es la radiación directa, la que no ha sufrido
ningún cambio; lo más seguro es que la radiación difusa sea la que más absorban los paneles, esto
debido principalmente a la intervención de las nubes que hacen que la radiación que originalmente
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llega a la Tierra, se absorba y se disperse en la atmosfera. Para tener una mejor claridad, en la
ilustración 4 se representan estos tipos de radiación:
Ilustración 4. Tipos de Radiación.
Fuente: (Eco, 2016)
5.3 PANELES SOLARES
Después de hacer una breve introducción sobre la energía solar y sus fundamentos, a continuación
se empezara a hablar sobre los paneles solares.
Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en
electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. En la
ilustración 5, se podrá observa el sistema completo, comprendiendo cada uno de los componentes
del sistema, el panel solar que es el receptor de la luz solar y que por medio de los módulos
fotovoltaicos convierte la luz solar en energía, pasando a un regulador que es el que controla la
corriente eléctrica que se genera y hace que se eviten las sobrecargas en el sistema, para que este
no afecte o altere su funcionamiento y posteriormente, este deriva la energía transmitida a dos
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puntos; el primero es opcional y depende del diseño, que es una batería que sirve como acumulador
de energía para cuando en algún evento futuro, en el que no haya radiación, la batería suministrará
y suplirá la energía faltante del sistema; el segundo punto para distribuir la energía es el inversor,
que es principalmente el encargado de cambiar la energía continua en alterna; y finalmente será
distribuida esta energía eléctrica en los aparatos o electrodomésticos necesarios. (Abella, 2005)
Ilustración 5. Esquema de un sistema de Energía Solar Fotovoltaica.
Fuente: (Abella, 2005)
Panel Solar: Los paneles solares están compuestos de silicio, y este a su vez se subdivide
en 3 tipos o subcategorías:
- Las células de silicio monocristalino, que están constituidas por un único cristal de
silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
- Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas
por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo
inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
- Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino,
pero también más baratas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en
aplicaciones solares como relojes o calculadoras.
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El silicio es un material ideal para transmitir electrones. Cada átomo tiene espacio para
ocho electrones, cuando se chocan se crea un fuerte vínculo, pero estos no están cargados
ni positiva ni negativamente. (Cientifico, 2016). En la ilustración 6 se observara el panel
solar monocristalino, de 250W:
Ilustración 6. Panel Solar
Fuente: (Ingesolar, 2017)
Batería: Se trata de un acumulador eléctrico de la tecnología gel, con un voltaje nominal
de 12V y 200 Ah. (Ilustración 7)
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Ilustración 7. Batería para el sistema fotovoltaico.
Fuente: (Ingesolar, Ingesolar, 2017)
Regulador de carga: Dispositivo encargado de proteger a la batería frente a sobrecargas. El
regulador controla constantemente el estado de carga de las baterías y regula la intensidad
de carga de las mismas para alargar su vida útil. En la ilustración 8 se observará un
regulador de 30 Ah 12/24 VDC.
Ilustración 8. Regulador de Carga.
Fuente: (wellseeregulador, 2017)
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Inversor: Dispositivo electrónico que convierte la corriente continua en alterna y también
se pueden conectar los sistemas fotovoltaicos a la red de distribución eléctrica. Existen
inversores de conmutación natural e inversores de conmutación forzada. El inversor en la
ilustración 9 es de 2000W, 24 VDC output 110V de onda pura.
Ilustración 9: Inversor
Fuente: (Hybrytec, 2016)
Para la evaluación del aporte solar se tienen que tener en cuenta 2 variables (Radiación Solar y
Horas de Brillo Solar).
Radiación Solar Incidente R0 (KWh/m2)
Para evaluar la energía solar aportada, es fundamental obtener datos sobre la radiación solar
incidente por m2 de panel solar fotovoltaico orientado hacia el sur ya que el proyecto en
desarrollo está situado en el hemisferio norte.
Se considera que la inclinación del panel solar ha de coincidir con la latitud del lugar
(aunque puede haber excepciones), del tal forma que la radiación obtenida sobre superficie
horizontal debería ser corregida al nuevo ángulo del panel. Si esta latitud no es lo
suficientemente apreciable, como en el caso de los países ubicados en la zona ecuatorial,
puede tomarse como dato inicial aproximado aquellos datos ofrecidos por el atlas en
superficie plana horizontal (ángulo de inclinación cero grados). (Pineda, 2017)
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Horas de Brillo Solar HBS (h)
También es importante identificar el número de horas promedio que durante un día y
porcada mes del año, se puede observar el sol. Estas horas que se obtendrán, determinarán
el mes o los meses con menor número de brillo solar y por lo tanto aquellos donde se debe
garantizar el abastecimiento que demandan los usuarios. (Pineda, 2017)
5.4 TRATAMIENTO
En el presente proyecto se realizará el diseño de un tratamiento básico y preliminar, que a su vez
no genere grandes costos a los usuarios de la finca rural en la vereda Santa Rosa. Las operaciones
físicas empleadas en el tratamiento de aguas son aquellas que se basan en las propiedades físicas
de los diferentes compuestos presentes en el agua y se llevan a cabo mediante la aplicación de
fuerzas físicas. Las más empleadas son el cribado, el tamizado, la remoción de partículas discretas,
la ecualización del flujo, la mezcla y la floculación, la sedimentación, la flotación, la aireación y
la volatilización.
Se consideran operaciones químicas a todas aquellas transformaciones que se le realizan a las
sustancias presentes en el agua a través de reacciones químicas. Los procesos químicos más
empleados son la coagulación, la precipitación química, la desinfección química, la oxidación, los
procesos de oxidación avanzada, el intercambio iónico y la neutralización química, en el proyecto
se desarrollara un tratamiento primario para mejorarlas condiciones del recurso hídrico, como
operación química solo se utilizara un coagulante en el tanque sedimentador, que más adelante se
desarrollara y explicara (Selva, 2013).
5.4.1 Coagulantes
En general, se puede decir que los coagulantes son aquellos compuestos de hierro y aluminio
capaces de formar un floc y que pueden efectuar coagulación al ser añadidos al agua. Gracias a los
compuestos de los coagulantes se pudo determinar el más económico y accesible a la población,
que se explicara en el siguiente apartado del documento.
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La coagulación no siempre suele ser el tratamiento adecuado, sino que podría ser la floculación,
que básicamente genera un floc más pesado, haciendo que dependiendo las condiciones del agua,
esta se pueda sedimentar más rápido. Los productos químicos que se utilizan normalmente en la
coagulación son alúmina (sulfato de aluminio), cloruro férrico, aluminato de sodio, sulfato ferroso
y cal. La alúmina es el coagulante de uso más extendido. Como el autor Castaño lo describe, entre
sus múltiples usos y tipos, se pudo determinar que el coagulante más apto y coherente con el
proyecto debía ser el sulfato de aluminio, ya que tienen las propiedades necesarias para poder hacer
que se formen flocs y que se pueda sedimentar en el tanque de igualación (Castaño, 2011).
5.4.2 Sulfato de Aluminio (alumbre)
El sulfato de aluminio es el coagulante estándar usado en tratamientos de aguas. El producto
comercial tiene usualmente la formula Al2 (SO4)3. 14H2O. Se obtiene de la digestión de minerales
de bauxita con ácido sulfúrico. El material es empacado en diversas formas: en polvo, molido, en
terrones, en granos parecidos al arroz y en forma líquida. El sulfato de aluminio se podrá utilizar
de 2 formas, la primera y más común de conseguir es por un terrón o barra que se conoce como
piedra alumbre, esta piedra nos sirve y es la más adecuada ya que se consigue fácilmente y es muy
accesible económicamente; La segunda opción o presentación como se puede conseguir es molida,
que puede ser de la misma piedra alumbre pero en esta presentación. La más adecuada en este caso
será la molida, ya que se podrá realizar una mezcla en el tanque de igualación.
El sulfato de aluminio ha estado disponible en todo el mundo con un costo razonable porque ha
sido fácil de producir incluso en fábricas muy sencillas. Por esta razón la mayoría de plantas estas
diseñadas para alumbre y el personal de las plantas están capacitados para usar el alumbre. Cuando
se añaden soluciones de sulfato de aluminio al agua, las moléculas se disocian en Al+++ y SO4=.
El Al+++ puede combinarse con coloides cargados negativamente para neutralizar parte de la carga
de la partícula coloidal. (Daniela Castrillón Bedoya, 2012).
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El sulfato de aluminio, que es conocido como Alumbre, será el coagulante adecuado que se
encuentra en intervalos de pH 6 a 8., produce flocs pequeños y esponjosos. Sin embargo, su uso
está generalizado en el tratamiento de agua potable y en la reducción de coloides orgánicos y
fósforo. (Daniela Castrillón Bedoya, 2012).
5.4.3 Sedimentación
Por sedimentación se denomina el proceso mediante el cual se asientan los so1idos suspendidas
en un fluido, bajo la acción de la gravedad. La sedimentación puede ser Simple cuando las
partículas que se asientan son discretas, o sea partículas que no cambian de forma, tamaño o
densidad durante el descenso en el fluido. El tanque sedimentador va de la mano del coagulante o
floculante que se le aplica al agua, puesto que ayuda a generar flocs, que se sedimentaran en un
tiempo determinado. (Maldonado, 2006).
La sedimentación simple es, por ejemplo, lo que ocurre en un tanque desarenador que se coloca
contiguo a la bocatoma y cuyo objeto es separar la arena del agua.
La sedimentación inducida es la que se puede observar en una planta de tratamiento y se logra en
un tanque, llamado Sedimentador o Decantador, que se coloca a continuación del flocu1ador y que
permite la separación de las partículas flocu1entas que se forman en los procesos de coagulación
y floculación.
Según el sentido de flujo del agua en los sedimentadores, éstos pueden ser de flujo horizontal, de
flujo vertical y manto de lodos, y sedimentadores de alta rata. Dentro de los primeros están los
sedimentadores de plantas convencíona1es y los desarenadores. Los segundos, según la forma de
mantener el manto suspendido, son hidráulicos o mecánicos. Para este caso como ya fue
mencionado se utilizaran los de sedimentación inducida y con un flujo vertical (Perez, 2005).
5.4.4 Filtración
El filtro rápido por gravedad es el tipo de filtro más utilizado en tratamiento de aguas. La operación
de filtración supone dos etapas: filtración y lavado (Rojas, 2002). En un filtro rápido convencional,
el final de la etapa de filtración o carrera del filtro se alcanza cuando los sólidos suspendidos
(turbiedad), en el efluente comienzan a aumentar. Los tipos de filtros utilizan un solo medio (arena
o antracita), un medio dual (arena y antracita) o un lecho de mezclado (arena y antracita y
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limonita), para una filtración más eficiente se utilizara el filtro mezclado, con antracita, arena y
grava de diferentes diámetros, para poder garantizar la retención de las partículas sólidas que tiene
el agua (Rojas, 2002).
5.4.5 Desinfección
El proceso de desinfección es el término aplicado a aquellos procesos en los cuales se destruyen
microorganismos patógenos. El propósito primario de la desinfección del agua es impedir la
diseminación de enfermedades hídricas. La importancia del control de enfermedades transmisibles
por el agua es hoy en día evidente, pero solo en 1854 se demostró que este líquido servía como
vehículo de algunas enfermedades, actualmente la aplicación de cloro es el proceso más utilizado
para desinfectar el agua y eliminar los microorganismos que se puedan presentar en el cuerpo
hídrico (Romero, 2005).
5.4.6 Cloración
El cloro se ha usado principalmente como desinfectante para el control de microorganismos en
aguas de consumo humano, residuales, piscinas, o lodos, así como oxidante para el hierro y
magnesio, para control de olores y sabores, oxidación de sulfuros, remoción de amoniaco y color
orgánico. (Romero, 2005)
La popularidad del cloro como desinfectante se debe a las siguientes razones:
Es relativamente económico.
Es fácil de aplicar
Tiene una alta característica de toxicidad para los microrganismos y patógenos.
Es altamente corrosivo en solución.
Es un veneno en forma gaseosa
También se deben tener ciertas precauciones en el momento de la dosis del cloro, pues una dosis
muy alta podría afectar la salud humana de quien consuma el agua o esté en contacto con ella.
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6. MARCO LEGAL
Dentro de ese marco se contemplarán las normas vigentes que están implicadas y que son
necesarias tenerlas en cuenta para el desarrollo del proyecto. Principalmente para usos del agua,
calidad del agua, para energías renovables y de servicios energéticos alternos.
Norma Entidad y Año Articulo
Ley 99 de 1993
Crea el Ministerio del Medio
Ambiente y organiza el SINA
(1993)
Mantiene naturalmente estos
principios constitucionales básicos y
ya desde su perspectiva establece
que los diversos niveles de la
Gestión Ambiental y por ende de la
planificación ambiental del
territorio, debe guiarse por los
principios de la Gradación
Normativa, Rigor Subsidiario,
Armonía Regional y Precaución.
Adicionalmente define el
ordenamiento ambiental territorial
como "la función atribuida al Estado
de regular y orientar el proceso de
planificación de uso del territorio y
los recursos naturales renovables de
la Nación a fin de garantizar su
adecuada explotación y su
desarrollo sostenible". Expedida por
el Presidente de la República de
Colombia, el Ministerio de
Hacienda y Crédito Público, y el
Ministerio de Agricultura.
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Decreto 1449
de 1977
Expedida por El Presidente de
la República de Colombia y el
Ministerio de Agricultura.
(1978)
Establece obligaciones a los
propietarios de predios para la
conservación, protección, y
aprovechamiento de las aguas,
bosques, fauna terrestre, acuática, y
suelos.
LEY 373 DE
1997:
Ministerio del Medio Ambiente
Por la cual se establece el programa
para el uso eficiente y ahorro del
agua.
Por el cual se establecen programas
de uso eficiente del recurso hídrico
y el ahorro del mismo. Al igual que
del reúso obligatorio y consumos
básicos para el ser humano.
Decreto 1323
de 2007
Expedida por el Presidente de la
República de Colombia y el
Ministerio de Ambiente,
Vivienda y Desarrollo
Territorial. (2007)
Crea el sistema de información del
recurso hídrico (SIRH). El cual
promoverá la integración de otros
sistemas que gestionen información
sobre la disponibilidad, calidad
estado actual y los planes de Gestión
integral des recurso hídrico a nivel
nacional
Decreto ley
2811 de 1974
Presidencia de la Republica de
Colombia, 1974
Por el cual se dicta el código
nacional de recursos Naturales
Renovables y de protección al
Medio Ambiente, teniendo en
cuenta que el ambiente es
patrimonio común. El Estado y los
particulares deben participar en su
prevención y manejo, que son de
utilidad pública e interés social.
La preservación y manejo de los
recursos naturales renovables
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también son de utilidad pública e
interés social.
Decreto 1640
de 2012
Ministerio de ambiente y
desarrollo sontenible, 2012
Por medio del cual se reglamentan
los instrumentos para la
planificación, ordenación y manejo
de cuencas hidrográficas y acuíferos
y se dictan otras disposiciones.
Decreto 1324
de 2007
Ministerio de ambiente,
vivienda y desarrollo territorial
, 2007
por el cual se crea el registro de
usuarios del Recurso hídrico y se
dictan otras disposiciones”
(Ministerio de ambiente, vivienda y
desarrollo territorial , 2007)
Cuyo objeto es realizar el inventario
de las personas naturales y juridicas
que usan y aprovechan el recurso
hiudrico en las cuencas, lo que
permitira obtener informacion sobre
la demanda del recurso hidrico y
orientar la toma de decisiones en
materia de politicas, regularion,
gestion, planificacion e
investigacion.
DECRETO
1541 DE 1978:
Por el cual se reglamenta la Parte III
del Libro II del Decreto - Ley 2811
de 1974: "De las aguas no
marítimas" y parcialmente la Ley 23
de 1973.
- Título II: del dominio de las
aguas, cauces y riberas.
- Título III. de los modos de
adquirir derecho al uso de
las aguas y sus cauces.
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- Título VIII. de las obras
hidraulicas
Este establece los casos específicos
en los que se requiere concesión de
aguas
RESOLUCIÓN
1207 DE 2014:
Por la cual se adoptan disposiciones
relacionadas con el uso de aguas
residuales tratadas.
Que el uso eficiente del agua es
fundamental para la conservación
del recurso hídrico, y es básico para
el desarrollo sostenible.
Que en el contexto de Gestión
Integral del Recurso Hídrico el
reúso del agua residual aparece
como una estrategia para el ahorro y
uso eficiente del agua.
Que el reúso de agua residual
constituye una solución
ambientalmente amigable, capaz de
reducir los impactos negativos
asociados con la extracción y
descarga a cuerpos de agua
naturales.
Ley 697 de
2001
Se declaró el Uso Racional y
Eficiente de la Energía (URE) como
un asunto de conveniencia nacional.
Además, creó el Programa Nacional
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de URE (PROURE), en el que se
promueven la eficiencia energética
y otras formas de energías no
convencionales.
Ley 1665 de
2013)
La cual promueve el uso sostenible
de las energías renovables.
Colombia aprobó el estatuto de la
Agencia Internacional de Energías
Renovables (IRENA, por sus siglas
en inglés)
NTC Norma
Técnica
Colombiana
5287
Batería para Sistemas Solares
Fotovoltaicos. Requisitos Generales
y Métodos de Ensayo.
NTC Norma
Técnica
Colombiana
2775.
Energía Solar Fotovoltaica.
Terminología y Definiciones.
Resolución
1283 de 8
agosto de 2016
Ministerio de Ambiente
"Por la cual se establece el
procedimiento y requisitos para la
expedición de la certificación de
beneficio ambiental por nuevas
inversiones en proyectos de fuentes
no convencionales de energías
renovables - FNCER y gestión
eficiente de la energía, para obtener
los beneficios tributarios de que
tratan los artículos 11, 12, 13 y 14 de
la Ley 1715 de 2014 y se adoptan
otras determinaciones"
.
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7. ANTECEDENTES
7.1 Bomba de Mecate
En Nicaragua se han instalado aproximadamente 50,000 bombas de mecate (soga) desde
1990. El cambio de las bombas de pistón importadas por las bombas de mecate producidas
localmente ha aumentado el abastecimiento de agua rural en Nicaragua durante los últimos
10 años, en un 23%, tres veces más rápido que en otros países en América Latina. Las
averías han disminuido, debido a que los usuarios se ocupan del mantenimiento y hacen
las reparaciones ellos mismos. Por lo tanto, más del 90% de las bombas de mecate siguen
funcionando, tanto en pozos comunales como domésticos. (NWP, 2005)
El caso “Moneymaker” En África Oriental
Se usa un modelo de bomba de pedal para riego, a pequeña escala, al que llaman
“Moneymaker”. Cuesta US$ 60 y genera ingresos netos entre US$ 200 y US$ 500 al año.
En Kenia y Tanzania, alrededor de 35.000 familias usan ésta bomba.
Eficacia de las inversiones en tecnología del agua. Las inversiones en el desarrollo,
capacitación y mercadeo de tecnologías de bajo costo “adecuadas “pueden ser altamente
rentables. (NWP, 2005) En la tabla número 2 se evidenciaran las comparaciones entre la
inversión o los insumos iniciales contra el resultado en US$:
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Tabla 2. Ejemplos de bombas a nivel mundial
Producto Insumos en US$ Resultados en US$
Bomba de pedal (1 millón
instaladas en Bangladesh)
7 millones 100 millones
Bombas de mecate (500.oo
instaladas en Nicaragua)
1 millón 10 millones
Bombas diésel (3.000 en
India)
0,1 millón 125 millones
Letrinas (600 talleres
privados producen un millón
por año)
10 millones 8 millones
Fuente: (Intercoop, 2016)
7.2 Paneles Solares
Contexto Internacional
Aproximadamente el 81% de la energía consumida a nivel mundial proviene de fuentes fósiles,
mientras que el 19% restante proviene de fuentes renovables. Estas cifras se obtuvieron de una
investigación para un artículo de “Renewables 2014 Global Status Report”.
Según estos datos, todavía se puede observar la dependencia mundial con el petróleo, el carbón, el
gas natural y aun en los combustibles nucleares, como recursos fósiles disponibles en cantidades
que pueden ser consideradas relativamente abundantes pero finitas, y las coyunturas económicas
y geopolíticas asociadas, con su distribución geo - gráfica y su dominio, que han generado en
muchos países la necesidad de iniciar una transición hacia el uso de recursos energéticos de
carácter renovable, que a su vez contribuyan a la reducción de emisiones de efecto invernadero y
a la mitigación del cambio climático que viene experimentando el planeta (ATN/FM-12825-CO,
2015)
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Lastimosamente tuvieron que suceder varios hechos económicos, políticos, sociales y sobre todo
ambientales, para que las personas tuviéramos que darnos cuenta de la importancia de cambiar
estas energías convencionales por las energías renovables. Debido a estos nuevos estudios y
desarrollos tecnológicos, se comenzó a trabajar con energías renovables, un ejemplo de ello, es la
energía derivada del sol.
La energía solar hoy en día representa la segunda fuente avanzada de energía renovable de mayor
penetración en el mundo, después de la eólica, con una producción que equivale entre 0,85% y 1%
de la demanda mundial de electricidad (Solar S. , 2016), lograda a través de una capacidad
instalada de 139 GW a 2013.
Contexto Nacional
En comparación con el contexto internacional, Colombia tiene un promedio menor de uso de
energías fósiles, pues aproximadamente el 78% de la energía consumida hoy en día, es proveniente
de estas, mientras que el 22% restante proviene de fuentes renovables. Colombia es un país que
goza de una matriz energética relativamente rica tanto en combustibles fósiles como en recursos
renovables. Actualmente, la explotación y producción energética del país está constituida a
grandes rasgos en un 93% de recursos primarios de origen fósil, aproximadamente un 4% de
hidroenergía y un 3% de biomasa y residuos (ATN/FM-12825-CO, 2015)
Como se pudo observar con las cifras anteriormente expuestas, sin duda colombia es un pais
dependiente todavia del petroleo, a pesar de los acuerdos firmados por el presdente y a partir de
normas que restringen mas el uso de combustibles fosiles y que por lo conytrario alientan a utilizar
energias renovables. Todavia no se alcanza un porcentaje considerativo que indique el cambio en
nuestro pais, ademas que de la unica enegia renovable que se observa es de las hidroelectricas.
Todavia falta mucho para introducir de lleno, la energia solar. Por eso es importante generar
nuesvos proyectos con este tipo de energia.
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Riesgos: La alta dependencia de Colombia en sus recursos hidroeléctricos pone al país en riesgo
periódico de escasez y altos precios de la energía, como fue evidenciado en la crisis energética
generada por el fenómeno de El Niño en los años 1992 y 1993 o más recientemente en los altos
precios de energía experimentados en 2009, 2010, 2013 y 2014. Más aún, análisis recientes han
pronosticado que la vulnerabilidad a las sequías crecerá significativamente en Colombia debido al
cambio climático. (CorpoEma, 2010)
Como lo presenta la ilustración 10, durante los últimos años en Colombia, el precio de la energía
eléctrica ha tenido una tendencia constante al alza, llegando a precios cercanos a los 500 COP/
kWh.
Ilustración 10. Tendencia de precios en el mercado mayorista de energía colombiana, 2000 - 2014. (Promedios
mensuales)
Fuente: (CorpoEma, 2010)
En los últimos años, el desarrollo de las tecnologías asociadas a la transformación de energías
renovables ha sorprendido de manera sostenida a los analistas internacionales en materia de la
velocidad y la rata con la que sus costos han venido reduciéndose, especialmente en el caso de la
energía solar fotovoltaica.
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Para Colombia, las fuentes disponibles de información de recurso solar indican que el país cuenta
con una irradiación promedio de 4,5 kWh/m2 /d (UPME, IDEAM, 2005), la cual supera el
promedio mundial de 3,9 kWh/m2 /d. Esta variable nos indica una buena viabilidad del desarrollo
del proyecto.
El potencial para lograr un amplio desarrollo de este tipo de sistemas en Colombia enfrenta
barreras u obstáculos como lo son, el relativo alto costo de inversión por kW instalado, la necesidad
de desarrollar un mercado de oferta competitivo en materia de estándares de calidad, seguridad,
servicio y bajos costos de instalación.
Actualmente, la tecnología solar fotovoltaica no es competitiva en Colombia, pues los costos de
estas instalaciones son aún más altos comparados con la mayoría de países que tienen una industria
solar desarrollada, como es el caso de los países europeos. Es importante incentivar el uso de esta
energía, para crear competitividad en el mercado, para que en un futuro vaya declinando los costos
de inversión que se necesitan hacer para conseguir un sistema con energía solar (Diego Mora
Navarro, Jorge Hurtado Liévano., 2004).
En Colombia se tiene una muy buena disponibilidad de energía solar y para el caso del
departamento de Cundinamarca, se pueden plantear sistemas fotovoltaicos, que puedan
aprovechar la radicación solar de modo complementario haciendo frente a los sistemas de
electrificación existente.
Colombia se encuentra en una zona privilegiada del mundo debido a que se está localizado
sobre la línea ecuatorial lo que indica que la disponibilidad de radiación solar diaria en
algunos lugares puede llegar a encontrarse hasta de 12 horas continuas en algunas zonas
del país. El municipio de Anapoima tiene según la UPME y el IDEAM 4,5 horas de
radiación efectiva.
El mundo se encuentra en un momento de cambios en el que la dependencia energética es
cada vez mayor, Colombia no es excepción de este impacto y se debe empezar a pensar en
tomar medidas de generación de alternativas, y pensar en la concientización ambiental
(Diego Mora Navarro, Jorge Hurtado Liévano., 2004).
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Un ejemplo implementado en Colombia sobre proyectos con energía solar, es el de
Montería: En donde al Institución Educativa Martinica en la zona rural de Montería se
convirtió en la primera sede educativa en contar con un sistema autónomo de energía solar
que le permitirá abastecerse a un bajo costo. Acá se llevó una instalación de 16 paneles
solares que garantizan energía 24 horas al establecimiento educativo, que estuvo a cargo
de la Alcaldía de Montería en una apuesta por incentivar el uso de energía limpia (Ema,
2012).
Hechos y ejemplos como este, son los que se necesitan desarrollar en Colombia, para que
crezca la implementación de estos sistemas renovables.
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8. METODOLOGÍA
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
Métodos que se tuvieron en cuenta para la elaboración del proyecto:
Método Científico.
Es un método sistemático que incluye técnicas de observación, reglas para el razonamiento y la
predicción, lo cual este método sigue el siguiente proceso de estudio y cálculo como única
alternativa y medio de información segura entendible durante del desarrollo del proyecto.
Método Bibliográfico:
La recopilación bibliográfica se realizó mediante libros, formato de documento portátil (PDF),
revistas científicas e internet.
Se realizará un análisis de alternativas, para comparar las posibles opciones que se puedan usar en
la finca rural, descartando el sistema convencional por medio de combustibles fósiles y otra energía
renovable como lo es la Eólica. Para poder demostrar que el diseño de un sistema solar fotovoltaico
es el adecuado para estas condiciones y para la realización de este proyecto. Dando respuestas de
porque no utilizar estas alternativas y el porqué de utilizar los paneles solares y realizando su
respectivo dimensionamiento y diseño.
Como metodología definitiva y principal del proyecto se determinó usar la investigación
proyectiva, es aquella que consiste en dar solución a algún problema practico que se presenta en
la vida cotidiana, se centra en cómo desarrollar una serie de pasos para llegar a cumplir con los
alcances y objetivos propuestos.
Consiste en la elaboración de una propuesta o de un modelo, para solucionar problemas o
necesidades de tipo práctico, ya sea de un grupo social, institución, un área en particular del
conocimiento, partiendo de un diagnóstico preciso de las necesidades del momento, los procesos
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explicativos o generadores involucrados y las tendencias futuras (Martha Nelly Córdoba, Carolina
Monsalve., 1998).
¿Porque se escogió la investigación proyectiva?
Se determinó este tipo de investigación, porque hay situaciones que no están funcionando
adecuadamente en la vereda Santa Helena, y que se desean modificar. Porque hay potencialidades
que no se están aprovechando, y consecuente con esto se presentan actualmente problemas a
resolver. Se debe diagnosticar el problema (evento a modificar), explicar a qué se debe (proceso
causal) y desarrollar la propuesta con base en esa información.
Esta metodología proyectiva se divide en 10 fases:
I. Fase Exploratoria
Integra el estadio exploratorio:
Se realiza un diagnóstico de las condiciones iniciales del área de estudio para poder
determinar la problemática y poder identificar el número de personas afectadas.
Además se establecen las áreas de influencia; El área de influencia directa es la finca rural
y vereda Santa Helena y el área de influencia indirecta es el Municipio de Anapoima.
Chequea la presencia de estudios descriptivos, analíticos, explicativos, predictivos:
No se tienen descripciones detalladas de la zona de estudio, ni análisis previos del agua,
para poder facilitar el desarrollo del proyecto.
Detecta un evento a modificar:
Se detecta que en el área de estudio no se cuenta con un correcto sistema de captación que
no genere emisiones ni genere gastos económicos. Además de identificar la falta de un
tratamiento del agua que se capta en el Río Bogotá.
Plantea un enunciado proyectivo:
Se planea reemplazar las prácticas actuales de captación del recurso hídrico, por
funcionamiento de un sistema de energía alternativa, de bajo costo en el tiempo, que sea
duradero y amigable ambientalmente.
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II. Fase Descriptiva
Descripción de la situación preocupante:
Actualmente la población de la vereda y en específico la familia en estudio, no cuentan con
un ingreso económico estable, lo que dificulta el uso de bombas de combustibles fósiles y
limita las tareas agrícolas y caseras de estas personas, que se ven obligados en ocasiones a
captar el agua de forma manual; y cuando logran captar el agua necesaria, hacen uso de
ella sin aplicarle algún tipo de tratamiento.
Identifica necesidades de cambio:
Se necesita mejorar las condiciones en las que captan el agua y de optimizar la calidad del
agua. Además de cambiar y corregir los hábitos que ya han desarrollado con el paso del
tiempo, los pobladores de esta zona de estudio.
Justifica el proyecto:
Se brindará una ayuda en la orientación y diseño de un sistema diferente, que funcione por
medio de energía alternativa, la cual será proveniente del sol, aprovechando la radiación
solar que se da en el Municipio de Anapoima.
Plantea objetivos general, proyectivo y específicos de niveles anteriores:
Se determinaron los objetivos que se debían cumplir para llevar a cabo el desarrollo del
proyecto, empezando por el general que es el que precisa la finalidad del estudio, teniendo
en cuenta los propósitos del mismo y de las consideraciones pertinentes.
Posteriormente se establecieron los específicos, que salen del general pero como su mismo
nombre lo indica es más específico, principalmente lo que se hace es subdividir el general
para poderlo cumplir por etapas, teniendo en cuenta los pasos importantes para llegar a
cumplir con el objetivo general.
III. Fase Comparativa
Investigaciones con el evento a modificar y los posibles procesos causales:
Se realiza la investigación del tema pertinente, que en este caso es sobre energía solar,
sistemas fotovoltaicos y paneles solares; además de su contexto internacional y nacional,
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teniendo en cuenta los antecedentes que se han presentado y el desarrollo tecnológico,
técnico y económico que se ha tenido a lo largo de los años en el ámbito global y local.
Compara conceptos y teorías:
Para justificar el uso de los paneles solares, se hizo una comparación con otras energías
renovables, como la energía eólica, teniendo en cuenta su funcionamiento, sus conceptos
técnicos y los costos. También se hizo también una comparación con los métodos
convencionales, como los combustibles fósiles, identificando principalmente las
consecuencias y los efectos que producen para no seguir utilizando estos métodos.
Adicional a la comparación de las energías descritas anteriormente, también se evaluó la
alternativa de diseñar un sistema que funcione por una bici bomba.
IV. Fase Analítica
Análisis sintagmático de las teorías sobre el evento a cambiar y los procesos causales:
Se realizó un análisis de laboratorio adicionando una comparación con datos obtenidos de la CAR,
para evidenciar las condiciones del agua sin el tratamiento para analizar cuál sería el correcto
tratamiento. Además se elaboró un estudio de necesidades, para determinar la energía eléctrica que
consumen los pobladores de esta zona y así dimensionar los paneles solares.
V. Fase Explicativa
Sintagma gnoseológico centrado en el evento a modificar, el contexto y los procesos causales:
En esta fase ya se evidenciaran los diseños preliminares del sistema, que en la fase anterior se
dedujeron gracias al dimensionamiento; en esta fase con el consumo ya identificado, se
determinaran los paneles que se requieren, el número de baterías, los inversores y el controlador
que sea necesario y demás materiales que puedan surgir en el transcurso del proyecto.
VI. Fase Predictiva
Posibles dificultades y limitaciones:
En el proyecto se identificaron los impedimentos que pueden obstaculizar el desarrollo del
proyecto o la futura implementación del mismo.
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Una de las dificultades del proyectos es la eficiencia del tratamiento del agua, puesto que
al provenir del rio Bogotá hace que los parámetros se alteren y cambien dependiendo de
las variables como el clima, la época del año y principalmente su irregularidad frente a los
vertimientos que se presenten aguas arriba.
Las dificultades para la puesta en marcha o futura implementación, son las limitaciones
económicas, a pesar de que a largo plazo se ahorraría una buena cantidad de dinero, se
necesita de una inversión inicial muy grande.
Ajuste de objetivos general y específicos:
Respecto a los objetivos planteados en el anteproyecto tuvieron algunas correcciones
debido al desarrollo del proyecto y principalmente a la delimitación del alcance del mismo.
Inicialmente se contempló la posibilidad de poder implementar el sistema, pero debido a
los altos costos iniciales, se planteó solo en la fase de diseño.
VII. Fase Proyectiva
Diseño proyectivo:
A partir de los datos obtenidos del dimensionamiento, se realizó un diseño de los
componentes del sistema de paneles solares. Se evidencia una imagen recreando la zona
de estudio con sus componentes y los planos de los mismos.
Operacionaliza los eventos:
Primero se tendrá la bomba hidráulica cerca del rio para realizar la captación, esta
funcionara por medio de energía solar, lo que nos indica que estarán situado los paneles
para recibir los rayos solares, estos dirigen su energía hacia un controlador que será el
encargado de regular la carga eléctrica, y este a su vez estará conectado a las baterías que
acumularan la energía para ser usada cuando se requiera y que no haya luz solar para
generar energía a los paneles, después de esto pasara a un inversor, que estará encargado
de cambiar la energía continua a energía alterna, para cuando en el sistema se requiera
implementar otra clase de electrodomésticos que tenga esta característica.
Selecciona las unidades de estudio;
Las unidades dentro del proyecto estarán divididas entre la captación, la energía y el
tratamiento. Para la captación se contrata con una bomba hidráulica; en el funcionamiento
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se contemplara lo que son los paneles solares, las baterías, el inversor, el controlador y el
cableado; y para el tratamiento se tendrá dispuesto un tanque de almacenamiento y otro
para los filtros.
VIII. Fase Interactiva
Aplica los instrumentos y recoge datos del contexto, del evento a cambiar y de los procesos
causales:
Para esta fase se tuvieron en cuenta las variables que puedan cambiar a mediano y largo plazo,
como lo son la radiación solar y las horas de brillo, que serán variables que afecten o modifiquen
la energía total, por lo que se tomaron datos de las tendencias de lo que sucede en un año, evaluando
cada mes, para así poder determinar en cual mes se presentaban las condiciones menos favorables
y así poder realizar el diseño.
IX. Fase Confirmatoria
Analiza y concluye con un diseño, propuesta o plan de acción:
La propuesta ya unificada del sistema que se fue desarrollando con el proyecto, es el diseño del
funcionamiento de una bomba hidráulica por medio de 2 paneles solares que serán los que
suministren la energía al sistema, además se contemplaron mas electrodomésticos, para aprovechar
el diseño y poder expandir más el sistema haciéndolo más eficiente respecto a los posibles usos
que la gente le pueda dar.
X. Fase Evaluativa
Alcances:
Este proyecto se centra en realizar un diseño de un sistema con energía renovable basado
en paneles solares y del diseño de un tratamiento por medio de un tanque sedimentador,
filtros y un clorador, para la finca rural de la vereda Santa Rosa, para mejorar la calidad
del agua
Esto incluye:
- Análisis del agua para determinar condiciones iniciales del agua.
- Análisis de alternativas.
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- Estudio de las necesidades de las personas que viven en la finca rural
- Evaluación de costos para escoger la alternativa que se ajustara a la relación de costo
beneficio.
- Evaluación del aporte solar en esta zona.
- Definición de la potencia del campo generador (Paneles Solares)
- Dimensionamiento del número de paneles necesarios.
- Determinación del sistema acumulador de los paneles.
- Diseño de la Bici-Bomba
- Escogencia de la bomba necesaria para la captación.
- Diseño del sistema de tratamiento.
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9. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
Energías no Renovables (Combustibles)
Una motobomba que maneje hasta máximo 30.000 L/h aproximadamente, tiene un
depósito máximo de 3,9 L y su consumo en el funcionamiento es de 1,1 L/h. (Ayerbe,
2017).
El precio de la gasolina está actualmente alrededor de $8.181 por galón (3,785 Litros)
(Portafolio, 2017), lo cual quiere decir que un galón alcanza para aproximadamente 3 horas
de funcionamiento. Y si se requieren a diario el uso de la bomba, esto demandaría un costo
elevado para esta familia que no posee con los recursos económicos suficientes. Además,
hay que tener en cuenta que la gran demanda del petróleo y la gasolina aumenta cada día y
está sujeta a cambios considerables en el precio de esta misma, incluyendo impuestos que
se realizan con el paso del tiempo y con la estipulación de cada gobierno. Lo que además
de hacer irregular su costo, lo hace de forma exponencial.
Se tienen que tener en cuenta también los costos de mantenimiento de la motobomba y del
transporte de la gasolina cada vez que se requiera, lo que hace que sea más dispendioso su
funcionamiento, teniendo en cuenta la lejanía de la vereda y que en el Municipio de
Anapoima solo se cuenta con una estación de Gasolina, lo cual hace aún más arduo su
transporte.
Además de los costos económicos, también es importante resaltar los costos y
consecuencias en el medio ambiente, debido a la combustión de la motobomba y de las
emisiones que genera.
En las siguientes ilustraciones (11 y 12) se evidenciarán los componentes con sus
respectivos porcentajes en los que son emitidos al medio ambiente, después del
funcionamiento de una motobomba de gasolina. Donde se observan gases que contribuyen
con el efecto invernadero, en donde un 14% aproximadamente es de Dióxido de Oxigeno
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(CO2) y en menor proporción se encuentran el Vapor de Agua (H2O), los Óxidos de
Nitrógeno (NOX) y el Monóxido de Carbono (CO).
Ilustración 11: Composición de las emisiones en la combustión de una motobomba.
Fuente: (Megane, 2017)
Ilustración 12: Composición de la mezcla de combustión y emisiones escape.
Fuente: (Megane, 2017)
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Hay que tener en cuenta que el efecto invernadero es uno de los causantes del cambio climático y
a raíz de esto en el año 2015 se realizó una Conferencia de las Naciones Unidas, conocida como
la COP21, en donde el objetivo principal era el de concluir un acuerdo mundial para reducir sus
emisiones de gases de efecto invernadero.
Acuerdo al que se comprometió nuestro gobernante Juan Manuel Santos y en donde aseguro que
el país se comprometerá a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia en un
20 por ciento con relación a las emisiones proyectadas para el año 2030. El gobierno de Santos
había adoptado anticipadamente varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible a través de una
estrategia de Crecimiento Verde, que busca que los sectores productivos adopten prácticas bajas
en carbono. (Tiempo, 2015).
Adicional a este acuerdo, los presidentes de India y Francia; Narendra Modi y Francois Hollande
respectivamente, hicieron una invitación a más de 100 países para que formen la “Alianza de la
Energía Solar”.
Una coalición de 121 países situados en las regiones más soleadas del mundo lanzaron el lunes en
París, al margen de la conferencia del cambio climático COP21, una "alianza internacional de la
energía solar" (ISA) a iniciativa del primer ministro indio Narendra Modi.
"Queremos aportar energía solar a nuestras vidas, a nuestras casas, haciendo que sea menos cara,
más fiable, más fácil de conectar a la red" declaró Modi en presencia del presidente francés
François Hollande y del secretario general de Naciones Unidas, Ban Ki-moon. (Jornada, 2015)
Energía Eólica
Para realizar una instalación de un sistema con energía eólica, se requiere principalmente de
grandes masas de aire en movimiento en el sitio en donde se requiere hacer la instalación.
Los equipos de conversión de energía transforman esa energía cinética en potencia mecánica que
puede ser convertida en electricidad o aplicada en sistemas de bombeo de agua. (EMA, 2012). Para
llevar a cabo la instalación de una fuente de energía eólica se requiere como mínimo un
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aerogenerador en DC o AC, un banco de baterías, un regulador de carga y un acondicionador de
potencia.
Para que las Aero turbinas o generadores funcionen primero se requiere que el sitio de instalación
sea amplio y que se encuentre despejado para que no haya ningún obstáculo que impida el
recepcionamiento del viento.
Los aerogeneradores alcanzan normalmente alturas de hasta 50 m, por lo que en las tablas 6 y 7,
se observarán las velocidades tanto en la superficie (10 m) como en la de 50 m de altura.
Para que un sistema de generador de electricidad por medio de Energía Eólica funcione y sea
viable, se necesita que en la superficie tenga una velocidad del viento de mínimo 4 m/s y para
alturas entre 20 y 50 metros es necesaria una velocidad mayor a 5 m/s, para que sea viable y
funcione correctamente siendo mayores las ventajas. (EMA, 2012)
El viento promedio mensual en superfice, en Anapoima, se observara en la tabla 3.
Tabla 3. Velocidad Promedio del Viento en Superficie (10 m) de Altura
Mes Velocidad a 10 m (m/s)
Enero 2 – 3
Febrero 2 – 3
Marzo 2 – 3
Abril 2 – 3
Mayo 2 – 3
Junio 2 – 3
Julio 2 – 3
Agosto 2 – 3
Septiembre 2 – 3
Octubre 2 – 3
Noviembre 2 – 3
Diciembre 2 – 3
PROMEDIO 2 a 3
Fuente: (IDEAM, Atlas Interactivo del Ideam, 2017)
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Se observó en la anterior tabla que son invariables los datos de velocidad ya que para un correcto
funcionamiento es de mínimo 4 m/s, y el rango de velocidades registradas en el Municipio de
Anapoima son de 2 a 3 m/s. Lo que hace que sea poco viable realizar este tipo de proyectos en la
zona. En la ilustración 13 se observara la ubicación de Anapoima respecto al mapa de los vientos
promedios.
Ilustración 13: Velocidad Promedio del Viento, Multianual
Fuente: (IDEAM, Atlas Interactivo del Ideam, 2017)
En la ilustración 14 se puede observar que en el departamento de Cundinamarca no varía mucho
la velocidad del viento, encontrándose en el sur entre 2 y 4 m/s, que es el caso del Municipio de
Anapoima y en la parte Norte se tiene una velocidad entre 3 y 5 m/s.
Ilustración 14: Conversión tabla de colores para velocidad (m/s)
Fuente: (IDEAM, Atlas Interactivo del Ideam, 2017)
Anapoima
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En la tabla 4, se puede observar la velocidad del viento a 50 m de altura, en donde el promedio
que se obtuvo fue de 3 a 4,8 m/s, pero para que se cumpla el correcto funcionamiento de un sistema
con Energía Eólica, se tienen que tener vientos de más de 5 m/s.
Tabla 4. Velocidad Promedio del Viento a 50 m de Altura.
Mes Velocidad a 50 m (m/s)
Enero 4 – 5
Febrero 4 – 5
Marzo 4 – 5
Abril 0 – 4
Mayo 0 – 4
Junio 0 – 4
Julio 4 – 5
Agosto 4 – 5
Septiembre 4 – 5
Octubre 4 – 5
Noviembre 4 – 5
Diciembre 4 - 5
PROMEDIO 3 – 4,8
Fuente: (IDEAM, Atlas Interactivo del Ideam, 2017)
Desventajas de la energía eólica:
Producción: Debido a la baja densidad del viento, producir cantidades elevadas de
electricidad a través de los molinos eólicos requiere espacios de mucha extensión. Además,
es muy difícil hacer coincidir los periodos de máxima demanda con los de alta generación,
que suelen ser nocturnos, cuando los vientos son más fuertes.
Los efectos estéticos que provoca la construcción de una planta eólica en el campo, los
sonidos que emiten los generadores, las interferencias electromagnéticas producidas por
las antenas. Las aves de la zona también corren riesgo de mortalidad por los impactos con
las palas de los generadores, aunque se pinten en colores muy llamativos. La necesidad de
grandes extensiones para su construcción, debido al gran tamaño de los molinos.
(CultivarSalud, 2015)
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10. RESULTADOS
10.1 Análisis del agua
Resultados de las caracterizaciones en el laboratorio de Ingeniería Ambiental, que son los que se
encuentran en la columna de color amarillo y análisis de los parámetros otorgados por la CAR,
que son los de la columna de color azul. Para mayor información se puede evidenciar el registro
fotográfico en el anexo 14.3 y el resultado por cada parámetro se puede observar en la tabla 5.
Tabla 5. Comparación datos de Laboratorio de La Salle con datos de la CAR.:
Fuente: Autor y (Corporación Autónoma Regional, 2016)
Parametro Cantidad Unidades
Quebrada
Socota
Rio
Calandaima
Aguas bajo Rio
Calandaima Unidades
cromo total 0,233 mg/L 0,02657 mg/L
sulfatos 29 mg/L 211 94,6 49,2 mg/L
hierro ferroso 1,48 mg/L mg/L
hierro total 1,49 mg/L 0,81 mg/L
DQO 438 mg/L 26 211 mg/L
ortofosfatos 43,11 mg/L mg/L
solidos suspendidos 103,7 mg/L 16,5 113 mg/L
acidez 12,5 % %
coliformes 4,30E+04 ufc >2,4E+04 >2,4E+04 1,40E+07 ufc
pH 7,1 7,8 8 7,6
Conductividad 603 mS / cm 846 316 661 mS / cm
327 ppm ppm
Oxigeno disuelto 6,7 % 0,1 5,7 3,1 mg/L
0,63 ppm ppm
Nirato RA 7,3 mg/L 0,257 0,493 mg/L
Nitrato RB 0,11 mg/L 0,257 0,493 mg/L
Nitrito RA PP 22 mg/L 0,124 0,006 0,006 mg/L
Sulfato 32 mg/L 211 94,6 49,2 mg/L
Sulfato AV 45 mg/L 211 94,6 49,2 mg/L
Color 429 PtCo 25 10 40 PtCo
Turbidez 53,7 NTU 2,3 17,2 79,7 NTU
Solidos sedimentables 1,1 mL/L mL/L
Laboratorio CAR
Datos Laboratorio - CAR
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Para la comparación de los parámetros que se analizaron se tuvieron en cuenta los datos
suministrados por el laboratorio ambiental de la CAR y posteriormente se realizó la caracterización
en el laboratorio de la Universidad para hacer una mejor estimación y más precisa de la zona donde
se realiza el proyecto.
Los datos de la CAR, fueron pedidos con el radicado 20161126544 y los cuales fueron enviados
días después de poder solicitar el permiso para la obtención de estos datos con fines académicos.
Revisar (Anexo 14.2) Notificación de la CAR.
Y posteriormente los datos de laboratorio se realizaron con el fin de dar un mejor dato aproximado
a la región en la que se realiza el proyecto, para el siguiente análisis se tomaran los valores más
altos, para realizar un debido tratamiento al agua, para no perjudicar la salud humano de la familia
en donde se encuentra ubicada la finca. Ver anexo 14.3 para observar los registros fotográficos.
10.2 Dimensionado de una instalación Solar Fotovoltaica
Para el estudio y la determinación de las necesidades de la familia de la finca rural, ubicada en la
vereda Santa Rosa del municipio de Anapoima, es necesario definir como primera medida la
potencia total que se requiere demandar para alimentar las cargas de corriente directa y para la
corriente alterna. Con base en las necesidades de este proyecto se hará una descripción de las
necesidades presentes para determinar la demanda total de energía diaria que debe cubrir la
instalación solar fotovoltaica.
10.2.1 Estudio de las Necesidades
La energía en Corriente Directa es controlada por un regulador que está dentro del sistema solar
fotovoltaico, por lo que es necesario tener en cuentas las perdías que estas asociadas a este sistema,
considerando la eficiencia del regulador. En la tabla 6 se observará el equipo que se utilizará con
corriente directa.
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Tabla 6. Descripción de las necesidades en corriente directa DC.
Equipos Número de Equipos Potencia. P
(W)
Horas.
H/día
Energía en DC
(Wh/día)
Bomba 1 108 3 324
Energía Total CA 324
Fuente: Autor
La potencia de la bomba está especificada en la ficha técnica (Anexo 14.1.5), que fue necesaria
para la determinación de la energía que consumirá al día.
Para obtener la energía en Corriente Alterna es necesario hacerla pasar por un inversor la energía
en Corriente Directa que proviene de unas baterías o acumuladores, para ello se requiere considerar
las perdidas asociadas a esta conversión.
Por ello se requiere tener en cuenta esta corrección de la energía en Corriente Alterna en la
implementación de la ecuación para determinar la demanda de la energía total dentro del sistema
solar fotovoltaico. A su vez se considerará la eficiencia del inversor (Ƞinv.) y la eficiencia del
regulador (Ƞreg.).
En la tabla 7, se consideraron otros equipos para hacer el estudio de la energía consumida por los
pobladores de la finca. La potencia y demás especificaciones del refrigerador se encuentran en el
anexo 14.1.6. y las especificaciones de los demás equipos se encuentran en los anexos (14.1.7 y
14.1.8)
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Tabla 7. Descripción de las necesidades en corriente alterna CA.
Equipos Número de
Equipos
Potencia. P
(W)
Horas.
H/día
Energía en CA
(Wh/día)
Refrigerador 1 720 Día 24 720
Celular 3 18 2 108
Radio 1 15 5 75
Bombilla 5 15 5 375
Energía Total CA 1278
Fuente: Autor.
El consumo diario total (ET), será la suma del consumo en Corriente Directa y en Corriente Alterna,
teniendo en cuenta los rendimientos del regulador y los del inversor, respectivamente:
Ecuación 1. Energía Total
𝐸𝑇 = (𝐸𝐷𝐶
Ƞ𝑟𝑒𝑔+
𝐸𝐶𝐴
Ƞ𝑟𝑒𝑔 ∗ Ƞ𝑖𝑛𝑣)
Fuente: (Pineda, 2017)
Ƞinv.: El rendimiento del inversor de referencia SEI011CH es de 0,90. Para mayor información
revisar el anexo 14.1.4.
Ƞreg.: El rendimiento del regulador fue de 0,98. (WS-WSC WELLSEE Regulador Hibrido) Para
una mayor información observar el anexo 14.1.3
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Por tanto:
𝐸𝑇 = (324
0,98+
1278
0,98 ∗ 0,9)
𝐸𝑇 = (330,61 + 1448,97)
ET = 1779,58 Wh/ Día
10.2.2 Evaluación del aporte solar.
En la tabla 8 que se observara a continuación indica los valores mensuales de Radiación Solar
Incidente (R0) y de Horas de Brillo Solar (HBS), que fueron obtenidos del Atlas Interactivo de
Radiación Solar en Colombia. Para poder determinar el consumo de Energía (ET (KWh/Día)) se
utilizó el hallado anteriormente con el consumo de corriente directa y alterna, para los 12 meses
se establecerá la misma cantidad de energía, ya que no se tendrán en cuenta las variaciones que
ocurran durante los meses. Por lo tanto la ET (Wh/Día) será igual para todo el año (1779,58)
Tabla 8. Evaluación mensual de Ro y HBS.
Mes R0 (Wh/ m2 – día) HBS (h)
Enero 4 – 4,5 5 – 6
Febrero 4,5 – 5 4 – 5
Marzo 4 – 4,5 3 – 4
Abril 4 – 4,5 3 – 4
Mayo 4 – 4,5 4 – 5
Junio 4 – 4,5 4 - 5
Julio 4 – 4,5 5 – 6
Agosto 4 – 4,5 4 – 5
Septiembre 4 – 4,5 4 - 5
Octubre 4 – 4,5 3 - 4
Noviembre 4 – 4,5 4 - 5
Diciembre 4,5 – 5 5 - 6
Fuente: Autor con base en datos obtenidos del IDEAM. (IDEAM, Atlas Interactivo del IDEAM, 2017)
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Los datos (R0 y HBS), fueron obtenidos en el Atlas de radiación solar de la UPME. (UPME, Atlas
de radiación Solar, 2017)
10.2.3 Definición de la Potencia del campo generador (Paneles Fotovoltaicos)
Una vez obtenidos los datos anteriormente registrados en la tabla 9, se conocerán las necesidades
para cada uno de los meses. Para que se pueda asegurar el consumo de energía durante un periodo
de utilización del sistema. Para poder realizar la base de cálculo, es necesario tomar el dato del
mes más desfavorable del año.
Se entiende por el mes más desfavorable, aquel en el que el cociente entre la energía disponible
por el aporte solar y las necesidades de energía alcance el valor más pequeño.
Para la obtención del mes más desfavorable, se relacionarán los datos anteriormente descritos, que
se mostrarán en la siguiente tabla:
Tabla 9. Determinación del cociente Ro/Et para el mes más desfavorable.
Mes Energía Disponible
R0 (KWh/ m2 – día)
ET (KWh/Día) Cociente R0 /ET
Enero 4 1779,58 0,0023
Febrero 4,5 1779,58 0,0026
Marzo 4 1779,58 0,0023
Abril 4 1779,58 0,0023
Mayo 4 1779,58 0,0023
Junio 4 1779,58 0,0023
Julio 4 1779,58 0,0023
Agosto 4 1779,58 0,0023
Septiembre 4 1779,58 0,0023
Octubre 4 1779,58 0,0023
Noviembre 4 1779,58 0,0023
Diciembre 4,5 1779,58 0,0026
Fuente: Autor con base en datos obtenidos del IDEAM. (IDEAM, Atlas Interactivo del IDEAM, 2017)
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Se determinaron que no hay muchos cambios en la variación del coeficiente por lo que la mayoría
de los meses, serán tomados como desfavorables siendo estos: 10 meses con un coeficiente de
0,0023 exceptuando los meses de Febrero y Diciembre. Con este resultado se hará el
dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico.
La potencia pico del campo generador PGEN, es la potencia máxima en W que puede entregar el
campo fotovoltaico en las Condiciones Estándar de Medida (CEM).
Para poder determinar el valor de esta potencia, teniendo en cuenta el mes más desfavorable, se
igualará la energía diaria que puede aportar el campo fotovoltaico con el consumo medio, diario
de ese mes.
Ecuación 2. Potencia generada
𝑃𝐺𝐸𝑁 ∗ 𝐻𝐵𝑆 = 𝐸𝑇
Fuente: (Pineda, 2017)
Por seguridad es necesario tener en cuenta un porcentaje adicional dentro del sistema solar
fotovoltaico de abastecimiento, por si ocurre algún evento inesperado o natural que afecte en el
sistema; o por si los usuarios requieren implementar algún equipos o electrodoméstico adicional
al sistema.
Se puede incrementar la potencia en un 20%, es decir se utilizará un factor de seguridad de 1,20.
Considerando un 20% para poder disponer del sistema por si se le añade algún otro elemento.
HBS son las horas de brillo solar para el mes más desfavorable, ET la demanda del mes más
desfavorable.
Por lo tanto, la potencia pico necesaria para abastecer el consumo del mes más desfavorable es:
𝑃𝐺𝐸𝑁 = 1,20 𝐸𝑇
𝐻𝐵𝑆 (KW)
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Aplicando la ecuación, obtendremos la potencia pico del generador.
𝑃𝐺𝐸𝑁 = 1,20 1779,58
4 (KW)
PGEN = 533, 87 Wh/dia
10.2.4 Dimensionado del Número de Paneles.
Para determinar el número de paneles solares necesario para el sistema solar fotovoltaico, es
necesario tener en cuenta la potencia pico y el voltaje de trabajo, dependiendo igualmente del
regulador y del inversor, seleccionados necesarios para proporcionar la potencia calculada del
campo de los paneles. El cálculo de redondea al número de módulos inmediatamente superior.
(Pineda, 2017)
Para el dimensionamiento es necesario definir las variables requeridas para realizar el cálculo,
como lo son:
Tensión Nominal de la instalación Vn (Voltios).
Potencia Nominal de los Paneles Pm (vatios).
Tensión Nominal de los paneles Vm (voltios).
Tensión a Circuito Abierto Uoc (voltios).
Intensidad Nominal de los Paneles Ip (amperios).
Intensidad de Corto Circuito de los Paneles Icc (amperios).
10.2.4.1 Número de Paneles en Serie por cada rama.
El número de paneles fotovoltaicos en serie, se calculan a partir del cociente entre el voltaje
nominal de la instalación y el voltaje nominal de los paneles, la obtención de estos datos salieron
a partir de la determinación del panel solar necesario (Monocristalino de 250W/24VDC) para
revisar la ficha técnica en su totalidad, se recomienda observar el anexo 14.1.2
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Ecuación 3, Número de paneles en serie.
𝑁𝑆 = 𝑉𝑛
𝑉𝑚
Fuente: (Pineda, 2017)
𝑁𝑆 = 38,1
30,7
NS = 1,24
10.2.4.2 Número de ramas de paneles en paralelo.
Se calculan mediante el cociente entre la potencia pico necesaria, para abastecer el consumo en el
mes más desfavorable (PGEN (kW)) y la potencia de los paneles (Dato obtenido del fabricante)
afectada por el número de paneles en serie NS, mediante la siguiente expresión:
Ecuación 4. Número de paneles en paralelo.
𝑁𝑃 = 𝑃𝐺𝐸𝑁
𝑃𝑚 ∗ 𝑁𝑆
Fuente: (Pineda, 2017)
𝑁𝑃 = 533, 87
250 ∗ 1,24
Np = 1,72
Por último, el número total de paneles (NT) corresponde al producto entre 𝑁𝑆 y 𝑁𝑃.
Ecuación 5. Número total de paneles necesarios
NT = 𝑁𝑠 * 𝑁𝑃
Fuente: (Pineda, 2017)
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NT = 1, 24 * 1, 72
NT = 2,13 ≈ 2
Se determinó que se requieren 2 paneles de 250W para el sistema solar fotovoltaico.
10.2.5 Sistema acumulador o de Batería.
Para dimensionar el sistema del acumulador hay que tener en cuenta tanto los parámetros
nominales de la batería, como las condiciones de funcionamiento de la instalación.
Parámetros nominales de la batería
Capacidad nominal (Cn): cantidad de carga en Ah que es posible extraer de una batería en
un número n de horas determinado. Normalmente se referencia a 20 horas (C20) o 100
horas (C100), la relación entre ambas según los fabricantes es aproximadamente de C20/
C100 ≈ 1,20.
Profundidad de descarga (PD): Cociente, en porcentaje, entre la carga extraída de una
batería y su capacidad nominal.
Capacidad útil (Cu): Capacidad en Ah disponible o utilizable en función de la profundidad
máxima de descarga permitida (PDmáx). Viene definida por la siguiente expresión: Cu =
Cn*PDmax. Por lo tanto, entre mayor sea la profundidad de descarga permitida, más
parecida es la capacidad útil a la capacidad nominal. (Pineda, 2017)
Condiciones de funcionamiento de la instalación.
Consumo medio diario en Wh (ET) para el mes de diseño (el más desfavorable). (Calculado
anteriormente).
Autonomía (A): es el máximo número de días seguidos que la instalación es capaz de
satisfacer el consumo de electricidad en condiciones completamente desfavorables, es
decir, a expensas de baterías sin producción de energía en los paneles.
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La capacidad de las baterías se dimensionará, para el voltaje de trabajo del campo de paneles, de
forma que proporcionen al menos 2 días de autonomía de la instalación (para una capacidad de
carga de las baterías de 200Ah, C100.
A partir de los datos anteriores se siguen los siguientes pasos para dimensionar el campo de
baterías:
1. La capacidad disponible (útil) del campo de baterías CU, tiene que asegurar que satisface
las necesidades diarias de consumo para el número de días de autonomía establecido. Por
cuestiones de seguridad se puede aumentar esta capacidad en un 10%.
Ecuación 6. Capacidad disponible
𝐶𝑈 = 1,1 ∗ 𝐸𝑇 ∗ 𝐴 (Wh)
Fuente: (Pineda, 2017)
𝐶𝑈 = 1,1 ∗ 1779,58 ∗ 2
CU = 3915,076 Wh
2. La capacidad se expresa normalmente en Ah, por lo que habría que dividir el valor en Wh
por la tensión nominal de la instalación (Vn). Para más información ver anexo 14.1.1
Ecuación 7. Capacidad disponible útil.
𝐶𝑈 =1,1∗ 𝐸𝑇∗𝐴
𝑉𝑛 (Ah)
Fuente: (Pineda, 2017)
𝐶𝑈 =1,1 ∗ 1779,58 ∗ 2
38,1
CU = 102,75 Ah
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3. La capacidad nominal (Cn) del campo de baterías se calcula a partir de la capacidad
disponible (CU) en función de la profundidad de descarga máxima permitida (PDmax):
Ecuación 8. Capacidad Nominal
𝐶𝑛 = 𝐶𝑈
𝑃𝐷𝑀𝐴𝑋=
1,1 ∗ 𝐸𝑇 ∗ 𝐴
𝑃𝐷𝑀𝐴𝑋 ∗ 𝑉𝑛
Fuente: (Pineda, 2017)
𝐶𝑛 = 𝐶𝑈
𝑃𝐷𝑀𝐴𝑋=
1,1 ∗ 1779,58 ∗ 2
0,7 ∗ 38,1
Cn = 146,79
Pdmax: Profundidad máxima de descarga expresada en tanto por uno en las baterías de
plomo acido suele estar entre 0,6 y 0,8, pero para tener un equilibrio y que no se presente
alguna alteración, el autor recomienda trabajar con un valor medio (0,7) (Bellostes, 2013)
4. Es necesario imponer una restricción en el tamaño o capacidad del sistema acumulador con
el fin de evitar que las corrientes de carga resulten excesivamente bajas para el tipo de
baterías escogido. Para asegurar una adecuada recarga de las baterías, la capacidad nominal
del acumulador (en Ah) no excederá en 25 veces la corriente de cortocircuito (Icc
generador) en CEM del generador fotovoltaico en (A).
Por lo tanto, la capacidad total del sistema de baterías se encontrará en el intervalo
siguiente:
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Ecuación 9. Restricción de la capacidad del sistema acumulador.
1,1 ∗ 𝐸𝑇 ∗ 𝐴
𝑃𝐷𝑀𝐴𝑋 ∗ 𝑉𝑛 ≤ 𝐶𝑛 ≤ 25 ∗ 𝐼𝑐𝑐
Fuente: (Pineda, 2017)
Donde Icc es la corriente de cortocircuito del sistema generador, que vendrá dado por el
número de ramas de paneles fotovoltaicos conectados en paralelo y la corriente de
cortocircuito en CEM de los paneles (ICCpanel).
Ecuación 10. Corriente cortocircuito del sistema generador.
𝐼𝐶𝐶 = 𝐼𝐶𝐶 𝑃𝑎𝑛𝑒𝑙 ∗ 𝑁𝑃
Fuente: (Pineda, 2017)
𝐼𝐶𝐶 = 8,8 ∗ 2
𝐼𝐶𝐶 = 17,6 𝐴
El dato de la corriente de cortocircuito (Icc) se tomó de la tabla de las características
eléctricas dela ficha técnica del panel solar (Anexo 14.1.2)
5. El número de baterías que forman el campo acumulador vendrá dado por la relación entre
la capacidad nominal total del campo y la C100 de la batería escogida:
Ecuación 11. Determinación número de baterías.
𝑁𝑜. 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠 = 𝐶𝑛
𝐶100
Fuente: (Pineda, 2017)
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𝑁𝑜. 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠 = 205
𝐶100
𝑁𝑜. 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟í𝑎𝑠 = 2,05 ≈ 2
*Los datos que fueron necesarios de la batería, se extrajeron de la ficha técnica (Anexos 14.1.1).
En donde se tomó el dato mayor de la capacidad nominal para 20 horas.
*Los acumuladores se conectan de tal forma que el voltaje o tensión del campo de baterías sea la
de diseño del campo generador. Las baterías pueden formar grupos de baterías, de forma que
dentro de cada grupo se conecten en serie, mientras que los grupos se conectan en paralelo.
(Pineda, 2017).
Por lo tanto, como se pudo observar en la ecuación 11, se requieren de 2 baterías para el sistema
solar fotovoltaico.
10.3 Volumen de agua necesario
Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO),
recomiendan en la tabla 10, las necesidades del recurso hídrico por cada tipo de cultivo, en donde
se resalta el de los cítricos, que es el cultivo predominante en la finca rural de la vereda Santa Rosa
en el Municipio de Anapoima.
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Tabla 10: Necesidades de agua de los distintos cultivos frutales expresados en mm anuales
Frutales sensibles a la sequía, que precisan de riego obligatorio
750 L Cerezo, albaricoquero y melocotonero tardíos
750 L Peral y manzano tardíos
750 L Aguacate
750 L Chirimoyo
800-1300 L Zarzamora
900-1200 L Cítricos
1000-1200 L Frambueso
1800 L Papaya
2000 L Kiwi
2500-3000 L Avellano
Fuente: (FAO, 2016)
Uso agrícola: Para calcular el agua necesario para el riego, se tomó en cuenta la tabla de la FAO
de los cultivos y el área de la finca rural de la vereda a la que se le diseñara el sistema de captación;
y se tomó el límite del rango para asegurar el consumo mínimo del cultivo.
El requerimiento para cultivar cítricos es de 1200 𝐿
𝑚2−𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠
1200 𝐿
𝑚2−𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠∗ 600 𝑚2 ∗ 1
𝑎ñ𝑜
12 𝑚𝑒𝑠𝑒= 60000
𝐿
𝑚𝑒𝑠∗ 1
𝑚𝑒𝑠
30 𝑑𝑖𝑎𝑠= 2000
𝐿
𝑑𝑖𝑎∗
3 𝑑𝑖𝑎𝑠
1 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎=
6000 𝐿
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
Uso doméstico: 9 𝑚3
𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟−𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠∗
1 𝑚𝑒𝑠
30 𝑑𝑖𝑎𝑠∗
1000 𝐿
1𝑚3= 300
𝐿 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟−.𝑑𝑖𝑎
Se tomó el dato de 9 m3, por un promedio realizado entre los consumidores de la finca de la vereda
Santa Rosa, que sabían aproximadamente su consumo, por medio del cálculo del agua demandada
aproximada del mes.
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Aproximadamente 300 𝐿
𝑑𝑖𝑎 de agua se gasta una familia en un municipio como Anapoima de bajos
recursos.
300 𝐿 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑑𝑖𝑎∗
7 𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎= 2100
𝐿
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
Si hacemos este mismo cálculo para una semana nos da un total de 2100 Litros
El requerimiento de agua para cítricos se calcula usando el régimen de riego de cada 3 días por
semana que actualmente la finca aplica.
Se puede determinar que el agua necesaria en la captación es la suma del agua para el uso
doméstico, que fue de 2100 𝐿 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎 y el agua necesaria para el uso agrícola que nos da un
valor de 6000𝐿
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎 para un total de 8100
𝐿 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
Lo que nos indica que aproximadamente se recogerán de 1100 a 1200 Litros de agua al día, que se
mantendrá en el tanque de almacenamiento o se utilizaran directamente para el riego. Pasando
previamente por el sistema de tratamiento (Tanque de filtro), principalmente,
10.4 Bici – Bomba
Banco de ensayos: Sera el lugar en donde se va a situar la bici – bomba, es una estructura metálica.
En donde la parte inferior se situará dentro del río de donde se va a extraer el agua y tendrá una
profundidad de 1 metro de altura y la estructura superior es por donde va a extraerse el agua. Se
observara en la ilustración 15 y en el anexo de planos.
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Ilustración 15: Representación estructura de bici bomba.
Fuente: Adaptación. (Arredondo, 2011)
El agua se dirigirá a un tanque de almacenamiento que tendrá la capacidad de 1000 Litros. Sus
especificaciones Técnicas se encontrarán en el anexo 14.1.9.
Ilustración 16: Tanque de almacenamiento.
Fuente: (Homecenter, 2016)
La caja guía es la pieza que se encarga de que la cuerda se deslice cuando este en contacto con el
depósito de agua y a su vez es la que dirige el conducto de aspiración. En la ilustración 17 se
observará las medidas de la caja que se va a emplear.
1 m
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Ilustración 17: Caja guía para bici bomba
Fuente: Adaptación. (Arredondo, 2011)
En la caja guía irá:
Un tubo de aspiración, que será l tubo situado en la parte de la subida del agua e ira en el
orificio de 1”.
Un tubo con forma cóncava en sus lados para que en el centro del mismo se pueda deslizar
la cuerda, que será de 2”. Como se podrá observar en la siguiente ilustración 18.
Ilustración 18: Tubo de la caja guía
Fuente: (Arredondo, 2011)
2.54 cm
10,16 cm 5.08 cm
20 cm
20 cm
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Un tubo o botella de aproximadamente 10.16 cm que estará transversalmente en la caja guía y
servirá para que la cuerda deslice sobres esta superficie lisa junto con los pistones que actúan
como poleas, este tubo o botella estará lleno de arena para que incremente el peso y le dé más
estabilidad a la estructura y así evitar movimientos que puedan perjudicar el correcto
funcionamiento de la Bici Bomba.
Una vez enlazados los materiales de la caja guía, se obtendrá una estructura como la que se
observará en la ilustración 19. Donde el tubo de 2.54 cm será el que se observara con el número 1,
el segundo tubo con una forma cóncava será el número 2 y por último la botella o tubo de 10.16
cm será el que lleve el número 3, la ilustración hace referencia al diseño planteado por Arredondo,
autor del cual nos guiaremos para la realización del diseño de la bici bomba.
Ilustración 19: Caja guía
Fuente: (Arredondo, 2011)
1
3
2
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Al final del tubo de subida y de la cuerda con los pistones ira la rueda que hará el movimiento de
polea para poder hacer que la cerda retorne hacia arriba y abajo. Adjunto a la rueda que se
encuentra en la parte superior de la estructura, ira la estructura de una bicicleta, que será en donde
el usuario pedaleé para generar el movimiento del sistema. En la ilustración 20 se observa el
esquema del sistema de captación, en donde se observan de manera general cada uno de los
componentes anteriormente descritos. En lo profundo se observa la caja guía que es por donde
pasa la cuerda con los pistones y en la parte superior la rueda que genera el movimiento.
Recreación y guía de Crocetex.
Ilustración 20. Esquema de la Bici Bomba
Fuente: (Crocetex, 2016)
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Cuando se tenga la caja guía que va en el tanque y el fragmento del sistema que impulsara el agua
hacia arriba, entonces se unirá a la estructura de la bicicleta que será la última parte que
complementara el sistema final para la Bici Bomba. La ilustración 21 presenta ya adjunta la parte
estructural de la bicicleta.
Ilustración 21: Estructura de la Bici Bomba
Fuente: (Lovecraft, 2016)
Y para una perspectiva más completa y ampliada del sistema de la Bici Bomba, se observarán
todas las piezas en conjunto en la siguiente ilustración.
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Ilustración 22: Esquema del sistema de la Bici Bomba
Fuente: (Lovecraft, 2016)
10.5 Panel Solar
Como primera medida se tuvo en cuenta la cantidad de agua necesaria que se requiere, para poder
determinar la capacidad de la bomba que se empleará y a partir del conocimiento de la bomba se
podrá determinar el panel necesario para abastecer de energía a dicha bomba. Una vez obtenidos
estos requerimientos se podrá diseñar el sistema de panel solar con los demás equipos necesarios
a implementar para integrarlos a la captación.
Bomba:
Se utilizará una bomba de presión de superficie puesto que estará a las orillas del Rio Bogotá, pero
en el terreno cercano a la finca para la manipulación de la bomba. La bomba será una Shurflo 2088
Serie Diaphragm Pump Premium Demand Pump w/Splash-Proof ShurtCoated con motor de 12V.
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Diseñada para altas presiones, con protección contra funcionamiento en seco y cabezal con 3
cavidades de válvula y embolo. Fabricada con materiales resistentes a agua salina. Motor de imán
permanente con protección térmica. Demanda automática desde 0 hasta 2,8 Bar. Diseño para larga
duración de equipo. Ofrece un flujo o caudal de hasta 11 litros/minuto (660 litros/hora).
Funcionamiento silencioso. Si se pone al 100% del funcionamiento esta bomba, aproximadamente
en 2 horas se podrá obtener el volumen de agua necesario. Lo recomendable por los fabricadores
y distribuidores de la bomba, es que al tener presiones altas por las características del Río Bogotá,
se deberá utilizar la presión más baja que a su vez es directamente proporcional a la disminución
del caudal que pueda ofrecer la bomba. Por lo que se manejara un caudal de 7,8 L/min (468 L/h).
Con este caudal que ofrece la bomba se necesitará de aproximadamente 2 horas y media para lograr
las necesidades diarias de la finca (≈1.170 L).
Ilustración 23: Bomba y ficha técnica
Fuente: (Hybrytec, 2016)
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A partir de la determinación de la bomba que se utilizará y de los demás elementos en el sistema
se sabrá la capacidad energética que necesitará para funcionar, lo que nos lleva al panel solar, que
será el que le brinda la energía.
Se determinó que los 2 paneles serán monocristalinos de 250W, acorde a las necesidades de la
bomba anteriormente descrita y de los demás elementos implícitos en el sistema, las características
del panel fotovoltaico se encontraran en el anexo 14.1.2 para más información del mismo. El
ángulo de inclinación de los paneles será de 20°, para asegurar mayor impacto de la radiación y
que a la vez ayude a que el agua de las lluvias se drene fácilmente. (Eliseo, 2016)
Ilustración 24: Panel Solar
Fuente: (Gutierrez, 2017)
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Dentro del sistema solar hay accesorios que pueden ser utilizados para mejorar la calidad y
eficiencia, estos se explicaran a continuación:
El Regulador sirve para que la carga energética sea controlada y va de la mano de una batería o
acumulador, ya que cuando este se encuentra en el sistema, será necesario de un regulador para
evitar sobrecargas perjudiciales para la batería. El regulador que se utilizará es de 30Ah, hibrido
de marca Wellsee y referencia WS-WSC.
Ilustración 25: Regulador, sistema panel solar
Fuente: (Liders, 2017)
Las características y especificaciones del regulador se podrán observar con más detalle en el anexo
14.1.3.
La batería es la encargada de que se almacene la energía eléctrica que será proporcionada por los
paneles solares, en los momentos en que no haya radiación solar, ya sea por el tiempo en la noche
o por condiciones climáticas que limiten la radiación solar.
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Ilustración 26: Batería, sistema panel solar
Fuente: (Solar D. , 2016)
Las 2 baterías son tipo gel, marca Bosfa de 200 Ah cada una, la ficha técnica completa se encuentra
en el anexo 14.1.1.
El inversor es aquel equipo que funciona para cambiar el tipo de energía que es absorbida (corriente
continua) y la transforma a corriente alterna. El inversor que se determinó ser necesario para el
sistema es de 2000W de 24VDC Output, 110 VAC de onda pura.
Ilustración 27: Inversor, sistema panel solar
Fuente: (Energy, 2017)
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El inversor de corriente transformará la electricidad a 12V producida por los paneles, en
electricidad a 220V (como la que consumimos en nuestros hogares). Se podrá observa la ficha
técnica completa en el anexo 14.1.4.
10.6 Tratamiento
Se hará un diseño preliminar y primario, con base en los datos fisicoquímicos mencionados en los
antecedentes, referentes a los obtenidos por medio del laboratorio de la Universidad de La Salle y
complementándolos con datos obtenidos por la Corporación Autónoma Regional (CAR), con el
fin de determinar las cargas contaminantes y el nivel de las sustancias químicas presentes en el
cauce medio del Río Bogotá.
Como primera medida el agua que será captada llegara a un tanque de almacenamiento de 1000
Litros como ha sido estipulado, que a su vez servirá como tanque igualador y en donde comenzará
la primera etapa del tratamiento.
En esta primera etapa se le agregara el coagulante, que en este caso y para conveniencia económica
y de accesibilidad, se utilizara sulfato de aluminio (Piedra Alumbre), para la sedimentación de los
sólidos, eliminación de olor y color del agua.
Posteriormente para por unos filtros en serie que estarán compuestos por carbón activado, arena,
gravilla fina y gruesa. Para la remoción de metales presentes en el agua, disminuir más el
porcentaje de olores y el del color del agua, además de remover más sólidos suspendidos.
La última etapa estará compuesta por la desinfección, en donde se proporcionará una dosis de
cloro, que para facilidad de la comunidad de la vereda, se suministrará por medio de pastillas, que
se le agregaran al sistema de tratamiento y a medida que pase el agua se desinfectara.
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A continuación, se podrá observar un estimado de la remoción del porcentaje de contaminación y
de comportamiento, a lo largo de las unidades del sistema de tratamiento primario; del pH,
turbiedad y el color, que son algunos de los parámetros más importantes, representativos y de
mayor impacto observados en el cauce medio del Río Bogotá.
pH
Ilustración 28: Comportamiento del pH.
Fuente. Autor
Debido a la naturaleza acida del sulfato de aluminio y a la del cloro se podrá evidenciar una
reducción de pH en las unidades que se usará este compuesto químico, que será el tanque de
sedimentación y la unidad de cloración.
AFLUENTE TANQUE DE SEDIMENTACIÓN Y
COAGULACIÓN
FILTROS CLORADOR EFLUENTE
Un
idad
es
de
PH
Unidades
PH
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Turbiedad
Ilustración 29: Comportamiento de la Turbiedad.
Fuente. Autor
En la turbiedad se observará una disminución importante debido a las unidades de sedimentación
y filtración, gracias a la coagulación por el sulfato de aluminio que removerá gran parte de los
sólidos sedimentables y partículas suspendidas, y con la ayuda de los filtros en serie que permitirá
la disminución de la turbiedad.
Color
Ilustración 30: Comportamiento del Color.
Fuente. Autor
AFLUENTE TANQUE DE SEDIMENTACIÓN Y
COAGULACIÓN
FILTROS CLORADOR EFLUENTEUn
idad
es
de
PH
Unidades
TURBIEDAD
AFLUENTE TANQUE DE SEDIMENTACIÓN Y
COAGULACIÓN
FILTROS CLORADOR EFLUENTE
NTU
Unidades
COLOR
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El color se removerá en gran parte en la fase de coagulación debido a el proceso químico de sulfato
de aluminio y a la remoción de solidos que le dan un color oscuro al agua, se podrá evidenciar que
durante este proceso la calidad de agua mejorará, debido a que el agua pasará de un color oscuro
a un color claro, aunque no totalmente limpio, durante el proceso se disminuirá el color gracias a
los filtros en serie y al proceso de cloración.
10.7 Esquema final del sistema
Ilustración 31. Diseño del sistema de captación con paneles solares.
Fuente: Autor
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11. PRESUPUESTO
A continuación, se observarán las 2 tablas que componen los gastos del proyecto, sin tener en
cuenta la mano de obra y algunas de las herramientas o materiales que son necesarios para la
implementación del sistema. Teniendo en cuenta que solo se determinaran los costos de los
materiales principales al ser solo una fase de diseño.
Ilustración 32. Cotización en Ingesolar
Fuente: Autor.
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Ilustración 33. Tanque de 1.000 Litros
Fuente: (Homecenter, 2016)
Tabla 11: Presupuesto Bici Bomba
Bici Bomba
Material Costo Unidades Total
Estructura $ 40.000 1 $ 40.000
Caja guía $ 20.000 1 $ 20.000
Tubos $ 20.000 1 $ 20.000
Estructura Bicicleta $ 50.000 1 $ 50.000
Tanque $ 199.000 1 $ 199.000
TOTAL $ 329.000
Fuente: Autor.
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Tabla 12: Presupuesto Sistema Solar Fotovoltaico
Sistema Solar Fotovoltaico
Material Costo Unidades Total
Paneles $ 650.000 2 $ 1.120.000
Baterías $ 1.033.000 2 $ 1.781.034
Inversor $ 1.150.000 1 $ 991.379
Regulador $ 230.000 1 $ 198.276
Metros de cable 2X12
Encauchetado
Centelsa $4.100 8 $28.276
Conector sencillo
MC4 macho hembra
en Y $30.000 1 $25.862
Conector sencillo
MC4 macho hembra $12.000 2 $20.690
TOTAL $ 4.165.500
Fuente: Autor.
Presupuesto total del proyecto = $ 4.494.500
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12. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se realizó el diseño del sistema para la captación por medio de los paneles solares como
alternativa de energía renovable, para la finca rural de la Vereda Santa Rosa, en Anapoima.
Se determinó que equipos y herramientas utilizar en el sistema de captación para hacerlo
eficiente y económicamente rentable a largo plazo, entre los equipos que se identificaron
para este funcionamiento son: 2 Paneles solares monocristalinos de 250W, 1 regulador de
30Ah marca Wellsee, 1 inversor de 2000W de onda pura, 2 baterías tipo gel marca Bosfa
de 200Ah.
Se realizaron las comparaciones entre las diferentes alternativas para la implementación de
un sistema que captara agua. Se descartaron las alternativas de motobomba con
funcionamiento de combustibles y el sistema de energía eólica. Para así llegar al diseño y
dimensionamiento del Sistema Solar Fotovoltaico, que funciona por medio de paneles
solares.
Se utilizarán 2 paneles para el sistema de captación, debido a las necesidades energéticas
de las personas que viven en la finca rural, además teniendo en cuenta un
sobredimensionamiento teniendo en cuenta futuras necesidades y ampliaciones del
sistema; Al igual que los días de autonomía del sistema al diseñarlo con baterías con el fin
de almacenar energía por 2 días.
Teniendo en cuenta las condiciones del agua en este punto del cauce y con base en estudios
anteriores en la universidad y en datos suministrados de la corporación autónoma regional
(CAR), se diseñó de forma genérica el proceso de tratamiento primario que debe realizarse
en la finca rural del Municipio de Anapoima.
El sistema de captación inicia con una bomba descrita en los resultados, teniendo en cuenta
el caudal que se va a utilizar en la finca rural; Esta bomba funcionara gracias a 2 paneles
solares diseñados considerando las necesidades energéticas de la familia beneficiada de la
vereda, adicional al sistema se encontrará el inversor que convertirá la energía continua en
alterna y la batería para almacenar energía y darle autonomía de 2 días al sistema; Una vez
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captada el agua, ésta pasara al tanque de almacenamiento para iniciar el tratamiento
primario.
El proyecto sirve como un método de enseñanza para la concientización de la comunidad
de la vereda aquí incluida y en general a todas aquellas personas que usan las energías
convencionales y afectan al medio ambiente; energías renovables como esta hacen una
necesidad de cambio en la tecnología, con el fin de disminuir el impacto ambiental que
actualmente se está provocando debido al continuo y masivo uso de generación por medios
convencionales.
Se observó que este tipo de instalaciones no son realmente viables desde el punto de vista
económico debido a que el punto comparativo o de referencia que prima en estos proyectos
es con la energía convencional actual; en este tipo de proyectos la rentabilidad económica
se ve reflejada a largo plazo.
Es importante seguir trabajando en este tipo de proyectos y diseños por parte de la
Universidad y la Comunidad Lasallista ya que así como este trabajo sirve como base de
datos, también ha de ser un punto de partida y un antecedente para seguir pensando en la
aplicación de nuevas tecnologías en la Universidad y otras dependencias de esta.
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13. REFERENCIAS
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14. ANEXOS
14.1 Fichas Técnicas
14.1.1 Batería
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Fuente: (Gutierrez, 2017)
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14.1.2 Panel
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Fuente: (Gutierrez, 2017)
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14.1.3 Controlador
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Fuente: (Liders, 2017)
14.1.4 Inversor
INVERSOR 2000W - 4000W EN PICO 12VDC 110AC 60HZ ONDA MODIFICADA
Ficha Técnica
Potencia nominal 2000W
Propiedades ONDA SINUSOIDAL
PURA
Voltaje de entrada 12V DC
Potencia máxima 4000W
Voltaje de salida 110V AC
Frecuencia 60 HZ
Voltaje salida cargador 13.6 V DC
Voltaje entrada
cargador 110V - 220V AC
Eficiencia de conversión 90%
Largo 405 MM
Ancho 190 MM
Alto 70 MM
Peso 4.2 KGS
Fuente: (Energy, 2017)
MODELO WS-WSC 30AH.
Tensión del sistema 12v/24v el reconocimiento automático de
voltaje.
Corriente máxima de carga 30ah.
Corriente máxima de descarga 30ah.
La potencia nominal de la turbina de viento. 100/400w (12/24v)
Carga de tensión hvd 14.4v / 28.8v
Directiva de bajo voltaje lvd 10.8v / 21.6v
Baja tensión de restauración lvr 11.8v / 23.6v
Protección de sobre carga 30Ah.
Protección contra corto circuito 30Ah.
Temperatura ambiente. -25c°/+55c°
Rendimiento del equipo 0,98
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14.1.5 Bomba Hidráulica
Fuente: (Hybrytec, 2016)
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14.1.6 Refrigerador
Upright Combination
unDanzer® Refrigerator &
Freezer
Energy Efficient Refrigerator/Freezer
Save on costs with the SunDanzer DCRF134 DC Refrigerator /
Freezer Combination unit. This single door upright unit is
perfect for situations where a chest style is just not practical.
Even with its small footprint, it still has food storage capacity
of 4.7 cubic feet. The built-in freezer compartment is perfect
for making ice and storing small frozen items.
High quality construction provides
excellent reliability and a long life. The
powder coated galvanized steel exterior is
easy to clean. The zero maintenance,
brushless, thermostatically controlled DC
compressor operates on 12 or 24 VDC.
With the added insulation and a refrigeration system
optimized for off-grid applications, this newest addition
to the SunDanzer family of Energy Efficient
refrigeration appliances will provide the same
outstanding economical and reliable operation as our
popular Chest Style units.
Low energy consumption is the key that allows SunDanzer refrigerators and freezers to be the
most cost effective for use with power from solar, wind, fuel cells or batteries. This technology
allows refrigeration in remote locations where it was previously unavailable or prohibitively
expensive.
Specifications:
Voltage: 10-31VDC
Array Size: 300 Watts
S
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Average Energy Use at 12VDC: 70°F - 460 Whrs/day, 38 AH/day 90°F - 720
Whrs/day, 60 AH/day 110°F - 1050 Whrs/day, 88 AH/day
Gross Capacity: 134 L / 4.7 cubic feet
Refrigerator: 115 L / 4 cubic feet
Freezer: 19 L / .7 cubic feet
Exterior Dimensions (WxDxH): 23.5 x 26 x 33 in
Shipping Dimensions (WxDxH): 26 x 28 x 40 in
Weight: 75 lbs including packaging, ships via LTL truck
Features:
Reversible door and handle
Dairy compartment and vegetable crisper
Adjustable legs for leveling
Scratch resistamt top doubles as work surface
Two adjustable safety glass shelves
Internal control thermostat and temperature gauge
12 or 24 VDC, or 120 VAC with 12/24 VDC backup
Environmentally friendly CFC-free refrigerant (R-134a)
Applications:
Remote homes
Cabins • Eco-Resorts
Medical Clinics
Remote Stores
Markets
Disaster Preparedness
Farms
Beverage Vending
Boats and Marine
Churches & Schools
Traveling Vendors
Villages
Missionaries
Micro-enterprises
Fuente: (Gutierrez, 2017)
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14.1.7 Ficha técnica (Características) de un celular promedio.
Fuente: (Movistar, 2017)
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14.1.8 Ficha Técnica de bombillos.
Fuente: (Leds, 2017)
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14.1.9 Fiche técnica del tanque de 1.000 Litro.
Atributo Detalle
Altura Total con Tapa 136
Capacidad 1000 Litros
Material Polietileno 100% Virgen
Uso Almacenamiento de Agua
Diámetro Inferior 91
Color Negro
Diámetro Superior con
Tapa 125
Beneficios
Tanque multiusos Bicapa, Resistentes a la intemperie y a
los rayos UV. Fondo reforzado y Sistema de cierre
Autolock. Fácil y rápida limpieza, instalación, transporte y
almacenamiento. Bajo Peso. El polietileno cumple con los
requerimientos de la F.D.A (Food d Drug Administration de
USA).
Tipo Almacenamiento
Características Tanque de almacenamiento multiusos de Skinco®
Peso Vacio 15 Kg
Recomendaciones Absténgase de almacenar líquidos derivados del petróleo.
Almacenar a temperatura máxima 60°C.
Fuente: (Homecenter, 2016)
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14.2 Notificación CAR, parámetros del Río Bogotá
Al pedir los datos formalmente a la Corporación Autónoma Regional (CAR), con el número de
radicado 20161126644, a los 15 días hábiles después, enviaron la respuesta al correo. A
continuación se evidencia, la notificación enviada con la respuesta a la solicitud.
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14.3 Evidencia Fotográfica
Ubicación de la zona de estudio.
Ilustración 34. Ubicación y condiciones de la zona de estudio.
Fuente: Autor.
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Ilustración 35. Reconocimiento de la zona de estudio.
Fuente: Autor.
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Análisis de laboratorio.
Ilustración 36. Determinación de las condiciones del agua en el laboratorio.
Fuente: Autor.
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Ilustración 37. Análisis de los parámetros fisicoquímicos en el laboratorio.
Fuente: Autor.
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Ilustración 38. Determinación de cloro para el agua.
Fuete: Autor.
Ilustración 39. Reconocimiento zona de estudio y entorno del mismo.
-
Fuente: Autor.
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14.4 Planos
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