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DIAGNOSTICO Y EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
EN EL CEDI (CENTRO DE DISTRIBUCIÓN CELTA) DE LA EMPRESA OPEN
MARKET UBICADO EN FUNZA-CUNDINAMARCA.
ANDRÉS FELIPE BARRIOS FIGUEREDO
20051180005
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA AMBIENTAL
BOGOTÁ, D.C
2
DIAGNOSTICO Y EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
EN EL CEDI (CENTRO DE DISTRIBUCIÓN CELTA) DE LA EMPRESA OPEN
MARKET UBICADO EN FUNZA-CUNDINAMARCA.
Proyecto presentado en modalidad de pasantía como requisito para optar el título de:
Ingeniero Ambiental
ANDRÉS FELIPE BARRIOS FIGUEREDO
20051180005
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA AMBIENTAL
BOGOTÁ, D.C
3
CONTENIDO
TABLA DE CUADROS .................................................................................................... 5
TABLA DE ILUSTRACIONES ......................................................................................... 6
1. RESUMEN EJECUTIVO ............................................................................................. 7
2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................... 9
3. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 10
4. OBJETIVOS .............................................................................................................. 11
4.1 GENERAL ............................................................................................................ 11
4.2. ESPECÍFICOS .................................................................................................... 11
5. METODOLOGIA........................................................................................................ 12
6. MARCO LEGAL. ....................................................................................................... 15
7. RESULTADOS .......................................................................................................... 16
7.1 METAS ................................................................................................................. 24
8. SISTEMA FOTOVOLTAICO ..................................................................................... 25
8.1 NORMATIVIDAD ................................................................................................. 25
8.1.1 CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO NTC 2050 ........................................... 25
8.1.2. REQUISITOS .. DE LA INSTALACIÓN SEGÚN NORMA TÉCNICA UNIVERSAL
PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DOMÉSTICOS .............................................. 26
8.1.3. REQUISITOS DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ................................. 27
8.2. REQUISITOS DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE ......................................... 27
4
8.3 REQUISITOS DE LA BATERÍA ........................................................................... 27
8.4 REQUISITOS DEL REGULADOR DE CARGA .................................................... 28
8.5. REQUISITOS DEL CABLEADO ......................................................................... 30
8.6. REQUISITOS DE LA INSTALACIÓN .................................................................. 31
8.7. ESTUDIO TÉCNICO ........................................................................................... 32
8.7.1. LUGAR O SITIO DE UBICACIÓN DEL ESTUDIO TÉCNICO Y FINANCIERO
PARA EL DISEÑO PROTOTIPO. .............................................................................. 33
8.7.2. DETERMINACIÓN DE LA RADIACIÓN PARA EL CEDI. ................................ 33
8.7.3. INCLINACIÓN DE LOS PANELES SOLARES ................................................ 35
8.7.4. ESTRUCTURA DE SOPORTE ........................................................................ 36
8.7.5. DISPONIBILIDAD ENERGÉTICA .................................................................... 37
8.8. PRESUPUESTO ................................................................................................. 40
9. RECOMENDACIONES ............................................................................................. 42
10. CONCLUSIONES .................................................................................................... 44
11. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 45
5
TABLA DE CUADROS Tabla 1 Acondicionamiento ........................................................................................... 17
Tabla 2 Animal Health ................................................................................................... 18
Tabla 3 Bodega ............................................................................................................. 19
Tabla 4 Freeze .............................................................................................................. 20
Tabla 5 Oficina y Otros .................................................................................................. 21
Tabla 6 Promedios mensuales de irradiación ............................................................... 34
Tabla 7 Valor promedio (Horas de Sol al Día) ............................................................... 40
Tabla 8 Presupuesto ..................................................................................................... 40
Tabla 9 valores de reducción ........................................................................................ 41
6
TABLA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 CONSUMO Kw-DIA .................................................................................. 23
Ilustración 2 Consumo energia 2015 Kw ....................................................................... 24
Ilustración 3 Radiacion Solar ......................................................................................... 33
Ilustración 4 Convenciones Mapa Radiacion Solar ....................................................... 34
Ilustración 5 Ángulo de inclinación módulo fotovoltaico ................................................ 35
Ilustración 6 Ángulo de incidencia de radiación solar sobre un panel ........................... 36
7
1. RESUMEN EJECUTIVO
OPEN MARKET es una empresa con más de 30 años especializada en manejar,
transportar, almacenar, acondicionar y distribuir productos terminados para las
principales compañías multinacionales y nacionales que operan en Colombia., que
cuenta con más de 3200 colaboradores y algo más de 100 mil metros cuadrados de
bodegas y oficinas en Montería, Tunja, Malambo, Bogotá, Cali, Medellín, Barranquilla,
Bucaramanga, Cúcuta, Pereira, Cartagena e Ibagué (Open Market, 2016).
OPEN MARKET muestra un fuerte compromiso con el medio ambiente demostrándolo
al ser parte del PREAD (programa de gestión ambiental empresarial) que realiza la
secretaria distrital de medio ambiente y obteniendo el reconocimiento de Excelencia
Ambiental: Generando desarrollo sostenible, adicional cuenta con certificación en ISO
14001-2004 Sistema de Gestión Ambiental. Con este fin OPEN MARKET busca renovar
su compromiso mediante un diagnóstico de eficiencia energética que se realizara como
fase inicial en el centro de distribución ubicado en Funza, buscando identificar focos de
consumo, para así generar una guía que permita identificarlos y realizar acciones que
permitan su mejora y disminución de consumo de energía.
En términos generales el objetivo de este proyecto es identificar inicialmente, el grado de
control de los consumos energéticos por parte de OPEN MARKET, verificar o determinar
los indicadores de eficiencia energética a nivel global y por áreas, establecer el
comportamiento de estos indicadores, identificar los procesos y equipos mayores
consumidores donde debemos concentrar la atención para reducir los consumos y los
costos, establecer las metas de reducción de costos alcanzables en la empresa de
8
acuerdo a su comportamiento histórico e identificar los potenciales más evidentes a
corto, mediano y largo plazo de soluciones o medidas de uso racional de la energía.
9
2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Dentro de las actividades de transporte, son las de tipo carretero las que deciden la
dinámica del sector. En la próxima década se prevé que la demanda total de energía
de este sector aumente a una tasa de 2.8% promedio anual. (Unidad de Planeacion
Minero Energetica, 2010).
La gestión energética puede concebirse como un esfuerzo organizado y estructurado,
para conseguir la máxima eficiencia en el suministro conversión y utilización de la
energía. Esto es lograr un uso más racional de la energía, que permita reducir el consumo
de la misma pero sin perjuicio del confort, productividad y la calidad de la producción.
Puede considerarse como el primer y necesario paso para conseguir los objetivos de
conservación de energía y reducción de las facturas de energéticos.
En la mayoría de las empresas y en especial en aquellas en las que el costo de la energía
suponga un porcentaje importante de los costos de explotación y venta, cabe plantearse
un sistema de gestión energética, conducente a una optimización en el uso eficiente de
la energía, justificado por su rentabilidad en la reducción de los costos energéticos.
(Universidad Del Atlantico, Universidad de Occidente, 2010).
10
3. JUSTIFICACIÓN
El Uso Racional y Eficiente de la Energía ha evolucionado hacia la eficiencia energética
como un concepto de cadena productiva, uno de los factores más importantes en el
desarrollo del mercado energético son los costos relacionados con el manejo de los
impactos ambientales, razón por la cual se considera que las tecnologías “limpias” están
llamadas a cumplir un rol fundamental para asegurar el desarrollo sostenible. Colombia
es un país con gran diversidad de recursos energéticos, lo que garantiza la disponibilidad
de estos para suplir la demanda interna (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER,
2011). El sector transporte es el mayor consumidor de energía, seguido por el sector
industrial y residencial. La calidad de vida de la ciudadanía y la disminución de los gases
de efecto invernadero, se constituyen en elementos de política como propósito
fundamental de este proyecto. De acuerdo con lo anterior se diseñara e implementará
un diagnóstico de eficiencia energética, destinado básicamente al aprovechamiento
sostenible de energía eléctrica y la utilización de otras fuentes de energía en las
instalaciones de Open Market específicamente en la bodega Celta ubicada en Funza.
11
4. OBJETIVOS
4.1 GENERAL
Realizar propuesta de buenas prácticas energéticas para su transición al uso de
tecnologías con energía renovable en la bodega Celta de la empresa Open Market
ubicada en Funza-Cundinamarca.
4.2. ESPECÍFICOS
identificar los procesos y equipos mayores consumidores donde debemos
concentrar la atención para reducir los consumos y los costos.
Identificar los niveles de consumo de energía eléctrica y clasificarlos según su
origen.
establecer las metas de reducción de costos alcanzables en la empresa de
acuerdo a su comportamiento histórico e identificar los potenciales más evidentes
a corto, mediano y largo plazo de soluciones o medidas de uso racional de la
energía.
Redactar un manual de buenas prácticas energéticas en la bodega Celta de la
empresa Open Market ubicada en Funza-Cundinamarca.
Proponer el uso de tecnologías alternativas que permitan disminuir el consumo
generando menor impacto al ambiente
12
5. METODOLOGÍA
En la elaboración del diagnóstico de eficiencia energética y elaboración de la guía en el
CEDI (centro de distribución celta) de la empresa Open Market ubicado en Funza-
Cundinamarca, se contara con el apoyo de ingeniera ambiental Haidee Hernández
Martínez Jefe de Open Green y Gestión Ambiental de la empresa Open Market, quien
será la persona guía y verificara todo el seguimiento al proyecto.
A continuación se relaciona el procedimiento a seguir mediante resultados que tienen
actividades específicas que permitan un seguimiento y desarrollo adecuado del proceso,
siendo evaluado mediante indicadores. Se tomara como referencia la guía
“Herramientas para el análisis de caracterización de la eficiencia energética” que es un
proyecto de la unidad de planeación minero energética de Colombia (UPME) y el instituto
colombiano para el desarrollo de la ciencia y la tecnología. “Francisco José de Caldas”
(Colciencias).
CUADRO 1 PLAN DE TRABAJO
COMPONENTE ACTIVIDADES
1. Inventario energético en CEDI Funza asociando
consumos energéticos y
posibles fugas en el uso de la energía
1.1. Definición de las variables a considerar por elemento y máquina para el análisis objeto del estudio, según bibliografía y expertos en el tema
1.2. Diseño del formato de recopilación de información acerca de las características de los equipos, elementos y variables eléctricas
1.3. Aprobación del formato de recopilación de información
1.4. Recopilación de información de equipos y elementos en el área administrativa
13
1.5. Recopilación de información de equipos y elementos en la bodega de almacenamiento farma
1.6. Recopilación de información de equipos y elementos en el área de acondicionamiento farma
1.7. Recopilación de información de equipos y elementos en la zona de cuarto frío
1.8. Recopilación de información de equipos y elementos en el área de mantenimiento
1.9. Recopilación de información de equipos y elementos en el área de acondicionamiento animal Meath
1.10.Recopliación de información de equipos y elementos en el área de almacenamiento animal Meath
1.11. Recopilación de información de equipos y elementos en otras áreas
1.12. Consolidación de la información recopilada
2.1. Búsqueda del histórico de cada consumo eléctrico para los contadores
2.2. Definir la correlación entre el consumo eléctrico de los contadores y el consumo teórico de los equipos y elementos
2.3. Análisis de la correlación planteada
2. Manual de buenas prácticas en el uso
correcto de la energía eléctrica
3.1. Revisión bibliográfica de buenas prácticas energéticas a nivel empresarial
3.2. Clasificación de las buenas prácticas energéticas encontradas, según la aplicabilidad a los distintos procesos de la organización
3.3. Documentar las buenas prácticas energéticas seleccionadas en procedimientos o en los anexos de los mismos
3.4. Aprobación de las modificaciones realizadas a procedimientos por parte de Open Green y Gestión Ambiental y Calidad
3.5. Formulación de las estrategias de capacitación e implementación para las buenas prácticas energéticas seleccionadas
3. Evaluación de alternativas para la
4.1. Revisión bibliográfica de las nuevas tecnologías en energías alternativas
14
viabilidad de implementación de
tecnologías basadas en energías alternativas
4.2. Clasificación de las energías alternativas aplicables en las instalaciones de CEDI FUNZA
4.3. Revisar las condiciones técnicas y legales para el uso de las energías alternativas seleccionadas
4.4. Seleccionar el tipo de energía alternativa adaptable en CEDI FUNZA
4.5. Definición de las variables energéticas y climatológicas para el tipo de energía seleccionada
4.6. Definición de los recursos necesarios para el tipo de energía alternativa seleccionada
4.7. Realizar la propuesta de implementación del tipo seleccionado de energía alternativa
Fuente: autor
15
6. MARCO LEGAL.
Decreto 2811 de 1974: Código Nacional de Recursos Renovables y Protección
del Medio Ambiente.
Ley 697 de 2001: Mediante el cual se fomenta el uso racional de energía, se
promueve la utilización de energías alternativas.
Decreto 3683 de 2003: Por el cual se reglamenta la ley 697 de 2001 y se crea una
Comisión intersectorial.
Decreto 2501 de 2007: Por el cual se dictan medidas para promover prácticas de
uso racional y eficiente de energía eléctrica
Ley 1715 de 2014: por medio de la cual se reglamenta la integración de las energía
renovables no convencionales al sistema de energético nacional.
16
7. RESULTADOS Dentro de los primeros resultados que se esperaban obtener tenemos el levantamiento
de los equipos, este se hizo con base al recorrido realizado durante varios días, tomando
medida de dos factores que son voltaje y corriente mediante una pinza amperimetrica de
marca FLUKE, los resultados se catalogaron de la siguiente manera.
Acondicionamiento (tabla 1)
Animal Health (tabla 2)
Bodega (tabla 3)
Freeze (tabla 4)
Oficina y otros (tabla 5)
A continuación relacionamos cada una de las tablas:
17
Tabla 1 Acondicionamiento
Fuente: (Autor)
4 Desktop 110 3 1,32 8
1 Portatil 110 1,8 0,20 8
4 Lámparas T8 2x32w 110 0,5 0,22 8
1 Impresora barras TSC 110 5 0,55 1
1 Scanner Kodak 110 1,5 0,17 1
1 Impresora matriz de puntos 110 2 0,22 1
1 Vara semáforo 110 0,109 0,01 1
1 Lámpara tipo bala 2x12w 110 0,2 0,02 5
12 Lámparas T8 6x32w 110 2 2,64 16
10 Computador AIO 110 1,4 1,54 24
1 Báscula gramera 110 0,25 0,03 0,25
1 Selladora 220 12 2,64 8
10 Banda transportadora 220 0,5 1,10 8
4 Selladora 220 24 21,12 8
4 Thermofrmadora 220 24 21,12 8
4 Lámparas T8 2x32w 110 0,5 0,22 8
2 Codificadoras Marken Image 110 2 0,44 5
1 Codificadoras VideoJet 110 3 0,33 5
4 Vara semáforo 110 0,109 0,05 0,5
2 Extractores 14" 220 2,5 1,10 8
1 Compresor 220 7 1,54 8
1 UPS 4800W 220 50 11,00 24
1 Selladora 110 4 0,44 8
1 Selladora 220 5,4 1,19 8
2 Thermoformadora 220 24 10,56 8
Cantidad EquipoHoras de
Funcionamientokw/hVoltaje (V) Corriente (A)
18
Tabla 2 Animal Health
Fuente: (Autor)
2 Lámpara tipo bala 2x12w 110 0,5 0,11 1
1 Matazancudos 110 0,58 0,06 24
3 Lámpara tipo bala 2x12w 110 0,5 0,17 4
13 Lámparas T8 6x32w 110 2 2,86 4
2 Lámparas T8 6x32w 110 2 0,44 4
1 Unidad TECAM Extractor_1 220 33 7,26 1
1 Unidad TECAM Extractor_2 220 10,4 2,29 1
2 Selladora 220 6 2,64 8
5 Vara semáforo 110 0,1 0,06 8
1 Banda transportadora 220 2 0,44 8
1 Codificadora 110 1,2 0,13 8
1 Computador AIO 110 1,3 0,14 8
Corriente (A)Voltaje (V)cantidad Equipo kw/hHoras de
Funcionamiento
19
Tabla 3 Bodega
Fuente: (Autor)
2 Baterias Montacargas 220 17,1 7,52
1 Extractor de gases 14" 220 3 0,66
5 Matazancudos 110 1 0,55
1 Aire Acondicionado LG 220 11 2,42
1 Luz emergencia 110 1 0,11
1 Impresora Aficio SP5200s 110 8 0,88
5 Desktop 110 3 1,65
1 Impresora barras ZEBRA ZM400 110 5 0,55
1 Impresora Xerox Phaser 4600 110 8 0,88
1 Parlantes 2.1 110 1,3 0,14
1 Impresora Aficio SP5200s 110 8 0,88
1 Lámparas T8 2x32w 110 0,5 0,06
1 Impresora Aficio SP5200s 110 8 0,88
1 Impresora barras ZEBRA ZM400 110 5 0,55
4 Desktop 110 3 1,32
1 Impresora Aficio SP4310n 110 9 0,99
5 Desktop 110 3 1,65
146 Lámparas T8 6x32w 110 2 32,12
1 Desktop 110 3 0,33
3 Extractores 14" 220 2,5 1,65
1 Desktop 110 4 0,44
1 Motor Puerta 220 7 1,54
5 Cargador baterias 220 17,1 18,81
1 TimeTronic 14 220 35 7,70
Corriente (A)Voltaje (V)cantidad Equipo kw/h
20
Tabla 4 Freeze
Fuente: (Autor)
12 Lámparas T8 2x32w 110 0,5 0,66 8
4 Unidad Condensadora 220 3,5 3,08 24
2 Compresor 220 2,7 1,19 24
1 Sirena 110 2 0,22 0,5
1 Vara semáforo 110 0,109 0,01 3
1 Luz emergencia 110 2 0,22 0,5
2 Lámparas T8 2x32w 110 0,5 0,11 2
1 Unidad Condensadora 220 3,5 0,77 24
1 Compresor 220 2,7 0,59 24
1 Computador AIO Olivetti 110 1,2 0,13 24
1 UPS 110 10 1,10 24
Voltaje (V) Corriente (A)cantidad Equipo kw/hHoras de
Funcionamiento
21
Tabla 5 Oficina y Otros
16 Lámparas Metalar 400 220 2 7,04 6
1 Luz emergencia LED 110 0,5 0,06 24
50 Lámpara tipo bala 2x12w 110 0,5 2,75 6
2 Luz emergencia LED 110 0,5 0,11 24
218 Lámparas T8 4x32w 110 1,2 28,78 4
1 Impresora Laser ML-2160 110 4 0,44 4
1 Impresora barras ZEBRA ZM400 110 5 0,55 4
1 Impresora Laser ML-2165w 110 4 0,44 4
1 Impresora Laser Aficio SP5200s 110 8 0,88 4
2 Desktop 110 4 0,88 8
1 Computador Compaq dx2300m 110 4 0,44 8
1 Portatil LENOVO TinkPad 110 1,8 0,20 8
1 Extractores 14" 220 2,5 0,55 1
1 Dispensador snacks 110 4,73 0,52 24
1 Televisor SONY 110 1 0,11 4
1 Televisor S BRAVIA 110 1,43 0,16 1
1 Print Board 110 1,6 0,18 1
1 Luz emergencia 110 1 0,11 24
5 Micro-ondas 1550W 110 14,09 7,75 2
1 Micro-ondas 1400W 110 12,73 1,40 2
1 Greca 1200W 110 10,91 1,20 6
1 Portatil LENOVO 110 1,8 0,20 8
1 Luz emergencia 110 1 0,11 24
1 Ventilador de mesa 110 0,45 0,05 2
1 Computador desktop 110 2,73 0,30 8
1 Portatil 110 1,8 0,20 8
1 Desktop 110 4 0,44 8
1 Impresora HP LJ4250dtn 110 6 0,66 4
1 Desktop 110 4 0,44 8
1 Impresora Aficio SP5200s 110 8 0,88 4
Voltaje (V) Corriente (A)cantidad Equipo kw/hHoras de
Funcionamiento
22
Fuente: (Autor)
1 Portatil 110 1,8 0,20 8
1 Impresora KYOCERA 110 4 0,44 4
1 Portatil 110 1,8 0,20 8
1 Portatil 110 1,8 0,20 8
11 Lámpara hermética 12w 110 0,2 0,24 4
1 Computador AIO 110 1,4 0,15 4
1 luz emergencia 110 1 0,11 24
1 UPS 220 51 11,22 24
3 Switch 110 4 1,32 24
1 Router CISCO 110 0,5 0,06 24
1 AudioCodec 110 0,5 0,06 24
2 Servidores (Planta Tel, Datos) 110 5 1,10 24
1 Pantalla 19" 110 0,5 0,06 24
1 Planta sonido 480W RMS 110 4,5 0,50 24
1 Aire Acondicionado 220 17 3,74 24
1 Televisor LG 110 1,8 0,20 0,5
1 Luz emergencia 110 1 0,11 24
3 Desktop 110 3 0,99 8
15 Portátiles 110 1,8 2,97 8
13 Pantalla 19" 110 0,3 0,43 8
1 Impresora Aficio SP5200s 110 8 0,88 4
2 Impresora RiCOH MP C3003 110 6 1,32 4
1 Destructor documentos 110 1,2 0,13 1
1 Parlantes Logitech X-240 110 0,3 0,03 1
1 Greca 600W 110 5 0,55 6
1 Micro-ondas 1200W 110 12 1,32 2
1 Mini-nevera 110 1,3 0,14 24
1 Dispensador de agua 110 0,8 0,09 24
1 Computador AIO 110 1,4 0,15 8
23
Se realizó una comparación de cada una de las zonas clasificadas con respecto a su
consumo diario, para evaluar zonas de mayor consumo como lo vemos en la ilustración
1.
Ilustración 1 CONSUMO Kw-DIA
Fuente: (Autor)
El consumo real de la bodega se ve reflejado en la ilustración 2, según datos recolectados
de la factura eléctrica.
850,265845
119,1652
392,414
765,8761
170,49197
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
acondicionamiento animal bodega oficina/otros freeze
24
Ilustración 2 Consumo energía 2015 KW
Fuente: (Autor)
Analizando estos datos se ve un consumo promedio mensual de 32320 Kw, lo que
supone un consumo diario de 1077 Kw.
7.1 METAS
Según las características de los equipos utilizados en la Bodega Celta, se puede inferir
una meta de ahorro del 35 % anual, debido a que una de las zonas de mayor consumo
es el área de oficinas y otros que también se incluye la iluminación, al ser estos de más
fácil manejo debido al que el control es más próximo y el personal es más susceptible a
capacitaciones que permitan cumplir esta meta, anexando también la medidas que se
recomiendan más adelante y el sistema fotovoltaico que es además el factor que
permitiría mayor ahorro.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
Consumo energia 2015 Kw
25
8. SISTEMA FOTOVOLTAICO
8.1 NORMATIVIDAD
Todo sistema fotovoltaico que funcione en Colombia debe cumplir con las
características técnicas exigidas en el Código Eléctrico Colombiano NTC 2050 y
con los requerimientos de seguridad del Reglamento Técnico de Instalaciones
Eléctricas RETIE. Adicionalmente existe una Norma Técnica Universal para
Sistemas Fotovoltaicos Domésticos que es una recopilación de normas de
diferentes países entre los cuales se encuentran Francia, Alemania, España, India,
USA, Brasil y México entre otros. (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER,
2009)
8.1.1 CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO NTC 2050
Las disposiciones de la Sección 690 de la NTC 2050 Sección 690. SISTEMAS
SOLARES FOTOVOLTAICOS se aplican a los sistemas fotovoltaicos de generación
de energía eléctrica, incluidos los circuitos eléctricos, unidad o unidades de regulación
y controladores de dichos sistemas. Los sistemas solares fotovoltaicos a los que se
refiere esta Sección pueden estar interconectados con otras fuentes de generación
de energía eléctrica o ser autónomos y tener o no acumuladores. La salida de estos
sistemas puede ser de corriente continua o de corriente alterna (ICONTEC NTC 2050).
Los literales que se tratan en esta sección son los siguientes:
A. Generalidades: Artículos 690-1 a 690-5
26
B. Requisitos de los Circuitos: Artículos 690-7 a 690-9
C. Medios de Desconexión: Art. 690-13 a 690-18
D. Métodos de Alambrado: Art. 690-31 a 690-34
E. Puesta a Tierra: Art. 690-41 a 690-47
F. Rotulado: Art. 690-51 a 690-52
G. Conexión a Otras Fuentes de Energía: Art. 690-61 a 690-64
H. Baterías de Acumuladores: Art. 690-71 a 690-74
Los sistemas solares fotovoltaicos que funcionen interconectados a otras fuentes de
generación de energía eléctrica se deben instalar de acuerdo con lo establecido en
la Sección 705. Fuentes de Generación de Energía Eléctrica Interconectadas
(COMISION ECONOMICA PARA AMERIACA LATINA Y EL CARIBE CEPAL, 1998).
8.1.2. REQUISITOS DE LA INSTALACIÓN SEGÚN NORMA TÉCNICA UNIVERSAL
PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DOMÉSTICOS
Dado que la mayoría de los sistemas fotovoltaicos de hoy en día se hacen para
aplicaciones domesticas se hace necesario dar una mirada a esta normatividad para
tener una idea de los lineamientos a seguir a la hora de una implementación en un
centro comercial. A continuación se darán los requerimientos que exige la norma
técnica universal para sistemas fotovoltaicos domésticos (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL
DE SANTANDER, 2009).
Requisitos del Sistema
27
Tanto la batería como el regulador de carga deben estar protegidos contra
sobrecorrientes y corrientes de cortocircuito por medio de fusibles, diodos,
etc. Las protecciones deben afectar tanto a la línea del generador
fotovoltaico como a la línea de las cargas.
los módulos fotovoltaicos, baterías y reguladores de carga deberán estar
debidamente etiquetados.
8.1.3. REQUISITOS DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Los módulos fotovoltaicos deben cumplir con las pruebas standard de
ciclaje térmico, humedad, carga de viento y aislamiento eléctrico entre
otras, especificadas en la norma internacional IEC 61215.
8.2. REQUISITOS DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE
las estructuras de soporte deben ser capaces de resistir, como mínimo, 10
años de exposición a la intemperie sin corrosión o fatiga apreciables.
En el caso de módulos fotovoltaicos con marco, su fijación a los soportes
solo puede realizarse mediante elementos (tornillos, tuercas, arandelas,
etc.) de acero inoxidable.
8.3 REQUISITOS DE LA BATERÍA
Las baterías deben cumplir con la norma IEC 896-2, al momento de su
instalación deben estar libres de daños físicos y sus terminales no deben
presentar deformaciones ni desajustes.
La capacidad nominal de la batería expresada en Ah no debe exceder en
40 veces la corriente de cortocircuito del generador fotovoltaico (medida en
28
las denominadas condiciones estándar: irradiancia igual a 1000 W/m2
y temperatura de celda igual a 25º C)
Deben hacerse las previsiones necesarias para asegurar que la capacidad
inicial de las baterías puestas en operación no difiere en más del 95 % del
valor nominal.
La autodescarga de las baterías a 25°C, no debe exceder el 6% de su
capacidad nominal por mes.
8.4 REQUISITOS DEL REGULADOR DE CARGA
Debe haber protección contra descargas profundas.
Los voltajes de desconexión, reconexión y alarma deben tener una
precisión de ±1% (±120 mV/batería de 12 V) y permanecer constantes en
todo el rango de posible variación de la temperatura ambiente.
La “tensión de corte superior” y la “tensión de reconexión de recarga” deben
tener una precisión del 1% (±120 mV para 12 V batería).
Si se utilizan relés electromecánicos, la tensión de reconexión de recarga
debe retardarse entre 1 y 5 minutos.
Todos los terminales del regulador deben poder acomodar fácilmente
cables de, al menos, 4 mm2 de sección.
Las caídas internas de tensión del regulador, entre los terminales de la
batería y los del generador, deben ser inferiores al 4 % de la tensión
29
nominal ( 0,5 V para 12 V), en las peores condiciones de operación,
es decir, con todas las cargas apagadas y con la máxima corriente
procedente del generador fotovoltaico.
Las caídas internas de tensión del regulador, entre los terminales de la
batería y los del consumo, deben ser inferiores al 4 % del voltaje nominal.
( 0,5 V para 12 V) en las peores condiciones de operación, es decir, con
todas las cargas encendidas y sin corriente alguna procedente del
generador fotovoltaico.
Deben proveerse protecciones contra corrientes inversas (diodos de
bloqueo).
El regulador de carga debe ser capaz de resistir cualquier situación posible
de operación “sin batería”, cuando el generador fotovoltaico opera en
condiciones estándar de medida, y con cualquier condición de carga
permitida.
El regulador de carga debe también proteger a las cargas en cualquier
situación posible de operación “sin batería”, como fue definida
anteriormente, limitando el voltaje de salida a un máximo de 1,3 veces el
valor nominal. (También se permite la total interrupción de la alimentación
a las cargas).
El regulador de carga debe resistir sin daño la siguiente condición de
operación: temperatura ambiente 45°C, corriente de carga 25% superior a
la corriente de cortocircuito del generador fotovoltaico en las condiciones
estándar de medida, y corriente de descarga 25% superior a la
30
correspondiente a todas las cargas encendidas y al voltaje nominal de
operación.
El regulador de carga no debe producir interferencias en las
radiofrecuencias en ninguna condición de operación.
Cuando las cargas puedan ser utilizadas sin restricciones, porque el estado
de carga de la batería es suficientemente elevado, se indicara con una
señal de color verde.
Cuando las cargas hayan sido desconectadas de la batería, porque el
estado de carga es excesivamente bajo, se indicara con una señal de color
rojo.
8.5. REQUISITOS DEL CABLEADO
Las secciones de los conductores deben ser tales que las caídas de tensión
en ellos sean inferiores al 3% entre el generador fotovoltaico y el regulador
de carga, inferiores al 1% entre la batería y el regulador de carga, e
inferiores al 5% entre el regulador de carga y las cargas. Todos estos
valores corresponden a la condición de máxima corriente.
Sin perjuicio de la especificación anterior, las mínimas secciones de los
cables en cada una de las líneas serán las siguientes: 2,5 mm2 del
generador fotovoltaico al regulador de carga y 4 mm2 del regulador de
carga a las baterías.
Los cables externos deberán ser aptos para operar a la intemperie según la
31
norma internacional IEC 60811 o la norma nacional para cables relevante
en cada país.
Todos los terminales de los cables deben permitir una conexión segura
y mecánicamente fuerte. Deben tener una resistencia interna pequeña,
que no permita caídas de tensión superiores al 0,5 % del voltaje nominal.
Esta condición es aplicable a cada terminal en las condiciones de máxima
corriente.
Los terminales de los cables no deben favorecer la corrosión que se
produce cuando hay contacto entre dos metales distintos.
Los extremos de los cables de sección ≥ 4 mm2 deben estar dotados con
terminales específicos y de cobre. Los extremos de los cables de sección
≤2,5 mm2 podrán retorcerse y estañarse para lograr una conexión
adecuada.
Los fusibles deben elegirse de modo tal que la máxima corriente de
operación esté en el rango del 50 al 80% de la capacidad nominal del
fusible.
8.6. REQUISITOS DE LA INSTALACIÓN
La batería debe estar ubicada en un espacio bien ventilado y con acceso
restringido.
Deben tomarse precauciones para evitar el cortocircuito accidental de los
terminales de la batería.
El generador fotovoltaico debe estar libre de sombras durante por lo menos
32
8 horas diarias, centradas al mediodía, y a lo largo de todo el año.
El diseño de las estructuras de soporte debe facilitar la limpieza de los
módulos fotovoltaicos y la inspección de las cajas de conexión.
El montaje de las estructuras de soporte debe preservar su resistencia a
la fatiga, corrosión y efectos del viento.
Si se permite el montaje en los tejados, deberá haber una separación de,
por lo menos, 5 cm entre los módulos y el tejado ó cubierta para permitir la
circulación de aire.
Si se permite el montaje en los tejados, las estructuras de soporte no
deberán fijarse a las tejas o a las chapas, sino a las vigas del tejado u otro
elemento de la estructura.
El diseño de luminarias y reguladores de carga debe permitir el acceso con
cierta facilidad a los fusibles y terminales de cables.
No se permite conexión en paralelo de más de dos baterías.
No se permite la conexión en paralelo de baterías diferentes.
No se permite la conexión en paralelo de baterías nuevas y viejas.
8.7. ESTUDIO TÉCNICO
En esta sección del documento se analizarán los aspectos técnicos y de diseño
de la instalación fotovoltaica, además de ver una metodología a seguir para el
diseño y dimensionamiento de esta misma.
33
8.7.1. LUGAR O SITIO DE UBICACIÓN DEL ESTUDIO TÉCNICO Y FINANCIERO PARA EL DISEÑO
PROTOTIPO.
El CEDI (centro de distribución Celta), se encuentra ubicado en el municipio de
Funza a 27 Km de Bogotá.
8.7.2. DETERMINACIÓN DE LA RADIACIÓN PARA EL CEDI.
Para hallar el valor de radiación solar global promedio diario se debe observar en
los mapas de “Radiación Solar de Colombia” las isolíneas cercanas a la ciudad de
Bogotá como vemos en la ilustración 3; el nivel de radiación solar está determinado
por un color específico según la convención que se ve en la ilustración 4:
Ilustración 3 Radiación Solar
Fuente (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, 2014)
34
Ilustración 4 Convenciones Mapa Radiacion Solar
Fuente (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, 2014)
Se puede observar que Cundinamarca está ubicada entre isolíneas de color amarillo
(4 a 4,5 kWh/m2).
a) Radiación Solar Global Promedio Diario Anual:
Un dato importante es el promedio de irradiación solar para el cual se tomo el dato de
la estación meteorológica de el Dorado que tiene un promedio anual de 4,03KWh/m2
(IDEAM, 2004), como se ve en la tabla 6.
Tabla 6 Promedios mensuales de irradiación
Fuente (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, 2014)
E N E F E B M A R A B R M A Y J U N J U L A G O SE P O C T N O V D I C
Apto. El dor ado IDEAM (conv.) 4681,9 4312,7 4322,2 3716,7 3506,0 3658,9 3917,3 4168,2 3947,8 3961,0 4017,7 4241,4 4037,7 23
A ñ o s d e
I n f o r ma c i
E n t i d a dV a l o r p r o me d i o ( W h / m 2 p o r d ía ) P r o me d i
o A n u a l
E s t a c i o n
35
8.7.3. INCLINACIÓN DE LOS PANELES SOLARES
El valor de irradiación que incide sobre un módulo fotovoltaico depende de la inclinación
que adopte el panel y por lo tanto del ángulo de incidencia θ entre la normal a la superficie
del módulo y el haz de radiación solar. (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER,
2009)
Ilustración 5 Ángulo de inclinación módulo fotovoltaico
Fuente (BUILD YOUR DREAMS BYD, 2010)
Si la radiación solar es perpendicular a la superficie del módulo fotovoltaico la captación
de energía será máxima; para recolectar la mayor cantidad posible de energía se puede
recurrir a sistemas de seguimiento del sol para hacer que la superficie de los paneles
siempre esté perpendicular a la radiación solar, pero es un sistema costoso que requiere
de mantenimiento continuo, en su lugar aunque no con la misma eficiencia se puede
optar por sistemas estáticos, en los cuales se puede fijar la inclinación de los paneles
solares para cada época del año o una sola inclinación óptima para todo el año y de este
36
modo la potencia media anual recibida sea la máxima posible (BUILD YOUR DREAMS
BYD, 2010).
Ilustración 6 Ángulo de incidencia de radiación solar sobre un panel
Fuente (BUILD YOUR DREAMS BYD, 2010)
En países tropicales se acostumbra a utilizar una inclinación fija para paneles solares
durante todo el año igual a la latitud del lugar pero no menor a 10º, esto con el fin de que
no se acumule polvo y agua sobre la superficie del panel. En Colombia donde la latitud
varía entre 4º 12’ 19’’ Sur en Leticia y 12º 26’ 46” Norte en Punta Gallina en la península
de la Guajira se inclinan los paneles entre 10 y 15 º con respecto a la horizontal, con lo
que se puede fijar una sola inclinación para todo el año ya que el sol no se aparta mucho
del zenit en el medio día solar, por tal motivo para el caso de la bodega Bayer se usara
una inclinación de 14 º debido a que esta zona tiene alta incidencia de lluvias.
8.7.4. ESTRUCTURA DE SOPORTE
La función de la estructura de soporte es mantener los paneles solares fijos en la
inclinación y orientación elegida. Es muy importante tener un buen sistema de sujeción
37
de los paneles, pues al ser estos ligeros pueden ser arrastrados por la fuerza del viento,
la estructura debe soportar vientos de 120 km/h, también facilitar una altura mínima del
panel al suelo de 30 cm. Se debe tener el respectivo cuidado para no dañar la
impermeabilización en terrazas al anclar la estructura de soporte, además debe dejarse
el espacio suficiente para realizar las conexiones, el mantenimiento y para que el aire
circule fácilmente y de esta manera suministre ventilación a los módulos fotovoltaicos.
La estructura de soporte debe resistir como mínimo 10 años de exposición a la intemperie
sin corrosión, debe estar conectada a una tierra común y debe ser preferiblemente de
acero inoxidable, hierro galvanizado o aluminio anodizado y la tornillería de acero
inoxidable pues estos materiales son apropiados para ambientes corrosivos y uso en la
intemperie. Para los anclajes o empotramiento de la estructura se utiliza bloques de
hormigón y tornillos roscados (UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, 2009)
8.7.5. DISPONIBILIDAD ENERGÉTICA
Ahora se verá cuanta energía puede llegar a generarse en la bodega Bayer.
Esta capacidad depende del área que se tenga disponible para usar tanto como
del tipo de panel que se vaya a usar.
a) Área Disponible: Se puede considerar como área disponible para uso en la
instalación de paneles fotovoltaicos toda aquella zona del techo o azotea que
no esté siendo utilizada para otros fines.
En esta bodega el techo no tiene ningún uso específico, por tal motivo el área
de aprovechamiento del techo es de 6800 m2, pero además se añade el área
de espacio entre paneles que es de aproximadamente 80 cm, espacio
adecuado para que el personal pueda circular y realizar los respectivos
38
mantenimientos, dando como área neta 4000 m2.
b) Tipo de Panel Usado: Se escoge un panel policristalino (por su eficiencia
aproximada 16 % y por presentar un precio por Wp bajo) con dimensiones
aproximadas de 1.5 * 1 m y potencia nominal de 210 Wp (a radiación de 1000
W/m2) ±5%.
Donde:
PDU: Potencia diaria aportada por un panel.
RD: Radiación solar en la zona.
Pn: Potencia pico nominal del panel.
Esto quiere decir que se van a tener 846,3 Wh diario para un área de 1,5 m2
C) Carga Disponible: La carga disponible está determinada por el número máximo de
paneles (NMP) que pueden usarse. Este número máximo se calcula con el área
4,03
846,3
39
disponible y el área de un solo panel, de la siguiente forma:
Aclaración: Suponiendo que el sistema presenta unas pérdidas del 20%, se divide en
1,2 para cobijarlas; estas pérdidas dependen del rendimiento del inversor, baterías y
cableado.
Teniendo en cuenta estos datos el promedio diario de energía recolectada por los
paneles solares seria de 1880 KWh /día, pero además de esto faltaría el dato de brillo
solar que indica la cantidad de horas de sol al día que para el caso de la estación seria
de 4,4 (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, 2014), como
se ve en la tabla:
40
Tabla 7 Valor promedio (Horas de Sol al Día)
Estación Municipio
Valor promedio (Horas de Sol al Día) Promedio
Anual ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Aeropuerto El
dorado
Bogotá 5,9 5,3 4,4 3,5 3,5 3,9 4,3 4,4 4,1 3,8 4,2 5,1 4,4
Fuente: (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, 2014)
Por este motivo el rendimiento neto de los paneles seria de aproximadamente 426,6
KWh/día.
8.8. PRESUPUESTO
El presupuesto se realizó con base en el trabajo de grado ESTUDIO TÉCNICO Y
FINANCIERO DE IMPLEMENTACIÓN DE PANELES SOLARES ENFOCADO A
CENTROS COMERCIALES del año 2012 y se realizó una proyección según el IPC del
7.3 %.
Tabla 8 Presupuesto
ELEMENTOS Cantidad Precio unitario (M$) Total (M$)
Paneles 2666 0,6 1599,6
Baterías 886 0,476 421,736
Inversor 8 4 32
Regulador 2 5,2 10,4
Obra civil 1 250 250
Otros 1 130 130
TOTAL INVERSION
2443,736 Fuente (autor)
41
Debido a que el consumo se reduciría en un valor cercano al 35 % y teniendo en cuenta
el consumo como lo vemos en la ilustración 2 el ahorro seria de aproximadamente.
Tabla 9 valores de reducción
PROMEDIO MENSUAL KWH
VALOR KW/H VALOR ANUAL VALOR REDUCCIÓN ANUAL
32320 396,9662 $ 153.959.371,01 $ 61.583.748
Fuente (autor)
Por lo cual se ve que el porcentaje de inversión es alto pero se puede recuperar a largo
plazo siendo el estimado 20 años.
42
9. RECOMENDACIONES
Durante el recorrido para realizar el inventario, se detectaron algunas no
conformidades que se sugieren solucionar como parte de unas buenas prácticas
en la instalación y mantenimiento de circuitos eléctricos. Aquí se relacionan
algunos de esos hallazgos:
La iluminación T8 6x32W puede ser reemplazada por reflector tipo LED con potencia
de iluminación equivalente a un reflector de 400W. El bajo consumo de estos
elementos, pueden ayudar a reducir el consumo de energía en el tema de
iluminación.
Con el área de tecnologías de la información, se puede llevar a cabo un programa
de sustitución de equipos de mayor eficiencia en el consumo. Se puede observar
en la tabla de consumo que un equipo mini-torre desktop genera un mayor consumo
(3 ó 4A) que uno similar de tecnología All-In_One cuyo consumo es menor a 2A.
Algunos modelos de impresora tienen un consumo superior a 7 amperios, pero
existen otras de marca y modelo que su consumo es de 6 amperios. Con el área de
tecnologías se puede analizar el tema y colocar impresoras de la misma marca y
modelo que garantizan un menor consumo.
Capacitación a los operarios de maquinaria industrial sobre el buen trato y correcta
desconexión de las máquinas. En la inspección de las tomas de estos equipos
43
se aprecia que con gran frecuencia se usa fuerza para desconectar el equipo, se
ven tomas sueltas o cables a punto de salir de su punto de anclaje lo que puede
conllevar a riesgos eléctricos.
44
10. CONCLUSIONES
Se identificó que los equipos de más alto consumo son los cargadores de baterías
para los montacargas y los equipos operarios del área de acondicionamiento por
lo cual se tendrá que hacer un seguimiento más profundo sobre la línea de
procesos para maximizar el uso de estas.
La identificación de las distintas zonas de la bodega celta permitió elaborar el
manual de buenas prácticas, clasificación generando una caracterización y
permitiendo que sea más fácil implementarla.
La meta que se propuso del 35 % anual es variable, se podrá cumplir si se siguen
las recomendaciones y los distintos lineamientos.
Se hace evidente la iniciativa pedagógica constante con el fin de incentivar la
reducción del consumo de energía eléctrica.
Se encontró que en el panorama tarifario actual, la inversión en el sistema
de generación fotovoltaica no es una idea que represente un beneficio
económico a corto o mediano plazo, en el largo plazo puede ser rentable si
se presenta un panorama en el que la energía dispare los precios. Básicamente
el hecho de que el precio de la energía aumente hace más atractiva la inversión,
pues el proyecto presentará un ahorro aparente más grande. Este resultado
se debe a que en Colombia el precio de la energía aun no es lo
suficientemente alto como para hacer atractivo este tipo de inversión.
45
11. BIBLIOGRAFÍA
BUILD YOUR DREAMS BYD. (2010). Manual de instalación y uso de módulos
fotovoltaicos BYD. Obtenido de
http://www.byd.com/pv/download/Installation/Installation%20Manual%20and%20
User%20Manual_es.pdf
46
CALOR Y FRIO. (2011). NUEVA REGULACION PARA LA ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA. Obtenido de
http://www.caloryfrio.com/index.php/200810011608/energia- solar/energia-solar-
fotovoltaica/nueva-regulacion-para-la-energia-solar- fotovoltaica.html
COMISION ECONOMICA PARA AMERIACA LATINA Y EL CARIBE CEPAL.
(1998). División de Medio Ambiente y Desarrollo. Obtenido de
http://www.cepal.org/es/publicaciones/5673-las-reformas-energeticas-y-el-uso-
eficiente-de-la-energia-en-el-peru
IDEAM. (ENERO de 2004). IDEAM. Obtenido de
http://www.ideam.gov.co/geoportal
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM. (2014).
ATLAS DE RADIACIÓN SOLAR, ULTRAVIOLETA Y OZONO DE COLOMBIA.
Obtenido de http://atlas.ideam.gov.co/basefiles/Brillo_Solar_13.pdf
Ministerio de minas y Energia . (2010). PROGRAMA DE USO RACIONAL Y
EFICIENTE DE ENERGÍA Y fuentes de energia no convencionales. Obtenido de
https://www.minminas.gov.co/documents/10180/558752/Informe_Final_Consulto
ria_Plan_de_accion_Proure.pdf/e8cdf796-d7b1-4bb1-90b9-e756c7f48347
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. (2010). PROGRAMA DE USO
RACIONAL Y EFICIENTE DE ENERGÍA Y FUENTES NO CONVENCIONALES -
PROURE. Obtenido de
47
https://www.minminas.gov.co/documents/10180/558752/Informe_Final_Consulto
ria_Plan_de_accion_Proure.pdf/e8cdf796-d7b1-4bb1-90b9-e756c7f48347
Open Market. (2016). Open Market. Obtenido de http://openmarketnet.com/
Unidad de Planeacion Minero Energetica. (octubre de 2010). upme. Obtenido de
http://www.upme.gov.co/Docs/Energia/PROYECC_DEMANDA_ENERGIA_OCT
UBRE_2010.pdf
Universidad Del Atlantico, Universidad de Occidente. (2010). Sistema de
Informacion de Efeciencia Energetica y Energia Alternativa. Recuperado el
ENERO de 2016, de
http://www.si3ea.gov.co/Home/UREenlaIndustria/tabid/117/language/en-
US/Default.aspx
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER. (2009). ESTUDIO TÉCNICO Y
FINANCIERO DE IMPLEMENTACIÓN DE PANELES SOLARES ENFOCADO A
CENTROS COMERCIALES. Obtenido de
http://www.uis.edu.co/webUIS/es/index.jsp
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER. (2011). PROGRAMA USO
RACIONAL DE LA ENERGIA. Obtenido de
https://www.uis.edu.co/webUIS/es/gestionAmbiental/documentos/programasAmb
ientales/URE.PDF
