Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 1
APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS Y RADIACIÓN
SOLAR EN EL COLEGIO TÉCNICO VICENTE AZUERO
ING. MECÁNICA ELIZABETH RIATIGA FANDIÑO
UNIVERSIDAD DE SANTANDER
MAESTRÍA EN SISTEMAS ENERGÉTICOS AVANZADOS
BUCARAMANGA
2016
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 2
APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS Y RADIACIÓN
SOLAR EN EL COLEGIO TÉCNICO VICENTE AZUERO
ING. MECÁNICA ELIZABETH RIATIGA FANDIÑO
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para obtener Título de
Magíster en Sistemas Energéticos Avanzados
Director y asesores de tesis:
ERIK VERA MERCADO
PHD. EN INGENIERÍA
LILIANA CASTRO MOLANO
PHD. EN INGENIERÍA QUÍMICA
UNIVERSIDAD DE SANTANDER
MAESTRÍA EN SISTEMAS ENERGÉTICOS AVANZADOS
BUCARAMANGA
2016
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 3
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 4
AGRADECIMIENTOS
Todo es posible gracias a la sabiduría que Dios nos da; gracias entonces primero al
Padre Celestial, gracias a mis instructores, a quienes me han guiado, me han
acompañado y han hecho posible la consecución de un nuevo logro que pongo al
servicio de mis estudiantes.
Mi gratitud especial para mi familia que siempre me ha cedido espacios para que yo
pueda dedicar tiempo a mis estudios, gracias a quienes de una u otra forma me han
apoyado en este proyecto y gracias también a la Universidad de Santander, UDES,
porque hoy puedo decir que soy una egresada más de tan prestigiosa institución.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 5
Contenido
Pág.
Resumen ..................................................................................................................... 11
Abstract ....................................................................................................................... 12
Introducción ................................................................................................................. 13
1. Generalidades del proyecto ..................................................................................... 15
1.1 Planteamiento del Problema .................................................................................. 15
1.2 Objetivo General .................................................................................................... 16
1.3 Objetivos Específicos ............................................................................................. 16
2. Marco Teórico: ......................................................................................................... 17
2.1 Energía Solar: ........................................................................................................ 17
2.1.1 El sol y otras fuentes energéticas........................................................................ 22
2.2 Usos de la Energía Solar en Colombia .................................................................. 23
2.3 Recurso Solar en Colombia ................................................................................... 24
2.3.1 Ubicación Municipio de Floridablanca ................................................................. 26
2.3.2 Radiación Solar Municipio de Floridablanca ........................................................ 28
2.4 Biomasa ................................................................................................................. 31
2.4.1 Tipos de Biomasa ............................................................................................... 31
2.4.2 Tecnologías para el Aprovechamiento de la Biomasa: ........................................ 32
2.4.2.1 Métodos Termoquímicos .................................................................................. 32
2.4.2.2 Procesos Biológicos ......................................................................................... 33
2.4.3 Biogás ................................................................................................................. 36
2.4.3.1 Composición del Biogás ................................................................................... 36
2.4.3.2 Temperatura .................................................................................................... 39
2.4.3.3 Limpieza del Biogas ......................................................................................... 40
2.4.3.4 Lodos o Abonos Orgánicos .............................................................................. 40
2.4.4 Tipos de Biodigestor ........................................................................................... 41
2.4.4.1 Biodigestor flujo discontinuo o Batch: ............................................................... 41
2.4.4.2 Biodigestor flujo semicontinuo: ......................................................................... 42
2.2.4.3 Biodigestor flujo Continuo ................................................................................ 47
3. Diseño sistema fotovoltaico ..................................................................................... 52
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 6
3.1 Calculo sistema fotovoltaico ................................................................................... 55
3.1.1 Consumo Diario .................................................................................................. 55
3.1.2 Dimensionamiento De Un Sistema Autónomo Fotovoltaico ................................ 56
3.1.2.2. Dimensionado del acumulador ........................................................................ 60
3.1.2.3. Selección de las Baterías ................................................................................ 61
3.1.2.4. Dimensionado del Regulador: ......................................................................... 61
3.1.2.5 Dimensionado del Inversor: .............................................................................. 63
3.1.2.6 Dimensionamiento del cableado: ..................................................................... 64
3.1.2.7. Estructuras soporte para paneles Fotovoltaicos. ............................................ 64
3.2 Costo de inversión Sistema Fotovoltaico................................................................ 66
3. Escenarios Alternativos............................................................................................ 70
3.3.1 Primer Escenario ................................................................................................ 70
3.3.2 Segundo Escenario ............................................................................................. 75
3.4 Mantenimiento del sistema Fotovoltaico ................................................................ 78
4. Diseño del Biodigestor ............................................................................................. 80
4.1 Potencial Energético .............................................................................................. 84
4.2 Diseño de Biodigestor tipo tubular......................................................................... 85
4.2.1 Tiempo de retención ........................................................................................... 85
4.2.2 Volumen del Biodigestor ..................................................................................... 85
4.2.3 Diseño del Reservorio: ........................................................................................ 87
4.2.4 Producción de Bioabono ..................................................................................... 87
4.2.5 Accesorios .......................................................................................................... 88
4.2.6 Quemadores de la Estufa:................................................................................... 89
4.2.7 Comportamiento Reológicos de los residuos orgánicos ...................................... 90
4.2.8 Ubicación y Superficie Biodigestor ...................................................................... 93
4.2.9 Mantenimiento .................................................................................................... 94
4.2.10 Análisis Financiero ............................................................................................ 95
5. Conclusiones ......................................................................................................... 100
Referencias Bibliográficas.......................................................................................... 103
Anexos ....................................................................................................................... 108
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Lista de Figuras
Pág.
Figura 1 Colegio Técnico Vicente Azuero .................................................................... 15
Figura 2: Radiación Solar Copyright (Encarta, 2015) ................................................. 20
Figura 3. Flujo de Energía. ........................................................................................... 22
Figura 4. Mapa Radiación Solar Colombia. .................................................................. 26
Figura 5: Mapa Municipio de Floridablanca .................................................................. 27
Figura 6: Programa METEONORM .............................................................................. 28
Figura 7. Grafica Media Diaria Radiación Global ......................................................... 29
Figura 8: Mapa Radiación Solar ................................................................................... 30
Figura 9: Tipos de Procesos de la Biomasa ................................................................. 33
Figura 10: Esquema Digestión Anaerobia. ................................................................... 35
Figura 11: Analogía energética del Biogás. .................................................................. 36
Figura 12. Biodigestor Discontinuo o Batch. ................................................................ 41
Figura 13: Biodigestor Tipo Chino o Domo fijo. ............................................................ 43
Figura 14: Biodigestor Hindú o Domo Flotante. ............................................................ 44
Figura 15: Biodigestor Taiwanés o tubular. (Machorro & Méndez, 2011) ..................... 45
Figura 16 Trampa de Agua. ......................................................................................... 46
Figura 17 Válvula de alivio ........................................................................................... 47
Figura 18: Biodigestor continúo.................................................................................... 49
Figura 19: Biodigestores Tanques Múltiples. ............................................................... 50
Figura 20: Biodigestor Vertical .................................................................................... 51
Figura 21: Recibo Servicio Energía Eléctrica ............................................................... 52
Figura 22: Taller metalmecánica .................................................................................. 53
Figura 23: Potencia Diaria Demandada ....................................................................... 55
Figura 24: Panel Monocristal Bojia300W Modelo BJ-M300W ...................................... 59
Figura 25: Batería CSB MSJ650 2V 650 A-h ............................................................... 61
Figura 26: Controlador Flexmax 7500 W-MPPT48V PWM ........................................... 62
Figura 27: Inversor SolarMax SUNZET 100T - 100 KW .............................................. 63
Figura 28: Distancia Mínima ........................................................................................ 65
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 8
Figura 29: Vista Superior Colegio ................................................................................ 66
Figura 30: Restaurante escolar .................................................................................... 80
Figura 31: Depósito de Basura Colegio Técnico Vicente Azuero ................................. 81
Figura 32. Diagrama de Flujo Biodigestor .................................................................... 83
Figura 33: Tamaño Biodigestor .................................................................................... 86
Figura 34: Huertas escolares ....................................................................................... 88
Figura 35: Partes Salida del biogás ............................................................................. 89
Figura 36. Quemador Teenwin Biogas modelo TY-SU ................................................. 90
Figura 37. Comportamiento Reólogicos de los Fluidos ............................................... 92
Figura 38. Lote ubicación biodigestor ......................................................................... 93
Figura 39. Dimensión zanja Biodigestor ....................................................................... 94
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 9
Lista de Tablas
Pág.
Tabla 1. Balance de Energía ........................................................................................ 20
Tabla 2. Radiación Regional en Colombia ................................................................... 24
Tabla 3: Radiación Solar Floridablanca........................................................................ 28
Tabla 4: Porcentaje de Metano según sustrato ............................................................ 38
Tabla 5. Composición según el sustrato ...................................................................... 38
Tabla 6: Tipo de Bacterias según la temperatura ......................................................... 39
Tabla 7: Beneficios Biodigestor Discontinuo ................................................................ 42
Tabla 8: Biodigestor Discontinuo chino. ....................................................................... 43
Tabla 9: Biodigestor Discontinuo tipo Hindú. ................................................................ 44
Tabla 10: Biodigestor Discontinuo tipo Taiwanés o tubular. ......................................... 47
Tabla 11: Biodigestor continuo. .................................................................................... 48
Tabla 12: Consumo Eléctrico ....................................................................................... 53
Tabla 13 : Relación Ldm/Gdm(0,β) .............................................................................. 57
Tabla 14: Costos de Inversión Sistema Fotovoltaico .................................................... 66
Tabla 15: Análisis Financiero Proyecto Fotovoltaico .................................................... 69
Tabla 16: Consumo Eléctrico ....................................................................................... 70
Tabla 17: Costo Inversión Sistema Fotovoltaico .......................................................... 72
Tabla 18: Análisis Viabilidad Económica ...................................................................... 73
Tabla 19: Consumo equipo eléctricos .......................................................................... 75
Tabla 20: Análisis Económico Sistema Fotovoltaico .................................................... 77
Tabla 21: Desechos agrícolas del restaurante escolar ................................................. 81
Tabla 22: Producción Biogás a partir de desechos orgánicos. ..................................... 82
Tabla 23: Producción biogás diario producido por restaurante escolar ........................ 82
Tabla 24: Potencial energético anual restaurante escolar ............................................ 85
Tabla 25. Consumo-Producción Gas ........................................................................... 96
Tabla 26: Costo Inversión Biodigestor ......................................................................... 96
Tabla 27. Calculo Tiempo de Retorno Biodigestor ...................................................... 98
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 10
Lista de Anexos
Pág.
Anexo A. Glosario ...................................................................................................... 108
Anexo B. Abreviaturas: .............................................................................................. 110
Anexo C. Resultados Encuesta 1. ¿Qué les preocupa a los Colombianos? ............... 114
Anexo D. Resultados Encuesta 2. Identificación de la Importancia del Medio Ambiente
en el Colegio .............................................................................................................. 118
Anexo E. Resultados Radiación Solar programa Meteonorm ..................................... 121
Anexo F. Cotización Baterías ..................................................................................... 124
Anexo G. Cotización Paneles Solares ....................................................................... 125
Anexo H. Cotización Regulador fotovoltaico .............................................................. 127
Anexo I. Catálogo de Cables ..................................................................................... 128
Anexo J. Catálogo de Fusibles:.................................................................................. 132
Anexo K. Catalogo Inversores Fotovoltaicos .............................................................. 134
Anexo L. Catalogo Contador Eléctrico ....................................................................... 137
Anexo M. Recibos servicios públicos de la Institución. ............................................... 138
Anexo N. Análisis Huella de Carbón: ......................................................................... 140
Anexo O. Análisis Viabilidad Económica .................................................................... 145
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 11
Resumen
TITULO: APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS Y
RADIACIÓN SOLAR EN EL COLEGIO TÉCNICO VICENTE AZUERO1
AUTOR (ES): ELIZABETH RIATIGA FANDIÑO2
PALABRAS CLAVES: Sistema Fotovoltaico, Biodigestor, orgánico, tiempo de retorno.
Contenido:
El objetivo del presente trabajo es la realización de un estudio técnico y financiero,
en el Centro Educativo Colegio Técnico Vicente Azuero, que busca alternativas para
reducir los altos consumos de energía eléctrica, y mejorar el manejo y disposición de
los residuos orgánicos, proveniente del restaurante escolar, que ocasionan graves
problemas sociales y medio ambientales para la comunidad estudiantil.
Se realizó el análisis para la instalación de un sistema fotovoltaico que busca bajar
los costos de energía, determinando la radiación promedio recibida en la región
mediante datos obtenidos por laboratorios de climatología, se especificaron los
elementos y equipos requeridos para su instalación, los costos de inversión y tiempo
de retorno, para así determinar la viabilidad económica del proyecto.
Se clasifico y se determinó que residuos sólidos provenientes del restaurante
pueden ser utilizados para la producción de biogás por medio de un Biodigestor, se
estimó su dimensionamiento y el volumen de biogás que se puede obtener, para ser
utilizado como combustible en el restaurante escolar, se especificó los elementos
requeridos para su instalación, desarrollando un análisis financiero para verificar su
viabilidad económica. Además se determinó el número de toneladas de dióxido de
carbono CO2, reducidas anualmente con el uso de energías renovables, mediante el
análisis de la huella de carbón y la huella ecológica.
1 Proyecto de Grado 2 Facultad de Ingenierías. Director PhD. Ing. Erik Vera Mercado. Codirector PhD. Ing. Liliana Castro Molano
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 12
Abstract
TITLE: ENERGY USE OF SOLID WASTE AND SOLAR RADIATION IN THE
TECHNICAL COLLEGE VICENTE AZUERO3
AUTHOR: ELIZABETH RIATIGA FANDIÑO4
KEYWORDS: Photovoltaic , Biodigestor, organic, time of return.
Content:
The objective of the present work was doing a technical and financial study at
technical School Vicente Azuero, that looks for alternatives to reduce the high
consumptions of electrical energy, and to improve the handing and disposition of the
organic residues, from the school restaurant, which causes serious social and
environmental problems to the student community.
The analysis was realized for the installation of a photovoltaic system that seeks to
lower the costs of energy, determining the average radiation received in the region by
means of information obtained by laboratories of climatology, the elements were
specified and the equipments its installation, the costs of investment and time of return,
and this way to determine the economic viability of the project.
Solid residues from the restaurant were classified some of them could be used for
the production of biogas by means of a Biodigestor, the volume and the sizing of biogas
were estimated to be used as fuel in the school restaurant, the necessary elements
were specified for their installation, developing a financial analysis to check its economic
viability, besides, it was determined the number of tons of carbon dioxide CO2, reduced
anually with the use of renewable energies, by means of the analysis of the coal
fingerprint and the ecological fingerprint.
3 Final Graduate Project 4 Engineering Faculty. Director PhD. Ing. Erik Vera Mercado. Co-director PhD. Ing. Liliana Castro Molano
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 13
Introducción
En la Institución Educativa Colegio Técnico Vicente Azuero, existen problemas de
alto consumo energético y la generación diaria de residuos orgánicos provenientes del
restaurante escolar que acarrean problemas ambientales. Esto conlleva a la búsqueda
de procesos y herramientas que permitan reutilizar estos elementos y por ende ayudar
a disminuir los costos de energía.
El presente trabajo se desarrolla teniendo como base la problemática ambiental
originada por el alto volumen de residuos teniendo en cuenta la cantidad de
estudiantes, la carencia de procedimientos para su manejo, lo que ocasiona problemas
de contaminación olfativa, posible origen de enfermedades en los estudiantes,
presencia de plagas (roedores y demás), y la contaminación de una fuente hídrica
cercana, el aprovechamiento de estos residuos sólidos a partir de la instalación de un
Biodigestor, ayudaran a mejorar el nivel de vida de la comunidad educativa y reducir
los costos del servicio de gas en el restaurante escolar.
La radiación solar percibida en la zona es elevada, esto se evidencia mediante la
sensación visual y por las elevadas temperaturas en las aulas, esto se refleja en la baja
concentración de los alumnos al tener más de 40 personas en mismo sitio elevando
aún más la temperatura del salón de clases pues no se cuenta con sistemas de
enfriamiento. El uso de las celdas fotovoltaicas permite, en este caso, reducir las
temperaturas y generar energía eléctrica.
Se diseñaran encuestas estructuradas como instrumentos metodológicos que
permitan conocer el manejo y disposición de residuos sólidos en la institución
educativa, así mismo se conocerá el grado de conocimiento y compromiso que existe
por parte de la comunidad educativa, para el cuidado del medio ambiente. Se realizará
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 14
el análisis, cálculo y diseño de un Biodigestor donde se producirá el biogás, este se
aprovechará directamente para la cocción.
Se realizara mediciones periódicas de la radiación solar y se recolectara la
información para tener una base confiable, para realizar el diseño de un sistema
fotovoltaico para la Institución, para ser autónoma en la generación de energía
eléctrica.
Finalmente se realizará una evaluación de la viabilidad económico-ambiental de los
proyectos, análisis de la huella de carbono y la huella ecológica de los residuos del
restaurante y el consumo de energía eléctrica de la Institución.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 15
1. Generalidades del proyecto
1.1 Planteamiento del Problema
El Colegio Educativo Vicente Azuero, está ubicado en Municipio de Floridablanca
en el sector de Lagos II, cuenta con 1942 estudiantes de los estratos 1, 2 y 3
localizado dentro de un lote de área 15000 m2, conformado por doce bloques de uno y
dos pisos de un área construida de 3070 m2, conformada por 36 aulas de clase, cinco
salas de informática, un aula de electricidad, una biblioteca, un salón de taller de
metalistería, un salón de mantenimiento de equipos y una sala de docentes.
Figura 1 Colegio Técnico Vicente Azuero
Actualmente mantiene un alto consumo eléctrico, de 12240 Kwh/mes (Dato tomado
de la factura del consumo eléctrico de la Institución) debido al uso de equipos de
cómputo, aires acondicionados, ventiladores y los equipos del taller de metalmecánica,
que conlleva en la búsqueda de alternativas que puedan reducir estos gastos.
Además se requiere mejorar el manejo y disposición de los residuos orgánicos, que
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 16
provienen del restaurante escolar en donde desayunan y almuerzan 500 estudiantes,
produciendo alrededor de 2,5 Toneladas de residuos sólidos mensuales, ocasionando
problemas sociales y ambientales.
El uso de sistemas fotovoltaicos permitirá que el Colegio sea autosuficiente en la
producción de Energía Eléctrica, y mediante el diseño del Biodigestor se tratara los
residuos Orgánicos del restaurante escolar.
1.2 Objetivo General
Determinar la viabilidad económica y ambiental de la producción de energía solar y
biogás en el centro educativo Vicente Azuero del municipio de Floridablanca.
1.3 Objetivos Específicos
Examinar la viabilidad económica y ambiental de un Biodigestor para generar
biogás y abono orgánico a partir de los desechos orgánicos del restaurante
escolar.
Analizar la viabilidad económica y ambiental de producción de energía
mediante el uso de la Radiación Solar, en el Centro Educativo Vicente Azuero
del Municipio de Floridablanca.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 17
2. Marco Teórico:
2.1 Energía Solar:
La energía solar es obtenida en forma directa e indirecta del sol de una masa de
2x1030 kg, que está formado por los elementos Helio e Hidrogeno que están
constantemente en fusión alcanzando unas temperatura entre 8-40 millones de
grados Kelvin en su interior, y en la superficie una temperatura cercana a los 6000
grados Kelvin, estas altas temperaturas generan una gran energía que se transmite en
forma de radiación electromagnética que viaja por el espacio a una velocidad de
2,99x108 m/s, la intensidad de la radiación decrece inversamente al cuadrado de su
distancia llegando solo a la Tierra dos millonésimas partes de la energía irradiada por el
Sol, se calcula con la siguiente formula:
I =Psol
s[
W
m2] (1,1)
Psol=Potencia emitida por el sol = 3,9x1026 W
s= superficie esférica = 4πr2
r= distancia del Sol a la Tierra= 1,496 x1011
I= Intensidad Solar
I=3∗1026
4π∗(1,496∗1011)2 (1,2)
Obteniéndose una intensidad en la superficie de la Tierra de
I=1366 W/m2 (1,3)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 18
Esta intensidad se reduce debido a la atmosfera de la Tierra, la inclinación del eje
de rotación de la Tierra, la forma esférica de la Tierra y el movimiento de traslación
alrededor del Sol. (Cala González & Rodriguez Sañudo, 2010).
La luz tiene una composición corpuscular, que significa que están constituidas por
fotones que tienen diferentes cantidades de energía según la longitud de onda, lo que
se puede apreciar en la ecuación de Planck.
e = h ∗C
λ (1,4)
Siendo h la constante de Planck que equivale a (6,62 *10-34 J*s), λ la longitud de
onda en metros, y C la velocidad de la luz (3*10 8 m/s).
Las ondas electromagnéticas se encuentran divididas desde las ondas ultravioletas
que son de alta frecuencia y pequeña longitud de onda (λ < 360 nm), hasta las
infrarrojas que son ondas de baja frecuencia y alta longitud de onda (λ > 760 nm).
Parte de las ondas ultravioletas son absorbidas por atmosfera, lo que favorece ya
que son perjudiciales para la vida, lo que reduce la intensidad de la radiación solar en
un 7% (Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica, 2009).
La ondas comprendidas entre 200-310nm son absorbidas por la atmosfera lo que
favorece al desarrollo de la vida en nuestro planeta ya que son ondas de baja longitud
de onda que llevan mucha energía lo cual puede afectar el ADN de los seres vivos
(Pérez de los Reyes, 2007). Los rayos UV que quedan en la atmosfera eliminan
algunos compuestos que llegan a la atmosfera como los plaguicidas.
La atmosfera dispersa los rayos de baja frecuencia siendo la razón porque el cielo
se ve azul, este fenómeno es llamado dispersión Rayleigh, la luz que proviene
directamente del sol parte de rayos azules se irradian, por lo que se observa el cielo de
color amarillo, y los rayos de alta frecuencia (rojos) pasan a la superficie lo que da el
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 19
color rojizo, característico de los atardeceres. Los rayos con más de 760 nm se
denominan rayos infrarrojos donde el 43% de la radiación solar corresponde a estos
rayos (Inzunza, 2010).
Parte de los rayos infrarrojos son reflejados hacia el espacio por la atmosfera, y el
restante son absorbidos por el vapor de agua y el dióxido de carbono elevando la
temperatura de las moléculas, la atmosfera recibe parte de estos rayos y los envía al
espacio, los rayos que logran traspasar la atmosfera llegan a la superficie de la tierra
que luego son irradiados a la atmosfera, de esta manera mantiene un equilibrio térmico.
(EcuRed:, 2009).
Para realizar el cálculo de la radiación captada en nuestro planeta, se debe tener
en cuenta ciertas variables, como la distancia del sol-tierra y la constante solar, que se
definen de la siguiente manera:
Distancia solar: es la distancia del sol a la Tierra, se han realizado cálculos
tomando como distancia media de 1,49*1011 m con un ángulo de 32°, tal como se
observa en la figura 2.
La constante solar se define como la energía radiada que llega a la superficie de la
tierra por unidad de área y por unidad de tiempo, su valor promedio se ha calculado de
1367 W/m2. (Cota Espericueta, 1995).
Este valor de radiación se debe corregir multiplicándolo por el área de la Tierra y se
divide en la superficie total del planeta, lo que da una radiación de 341 W/m2.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 20
Figura 2: Radiación Solar Copyright (Encarta, 2015)
La energía total absorbida por la Tierra es de 161 W/m2 debido a que parte de la
radiación es absorbida por la atmosfera 78 W/m2, otra parte se refleja al espacio por
las nubes y gases atmosféricos 79 W/m2, y 23 W/m2 son reflejados por la superficie de
nuestro planeta.
También se debe tener en cuenta que la Tierra es un cuerpo solido caliente que
emite radiación, según la NCAR (Centro Internacional de Investigación Atmosférica) la
tierra mantiene un promedio de temperatura entre 15.9°C en Julio y 12.2°C en Enero,
emitiendo una irradiación de 396 W/m2, de los cuales 333 W/m2 son reflejados
nuevamente por la atmosfera, en la Tabla 1 se observa el balance de radiación de
nuestro planeta. Esa diferencia entre la energía que entra y sale es de 0,9 W/m2,
debido a que la Tierra se está calentando, lo que se conoce como efecto invernadero.
Tabla 1. Balance de Energía
SUPERFICIE
ENERGÍA ENTRADA ENERGÍA SALIDA
Absorbida por la
superficie
161 W/m2 Convección del Calor de
la Tierra
17 W/m2
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 21
DE LA
TIERRA
Reflejada por la
atmosfera
333 W/m2 Evaporación de los
líquidos de la superficie
de la Tierra
80 W/m2
Radiación de la
Superficie
396
W/m2
TOTAL 494 W/m2 493
W/m2
ATMOSFERA Absorbida por la
atmosfera
78 W/m2 Radiación emitida al
espacio
238
W/m2
Radiada por la
superficie
396 W/m2 Radiación hacia la
superficie
333
W/m2
Calor sensible de
la superficie
17 W/m2
Calor latente de
evaporación
80 W/m2
TOTAL 571 W/m2 572
W/m2
En la figura 3 se observa el balance del flujo de energía (Trenberth, Fasullo, &
Kiehl, 2008). En ella se ve los flujos de energía que entran y salen a la superficie de la
Tierra, debido a la radiación solar y la radiación de la Tierra.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 22
Figura 3. Flujo de Energía.
Tomado de (Trenberth, Fasullo, & Kiehl, 2008)
2.1.1 El sol y otras fuentes energéticas
Por medio de la energía solar se producen otros tipos de energías renovables y no
renovables. La radiación absorbida por los océanos y otras acumulaciones de líquidos
que se evaporan, que forman las nubes que luego hace que se precipiten aumentando
el nivel de las represas lo que ayuda a generar energía por medio de las
Hidroeléctricas.
Las plantas absorben energía solar que se convierte en energía química por medio
de la fotosíntesis, lo cual permite la producción de alimento y madera que generan
biomasa. Los alimentos son consumidos por seres que al descomponerse junto con la
biomasa producen los hidrocarburos. Debido a la convección de la radiación de la
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 23
superficie de la tierra hacia la atmosfera, provoca cambios en la densidad del aire lo
cual permite la aparición de vientos, que genera energía eólica.
2.2 Usos de la Energía Solar en Colombia
Los principales usos de la Energía Solar en Colombia son como fuente de
calentamiento de agua, generación de electricidad con sistemas fotovoltaicos, secado
de alimentos como el café y el cacao, y destilación de agua no potable o de mar. En la
década de los 50 del siglo pasado se utilizaron calentadores solares en las viviendas
de los empleados de las bananeras ubicadas en Santa Marta, luego se extendió su uso
en las Universidades, Hospitales y centros comunitarios.
En los años 80 se masifico su uso por medio de la utilización de colectores solares
con un gran tanque de almacenaje, tuberías de cobre o de aluminio y se usaba una
película absorbedora con aditivos especiales. En esos años existían dos formas con
calentadores solares o eléctricos, los solares costaban cerca de US$1000 (precio en
los años 80) para un tanque de 120Lt, la inversión inicial era alta pero el costo se
recobraba en algunos años, por lo que muchas urbanizaciones e industrias instalaron
estos equipos. Hacia los años 90 el costo de gas natural era muy bajo y sus
calentadores desplazaron el uso de calentadores solares, en la actualidad se siguen
utilizando el gas natural como fuente de energía. (Rodríguez, 2008).
La generación de energía por los sistemas fotovoltaicos se inició en los sectores
rurales donde no existía una red eléctrica confiable, en la década de los 80 gracias al
programa Telecomunicaciones Rurales de Telecom, se comenzó a masificar esta
tecnología para la industria, telecomunicaciones, boyas y bases militares, pero debido a
los problemas de seguridad se redujo su desarrollo, actualmente muchas de las
instalaciones realizadas por el gobierno han tenido problemas por falta de
mantenimiento, compra de repuestos o mano de obra. Durante los últimos años por
medio de FAZNI (Fondo de Apoyo Financiero para la Energización de las Zonas No
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 24
Interconectadas), IPSE (Instituto para la Promoción de Soluciones Energéticas), han
realizado grandes inversiones en el sector rural para abastecerlos de energía eléctrica.
Mediante la Ley 1715 del 2014, el gobierno contempla grandes beneficios
tributarios, como la reducción en la renta líquida, importación de equipos con cero
aranceles, exención en el IVA, para los inversores en energía renovable. En Colombia
se cree que el 3% de la energía consumida es solar, es decir alrededor de 6GW, esto
es debido a los altos costos de inversión, una vivienda sus costos en un sistema
fotovoltaico están entre 7 a 30 millones de pesos. (Celis & Estrada, 2015).
En un futuro, el estado tiende a realizar grandes inversiones para interconectar
pueblos que están muy alejados de la red, ubicados en Caquetá, Norte de Santander,
Vichada, Arauca y Choco, dotando las viviendas con paneles de 500KW, que
suministrarían energía por 8 horas para iluminación y refrigeración, también dotaría de
energía a instituciones educativas y médicas, se espera una inversión cercana a
$28.0000 millones de pesos para el año 2015 por parte del IPSE (Instituto para la
Promoción de Soluciones Energéticas).
2.3 Recurso Solar en Colombia
Colombia está ubicado en un sitio donde puede captar una alta radiación en
promedio puede recibir una radiación diaria de a 4,5 Kwh/m2, existiendo sectores que
reciben una alta radiación como es la Guajira de a 6 Kwh/m2, en la Tabla 2 se observa
las radiación recibida por regiones, y en la figura 4 se puede observar el mapa de
Radiación Solar promedio anual en Colombia. (UPME, 2005).
Tabla 2. Radiación Regional en Colombia
REGIÓN RADIACIÓN ANUAL
(kWh/m2)
GUAJIRA 1980 - 2340
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 25
REGIÓN RADIACIÓN ANUAL
(kWh/m2)
COSTA ATLÁNTICA 1260 - 2340
ORINOQUIA 1440 - 2160
AMAZONIA 1440 - 1800
ANDINA 1080 - 1620
COSTA PACÍFICA 1080 - 1440
Fuente (UPME, 2005)
Si se compara nuestro país con el sitio de mayor radiación, el desierto de Atacama
en Chile, 3600 – 4100 KWh/m2día, (Ahlers & Arellano, 2010), la Guajira recibe 56% de
la radiación del Atacama, Colombia está ubicado en un sector donde tiene un alto
promedio de radiación solar que se pueden aprovechar para la generación de energía,
en lugares que no estén conectados con la red eléctrica, o que estén utilizando
combustibles fósiles para la generación de electricidad como en Choco, Amazonas,
Caquetá, San Andrés y Providencia. (Ulianov López, 2011).
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 26
Figura 4. Mapa Radiación Solar Colombia.
Fuente (UPME, 2005)
2.3.1 Ubicación Municipio de Floridablanca
Floridablanca está ubicado en el Departamento de Santander ver figura 5, siendo el
segundo municipio más importante, se encuentra a 8 Km al sur de Bucaramanga, la
capital del Departamento, tiene un área de 97 Km2, con 263095 habitantes. (DANE,
2012).
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 27
Figura 5: Mapa Municipio de Floridablanca
Fuente (Alcaldia Municipal de Floridablanca, 2014)
Floridablanca tiene una temperatura promedio de 23°C, con periodos de lluvia entre
Marzo-Mayo y entre Septiembre-Noviembre, y periodos de verano entre Diciembre-
Febrero y entre Junio-Agosto. Se encuentra ubicada en una zona montañosa al
costado occidental de la cordillera oriental, teniendo varios pisos térmicos, por lo que
tiene una variedad en su fauna y flora. Sus coordenadas geográficas son: latitud de
7,0622, longitud -73,0864, y altitud 1082,95m (GeoNet, 2015). La economía de la
región se basa en el comercio minorista de calzado, ropa y alimentos.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 28
2.3.2 Radiación Solar Municipio de Floridablanca
Los datos se obtuvieron del programa Meteonorm 6.1, ver anexo C (Remund &
Kunz, 2003), basándose en la coordenadas geográficas, tal como se observa en la
figura 6, obteniendo datos de radiación global solar, temperatura, velocidad de vientos,
ver tabla 3 y figura 7, de 4,4(kWh/m2 día).
Figura 6: Programa METEONORM
Fuente: Programa Meteonorm 6.1 (Remund & Kunz, 2003)
Estos valores se compararon con los obtenidos por la UPME (Unidad de
Planeamiento Minero Energético) en la figura 3 donde se puede observar que
Floridablanca tiene un promedio de radiación entre 3,5-4,5(kWh/m2día).
Tabla 3: Radiación Solar Floridablanca
Mes
H Gk
(kWh/m2 mes)
H Gk
(kWh/m2 dia)
Ta
(°C)
FF
(m/s)
Enero 144 4,8 21,8 2,4
Febrero 132 4,4 22,2 2,3
Marzo 138 4,6 22,3 2,4
Abril 124 4,13 22,1 2,3
Mayo 137 4,57 22,2 2,3
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 29
Mes
H Gk
(kWh/m2 mes)
H Gk
(kWh/m2 dia)
Ta
(°C)
FF
(m/s)
Junio 133 4,43 21,9 2,1
Julio 137 4,57 22,1 2,3
Agosto 142 4,73 22,4 2,4
Septiembre 142 4,73 21,9 2,3
Octubre 133 4,43 21,7 2,4
Noviembre 125 4,17 21,4 2,3
Diciembre 133 4,43 21,7 2,3
Año 1620 1620 22 2,3
Fuente: Programa Meteonorm 6.1 (Remund & Kunz, 2003)
H Gk (kWh/m2 mes)= Irradiación media Global, superficie inclinada mensual
H Gk (kWh/m2 dia)= Irradiación media Global, superficie inclinada diaria
Ta (°C) = Temperatura del aire
FF (m/s)= Velocidad del viento
Figura 7. Grafica Media Diaria Radiación Global
Fuente: Programa Meteonorm 6.1 (Remund & Kunz, 2003)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 30
Además se cotejaron con datos de los mapas dinámicos de la NREL (National
Renewable Energy Laboratory) Figura 8 (National Renewable Energy Laboratory ,
2015), donde se puede observar una radiación entre 3,5-4 (kWh/m2 día). Con lo cual se
puede aceptar como valido los valores que brinda el programa METEONORM, ya que
los datos son específicos según el lugar de análisis.
Figura 8: Mapa Radiación Solar
Fuente (National Renewable Energy Laboratory , 2015)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 31
2.4 Biomasa
Biomasa es la materia orgánica de origen vegetal o animal, que proviene del solar y
esta almacenada en forma de energía química, estos recursos son biodegradables ya
que se pueden aprovechar para la producción de energía térmica, eléctrica o como
carburante de origen vegetal.
Las plantas transforman el dióxido de carbono y el agua en material orgánico, que
se utiliza como alimento para el hombre o animales, se considera Biomasa los
desechos agrícolas de plantas terrestres o acuáticas, desechos de animales, los
residuos urbanos e industriales y las aguas residuales.
2.4.1 Tipos de Biomasa
a) Biomasa natural: Proviene del medio ambiente en forma natural, el hombre no
interviene en su explotación, el ser humano ha aprovechado este tipo de
biomasa desde tiempos remotos.
b) Biomasa residual: Proviene de los residuos creados por el hombre como los
residuos urbanos e industriales, los residuos agrícolas y excretas de animales
como vacunos, avícolas, cerdos, etc. Los residuos de animales tienen un poder
calorífico no es tan alto pero debido a los contaminantes arrojados al suelo
como el nitrógeno, y su gran abundancia resultan beneficioso su uso en la
generación de energía.
c) Excedentes agrícolas: Los excedentes del sector agrícola que no se utilizan
para la alimentación del hombre, se utilizan para la generación de energía.
Ejemplo maíz.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 32
d) Cultivos Energéticos: Son aquellos productos agrícolas que se cultivan
específicamente para la generación energética ejemplo sorgo, soya, caña de
azúcar, maíz, y pasto elefante. (García Garrido, 2015).
2.4.2 Tecnologías para el Aprovechamiento de la Biomasa:
Los métodos para convertir la biomasa en energía son: termoquímicos y los
biológicos, como se observa en la figura 9.
2.4.2.1 Métodos Termoquímicos
Son aquellos métodos en donde en presencia de calor la biomasa se puede utilizar
para generar energía, se utilizan comúnmente la biomasa seca como paja y madera:
a. Combustión:
La biomasa se somete a altas temperaturas con exceso de oxígeno, en donde
ocurre una reacción química donde se presenta un gran desprendimiento de calor y de
luz, la biomasa para iniciar la combustión debe alcanzar una temperatura llamada
temperatura de ignición que es una de las formas de aprovechamiento más utilizada.
Ejemplo: Quema de leña para cocinar o calefacción en donde se transforma en
cenizas.
b. Pirolisis:
La biomasa se somete a altas temperaturas sin presencia de oxígeno, las
moléculas de los materiales se rompen descomponiéndose en otro tipo de sustancias
que pueden ser solidas liquidas o gaseosas, esto ocurre en rango de temperaturas
entre los 250 y 500°C. Ejemplo cuando la madera arde dentro de los hornos y se
convierten en carbón mineral. (EcuRed:, 2009).
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 33
c. Gasificación:
La biomasa se somete a una reacción termoquímica en donde la materia se
somete a altas temperaturas con una presencia pobre de oxígeno, se transforma en un
gas pobre, su poder calorífico es seis veces más bajo que el gas natural. Este gas
puede ser utilizado para la generación de energía mediante turbinas, calderas o
motores, el 80% de la biomasa se estima que se convierte en gas.
Figura 9: Tipos de Procesos de la Biomasa
2.4.2.2 Procesos Biológicos
Se basa en el uso de microorganismos degradan las moléculas de la biomasa en
sustancias con un alto poder energético.
a. Fermentación Alcohólica:
Las plantas tienen almacenada la energía solar en forma de carbono, los cuales
mediante cambios químicos debido a la presencia de microorganismos disocian las
moléculas de glucosa de la biomasa para obtener energía para sobrevivir obteniéndose
biocarburantes como el bioetanol o biodiesel, el cual puede reemplazar el uso de los
Residuos Forestales Pirolisis Producción
Residuos Agrícolas Combustión
Cultivos Energéticos Gasificación Térmica
Residuos Urbanos Digestión
Aguas Residuales Anaeróbica
Residuos Industriales Eléctrica
Cultivos Energéticos Fermentación Transporte
Alcohólica
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 34
combustibles fósiles. La fermentación alcohólica se debe realizar en condiciones
controladas de temperatura 27-32°C para evitar que mueran los microorganismos,
acidez entre 4 y 5, concentración de azucares entre 10-18 % (EcuRed:, 2009).
b. Digestión Anaerobia
Se trata de una descomposición anaerobia de la materia orgánica mediante
microorganismos dentro de un Biodigestor en ausencia de oxigeno obteniéndose
biogás, cuya composición es Metano (CH4), Dióxido de Carbono (CO2), Hidrogeno (H2),
Oxigeno (O2) y Nitrógeno (N2), y los lodos o compost que puede ser utilizado como
abono orgánico debido a sus componentes que son material orgánico, fosforo,
nitrógeno y potasio, beneficiando el suelo.
La digestión anaerobia puede aplicarse para el aprovechamiento energético de
aguas residuales urbanas e industriales, residuos agrícolas y residuos de estiércol de
animales. Esta descomposición sucede en tres etapas como se observa en la Figura
10, (IDAE, 2007) que son:
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 35
Figura 10: Esquema Digestión Anaerobia.
Fuente (IDAE, 2007)
1. Fase de Hidrólisis: los polímeros complejos que constituyen la biomasa se
transforma en productos más simples, el oxígeno de la materia orgánica se
consume, produciéndose dióxido de carbono.
2. Fase de Acidogénesis: las bacterias transforman los compuestos simples en
ácidos grasos volátiles e hidrogeno, lo cual reduce la presencia de nitrógeno.
3. Fase de Metanogénesis: Otro grupo de bacteria en un ambiente anaerobio
transforman los ácidos de bajo peso molecular en un ambienta anaerobio, en
metano y dióxido de Carbono, esta actividad es lenta.
Las condiciones óptimas de la digestión anaeróbica son:
1. Temperatura entre 5-65°C.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 36
2. pH entre 6,6-7,6
3. Nutrientes: para que las bacterias se reproduzcan la biomasa debe contener
azufre, carbono, nitrógeno, fósforo y algunas sales minerales.
4. Tóxicos: existen elementos que perjudican la formación del biogás como son:
detergentes, pesticidas, metales pesados, metales alcalinos y alcalinotérreos.
(Lorenzo Acosta & Obaya Abreu, 2005).
2.4.3 Biogás
El biogás es una fuente de energía renovable que se produce en la etapa
metanogénesis de la Biomasa, en ausencia de oxigeno como una digestión anaerobia,
que se produce en vertederos o en Biodigestor, el biogás se puede extraer de aguas
residuales, residuos urbanos e Industriales, residuos ganaderos y residuos agrícolas.
Figura 11: Analogía energética del Biogás.
Tomado de (CIEMAT, 1996)
2.4.3.1 Composición del Biogás
1 m3 de Biogás
(6000Kcal)
1,2Lt Alcohol
Combustible
0,8 Lt de Gasolina
0,6 m3 de Gas
Natural
6,8 Kwh de Electricidad
1,5 Kg Madera
0,71 Lt de Fuel Oil
0,3 Kg de Carbón
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 37
Este Biogás está compuesto principalmente de Metano (entre un 50-70%), Dióxido
de carbono (30-50%), Nitrógeno (menos del 3%), Hidrogeno (1-10%), Oxigeno (menos
de 0,1%) y Sulfuro de Hidrogeno. Esta composición puede tener unas pequeñas
variantes según el sustrato, el tiempo de retención y la tecnología utilizada para su
extracción. En la Figura 11 se puede observar una comparación energética entre el
biogás y otros combustibles, de ahí la importancia de su utilización. (CIEMAT, 1996).
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 38
Tabla 4: Porcentaje de Metano según sustrato
Sustrato Peso
vivo
(Kg)
Kg
Estiércol/día
Porcentaje
de Metano
Aves 1,5 0,06 60%
Cerdo 50 4,5-6 65-70%
Vacuno 400 25-40 65%
Equinos 450 12-16 65%
Ovinos 45 2,5 63%
Pasto 70%
Desperdicios de
cocina
50%
Tomado de (Grupo EMISON, 1957)
En la tabla 4, se pueden observar la cantidad de metano que se puede obtener
según el sustrato animal e industrial en la tabla 5. (Grupo EMISON, 1957)
Tabla 5. Composición según el sustrato
COMPONENTES RESIDUOS
GANADEROS
RESIDUOS
AGRÍCOLAS
RESIDUOS
URBANOS
GAS DE
VERTEDERO
Metano 50-80% 50-80% 50-70% 45-60%
Dióxido de
Carbono
30-50% 30-50% 30-50% 40-60%
Agua Saturado Saturado Saturado Saturado
Hidrogeno 0-2% 0-2% 0-2% 0-0,2%
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 39
COMPONENTES RESIDUOS
GANADEROS
RESIDUOS
AGRÍCOLAS
RESIDUOS
URBANOS
GAS DE
VERTEDERO
Sulfuro de
Hidrogeno
0-1% 100-700 ppm 0-8% 0-1%
Amoniaco Trazas Trazas Trazas Trazas
Monóxido de
Carbono
0-1% 0-1% 0-1% 0-0,2%
Nitrógeno 0-1% 0-1% 0-1% 2-5%
Oxigeno 0-1% 0-1% 0-1% 0,1-1%
Fuente. (Castells, 2005)
2.4.3.2 Temperatura
La temperatura es una variable importante para la producción de Biogás, el rango
de temperatura esta entre 30-65°C, existen tres rangos de temperatura según los
microorganismos que produzcan el Biogás, como se observa en la Tabla 6. Se debe
tener en cuenta que ellos solo pueden sobrevivir alrededor de 2 horas a temperaturas
extremas, lo que provocaría un desbalance en el pH del compuesto o la cantidad de
microorganismos afectando la calidad y producción del Biogás.
Tabla 6: Tipo de Bacterias según la temperatura
TIPO DE
BACTERIA MÍNIMO °C OPTIMO MÁXIMO
TIEMPO DE
RETENCIÓN
Psicrofilica 4-10°C 15-18°C 25-30°C Más de 100 días
Mesofilica 15-20°C 28-33°C 35-45°C 30-60 días
Termofilica 25-40°C 50-60°C 75-80°C 10-16 días
Tomado de (Fundación Pesenca, 1992)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 40
2.4.3.3 Limpieza del Biogas
El biogás tiene en su composición algunos componentes que pueden afectar el
buen funcionamiento de los equipos, entre estos está el vapor de agua y el ácido
sulfhídrico los cuales se pueden remover colocando a la salida del Biodigestor un
recipiente donde por diferencias de alturas de la tubería permite la condensación del
agua que será almacenada en el tanque. El ácido sulfhídrico se podrá limpiar
mediante un filtro que consta de un recipiente con viruta de hierro que reacciona con el
ácido quedando almacenado en él, teniendo que cambiarse este lecho
periódicamente.
2.4.3.4 Lodos o Abonos Orgánicos
Los lodos son los residuos sólidos provenientes del aprovechamiento de las aguas
residuales, los cuales se pueden utilizar en la agricultura ya que tienen minerales como
el fosforo y el nitrógeno además de material orgánico que favorece la fertilización de
los suelos. Pero también tienen elementos perjudiciales para el hombre o el medio
ambiente como son metales pesados, materiales orgánicos que no son de fácil
degradación, bacterias y virus, ya que provienen de aguas residuales. Existen otras
formas de aprovechamiento de estos lodos como son la incineración para generación
de energía. Hay países que son estrictas en cuanto la utilización de estos lodos,
cuando exceden cantidades peligrosas para el suelo, los seres humanos o animales,
entonces se vierte a aguas continentales, se incineran o se arrojan a los vertederos.
El compost proviene de la degradación de la biomasa en el Biodigestor, el cual se
utiliza como abono orgánico, ya que no tiene compuestos que sean perjudiciales para
la salud.
La temperatura óptima para la formación del compost esta entre 45-59°C.
Temperaturas bajas frenan el desarrollo de los microorganismos, y temperaturas altas
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 41
pueden reducir la cantidad de microorganismos. El rango de pH durante la
descomposición de la biomasa en biogás sucede en rangos entre 6-9, por debajo de 6
afecta el trabajo de las bacterias y por encima de 9 el nitrógeno se transforma en
amonio, que afectaría a los microorganismos. (Moreno Casco & Moral Herrero, 2008).
2.4.4 Tipos de Biodigestor
Los Biodigestores se pueden clasificar en tres tipos, según (Morales, Baquedano, &
Young, 1987), biodigestores de flujo discontinuo, semicontinuos y continuos.
2.4.4.1 Biodigestor flujo discontinuo o Batch:
Son biodigestores herméticos con un gasómetro flotante donde se acumula el
biogás con una sola puerta donde se carga la materia orgánica y se retira hasta que
esta deja de producir biogás, se aplica cuando la materia es reducida, ver figura 12.
(Soluciones Prácticas, 2009)
Figura 12. Biodigestor Discontinuo o Batch.
Fuente (Soluciones Prácticas, 2009)
Se pueden introducir una mayor carga solida con baja humedad, no son afectados
por la presencia de materiales pesados como arena, se utilizan en el tratamiento de
aguas negras. Por cada metro cubico de biomasa, produce medio metro cubico de
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 42
biogás. Se pueden utilizar varios biodigestores a la vez para mantener una constante
producción de biogás. Su tiempo de retención es de más de 60 días, el rango de
temperatura operacional entre 30-35°C.
En la Tabla 7 se realiza una comparación de las ventajas y desventajas del
Biodigestor Discontinuo o Batch.
Tabla 7: Beneficios Biodigestor Discontinuo
VENTAJAS DESVENTAJAS
Simplicidad en su construcción.
Poca humedad en su materia
orgánica
Poco mantenimiento.
Se debe tener precaución cuando se
extrae el biogás, se corre el peligro de
explosión
Necesita una gran área para la
instalación de su Biodigestor
2.4.4.2 Biodigestor flujo semicontinuo:
Son biodigestores que se cargan por gravedad diariamente, el volumen que se
introduce debe ser igual al volumen que se extrae. Se utiliza en sistemas pequeños, los
más reconocidos Biodigestor tipo Chino o domo fijo, Hindú o domo flotante y Taiwán o
Tubular.
a. Biodigestor Chino o domo fijo.
Sus paredes son fijas tiene forma de cilindro y se encuentra enterrado para evitar
una variación de la temperatura, la materia orgánica se deposita en la caja de registro
que se transporta hasta el Biodigestor en donde se almacena por un tiempo hasta que
se extrae el biogás en la cúpula fija y sus otros desechos semi-fluidos se trasladan
hasta la caja del efluente, como se observa en la figura 13.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 43
Figura 13: Biodigestor Tipo Chino o Domo fijo.
Fuente (PNUD, 2012)
Se utilizan para el tratamiento de excretas humanas y de animales, son de
pequeña o mediana escala (PNUD, 2012). El tiempo de retención es de 45-90 días,
produce entre 0,1-0,4 m3 de biogás por cada m3 de biomasa. En la tabla 8 se realiza
una comparación de las ventajas y desventajas del. Biodigestor Discontinuo chino.
Tabla 8: Biodigestor Discontinuo chino.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Bajo costo de construcción.
Vida larga de funcionamiento
Materiales son de larga de
duración, no tiene elementos
mecánicos
Poco espacio
Su construcción requiere mano de
obra especializada.
Puede presentar muchas fugas de
biogás.
La presión del gas es variable
depende del volumen del material
Altos costo de construcción.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 44
b. Biodigestor Hindú o Domo flotante:
El biodigestor tipo Hindú sus paredes son fijas de acero o fibra de vidrio, su piso
está hecho con ladrillo reforzado con hormigón, su domo flotante esta hecho de metal o
de algún material anticorrosivo se mueve mediante una guía, mantiene el biogás a una
presión constante, se puede alimentar continuamente ver figura 14.
Figura 14: Biodigestor Hindú o Domo Flotante.
Fuente: (Huffy, 2011)
Se utiliza para procesar las excretas de animales. Su vida útil es 15 años
aproximadamente, en la tabla 9 se realiza una comparación de las ventajas y
desventajas del. Biodigestor Discontinuo tipo Hindú. (Huffy, 2011)
Tabla 9: Biodigestor Discontinuo tipo Hindú.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Operación sencilla
El gas se encuentra a presión
Mantenimiento constante y costoso
Se debe evitar el uso de biomasa
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 45
VENTAJAS DESVENTAJAS
constante
Requiere poco espacio para su
construcción.
fibrosa para evitar estancamiento en
el domo
c. Biodigestor Taiwanés o tubular
El biodigestor tubular también llamado tipo salchicha es de muy bajo costo hecho
de goma o de polietileno su flujo de alimentación es continua. Se utiliza en granjas
debido a la facilidad de funcionamiento. Tiene una vida entre 10-15 años, dependiendo
del tipo de biomasa. Se utiliza en residuos agrícolas, residuos de animales y
residenciales. Consta de una tubería de entrada de biomasa entre 20-30 cm de
diámetro, tiene que ingresar por lo menos 15cm dentro del biodigestor que tiene forma
de tubo, como se ve en la figura 15.
Figura 15: Biodigestor Taiwanés o tubular. (Machorro & Méndez, 2011)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 46
El reactor se debe proteger en la parte superior para evitar la caída de escombros
que puedan romper la bolsa y elevaciones drásticas de temperatura, además su cuerpo
debe estar protegido con paredes de ladrillo o enterrado para mantener una
temperatura constante.
El biogás se va almacenando en la parte superior del tubo, donde está unida una
tubería de 5 cm de diámetro donde saldrá el gas, a la salida se encuentra una trampa
de agua, ver figura 16, que consta de una tubería con pequeño desnivel unido a un
tanque de reserva de líquidos, que permitirá el retiro de humedad del biogás y un filtro
de ácido sulfúrico, que consta de una tubería con limadura de hierro que reaccionara
con el ácido.
Figura 16 Trampa de Agua.
Fuente (Machorro & Méndez, 2011)
El biodigestor tendrá un dispositivo de seguridad que consta de un recipiente con
10cm de agua unida a la tubería de salida para evitar que se rompa el biodigestor, ver
figura 17, manteniendo una presión menor a la del líquido. (Matton, 2012). Se debe
retirar los sedimentos cada dos años para evitar su acumulación dentro de la bolsa. En
la tabla 10 se realiza una comparación de las ventajas y desventajas del Biodigestor
Discontinuo tipo Taiwanes o tubular.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 47
Figura 17 Válvula de alivio
Fuente (Machorro & Méndez, 2011)
Tabla 10: Biodigestor Discontinuo tipo Taiwanés o tubular.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Costo bajo
Poco mantenimiento
Reduce las emisiones
atmosférica lo que ayuda al
medio ambiente
Producción del abono orgánico,
lo cual ayuda a fertilizar los
suelos
Baja presión del gas
Corta vida útil, alrededor de 10-15
años
Debe protegerse del medio ambiente
2.2.4.3 Biodigestor flujo Continuo
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 48
La alimentación del biodigestor es en forma, el biogás se extrae a gran escala,
aplicable en el tratamiento de aguas negras o residuales a nivel industrial, con alta
disolución (1-1,5%) del material sólido.
Se requieren grandes plantas para el tratamiento del sustrato, plantas de control y
limpieza del gas, calefactores, mezcladores y bombas. En la tabla 11 se realiza una
comparación de las ventajas y desventajas del biodigestor continuo. Los biodigestores
de flujo continuo pueden ser horizontal, vertical y de tanques multiples. (Soluciones
Prácticas, 2009)
Tabla 11: Biodigestor continuo.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Ayudan al medio ambiente con
el uso de las aguas
contaminantes, reduciendo la
acción de los microorganismos.
El volumen de gas extraído es
grande.
Dificultad en el retiro de sedimentos
dentro del Biodigestor
Ocasiona gran cantidad de ácido
sulfúrico, el cual ocasiona gastos en la
depuración del gas
a. Desplazamiento Horizontal (movimiento por flujo pistón, gravedad). El
material orgánico entra en forma continua mediante una tubería donde cae por
gravedad y los lodos salen por otro extremo, dentro del Biodigestor la mezcla es
agitada y se mueve en forma de pistón, manteniendo la mezcla el tiempo suficiente
para la extracción del biogás, ver figura 18.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 49
Figura 18: Biodigestor continúo
(Groppelli, 2010)
Su armazón se puede construir en ladrillo u hormigón armado, su forma es
alargada con una relación del largo: ancho puede ser de 5:1 o 10:1, la parte superior se
puede construir con material rígido o flexible, evitando las fugas. El biogás se extrae
por una tubería ubicada en la parte superior. Se aplica para Biodigestores de más de
15 m3, en la industria agropecuaria, porcicultura y avícola. (Groppelli, 2010).
b. Tanques múltiples: Se aplica cuando el volumen de la materia orgánica es
elevado y se requiera optimizarla y estabilizarla, ver figura 19.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 50
Figura 19: Biodigestores Tanques Múltiples.
Fuente (IDAE, 2007)
Los microorganismos se aíslan y se ubican en cámaras separadas para lograr
optimizar su desarrollo. Se aplica a la industria de las frutas, verduras, residuos sólidos
y excretas pecuaria. (Rios Cerón, 2012).
c. Tanque vertical. El Biodigestor está hecho con un material rígido en donde se
fermentara excretas de animales, el tiempo de retención del sustrato esta entre 20-40
días, según la temperatura ambiente. La relación masa sólida y volumen de líquidos es
de 1:2 o 1:4, por cada kg de solidos 2 o 4 litros de humedad, ver figura 20. El tanque
almacenara 70% biomasa y 30% biogás el cual se controlara su volumen según la
posición de la tubería del abono orgánico. El tanque tendrá una válvula de bola que
controla la salida de los líquidos (López Quintero, 2011).
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 51
Figura 20: Biodigestor Vertical
(López Quintero, 2011)
Entrada de estiércol con
agua
Tapón de extracción de
lodos
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 52
3. Diseño sistema fotovoltaico
El Colegio Técnico Vicente Azuero, actualmente mantiene un alto consumo
eléctrico, de 12240Kwh/mes, ver figura 21.
Figura 21: Recibo Servicio Energía Eléctrica
Estos altos consumos son debido al uso de equipos de Cómputo, aires
acondicionados, ventiladores y los equipos del taller de metalmecánica, ver figura 22,
que conlleva en la búsqueda de alternativas que puedan reducir estos gastos. En la
tabla 12 se observa el consumo energético diario de la Institución y en la figura 23 hace
referencia a las potencias diarias consumidas por los equipos con que cuenta la
institución.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 53
Figura 22: Taller metalmecánica
Tabla 12: Consumo Eléctrico
Descripción Núm.
Carac
.
Potenci
a watt
Horas/dí
a
Consumo
día (KWh)
Consumo
mes
(MWH)
Equipos de
Soldadura 5 12100 1,5 90,75 1,815
Tubos Fluor. 359 30 4 43,08 0,8616
Tubos Fluor.
pasillos 20 55 12 13,20 0,264
Luminaria de
Sodio 10 70 10 7,00 0,14
Ventiladores 100 14" 68,4 6 41,04 0,8208
Taladros 2 350 1 0,70 0,014
Taladros
verticales 2 650 1 1,30 0,026
Bombillos
ahorradores 62 60 4 14,88 0,2976
Computador 111 89 10 98,79 1,9758
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 54
Descripción Núm.
Carac
.
Potenci
a watt
Horas/dí
a
Consumo
día (KWh)
Consumo
mes
(MWH)
Portátil
Impresoras 7 100 2 1,40 0,028
Aires Acond.
5000 2 5000 706 6 8,47 0,16944
Aires Acond.
30000 8 30000 2713,2 10 217,06 4,34112
Greca 1 10Kg 1100 10 11,00 0,22
Televisor 30
LCD
32" 156 2 9,36 0,1872
Computador
de Escritorio 5 119 8 4,76 0,0952
Neveras 8 16" 410,4 8 26,27 0,525312
Nevera
gaseosa 4 110 8 3,52 0,0704
Nevera Peq. 1 12" 212 8 1,70 0,03392
Licuadora 3 5 velo. 450 2 2,70 0,054
Tubo
Fluorescente 55 60 4 13,20 0,264
Ventiladores
de techo 4 75 2 0,60 0,012
Pulidora 4 1200 1 4,80 0,096
Fotocopiadora 2 900 3 5,40 0,108
Planta de
Sonido 1 100 1 0,10 0,002
TOTAL 21884 621,07 12,421392
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 55
Figura 23: Potencia Diaria Demandada
Mediante el uso de sistemas fotovoltaicos permitirá que el Colegio sea
autosuficiente en la producción de Energía Eléctrica.
3.1 Calculo sistema fotovoltaico
3.1.1 Consumo Diario
Generador trabajando en el punto de máxima potencia.
Perfil de consumo: Constante anual
Ubicación: Floridablanca
Número de días de autonomía: N = 3
Inversor: ȠINV = 85%
Batería: Ƞ Batería= 81%
VB: Tensión nominal de la batería= 48 V
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
Equ
ipo
s d
e So
ldad
ura
Tub
os
Flu
ore
scen
tes…
Ven
tila
do
res
Tala
dro
s ve
rtic
ales
Co
mp
uta
do
r Po
rtat
il
Air
es A
con
d. 5
000
Gre
ca
Co
mp
uta
do
r d
e…
Nev
era
gase
osa
Licu
ado
ra
Ven
tila
do
res
de
tech
o
Foto
cop
iad
ora
POTENCIA DIARIA DEMANDADA (KWh)
CONSUMODIA (KWh)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 56
P Dmax,d: Máxima profundidad de descarga diaria de la batería (tanto por uno) =15%,
P Dmax,e: Máxima profundidad de descarga estacional de la batería (tanto por uno) =
70%
Módulos fotovoltaicos: Panel Solar 300 W Bojia 300 W mono panel solar:
PM,MOD= Potencia del módulo seleccionado=300W
I M;MOD = Corriente de los módulos en el punto de máxima potencia = 8.33A.
V M,MOD = Voltaje máximo del Módulo seleccionado= 36V
I SC,MOD: Corriente de cortocircuito de los módulos = 9.17A
VOC,MOD = Voltaje de cortocircuito del módulo = 42.48V
Radiación promedio día 4,43 KWh/m2, valor tomado de Grupo de Medición
Climática de la UIS (Universidad Industrial de Santander, (Grupo de Investigación en
Predicción y Modelamiento Hidroclimatico, GPH, 2014)
3.1.2 Dimensionamiento De Un Sistema Autónomo Fotovoltaico
Estimación de consumos:
Media mensual de energía media: Ldm
Ldm = Ldm,AC
(ȠB∗Ƞinv ) (3,1)
Ldm,AC = 621069,60 Wh/día
Ldm= 621069,6 Wh
0.81∗0.85 = 902061,8Wh (3,2)
Lda = Ldm
Lda = 902061,8 Wh
Q da = Media anual de carga eléctrica diaria:
VB =Voltaje de Batería (V)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 57
Q da= Lda / VB (3,3)
= 902061,8 Wh / 48 V
= 18792,9 Ah
Corriente que entrega el regulador hacia la carga:
La hora crítica es a las 10 am con una potencia máxima de 79709,30W.
IC = P AC /ηinv VB (3,4)
= 79709,30 W / (0,85*48) = 1953,65 Amp
Estos cálculos están basados en los tutoriales de Dimensionamiento de Sistemas
Autónomos del Ing. Isidoro Segura Heras (Segura Heras, 2014), y en el tutorial
Instalación Solar fotovoltaica para vivienda del Ing. Hermenegildo Rodríguez
(Rodríguez Galbarro, 2012).
3.1.2.1 Selección de Paneles Solares
La ciudad de Floridablanca está ubicada a una Latitud: 7°3’ 44N Longitud:
73°5’11W, como está ubicada en una latitud de 7°, se toma como orientación optima de
10° α = 10 (hacia el sur).
El mes crítico para Floridablanca es el mes de Abril con un ángulo de 10°, como se
observa en la tabla 13.
Tabla 13 : Relación Ldm/Gdm(0,β)
MES
Gdm(0,β)
(kWh /
m2)mes
Gdm(0,β)
(kWh /
m2)diaria
Ldm/Gdm(0,β)
Enero 144 4,80 187,93
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 58
MES
Gdm(0,β)
(kWh /
m2)mes
Gdm(0,β)
(kWh /
m2)diaria
Ldm/Gdm(0,β)
Febrero 132 4,40 205,01
Marzo 138 4,60 196,1
Abril 124 4,13 218,24
Mayo 137 4,57 197,53
Junio 133 4,43 203,47
Julio 137 4,57 197,53
Agosto 142 4,73 190,58
Septiembre 142 4,73 190,58
Octubre 133 4,43 203,47
Noviembre 125 4,17 216,49
Diciembre 133 4,43 203,47
Año 1620
Gdm(Φ,10) = 4130 (Wh / m2)
Potencia del generador fotovoltaico
PM,G= Ldm∗GCEM
Gdm (α∗β)∗PR (3,5)
PR: Rendimiento energético de la instalación. Instalaciones de conexión a red PR=
0,7
Ldm = 902061,8 Wh
PM,G = 902061,8∗1000
4130∗0,7 = 312,02 KW
Número total de módulos (Panel Solar 300 W monocristal)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 59
NT = Ldm∗GCEM
PM,MOD∗Gdm (α∗β)∗PR (3,6)
𝑁𝑇 = 902061,8∗1000
300 W∗4130∗0,7 = 1040
Se requiera aumentar el número de paneles a 1100 para cumplir con las
condiciones de instalaciones aisladas a red.
Número de módulos conectados en serie:
Ns= VB
V M,MOD (3,7)
NS= 48 V
36V = 1,33 = 2
Número de ramas conectadas en paralelo:
NP= NT
NS (3,8)
NP =1040
2 = 520 Paneles
Se debe aproximar a 549 paneles en paralelo y 1098 paneles de 300W en total,
figura 24.
Figura 24: Panel Monocristal Bojia300W Modelo BJ-M300W
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 60
Corriente total del generador:
I M,G=I M,MOD *NP (3,9)
I M,MOD = 8,33 A
IMG =8,33 *549 = 4573,17 A
I SC,G = I SC,MOD * NP (3,10)
I SC,G = 9,17 *549= 5034,33A
3.1.2.2. Dimensionado del acumulador
Capacidad nominal diaria de la batería:
CBd = Ldm
PD max,d ∗ VB (3,11)
CBd = 902061,8
0,15∗48 = 125286,3 Ah
Capacidad Nominal Estacional de la Batería:
C Be= L dm∗N
PD max,e ∗V B (3,12)
Número de días de autonomía: N = 3
P Dmax,e: Máxima profundidad de descarga estacional de la batería (tanto por uno) =
70%
CBe = 902061,8 Wh ∗3
0,7∗48V = 80541,2 Ah
CBe(Ah) = Capacidad nominal estacional de la batería=80541,2 Ah
CB = MAX (CBd, CBe) = CBe (Ah) = 125286,3 Ah
Comprobación: (CB / ISC,G )=
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 61
125286,3 Ah
5034,33A = 24,8 ˂ 25
Cumple con las condiciones de instalaciones aisladas a red.
3.1.2.3. Selección de las Baterías
La corriente necesaria es de 125286,3 Ah, las baterías seleccionada es la csb
MSJ650 de 2 voltios y 650 A-h (AMVAR WORLD S.A.S), se necesitan 24 baterías en
serie para igualar el voltaje de 48 voltios y 193 baterías en paralelo para igualar la
corriente requerida, dando un total de 4632 baterías de 2 voltios y 650A-h, ver figura
25.
Figura 25: Batería CSB MSJ650 2V 650 A-h
3.1.2.4. Dimensionado del Regulador:
Intensidad de entrada del regulador: Ie,RG
Ie,RG = 1,25*ISC,G (3,13)
ISC,G = Intensidad que produce el generador fotovoltaico = 5034,33A
Ie,RG = 1,25* 5034,33A = 6292,9 Amp
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 62
Figura 26: Controlador Flexmax 7500 W-MPPT48V PWM
Intensidad de salida del Regulador: IS,REG
IS,REG =1,25* (P DC
V B+
P AC
η INV∗V B) (3,14)
PAC: Potencia de las cargas en AC= 21884W
PDC: Potencia de las cargas en DC= 0
IS,REG= 1,25*(0+21884W
0,85∗48V) = 670,46 Amp
.
IREG= MAX (IS,REG ; Ie,RG ) = 6292,9 Amp
No. Reguladores= Ireg.max/Ireg (3,15)
No. de Reguladores = 6292,9 /80A= 79 reguladores
Ireg= Corriente del regulador seleccionado = 80A
El diseño dispone de 549 paneles en paralelo con dos módulos cada ramal, por lo
tanto se necesitan 1 regulador distinto cada grupo de 6 módulos en paralelo, por lo
tanto se necesitan instalar 92 reguladores en total; conectando después todas las
salidas a las baterías.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 63
Se seleccionó el controlador, de carga 80A Flexmax 7500 W-MPPT48V PWM.
(FLEX-MAX), ver figura 26.
3.1.2.5 Dimensionado del Inversor:
Potencia: PINV=PAC
PAC: Potencia de las cargas en AC = 21884 W
PINV = 21884 W
Considerando el factor de Funcionamiento Ff =0,75
PINV=PAC* Ff (3,16)
PINV= 21884 W * 0,75= 16,4 Kw
Figura 27: Inversor SolarMax SUNZET 100T - 100 KW
Considerando el máximo consumo simultaneo:
Hora de mayor consumo: de 10 a 11 a.m.:
Pac,max,sim=79709,3 W
Pinv= Pac,max,sim*1,2 = 95651,1 W
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 64
Se seleccionó un inversor central trifásico Inversor SolarMax SUNZET 100T de
potencia 100Kw, ver figura 27.
3.1.2.6 Dimensionamiento del cableado:
Cableado del Generador Fotovoltaico- Regulador
Criterio de máxima caída de tensión:
Longitud = 3 m
Imax: Corriente máxima que circula por los conductores (A) = 5034,33A
σ: Conductividad del material = 52 m/(Ω*mm^2 )
e = 1,5%* Vmax = 42,48V *1,5%=0,637 (3,17)
S=2∗L∗Imax
σ∗e (3,18)
2∗3m∗5034,3A
52m
Ω∗mm2∗0,637v = 911,9 mm2
Diámetro del cable 1013 mm2 cable unipolar AWG 2000, ver anexo I, tabla de
selección cables.
3.1.2.7. Estructuras soporte para paneles Fotovoltaicos.
La estructura soporte, asegura el anclaje del generador solar y proporciona la
orientación y el ángulo de inclinación adecuado para obtener el mejor
aprovechamiento de la radiación, y tener resistencia a la acción de los elementos
atmosféricos.
Se determina la distancia mínima entre los paneles como se observa en la figura
28, (Clemente Alfonso, 2006). Esta distancia es la separación entre filas de los módulos
fotovoltaicos de tal forma que la sombra de la arista superior de una fila se proyecte,
como máximo, sobre la arista inferior de la fila siguiente.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 65
H = (90° − Altitud) − 23,5 (3,19)
H = (90° − 7,5) − 23,5 = 59m
dmin = Long(cosβ +senβ
tanH) (3,20)
dmin = 1,95 (cos10 +sen10
tan59) = 2,17m
Figura 28: Distancia Mínima
Fuente (Clemente Alfonso, 2006)
Los 1098 paneles solares se distribuyen sobre la superficie de los 12 edificios que
tiene la Institución teniendo en cuenta la posición geográfica tal como se observa en la
Figura 29.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 66
Figura 29: Vista Superior Colegio
3.2 Costo de inversión Sistema Fotovoltaico
En la Tabla 14 se observa los costos de inversión necesarios para la instalación del
Sistema Fotovoltaico para ser autónomo energéticamente, ver anexos desde E hasta el
K, donde aparecen las cotizaciones de los elementos necesarios para la instalación
fotovoltaica.
Tabla 14: Costos de Inversión Sistema Fotovoltaico
Elementos
Cant
.
Valor
unitario
Mano de
obra
Costo del
material Costo total
Paneles
Solares 1098
1.485.137
1.630.680.895
Baterías 4632
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 67
Elementos
Cant
.
Valor
unitario
Mano de
obra
Costo del
material Costo total
417.600 1.934.323.200
Regulador de
Corriente 92
1.005.047
92.464.340
Inversor 1
31.226.98
3
31.226.983
Cable (Cable
THHN/THWN
2000AWN) 3 m
127.765
383.295
383.295
Cable
(THHN/THWN
700AWN) 10 m
101.007,0
0
1.010.070,00
1.010.070
Estructura
inclinada ( 14
mod.) 73
2.174.399
158.731.137
158.731.137
Estructura
inclinada ( 12
mod.) 4
1.835.092
7.340.367
7.340.367
Estructura
inclinada ( 8
mod.) 1
1.087.184
1.087.184
1.087.184
Estructura
inclinada ( 7
mod.) 1
1.087.184
1.087.184
$
1.087.184
Estructura
inclinada ( 5
mod.) 1
820.482
820.482
820.482
Estructura 1
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 68
Elementos
Cant
.
Valor
unitario
Mano de
obra
Costo del
material Costo total
inclinada (
3mod.)
533.436 533.436 533.436
Estructura
inclinada (
2mod.) 3
332.242
996.727
996.727
Estructura
inclinada (1
mod.) 3
266.702
800.107
800.107
Base y fusible
NH3L 315 A
REF 372445 3
1.015.157
3.045.471
3.045.471
Cargador de
Baterías CVC
100/12. 100A,
12Vcc 1
2.940.301
2.940.301
2.940.301
Convertidor
Sumverter SV-
5000/48. 5kVA,
48Vcc.
Senoidal.
Display digital. 1
6.387.353
6.387.353
6.387.353
Mano de Obra
1US por W
255.136.875
255.136.874,60
TOTAL
255.136.875
185.163.113
4.128.995.406
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 69
* Se tomó como referencia el precio del euro $2977 y el dólar= $ 2,667.37 tomado
del precio oficial el día 11 de Julio del 2015. El precio de mano de Obra $USD 1 por 1W
de energía generado.
El periodo de recuperación de la Inversión es de 31,6 años, teniendo en cuenta que
el precio de la energía eléctrica es de $532,48 Kwh, y el consumo promedio es de
12240Kwh/mes, abasteciendo el 100% del Colegio, y tomando una tasa de rendimiento
del 3% anual, dando un TIR= 0,66% y VPN del -$1.208.901.814,01 que no es mayor a
0. Por lo que el proyecto no es viable económicamente, como se observa en la tabla
15. (En anexo O esta la tabla completa del análisis financiero).
Tabla 15: Análisis Financiero Proyecto Fotovoltaico
Gasto Mto y
Operación Ahorros Inversión Valor presente
Flujo
recuperación
inversión
Año
0
960.000
79.369.126
-
4.128.995.406
Año
1
988.800
84.131.273
83.142.473
80.720.848
-
4.048.274.558
Año
2
1.018.464
89.179.150
88.160.686
83.099.902
-
3.965.174.656
Año
3
1.049.018
94.529.899
93.480.881
85.548.248
-
3.879.626.408
Año
4
1.080.488
100.201.693
99.121.204
88.067.906
-
3.791.558.501
Año
5
1.112.903
106.213.794
105.100.891
90.660.952
-
3.700.897.549
Año
6
1.146.290
112.586.622
111.440.332
93.329.523
-
3.607.568.026
Año
31
2.400.077
483.207.226
480.807.149
192.316.679
-
134.021.863
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 70
Gasto Mto y
Operación Ahorros Inversión Valor presente
Flujo
recuperación
inversión
Año
32
2.472.079
512.199.660
509.727.581
197.946.097
63.924.234
Año
33
2.546.242
542.931.640
540.385.398
203.739.478
267.663.712
Como el proyecto no es viable económicamente se analizaran otros posibles
escenarios, más adecuados para realizar la inversión.
3.3 Escenarios Alternativos
3.3.1 Primer Escenario
El primer escenario que se plantea es no utilizar baterías y no utilizar el sistema
fotovoltaico para la generación de energía para los equipos de trabajo en el taller de
metalmecánica, como equipos de soldadura, taladros, pulidoras y los equipos
acondicionados de 30000 Btu, además se redujo la potencia demandada a 25000W.
En la tabla 16, se observa el análisis del consumo eléctrico de la Institución
Tabla 16: Consumo Eléctrico
Descripción
Númer
o Carac.
Potencia
WATT
Horas
/día
Consumo
día (KWh)
Consumo
mes
(MWH)
Tubos
Fluorescentes 359 30 4 43,08 0,8616
Tubos 20 55 12 13,20 0,264
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 71
Fluorescentes
pasillos
Luminaria de Sodio 10 70 10 7,00 0,14
Ventiladores 100 14" 68,4 6 41,04 0,8208
Bombillos
ahorradores 62 60 4 14,88 0,2976
Computador Portátil 111 89 10 98,79 1,9758
Impresoras 7 100 2 1,40 0,028
Aires Acond. 5000 2 5000 706 6 8,47 0,16944
Greca 1 10 Kg 1100 10 11,00 0,22
Televisor 30
LCD
32" 156 2 9,36 0,1872
Computador de
Escritorio 5 119 8 4,76 0,0952
Neveras 8 16" 410,4 8 26,27 0,525312
Nevera gaseosa 4 110 8 3,52 0,0704
Nevera Peq. 1 12" 212 8 1,70 0,03392
Licuadora 3 5 velo. 450 2 2,70 0,054
Tubo Fluorescente 55 60 4 13,20 0,264
Ventiladores de
techo 4 75 2 0,60 0,012
Fotocopiadora 2 900 3 5,40 0,108
Planta de Sonido 1 100 1 0,10 0,002
TOTAL 4870,8 306,46 6,129272
Además se analizó la viabilidad económica del proyecto en la tabla 17, se puede
observar los costos de inversión.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 72
Tabla 17: Costo Inversión Sistema Fotovoltaico
Elementos Cant
Valor
unitario
Mano de
obra
Costo del
material Costo total
Paneles Solares 424
1.485.137 629.698.088
Regulador de
Corriente 31
1.005.047 31.156.457
Inversor
IGrid 2KW-10KW 1
2.500.659 2.500.659
Cable (Cable
THHN/THWN
900AWN) 3 m
107.765 323295 323.295
Cable
(THHN/THWN
500AWN) 10 m 90.007 900070 900.070
Estructura
inclinada (14
mod.) 30 2.174.399 65.231.974 65.231.974
Estructura
inclinada (3mod.) 1 533.436 533.436 533.436
Estructura
inclinada (1
mod.) 1 266.702 266.702 266.702
Base y fusible
NH3L 315 A REF
372445 3 1.015.157 3.045.471 3.045.471
Convertidor
Sumverter SV-
5000/48. 5kVA,
48Vcc. Senoidal. 1 6.387.353 6.387.353 6.387.353
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 73
Elementos Cant
Valor
unitario
Mano de
obra
Costo del
material Costo total
Display digital.
Mano de Obra 1
US por W 80.021.100
80.021.100
Contador Digital
Bi-direccional
5CTD 1 998.635 998.635
TOTAL 80.021.100 76.858.301 821.063.240
Se calculó el tiempo de retorno de la inversión, tomando como 2% la tasa
representativa, ver la tabla 18, durante las vacaciones y fines de semana el consumo
eléctrico se reduce a un 40%. (En los anexos O se puede ver la tabla completa).
El TIR del proyecto es de 4,76%, y el VPN $383.289.837,63 >0, el tiempo de
recuperación de la inversión es de 19,3 años, que lo hace viable económicamente,
teniendo en cuenta que el promedio de vida de los equipos es de 25 años.
Tabla 18: Análisis Viabilidad Económica
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
Año 0
-
821.063.240
1 Año 1
960.000
30.466.567
29.506.567
28.928.007
-
792.135.233
2 Año 2
988.800
32.294.561
31.305.761
30.090.121
-
762.045.112
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 74
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
3 Año 3
1.018.464
34.232.235
33.213.771
31.298.078
-
730.747.034
4 Año 4
1.049.018
36.286.169
35.237.151
32.553.681
-
698.193.353
5 Año 5
1.080.488
38.463.339
37.382.851
33.858.800
-
664.334.553
6 Año 6
1.112.903
40.771.140
39.658.237
35.215.379
-
629.119.174
7 Año 7
1.146.290
43.217.408
42.071.118
36.625.440
-
592.493.734
8 Año 8
1.180.679
45.810.453
44.629.774
38.091.082
-
554.402.652
9 Año 9
1.216.099
48.559.080
47.342.980
39.614.488
-
514.788.164
10 Año 10
1.252.582
51.472.625
50.220.042
41.197.926
-
473.590.237
11 Año 11
1.290.160
54.560.982
53.270.822
42.843.753
-
430.746.484
12 Año 12
1.328.865
57.834.641
56.505.776
44.554.419
-
386.192.065
13 Año 13
1.368.730
61.304.719
59.935.989
46.332.469
-
339.859.596
14 Año 14
1.409.792
64.983.003
63.573.210
48.180.548
-
291.679.048
15 Año 15
1.452.086
68.881.983
67.429.897
50.101.406
-
241.577.641
16 Año 16 -
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 75
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
1.495.649 73.014.902 71.519.253 52.097.900 189.479.741
17 Año 17
1.540.518
77.395.796
75.855.278
54.172.999
-
135.306.742
18 Año 18
1.586.734
82.039.543
80.452.810
56.329.789
-
78.976.953
19 Año 19
1.634.336
86.961.916
85.327.580
58.571.476
-
20.405.477
20 Año 20
1.683.366
92.179.631
90.496.265
60.901.392
40.495.916
3.3.2 Segundo Escenario
Se realizara el diseño eliminando todos aquellos equipos que tienen alto consumo
como computadores, aires acondicionado, equipos del taller de metalistería, el
sistema no tiene baterías, en la tabla 19 se observan los equipos de análisis.
Tabla 19: Consumo equipo eléctricos
Descripción Núm. Carac.
Potenci
a watt
Horas/
día
Consumo día
(KWh)
Consumo
mes
(MWH)
Tubos
Fluorescentes 359 30 4 43,08 0,8616
Tubos
Fluorescentes
pasillos 20 55 12 13,20 0,264
Luminaria de
Sodio 10 70 10 7,00 0,14
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 76
Descripción Núm. Carac.
Potenci
a watt
Horas/
día
Consumo día
(KWh)
Consumo
mes
(MWH)
Ventiladores 100 14" 68,4 6 41,04 0,8208
Bombillos
ahorradores 62 60 4 14,88 0,2976
Impresoras 7 100 2 1,40 0,028
Greca 1 10 Kg 1100 10 11,00 0,22
Televisor 30 LCD 32" 156 2 9,36 0,1872
Neveras 8 16" 410,4 8 26,27 0,525312
Nevera
gaseosa 4 110 8 3,52 0,0704
Nevera Peq. 1 12" 212 8 1,70 0,03392
Licuadora 3
5
velocidade
s 450 2 2,70 0,054
Tubo
Fluorescente 55 60 4 13,20 0,264
Ventiladores de
techo 4 75 2 0,60 0,012
Fotocopiadora 2 900 3 5,40 0,108
Planta de
Sonido 1 100 1 0,10 0,002
TOTAL 3956,8 194,44 3,888832
El proyecto necesita una inversión inicial de $457.739.800, ver anexo O, el análisis
financiero para el cálculo del tiempo de recuperación de la inversión se observa en la
tabla 20, teniendo en cuenta que la tasa de rendimiento anual es del 2%, durante las
vacaciones y fines de semana el consumo eléctrico se reduce a un 40%. Dando como
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 77
resultado un TIR 4,55%%, VPN $195.660.248,84 >0. El tiempo de retorno es de 19,7
años, siendo el proyecto Viable económicamente.
Tabla 20: Análisis Económico Sistema Fotovoltaico
Año
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
Año 0
-
458.493.015
1 Año 1
960.000
16.829.350
15.869.350
15.558.186 - 442.934.829
2 Año 2
988.800
17.839.111
16.850.311
16.195.993 - 426.738.836
3 Año 3
1.018.464
18.909.458
17.890.994
16.859.083 - 409.879.753
4 Año 4
1.049.018
20.044.025
18.995.007
17.548.450 - 392.331.303
5 Año 5
1.080.488
21.246.666
20.166.178
18.265.129 - 374.066.174
6 Año 6
1.112.903
22.521.466
21.408.563
19.010.192 - 355.055.983
7 Año 7
1.146.290
23.872.754
22.726.464
19.784.755 - 335.271.228
8 Año 8
1.180.679
25.305.120
24.124.441
20.589.978 - 314.681.250
9 Año 9
1.216.099
26.823.427
25.607.328
21.427.066 - 293.254.184
10 Año 10
1.252.582
28.432.833
27.180.250
22.297.272 - 270.956.911
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 78
Año
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
11 Año 11
1.290.160
30.138.802
28.848.643
23.201.897 - 247.755.014
12 Año 12
1.328.865
31.947.131
30.618.266
24.142.294 - 223.612.720
13 Año 13
1.368.730
33.863.958
32.495.228
25.119.868 - 198.492.852
14 Año 14
1.409.792
35.895.796
34.486.004
26.136.081 - 172.356.771
15 Año 15
1.452.086
38.049.544
36.597.458
27.192.450 - 145.164.321
16 Año 16
1.495.649
40.332.516
38.836.868
28.290.554 - 116.873.768
17 Año 17
1.540.518
42.752.467
41.211.949
29.432.031 - 87.441.737
18 Año 18
1.586.734
45.317.615
43.730.882
30.618.587 - 56.823.150
19 Año 19
1.634.336
48.036.672
46.402.337
31.851.991 - 24.971.159
20 Año 20
1.683.366
50.918.873
49.235.507
33.134.085 8.162.926
3.4 Mantenimiento del sistema Fotovoltaico
El sistema fotovoltaico no necesita un mantenimiento riguroso, sino estar revisar el
estado de algunos elementos como:
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 79
1. Los paneles se deben limpiar, evitando que se acumule polvo y hojas de los
árboles.
2. Se debe revisar el estado de la batería además de ubicarla en un lugar seco y
ventilado.
3. Se debe revisar el estado de los cables para evitar cortos.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 80
4. Diseño del Biodigestor
Figura 30: Restaurante escolar
Para determinar el potencial energético del Colegio Técnico Vicente Azuero, a
partir de los desechos de los alimentos necesarios para la preparación de los
desayunos y almuerzos de 500 estudiantes, ver figura 30. Diariamente son generados
25 kilos de basura cruda y 5 kg de desechos de comidas cocinadas, las cuales son
arrojadas en el depósito de basura de la Institución, ver figura 31.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 81
Figura 31: Depósito de Basura Colegio Técnico Vicente Azuero
Los residuos vegetales crudos obtenidos en el restaurante semanalmente están
relacionados en la tabla 21.
Tabla 21: Desechos agrícolas del restaurante escolar
PRODUCTO MASA MASA RESIDUOS
PAPA 145 37
YUCA 30 12
ZANAHORIA 25 5
TOMATE 15 2
MORA 10 2,2
CEBOLLA LARGA 7,5 3
CEBOLLA CABEZONA 10 0,7
TOMATE DE ÁRBOL 25 2
GUAYABA 25 7
CURUBO 20 6
PLÁTANO 75 32
REMOLACHA 5 0,8
REPOLLO 5 1
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 82
PRODUCTO MASA MASA RESIDUOS
BANANO 20 8
TOTAL
126,85 Kg
En la siguiente tabla 22 aparecen los valores características de Biogás que se
puede obtener de algunos desechos vegetales
Tabla 22: Producción Biogás a partir de desechos orgánicos.
Material %EST
Solidos
Totales
%SO Solidos
Orgánicos
P= Producción
Biogás
(m3 gas/1Kg SO)
Paja de arroz 89 93 0,22
Paja de trigo 82 94 0,25
Paja de maíz 80 91 0,41
Hierba fresca 24 89 0,41
Bagazo 65 78 0,16
Desechos de Verdura 12 86 0,35
Desechos orgánicos de
cocina
15 10 0,25
Tomado de la UPME
Calculo de producción de Biogás Desechos de Verdura
PG = MPC ×SO ×P (4,1)
El total de biogás generado diariamente en el restaurante escolar por los residuos
crudos y los sobrantes de comida cocinada se resume en la tabla 23.
Tabla 23: Producción biogás diario producido por restaurante escolar
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 83
VOLUMEN DE BIOGÁS GENERADOS EN UN DÍA
Biomasa Cantidad(kg)
diaria
%SO m3biogás/KgS
O
m3
biogás
Residuos
Vegetales
25,37 86 0,35 7,63
Residuos de
Comida
2 10 0,25 0,05
Estos datos salieron del promedio de los datos medidos. Estos pueden variar con el
tiempo, ya que se ve afectado por los periodos de vacaciones, fines de semana,
festivos y otros (paros), cuando se inicia el proceso de alimentación del Biodigestor,
este toma alrededor de 30 para iniciar a generar biogás.
El proceso para realizar la digestión anaerobia en el Biodigestor se observa en la
figura 32.
Figura 32. Diagrama de Flujo Biodigestor
Biomasa
Cortado Mezcla Medición pH
Pretratamiento Digestión Anaerobia
Decantador
Abono Orgánico
Cocción Reservorio
Residuos
Lodos
Biogás
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 84
Inicialmente recolectara los residuos los cuales deben ser clasificados para evitar
elementos que puedan afectar el funcionamiento del Biodigestor, por ejemplo no se
puede agregar sustancias acidas que afecten el pH, luego los residuos del restaurante
se hidratan y luego se muelen almacenándolos en tanques que están cerca del
Biodigestor, su alimentación se realizara en forma continua.
El biogás que se obtiene debe ser trasladado por medio de mangueras que permita
una correcta operación, provista de accesorios como válvulas, trampas de agua y
trampa de ácido sulfhídrico, que estará conectado con la cocina del restaurante, el
biogas que no pueda ser utilizado se almacenara en un reservorio cercano al
Biodigestor.
El efluente que salen del Biodigestor es recolectado en un tanque para luego ser
separados la parte sólida y liquida, los sólidos pueden ser secados para ser
almacenados para ser utilizados como fertilizante, los líquidos se pueden conservar en
tanques, los cuales son tratados (agua, levadura o melaza) para luego ayudar a la
fertilización de las plantas. Los lodos sedimentados dentro del Biodigestor se obtienen
mediante una limpieza que se debe realizar en forma periódica, por que afecta el
volumen del biogás.
4.1 Potencial Energético
El restaurante escolar funciona durante 38 semanas del año, produciendo un
volumen de 1459,2 m3 de residuos de comida cruda y cocinada, el biogás tiene un
poder calorífico entre 18,82MJ/m3 - 27,19 MJ/m3 (fuente UPME), y el poder calorífico
del gas domiciliario es de 41,45 MJ/m3 (fuente Metrogas). En la siguiente tabla 24 se
observa el potencial de biomasa obtenido durante un año de funcionamiento del
restaurante escolar.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 85
Tabla 24: Potencial energético anual restaurante escolar
POTENCIAL ENERGÉTICO ANUAL
m3 (MJ)
Residuos Vegetales 1449,7 27283,3
Residuos de Comida 9,5 178,79
Se debe evitar utilizar residuos ácidos como la naranja y el limón, porque afecta el
pH del Biodigestor, este trabaja en condiciones óptimas con un pH entre (6,6 - 7,6),
para el desarrollo normal de los microorganismos.
4.2 Diseño de Biodigestor tipo tubular
4.2.1 Tiempo de retención
Es el tiempo necesario para que la materia orgánica dentro del Biodigestor se
someta al proceso de descomposición.
TR = -51,227 Ln(T) + 206,72 (4,2)
T= Temperatura del sitio= 23°
TR=46 días
4.2.2 Volumen del Biodigestor
Se calcula el volumen del Biodigestor según las características de la biomasa con
la siguiente ecuación
V =M∗TR∗f
d (4,3)
M=flujo de la Biomasa Kg/día= 27,37 Kg/día
f= factor de sobredimensionamiento para el almacenamiento del Biogás= 1,2
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 86
d= densidad de Biomasa Kg/m3 = 1090 Kg/m3 Tomado de (UPME, 2003)
V= 1,38 m3
Figura 33: Tamaño Biodigestor
El Biodigestor seleccionado, es de tipo Taiwanés-tubular, los criterios para su
selección son:
1. Costos
2. Fácil instalación y mantenimiento
3. Se cuenta en la Institución con suficiente área para realizar su instalación, en
zonas alejadas de las aulas de clase y viviendas.
4. Se puede utilizar para dar lecciones prácticas sobre manejo de energía
alternativas.
5. Se logra cumplir con los requerimientos técnicos requeridas en la biodigestión.
El Biodigestor está compuesto de dos bolsas de plástico completamente sellado,
que debe tener una leve inclinación, para evitar acumulación de líquidos, las
dimensiones son radio 0,47 m y 2 m de largo, como se observa en la figura 33. En la
entrada del Biodigestor se ubica tanques de alimentación de los residuos ya tratados
(molidos e hidratados), a la salida también habrá un recipiente en donde se
almacenaran los efluentes que se utilizaran como abono, los cuales servirán como
fertilizante de las huertas escolares, ver figura 34.
2 m
0,47 m
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 87
4.2.3 Diseño del Reservorio:
Se debe diseñar un reservorio donde almacenara biogás y permita elevar la presión en
caso que se necesite. El volumen del reservorio será del mismo tamaño que el
Biodigestor, hecho de bolsas de polietileno. Se debe colocar cerca de la cocina pero
alejada del fuego por lo que se deberá ubicar en la parte exterior del restaurante en
forma vertical, cubierto por un techo y amarrado para protegerlo del viento, sus puntos
extremos estarán sellados y deberá colocar una T para conectar el reservorio a la
cocina y al Biodigestor, además se debe colocar una válvula de bola en caso de
rompimiento de la membrana.
4.2.4 Producción de Bioabono
Durante la fermentación una parte de los residuos se convierten en biogás y otra
parte se convierten en abono orgánico estando en un rango entre 30-40% de los
residuos sólidos.
Bioabono = Carga diaria –Carga diaria* 30% (4,4)
Bioabono= 27,37 Kg/día -27,37 Kg/día*0,3= 19,15 Kg/día
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 88
Figura 34: Huertas escolares
4.2.5 Accesorios
El plástico a utilizar en el Biodigestor será de polietileno color negro calibre 35, de
1m de ancho y 2 m de largo. El sistema de conducción de gas transporta el biogás
desde el Biodigestor hasta la cocina, y consta de una tubería o manguera, que estarán
conectadas tal como se muestra en la figura 35. Se debe colocar una válvula de
seguridad conectada a un tanque de agua de 5-10 cm de altura que actúa como sello
hidráulico, la válvula evitara el exceso de gas que puede romper el plástico del
Biodigestor. (Martí Herrero, 2008)
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 89
Figura 35: Partes Salida del biogás
Se conectara después de la válvula de seguridad una trampa de agua en donde se
almacenara el vapor de agua que proviene del biogás por lo que necesita un recipiente
de almacenaje del líquido conectado con una válvula de purga. Después se conecta
una trampa de ácido sulfhídrico, que consta de un recipiente con viruta de hierro, con
un grifo de purga, que reduce el poder corrosivo que tiene el biogás. A la entrada de la
cocina se conecta una válvula de paso que controla el caudal del gas a la estufa.
También se debe colocar una T que permite el paso de biogás proveniente del
Biodigestor y del reservorio.
4.2.6 Quemadores de la Estufa:
Se seleccionaron nuevas estufas apropiadas para el consumo de biogás como
combustible. Las cocinas que utilizan gas natural era 1 de 3 fogones y 2 cocinas de 1
fogón cada quemador consume 0,3 m3/h. Se seleccionaron cocinas con mejor
rendimiento energético, ya que las anteriores cocinas tenían un bajo rendimiento, la
energía era irradiada hacia el ambiente. Los nuevos quemadores estarán en cámaras
cerradas como se ve en la figura 36, lo cual permite elevar el rendimiento energético
de la combustión, el material de la superficie será acero inoxidable y son quemadores
especiales para utilizar biogás, su eficiencia al calor es de un 60% y cada quemador de
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 90
las cocinas consumen 0,45 m3/h de biogás, se instalaran 4 quemadores para utilizar
todo el biogás.
Figura 36. Quemador Teenwin Biogás modelo TY-SU
4.2.7 Comportamiento Reológicos de los residuos orgánicos
Las condiciones reológicas del material determina la forma como fluye en un
conducto, además como es su respuesta ante un esfuerzo o deformación, los alimentos
tienen diferentes comportamientos. Estas condiciones dependen del tipo de fluido, los
cuales se clasifican así:
1. Fluidos Newtonianos: Son fluidos en donde existe una relación proporcional
entre esfuerzo cortante y su velocidad de deformación, su viscosidad es constante
ejemplo: agua, jugo de frutas.
σ = (µ)*ɣ̇ (4,5)
σ = esfuerzo cortante del material
µ = constante de proporcionalidad del fluidos Newtonianos
ɣ̇ = gradiente de deformación.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 91
2. Fluidos no Newtonianos: no existe relación proporcional entre el esfuerzo
cortante y velocidad de deformación. Ejemplo: fluidos biológicos, lodos, alimentos
líquidos. (Escudero Cadena, 2014)
a. Si los fluidos son independientes del tiempo, requiere un esfuerzo mínimo para
iniciar su movimiento. Sus ecuaciones son:
σ = σ0 + k(ɣ̇)n Herschel-Bulckey Ejemplo: pasta de pescado, pasta de uvas
σ = k(ɣ̇)n 0˂n˂1 Pseudoplástico, llamada ecuación Ley de Potencia. Ejemplo:
puré de plátano, salsas, frutas y algunas verduras
σ = k(ɣ̇)n 1˂n˂∞ Dilatante Ejemplo: mieles
σ = σ0 + k(ɣ̇) Plástico de Bingham
σ 0.5= σ0 0.5+ k1ɣn1 Ecuación de Casson modificada
σ n1= σ0 n1+ k1ɣn2 Ecuación de Herschel-Bulkley modificada
σ = k1ɣ + k2ɣ3 + … Ecuación de serie de potencias
k= Coeficiente de consistencia
n = índice comportamiento del flujo
σ0 = umbral de fluencia
Los valores de K, K1, K2, n, n1, n2, ɣ y τo son constantes características del
sistema, sus valores se determinan experimentalmente. (Gahona M., 2013)
Los fluidos pseudoplásticos, son aquellos en donde disminuye su elasticidad y el
esfuerzo cortante a medida que crece su velocidad de deformación.
b. Cuando la fluidez depende del tiempo se consideran inelásticos, y la respuesta
de la deformación a los esfuerzos aplicados no son instantáneos, se clasifican en
fluidos tixotrópicos y reopécticos.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 92
Los fluidos tixotrópicos su viscosidad disminuye al aumentar el tiempo de aplicación
del esfuerzo, recuperando su estado inicial después de un reposo prolongado. Ejemplo
Yogurt, salsas de tomate.
Los fluidos reopécticos, su viscosidad aumentan con el tiempo y regresa a su
estado inicial después de un reposo prolongado. Ejemplo: yeso y arcillas.
En la siguiente figura 37 se observa un resumen del comportamiento de los fluidos:
Figura 37. Comportamiento Reológicos de los Fluidos
Fuente (Gahona M., 2013)
3. Fluidos viscoelásticos: tienen comportamiento elástico y viscoso. Ejemplo nata,
gelatina y helados. Su ecuación es:
σ+λ*�̇� = µ*ɣ (4,6)
σ = esfuerzo cortante
λ = Tiempo de relajación
�̇� = gradiente de esfuerzos cortantes
µ = viscosidad aparente
ɣ = velocidad de deformación
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 93
La gran mayoría de los residuos sólidos del restaurante tienen un comportamiento
pseudoplástico como las frutas y los restos de pulpa de las legumbres, también existen
productos que tienen otro comportamiento como es las cascaras de banano y plátano
que son fluidos viscoelásticos (Ciro Velásquez, Montoya López, & Millán Cardona,
2005), el jugo de tomate tiene un comportamiento tixotrópico.
4.2.8 Ubicación y Superficie Biodigestor
El Biodigestor se ubicara en un lote de 130 m2, que se encuentra junto al
restaurante escolar, ver figura 38, el cual cumple con los requisitos de seguridad como:
1. No se encuentra ubicado cerca de los salones de clase o viviendas.
2. No está ubicado en zonas naturales protegidas.
3. El sitio de ubicación del Biodigestor está protegido, alejado de personas o animales.
Figura 38. Lote ubicación Biodigestor
Se hace una zanja en forma trapezoidal con las dimensiones que se observan en la
figura 39 de tal manera que da estabilidad, luego se protege con un plástico de
polietileno evitando la presencia de piedras y superficies que puedan dañar la
membrana del Biodigestor.
Entrada de acceso del Biodigestor
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 94
Figura 39. Dimensión zanja Biodigestor
Se realizaran tanques de almacenamiento de los residuos y de los efluentes. El
Biodigestor estará encerrado con unos muros hechos con ladrillos para mantener su
estabilidad, alrededor de este se hará una estructura en madera para poder techar con
poli sombra, que lo protegerá de animales y la caída de material que pueda dañar la
membrana. Las tuberías de extracción del biogás deben tener soportes que garantice
su movilidad. La tubería de extracción de solidos será de PVC y dependerá de la
fluidez de los sólidos (los fluidos tienen características pseudoplástico y viscoelásticos).
(Forget, 2011)
Dentro del lote se ubicaran tanques para el almacenaje de los residuos sólidos, los
tanques de almacenaje del efluente, y tanques de almacenaje de abono orgánico, que
luego de ser tratados servirá como fertilizante de los suelos.
4.2.9 Mantenimiento
a. Se debe proteger el Biodigestor con una malla a su alrededor, además se debe
colocar un techo con una poli-sombra que evitara que personas, animales u
objetos puedan dañar el plástico del Biodigestor, y alarga la vida útil del mismo.
b. Se debe evitar que tierra, piedras u otros objetos se introduzcan al Biodigestor
que reduce el volumen de almacenaje.
c. Diariamente se debe alimentar el Biodigestor.
0,5 m
0,6 m
0,3 m
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 95
d. Revisar periódicamente el estado de la malla y techo del Biodigestor.
e. Verificar la línea de transporte del biogás, para detectar posibles fugas o
acumulación de líquidos.
f. Hacer mantenimiento periódico a la válvula de seguridad con el fin de retirar la
lama que se va formando en el frasco con agua.
g. Se debe impedir la utilización de insecticidas, detergentes o desinfectantes que
evitan el desarrollo de las bacterias anaeróbicas que son las productoras del
metano.
h. Si se desechan residuos ácidos se recomienda utilizar bicarbonato de sodio al
sustrato para reducir su acidez.
4.2.10 Análisis Financiero
Para el análisis financiero se debe tener en cuenta los costos del gas natural por la
cocción de los alimentos, los costos de la instalación del Biodigestor, la operación y
mantenimiento semanal. Al iniciar el proceso de la biodigestión el gas solo se genera
unas semanas después de su instalación. Se determinara el tiempo de retorno por la
utilización del Biodigestor, teniendo en cuenta que una vida útil de 10 años.
El consumo promedio de gas Natural actual es de 150 m3/mes, las cocinas se
desperdiciada mucha energía térmica asumiendo una eficiencia térmica del 30%, con
las nuevos quemadores (4) instalados su eficiencia térmica se eleva a un 60%, es decir
se necesitaría 105 de gas natural, el biogás que se produce es de 153,6 m3/mes de
biogás que equivalen a 69,74 m3/mes de gas natural, con lo que se necesitaría 35,26
m3/mes de gas Natural, En la tabla 25 se observa el consumo mensual y el ahorro que
se puede obtener con el uso del biogás, teniendo en cuenta que los poderes caloríficos
del gas domiciliario y el biogás son diferentes. La instalación del Biodigestor cubre el
76,49% de la demanda.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 96
Tabla 25. Consumo-Producción Gas
Combustible Consumo Costo $/m3 Costo mensual
Gas Natural 150 m3/mes $1253,71/m3 $188056,5/mes
Con el uso del Biogás 35,26 m3/mes - Ahorro
$143850,6/ mes
Los costos de construcción e instalación del Biodigestor se relacionan en la
siguiente tabla 26.
Tabla 26: Costo Inversión Biodigestor
ELEMENTOS
CANT
(Unidad-m)
PRECIO
UNITARIO
PRECIO
TOTAL
Adaptador macho PVC 1/2" 1 2000 2000
Adaptador macho PVC 1" 1 3000 3000
Adaptador hembra PVC 1" 1 3000 3000
Tee PVC 1" 1 1000 1000
Reductor de 1-1/2" PVC 2 3000 6000
Codos 90° 5 2000 10000
Tapón PVC 1" 4 1000 4000
Tubería gris 1/2" 0,5 1000 500
Tubería gris 1" 0,5 2000 1000
Tubería o manguera polietileno 1
1/4" 10 3000 30000
Soldadura 1 9000 9000
Tubería galvanizada 1/2" 0,5 1000 500
Abrazaderas metálicas 1-1/2" 4 200 800
Llave de paso 1/2" 4 10000 40000
Plástico calibre 35 Largo: 3m 8 3700 29600
Racor 1 6000 6000
Malla 16 2000 16000
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 97
ELEMENTOS
CANT
(Unidad-m)
PRECIO
UNITARIO
PRECIO
TOTAL
Poli sombra 4 3000 12000
Válvula de Bola ½” 1 12000 12000
T de ½” 2 5000 10000
Maderas de Soportes ( 2m ) 6 20000 120000
Limpiador 1 6000 6000
Tejas plástica de 2m 1 20000 20000
Soportes 2 10000 20000
Mano de Obra 2 80000 160000
Quemadores de biogás 4 58406.25 233625
Ladrillos 200 400 80000
Cemento 2 30000 60000
TOTAL
896025
El costo de operación por trituración de material orgánico, mantenimiento y
recolección de tratamiento de abono orgánico es de $20000 semanales.
Se realizó el cálculo del VAN y el tiempo de retorno del proyecto teniendo en
cuenta una rentabilidad anual del 5%, y las primeras semanas al alimentar el
Biodigestor no produce biogás, también hay una reducción del volumen de residuos
durante la época de vacaciones. En el análisis financiero se obtuvo un VPN
$2.130.389,22>0, TIR del 40,29% y el tiempo de retorno es de 2,86 años como se
observa en la tabla 27.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 98
Tabla 27. Calculo Tiempo de Retorno Biodigestor
Año Gastos Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
recuperación
inversión
-896.025
Año
1
960.000
1.294.65
5
334.655
315.713
-
580.312
Año
2
1.008.00
0
1.359.38
8
351.388
312.734
-
267.578
Año
3
1.058.40
0
1.427.35
8
368.958
309.784
42.206
Año
4
1.111.32
0
1.498.72
5
387.405
306.861
349.067
Año
5
1.166.88
6
1.573.66
2
406.776
303.966
653.034
Año
6
1.225.23
0
1.652.34
5
427.115
301.099
954.133
Año
7
1.286.49
2
1.734.96
2
448.470
298.258
1.252.391
Año
8
1.350.81
6
1.821.71
0
470.894
295.445
1.547.835
Año
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 99
Año Gastos Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
recuperación
inversión
9 1.418.35
7
1.912.79
6
494.438 292.657 1.840.493
Año
10
1.489.27
5
2.008.43
5
519.160
289.896
2.130.389
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 100
5. Conclusiones
La digestión anaeróbica que actúa dentro de un Biodigestor tiene muchos procesos
que pueden hacer variar los resultados, características tales como la cantidad, tipos de
restos orgánicos, y el tiempo de servicio, ya que solo se alimenta durante 38 semanas
debido a los periodos de vacaciones, logrando resultados satisfactorios debido a los
grandes beneficios ambientales, sociales y económicos.
Al realizar el análisis de la viabilidad económica por la instalación del Biodigestor
tubular, se logra obtener más del 70% del gas necesario para la cocción de los
alimentos, aprovechando los residuos orgánicos, además con el cambio de los
quemadores minimizan la pérdida energética, reduciendo la temperatura del
restaurante. El tiempo de retorno de la inversión se estima en 2,86 años, siendo la vida
útil de 10 años, este valor se puede reducir con los costos de operación, utilizando el
Biodigestor como laboratorio y como parte del proyecto de la modalidad medio
ambiental que tiene la Institución.
La instalación de celdas fotovoltaicas para que el colegio sea autosuficiente
energéticamente, no es viable económicamente, ya que el tiempo de retorno de la
inversión se estima en 32,6 años, debido al gran consumo energético por el uso de los
equipos de soldadura, computadores y los aires acondicionados de los salones de
Informática, y los elevados costos en la compra de los equipos requeridos para el
sistema fotovoltaicos. Se analizaron otros posibles escenarios donde el Colegio puede
aprovechar la radiación recibida minimizando los costos de la electricidad, teniendo en
cuenta que no podrá ser autosuficiente y estará conectada a la red. Para que el
proyecto sea viable económicamente se recomienda no utilizar baterías fotovoltaicas
por su elevado costo, los equipos de mayor consumo como las herramientas del Taller
de metalmecánica y los aires acondicionados estarían conectados a la red. La inversión
del proyecto se recupera en 19,3 años, teniendo en cuenta que la vida útil de los
equipos fotovoltaicos es de 25 años.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 101
La viabilidad ecológica de los proyectos es alta, ya que ayudaría a mejorar el nivel
de vida de los habitantes de la región, en el análisis de la huella de carbón se observó
que una de las principales fuentes contaminantes son la electricidad y el uso del gas
natural como combustible, las emisiones dirigidas hacia el ambiente, en la Institución
por los servicios públicos, comida y transporte de los 2072 miembros de la comunidad
educativa es de 112381,42 Kg de dióxido de carbono al año (su huella ecológica es de
23,11 Ha de bosque/anuales), por electricidad y gas natural se emiten 32382,50 Kg
CO2/año (necesitando 6,23 Ha de bosque/anuales para mitigar estas emisiones), como
la vida útil de las celdas es de 25 años y el Biodigestor de 10 años, es elevado el
número de toneladas de emisiones que se dejarían de emitir hacia nuestro entorno.
Con la aplicación de estos proyectos en el Colegio se convierte en un modelo para
otras Entidades en el cuidado ambiental.
En los últimos años la humanidad ha sentido los graves daños provocados sobre el
medio ambiente, como altas temperaturas, deshielo de nuestras serranías, afectación
en la fauna y flora, presencia de nuevas enfermedades debido a las toxinas aplicadas
a los alimentos, todo esto conlleva a buscar alternativas donde el hombre mejore su
calidad de vida sin afectar su entorno para beneficio de las generaciones presentes y
futuras.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 102
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 103
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Anexos
Anexo A. Glosario
ACUMULADOR FOTOVOLTAICO: Elemento capaz de almacenar la energía
recibida durante el día, que abastecerán los equipos que utilicen energía fotovoltaica,
en épocas de baja o nula insolación.
ANAEROBIA: Proceso que se desarrolla con ausencia de oxígeno.
BIOCARBURANTES: Son hidrocarburos derivados de la biomasa, que sirven para
generar energía, utilizados en motores de combustión interna.
CALOR LATENTE: Es la energía necesario para que un material cambie de estado,
sin que ocurra aumento de temperatura.
CALOR SENSIBLE: Es la energía que adquiere o libera un cuerpo debido a la
diferencia de temperatura, no existe cambio de estructura o cambio de estado del
cuerpo.
COMBUSTIBLES FÓSILES: Son deposito geológicos de materiales orgánicos
provenientes de plantas o animales, que al degradarse por acción de temperatura y
presión forma combustibles como el gas, petróleo y carbón, estas sustancias se
consideran combustibles no renovables.
COMPOST: Fertilizante que proviene de la descomposición de la materia orgánica.
CONDUCCIÓN: Es una forma de transmitir el calor por contacto directo de los
cuerpos, sin que haya intercambio de material se realiza de un cuerpo caliente hacia
uno frio.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 109
CONVECCIÓN: Es una forma de transmitir el calor a través de los gases y líquidos,
entre zonas que se encuentren a diferentes temperaturas.
FOTOVOLTAICA: Genera una fuerza electromotriz a partir de una energía
luminosa o análoga.
GENERADOR FOTOVOLTAICO: Dispositivo capaz de mantener una diferencia de
potencial entre dos puntos, convierte la energía transportada por los fotones de la luz
que inciden en los módulos fotovoltaicos en energía eléctrica.
INVERSOR FOTOVOLTAICO: Elementos capaz de convertir la energía de las
celdas fotovoltaicas de corriente continua a corriente alterna.
IRRADIANCIA: Se define como la potencia de energía electromagnética radiada
por unidad de área, sus unidades son (W/m2).
RADIACIÓN: Propagación de energía a través del vacío o de un material en forma
de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas.
REGULADOR FOTOVOLTAICO: Dispositivo que regula y controla la intensidad de
la carga de las baterías con el fin de evitar sobrecargas y alargar su vida útil.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 110
Anexo B. Abreviaturas:
C = velocidad de la luz en el vacío (3*10 8 m/s)
C Be = Capacidad Nominal Estacional de la Batería
CBd = Capacidad nominal diaria de la batería
CBe(Ah) = Capacidad nominal estacional de la batería
d= densidad del biogás
dmin= distancia mínima entre paneles
f= factor de sobredimensionamiento para el almacenamiento del Biogás
ff (m/s)= Velocidad del viento
Ff = factor de Funcionamiento
H Gk (kWh/m2 día)= Irradiación media Global, superficie inclinada diaria
H Gk (kWh/m2 mes)= Irradiación media Global, superficie inclinada mensual
H= Constante de Planck equivale (6,62 *10-34 J*s)
I M,G = Corriente total del generador
I M;MOD = Corriente de los módulos en el punto de máxima potencia
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 111
I SC,MOD: Corriente de cortocircuito de los módulos
I= Intensidad Solar (W/m2)
Imax= Corriente máxima
Ireg= Corriente del regulador seleccionado
IS,REG = Intensidad de salida del Regulador
ISC,G = Intensidad que produce el generador fotovoltaico
Ldm = Media mensual de energía media
m=flujo de la Biomasa Kg/día
MPC = masa desechos en kilogramos por día
Ƞ Batería= Eficiencia de la batería
Ƞ INV = Eficiencia del inversor
Np= número de módulos en paralelo
Ns= número de módulos en serie
Nt= número de módulos en total
P = Producción aproximada de m3 de gas/kg de masa orgánica seca total
P Dmax,d: Potencia máxima profundidad de descarga diaria de la batería.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 112
P Dmax,e: Potencia máxima profundidad de descarga estacional de la batería
PAC: Potencia de las cargas en AC
PDC: Potencia de las cargas en DC
PG = Gas producido en litros por día
PM,MOD= Potencia del módulo
PR: Rendimiento energético de la instalación. Instalaciones de conexión a red
Psol=Potencia emitida por el sol = 3,9x1026 W
Q da = Media anual de carga eléctrica diaria
r= distancia del Sol a la Tierra= 1,496 x1011
s= superficie esférica = 4πr2
SO = Porcentaje de materia orgánica
Ta (°C) = Temperatura del aire
TR= Tiempo de retención en días
V M,MOD = Voltaje máximo del Módulo
VB =Voltaje de Batería
VB: Tensión nominal de la batería
VOC,MOD = Voltaje de cortocircuito del módulo
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 113
λ= Longitud de onda
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 114
Anexo C. Resultados Encuesta 1. ¿Qué les preocupa a los Colombianos?
En la figura C1 se observa la primera encuesta realizada a una muestra de la
comunidad educativa del Colegio Técnico Vicente Azuero, entre docentes, padres y
estudiantes, para conocer los temas más relevantes a nivel mundial, nacional y local.
Figura C1 Encuesta
Obteniéndose los siguientes resultados, ordenados por edades.
ENCUESTA QUE LES PREOCUPA A LOS COLOMBIANOS
EDAD
MENOR DE 18 AÑOS ____ 18-25 AÑOS____ 26-35 AÑOS____ 36-45 AÑOS_____
46-55 AÑOS____ 56-65 AÑOS_____ MAYOR 65 AÑOS____
GENERO
F______ M_____
NIVEL EDUCATIVO
PRIMARIA______ SECUNDARIA_____ TÉCNICO - TECNÓLOGO_____
UNIVERSITARIO-POSGRADO_____ NINGUNO____
OCUPACIÓN
TRABAJAR____ HOGAR____ ESTUDIAR Y TRABAJAR_____
PENSIONADA____
ESTUDIAR_____ DESEMPLEADO____ NO RESPONDE_____
¿CUALES CONSIDERA USTED COMO LOS PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA ACTUALIDAD EN EL MUNDO?
Enumere del 1 al 9, siendo el 1 más bajo y 9 el más alto problema
ECONOMÍA____ MEDIO AMBIENTE_____ SALUD_____ SEGURIDAD_____ EDUCACIÓN____
POLÍTICA_____ CULTURA____ DESPLAZAMIENTO____ OTRO____
¿CUALES CONSIDERA USTED COMO LOS PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA ACTUALIDAD EN EL
COLOMBIA?
Enumere del 1 al 9, siendo el 1 más bajo y 9 el más alto problema
ECONOMÍA____ MEDIO AMBIENTE_____ SALUD_____ SEGURIDAD_____ EDUCACIÓN____
POLÍTICA_____ CULTURA____ DESPLAZAMIENTO____ OTRO____
¿CUALES CONSIDERA USTED COMO LOS PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA ACTUALIDAD EN NUESTRA
CIUDAD?
Enumere del 1 al 9, siendo el 1 más bajo y 9 el más alto problema
ECONOMÍA____ MEDIO AMBIENTE_____ SALUD_____ SEGURIDAD_____ EDUCACIÓN____
POLÍTICA_____ CULTURA____ DESPLAZAMIENTO____ OTRO____
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 115
Para las personas mayores de 36 años
Figura C2 Problemas Mundiales
Figura C3 Problemas Nacionales
Figura C4 Problemas Locales
Personas entre 18 y 35 años
13%
15%
15%11%
13%
13%
8%
8%
4%
PROBLEMAS MUNDIALES ECONOMIAMEDIO AMBIENTESALUDSEGURIDADEDUCACIONPOLITICACULTURADESPLAZAMIENTOOTRO
12%15%
14%13%13%
10%
9%11% 3%
PROBLEMAS EN EL PAIS ECONOMIAMEDIO AMBIENTESALUDSEGURIDADEDUCACIONPOLITICACULTURADESPLAZAMIENTOOTRO
13%15%
14%13%
14%
11%
10% 7% 3%
PROBLEMAS DE LA CIUDAD ECONOMIA
MEDIO AMBIENTE
SALUD
SEGURIDAD
EDUCACION
POLITICA
CULTURA
DESPLAZAMIENTO
OTRO
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 116
Figura C5 Problemas Mundiales
Figura C6 Problemas Nacionales
Figura C7 Problemas Locales
Para menores de 18 años:
15%
13%
15%10%11%
9%
8%
13% 6%
PROBLEMAS EN EL MUNDO ECONOMIAMEDIO AMBIENTESALUDSEGURIDADEDUCACIONPOLITICACULTURADESPLAZAMIENTOOTRO
14%11%
15%
10%
16%
12%
8%11% 3%
PROBLEMAS DEL PAISECONOMIAMEDIO AMBIENTESALUDSEGURIDADEDUCACIONPOLITICACULTURADESPLAZAMIENTOOTRO
13%13%
15%
14%12%
12%
8%8% 5%
PROBLEMAS DE LA CIUDAD ECONOMIAMEDIO AMBIENTESALUDSEGURIDADEDUCACIONPOLITICACULTURADESPLAZAMIENTO
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 117
Figura C8 Problemas Mundiales
Figura C9 Problemas Nacionales
Figura C10 Problemas Locales
Como se puede observar en las diferentes graficas una de las principales
preocupaciones de las personas de todas las edades, es el medio ambiente.
12%13%
11%
11%12%12%
9%
12% 8%
PROBLEMAS EN EL MUNDO ECONOMIAMEDIO AMBIENTESALUDSEGURIDADEDUCACIONPOLITICACULTURADESPLAZAMIENTOOTRO
12%11%
10%
12%13%
11%
10%
12% 9%
PROBLEMAS EN EL PAISECONOMIA
MEDIO AMBIENTE
SALUD
SEGURIDAD
EDUCACION
POLITICA
CULTURA
DESPLAZAMIENTO
OTRO
11%11%
11%
12%10%
11%
13%
11% 10%
PROBLEMAS EN LA CIUDAD ECONOMIAMEDIO AMBIENTESALUDSEGURIDADEDUCACIONPOLITICACULTURADESPLAZAMIENTOOTRO
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 118
Anexo D. Resultados Encuesta 2. Identificación de la Importancia del Medio
Ambiente en el Colegio
Figura D1 Encuesta 2
IDENTIFICACIÓN DE LA IMPORTANCIA DEL MEDIO AMBIENTE EN EL COLEGIO TÉCNICO VICENTE
AZUERO
1. Cargo ___________________ Edad ____________ Genero: F _____ M ______
2. Usted como califica el estado actual del medio ambiente en el colegio: Favorable ( muy bueno o bueno)
______ Desfavorable ( Regular y malo) ______
3. Quienes considera usted que son los actores que más contribuyen a cuidar el medio ambiente en su colegio?
(Marque con una X)
a. Estudiantes ___ b. Profesores ___ c. Los administrativos ___ d. Otro. Cual ______
4. Cuáles son los temas ambientales más importantes en su colegio: (Marque con una X)
a. Manejo de residuos sólidos ___ b. Ruido ___ c. Manejo del agua ___ d. Aire ___ e. Energía ___
5. En una escala de 1 a 4, donde 1 es muy baja afectación y 4 es muy alta afectación. Que tan afectado se
siente por:
Inadecuada disposición de desechos Contaminación del aire causada por
vehículos motorizados
Elevada producción de basura Exceso del alumbrado/Iluminación
Inadecuado manejo del agua Exceso de uso de aparatos electrónicos
Escases de agua Contaminación atmosférica proveniente de
la quebrada
Contaminación acústica diurna
6. Conoce alguna persona que en su colegio afronte los siguientes problemas ambientales: (Marque con una X)
Uso racional del agua___ Uso racional de energía ___ Manejo de residuos ___ _ Contaminación del aire
___
7. Que hace usted cuando encuentra un papel en el piso: (Marque con una X)
Lo recoge ___ Lo deja ahí ___ No ve papeles en el piso ___
8. Conoce alguno de los siguientes métodos que el colegio haya implementado: (Marque con una X)
Bombillos reutilizables ___ Reutilizar materiales ___ Compartir transporte con dos o más personas ___ Usar
medio de transporte menos contaminante____ Manejo adecuado de residuos ____
9. Cuál cree usted que es la razón principal de cuidar el medio ambiente? (Marque con una X)
Mejorar su calidad de vida ___ Proteger los recursos naturales ___ Reducir gastos en servicios públicos ___
No responde __
10. Con que frecuencia usa usted uno de los siguientes medios de transporte para desplazarse a su lugar de
trabajo o estudio: ( Siempre (S), Frecuentemente (F), Casi nunca (CN), Nunca (N), No responde (NR))
Flota o servicio de transporte masivo ___ A pie ___ Automóvil ___ Taxi ____ Motocicleta ____ Bicicleta
____
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 119
Según los resultados de la primera encuesta, se determinó que el medio ambiente
es uno de los grandes problemas que perciben las personas a nivel mundial, nacional y
local, se realizó una segunda encuesta como se observa en la figura D1, para
identificar los principales problemas ambientales dentro de la Institución, donde se
obtuvieron los siguientes resultados.
Figura D2. Personas encuestadas Figura D3. Percepción
Ambiental Colegio
Figura D4. Principales problemas ambientales en la Institución
0%
20%
40%
60%
Hombres Mujeres
Genero
Comparativo por Genero
Hombres
Mujeres
0%
20%
40%
60%
Favorable Desfavorable
Percepción ambiental del Colegio
63%
6%
24%3% 4%
Principales problemas ambientales Manejo Residuos Solidos
Ruido
Manejo Agua
Aire
Energia
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 120
Figura D5. Grado de Afectacion problemas ambientales
Como se observa en el resultado de la encuesta, uno de los principales problemas
de la Institución es el inadecuado manejo de residuos, esto es debido a su gran
volumen y falta de cultura ciudadana de los individuos.
16%
18%
15%12%
14%
13%12%
Grado de AfectaciónInadecuada disposiciondesechosElevada produccionbasurasInadecuado manejobasurasContaminación Acústica
ContaminaciónAtmosferica quebradaContaminación Aire porVehiculos
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 121
Anexo E. Resultados Radiación Solar programa Meteonorm
En las siguientes graficas se observan los resultados obtenidos mediante el
programa solar Meteonorm en el Municipio de Floridablanca.
Figura E1. Datos de entrada
Figura E2 Tabla de resultados de radiación
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 122
Figura E3. Promedio anual de Temperatura en Floridablanca
Figura E4 Radiación e Irradiación difusa anual
Figura E5 Angulo Azimut del Municipio de Floridablanca
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 123
Figura E6 Promedio radiación anual de Floridablanca
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 124
Anexo F. Cotización Baterías
La corriente necesaria es de 125286,3 Ah, las baterías seleccionada es la csb
MSJ650 de 2 voltios y 650 A-h, por lo tanto se necesitan 24 baterías en serie para
igualar el voltaje de 48 voltios y 193 baterías en paralelo para igualar la corriente
requerida, dando un total de 4632 baterías de 2 voltios y 650A-h, por un valor de $
1.934.323.200, en la figura E1 se observa la cotizacion de las 4632 baterias solares
Figura F1 Cotización Baterías
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 125
Anexo G. Cotización Paneles Solares
En las siguientes figuras se observa la cotizacion de las 1098 baterias solares de
300W.
Figura G1 Cotización Paneles Fotovoltaico
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 126
Figura G2 Cotización Paneles Fotovoltaicos
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 127
Anexo H. Cotización Regulador fotovoltaico
El diseño fotovoltaico dispone de 550 paneles en paralelo con dos módulos cada
ramal, por lo tanto se necesitan 1 regulador distinto cada grupo de 6 módulos en
paralelo, por lo tanto se necesitan instalar 92 reguladores en total; conectando
después todas las salidas a las baterías.
Se seleccionó el controlador de carga 80A Flexmax 7500 W-MPPT48V PWM que
costarían 31059,57 euro, en la figura H1 se observa su cotización.
Figura H1 Cotizacion regulador solar
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 128
Anexo I. Catálogo de Cables
Figura I1. Catalogo de cables Centelsa
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 129
Figura I2. Catalogo de cables Centelsa
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 130
Figura I3. Catalogo de cables Centelsa
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 131
Figura I4. Catalogo de cables Centelsa
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 132
Anexo J. Catálogo de Fusibles:
Figura J1 Catalogo fusibles fotovoltaico df Electric
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 133
Figura J2 Catalogo fusibles fotovoltaico df Electric
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 134
Anexo K. Catalogo Inversores Fotovoltaicos
Inversor solar SUNZET 100 T - 100 KW
Figura K1. Inversor solar 100Kw
Figura K2 Catalogo de Precios
Los precios están en pesos mexicanos, se realizó la conversión a pesos (tomando
el precio el día 3 de Febrero del 2016), se adiciono un 25% adicional por el envío.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 135
Inversor trifásico de la energía solar 1kw-15kw para el sistema de energía solar
Figura K3 Inversor modelo tm-115kw
Figura K4 Precio Inversor modelo tm-115kw
Figura K5 Detalles Inversor modelo tm-115kw
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 136
Inversor solar híbrido 2kw-30kw con la rejilla que retroactúa
Figura K6 Inversor modelo IGrid 2KW-10KW
Figura K7 Precio Inversor modelo IGrid 2KW-10KW
Figura K8 Características Inversor modelo IGrid 2KW-10KW
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 137
Anexo L. Catalogo Contador Eléctrico
Contador trifásico bi-direccional, no suma energía, se utiliza para cuantificar la
energía cuando un sistema de generación fotovoltaica está conectado a la red
Figura L1 Contador eléctrico 5CTD
En concreto, el equipo 5CTD-E1F está destinado a la medida de la energía de
cliente con posibilidad de telegestión, es decir, comunicación remota para funciones de
lectura, gestión de energía, control de potencia, etc. a través de un módulo PLC
integrado en el equipo. Se describe el modelo de 5CTD-E1F de clase B en activa y 2
en reactiva, bidireccional, con función registrador, tarifador y maxímetro, con elemento
de corte y reconexión en todos los polos y con módulo de comunicaciones integrado
(GPRS o PLC con tecnología PRIME) con protocolo de comunicaciones
DLMS/COSEM.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 138
Anexo M. Recibos servicios públicos de la Institución.
Figura M1 Recibo Luz
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 139
Figura M2 Recibo Gas Natural
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 140
Anexo N. Análisis Huella de Carbón:
La huella de Carbono determina, cuantas toneladas de dióxido de Carbono se
están emitiendo hacia el ambiente durante un tiempo determinado, según los recursos
que se están utilizando. En este trabajo se evaluó el consumo de los servicio públicos
de luz y gas (ver anexo M), porque se quieren reemplazar por combustibles renovables,
provenientes del Colegio, se cuantifico semanalmente los alimentos necesarios para la
alimentación de 500 estudiantes que desayunan y almuerzan de lunes a viernes, ya
que de ahí provienen los recursos para el funcionamiento del Biodigestor, y se
valoraron las residuos arrojados toda la comunidad educativa y la forma de
transportarse hacia el Colegio; estos datos se obtuvieron a partir de encuestas
realizadas a los integrantes de la Institución (ver anexos C y D). (Cruz Quintero, Teutli
L., González, Jiménez, & Ruíz, 2011)
El cálculo de huella de carbono para los 2072 integrantes de la comunidad
educativa, entre estudiantes, docentes y administrativos, que ocupan un área de 15000
m2, esto se realizó en una hoja de Excel, ver tabla N1, convirtiendo los kg de basura y
horas de recorrido etc, en toneladas de dióxido de carbono, como se ve en la figura N1.
Servicios
Públicos Unidad
Consum
o anual
Facto
r Fuente
Kg
CO2/año
Huella
ecológica
[Ha/año]
Electricida
d
KgCO2/
KWh 146880 0,175
http://www.carbonfo
otprint.com/factors.
aspx
25743,8
6 4,95
Gas
Natural
KgCO2/
Kg
33193,1
6 0,2 OSE (España) 6638,63 1,28
Total
32382,5
0 6,23
Comida
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 141
Servicios
Públicos Unidad
Consum
o anual
Facto
r Fuente
Kg
CO2/año
Huella
ecológica
[Ha/año]
granos
KgCO2/
kg
comida
760 0,307
Pathak, et al.(2010)
233,17 0,04
carne de
res 3800
12,06
2
45838,2
6 8,82
arroz 1900 1,22 2318,00 0,45
carne de
pollo 1140 0,846 964,44 0,19
huevos 1456,6 0,588 856,48 0,16
papa 188
0,024
9 4,68 0,00
banana 950 0,071 67,45 0,01
vegetales 6194 0,49 3035,06 0,58
yuca 950 0,02 19,00 0,00
Total
comida
53336,5
4 10,26
Transporte
Personas Horas
Auto 228 210
0,194
6
http://www.ecopetro
l.com.co/especiales
/calculadoraAmbien
tal/co2.html
9317,45 1,79
Tran.
Publico 435 280
0,057
7 7027,86 1,35
Taxi 124 KgC
O2/
h
140
0,194
6
www.carbonfootprin
t.com/factors.aspx
www.ecopetrol.com
.co/especiales/calc
uladoraAmbiental/c
o2.html
3378,26 0,65
Moto 310 120 0,09 3348,00 0,64
Total
Transp.
23071,5
6 4,44
Residu
os Kg
Papel KgCO2/kg 804,5 1,84
López Álvarez, et
al. (2008) 1480,28 0,28
plástico KgCO2/kg 383,12 1,08
Dan Gottlieb, et
al.(2012.) 412,24 0,08
residuo KgCO2/kg 957,8 1,49
1427,12 0,27
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 142
Servicios
Públicos Unidad
Consum
o anual
Facto
r Fuente
Kg
CO2/año
Huella
ecológica
[Ha/año]
s
orgánic
os
Otros
residuo
s KgCO2/kg 182 1,49
Bhoya, et al.(2014)
271,18 0,05
Total
Residu
os 3590,82 0,69
TOTAL
112381,
42 23,11
Tabla M1 Calculo huella de carbono
Figura M1. Huella de Carbono
Donde se puede observar la principal fuente de emisión proviene de la
alimentación, la carne de res, después es la energía eléctrica y transporte.
Además se analizó la huella ecológica, desarrollado por profesores William Rees y
Mathis Wackernagel, en 1996, (Castaño González & Rodríguez Guevara, 2013) que
proporciona cuantas hectáreas de bosques se requieren para que produzcan los
05000
100001500020000250003000035000400004500050000
Elec
tric
idad
Gas
Nat
ura
l
gran
os
carn
e d
e re
s
arro
z
carn
e d
e p
ollo
hu
evo
s
pap
a
ban
ana
Veg
etal
es
yuca
Au
tom
óvi
l
Tran
. Pu
blic
o
Taxi
Mo
to
Pap
el
plá
stic
o
resi
du
os
org
ánic
os
resi
du
os
en g
ener
al
Kg
Co
2/a
ño
RECURSOS
Huella de Carbono
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 143
recursos necesarios para que nivelar las toneladas de dióxido de carbono producido,
ver tabla M2.
Servicios Públicos Kg
CO2/año
Huella
ecológica
[Ha/año]
Electricidad 25743,86 4,95
Gas Natural 6638,63 1,28
Comida 53336,54 10,26
Transporte 23071,56 4,44
Residuo 3590,82 0,69
112381,42 23,11
Tabla M2 Huella de carbono
En la figura M2 se realizan comparaciones de los recursos con mayor huella
ecología.
Figura M2 Huella Ecológica Colegio Técnico Vicente Azuero
23%
6%
47%
21%
3%
HUELLA ECOLOGICAElectricidad
Gas Natural
Comida
Transporte
Residuo
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 144
La huella ecológica per cápita, indica cuántas hectáreas de bosque se requieren
por persona para asimilar los recursos utilizados, se halla dividiendo la huella
ecológica total dividida en el número de personas analizadas, dando como resultado
0,011 Ha/año.
La huella social, se puede explicar diferentes maneras como: la enfermedad social
del planeta, la cantidad de necesidades que una persona pierde, y se relaciona con la
cantidad de empleos que se dejan de generar, debido al uso de los recursos. Se
calcula dividiendo la huella ecológica total en las hectáreas que un hombre tiene
derecho para vivir (capacidad biológica), cuyo valor es de 1,8 Ha/año*persona,
(Doménech Q., 2006), dando como resultado 12,84 personas
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 145
Anexo O. Análisis Viabilidad Económica
Proyecto Sistema Fotovoltaico 100% autónomo
Gasto
Mto y
Opera Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
recuperación
inversión
Año 0
960.000
79.369.126
-
4.128.995.40
6
1 Año 1
988.800
84.131.273
83.142.473
80.720.848
-
4.048.274.558
2 Año 2
1.018.464
89.179.150
88.160.686
83.099.902
-
3.965.174.656
3 Año 3
1.049.018
94.529.899
93.480.881
85.548.248
-
3.879.626.408
4 Año 4
1.080.488
100.201.69
3
99.121.204
88.067.906
-
3.791.558.501
5 Año 5
1.112.903
106.213.79
4
105.100.891
90.660.952
-
3.700.897.549
6 Año 6
1.146.290
112.586.62
2
111.440.332
93.329.523
-
3.607.568.026
7 Año 7
1.180.679
119.341.81
9
118.161.140
96.075.820
-
3.511.492.206
8 Año 8
1.216.099
126.502.32
8
125.286.229
98.902.106
-
3.412.590.100
9 Año 9
1.252.582
134.092.46
8
132.839.886
101.810.711
-
3.310.779.388
10
Año
10
1.290.160
142.138.01
6
140.847.857
104.804.033
-
3.205.975.355
11 Año -
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 146
Gasto
Mto y
Opera Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
recuperación
inversión
11 1.328.865 150.666.29
7
149.337.433 107.884.539 3.098.090.816
12
Año
12
1.368.730
159.706.27
5
158.337.545
111.054.768
-
2.987.036.048
13
Año
13
1.409.792
169.288.65
2
167.878.859
114.317.334
-
2.872.718.714
14
Año
14
1.452.086
179.445.97
1
177.993.885
117.674.926
-
2.755.043.788
15
Año
15
1.495.649
190.212.72
9
188.717.080
121.130.313
-
2.633.913.475
16
Año
16
1.540.518
201.625.49
3
200.084.974
124.686.341
-
2.509.227.134
17
Año
17
1.586.734
213.723.02
2
212.136.288
128.345.943
-
2.380.881.191
18
Año
18
1.634.336
226.546.40
4
224.912.068
132.112.136
-
2.248.769.055
19
Año
19
1.683.366
240.139.18
8
238.455.822
135.988.023
-
2.112.781.032
20
Año
20
1.733.867
254.547.53
9
252.813.672
139.976.801
-
1.972.804.231
21
Año
21
1.785.883
269.820.39
1
268.034.509
144.081.756
-
1.828.722.475
22
Año
22
1.839.459
286.009.61
5
284.170.156
148.306.273
-
1.680.416.202
23
Año
23
1.894.643
303.170.19
301.275.549
152.653.835
-
1.527.762.367
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 147
Gasto
Mto y
Opera Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
recuperación
inversión
2
24
Año
24
1.951.482
321.360.40
3
319.408.921
157.128.024
-
1.370.634.343
25
Año
25
2.010.027
340.642.02
7
338.632.001
161.732.529
-
1.208.901.814
26
Año
26
2.070.328
361.080.54
9
359.010.221
166.471.147
-
1.042.430.667
27
Año
27
2.132.437
382.745.38
2
380.612.945
171.347.782
-
871.082.885
28
Año
28
2.196.411
405.710.10
5
403.513.694
176.366.455
-
694.716.430
29
Año
29
2.262.303
430.052.71
1
427.790.408
181.531.304
-
513.185.126
30
Año
30
2.330.172
455.855.87
4
453.525.702
186.846.584
-
326.338.542
31
Año
31
2.400.077
483.207.22
6
480.807.149
192.316.679
-
134.021.863
32
Año
32
2.472.079
512.199.66
0
509.727.581
197.946.097
63.924.234
Tabla O1 Calculo TRI Proyecto Fotovoltaico
Escenario 2
Se generan 4768,03 kwh/mes, no se tienen acumuladores y 25000 watt de
potencia de generación, están conectados a la red los equipos de taller y los aires
acondicionados de 30000Btu.
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 148
Gasto
Mto
Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
Año 0
-
821.063.240
1 Año 1
960.000
30.466.567
29.506.567
28.928.007 - 792.135.233
2 Año 2
988.800
32.294.561
31.305.761
30.090.121 - 762.045.112
3 Año 3
1.018.464
34.232.235
33.213.771
31.298.078 - 730.747.034
4 Año 4
1.049.018
36.286.169
35.237.151
32.553.681 - 698.193.353
5 Año 5
1.080.488
38.463.339
37.382.851
33.858.800 - 664.334.553
6 Año 6
1.112.903
40.771.140
39.658.237
35.215.379 - 629.119.174
7 Año 7
1.146.290
43.217.408
42.071.118
36.625.440 - 592.493.734
8 Año 8
1.180.679
45.810.453
44.629.774
38.091.082 - 554.402.652
9 Año 9
1.216.099
48.559.080
47.342.980
39.614.488 - 514.788.164
10
Año
10
1.252.582
51.472.625
50.220.042
41.197.926 - 473.590.237
11
Año
11
1.290.160
54.560.982
53.270.822
42.843.753 - 430.746.484
12
Año
12
1.328.865
57.834.641
56.505.776
44.554.419 - 386.192.065
13
Año
13
1.368.730
61.304.719
59.935.989
46.332.469 - 339.859.596
14
Año
14
1.409.792
64.983.003
63.573.210
48.180.548 - 291.679.048
15
Año
15
1.452.086
68.881.983
67.429.897
50.101.406 - 241.577.641
16
Año
16
1.495.649
73.014.902
71.519.253
52.097.900 - 189.479.741
17
Año
17
1.540.518
77.395.796
75.855.278
54.172.999 - 135.306.742
18 Año - 78.976.953
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 149
Gasto
Mto
Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
18 1.586.734 82.039.543 80.452.810 56.329.789
19
Año
19
1.634.336
86.961.916
85.327.580
58.571.476 - 20.405.477
20
Año
20
1.683.366
92.179.631
90.496.265
60.901.392 40.495.916
21
Año
21
1.733.867
97.710.409
95.976.542
63.323.001 103.818.917
22
Año
22
1.785.883
103.573.033
101.787.151
65.839.902 169.658.819
23
Año
23
1.839.459
109.787.415
107.947.956
68.455.835 238.114.655
24
Año
24
1.894.643
116.374.660
114.480.017
71.174.687 309.289.341
25
Año
25
1.951.482
123.357.140
121.405.658
74.000.496 383.289.838
Tabla O2. Calculo TRI Escenario 2
Escenario 3
No se tienen baterías y solamente se alimentan los equipos eléctricos de bajo
consumo.
Año
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
Año 0
-
457.739.800
Año 1
960.000
16.829.350
15.869.350
15.558.186 - 442.181.614
Año 2
988.800
17.839.111
16.850.311
16.195.993 - 425.985.621
Año 3
1.018.464
18.909.458
17.890.994
16.859.083 - 409.126.538
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 150
Año
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
Año 4
1.049.018
20.044.025
18.995.007
17.548.450 - 391.578.088
Año 5
1.080.488
21.246.666
20.166.178
18.265.129 - 373.312.959
Año 6
1.112.903
22.521.466
21.408.563
19.010.192 - 354.302.768
Año 7
1.146.290
23.872.754
22.726.464
19.784.755 - 334.518.013
Año 8
1.180.679
25.305.120
24.124.441
20.589.978 - 313.928.035
Año 9
1.216.099
26.823.427
25.607.328
21.427.066 - 292.500.969
Año
10
1.252.582
28.432.833
27.180.250
22.297.272 - 270.203.696
Año
11
1.290.160
30.138.802
28.848.643
23.201.897 - 247.001.799
Año
12
1.328.865
31.947.131
30.618.266
24.142.294 - 222.859.505
Año
13
1.368.730
33.863.958
32.495.228
25.119.868 - 197.739.637
Año
14
1.409.792
35.895.796
34.486.004
26.136.081 - 171.603.556
Año
15
1.452.086
38.049.544
36.597.458
27.192.450 - 144.411.106
Año
16
1.495.649
40.332.516
38.836.868
28.290.554 - 116.120.553
Año
17
1.540.518
42.752.467
41.211.949
29.432.031 - 86.688.522
Año
18
1.586.734
45.317.615
43.730.882
30.618.587 - 56.069.935
Año
19
1.634.336
48.036.672
46.402.337
31.851.991 - 24.217.944
Año
20
1.683.366
50.918.873
49.235.507
33.134.085 8.916.141
Año
21
1.733.867
53.974.005
52.240.138
34.466.780 43.382.921
Año 79.234.985
Aprovechamiento energético de los residuos sólidos y radiación solar | 151
Año
Gasto
Mto Ahorros Inversión
Valor
presente
Flujo
Recuperación
Inversión
22 1.785.883 57.212.445 55.426.563 35.852.064
Año
23
1.839.459
60.645.192
58.805.733
37.292.003 116.526.989
Año
24
1.894.643
64.283.904
62.389.260
38.788.744 155.315.732
Año
25
1.951.482
68.140.938
66.189.455
40.344.516 195.660.249
Tabla O3. Calculo TRI Escenario 3 Fotovoltaica