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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN INPLEMENTAR UN SISTEMA DE BONBEO INPULSADO A BASE ENERGIA ALTERNATIVA A FINES DE RIEGO EN LA LOCALIDAD DE QUISSUARAYACUCHO

CURSO

: SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN

PROFESOR

: Ing. RIOS,Rony

ALUMNO

: QUISPE CASAS, Dany

AÑO Y SEMESTRE ACADEMICO : 2018-I GUPO DE PRACTICA

: Miércoles 9-11am

AYACUCHO – PERU 2018

INTRODUCCION: La energía es un importante factor para el desarrollo y crecimiento económico de un país, ya que provee de fuerza a muchos de los aparatos y máquinas que ayudan al productor a incrementar su capacidad de trabajo, aunque normalmente la energía que se utiliza es a través del uso de combustibles fósiles, la energía renovable como la del sol son una fuente limpia, como abundante e inagotable. Al realizar esta investigación de diseño de un un “sistema de bombeo impulsado a base energía alternativa a fines de riego en el distrito de iguain-ayacucho” tiene amplias perspectivas de utilización en las áreas donde algunos se carecen de suministro de energía eléctrica y su diseño requiere de grandes inversiones, pero a futuro muy rentable ya que no generará tanto gasto porque la energía solar es muy rentable. Existen hoy tecnologías a nivel comercial que permiten hacer uso de esas fuentes de energía renovable para generar trabajo útil y productivo y cuando se utilizan apropiadamente son una alternativa económicamente factible a nivel comercial.

I.

GENERALIDADES: I.1.

Titulo:

“INPLEMENTAR UN SISTEMA DE BONBEO INPULSADO A BASE ENERGIA ALTERNATIVA A FINES DE RIEGO EN LA LOCALIDAD DE QUISSUAR-AYACUCHO” I.2. localidad: Lugar: Quissuar Distrito:Acos Vinchos Provincia: Huamanga Departamento: Ayacucho II.

PLAN DE INVESTIGACION: II.1.

Justificación:

Realizamos este proyecto de investigación como una futura tesis porque influye en la vida social y económica de algunos pobladores de la localidad de Quissuar, ubicado en el departamento de Ayacucho, en las zonas rurales hace falta el agua para fines de riego ya que tenemos grandes extensiones de terrenos muy cultivables, además son zonas que no tienen acceso al agua por su topografía muy variada y son inaccesibles a la energía eléctrica.

II.2.

Formulación del Problema:

II.2.1. Problema General: La población ubicada en la localidad de Quissuar poseen grandes extensiones de terrenos cultivables que no son aprovechados adecuadamente ya sea por la misma topografía del terreno o la falta de energía eléctrica

y el alto grado de

contaminación que generarían los combustibles fósiles en la zona de estudio por ello planteamos INPLEMENTAR UN SISTEMA DE BONBEO INPULSADO A BASE ENERGIA ALTERNATIVA para optimizar el recurso hídrico ,además la población de Quissuar necesita el bombeo de agua hacia un reservorio para que se pueda depositar es que las aguas siguen su transcurso sin poderse almacenar y se está generando una pérdida económica. Hay varios lugares que existe el mismo problema, por tal motivo realizamos el modelo de implementar un sistema de bombeo con energía solar fotovoltaica con el cual estaremos generando un desarrollo económico para las familias de la localidad de Quissuar porque ya tendrían agua a su disposición para poder cultivar esos terrenos. II.3.

Objetivos de la investigación:

II.3.1. Objetivo General:  Determinar cuan eficiente es instalar un sistema de bombeo impulsado a base energía alternativa y si es rentable para la zona en estudio.

II.3.2. Objetivos Específicos:  Determinar cuáles son los requerimientos para la implementación del sistema modelo de bombeo fotovoltaico para fines de riego  Hacer la comparación de una bomba a base de energía solar con una bomba de combustión.

II.4.

Marco Teórico o Revisión de Literatura:

DEFINICIONES BASICAS:  ENERGIA ALTERNATIVA: Definición: Las energías alternativas son aquellas fuentes alternativas a las clásicas, son energías renovables o sea que no dependen de la quema de combustibles, también se clasifican como las energías verdes o ecológicas. Se dice que este tipo de energía es el futuro de la humanidad pues los combustibles fósiles como el gas, carbono y el petróleo tienen los días contados. Desde hace algunos años específicamente a partir del año 2009, según la agencia internacional de energía renovable, el sector eólico ha incrementado su capacidad en cuanto al capital intelectual e infraestructura se refiere. Los últimos reportes, indican que más de 1.1 millones de personas se dedican a la práctica o contribución para el desarrollo de la Energía alternativa renovable. En la presente síntesis de contenido, trataremos de apreciar el horizonte, Rumbo al futuro ecológico del planeta.  ENERGIA SOLAR: Solo para los fines de 1970 fue que el mundo estuvo preparado tecnológicamente para hacerle frente a este tipo de energía cuyo funcionamiento es bastante básico: los paneles solares transforman la energía solar en electricidad. El precio de la instalación es bastante alto y en ocasiones de usa también para calentar el agua de piscinas o para el baño en menor intensidad. Suele ser la mejor opción para las zonas rurales alejadas de la productora de energía eléctrica pues la inversión en postes y cables es mayor. 

EL SOL:

La energía solar es una alternativa que no contamina, porque no eleva los contenidos de dióxido de carbono en la atmósfera, como lo hacen los combustibles fósiles. Además, menciona que antes de la era de los combustibles fósiles, el sol

proporcionaba directamente de una forma u otra, toda la energía que la gente empleaba (BROWN, 1978). Los rayos del sol están compuestos por diminutas partículas, llamadas fotones, que viajan a la velocidad de la luz. La energía contenida en los rayos del sol se calcula a partir de la fórmula de Plank, E=hv donde, E= energía, h= constante de Plank (6.625E-34), y v= la frecuencia a que oscilan los fotones (TONDA, 1982). 

IRRADIACION SOLAR:

A lo largo del día y bajo condiciones atmosféricas iguales, la Irradiancia recibida en un captador varía a cada instante, al presentar valores mínimos en el amanecer y atardecer, y adquieren valores máximos al mediodía; es decir, se espera que a las 10:00 a.m. el valor de la irradiación sea diferente y menor al que se obtiene a la1:00 p.m. Lo anterior se explica debido al movimiento de rotación de la tierra (movimiento sobre su propio eje) que hace que la distancia que recorre la luz solar hacia el captador, dentro de la masa de aire, sea mínima al medio día solar (rayos de luz cayendo perpendicularmente sobre el captador) respecto de otras horas del día (SANDIA NATIONAL LABORATORIOS, 2001). Generalmente se reporta este valor como una acumulación de energía que puede ser horaria, diaria, estacional o anual. La insolación también se expresa en términos de horas solares pico. Una hora solar pico es equivalente a la energía recibida durante una hora, a una Irradiancia promedio de 1,000 W/m2. La energía que produce el arreglo fotovoltaico es directamente proporcional a la insolación que recibe. Una unidad

común

de

insolación

LABORATORIOS, 2001).

es

el

kWh/m2

(SANDIA

NATIONAL

Irradiancia y horas solares pico (insolación) durante un día soleado

 EL EFECTO FOTOVOVOLTAICO: El efecto fotovoltaico se produce cuando el material de la celda solar (silicio u otro material semiconductor) absorbe parte de los fotones del sol. El fotón absorbido libera a un electrón que se encuentra en el interior de la celda. Ambos lados de la celda están conectados por un cable eléctrico, así que se genera una corriente eléctrica (ORBGOZO Y ARIVILCA, 2010). Esquema del efecto FV

FUENTE: WWW.TEXTOSCIENTIFICOS.COM



LA CELDA FOTOVOLTAICA:

El silicio dopado es el semiconductor más usado y comercializado en la actualidad, en el campo de la energía solar fotovoltaica. El silicio tiene 4 electrones de valencia preparados para formar enlaces covalentes con otros tantos átomos de silicio o con otro elemento químico al compartir sus electrones. Si se sumerge un cristal de silicio en una atmósfera de fósforo, a determinadas condiciones de presión y

temperatura, el fósforo se difunde por el cristal al ocupar posiciones en la red cristalina y establecer enlaces con los átomos de silicio de su alrededor (ORTEGA RODRIGUEZ, 2002). La célula fotovoltaica está formada por la unión de dos materiales semiconductores. Uno tipo n, con electrones en niveles de energía superiores poco ligados a los enlaces químicos entre átomos, y otro tipo p, con huecos o carencias de electrones en estos niveles (ORTEGA RODRIGUEZ, 2002). Funcionamiento de la célula fotovoltaica.

FUENTE: MARIO ORTEGA RODRÍGUEZ, ENERGÍAS RENOVABLES

Esquema constructivo de una célula fotovoltaica.

Una célula fotovoltaica transforma la energía de la radiación solar directamente en corriente eléctrica, a este fenómeno físico se le llama efecto fotovoltaico (ORTEGA RODRIGUEZ, 2002).  EL PANEL FOTOVOLTAICO:

El módulo fotovoltaico como un conjunto de células fotovoltaicas interconectadas. Estas se encapsulan y enmarcan mediante el sellado por la cara posterior con un encapsulante polimérico de EVA (etilenvinilacetato) y un recubrimiento, también plástico, de TEDLAR, y por lo anterior con un vidrio templado, muy resistente al impacto, de superficie interior anti reflexiva y con bajo contenido de hierro para limitar su absorbancia. La superficie exterior del vidrio debe ser lisa para evitar la acumulación de suciedad y para facilitar la limpieza por efecto de lluvia (ORTEGA RODRIGUEZ, 2002). El marco que le da rigidez al conjunto es de aluminio anodizado. La hermeticidad del módulo es esencial para impedir la penetración de los agentes atmosféricos que favorecerían la corrosión y el deterioro de los contactos metálicos. Las celdas están ensambladas entre un estrato superior de cristal y un estrato inferior de material plástico (Tedlar). El producto preparado de esta manera se coloca en un horno de alta temperatura, con vacío de alto grado. El resultado es un bloque único laminado en el que las celdas están “ahogadas” en el material plástico fundido (ORTEGA RODRIGUEZ, 2002). Componentes de un panel fotovoltaico

FUENTE: MARIO ORTEGA RODRÍGUEZ, ENERGÍAS RENOVABLES



Equipos de Bombeo con tecnología limpias.

 Bombas Solares:

Un sistema de bombeo alimentado por energía solar está compuesto de dos componentes básicas. La primera, son los paneles fotovoltaicos que proporcionan la potencia. Cada panel está compuesto por varias células solares las que producen corriente directa (DC) cuando se exponen a la luz. Esta corriente DC es recolectada por el cableado en el panel. Luego, es abastecida a una bomba DC que bombea agua mientras el sol brille, o almacenada en baterías para su posterior uso por las bombas. También puede usarse un convertidor de frecuencia DC/AC para usar una bomba con un motor de inducción de corriente alterna (AQUEVEQUE JAVIER, 2009). Los fabricantes de paneles normalmente miden el voltaje (Volts) y la corriente de salida (Amperes) de los paneles bajo condiciones de potencia peak. La potencia peak (Watts = Volts x Amperes) es la máxima potencia que se puede obtener del panel fotovoltaico con una radiación solar de 1000 W/m2 y una temperatura de 25°C. Típicos voltajes y corrientes de salida para un panel de 60 W se muestran en la tabla. La corriente DC producida por un panel fotovoltaico es mucho más sensible a la intensidad de la luz incidente en el panel que el voltaje. Gruesamente, si la intensidad de luz se reduce a la mitad, la corriente DC también se reduce a la mitad y el voltaje se reduce muy poco (AQUEVEQUE JAVIER, 2009). Un panel fotovoltaico individual puede ser conectado en serie o en paralelo con otros similares para obtener el voltaje o corriente requeridos para hacer funcionar la bomba. El voltaje de salida de paneles conectados en serie es la suma de todos los voltajes producidos en cada uno de los paneles. Por ejemplo, el máximo voltaje de salida de dos paneles de 60W – 12V mostrados en la tabla conectados en serie es 33,8 Volts. Con esto, una bomba DC de 24 Volts requiere un mínimo de dos paneles 12V conectados en serie. La corriente de salida de estos paneles en serie es igual a la corriente de salida de un panel individual, 3,55 Amps. (AQUEVEQUE JAVIER, 2009).

Hay disponibles bombas solares de tipo sumergible y superficial. Una bomba sumergible se coloca bajo el nivel de agua, por ejemplo, dentro de un pozo Bomba sumergible que usa un rotor de hélice y un motor sin escobillas

Ejemplos de bombas

superficiales

Hipótesis y variables II.5.

Hipótesis:

II.5.1. Hipótesis General:  La influencia de un sistema de bombeo fotovoltaico en el riego en localidad de Quissuar-Ayacucho va tener un desarrollo económico de las familias. II.5.2. Hipótesis Especificas:  La influencia de un sistema de bombeo fotovoltaico en la sociedad de la localidad de Quissuar va ser positiva y de gran influencia social.

 El efecto de un sistema de bombeo fotovoltaico va ser un cambio en el aumento de mejora de la agricultura.  Las zonas de la localidad de Quissuar serán impactadas de manera rentable, económica y ecológica ya que contarán con agua en zonas secas.

III.

METODOLOGIA: III.1. Variables: III.1.1.Variables Independientes:

 Sistema de bombeo fotovoltaico III.1.2.Variables Dependientes:

 El riego en la localidad de Quissuar  Desarrollo económico de las familias.  Influencia social.  Cambio en la agricultura. III.2. Método Procedimental: a. Etapa de campo: Se realizará la coordinación con la población de la localidad de Quissuar para poder realizar una visita de campo para identificar la fuente de oferta de agua, la topografía del terreno, las áreas agrícolas potenciales que se podrá

beneficiar con la implementación del sistema de bombeo a base de energía solar. Como segunda etapa se recopilará los datos de trabajos topográficos realizados en la zona del proyecto (GPS y Estación Total) b. Etapa de gabinete: b.1. Procesamiento de los datos obtenidos en campo (datos topográficos). b.2. Cálculos para dimensionar un sistema de bombeo solar. b.1. Cálculos para dimensionar un sistema de bombeo solar. Diseño de la instalación de una Bomba Solar: Para dimensionar el sistema de bombeo, se parte del cálculo del mes más crítico, el mes donde las necesidades de agua son mayores. El paso siguiente será el cálculo de la altura manométrica del sistema de bombeo según la topografía del lugar. Calculo de la altura manométrica total (AMT) (Martínez, M.1993): La altura manométrica H, es la suma de la altura estática y la altura dinámica debido a las pérdidas de presión cuando el líquido se desplaza en el interior de la tubería AMT =Pe+ Hflat+ Hft + Hfloc+ Hfcc +∆ Hba+∆ Hbe Donde: ATM =altura manométrica total del sector más crítico, en m.c.a Pe

=presión en el último emisor del sector crítico, en m.c.a

Hflat =perdida de carga en el lateral crítico, en m.c.a. Hft

=perdida de carga en tuberías, en m.c.a.

Hfloc=perdida de carga locales, en m.c.a. Hfcc =perdida de carga en el centro de control (suma de perdidas individuales de componentes), en m.c.a. ∆ Hba=¿desnivel geométrico entre el eje de la bomba y el nivel del agua en, m. ∆ Hbe=¿desnivel geométrico entre el eje de la bomba y el ultimo emisor, en m.

Para el cálculo de perdida de carga tenemos la fórmula de Hazen Williams

Hfi=

10.665∗Q1.852 C 1.852∗D 4.869

Donde: Hfi =perdida de carga (m/km) Q =caudal (m3/s) D =diámetro (m) C = coeficiente de rugosidad (PVC=150)

Determinación de la potencia de la bomba:

HP=

Q∗∆ Hmax 75∗n

Donde: Q=gasto en lt/seg. Hmax=altura dinámica de la bomba (m). n=eficiencia recomendado por los fabricantes de la bomba. Determinación de la potencia del motor: pm=

pb Ef m

Donde: Pm=potencia del motor, en hp Pb=potencia de la bomba, en hp Ef m=eficiencia del motor, en hp Elección del tipo de bomba:

De acuerdo con las necesidades de caudal para riego y los resultados obtenidos de las alturas de impulsión, se selecciona la bomba para cubrir los requerimientos.

TITULO

PROBLEMA

 La población ubicada en

“INPLEMENTAR UN SISTEMA DE BONBEO INPULSADO A BASE ENERGIA ALTERNATIVA A FINES DE RIEGO EN LA LOCALIDAD DE QUISSUAR-AYACUCHO”

la localidad de Quissuar poseen grandes extensiones de terrenos cultivables que no son aprovechados adecuadamente ya sea por la misma topografía del terreno o la falta de energía eléctrica y el alto grado de contaminación que generarían los combustibles fósiles en la zona de estudio por ello planteamos INPLEMENTAR UN SISTEMA DE BONBEO INPULSADO A BASE ENERGIA ALTERNATIVA para optimizar el recurso hídrico.

HIPOTESIS

Hipótesis General:  La influencia de un sistema de bombeo fotovoltaico en el riego en localidad de QuissuarAyacucho va tener un desarrollo económico de las familias.

Hipótesis Especificas:  La influencia de un sistema de bombeo fotovoltaico en la sociedad de la localidad de Quissuar va ser positiva y de gran influencia social.  El efecto de un sistema de bombeo fotovoltaico va ser un cambio en el aumento de mejora de la agricultura.  Las zonas de la localidad de Quissuar serán impactadas de manera rentable, económica y ecológica ya que contarán con agua en zonas secas.

OBJETIVO

Objetivo General:  Determinar cuan eficiente es instalar un sistema de bombeo impulsado a base energía alternativa y si es rentable para la zona en estudio. Objetivos Específicos:  Determinar cuáles son los requerimientos para la implementación del sistema modelo de bombeo fotovoltaico para fines de riego  Hacer la comparación de una bomba a base de energía solar con una bomba de combustión.

VARIABLE

Variables Independientes:  Sistema de bombeo fotovoltaico Variables Dependientes:

 El

riego

en

la

localidad de Quissuar  Desarrollo económico de las familias.  Influencia social.  Cambio agricultura.

en

la

MATRIZ DE CONSISTENCIA