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Escuela Politécnica del Ejército
Carrera de Ingeniería ElectrónicaAutomatización y Control
Proyecto de Grado para la obtención del título de Ingeniería
“Estudio de prefactibilidad para la provisión de energía eléctrica, sistemas redundantes y sistemas de protección para el Proyecto de control y
Vigilancia por Radares para la Reserva Marina de Galápagos”
Damián Betancourt Garcés
17 de Julio de 2012
Componentes
Santa Cruz
San CristóbalIsabela
Estación Radar Isabela
Latitud Longitud AlturaMuelle Cabota
je
0º57’44’’S
90º57’33.8”O
2.9 msnm
Situación Actual• Transformador
75kVA
•Monofásico
• 7620/110/220
• Analizador de redes: 13-19/04/2012, 10/7
•Demanda máxima: 65kVA = 86%
Estación Radar San Cristóbal
Latitud Longitud AlturaCanter
a Piedra
0º54’51’’S 89º36’45”O
70.6msnm
Situación Actual
•No existe energía eléctrica
• Línea de MT cercana
• Trifásica,13.2kV
Línea MT 13.2kVLínea MT 13.2kV
Estación RadarEstación Radar
Línea MT• Trifásica, 13.2kV
• Subterránea, 285m
• Transformador 30kVA
• Padmounted, 3F
• ∆-Y
•Conductor Cu, XLPE, #2AWG 15kV
Línea MT aéreaLínea MT aérea
Trafo 30kVA, 3FTrafo 30kVA, 3F
Línea MT SubterráneaLínea MT Subterránea
Estación Radar Sta. Cruz
Latitud Longitud Altura
Hab 90º44’2
1’’S 90º18’24’’O15.7
msnm
Situación Actual• Transformador
25kVA
•Monofásico
• 7970/110/220
• Analizador de redes: 08-14/06/2012, 10/7
•Demanda máxima: 6.9kVA = 28%
Demanda Estaciones Radar
• Conductor de acometida
• Caída de tensión 2.5%
• Cu, TTU, #8AWG
• Isabela, Santa Cruz: monofásica 3H, 110/220
• San Cristóbal: trifásica 4H, 110/220
Demanda máxima
P1 Carga DC 165.40W
P2 Carga AC 94W
P3Potencia nominal
Inversor300W
P4 P3/Eficiencia η (0.87) 344.83W
P5Cargador/Fuente
P1+P4510.23W
P6 P5 + 50% 765.34W
P7 P6/η (0.7) 1093.34W
P8 Carga Caseta 1110W
P9 Carga AC + 50% 3305.02W
P10 Demanda máxima3592.41V
A
Sistema Redundante• Cargador/Fuente
• 85A, 12VDC
• Alimentación 120VAC, 50/60Hz
• Inversor DC-AC
• 300W, 110VAC
• Baterías VRLA
• 7u, 12VDC
• 180Ah (10h)
Estación Radar Isabela
AcometidAcometida BTa BT
AcometidAcometida BTa BT
CargadorCargador/Fuente/Fuente
CargadorCargador/Fuente/Fuente
CasetaCasetaCasetaCaseta
A/C, A/C, baliza, baliza,
alumbradalumbradoo
A/C, A/C, baliza, baliza,
alumbradalumbradoo
Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías
Equipos Equipos DCDC
Equipos Equipos DCDC
InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos ACAC
Equipos Equipos ACAC
Estación Radar San Cristobal
AcometidAcometida BTa BT
AcometidAcometida BTa BT
CargadorCargador/Fuente/Fuente
CargadorCargador/Fuente/Fuente
CasetaCasetaCasetaCaseta
A/C, A/C, baliza, baliza,
alumbradalumbradoo
A/C, A/C, baliza, baliza,
alumbradalumbradoo
Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías
Equipos Equipos DCDC
Equipos Equipos DCDC
InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos ACAC
Equipos Equipos ACAC
AcometidAcometida MTa MT
AcometidAcometida MTa MT
Estación Radar Sta. Cruz
AcometidAcometida BTa BT
AcometidAcometida BTa BT
CargadorCargador/Fuente/Fuente
CargadorCargador/Fuente/Fuente
CasetaCasetaCasetaCaseta
A/C, A/C, baliza, baliza,
alumbradalumbradoo
A/C, A/C, baliza, baliza,
alumbradalumbradoo
Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías
Equipos Equipos DCDC
Equipos Equipos DCDC
InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos ACAC
Equipos Equipos ACAC
Sistema de Protección
Elemento VoltajePotencia
W
CorrienteA
Capacidad Termomagné
tico
Cargador/Fuente 110 Vac 1093.34 9.94 15A
Baliza Torre Radar 110 Vac 150.00 1.36 5A
Iluminación 110 Vac 200.00 1.82 5A
Toma Corriente Auxiliar
110 Vac 200.003.64 5A
Toma Corriente Exterior
110 Vac 200.00
Aire Acondicionado 110 Vac 600.00 5.45 8A
Banco de Baterías 12 Vdc - 85 100A
Equipos DC 12 Vdc 165.40 13.78 15A
Inversor (Equipos AC) 12 Vdc 162.07 13.51 15A
Protecciones MT
Sistema de Protección
EstaciónCorriente
AcometidaCapacidad
Termomagnético
Isabela, Santa Cruz 16.33A Bipolar, 20A
San Cristóbal 9.98A Tripolar, 10A
Linea MT 1.31A Fusible tipo K, 2A
Estación Cerro Crocker
Latitud Longitud AlturaCrocke
r0º38’3
3’’S 90º19’33’’O826.8msnm
Situación Actual
•No existe posibilidad de conexión eléctrica
Demanda Estación Crocker
• Energía solar:
• Eólica 61%
• Fotovoltaica 39%
Demanda máxima
P1 Carga AC 90W
P2 Carga Caseta 138W
P4 (P1+P2) + 25% 285W
P5Potencia Nominal
Inversor300W
P6 P5/η (0.87) 344.83W
Energía
E1 P1*24h2160
Wh/día
E2 P2*12h1656
Wh/día
E3 (E1+E2)+50%5724
Wh/día
E4 E3/η (0.87)6579.31
Wh/día
Estación Crocker• Generador Eólico
• Viento efectivo 8h/día, 7-8 m/s, E, S/E
• P real (m/s) = 500W
• Sistema Fotovoltaico
• 4.39 kWh/m2/día
• 6 módulos fv
• ∠óptimo = 15º
Generador Eólico
Modelo Zonhan ZH750W
Potencia Nominal 750W
Tensión DC Nominal
24V
Diámetro rotor 2.7m
Módulo Fotovoltaico
Modelo Lorentz LC175-24M
Potencia Pico 175W
Tensión DC Nominal
24V
Diámetro rotor 1580x808x35 mm
Corriente pico 5A
Corriente cc 5.4A
Estación CrockerSistema Fotovoltaico
Energía FV requerida, E
2579.31 Wh/día
Tensión DC del sistema, V
24V
Corriente pico del sist. fv
29.38A
Arreglo módulos 6x1
Corriente pico del sistema fv (ApicoFV), cantidad de corriente requerida en el mes de peor radiación solar, bajo condiciones nominales
Estación CrockerControlador Eólico FV
ModeloZonhan FKJ-
B
Potencia eólica 1 kW
Potencia fotovoltaica 2 kW
Configuración baterías
24VDC
Condiciones Op.10-40ºC,
90%
Baterías de acumulación
Tipo VRLA
Capacidad nominal 180 Ah
Tensión DC nominal 12 V
Profundidad descarga, Pd
60%
Número de baterías 24
Estación CrockerSistema Acumulación
Energía Total, E6579.31 Wh/día
Tensión DC del sistema, V 24 V
Días de autonomía, Da 4 días
Capacidad banco baterías, Capbb
2193.10 Ah
Arreglo baterías 12x2
Sistema de Protección
Elemento VoltajePotencia
WCorriente
A
Capacidad Termomagné
tico
Equipos AC 110 Vac 90.00 0.82 5A
Iluminación 110 Vac 30 0.27 5A
Toma Corriente Auxiliar
110 Vac 200 1.82 5A
Módulos FV 24 Vdc 1050.00 38.88 40A
Generador Eólico 24 Vdc 750.00 31.25 40A
Banco de Baterías 24 Vdc - 70.13 80A
Inversor DC-AC 24 Vdc 344.83 14.37 25A
Estación Cerro Crocker
ControladControladoror
Eólico FVEólico FV
ControladControladoror
Eólico FVEólico FV
Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos
ACACEquipos Equipos
ACAC
Turbina Turbina eólicaeólica
Turbina Turbina eólicaeólica
Arreglo Arreglo FotovoltaiFotovoltai
coco
Arreglo Arreglo FotovoltaiFotovoltai
coco
Puesta a Tierra• Sistema de Protección contra Rayo
• IEC 62305
• 97% < 100kA, 91% > 10kA
• LPL III
• R<10Ω
• Puesta a tierra
• IEEE Std. 80, 81, 141, 142
• Mejoramiento de suelo
PATPATSPRSPRPATPATSPRSPR
PATPATEquipoEquipo
ss
PATPATEquipoEquipo
ss
PATPATTransformaTransforma
dordor
PATPATTransformaTransforma
dordor
Puesta a Tierra
Voltaje Voltaje de Pasode PasoVoltaje Voltaje de Pasode Paso
Voltaje Voltaje de de
ContactContactoo
Voltaje Voltaje de de
ContactContactoo
Ec.
VoltajesVoltajesTolerablTolerabl
eses70kg70kg
VoltajesVoltajesTolerablTolerabl
eses70kg70kg
VoltajesVoltajesRealesReales
VoltajesVoltajesRealesReales
SPR
• Esfera rodante: r=42m
•Radio de protección h=24m: 24.60m
• Superficie superior
SPR• Esfera rodante r=42m
• Radio de protección h=12m:17.34m
• Superficie superior
SPR•Dispositivo
Captador S=200mm2
• Electrodo PAT anillo conductor Cu
• Suelo rocoso poco profundo
•Mejoramiento de Suelo
•R=6.40Ω
PAT Caseta•Malla de Cu
• Suelda exotérmica
• Electrodo L=1.8m
• Lx mínimo=3.6m
• h profundidad = 2m
• R=12.82Ω
• Copperweld vs. Grafito
PAT Transformador•Malla de Cu
• Suelda exotérmica
• Electrodo L=1.8m
• Lx mínimo=3.6m
• h profundidad = 2m
• R=12.82Ω
• Copperweld vs. Grafito
Análisis de Costos• Análisis por Precio
Unitario
•Cantidad de obra
• P.U. c/rubro
• Presupuesto de materiales, maquinaria y herramienta, mano de obra, costos indirectos
Rubro (u)
AMaterial
esCantid
adP.U. S.T.
BMaq &
HerHr $/Hr S.T.
C Mano O Hr $/Hr S.T.Costos Directos A+B+C
Precio Unitario CD+CI
Presupuesto
Presupuesto Total
Materiales$ 98
863.93
Maq & Herr$ 8
889.72
Mano Obra$ 36
578.22
Costos Directos$ 144
331.87Costos Indirectos
30%$ 43
299.56
Costo Total CD+CI$ 187
631.43
Costos IndirectosCostos Indirectos %CDDirección de obra 8%Administrativos 1%
Locales provisionales 1%Vehículos 3%
Servicios Públicos 1%Garantías y Seguros 5%
Prevención de Accidentes
1%
Utilidad 10%CI 30%
Inversión
Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4
I. Mensual$ 102
782.01$ 39 755.83 $ 38 228.50 $ 6 865.09
% I. Mensual
55% 21% 20% 4%
I. Acumulada
$ 102 782.01
$ 142 537.84
$ 180 766.34
187 631.43
% I. Acumulada
55% 76% 96% 100%
MantenimientoComponente
Vida útil
Cantidad/10 años
ValorCosto/
10 años
Baterías10
años45.00 $ 295.00 $ 13 275.00
Cargador/Fuente
10 años
3.00 $ 1 619.00 $ 4 857.00
Controlador5
años2.00 $ 3 800.00 $ 7 600.00
Generador eólico
10 años
1.00 $ 990.00 $ 990.00
Inversores10
años4.00 $ 236.00 $ 944.00
Módulos FV10
años6.00 $ 395.00 $ 2 370.00
Mantenimiento PAT
5 años
2.00 $ 3 503.00 $ 7 006.00
Costo mantenimiento cada 10 años $ 37 042.00
Análisis de Costos• Proyecto de Control &
Vigilancia por Radares para la RMG
• $ 480 000 USD
•RMG 140 000 km2
• 20 000 Hab, 170 000 Visitantes
•Consumo Total 11 kVA
Análisis de Costos
$$/
Hab
$/Visitan
te
$/km²
W/km²
Proyecto $ 480
000.00
$
24.00
$ 2.82
$ 3.43
0.07
Componente
$ 187 631.43
$
9.38
$ 1.10
$ 1.34