memoria de estadia equipo de instalaciones eléctricas
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE
MEMORIA DE ESTADÍA PROFESIONALEQUIPO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS
REALIZADA EN LA EMPRESA:
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE .
QUE PRESENTA:
JORGE ALEJANDRO ARIAS CORREA
PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO
GENERACIÓN:
2011-2013
San Antonio Cárdenas, Carmen, Campeche a 13 de Mayo de 2013
ACTA DE REVISIÓN DE LA MEMORIA
AGRADECIMIENTOS
Ésta es por mucho, la parte más difícil de escribir; es por ello que decidí dejarla para
el final. Antes que nada, es muy grato para mí el poder agradecer la vida, la salud y
la familia que tengo, así como cada momento que he vivido. A veces las personas no
valoramos los momentos desagradables de la vida, pero es gracias a muchos de
ellos que somos lo que somos. Una de las motivaciones más fuertes que tengo para
luchar y superarme, es el deseo de tener y brindar una mejor vida a ese selecto
grupo de personas que me brinda apoyo y cariño, simplemente por ser quien soy.
De igual modo, también agradezco cada peso que se ha invertido en mí, y cada
minuto que han dedicado a escucharme, aconsejarme o incluso criticarme, ya que
gracias a todo ello he podido ser mejor persona.
Durante el transcurso de escritura de éste documento han pasado muchas cosas
que me han hecho cambiar mi visión acerca de todo aquello que me rodea, y de la
vida en general. Es por ello que agradezco a la escuela no sólo por brindarme apoyo
en muchos de mis proyectos, sino también por ser el lugar donde he podido crecer
no únicamente en conocimiento, sino como persona. Algunos maestros, más allá de
impartir su enseñanza, me han brindado su amistad y es precisamente ese conjunto
de valores lo que me ha permitido tener una visión más amplia y llenar esta memoria
con datos útiles más que sólo letras.
Una disculpa por aquellos nombres que debí haber escrito, ya que sin lugar a dudas
se lo han ganado, pero siempre he preferido los actos en persona antes que en
letras; y si algún día tienen la oportunidad de leer estas líneas se sientan parte no
sólo de lo que soy, sino de lo que hago...Gracias.
II
DATOS GENERALES DEL ALUMNO
ALUMNO:JORGE ALEJANDRO ARIAS CORREA
MATRICULA:4211010274
DIRECCIÓN Y TELÉFONO:CALLE SAN ANTONIO NO.99 COL VILLAS DE SANTA ANA
TEL.: 9383892164
TERMINACIÓN DE ESTADÍA:13 DE MAYO AL 30 DE AGOSTO
ASESOR ACADÉMICO:M.I. EDUARDO BOCANEGRA MOO
ASESOR EMPRESARIAL:M.I. JUAN CARLOS VERA PÉREZ
CARGO DEL ASESOR EMPRESARIAL:DIRECTOR DEL ÁREA DE MECATRÓNICA Y ENERGÍAS RENOVABLES
III
ÍNDICE
CAPÍTULO I. INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y LAS PARTES QUE LA
COMPONEN.................................................................................................................5
I.I. DEFINICIÓN DE INSTALCIÓN ELÉCTRICA ....................................................5
I.II. ACOMETIDA.....................................................................................................6
I.III. CANALIZACIONES Y PROTECCIONES.........................................................8
I.IV. CARGAS........................................................................................................10
CAPÍTULO II. PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DE FUENTES DE
GENERACIÓN ALTERNAS........................................................................................11
II.I. AEROGENERADORES..................................................................................11
II.II. PÁNELES SOLARES....................................................................................18
II.III. INVERSOR...................................................................................................21
CAPÍTULO III. PROCEDIMIENTO PARA LA INTERCONEXIÓN A LA RED
ELÉCTRICA NACIONAL ...........................................................................................22
III.I. MARCO LEGAL............................................................................................22
III.II. AUTORIDADES CLAVE Y SUS ATRIBUCIONES........................................23
III.III. PERMISOS NECESARIOS..........................................................................25
III.IV. PROCEDIMIENTO.......................................................................................28
CAPÍTULO IV. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS PARA EL PÁNEL DE
INSTALACIONES ELÉCTRICAS...............................................................................30
IV.I. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL EQUIPO.....................................................30
IV.II. FUENTES DE ENERGÍA..............................................................................30
IV.III. ELEMENTOS DE LA ACOMETIDA.............................................................35
IV
IV.IV. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Y CANALIZACIÓN.................................36
IV.V. CARGAS .....................................................................................................37
CAPÍTULO V. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA Y COSTO DEL PROYECTO...........39
V.I. DIMENSIONAMIENTO...................................................................................39
V.II. COSTOS........................................................................................................40
V
Índice De Figuras
FIGURA 1: ACOMETIDA AÉREA.................................................................................7
FIGURA 2: ACOMETIDA SUBTERRÁNEA.................................................................7
FIGURA 3: MAPA DE VIENTO DE CIUDAD DEL CARMEN......................................12
FIGURA 4: IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMA EÓLICO
PEQUEÑO..................................................................................................................15
FIGURA 5: RADIACIÓN SOLAR DURANTE EL DÍA................................................19
FIGURA 6: MAPA DE RECURSO SOLAR.................................................................19
FIGURA 7: PROTECCIONES NORMATIVAS PARA INTERCONEXIÓN AL SEN.....29
FIGURA 8: AEROGENERADOR WINDAID 2KW......................................................31
FIGURA 9: CURVA DE ELECTRICIDAD GENERADA EN RELACIÓN A LA
VELOCIDAD DEL VIENTO........................................................................................32
FIGURA 10: PÁNEL SOLAR 250W...........................................................................34
FIGURA 11: MÓDULO DEL PÁNEL CON MEDIDAS................................................39
Índice De TablasTABLA 1: COSTOS DE LA TURBINA.......................................................................32
VI
INTRODUCCIÓN
DATOS GENERALES DE LA EMPRESALa Universidad Tecnológica de Campeche (UTCAM) se encuentra ubicada en el
poblado de San Antonio Cárdenas en el municipio de Carmen. Es un organismo
público descentralizado, y el giro al cual se dedica es la educación. Realicé la
estadía en la Dirección de Mecatrónica y Energías Renovables fungiendo como mi
asesor empresarial el Ing. Juan Carlos Vera Pérez.
PLANTEAMIENTO Y DELIMITACIÓN DEL PROBLEMADurante la formación de técnicos e ingenieros en las carreras de Mecatrónica y
Energías Renovables, es indispensable un conocimiento básico en el área de
electricidad.
Sin embargo, una de las grandes dificultades que atraviesan los alumnos de dichas
áreas es el alto costo que conlleva realizar prácticas con componentes reales.
La problemática se acentúa al no contar con equipos de energía alternativa como
inversores, que permitan al alumno realizar instalaciones eléctricas con páneles
solares, aerogeneradores o sistemas híbridos, e interconectarlos a la red eléctrica
de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), lo cual a gran escala se convierte en
un freno al avance de la implementación de energías limpias.
Actualmente la mayor parte del conocimiento relacionado con la electricidad es
adquirido de forma teórica, por lo cual hay muchos aspectos prácticos que es
necesario impulsar, como por ejemplo, el cómo trabajar con lámparas halógenas,
mercuriales, o de vapor de sodio.
Como consecuencia de todos estos conocimientos no adquiridos, encontramos
algunos egresados incapaces de realizar instalaciones eléctricas, o peor aún,
1
quienes por miedo a perder oportunidades, aceptan realizar trabajos sin tener pleno
conocimiento de ello y terminan infringiendo normas, posibilitando accidentes.
Por lo tanto es necesario buscar solución a todos los problemas mencionados
anteriormente, a fin de preparar a los alumnos de modo integral, y permitirles ser
más capaces y competentes frente a situaciones reales cuando egresen de esta
institución.
Por lo tanto:
Pregunta Principal:
¿Cómo facilitar las prácticas de instalaciones eléctricas y disminuir los costos de las
mismas?
Preguntas específicas:
1. ¿De qué manera disminuir los costos de las prácticas de instalaciones eléctricas?
2. ¿Cómo realizar prácticas de instalaciones eléctricas con energías alternas?
3. ¿Qué normas se deben cumplir para garantizar la seguridad de los usuarios?
.
2
JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVO.
JUSTIFICACIÓNEste proyecto surge en respuesta a la necesidad de aplicar los conocimientos
teóricos de instalaciones eléctricas en prácticas que permitan al alumno ser capaz
de resolver una situación real con total apego a la normativa vigente; en el caso de
la instalación eléctrica en general es la NOM-SEDE-001 y para la interconexión de
fuentes alternas al Sistema Eléctrico Nacional (SEN) es la especificación CFE
G0100-04.
En este trabajo se proponen dos páneles solares, un aerogenerador y múltiples
dispositivos eléctricos desmontables, diseñando un pánel para ser reutilizable, de
fácil manejo y que representará un cambio importante en la enseñanza de
instalaciones eléctricas, ya que el alumno será capaz de realizar múltiples prácticas
con el mismo equipo, y al finalizar cada una de ellas, fácilmente desmontar los
componentes y permitir el uso compartido de dicha instalación.
Su relevancia se extiende más allá de si el alumno pertenece a Mecatrónica o
Energías Renovables, ya que el conocimiento práctico de instalaciones eléctricas es
de alta importancia en 4 de las 6 carreras con las que cuenta la Universidad
Tecnológica de Campeche.
El avance de las energías alternativas es una realidad en nuestro país y por ello es
de suma importancia que los futuros técnicos e ingenieros que en estos momentos
se están capacitando puedan ser capaces de trabajar con ellas, ya que muchos de
los problemas que acompañan la implementación de páneles solares o
aerogeneradores, son consecuencia de la falta de personal capacitado para su
correcta instalación.
3
Éste equipo integra dentro de sus componentes inversores, páneles solares y un
generador eólico que permitirán al estudiante realizar instalaciones a partir de
sistemas alternativos de energía, e interconectarlos con la red de CFE.
OBJETIVO
Objetivo General:
Desarrollar un equipo para la práctica de instalaciones eléctricas, durante el periodo
de prácticas profesionales en la Universidad Tecnológica de Campeche, mediante
un pánel cuyos componentes sean desmontables y cumplan la NOM-SEDE-001,
además de permitir la interconexión con energías alternativas de acuerdo a la
especificación CFE G0100-04.
Objetivos Específicos:
1. Describir los métodos de selección para los componentes que integran la
instalación eléctrica didáctica, de acuerdo a la NOM-001-SEDE-2012.
2. Seleccionar componentes de instalaciones eléctricas con fuentes alternas de
energía, de acuerdo a lo especificado en la NOM-001-SEDE-2012, artículos 694,
695 y 705.
3. Detallar los procedimientos necesarios para realizar una instalación eléctrica a
partir de generación fotovoltaica, eólica y/o híbrida, con interconexión a la red de
CFE de acuerdo a la especificación G0100-04.
4.-Diseñar una estructura para la instalación eléctrica experimental y realizar el
modelo digital de la misma para facilitar su construcción.
5.- Integrar el precio unitario del proyecto, de acuerdo a los criterios establecidos por
la ingeniería de costos.
4
DESARROLLO TEÓRICO
Define los conceptos básicos de una instalación eléctrica, identifica el marco legal
que debe acatar y a modo de ejemplo se muestra el procedimiento de diseño y
selección de componentes para el desarrollo de una instalación eléctrica a partir de
un sistema híbrido conformado por dos páneles solares de 250W cada uno y un
aerogenerador que debe producir en promedio 1kW, con interconexión al SEN .
CAPÍTULO I. INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y LAS PARTES QUE LA
COMPONEN.Se define cada una de las partes que integran una instalación eléctrica a nivel real, y
la normatividad que deben cumplir. Esto, a fin de tener un fundamento teórico y
normativo para la selección de los componentes que conforman al pánel.
I.I. DEFINICIÓN DE INSTALCIÓN ELÉCTRICA
Según (Becerril, L.; Onésimo, 2009) se entiende por instalación eléctrica al conjunto
integrado por canalizaciones, estructuras, conductores, accesorios y dispositivos
que permiten el suministro de energía eléctrica desde las centrales generadoras
hasta el centro de consumo, para alimentar a las máquinas y aparatos que la
demanden para su funcionamiento.
Para que una instalación eléctrica sea considerada como segura y eficiente se
requiere que los productos empleados en ella estén aprobados por las autoridades
competentes, que esté diseñada para las tensiones nominales de operación, que los
conductores y sus aislamientos cumplan con lo especificado, que se considere el
uso que se dará a la instalación y el tipo de ambiente en que se encontrará.
5
De acuerdo al libro de (Enríquez Harper, 1997), una instalación eléctrica se
compone principalmente de 3 partes:
1.- Acometida
2.- Elementos de Protección
3.- Cargas o Final de Recorrido
Dichas partes serán definidas a continuación de acuerdo a la Norma Oficial
Mexicana vigente (NOM-001-SEDE-2012), (Secretaría de Energía, 2012).
I.II. ACOMETIDA
De acuerdo a la definición proporcionada por la NOM, son un conjunto de
conductores eléctricos que conectan la red de distribución del suministrador, al
punto de recepción del suministro en la instalación del inmueble a servir. Las
podemos encontrar de dos tipos:
Acometida aérea: Conductores en sistema aéreo, que van desde el poste más
cercano u otro soporte aéreo del suministrador, hasta el punto de recepción del
suministro. Podemos observarla en la figura 1:
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Acometida subterránea: Conductores en sistema subterráneo que van desde el
registro más cercano u otro soporte subterráneo del suministrador, hasta el punto de
recepción del suministro. Se puede apreciar en la figura 2:
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Figura 1: Acometida AéreaFuente: CFE, 2013
Figura 2: Acometida SubterráneaFuente: CFE, 2013
Se pueden encontrar las especificaciones normativas generales relacionadas con
acometidas en el artículo 230 de la NOM-001-SEDE-2012., y los cálculos
pertinentes en el artículo 220.
Para instalar alguna otra fuente de energía externa (diferente de CFE), es necesario
tener presente los requerimientos normativos establecidos en el artículo 690 para
sistemas fotovoltaicos y 694 para sistemas eólicos pequeños. De igual modo, es
importante cumplir las condiciones de seguridad proporcionadas por la
especificación CFE G0100-04 (CFE, 2008), que a pesar de ser para sistemas
fotovoltaicos, también son aplicables para pequeños sistemas eólicos.
I.III. CANALIZACIONES Y PROTECCIONES
I.0.I CANALIZACIONES
Se entiende por Canalización a todo canal cerrado de materiales metálicos o no
metálicos, expresamente diseñado para contener alambres, cables o barras
conductoras, con funciones adicionales como lo permita la NOM.
Las canalizaciones incluyen, pero no están limitadas a, tubo conduit rígido metálico,
tubo conduit rígido no metálico, tubo conduit metálico semipesado, tubo conduit
flexible hermético a los líquidos, tuberías metálicas flexibles, tubo conduit metálico
flexible, tuberías eléctricas no metálicas, tuberías eléctricas metálicas,
canalizaciones subterráneas, canalizaciones en pisos celulares de concreto,
canalizaciones en pisos celulares de metal, canaletas, ductos y electroductos.
Debe responder a una extensa cantidad de lineamientos, abarcando la totalidad del
Capítulo 3 de la NOM, desde el artículo 300 hasta el 399.
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I.0.II PROTECCIONES
Las protecciones son un conjunto de dispositivos diseñados para evitar la
propagación de fallas y la descomposición de equipos conectados a la red eléctrica
en caso de producirse algún cortocircuito.
Podemos encontrar diferentes tipos de protecciones normativas a lo largo del
capítulo 2, del artículo 200 al 285.
De acuerdo a lo establecido por el artículo 240-1, la protección contra sobrecorriente
para conductores y equipos se instala para que abra el circuito, si la corriente
alcanza un valor que cause una temperatura excesiva o peligrosa en los
conductores o en su aislamiento. Ver también 110-9, para los requerimientos de
capacidad de interrupción, y 110-10, para los requisitos de protección contra
corrientes de falla.
Protección de falla a tierra de equipos
Sistema diseñado para proteger a los equipos contra daños por corrientes de falla
entre línea y tierra, que hacen funcionar un medio de desconexión que desconecta
los conductores no puestos a tierra del circuito con falla. Esta protección es activada
a niveles de corriente menores a los necesarios para proteger a los conductores
contra daños mediante la operación de un dispositivo de protección contra
sobrecorriente del circuito de alimentación. Las especificaciones correspondientes
se encuentran en el artículo 250.
Protección contra sobrecorriente.
La protección contra sobrecorriente para conductores y equipos se instala para que
abra el circuito, si la corriente alcanza un valor que cause una temperatura excesiva
o peligrosa en los conductores o en su aislamiento. Se pueden encontrar todos los
requisitos normativos en el Artículo 240 de la NOM de la parte A a la G para
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sistemas que no exceden los 600V.
I.IV. CARGAS
Las cargas son todos aquellos dispositivos que serán alimentados por la red
eléctrica y determinan las características de la instalación. Es necesario conocer los
requisitos normativos que deben cumplir los alimentadores y es pertinente realizar
cálculos para la selección de cables y dispositivos a los que estarán conectadas las
cargas.
Las cargas frecuentemente son agrupadas en varias clases generales, como son:
alumbrado, contactos, cocinas y otras cargas. Podemos encontrar los requisitos
normativos para cada uno de ellos en el capítulo 4 de la NOM, del artículo 400 al
490.
10
CAPÍTULO II. PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DE FUENTES DE
GENERACIÓN ALTERNAS
La primera etapa en el diseño de una instalación eléctrica es definir la fuente de
energía. Por lo general, es CFE quien provee la electricidad, pero en el pánel de
instalaciones eléctricas se plantea la utilización de una fuente de energía alterna y
de realizar una interconexión al Sistema Eléctrico Nacional (SEN).
En esta sección, se brindan algunas recomendaciones para la selección de
dispositivos generadores de energía alterna a partir de la necesidad energética del
usuario y que sean capaces de responder a la normatividad pertinente.
A modo de ejemplo, es planteado la selección de un sistema híbrido conformado por
un generador eólico de 1 kW, junto a dos páneles solares de 2.5 kW cada uno.
II.I. AEROGENERADORES
II.I.I Criterios de selección de acuerdo a la necesidad energética
En el proceso de selección de turbinas eólicas, es necesario conocer los parámetros
fundamentales para garantizar la generación deseada. El primer aspecto a
considerar es la factibilidad para generación eólica, y es determinada por las
condiciones climatológicas de la zona. Además, es vital conocer un término
denominado factor de planta. Éste último es una estimación de la producción real
que tiene un generador a lo largo de un año.
Para conocer la factibilidad de generación eólica y el factor de planta, es necesario
apoyarse en algún centro de investigación. El Instituto de Investigaciones Eléctricas
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(IIE, 2013) realiza investigaciones de esta índole a lo largo de la república y es
posible consultarla en todo momento a través de su página de internet.
Por último, es necesario conocer el rango de velocidades de viento, y la velocidad
promedio de la zona. Éstos también pueden ser consultados en el IIE. De acuerdo a
la figura 3, para Ciudad del Carmen:
Rango de viento: 6-12 m/s
Velocidad de viento anual promedio: 7.4-7.6 m/s
Factor de planta: 35-40%
Factibilidad eólica: Sí
Potencia requerida: 1kWh
Conociendo dicha información, es posible conocer las características que debe
ofrecer el aerogenerador por medio de una serie de cálculos.
Potencia promedio:
Tomando en cuenta que el factor de planta es del 35% para esta zona, significa que
el aerogenerador que sea seleccionado debe entregar al menos 1kWh cuando se
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Figura 3: Mapa de Viento de Ciudad del CarmenFuente: IIE, 2013
encuentre al 35% de su producción. Por medio de una sencilla regla de tres:
Si 1kWh es el 35%, entonces el 100% es dado por: (100*1)/35) = 2.86 kWh
Eso significa que el aerogenerador debe producir aproximadamente 2.86kWh a una
velocidad de viento que se encuentre dentro del rango de 6 a 12 m/s
Coeficiente de aprovechamiento (Cp):
El coeficiente de aprovechamiento es una relación entre la energía mecánica
disponible del viento y la energía aprovechada por la turbina. Esta relación jamás
excederá del 59.6% de acuerdo a lo establecido por Betz (Franquesa Voneschen,
2012). Esta cifra determina la eficiencia de las turbinas y debe ser proporcionada por
el fabricante. Una turbina promedio de buena calidad posee por lo general un Cp
arriba del 30% o 0.30.
Área de barrido:
El área de barrido es un parámetro que determina las dimensiones de la turbina. Es
simplemente el plano perpendicular al flujo del viento según (Castillo, 2011). En las
turbinas de eje horizontal es simplemente un círculo en el cual están inscritas las
palas del rotor. Por lo tanto la fórmula es tan sencilla como Pi*radio^2.
En las turbinas de eje vertical el área de barrido es la proyección frontal de un
cilindro, lo cual se resume en multiplicar el valor del diámetro de la base por la altura
del rotor (d*h).
Un error común al momento de seleccionar un aerogenerador, es debido al escaso
conocimiento con respecto a turbinas eólicas. El conocer el área de barrido nos
permite comprobar que ciertamente el generador producirá la energía mínima
requerida a las velocidades de viento promedio de la zona.
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Para ello es necesario conocer la fórmula de potencia dada por:
P= (0.5)*ρ*V^3*A*Cp
P= potencia que se desea producir en Watts
A= Área de barrido
ρ= densidad del aire (1.225 m3/s)
V= velocidad del viento
Cp= coeficiente de aprovechamiento (dependiendo del perfil utilizado y calidad de la
fabricación, el promedio es de .30)
Haciendo un despeje, podemos conocer el área de barrido mínima que se necesita
para producir la potencia demandada.
A= (2*P)/ ρ*V^3*Cp
Como podemos observar, la velocidad influye en gran medida en la fórmula; es por
ello que entre menor sea la velocidad de viento, mayor será el tamaño de la turbina
requerido para producir cierta cantidad de energía. Es por ello que se recomienda
usar la mediana del rango de velocidades de viento. Para Ciudad del Carmen, la
mediana es de 10 m/s aproximadamente.
Sustituyendo para 2.86 kW (el valor calculado con anterioridad, que ya contempla el
factor de planta de la zona) a 10 m/s:
A= 2*2860/ 1.225*10^3*.30
A= 15.6 m2
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De acuerdo con los cálculos obtenidos, si la eficiencia es de 0.30, la turbina debe
tener un área de barrido de al menos 15.6 m 2 para garantizar 1kWh promedio a lo
largo de un año.
II.I.II Normatividad
La NOM-001-SEDE-2012 en el artículo 694 dispone de los requerimientos generales
que debe cumplir una turbina eólica de hasta 100kW.
En la figura 4 se presenta la identificación de los componentes de un sistema eólico
pequeño en la modalidad de sistema interactivo de acuerdo a la NOM.
Al ser muy extensa la normatividad relacionada con aerogeneradores, se identifican
los artículos de la NOM que contienen las especificaciones que debe cumplir el
equipo seleccionado al momento de ser instalado.
Protección contra sobrecorriente:
Se encuentra en el Artículo 694-15 y establece que se deben proteger los circuitos
de salida de la turbina, los circuitos de salida del inversor, los conductores del
circuito de baterías y los equipos de acuerdo con los requisitos del Artículo 240. Los
circuitos conectados a más de una fuente eléctrica deben tener dispositivos de
sobrecorriente ubicados de tal manera que brinden protección contra sobrecorriente
desde todas las fuentes, excepto donde la corriente máxima de todas las fuentes no
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Figura 4: Identificación de Componentes de un sistema eólico pequeñoFuente: NOM, 2012
excede la ampacidad de los conductores.
Medios de desconexión:
Se encuentran descritos en el Artículo 694-20, y establece que no se exigirá que los
medios de desconexión sean adecuados para uso como equipo de acometida. Los
medios de desconexión para conductores de fase consistirán de desconectadores
operados manualmente o interruptores automáticos, cumpliendo con todos los
requisitos siguientes:
(1) Se ubicarán donde sean fácilmente accesibles.
(2) Deberán ser operables externamente, sin exponer al operador al contacto con
partes vivas.
(3) Deberá indicar claramente si está en la posición de abierto o cerrado.
(4) Deberá tener una capacidad interruptiva suficiente para la tensión nominal del
circuito y la corriente disponible en las terminales de línea del equipo.
Donde todas las terminales de los medios de desconexión son capaces de estar
energizados en la posición abierto, una señal de advertencia debe ser montado en,
o ser sujeto a, los medios de desconexión.
Métodos de alambrado:
Acorde al artículo 694-30, los métodos permitidos son los siguientes:
a) Sistemas de alambrado. Se permitirá todas las canalizaciones y métodos de
alambrado incluidos en esta NOM y otros sistemas de alambrado y accesorios
específicamente destinados para ser utilizados en turbinas eólicas. En lugares
fácilmente accesibles, los circuitos de salida de la turbina que operan a tensiones
mayores de 30 volts se instalarán en canalizaciones.
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b) Cables y cordones flexibles. Los cables y cordones flexibles, cuando son
utilizados para conectar las partes móviles de las turbinas, o cuando son utilizados
para facilitar la desconexión, para mantenimiento y reparación, deben cumplir con el
Artículo 400 y deberán ser del tipo de uso rudo o cable de potencia portátil, deben
ser adecuados para uso extra rudo, deben ser aprobados para su uso en exteriores,
y deberán ser resistentes al agua. Los cables expuestos a la luz solar deben ser
resistentes la luz solar.
c) Circuitos de corriente continua de salida de la turbina dentro de un edificio. Los
circuitos de corriente continua de salida de la turbina, instalados dentro de un
edificio o estructura deberán ser alojados en canalizaciones metálicas o instalados
en envolventes metálicas desde el punto de penetración en la superficie del edificio
o estructura al primer medio de desconexión fácilmente accesible.
Puesta a tierra:
El Artículo 694-40, establece que las partes metálicas expuestas no conductoras de
corriente de torres, góndolas de turbinas, otros equipos y envolventes de
conductores, se deben conectar a un conductor de puesta a tierra de equipo de
acuerdo con 250-134 ó 250-136(a), independientemente de la tensión. Las partes
metálicas ensambladas, tales como las palas de la turbina y colas que no tienen una
fuente de energización eléctrica, no se requerirá que sean conectados a los
conductores de puesta a tierra de equipo.
Protección contra descarga atmosférica:
La torre del aerogenerador, según el artículo 694-40-C-4, deberá tener un sistema
de protección contra descargas atmosféricas. Se permitirá que actúen como
componentes del sistema de protección contra rayos, los electrodos auxiliares y los
conductores de puesta a tierra de electrodos, cuando cumplan los requisitos
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aplicables. Si están separados, los electrodos de puesta a tierra del sistema de
protección contra rayos de la torre deberán estar unidos a los electrodos del sistema
auxiliar de puesta a tierra de la torre. Los cables de retenida utilizados como
electrodos de puesta del sistema de protección contra rayos no se requerirán que
sean unidos a los electrodos del sistema auxiliar de puesta a tierra de la torre.
Diseño:
En México aún no contamos con normatividad relacionada a los requerimientos de
diseño que debe cumplir una turbina eólica comercial, pero es posible consultar la
norma europea (IEC, 2005), que a lo largo de sus doce partes permite conocer los
requerimientos mínimos que garantizan la calidad de una turbina eólica en todas sus
etapas, desde su diseño hasta medidas de seguridad en caso de siniestros.
II.II. PÁNELES SOLARES
En el caso de los páneles solares son muy fáciles de seleccionar ya que por lo
general la potencia para la cual son fabricados es la la energía entregada durante
las horas de incidencia de sol. Éstas pueden variar de acuerdo a la localización
geográfica y de la estación del año. Por lo general varían de 10 a 12 horas en esta
zona. Su productividad se encuentra relacionado directamente con los niveles de
radiación solar medidos en en W/m2. Por lo tanto, su gráfica de comportamiento
durante el día es similar a la mostrada en la figura 5.
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II.II.I Criterio de selección de acuerdo a la necesidad energética
Una vez conocidas las cargas que el sistema va a alimentar, es necesario conocer la
cantidad promedio de energía disponible en el día. Para ello se realiza una consulta
al explorador de recursos renovables que nos proporciona el Instituto de
Investigaciones Eléctricas (IIE). En la figura 6 se muestra que para Ciudad del
Carmen se tiene en promedio 6 kWh/m2 disponibles durante el día.
La información del mapa nos muestra la energía disponible del sol, pero para
cálculos más eficientes, es indispensable tomar en cuenta la eficiencia de los
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Figura 5: Radiación solar durante el díaFuente: Scielo, 2013
Figura 6: Mapa de recurso solarFuente: IIE, 2013
páneles y el factor de planta de la zona.
Un pánel promedio tiene una eficiencia del 12 al 25% aunque algunas celdas
experimentales proporcionan eficiencias de hasta el 40%. Ese dato debe ser
proporcionado por el fabricante. De acuerdo al mapa del IIE, en Ciudad del Carmen
se tiene un factor de planta del 35%. Finalmente, para seleccionar el panel se utiliza
la misma metodología descrita en el capítulo II.1.1 en el apartado de potencia
promedio.
II.II.II Criterio de selección de acuerdo al tipo de celda fotovoltaica
Existen diversos topos de celdas fotovoltaicas, de las cuales se muestran los dos
principales tipos, a fin de conocer las características de cada una de ellos y realizar
una selección de acuerdo a los criterios requeridos.
Célula de silicio monocristalino
Al enfriarse, el silicio fundido se solidifica formando solo un único cristal de grandes
dimensiones . Luego se corta el cristal en delgadas capas que dan lugar a las
células. Estas células generalmente son un azul uniforme. Posee un buen
rendimiento de 14% al 16%5 , además de una buena relación Wp m² (~150 WC/m²,
lo que ahorra espacio en caso necesario. El número de fabricantes es alto. Sin
embargo, posee el inconveniente de tener un coste elevado.
Células de silicio multicristalino
Es una célula fotovoltaica basada en silicio muticristalino. Durante el enfriamiento de
silicio en un molde se forman varios cristales. La fotocélula es de aspecto azulado,
pero no es uniforme, se distinguen diferentes colores creados por los diferentes
cristales. Tienen una eficiencia de conversión óptima, alrededor de 100 Wp/m², pero
un poco menor que en el monocristalino aunque es más barato de producir. Posee el
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inconveniente de tener bajo rendimiento en condiciones de iluminación baja.
II.III. INVERSOR
A pesar de parecer una tarea sencilla, la selección de un inversor requiere que se
tomen en cuenta una serie de requisitos normativos y técnicos que permitan su
óptima aplicación.
II.III.I Criterios de selección técnicos
Para realizar una búsqueda específica del equipo, se necesita saber la potencia a la
que va a operar. Esta se calcula sencillamente sumando las potencias máximas de
los equipos a utilizar; en este caso son 3kWh sumando los 2.5 kWh del
aerogenerador y los dos páneles de 250W.
Otro criterio importante es el tipo de inversor que se requiere. La mayoría de ellos
están diseñados para sistemas fotovoltaicos, por lo cual cuando se habla de un
inversor se asocia principalmente para aplicaciones solares. Es por ello que se debe
especificar si el inversor es para aerogenerador, para celdas solares o para un
sistema híbrido.
El número de entradas, la corriente y el voltaje admitido en cada una de ellas es
crucial para garantizar la compatibilidad del sistema eólico, fotovoltaico o híbrido.
II.III.II Criterios de selección normativos
De acuerdo al tipo de conexión que se realice, es la normativa aplicable al equipo.
Éstas normativas establecen el tipo de protección que conlleva el sistema en
general, a fin de evitar accidentes y pérdidas de equipos. Las podemos encontrar en
la especificación CFE.
21
CAPÍTULO III. PROCEDIMIENTO PARA LA INTERCONEXIÓN A LA
RED ELÉCTRICA NACIONAL
En este capítulo se describirá la metodología a seguir para realizar el trámite de
interconexión de fuentes renovables de energía a nivel real, de acuerdo a lo
establecido por (CRE, 2010) La importancia de su estudio recae en el hecho que al
desconocer los lineamientos aquí presentados, las prácticas realizadas en el equipo
serían únicamente didácticas, mientras que teniendo en cuenta los requerimientos
establecidos por las autoridades pertinentes, es posible que el usuario pueda aplicar
en la vida real lo aprendido.
III.I. MARCO LEGAL
Las leyes sobre las cuales se sustentan los procedimientos de interconexión a la red
eléctrica nacional, son las siguientes:
Ley de la Comisión Reguladora de Energía (LCRE): asigna la facultad a la CRE de
otorgar y revocar permisos.
LSPEE: define los diferentes tipos de actividades privadas admisibles (modalidades)
y establece las reglas básicas para el otorgamiento de los permisos
correspondientes.
RLSPEE: hace operativa la LSPEE, estableciendo los requisitos para tramitar un
permiso de generación de energía, así como las obligaciones y condiciones
vinculadas con el permiso correspondiente.
LAERFTE: define el término de fuentes de energías renovables, aplicables para el
22
trámite de permiso con la CRE.
Ley Federal de Procedimiento Administrativo (LFPA): establece las reglas
especiales del trámite con algunas disposiciones generales, tales como los plazos,
sanciones, visitas de verificación y el recurso de revisión.
III.II. AUTORIDADES CLAVE Y SUS ATRIBUCIONES
La Secretaría de Energía (SENER)
Está encargada de conducir la política energética, la cual se desarrolla e implementa
por medio de programas como son: el Programa Sectorial de Energía 2007-2012 y el
Programa Especial para el Aprovechamiento de las Energías Renovables, así como
a través de las estrategias elaboradas. Recientemente, la SENER elaboró dos
estrategias: la Estrategia Nacional de Energía 2010 (2009 - 2024)28 y la Estrategia
Nacional para la Transición Energética y el Aprovechamiento Sustentable de la
Energía (2009). La primera tiene como base la Visión al año 2024 y está conformada
por tres Ejes Rectores (la Seguridad Energética, la Eficiencia Económica y
Productiva, y la Sustentabilidad Ambiental), teniendo como objetivos la
diversificación de las fuentes de energía y el aumento en la utilización de las
energías renovables. La segunda está orientada a impulsar programas y acciones
para fomentar el uso de las energías renovables y reducir la dependencia de México
en los hidrocarburos.
CRE
La CRE como órgano desconcentrado de la Secretaría de Energía, con autonomía
técnica y operativa, está encargada de la regulación de las industrias del gas natural
y la energía eléctrica en México. Para ejercer su función reguladora en el sector
eléctrico cuenta con atribuciones establecidas en su Ley (Ley de la Comisión
23
Reguladora de Energía). Las facultades incluyen, por un lado, el otorgamiento y la
revocación de permisos para las actividades de generadores privados, y por el otro,
la aprobación de los instrumentos de regulación y metodologías que rigen la relación
entre los permisionarios y el suministrador. Eso comprende, entre otros, la
aprobación de las metodologías para el cálculo de las contra prestaciones por los
servicios que se preste el suministrador a los permisionarios, además de los
modelos de convenios y contratos a celebrar con la CFE.
CFE
La CFE, empresa del gobierno mexicano, está a cargo de prestar el servicio público
de energía eléctrica. Como Suministrador, la CFE genera, transmite, distribuye y
comercializa la energía eléctrica. El Centro Nacional de Control de Energía
(CENACE), organismo de la CFE es el encargado de administrar la operación y el
control del SEN, el despacho de generación, las transacciones entre unidades de
negocios de la CFE y con los permisionarios, así como el acceso a la red de
transmisión, con el objetivo de lograr la mejora permanente de la continuidad,
seguridad, calidad y economía del servicio público de energía eléctrica. La
Subdirección de Programación de la CFE es la encargada de realizar la planeación
de la expansión del SEN, así como también es responsable, a través de la
Coordinación de Planificación, de realizar los estudios de factibilidad técnica para la
interconexión al SEN de cualquier nuevo proyecto de generación.
Para interconectarse al Sistema Eléctrico Nacional (SEN), los permisionarios tienen
que celebrar un contrato de interconexión con la CFE. En este sentido, la CRE es la
autoridad responsable para el trámite de permisos, mientras que la CFE es la
encargada de la verificación de los aspectos técnicos para la interconexión.
24
III.III. PERMISOS NECESARIOS
Un permiso otorgado por la CRE autoriza al Permisionario a generar o importar
energía eléctrica, así como al desarrollo de actividades accesorias como son: la
conducción, transformación y entrega de la energía eléctrica, mientras que el
contrato de interconexión establece los términos y condiciones para el acceso al
SEN. Es por esta razón que además de la obtención del permiso con la CRE,
también se requiere de la celebración de convenios y contratos con la CFE, por
ejemplo, si se requiere transmitir energía eléctrica desde una central de generación
distante de los centros de consumo, se necesitará la celebración de un contrato de
interconexión y el convenio de servicio de transmisión.
Estos dos trámites (con la CRE y la CFE) se ejecutan de forma independiente. No
obstante, y por regla general, el permiso es el requisito indispensable para celebrar
un contrato con la CFE.
Por otro lado, y puesto que en el permiso se autoriza la capacidad de generación de
energía eléctrica de la central, en el caso de los contratos de interconexión y
convenios de transmisión, ésta capacidad determinará el límite máximo a ser
contratado como capacidad de porteo.
Por otro lado, y puesto que en el permiso se autoriza la capacidad de generación de
energía eléctrica de la central, en el caso de los contratos de interconexión y
convenios de transmisión, ésta capacidad determinará el límite máximo a ser
contratado como capacidad de porteo. De este modo, un convenio de transmisión
con la CFE puede diferir en la capacidad autorizada al permisionario, pero siempre
deberá estar por debajo o igual a la capacidad autorizada en el permiso otorgado
por la CRE.
25
III.III.I Tipos de permisos
La LSPEE establece en su artículo 3o las siguientes modalidades, a través de las
cuales los particulares pueden generar, importar o exportar energía, que no se
consideran servicio público:
• autoabastecimiento
• cogeneración
• pequeña producción
• producción independiente
• exportación
• importación
A partir de estas modalidades una persona física o moral puede desarrollar un
proyecto de generación de energía o importación de energía eléctrica con las
consideraciones propias establecidas en el marco legal para cada una de ellas.
Cabe hacer mención que las modalidades de autoabastecimiento, cogeneración y
producción independiente consideran en algunos casos la constitución de
sociedades con objetos específicos para la realización de un determinado proyecto.
III.III.II Tipos de Convenios con CFE
Por ser el distribuidor principal de electricidad en el país, y poseer facultades
federales, es necesario definir el modo en el cual CFE participará en el
abastecimiento energético del consumidor. Los principales son:
Modelo de Contrato de Interconexión:
Establece los términos y condiciones para interconectar la central de generación de
energía eléctrica con el SEN.
26
Modelo de Convenio de compraventa de excedentes de energía:
Establece los términos y condiciones que rigen la entrega de los excedentes de
energía eléctrica del permisionario al suministrador.
Modelo de Contrato de respaldo de energía eléctrica:
Establece los términos y condiciones para el servicio de respaldo que proporcionará
el suministrador en caso de falla, mantenimiento, o ambos, de la central de
generación.
Modelo de Convenio de servicio de transmisión de energía eléctrica:
Establece los términos y condiciones para el servicio de transmisión que
proporcione el suministrador al permisionario desde la entrega en el punto de
interconexión hasta los puntos de carga.
III.III.III Metodologías y contratos aplicables a proyectos con energías
renovables y de cogeneración eficiente:
Al hablar de energías renovables, es necesario tomar en cuenta ciertos aspectos
que abarcan desde el generador, hasta el punto de interconexión más próximo a
éste. A continuación se mencionan las metodologías que deben realizarse para
asegurar dichos aspectos.
Metodología para la determinación de los cargos correspondientes a los
servicios de transmisión:
Sirve para calcular el pago que los permisionarios deben hacer al suministrador por
la conducción de la energía eléctrica desde el punto de interconexión hasta cada
punto de carga.
27
Contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable o Sistema de
Cogeneración Eficiente en Pequeña Escala:
Establece los términos y condiciones para interconectar un sistema de uso
residencial hasta 10 kW o un sistema de uso general hasta 30 kW a la red eléctrica,
generando su propia energía eléctrica. Este contrato está basado en el concepto de
la medición neta de energía o también conocida como net metering. Para la firma de
este contrato no se requiere del otorgamiento de un permiso por la CRE.
III.IV. PROCEDIMIENTO
En el caso del pánel de instalaciones eléctricas aquí descrito, el aerogenerador junto
con los páneles fotovoltaicos no exceden los 10 kW, de los 30 que se contemplan de
acuerdo al contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable o Sistema
de Cogeneración eficiente en Pequeña Escala de uso general, lo cual significa que
no es necesario un permiso por parte de la CRE.
Se realiza la solicitud de un contrato de interconexión directamente con CFE. Para
ello, se proporciona una documentación del proyecto con la mayor cantidad de
detalles técnicos posibles para su evaluación por parte de los ingenieros de CFE,
quienes son los responsables de supervisar el apego a la norma de todos los
equipos a instalar. El modelo básico de interconexión es ilustrado en la figura 7. Es
indispensable que la instalación se apegue a este diagrama.
28
De ser aprobado, se instalan los equipos y una vez realizada la instalación de
acuerdo a la especificación CFE-G0100-04, se hace una inspección por parte de
CFE. Si todo está en orden, se aprueba la interconexión al Sistema Eléctrico
Nacional.
29
Figura 7: Protecciones normativas para interconexión al SENFuente: CFE, 2013
CAPÍTULO IV. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS PARA EL PÁNEL DE
INSTALACIONES ELÉCTRICAS
Las siguientes líneas están destinadas a la documentación del proceso de selección
de los componentes que conforman el pánel de entrenamiento de instalaciones
eléctricas. Dichos dispositivos han sido elegidos de acuerdo a las normatividades y
procedimientos mencionados con anterioridad.
IV.I. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL EQUIPO
El equipo de instalaciones eléctricas aquí propuesto, está conformado por
componentes que se apegan a la NOM-001-SEDE-2012. El objetivo de este capítulo
es ilustrar el proceso de selección de estos componentes, respetando la
normatividad y aplicando los métodos de selección mencionados en capítulos
previos.
IV.II. FUENTES DE ENERGÍA
A modo de ejemplo, se presenta la selección de las dos fuentes de energías que
alimentan una instalación capaz de soportar cargas de oscilan entre 1 y 1.5 kWh de
consumo energético. Para ello se diseña un sistema híbrido conformado por un
aerogenerador que debe entregar por lo menos un kilo watt por hora y dos páneles
solares de 500Wh cada uno.
Se debe tener presente que para las fuentes de energías alternas se utilizan
ejemplos de selección de componentes existentes en el mercado, sin embargo, uno
de los objetivos de un pánel de instalaciones eléctricas en la Universidad es el de
probar los dispositivos eólicos desarrollados en la misma institución, por lo cual se
aclara que los equipos seleccionados no son parte indispensable del pánel y se
30
presentan únicamente con el fin de mostrar un proceso de selección a nivel real.
IV.II.I Aerogenerador
Tras realizar la búsqueda de acuerdo a los criterios calculados en el capítulo 2, se
considera el generador eólico peruano WindAid de tres aspas, mostrado en la figura
8, con una potencia máxima de 2.4kW y una salida de voltaje del generador de
220Vac.
Se puede realizar el contacto de los poveedores fácilmente a través de (WindAid,
2013), que es una empresa peruana que se dedica a fabricar y promover
aerogeneradores a una escala nacional e internacional.
Las características generales que posee el aerogenerador se muestran en la tabla
3.1. El precio original está dado en soles o pesos peruanos, y equivalen a 4.67
pesos mexicanos de acuerdo a la tasa de cambio consultada en el mes de Julio de
31
Figura 8: Aerogenerador WindAid2kW
Fuente: WindAid, 2013
2013 en la página (Converter, 2013) .
Potencia máxima 2.4kWCosto $46466.5Costo de instalación $0 en PerúCosto de mantenimiento $186.8 anuales, para la
inspección visual del
técnicoTiempo de vida 20 añosCosto de vida $54,006.40Energía anual 3,996 kWhCosto de energía $0.7Ganancias financieras 1 año 7 meses
Tabla 1: Costos de la turbinaFuente: Elaboración propia
Además del costo de vida ilustrado, se suman alrededor de $10,000 pesos por
costos de envío desde Perú. De igual modo, es necesario consultar la curva de
comportamiento con respecto a la velocidad del viento, mostrada en la figura 9.
32
Figura 9: Curva de electricidad generada en relación a la velocidad del vientoFuente: WindAid, 2013
Acorde a los cálculos realizados en el capítulo 2, es necesario que la turbina genere
alrededor de 2.8 kWh a una velocidad del viento que se encuentre dentro del rango
de 6 a 12 m/s. La turbina WindAid se aproxima a esta cifra, y además ofrece la
producción de 1kW a una velocidad de viento de 7 m/s, la cual es el promedio anual
de esta región, con lo cual se garantiza la producción de energía mínima que se
requiere para la instalación.
Teniendo esta turbina como referencia, es recomendable para el pánel de
instalaciones eléctricas utilizar los aerogeneradores desarrollados por la misma
universidad, cuyo diseño y fabricación no se detallan en este trabajo.
Requisitos Normativos
La torre debe estar puesta a tierra de acuerdo al procedimiento descrito en el
artículo 694-40-C.
Si la torre del aerogenerador supera la altura del edificio más cercano, se entiende
que es necesario protegerla contra descarga atmosférica según lo indicado por el
Artículo 694-40-C-4. La torre del aerogenerador seleccionado no posee dicha
protección, por lo que en su caso, debe adquirirse por cuenta del usuario.
IV.II.II Páneles Solares
Para la selección de la pareja de páneles fotovoltaicos, se tomaron en cuenta las
recomendaciones mencionadas con anterioridad. Los equipos seleccionados son de
la marca PuebloSolar y la página puede ser consultada en (Solar, 2013). Se puede
observar el pánel en la figura 10.
De acuerdo al criterio de tipo de celda, se optó por un tipo celda Monocristalina de
250W con un precio de $4,990.00 cada una.A pesar de su alto precio cuentan con la
certificación ISO9001:2008 y son de cristal templado de alta transmitancia de bajo
33
hierro, EVA perdurable, excelente resistencia al clima, TPT anodizado con marco
de aluminio de alta calidad, apariencia agradable, resistencia al viento y presión,
además de alta eficiencia.
IV.II.III Inversores
Para este proyecto, sería ideal contar con un inversor híbrido tomando en cuenta
que la potencia máxima del Aerogenerador es de 2.5kW y la cada pánel es 250W,
por lo cual teóricamente el Inversor debería ser de 3kW por lo menos. Sin embargo,
a pesar de la extensa búsqueda, únicamente estaban disponibles ciertos equipos
españoles, cuyo envío sería demasiado caro para ser factible, por lo que se optó por
buscar un inversor para los páneles y otro para el aerogenerador.
En el caso de la turbina eólica, se requiere no sólo el inversor sino de igual modo el
generador. Una empresa Mexicana llamada Sistemas Electrónicos del Norte vende
un kit por $20,800 que incluye inversor de 2,300W, 2 baterías para almacenaje de
34
Figura 10: Pánel Solar 250WFuente: Solar, 2013
energía y generador de 2, kW, lo cual es justo lo necesario para completar el equipo
del aerogenerador.
El inversor para páneles solares es mucho más fácil de conseguir, y el dispositivo
elegido es distribuido por Solartronic y pertenece a la marca Steca, cuya capacidad
es de 500W y permite interconectarse a la red eléctrica nacional; tiene un costo
aproximado de $6,000.
IV.III. ELEMENTOS DE LA ACOMETIDA
Para la selección de dichos elementos, fue necesario tomar en cuenta los criterios
establecidos por la NOM. En el presente capítulo se desglosa la selección de grupos
de componentes, de acuerdo a las partes que componen a la acometida.
IV.III.I Mufa
Recibe el nombre de mufa la canalización conformada por un tubo tipo conduit
pesado de pared gruesa que protege el cable desde la línea del poste hasta el
medidor. Tanto la mufa como los cables que van dentro de ella deben tener
protección contra agua. Los hay de varios tipos, de los cuales destacan:
• Metálico galvanizado
• Metálico galvanizado con aislación interior
• Material sintético aislante
• Metálico con doble aislación
El tipo de mufa seleccionado es un tramo de 3 metros de tubo pesado conduit pared
gruesa de 3,2mm de metal galvanizado con diámetro de 1 1/4” de acuerdo a lo
establecido por las normas de acometida de CFE.
35
IV.III.II Interruptor principal
El artículo 530-2 define un interruptor de seguridad como un dispositivo montado en
pared que se puede operar externamente, el cual puede o no contener protección
contra sobrecorriente, y que está diseñado para la conexión de cables y cordones
portátiles. Se selecciona un interruptor con gabinete tipo NEMA con protección
contra sobrecorriente de 30A marca Siemens, con un precio de $137 pesos.
IV.III.III Base para el medidor
Es el punto de acometida, según lo establecido por las definiciones de la NOM,
donde se une la instalación del suministrador y la del del usuario, y es por ello que
se elige una base para medidor monofásico de marca Siemens con un precio de
$120 pesos.
IV.III.IV Conductores
Los conductores de la acometida, ya sea aérea o subterránea, de acuerdo a lo
establecido en los artículos 232-22b y 232-30 deben tener un tamaño no menor que
8.37 mm2 (8 AWG) si son de cobre o 13.3 mm2 (6 AWG) si son de aluminio. El cable
elegido es del número 12 AWG y tiene un costo de $15.66 por metro lineal.
IV.IV. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Y CANALIZACIÓN
Se analizan dispositivos que protegen los cables que conforman la instalación
eléctrica a través de lo que en una instalación eléctrica convencional serían las
paredes de la casa. Para la instalación didáctica únicamente es necesario proveer
distintos tipos de protecciones y canalizaciones, y el alumno deberá seleccionar los
adecuados para armar su instalación.
IV.IV.I Registros
Envolventes que tienen un fondo abierto o cerrado, dimensionado de tal forma que
permite al personal alcanzar lo que hay dentro, pero no ingresar en él, con el
36
propósito de instalar, operar o mantener el equipo o el alambrado, o ambos.
Se seleccionan de acuerdo al número de entradas y/o salidas. Para la instalación
didáctica se pidieron 10 registros de 3x3 y 10 de 4x4. El proveedor es IGC y poseen
un precio de $5 y $9 pesos respectivamente.
IV.IV.II Cajas protectoras tipo chalupa
Son aquellas terminales donde se conectan las cargas y por lo general se colocan
ahí los contactos y/o sóquets para focos. Se seleccionan 12 piezas de la marca
Voltech de 4x2 que en IGC tienen un precio de $5 pesos la pieza.
IV.IV.III Tubo conduit
Sistema de canalización diseñado y construido para alojar conductores en
instalaciones eléctricas, de forma tubular, sección circular. Se pueden encontrar de
pared gruesa y pared delgada. Para las canalizaciones se solicita un tramo de 3m
de pared delgada con diámetro de media pulgada. IGC es el proveedor y el tramo
tiene un precio de $50.85 pesos.
IV.IV.IV Varilla Cooperweld
La varilla cooperweld es la puesta a tierra de la instalación. Es asunto del alumno
investigar al marco normativo y aplicación de la misma, pero como parte de
cualquier instalación eléctrica convencional, se selecciona una varilla de 5/8” de
1.5m y su respectivo conector. En total tiene un precio de $109 en IGC.
IV.V. CARGAS
Es la parte final de la instalación y se conforma por los elementos de iluminación y
contactos donde se van a conectar los diferentes artefactos que serán alimentados
por la instalación eléctrica.
37
IV.V.I Contactos
Son aquellas terminales donde serán conectadas las cargas. Es cuestión del alumno
investigar todos los pormenores de su correcta instalación para el apego a la
normatividad. En la instalación eléctrica didáctica se seleccionan 12 contactos
dobles de sobreponer aterrizados, que en IGC tienen un precio de $15 pesos.
IV.V.II Iluminación
Se selecciona una lámpara de tipo fluorescente y 5 portalámparas. El propósito es
que el alumno aprenda a instalarlos correctamente, por lo que corre por su cuenta
informarse acerca de las normas aplicables a éste ámbito. Es recomendable
comprar todo con un solo proveedor para evitar incompatibilidad o errores.
El balastro electrónico que se elige es el Sola Basic de 30/32W T12 de 127V con un
precio de $108 pesos, y la lámpara de tipo fluorescente de 32W T12 Luz de día
marca Phillips y tiene un precio de $66 pesos. Las bases de focos son
portalámparas de baquelita 4.5” marca Voltech con un precio de $13 pesos cada
una. Se solicitan 5.
38
CAPÍTULO V. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA Y COSTO DEL
PROYECTO
V.I. DIMENSIONAMIENTO
Tomando en cuenta los requerimientos de la NOM, el medidor debe estar a 1.80 del
suelo. Si bien un pánel de 2 metros de altura sería lo ideal, no debe colocarse
ningún dispositivo a menos de 30 cm del suelo, por lo que los últimos centímetros
del pánel serian desperdicio de material. Por lo tanto, 1.5 metros de altura a una
separación del suelo de 40 cm es la altura más factible. El modelo digital de la
estructura es realizado en el software de diseño SolidWorks (Dassault, 2013).
Al tenerse acometida, canalización y cargas como componentes de la instalación, se
opta por dividir el pánel en tres secciones; cada módulo o sección con un ancho de
90cm, lo cual facilita su movilidad. En el anexo 1 se puede apreciar una fotografía
del diseño tridimensional de la estructura final.
39
Figura 11: Módulo del pánelcon medidas
Fuente: Elaboración propia
V.II. COSTOS
Para finalizar, se realiza un análisis económico que ayuda a determinar la
factibilidad del proyecto, a fin de facilitar su aplicación. Cada precio está basado en
las cotizaciones realizadas en los distribuidores aquí descritos y fueron consultados
en Junio de 2013 por lo cual están sujetos a cambios sin previo aviso en fechas
posteriores.
La integración del precio unitario es realizada en el Software de Ingeniería de costos
más utilizado en el mundo: OPUS (Ecosoft, 2010). Dicho software utiliza una
metodología deductiva, es decir, de lo general a lo más particular. Con la finalidad de
simplificar el cálculo, se divide el precio en dos partes: La estructura del pánel y el
equipo de energías alternativas.
V.II.I Estructura del pánel de instalaciones experimentales
En este apartado se desglosa el precio de la estructura en sí, además de los
componentes que la integran, tomando en cuenta recursos materiales, trabajadores,
herramientas, equipos, impuestos y utilidades. El costo total de la misma es de
$18,922.65 y se desglosa a continuación.
Estructura
Tiene un precio de $5,592.99 pesos, considerando todos los materiales necesarios
para su construcción, mano de obra (sueldos tanto del soldador como del ayudante),
impuestos, herramienta menor, utilidades y el equipo empleado. Al estar compuesta
la estructura en tres módulos, para la composición de dicho costo, se calculó
primero el costo de un sólo módulo del pánel, que es de $1864.88 y posteriormente
es multiplicado por tres.
40
Componentes
Involucra todos los componentes de los cuales dispondrá el alumno para realizar sus
instalaciones. Los dispositivos como centros de carga e interruptores son adquiridos
en Siemens. El costo total de todo este conjunto de dispositivos es de $13,329.66,
tomando en cuenta envíos, costos indirectos, impuestos y utilidades.
Trabajadores
El proyecto requiere ciertas estructuras que pueden ser realizadas con facilidad por
un soldador, por lo cual se requiere uno y de igual modo un ayudante. El salario
mínimo de un soldador de acuerdo a lo establecido por la Comisión nacional de los
salarios mínimos (STPS, 2013) es de $88.22. Sin embargo, no es su salario real ya
que si se contemplan todas las prestaciones y requerimientos legales que implica el
trabajador, el salario por jornada del soldador es de $560.56, y del ayudante
$339.81.
V.II.II Equipo de Energías Alternativas
El costo total de todo el equipo de energías alternas, comprando los páneles solares
y fabricando el aerogenerador por métodos experimentales, es de $67,909.03. Éste
precio contempla de igual modo gastos de envío de los dispositivos que no se
encuentran en esta zona. Se compone de dos bloques: El aerogenerador y los
páneles solares, descritos a continuación.
Aerogenerador
Dicho precio se compone de una serie de materiales necesarios para realizar el
rotor de una forma más económica y con un costo total mucho más reducido de lo
que sería importarlo de otro país. Contemplando el costo de mano de obra,
impuestos, utilidades, herramientas, costo horario de equipos necesarios, traslado
de mercancía, un generador de 2.3kW, un inversor de 2kW, 2 baterías y un rotor de
41
sustentación hecho principalmente de fibra de vidrio, el costo total de la turbina es
de $43,867.03.
Páneles solares
El costo de dos páneles solares de 500W contempla únicamente el precio directo de
los dos páneles, impuestos, su respectivo inversor y gastos de envío, y es de
$12,021 pesos.
V.II.III Distribuidores
Si se requieren canalizaciones, cableado y herramienta menor, IGC es el principal
proveedor. Se encuentra localizado en Ciudad del Carmen, en la calle 24 esquina
con 25, colonia Guanal y su número de teléfono es: 938 382 1337.
En cuanto a materiales de construcción y principalmente metales, la Ferre es el
distribuidor elegido. Al igual que IGC, se localiza en Ciudad del Carmen, en la Calle
31 No. 1532 Colonia Francisco I. Madero, y su número es 938 382 8667.
El generador, inversor y baterías, se encuentran en Sistemas Electrónicos del Norte,
y cuya forma más fácil de contactarlo es por su página de internet, que es la
siguiente: http://www.sistemasen.net/content/view/34/51/
Los páneles solares son fácilmente adquiridos en PuebloSolar por medio de su
página de internet, que es www.pueblosolar.com. Para el inversor solar y otros
productos relacionados con los mismos, el proveedor elegido es Solartronic, cuya
página es http://www.solartronic.com/.
Siemens es el proveedor de todos los dispositivos de protección que requiere el
módulo, y se puede levantar el pedido por medio de la oficina Mérida, que se
42
encuentra en la calle 18-E # 262-C 249 42 15 entre 15-A y 17, Frac. Alta Brisa, C.P.
97130 Priv. San Remo Mérida, Yuc. El responsable es el Sr. Miguel Gutiérrez Aguilar
y los números de contacto son: 01 999 926 55 23, 01 999 926 54 21, 249 43 01 y el
fax 927 51 18. En caso de no contactar, también se encuentra el número nacional
de ventas 01800 0908070 y su página de internet (Siemens, 2013).
V.II.IV Precio Unitario del Proyecto
La suma de todos los precios descritos con anterioridad da como resultado un costo
de $86, 831.36 pesos, incluyendo todos los elementos para que alumnos de
Mecatrónica y Energías Renovables de múltiples generaciones desarrollen sus
habilidades en el diseño y construcción de instalaciones eléctricas, y puedan hacerlo
con dispositivos de alta calidad que garanticen su seguridad, ya que cada unos de
los componentes de dicho módulo está cuidadosamente seleccionado de acuerdo a
la normatividad vigente NOM-001-SEDE-2012.
V.III. RECOMENDACIONES
Este proyecto fue desarrollado con la intención de ser implementado, por lo que se
requiere seguimiento para llevarlo a la realidad. Lo aquí descrito son las bases
teóricas y normativas para garantizar un diseño que realmente resuelva la
problemática planteada al inicio.
El siguiente paso es la compra de materiales a partir del presupuesto aquí
desarrollado y la documentación de la construcción y resultados obtenidos. Además,
es posible sacar el máximo provecho de este equipo al implementar a un mediano
plazo un módulo de domótica e iluminación industrial que incluya dispositivos
electrónicos que además de automatizar una vivienda, se enfoquen en el uso
eficiente de energía y por supuesto, manejar diferentes diferentes tipos de lámparas
como lo son las halógenas, mercuriales, vapor de sodio, entre otras.
43
CONCLUSIONES
1. El presente documento describe los métodos de selección para los componentes
que integran la instalación eléctrica didáctica, de acuerdo a la NOM-001-SEDE-
2012.
2. Cada componente del equipo de instalaciones eléctricas con fuentes alternas de
energía es seleccionado de acuerdo a lo especificado en la NOM-001-SEDE-2012,
artículos 694, 695 y 705.
3. Se realiza un investigación que expone los procedimientos necesarios para
realizar una instalación eléctrica a partir de generación fotovoltaica, eólica y/o
híbrida, con interconexión a la red de CFE de acuerdo a la especificación G0100-04.
4.-La estructura para la instalación eléctrica experimental y el modelo digital de la
misma es diseñado en el software especializado de diseño SolidWorks para facilitar
su construcción.
5.- Se integra el precio unitario del proyecto, de acuerdo a los criterios establecidos
por la ingeniería de costos, utilizando para ello el software especializado de
integración de precios unitarios más usado del mundo: OPUS.
44
FUENTES DE INFORMACIÓN
Becerril, L.; Onésimo, D. (2009). Instalaciones Eléctricas prácticas (13th ed., p. 255).
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ANEXOS
Anexo 1
Vista preliminar del modelo realizado en software especializado de diseño
SolidWorks.
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Anexo 2
Explosión de Insumos generada en OPUS
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