Este documento presenta un estudio sobre alternativas de energía limpia para abastecer la carga eléctrica total de la Universidad Rafael Urdaneta. Se analiza el comportamiento actual de la carga, se selecciona la energía solar como opción viable y se diseña un sistema de generación fotovoltaica autosustentable para la institución, calculando los paneles, baterías, reguladores e inversores necesarios para cada módulo. El objetivo es implementar energías renovables que respalden el sistema de generación de la universidad de manera sustent

1. ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE ENERGÍA LIMPIA PARA LA
CARGA ELÉCTRICA TOTAL DE LA UNIVERSIDAD RAFAEL
URDANETA.
Trabajo Especial de Grado presentado ante la Universidad Rafael Urdaneta para optar al título de:
INGENIERO ELECTRICISTA.
Tutor: Msc. Geryk Núñez. Autor: Br. Emily P. Villalobos P.
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

2. Planteamiento del problema
En Venezuela
La energía
eléctrica
Es la base del
desarrollo de la
sociedad
Capítulo I
El Problema

3. Planteamiento del problema
Universidad Rafael Urdaneta
Capítulo I
El Problema

4. Planteamiento del problema
Se deben implementar energías alternativas
Para respaldar el sistema de generación de la Institución
tipos de energía
Evaluación de
tres
Capítulo I
El Problema

5. Objetivos de la Investigación
Objetivo General:
 Realizar un estudio de alternativas de energía limpía para la carga
eléctrica total de la Universidad Rafael Urdaneta.

6. Objetivos específicos
Definir el comportamiento de la carga eléctrica de la Universidad Rafael Urdaneta.
Seleccionar alternativas de energía limpia como opciones autosustentables para el
sistema eléctrico de la Universidad, tomando en cuenta los recursos disponibles.
Diseñar un sistema de generación de energía eléctrica autosustentable
para la Universidad.

7. Objetivos específicos
Seleccionar los dispositivos requeridos para el sistema de generación de energía
eléctrica autosustentable de la institución.
Elaborar los planos eléctricos.
Evaluar las alternativas de energía limpia para un sistema eléctrico
autosustentable para la Universidad Rafael Urdaneta.
Capítulo I
El Problema

8. Justificación e importancia
Beneficios sociales y para la
UniversidadBeneficios técnicos Beneficios científicos
Capítulo I
El Problema

9. Bases Teóricas
Texto Autor
Energía solar para el hombre.
B.J. Brinkworth.
(2010).
Guía curso practico de Energía Solar Fotovoltaica CIDEZ .
(2012).
Manual teórico practico sobre los sistemas fotovoltaicos.
Gasquet Héctor L.
(2009).
Canalizaciones Eléctricas Residenciales. Penissi Oswaldo.
(2006).
Capítulo II
Marco Teórico

10. Marco Metodológico
DESCRIPTIVA
Busca especificar las propiedades,
características y los perfiles de
personas, grupos o cualquier otro
fenómeno que se someta a un
análisis.
Hernández, Fernández
y Baptista (2006)
Es un proceso basado en la
búsqueda, recuperación,
análisis, crítica e interpretación
de datos secundarios
Suarez
(2007)
DOCUMENTAL
No existe manipulación deliberada de
variables y en sólo se observan los
fenómenos en su ambiente natural
para después analizarlos
Hernández, Fernández
y Baptista (2006)
NO EXPERIMENTAL
Tipo y Diseño de la Investigación
Capítulo III
Marco Metodológico

11. Marco Metodológico
Capítulo III
Marco Metodológico
Unidades de
análisis
Población: Energía solar, energía eólica, energía piezoeléctrica.
Todos los componentes deben ser dimensionados considerándolos en su
totalidad, por ello, no puede establecerse un muestreo, si no, que es
necesario efectuar el diseño de manera global.
Observación documental e
indirecta
Técnicas e
instrumentos de
recolección de
datos
TEG
Manuales
Artículos
Publicaciones
Catálogos digitales
Los instrumentos empleados
para la recolección de datos
fueron carpetas digitales con
archivos PDF y Word

12. Fases de la investigación

13. Módulo
Carga total por
Edificio (KW)
Carga Iluminación y
tomacorrientes (KW)
% de la carga
Iluminación y tomacorrientes
X Edificio
1 125,52 33,84 27%
2 123,94 32,40 26%
3 260,78 142,42 55%
4 226,94 32,40 14%
5 532,68 142,92 27%
MFeria 204.120 - 100%
RECTORADO 196,09 101,59 52%
TOTAL 1.465,95 485,57 33%
Análisis de los resultados
Definición del comportamiento de la carga eléctrica de la Universidad Rafael Urdaneta
La carga total de las seis (06) edificaciones es 1.465,95 KW, lo cual indica que la Universidad Rafael
Urdaneta está entre las instituciones que maneja más de 1MVA de carga.
Distribución de la carga por edificación
Carga por Edificio Vs. Carga de Iluminación y tomacorrientes Romero y Mavarez (2014)

14. Análisis de los resultados
Módulo Carga total X Edificio (KW)
Carga equipos especiales
(KW)
% de la carga equipos
especiales por edificio.
1 125,52 91.6 73%
2 123,94 91.54 74%
3 260,78 118.36 45%
4 226,94 194.54 86%
5 532,68 389.76 73%
MFeria 204.120 - 100%
RECTORADO 196,09 94.5 48%
TOTAL 1.465,95 980.38 67%
Carga por Edificio Vs. Carga de circuitos especiales
Modulo
Total Consumo
promedio diario (kWh)
Consumo promedio
diario Circuitos
especiales
Demanda
%
1 855,43 517.03 60%
2 1.466,76 1122.76 78%
3 3.504,99 2365.62 67%
4 1.955,76 1631.76 83%
5 1.476,54 333.22 23%
Rectorado 1.780,16 967.41 54%
Consumo promedio diario y porcentaje de demandas
del sistema de Circuitos especiales.

15. Análisis de los resultados
Definición del comportamiento de la carga eléctrica de la Universidad Rafael Urdaneta
Modulo
Consumo promedio
diario Circuitos
especiales
Factor de
demanda
Demnda
maxima
KWH/dia
1 517.03 0.8 413.62
2 1122.76
0.8 898.208
3 2365.62 0.8 1892.49
4 1631.76
0.8 1305.408
5 333.22
0.8 266.576
MFeria 204.120
0.8 163.29
Rectorado 967.41 0.80 773.92
Modulo
Consumo promedio
diario Iluminación
Factor de
demanda
Demanda
máxima
KWH/dia
1 338,40 0.75 253.8
2 324,00
0.75 243
3 1.139,37 0.75 854.52
4 324,00
0.75 243
5 1.143,32
0.75 857.49
Rectorado 812,75
0.75 609.56
Consumo promedio diario y porcentaje de
demandas del sistema de
Circuitos especiales.
Consumo promedio diario y porcentaje
de demandas del sistema
de iluminación y tomacorriente.

16. Análisis de los resultados
Definición del comportamiento de la carga eléctrica de la Universidad Rafael Urdaneta
Módulo
Carga conectada
KWH/día
Iluminación –
tomacorrientes
Carga conectada
KWH/día Circ.
especiales
Demanda máxima
TOTAL
1 253.8 413.62 667.42
2
243 898.208 1141.208
3 854.52 1892.49 2747.01
4
243 1305.408 1548.408
5
857.49 266.576 1124.06
6
857.49 266.576 1124.06
MFeria - 204.120
204.120
Rectorado 609.56 773.92 1383.48
Carga total instalada

17. Análisis de los resultados
Selección de alternativas de energía limpia como opciones autosustentables para el sistema eléctrico de la
Universidad, tomando en cuenta los recursos disponibles
Energía Solar Energía Eólica Energía Piezoelectrica
Ubicación geográfica de la Universidad
favorable, alta incidencia solar.
Aprovechamiento de recurso natural
disponible.
Ubicación geográfica favorable,
alto potencial eólico,
indisponibilidad de
espaciamiento entre cada
generador.
El mercado venezolano, no cuenta
con la baldosa piezoeléctrica para
cubrir la demanda total de la URU y
los equipos necesarios para su
desarrollo.
Energía Seleccionada

18. Análisis de los resultados
Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica autosustentable para la Universidad Rafael Urdaneta
PARÁMETRO VALOR DESCRIPCIÓN
Latitud = 10 ° ubicación respecto al hemisferio norte
a = 20 ° Angulo de inclinación
Ki= 1,11 Factor de corrección para superficies inclinada
E= 5,5 kW/m2
Radiación solar incidente
Ta= 36 °C Temperatura ambiente
Ka= 0,005 Coeficiente de autodescarga diario
Ka´= 0,01145 Índice de Energía disipada diariamente por autodescarga
Kb= 0,1 Pérdida debido a las reacciones químicas en la batería
Kc= 0,2 Pérdidas en el inversor
Kv= 0,15 Pérdidas por efecto Joule en la batería
N = 3 Número de días de autonomía
Pd = 0,8 Profundidad máxima de descarga admisible
R = 53% % Rendimiento global del SFV
H.S.P = 6 (H) horas pico solar
Eficiencia SFV = 90% Eficiencia del SFV
Pp = 250 Potencia máxima del panel (Watt)
Isc = 8,81 (A) Corriente de corto circuito del panel
VP
= 24 (V) Tensión nominal del panel
Rendimiento
Global
Del
Sistema

19. Análisis de los resultados
Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica autosustentable para la Universidad Rafael Urdaneta
 Rendimiento global del sistema
Teniendo presente los datos de los parámetros para la selección del
sistema fotovoltaico (SFV) que están en la tabla anterior y aplicando la
ecuación Ec. 02 se obtiene el rendimiento global del sistema:
 Para el cálculo de las Horas Pico Solar (H.S.P), utilizamos la
Ec.03
 Módulo 1: La energía útil necesaria
(Ec. 4) será:
 La energía que aportará el panel solar viene dado por la ecuación
Ec.05
 El número total de celdas a conectar de acuerdo a la cantidad de
energía demandada es igual a:
En el módulo 1 el sistema debe ser de 466 ramas conectadas en
paralelo, cada una con dos celdas en serie. Los cuales se
subdividirán grupos de manera que cada uno tenga un regulador,
entonces cada grupo debe tener como máximo 8 celdas, 2 en serie y
4 ramas en paralelo

20. Análisis de los resultados
Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica autosustentable para la Universidad Rafael Urdaneta
 Regulador de carga
La capacidad requerida por el regulador se calcula tomando en
cuenta el número de ramas de celdas conectadas en paralelo del
generador, como éste se subdividió en grupos de modo que cada
uno tenga un regulador, lo cual se realiza partiendo de la ecuación
EC.07:
 Capacidad del banco de baterías
Aplicando la ecuación EC.08 se obtiene el valor real de la
capacidad útil en Kah:
 La capacidad nominal de la batería vendrá dada
por la ecuación Ec.09:
Tomando en cuenta este valor se procede a cálcular el número
de baterías en paralelo utilizando la Ec.10, en serie la Ec.11 la
capacidad nominal de la batería será de 3000 Ah.
 Capacidad del banco de Inversores

21. Cálculo para los diferentes módulos de los paneles y grupos del sistema fotovoltaico (SFV)

22. Cálculo para los diferentes módulos de los paneles y grupos del sistema fotovoltaico (SFV)
Análisis de los resultados
Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica autosustentable para la Universidad Rafael Urdaneta

23. Análisis de los resultados
Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica autosustentable para la Universidad Rafael Urdaneta
Modulo
Capacidad total del regulador
Cr (A)
Capacidad
Regulador
Cnr (A)
# de Reguladores
1 36,74 40 117
2 36.74 40 200
3 36.74 40 480
4 36.74 40 271
5 36.74 40 197
6 36.74 40 197
FERIA 36.74 40 36
Rectorado 36.74 40 242
Calculo para los diferentes módulos de los Reguladores de carga para el sistema fotovoltaico (SFV).

24. Modulo
Energía Util
Eu (kWh)
Capacidad
Almacenaje
Cu
(KWh)
Capacidad
Almacenaje
Cur
(KAh)
Capacidad
nominal de las
baterías
Cn (Ah)
# Baterías en
series
NbS
# Baterías en
paralelo
NbP
# Baterías
Nb
1 1259.28 3777.84 78.705 98.380 6 33 198
2 2153.2 6459.6 134.57 168.21 6 56 336
3 5183.03 15549.09 323.93 404.91 6 135 810
4 2921.52 8764.56 182.59 228.23 6 77 462
5 2120.86 6362.58 132.55 165.68 6 56 336
6 2120.86 6362.58 132.55 165.68 6 56 336
FERIA 385.13 1155.39 24.07 30.08 6 11 66
Rectorado 2610.3 7830.9 163.14 203.92 6 68 408
Cálculo para los diferentes módulos de los Bancos de baterías para el sistema fotovoltaico (SFV)

25. Análisis de los resultados
Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica autosustentable para la Universidad Rafael Urdaneta
Modulo
Consumo
(KW)
Capacidad Regulador
PI (KW)
# de Banco de
Inversores
# de Inversores
1 125,52 139.4 2 20
2 123,94 137.71 7 20
3 260,78 289.75 14 42
4 226,94 252.15 13 36
5 532,68 591.86 29 85
6 532,68 591.86 29 85
FERIA 204.120 226.8 10.8 33
Rectorado 196,09 217.87 11 32
Cálculo para los diferentes módulos de los Inversores para el sistema fotovoltaico (SFV)

26. Análisis de los resultados
Selección de los dispositivos requeridos para el sistema de generación de energía eléctrica autosustentable de la
institución
Especificación técnica de los paneles solares
Paneles Solares. SumSol

27. Análisis de los resultados
Selección de los dispositivos requeridos para el sistema de generación de energía eléctrica autosustentable de la
institución
Especificación técnica de los Controladores de carga
Controlador de carga. SumSol

28. Análisis de los resultados
Selección de los dispositivos requeridos para el sistema de generación de energía eléctrica autosustentable de la
institución
Especificación técnica de los inversores
. Inversores Victron Phoenix

29. Análisis de los resultados
Selección de los dispositivos requeridos para el sistema de generación de energía eléctrica autosustentable de la
institución
Especificación técnica de las baterías
Baterías de Plomo acido solar, selladas libres de mantenimiento.
Sonnenschein

30. Análisis de los resultados
Selección de los dispositivos requeridos para el sistema de generación de energía eléctrica autosustentable de la
institución
Especificación técnica del modulo de transferencia

31. Análisis de los resultados

32. Análisis de los resultados

33. Análisis de los resultados

34. Análisis de los resultados

35. Análisis de los resultados

36. Análisis de los resultados

37. Análisis de los resultados

38. Análisis de los resultados

39. Análisis de los resultados

40. CONCLUSIONES
 Dentro de los tres tipos de energías alternativas evaluadas (energía fotovoltaica, energía eólica y energía piezoeléctrica), la más
adecuada para cubrir toda la carga que exige la institución, es la energía fotovoltaica. La producción de energía fotovoltaica se realiza
de manera limpia, directa y elegante por ende, esta tiende a proyectarse como una de las mejores alternativas a nivel mundial para
obtener energía eléctrica.
 La instalación de los paneles fotovoltaicos, por su aspecto y constitución, resultan fáciles de integrar y adaptar a las edificaciones de la
Universidad, en este caso los módulos 1,2,3,4,5,6,Feria y Rectorado. La puesta en servicio del sistema de respaldo una o dos veces
por semana, aliviará el consumo que genera la URU, al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional, lo que beneficiara ambas partes,
de esta forma se presta mantenimiento y seguimiento a los equipos instalados, y una supervisión constante para aplicar mantenimiento
preventivo al sistema de generación fotovoltaico.
Los sistemas de generación fotovoltaicos, no requieren abastecimiento de combustible, son totalmente silenciosos, requieren muy poco
mantenimiento y la vida útil de los paneles solares es de 20 a 25 años, con garantías de los fabricantes, lo cual ayuda a la conservación
del medio ambiente, y tiene un impacto económico muy favorable en este ámbito, ya que sería una gran inversión a largo plazo para la
Institución.

41. CONCLUSIONES
 La electricidad se produce en el mismo lugar donde se consume, eliminando la necesidad de instalar tendidos eléctricos, que suponen
no solo un importante costo económico, sino también un impacto para la ubicación geográfica de la Universidad con el fin de otorgarle
flexibilidad al sistema eléctrico de la misma, y brindándole un aporte favorable para el Sistema Eléctrico Nacional.
 Las desventajas del uso de este tipo de energía son despreciables, al compararlas con el inmenso beneficio de la explotación de la
misma, por lo tanto, se debe considerar como una de las mejores alternativas, al momento de elegir la implementación de un sistema de
respaldo en la Universidad, no solo ayudaría a disminuir el consumo energético diario de la misma, sino que también le daría un
reconocimiento a nivel nacional, pues sería la primera Universidad que utilizaría energía sustentable dentro de sus instalaciones,
promoviendo avances tecnológicos, y contribuyendo con el factor ecológico, aprovechando los recursos naturales disponibles y de fácil
procesamiento, para abastecer su propio consumo de energía eléctrica.

42. RECOMENDACIONES
 A la hora de dimensionar el sistema, fundamental conocer la ubicación geográfica, donde se quiere realizar la implementación del
sistema fotovoltaico, ya que se deben conocer datos exactos de espacio disponible para realizar la instalación de paneles, inversores,
bancos de baterías, sistema de transferencia.
 Por ser esta una fuente de energía renovable que se encuentra en expansión, cada día aparecen en el mercado nuevas empresas
sumándose a la creación de paneles solares generadores de energía, con mucha más potencia y una serie de componentes de mejor
calidad y rendimiento, por esto, es importante que la persona interesada en aplicar un sistema de generación fotovoltaico, se
encuentre actualizado en cuanto a nuevos avances y así pueda elegir de forma adecuada los fabricantes, a la hora de realizar algún
proyecto de esta clase.
 Ya que el estudio arrojo, que el potencial eólico, es una alternativa conveniente para la URU, se debe evaluar la utilización de
generadores eólicos, pero ubicados en el lago, evaluando la permisología y el tipo de base del generador a implementar.
 Se recomienda evaluar un sistema de generación hibrido, entre fotovoltaico y eólico, para disminuir la numerosa cantidad de paneles
solares, implementando el sistema de generación eólico para pequeñas cargas de iluminación, o alguna carga específica.

43. GRACIAS TOTALES!