Generación alternativa para antenas repetidoras de telecomunicaciones ubicadas en zonas ...

185 Pages·2007·1.51 MB·Spanish

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

GENERACIÓN ALTERNATIVA PARA ANTENAS REPETIDORAS DE
TELECOMUNICACIONES UBICADAS EN ZONAS REMOTAS

POR
JUAN DO NASCIMENTO FERNANDES

INFORME DE PASANTÍA
PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA

( TOMO I )

Sartenejas, diciembre del 2.006
i
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

GENERACIÓN ALTERNATIVA PARA ANTENAS REPETIDORAS DE
TELECOMUNICACIONES UBICADAS EN ZONAS REMOTAS

POR
JUAN DO NASCIMENTO FERNANDES

TUTOR ACADÉMICO: PROF. ELMER SORRENTINO
TUTOR INDUSTRIAL: ING. JESÚS DIEZ

INFORME DE PASANTÍA
PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA

Sartenejas, diciembre del 2.006
ii
GENERACIÓN ALTERNATIVA PARA ANTENAS REPETIDORAS DE
TELECOMUNICACIONES UBICADAS EN ZONAS REMOTAS
POR
JUAN DO NASCIMENTO FERNANDES

RESUMEN
En el presente trabajo se hizo un estudio de las posibles soluciones para generación de
energía eléctrica mediante métodos alternativos con el fin de suplir la demanda de las
antenas repetidoras de CANTV-Movilnet que se deseen ubicar en zonas fuera del
alcance del servicio de las empresas de distribución eléctrica. Un requerimiento
fundamental de la empresa es eliminar la dependencia de un eventual despacho de
combustible, lo que derivó en descartar la generación eléctrica mediante motores de
combustión interna y mediante celdas de combustible (celdas de hidrógeno).
Se hizo una estimación del ciclo de carga diaria de las antenas repetidoras y se evaluó el
uso de tecnologías fotovoltaicas, eólicas e híbridas (eólica - fotovoltaica). Por otra parte,
se investigó sobre los recursos eólicos y solares disponibles en la Isla La Tortuga.
La evaluación de las diversas opciones se realizó primero mediante el uso de un sofware
denominado Homer®, el cual permite simular las posibles soluciones técnicas,
incluyendo el modelo híbrido (eólico - fotovoltaico). Se realizó una comparación inicial
de las diferentes soluciones obtenidas con el uso del sofware Homer® y se determinó
que 2 aerogeneradores de 1 kW con un banco de baterías de 800 Ah era la mejor
solución. Esta solución fue también simulada mediante un sofware para análisis
económico de proyectos de generación eléctrica alternativa, denominado RetScreen®,
para obtener un estudio económico detallado que, además, es comparado con la solución
tradicional para este tipo de sistemas (mediante motores de combustión interna).
iii
AGRADECIMIENTOS

Al Prof. Luís Rojas, quien es también tutor del presente trabajo, por su apoyo
incondicional y constantes aportes significativos. El Prof. Rojas desde el comienzo de la
investigación fue la persona que motivó el uso de los sofware RetScreen® y Homer® y
le dio seguimiento al desarrollo de este trabajo aún estando fuera del país.
Al Prof. Elmer Sorrentino, quien es un excelente profesional, por asesorarme en la
manera global de enfocar el tema y motivarme fuertemente a hacer de este trabajo de
investigación una referencia obligada para futuras investigaciones.
Al Ing. Daniel Madsereihan, quien confió en mi profesionalismo y me brindó la
oportunidad de formar parte de la corporación CANTV-Movilnet.
A la Asistente Zuly Moreno, por su ayuda incondicional en todos los tramites
administrativos y auxiliarme en un sin fin de ocaciones.
Al Ing. Jesús Diez, quien en todo momento manifestó especial interés en mi trabajo y
puso todos los recursos necesarios a mi disposición. Gracias por su trato cercano y sus
concejos.
A los ingenieros de la gerencia de energía de Movilnet (Ailín, Alírio, Jorge y Reinaldo),
quienes constantemente me transferían sus conocimientos, me apoyaban en mis ideas y
me hicieron sentir parte de su familia de trabajo.
A mis familiares, los que me dieron fuerzas para superar los obstáculos y por brindarme
lo más importante de la vida, un hogar.

iv
ÍNDICE GENERAL:
RESUMEN……………………………………………………………………... iii
AGRADECIMIENTOS………………………………………………………... iv
ÍNDICE GENERAL……………………………………………………………. v
ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………… viii
ÍNDICE DE TABLAS………………………………………………………….. xi
1. Capítulo 1: Introducción………………………………………………….. 1
2. Capítulo 2: Descripción de la empresa y objetivos del trabajo.…………... 4
2.1. Descripción de la empresa…………………………………………… 4
2.2. Objetivos del trabajo…………………………………………………. 6
3. Capítulo 3: Introducción a las Tecnologías de Generación Alternativa….. 8
3.1. Aerogeneradores……………………………………………………... 8
3.1.1 Generalidades…………………………………………………. 8
3.1.2 Máquinas eléctricas usadas en aerogeneradores……………… 12
3.1.3 Regulación del voltaje de salida………………………………. 15
3.1.4 Caja multiplicadora…………………………………………… 18
3.1.5 Control………………………………………………………... 19
3.1.6 Mantenimiento………………………………………………... 21
3.2. Celdas solares Fotovoltaicas…………………………………………. 22
3.2.1 Fundamentos de los sistemas solares fotovoltaicos…………... 23
3.2.2 Factores de pérdida y modelo equivalente de las celdas solares
fotovoltaicas……………………………………………………... 31
3.2.3 Control de carga y componentes auxiliares…………………... 37
3.2.4 Mantenimientos necesarios…………………………………… 44
3.2.5 Código eléctrico Nacional 1.999……………………………… 45
v
3.3. Celdas de hidrógeno………………………………………………….. 45
3.4. Baterías………………………………………………………………. 48
3.4.1 Fundamentos de las baterías…………………………………… 48
3.4.2 Tipos…………………………………………………………... 49
3.4.3 Estimación del banco de baterías……………………………... 53
3.4.4 Característica de recarga……………………………………… 56
4. Capítulo 4: Descripción del sistema a alimentar………………………….. 60
5. Capítulo 5: Métodos para la evaluación técnico-económica de las posibles 68
soluciones para alimentar “La Tortuga”……………………………………
5.1. RetScreen® y Homer® como herramientas para la realización del
estudio de la factibilidad de proyectos de generación eléctrica……… 68
5.1.1 RetSceen®: “PV3” modelo para soluciones fotovoltaicas y
“WIND3” modelo para soluciones eólicas…………………….. 72
5.1.2 Homer®: Modelos múltiples, permite integrar casi todas las
formas de generación eléctrica posibles y caracterizar cada uno
de sus componentes…...………………………………………... 76
5.1.3 Parámetros financieros que aplican para el caso específico de la
corporación CANTV-Movilnet, utilizados para el estudio de
factibilidad económica de los proyectos por medio del uso de
los programas RetScreen® y Homer®………………………… 80
5.1.4 Comparación de las soluciones tradicionales con las nuevas
energías…………………………………………..…………….. 82
5.2 Recursos eólicos y solares disponibles en Venezuela………………... 93

vi
5.3 Elaboración de una hoja de cálculo de estimación rápida de la
dimensión de un arreglo fotovoltaico y su banco de baterías y su
aplicación directa como solución energética para el proyecto “La
Tortuga”………………………………………………...…………….. 99
5.4 Verificación de la dimensión del arreglo solar fotovoltaico instalado
en la estación “El Crucero” (repetidora de la radio base de la
población de Elorza) por método de estimación preliminar………….. 116
6. Capítulo 6: Análisis de las opciones y selección de la más conveniente…. 118
6.1 Escenarios posibles para el suministro eléctrico en el proyecto “La
Tortuga” mediante generación alternativa……………………………. 118
6.1.1 Escenarios con generación eólica exclusiva…………………… 118
6.1.2 Escenario con generación fotovoltaica exclusiva……………… 138
6.1.3 Escenario con generación híbrida (eólica - fotovoltaica)……... 147
6.2 Discusión y elección de la solución más conveniente………………... 149
7. Capítulo 7: Conclusiones y recomendaciones……………………………. 155
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………. 157
APÉNDICE 1: Sección 690 del Código Eléctrico Nacional.
APÉNDICE 2: Hoja de cálculo del proyecto “La Tortuga” hecha en Excel.
APÉNDICE 3: Hoja de cálculo del proyecto “El Crucero” hecha en Excel.

vii
ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Organigrama de la Vicepresidencia de Operaciones y Sistemas de la 5
Corporación CANTV-Movilnet…………………………………………………...
Figura. 3.1. Aerogenerador Bergy BWC XL.1 de 1 kW. ………………………… 10
Figura. 3.2. Curva de potencia de un aerogenerador Bergy BWC XL.1 de 1 kW... 11
Figura. 3.3. Composición del panel fotovoltaico………………….……………… 28
Figura. 3.4. Esquema representativo de la interacción de la luz y el flujo de
corriente en una celda fotovoltaica.……………………………..………………... 34
Figura. 3.5. Circuito equivalente de una celda solar. …………………………...... 35
Figura. 3.6. Curva Corriente vs. Voltaje de una celda solar ante una carga
resistiva variable, manteniendo la temperatura y la irradiancia. …………………. 37
Figura. 3.7. Control de carga paralelo con resistencia disipadora…………...…… 39
Figura. 3.8. Control de carga en paralelo (con MOS-FET)………………………. 39
Figura. 3.9. Ejemplos de unidades modulares de celdas de combustible……..... 47
Figura. 3.10. Variación de la reserva de baterías ante la peor condición de carga
(4 días sin sol). ……………………………………………………………............ 54
Figura. 3.11. Característica de recarga de una batería a 25°C……….…………… 56
Figura 3.12. Etapas de la recarga de la batería. ………………………..…………. 58
Figura. 4.1. Energía (a la derecha) y Potencia (a la izquierda) vs. Costo………… 62
Figura. 4.2. Tráfico celular en centrales…………………………………………... 65
Figura. 4.3. Consumo esperado para un equipo repetidor celular CDMA………... 66
Figura. 4.4. Modelo de contenedor de baterías con ventilación tipo marina y
desahogo tipo chinea……………………………………………………………… 67

viii
Figura. 5.1. Flujograma propuesto en esta pasantía para desarrollar un proyecto
de generación alternativa (eólica y/o solar)………………………………………. 70
Figura. 5.2. Diagrama unifilar de la solución de motogenerador…………………. 85
Figura. 5.3. Mapa eólico de Venezuela (satelital) medido a 10 m de altura……… 97
Figura. 5.4. Mapa eólico de Venezuela (satelital) medido a 50 m de altura…...…. 97
Figura. 5.5. Variación de la velocidad medida horaria anual en la isla La Orchila. 98
Figura. 6.1 Recurso eólico en la zona La Tortuga………………………………... 125
Figura. 6.2. Variación del recurso eólico respecto a la altura…………………….. 125
Figura. 6.3 Datos de inclusión del aerogenerador………………………………… 126
Figura. 6.4. Característica de la producción de potencia del aerogenerador……… 126
Figura. 6.5. Caracterización de la carga horaria…………………………………... 127
Figura. 6.6. Proyección de la producción diaria de potencia del aerogenerador…. 127
Figura. 6.7. Datos de las baterías…………………………………………………. 128
Figura. 6.8. Diagramas unifilar del circuito compuesto por generación eólica
exclusiva………………………………………………………………………...... 128
Figura. 6.9. Resultados de la simulación 1……………………………………….. 129
Figura. 6.10. Producción energética del sistema………………………………….. 129
Figura. 6.11. Producción horaria de potencia del aerogenerador…………………. 130
Figura. 6.12. Acumulación de frecuencia en la producción de potencia del
aerogenerador. ……………………………………………………………………. 130
Figura. 6.13. Estado de la carga de las baterías en el tiempo……………………... 131
Figura. 6.14. Dinámica de carga y descarga de las baterías………………………. 131
Figura. 6.15. Resultados de la simulación 2……………………………………… 134
Figura. 6.16. Producción energética del sistema………………………………….. 134
Figura. 6.17. Producción de potencia horaria del aerogenerador…………………. 135
ix
Figura. 6.18. Acumulación de frecuencia en la producción de potencia del
aerogenerador……………………………………………………………………... 135
Figura. 6.19. Estado de carga de las baterías en el tiempo……………………….. 136
Figura. 6.20. Dinámica de carga y descarga de las baterías………………………. 136
Figura. 6.21. Resultados de la simulación 3……………………………………… 137
Figura. 6.22. Diagrama unifilar del circuito compuesto por generación
fotovoltaica exclusiva…………………………………………………………….. 138
Figura. 6.23. Datos de inclusión del recurso solar en la zona……………………. 142
Figura. 6.24. Datos del sistema fotovoltaico……………………………………… 143
Figura. 6.25. Resultados de la simulación 4……………………………………… 143
Figura. 6.26. Producción energética del sistema………………………………….. 144
Figura. 6.27. Producción horaria del generador fotovoltaico……………………... 144
Figura. 6.28. Característica de la producción diaria promedio del generador
fotovoltaico……………………………………………………………………….. 145
Figura. 6.29. Estado de carga de las baterías en el tiempo……………………….. 145
Figura. 6.30. Dinámica de carga y descarga de las baterías fotovoltaico………… 146
Figura. 6.31. Acumulación de frecuencia en la producción de potencia del
generador …………………………………………………………………………. 146
Figura. 6.32. Diagramas unifilar del circuito compuesto por generación híbrida
(eólica – fotovoltaica)…………………..………………………………………… 147
Figura. 6.33. Resultados de la simulación 5……………………………………… 148
Figura. 6.34. Balance anual, parámetros financieros y flujo de caja anual
simulados en RetScreen®………………………………………………………… 152
Figura. 6.35. Costos del proyecto y viabilidad financiera del proyecto…………... 153
Figura. 6.36. Flujo de caja acumulado en el tiempo de vida del proyecto……… 154
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