adecuaciÓn de las condiciones elÉctricas respecto a

ADECUACIÓN DE LAS CONDICIONES ELÉCTRICAS RESPECTO A MANTENIMIENTO DE REDES E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA SOLAR

FOTOVOLTAICO EN LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA DEPARTAMENTAL TÉCNICA LA VIOLETA, UBICADA EN SOPÓ, CUNDINAMARCA

LAURA CAMILA MARTÍNEZ ACUÑA CÓDIGO: 2164082

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS DIVISIÓN DE INGENIERÍAS

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL 2020

ADECUACIÓN DE LAS CONDICIONES ELÉCTRICAS RESPECTO A MANTENIMIENTO DE REDES E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA SOLAR

FOTOVOLTAICO EN LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA DEPARTAMENTAL TÉCNICA LA VIOLETA, UBICADA EN SOPÓ, CUNDINAMARCA

LAURA CAMILA MARTÍNEZ ACUÑA CÓDIGO: 2164082

TRABAJO DE GRADO MODALIDAD PASANTÍA PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERA AMBIENTAL

DIRECTORA Nidia Elena Ortiz Penagos

Ingeniera Química Magíster Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS DIVISIÓN DE INGENIERÍAS

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL 2020

TABLA DE CONTENIDO

DEDICATORIA ..................................................................................................................................... 8

AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................................... 9

RESUMEN ......................................................................................................................................... 10

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 11

2. OBJETIVOS ................................................................................................................................ 13

2.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................ 13

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................................... 13

3. MARCO REFERENCIAL .............................................................................................................. 14

3.1 MARCO CONTEXTUAL ............................................................................................................ 14

3.1.1 Fundación Natural Planet ................................................................................................ 14

3.1.2 Eco Escuelas .................................................................................................................... 14

3.1.3 Institución Educativa Departamental Técnica (IEDT) La Violeta Sopó, Cundinamarca .... 15

3.1.4 Terranum Corporativo ..................................................................................................... 15

3.1.5 Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) .............................................. 15

3.1.6 Sopó, Cundinamarca ....................................................................................................... 15

3.1.7 Condiciones Climáticas Sopó, Cundinamarca ...................................................................... 16

3.1.8 Temperatura Sopó, Cundinamarca .................................................................................. 16

3.2 MARCO TEÓRICO .................................................................................................................... 16

3.2.1 Energías Renovables o Alternativas ................................................................................. 16

3.2.2 Energías Renovables en Colombia ................................................................................... 17

3.2.3 Energía Eléctrica en Cundinamarca ................................................................................. 17

3.2.4 Matriz Energética Colombia (BID) ................................................................................... 18

3.2.5 Energía Solar ................................................................................................................... 18

3.2.6 Energía Solar Fotovoltaica ............................................................................................... 19

3.2.7 Fundamentos de un sistema solar fotovoltaico............................................................... 20

3.3 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................................ 20

3.3.1 Energía Eléctrica ....................................................................................................... 20

3.3.2 Instalaciones Eléctricas .................................................................................................... 21

3.3.4 Eficiencia energética ................................................................................................. 21

3.3.5 Radiación Solar ......................................................................................................... 21

3.4 MARCO LEGAL .................................................................................................................. 22

4. DESARROLLO DE LA PASANTÍA ................................................................................................. 23

METODOLOGÍA ............................................................................................................................ 23

4.1 FASE I: Diagnóstico ................................................................................................................. 24

4.2 FASE II: Cambio y/o restauración de las redes eléctricas ....................................................... 24

4.3 FASE III: Dimensionamiento e implementación de un sistema solar fotovoltaico para suplir

las necesidades más relevantes con base en el presupuesto asignado ........................................ 24

4.4 FASE IV: Capacitación a la comunidad educativa ............................................................. 25

5. RESULTADOS ............................................................................................................................ 26

5.1 FASE I: Diagnóstico ................................................................................................................. 26

5.2 FASE II: Cambio y/o restauración de las redes eléctricas ................................................. 36

5.3 FASE III: Dimensionamiento e implementación de un sistema solar fotovoltaico para

suplir las necesidades más relevantes con base en el presupuesto asignado .............................. 37

5.3.1 Dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico ................................................... 38

5.3.2 Sistema solar fotovoltaico ........................................................................................ 40

5.3.3 Características panel solar ........................................................................................ 41

5.3.4 Características del inversor ...................................................................................... 42

5.4 FASE IV: Capacitación a la comunidad educativa ............................................................. 42

CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 52

RECOMENDACIONES ........................................................................................................................ 53

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................................ 54

ANEXOS ............................................................................................................................................ 58

ANEXO A. ...................................................................................................................................... 58

ANEXO B. ...................................................................................................................................... 59

ANEXO C. ...................................................................................................................................... 60

ANEXO D. ..................................................................................................................................... 61

ANEXO E. ...................................................................................................................................... 62

ANEXO F. ...................................................................................................................................... 63

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Sistema Solar WorkStar ____________________________________________________ 41 Ilustración 2 Taller energía eléctrica _____________________________________________________ 44 Ilustración 3 Elaboración avisos informativos Uso de la energía _____________________________ 44 Ilustración 4 Dinámica cubo estaciones producción de la energía eléctrica ____________________ 45 Ilustración 5 Elaboración Reloj Solar _____________________________________________________ 47 Ilustración 6 Modelo Reloj Solar _________________________________________________________ 47 Ilustración 7 Explicación elaboración Reloj Solar __________________________________________ 47 Ilustración 8 Capacitación Docentes Energía Solar Fotovoltaica _____________________________ 50 Ilustración 9 Pruebas Panel Solar IEDT La Violeta ________________________________________ 50 Ilustración 10 Panel Solar Fotovoltaico IEDT La Violeta ____________________________________ 50 Ilustración 11 Explicación Energía Solar Fotovoltaica ______________________________________ 51 Ilustración 12 Ubicación IEDT La Violeta _________________________________________________ 58 Ilustración 13 Plano IEDT La Violeta _____________________________________________________ 59 Ilustración 14 Tomacorriente antes del cambio ____________________________________________ 60 Ilustración 15 Cable sin tomacorriente ___________________________________________________ 60 Ilustración 16 Balastos Tubo Delgado Doble ______________________________________________ 60 Ilustración 17 Interruptor después del cambio _____________________________________________ 60 Ilustración 18 Tomacorriente después de la restauración ___________________________________ 60 Ilustración 19 Paneles Led IEDT La Violeta _______________________________________________ 61 Ilustración 20 Paneles 18 V en cambio de Balastos ________________________________________ 61 Ilustración 21 Conexión Sistema Solar Fotovoltaico Salón 24 _______________________________ 62 Ilustración 22 Entrega Sistema Solar Fotovoltaico a la IEDT La Violeta _______________________ 62 Ilustración 23 Taller Energía Eléctrica ____________________________________________________ 63 Ilustración 24 ¿Qué es la Energía Eléctrica? ______________________________________________ 63 Ilustración 25 ¿Cómo se produce la energía eléctrica? _____________________________________ 64 Ilustración 26 Taller Energía Solar _______________________________________________________ 64 Ilustración 27 ¿Qué es la energía Solar? _________________________________________________ 65 Ilustración 28 Ventajas y Desventajas de la Energía Solar __________________________________ 65 Ilustración 29 ¿Cómo hacer un reloj solar? _______________________________________________ 66 Ilustración 30 Taller Energía Solar Fotovoltaica ___________________________________________ 66 Ilustración 31 ¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica? _____________________________________ 67 Ilustración 32 ¿Cómo se produce la Energía Solar Fotovoltaica? ____________________________ 67

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Marco Legal ___________________________________________________________________ 22 Tabla 2. Ficha NPF DG 001 ____________________________________________________________ 26 Tabla 3. Elementos necesarios para la restauración y/o mantenimiento de las redes eléctricas __ 36 Tabla 4. Aparatos que van a funcionar a partir del Sistema Solar Fotovoltaico _________________ 38 Tabla 5 Parámetros sistema solar fotovoltaico ____________________________________________ 40 Tabla 6 Características panel solar ______________________________________________________ 41 Tabla 7 Características del inversor _____________________________________________________ 42 Tabla 8. Ficha metodológica Taller Energía Eléctrica ______________________________________ 43 Tabla 9 Ficha metodológica Taller Energía Solar __________________________________________ 45 Tabla 10 Ficha metodológica Taller Energía Solar Fotovoltaica _____________________________ 49

LISTA DE DIAGRAMAS

Diagrama 1 Matriz Energética Colombia _________________________________________________ 18 Diagrama 2 Esquema energía solar fotovoltaica ___________________________________________ 19 Diagrama 3 Metodología _______________________________________________________________ 23

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DEDICATORIA

A mis abuelos Sofía y Álvaro por su compañía y amor incondicional, a mis

Padres por darme la oportunidad de acceder a la educación superior, a la

facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Santo Tomás por las

experiencias vividas durante todo el proceso de formación académica,

especialmente por la asesoría para la ejecución y elaboración de este proyecto.

9

AGRADECIMIENTOS

A mis Padres por todo el sacrificio y compañía en todo mi proceso de formación,

a mis abuelos por el amor, la ayuda y la fe puesta en mí, a mi familia por ser mi

cómplice constante en todas mis decisiones.

A la docente Nidia Ortiz, por su paciencia y acompañamiento en el proceso de

elaboración y ejecución de este proyecto. Por sus pautas y enseñanzas dadas en

todo mi proceso de formación profesional. Por su Don de gente e increíble

calidad humana.

A la Fundación Natural Planet por permitirme hacer mi proyecto de grado en esta

organización y también por permitirme tener mi primera experiencia como

profesional.

A mis amigos y compañeros de la facultad de Ingeniería Ambiental por hacer

más amena e inolvidable mi maravillosa travesía de formación como Ingeniera.

A las demás personas que de alguna u otra forma aportaron para que este

proyecto de vida se hiciera realidad.

10

RESUMEN

La Fundación Natural Planet, entidad ejecutora del proyecto Ecoescuelas, que fue financiado por Terranum Corporativo implementó el componente de uso eficiente de la energía en la Institución Educativa Departamental Técnica (IEDT) La Violeta ubicada en Sopó, Cundinamarca, institución que fue escogida para implementar este proyecto junto a otras dos instituciones rurales del departamento de Cundinamarca. Teniendo en cuenta la intermitencia que se presentaba en el servicio de energía eléctrica se desarrolló el presente proyecto que consistió en implementar el componente del uso eficiente de la energía a través de cuatro fases: diagnóstico inicial de las redes eléctricas internas, cambio y reconexiones de tramos de estas según el diagnóstico inicial, dimensionamiento e implementación de un sistema solar fotovoltaico y capacitación a la comunidad educativa.

Con la ejecución de este proyecto se mejoraron significativamente las redes eléctricas y luminarias internas de: veinticinco (25) salones de clase, baños, salas de maestros, biblioteca, bodegas y corredores de la IEDT La Violeta que se encontraban en mal estado y/o que no funcionaban. Además, se implementó un sistema solar fotovoltaico que suplió el total de la energía necesaria para el funcionamiento de los aparatos de un salón de clase, teniendo en cuenta el presupuesto asignado; estas acciones influyeron positivamente en el desarrollo del proceso de formación educativa de los estudiantes beneficiados. Adicionalmente se capacitó a la comunidad educativa en temas de ambiente y energía con el fin de que transversalizaran los conocimientos adquiridos en todo su entorno.

Palabras clave: Eco escuelas, Educación ambiental, Energía solar fotovoltaica, intermitencia de energía eléctrica.

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1. INTRODUCCIÓN

La transición hacia las energías alternativas es uno de principales retos al que se enfrenta el país actualmente. Sí bien, Colombia es país con emisiones de CO2

medianamente bajas [1]. teniendo en cuenta, su extensión, población y nivel de industrialización; también, es uno de los países más vulnerables al cambio climático. Lograr alternar la energía renovable desde las grandes metrópolis, hasta los lugares más apartados para suplir la deficiencia y/o intermitencia en la generación del servicio de energía es todo un desafío. En la actualidad lugares cómo: Barranquilla, Antioquía y Yumbo; han implementado proyectos de energías renovables en las escuelas, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero, en su mayoría han sido proyectos de responsabilidad social y ambiental de empresas como: Consejo Estadounidense de Construcción Verde (U.S. Green Building Council – USGBC, Empresas Públicas de Medellín (EPM) y GiraVerde. La transformación de energía de estos proyectos ha sido de un 22% aproximadamente, incluyendo en sus proyectos un proceso de formación en cultura energética y ambiental proporcionando conceptos básicos y alternativas de consumo en los niños, niñas y jóvenes. [2]. Con el fin de seguir contribuyendo con proyectos de responsabilidad ambiental y empresarial por Terranum Corporativo, apoyado por la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) desarrolló el proyecto Ecoescuelas en tres escuelas de Cundinamarca una de estas beneficiadas fue la Institución Educativa Departamental Técnica (IEDT) La Violeta, ubicada en Sopó, Cundinamarca; institución en donde el servicio de energía eléctrica presentaba intermitencia en el servicio, afectando el proceso de aprendizaje de los estudiantes y su calidad de vida, este proyecto fue ejecutado por la Fundación Natural Planet. Dentro de sus componentes teóricos el proyecto Escoescuelas incluyó el uso eficiente y ahorro de la energía para ser desarrollado a través de cuatro ejes articuladores: dimensión pedagógica, cultura ambiental, gestión ambiental y entorno local en instituciones rurales del departamento de Cundinamarca. La IEDT La Violeta fue una de las instituciones beneficiadas, para el desarrollo de este proyecto se fijaron 4 fases: diagnóstico inicial, cambio y/o restauración de redes eléctricas y luminarias, dimensionamiento e implementación de un sistema solar fotovoltaico y capacitación al comité ambiental. Cumpliendo con las fases propuestas y el presupuesto asignado se llevó a cabo la ejecución de este proyecto, obteniendo finalmente altos beneficios para los estudiantes de la IEDT La Violeta, dentro de los cuales se pueden destacar: mejora de la infraestructura eléctrica interna de la institución, contribuir

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minoritariamente a la disminución de la huella de carbono implementando fuentes de energía renovables para la producción de energía, implementación de un sistema solar fotovoltaico para el salón 24 y capacitación al comité ambiental de la institución, generando en ellos alternativas para el cuidado y preservación del ambiente a partir del uso eficiente de la energía.

13

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Adecuar las condiciones eléctricas respecto a mantenimiento de redes e implementación de un sistema solar fotovoltaico en la Institución Educativa Departamental Técnica La Violeta, ubicada en Sopó, Cundinamarca.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar el estado de las redes y luminarias. de la Institución Educativa Departamental Técnica La Violeta ubicada en Sopó, Cundinamarca, a través de un diagnóstico.

Implementar mejoras al sistema eléctrico de la Institución Educativa Departamental Técnica La Violeta, de acuerdo, a las necesidades encontradas en el diagnóstico inicial respecto a las condiciones de las redes y luminarias.

Dimensionar e implementar un sistema de energía solar fotovoltaico para la Institución Educativa Departamental La Violeta, teniendo en cuenta, los requerimientos más apremiantes y el presupuesto asignado por Terranum Corporativo.

Capacitar al Comité Ambiental de la IEDT conformado por 29 estudiantes de los diferentes niveles y al cuerpo de profesores en los principios y funcionamiento del sistema solar fotovoltaico y su transición hacia este tipo de energía, mediante talleres a estudiantes y docentes.

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3. MARCO REFERENCIAL

3.1 MARCO CONTEXTUAL

3.1.1 Fundación Natural Planet

La Fundación Natural Planet es una entidad que se dedica a preservar y conservar el ambiente, gestionando programas y proyectos sostenibles dirigidos a instituciones educativas, entidades gubernamentales y al sector privado con el fin de mitigar el daño causado por la sociedad al ambiente. Trabaja también en el cuidado del uso racional de los recursos naturales, la preservación de los ecosistemas y las especies en vía de extinción. Brinda asesoría y elabora proyectos de orden político, administrativo y ambiental a entes territoriales de orden: distrital, municipal y departamental; organizaciones, instituciones y empresas privadas. Además, estimula, desarrolla, y lidera procesos de investigación con el fin de fomentar el desarrollo sostenible. Dentro del portafolio de servicios ofrece servicios de: silvicultura forestal, consultoría ambiental, programas de gestión del riesgo y proyectos de educación ambiental. [3].

3.1.2 Eco Escuelas

El proyecto Eco Escuelas es una iniciativa de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR), desarrollada por la empresa Terranum Corporativo S.A.S, en alianza con la Fundación Natural Planet. Presenta una visión de futuro sustentable y crecimiento social, económico y ambiental para los estudiantes de las instituciones educativas departamentales: San Martín, del municipio de Gachanchipá; La Violeta, del municipio de Sopó y El Cerrito, del municipio de Funza. EcoEscuelas es una estrategia pedagógica para fortalecer la gestión ambiental en las escuelas y promover la cultura ambiental en la comunidad educativa. Integra varios componentes ambientales a través de los cuales los estudiantes y sus familias reciben formación en temas como: ahorro y uso eficiente del agua, cambio climático, uso eficiente de la energía, manejo de residuos sólidos, consumo sostenible, biodiversidad y gestión del riesgo, entre otras. Se espera que las Instituciones Educativas y la empresa Terranum Corporativo S.A.S continúen fortaleciendo el programa y se puedan vincular nuevas empresas con el proyecto; entretanto, la Corporación continuará trabajando y acompañando el fortalecimiento de la cultura ambiental en el territorio. [4].

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3.1.3 Institución Educativa Departamental Técnica (IEDT) La Violeta Sopó, Cundinamarca

La IEDT está ubicada en el municipio de Sopó, Cundinamarca, municipio localizado al norte de Bogotá exactamente a 39 km de distancia. El municipio cuenta con 14 veredas: Hato Grande, Aposentos, Pueblo Viejo, La Carolina, Centro Alto, Gratamira, Meusa, San Gabriel, Mercenario, Agua Caliente, Violeta, Chuscal, Bellavista y La Diana.

La IEDT La Violeta, se encuentra ubicada en el sector meridional del municipio en el valle del río Teusacá, afluente del río Bogotá en La Vereda La Violeta (Anexo A). La IEDT en su sede principal, alberga estudiantes desde el grado cuarto de primaria hasta el grado once de bachillerato. Sus áreas comunes incluyen jardines, huertas, zonas verdes, laboratorios, criaderos agropecuarios, entre otros. (Anexo B). [5].

3.1.4 Terranum Corporativo Provee el bienestar de las comunidades, la productividad de las empresas y la consolidación de redes de colaboración, mediante el desarrollo de proyectos inmobiliarios sostenibles. Los proyectos se desarrollan a partir de: integralidad, sostenibilidad, rigurosidad y dinamismo. Algunos de los socios estratégicos son: Cadillac Fairview, Grupo Santo Domingo, Fundación Santo Domingo. [6].

3.1.5 Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR)

La CAR al igual que las demás corporaciones tienen por objeto la ejecución de las políticas, planes, programas y proyectos sobre medio ambiente y recursos naturales renovables, así como el cumplimiento y oportuna aplicación a las disposiciones legales vigentes sobre su disposición, administración, manejo y aprovechamiento, conforme a las regulaciones, pautas y directrices expedidas por el MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE. [7].

3.1.6 Sopó, Cundinamarca El municipio está ubicado en el Departamento de Cundinamarca, a 39km de la capital del país, es decir, hace parte del área metropolitana de Bogotá y también de la provincia Sabana Centro. El casco urbano se ubica entre los 4° 54' 50" de latitud norte y a los 73° 57' 06" de longitud oeste. Tiene una extensión total de

16

111,5km2 de los cuales 1,06km2 hacen parte del área urbana y 110,44km2 del área rural, tiene una población aproximada de 29.120 habitantes y su temperatura promedio es 14°C. [8].

3.1.7 Condiciones Climáticas Sopó, Cundinamarca

En Sopó, los veranos son largos y cómodos; los inviernos son cortos, fríos y mojados y está nublado durante todo el año. Durante el transcurso del año, la temperatura generalmente varía de 6 °C a 19 °C y rara vez baja a menos de 2 °C o sube a más de 21 °C.

3.1.8 Temperatura Sopó, Cundinamarca

La temporada templada dura 3,9 meses, del 10 de diciembre al 8 de abril, y la temperatura máxima promedio diaria es más de 18 °C. El día más caluroso del año es el 6 de febrero, con una temperatura máxima promedio de 19 °C y una temperatura mínima promedio de 7 °C. La temporada fresca dura 2,3 meses, del 21 de junio al 30 de agosto, y la temperatura máxima promedio diaria es menos de 17 °C. El día más frío del año es el 16 de enero, con una temperatura mínima promedio de 6 °C y máxima promedio de 19 °C. La duración del día en Sopó no varía considerablemente durante el año, solamente varía 24 minutos de las 12 horas en todo el año. El día más corto es el 21 de diciembre, con 11 horas y 50 minutos de luz natural; el día más largo es el 20 de junio, con 12 horas y 24 minutos de luz natural. [9].

3.2 MARCO TEÓRICO

3.2.1 Energías Renovables o Alternativas

Las energías renovables son aquellas energías que provienen de recursos naturales que no se agotan y a los que se puede recurrir de manera permanente. Su impacto ambiental es nulo en la emisión de gases de efecto invernadero como el CO2. Se consideran energías renovables la energía solar, la eólica, la geotérmica, la hidráulica y la eléctrica. También pueden incluirse en este grupo la biomasa y la energía mareomotriz. [10].

https://www.endesa.com/es/sostenibilidad/a201610-energias-renovables.html?utm_source=blog_twenergy

17

3.2.2 Energías Renovables en Colombia

Colombia es un país que goza de una matriz energética relativamente rica tanto en combustibles fósiles como en recursos renovables. Actualmente, la explotación y producción energética del país está constituida a grandes rasgos en un 93% de recursos primarios de origen fósil, aproximadamente un 4% de hidroenergía y un 3% de biomasa y residuos.

De esa explotación primaria, el país exporta aproximadamente un 69%, principalmente en forma de carbón mineral (aprox. el 94% del producido, representando el 62% de las exportaciones energéticas) y petróleo (aprox. el 66% del producido, representando el 36% de las exportaciones energéticas), y utiliza un 31% del cual, cerca del 78% corresponde a recursos fósiles y el 22% a recursos renovables (figura 1.2). El país depende entonces en cerca de un 78% de combustibles fósiles que hoy en día está en capacidad de autoabastecer,2 y cuyos niveles de producción actuales (a 2013) indican reservas suficientes para cerca de 170 años en el caso de carbón, del orden de 7 años para el petróleo y 15 años para el gas natural (UPME, 2014c). En el caso de este último, es necesario tener en cuenta que conforme las tasas de producción decrecen y la demanda aumenta, se prevé la necesidad de realizar importaciones a partir del año 2017 o 2018. Dada la baja participación del carbón en la canasta energética doméstica, y la alta participación de combustibles líquidos derivados del petróleo y del gas natural, aun contando con el descubrimiento de nuevas reservas de estos recursos, el desarrollo de fuentes alternativas locales de energía que puedan sustituir por lo menos parcialmente el uso de estas fuentes en el transcurso de las próximas décadas cobra relevancia para satisfacer la demanda energética doméstica futura, a fin de no tener que ceder a una alta dependencia en la importación de estos energéticos convencionales en el largo plazo. [11].

3.2.3 Energía Eléctrica en Cundinamarca

El servicio de energía eléctrica en Cundinamarca tiene coberturas de 99,60% en cabeceras municipales, 97,93% en centros poblados y 92,68% en áreas rurales. A nivel general, Cundinamarca tuvo una cobertura de energía eléctrica de 97,31%. Los municipios de menor cobertura en energía eléctrica fueron Yacopí (72,34%), Paratebueno (79,11%), Paime (79,37%), Medina (82,75%) y Pulí (83,92%). Por otro lado, Madrid (99,95%), Soacha (99,92%), Funza (99,86%), Mosquera (99,83%) y El Rosal (99,81%) tienen las mayores coberturas. [12].

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3.2.4 Matriz Energética Colombia (BID)

Colombia tiene una de las matrices de generación eléctrica más limpias del mundo. A diciembre de 2018, la capacidad instalada de generación en el Sistema Interconectado Nacional fue de 17.312 Mega-watts (MW). En el Diagrama 1se puede observar que, del total de la capacidad instalada, el 68,4% correspondió a generación hidráulica, casi el 30% a generación térmica (13,3% con Gas Natural, 7,8% con combustibles líquidos y 9,5% con carbón) y aproximadamente el 1% con Fuentes No Convencionales de Energía Renovable (FNC) (eólica, solar, y biomasa). [13].

Diagrama 1 Matriz Energética Colombia

Fuente: [13].

3.2.5 Energía Solar

La energía solar directa es la energía del Sol sin transformar, que calienta e ilumina. Es una de las energías renovables con mayores posibilidades. Necesita sistemas de captación y de almacenamiento para aprovechar la energía del sol de distintas maneras:

Utilización directa: Mediante la incorporación de acristalamientos arquitectónicos con elevada masa y capacidad de absorción de energía térmica, es la adsorción de energía térmica, es la llamada energía solar térmica pasiva.

Transformación en calor: Es la llamada energía solar térmica, que consiste en el aprovechamiento de la radiación que proviene del Sol para calentar fluidos que circulan por el interior de captadores solares térmicos.

Transformación en electricidad: Es la llamada energía solar fotovoltaica que permite transformar en electricidad la radiación solar por medio de

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células fotovoltaicas integrantes de módulos solares. Esta electricidad se puede utilizar de manera directa, se puede almacenar en acumuladores para un uso posterior, e incluso se puede introducir en la red de distribución eléctrica. [14].

3.2.6 Energía Solar Fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica es aquella que transforma la energía del sol en energía eléctrica. La energía solar fotovoltaica se basa en el principio de que la energía contenida en las partículas de luz (los fotones) puede ser convertida en electricidad. Esto se logra a través del denominado proceso de conversión fotovoltaica. [15].

La representación de la producción de energía solar fotovoltaica se describe en el Diagrama 2: los paneles fotovoltaicos toman la luz solar para generar una corriente directa, la cual es transferida y aprovechada por la mayoría de los equipos eléctricos. La energía generada pasa a través de un medidor, que la cuantifica. Luego continua hacia una caja de suministro eléctrico, donde se distribuye hacia la red del lugar.

Diagrama 2 Esquema energía solar fotovoltaica

Fuente: [16].

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3.2.7 Fundamentos de un sistema solar fotovoltaico

Algunos materiales semiconductores como el silicio y algunos polímeros, tienen la propiedad de absorber fotones que tienen la energía suficiente para desprender electrones. Los huecos dejados por estos electrones generan un campo eléctrico positivo y el fujo de electrones produce un campo negativo. Sí se conectan conductores eléctricos tanto del lado positivo como del negativo, se forma un circuito eléctrico con corriente eléctrica. Cuando la luz del sol incide sobre ciertos materiales llamados semiconductores, los fotones son capaces de transmitir su energía a los electrones de valencia del semiconductor para que rompan el enlace que los mantiene ligados a los átomos respectivos. Por cada enlace roto queda un electrón libre para circular dentro del sólido. La falta de electrón en el enlace roto se llama hueco. La estructura física de los semiconductores crea un campo eléctrico que establece una trayectoria de los electrones liberados de manera que se genera una corriente eléctrica. A partir de ahí comienza el funcionamiento eléctrico convencional: la corriente continua producida llega a los inversores que la transforman en corriente alterna y pasa a un transformador que eleva la tensión para acoplarse a la red de 15 kilovoltios a la que está conectada la central. Además del panel solar, el sistema solar fotovoltaico contiene: un regulador o controlador de carga, un inversor y una batería. El regulador es el dispositivo encargado de proteger la batería contra sobrecargas y sobre descargas profundas. El inversor transforma la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna. [17].

3.3 MARCO CONCEPTUAL

3.3.1 Energía Eléctrica

La energía eléctrica es el movimiento de electrones. Definimos energía eléctrica o electricidad como la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos. La electricidad tiene muchas aplicaciones técnicas. Muchos de los fenómenos relacionados con la electricidad pueden medirse y calcularse previamente con gran precisión. [18].

https://energia-nuclear.net/que-es-la-energia-nuclear/atomo/electron

https://solar-energia.net/electricidad

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3.3.2 Instalaciones Eléctricas

Se denomina instalaciones eléctricas a los circuitos eléctricos que con los componentes que lo conforman (conductores, equipos, máquinas y aparatos) establece un sistema eléctrico que se utiliza para la generación, transformación y distribución final de la energía eléctrica para sus distintos usos. Las líneas eléctricas incluyen circuitos de iluminación comienzan desde el panel de distribución principal de la instalación y cada línea contiene tres conductores: fase, neutro y tierra. [19].

3.3.4 Eficiencia energética

La eficiencia energética o el uso eficiente de la energía es utilizar la energía de manera eficiente para obtener un cierto resultado. Es la relación entre la cantidad de energía utilizada en una actividad y la prevista para su realización. [20].

3.3.5 Radiación Solar

La radiación solar es la energía emitida por el Sol, que se propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante ondas electromagnéticas. Esa energía es el motor que determina la dinámica de los procesos atmosféricos y el clima. La energía procedente del Sol es radiación electromagnética proporcionada por las reacciones del hidrogeno en el núcleo del Sol por fusión nuclear y emitida por la superficie solar. [21].

22

3.4 MARCO LEGAL

Tabla 1 Marco Legal

LEY/DECRETO DEFINICIÓN

Ley 115 de 1994 Art. 23

En el cual se establece la educación ambiental como un área obligatoria y fundamental necesaria para ofrecer en el currículo como parte del proyecto de Educativo Institucional, así como uno de los fines de la educación tendiente a la adquisición de una cultura ecológica basada en la adquisición de una conciencia para la conservación, protección y mejoramiento de medio ambiente, de la calidad de vida y del uso racional de los recursos naturales, entre otros.

Ley 1715 de 2014 Por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables convencionales al Sistema Energético Nacional.

Ley 1549 de 2012 Por medio de la cual se fortalece la institucionalización de la política nacional de educación ambiental y su incorporación efectiva en el territorio nacional a partir de la consolidación de estrategias y mecanismos de mayor impacto, en los ámbitos locales y nacionales, en materia de sostenibilidad del tema, en los escenarios intra, interinstitucionales e intersectoriales, del desarrollo nacional. Esto, en el marco de la construcción de una cultura ambiental para el país.

Ley 697 de 2001 Mediante la cual se fomenta el uso racional y eficiente de la energía, se promueve la utilización de energías alternativas y se dictan otras disposiciones.

Decreto 1073 de 2015

Se reglamenta el uso racional y eficiente de la energía, de tal manera que se tenga la mayor eficiencia energética para asegurar el abastecimiento energético pleno y oportuno, la competitividad del mercado energético colombiano, la protección al consumidor y la promoción de fuentes no convencionales de energía, dentro del marco del desarrollo sostenible y respetando la normatividad vigente sobre medio ambiente y los recursos naturales renovables.

ISO 50001:2018 La norma ISO 50001 “Sistemas de gestión de La Energía - Requisitos con orientación para su uso”, se basa en el modelo ISO de sistemas de gestión, que permite a una organización definir una estructura probada para lograr la mejora continua del desempeño energético y del Sistema de Gestión de la Energía (SGE) en sus procesos.

23

Fuente: Autora

4. DESARROLLO DE LA PASANTÍA

METODOLOGÍA

Para la ejecución del presente proyecto se desarrolló una metodología que consta de cuatro fases: diagnóstico inicial, cambio y/o restauración de las redes eléctricas, dimensionamiento e implementación de un sistema solar fotovoltaico y capacitación a la comunidad educativa. En el Diagrama 3 se pueden observar las actividades que tienen cada fase y su distribución dentro del proceso.

Diagrama 3 Metodología

Fuente: Autora

24

4.1 FASE I: Diagnóstico

Inicialmente, se realizó el diagnóstico de la Institución Educativa Departamental Técnica La Violeta, en donde se tendrá en cuenta el estado actual de las luminarias y de las redes eléctricas. Para esto, se utilizaron las fichas generales de diagnóstico eléctrico de la Dirección de Cultura Ambiental y Servicio al Ciudadano -DCASC de la Car del año 2016 [5]., que incluyen los siguientes aspectos a considerar: área o lugar de estudio; unidades y estado de luminarias, interruptores y puntos de red y observaciones pertinentes.

4.2 FASE II: Cambio y/o restauración de las redes eléctricas

Después del diagnóstico se cambiarán las redes eléctricas, luminarias, interruptores, bombillos, toma corrientes y demás elementos que se encuentren en mal estado. En caso de encontrar elementos que no necesitan cambio, se les realizará mantenimiento y/o restauración. Se evaluarán los ahorros de energía eléctrica por cambio de luminarias de menor consumo.

4.3 FASE III: Dimensionamiento e implementación de un sistema solar fotovoltaico para suplir las necesidades más relevantes con base en el presupuesto asignado

Posterior a la restauración de las redes eléctricas de la IEDT La Violeta, se dimensionarán el panel, controlador, capacidad de la batería e inversor del sistema solar fotovoltaico con base en necesidades relevantes y en el presupuesto asignado; teniendo en cuenta las siguientes ecuaciones:

25

Se determinarán las unidades de consumo eléctrico que suplirá el sistema con base en las actividades de la institución, respecto a luminarias y equipos eléctricos de mayor uso.

Después de tener el dimensionamiento y las características que deberá tener el sistema solar fotovoltaico, se adquirirán los equipos que lo componen, teniendo en cuenta los requisitos técnicos y el presupuesto asignado. Para la instalación se contratará personal especializado.

4.4 FASE IV: Capacitación a la comunidad educativa

Se realizarán talleres de educación ambiental en temas de energía solar, energía solar fotovoltaica y producción de energía eléctrica. Con base en los formatos de Ficha metodológica de la Corporación Autónoma Regional (CAR) se diseñarán los talleres a realizar y su metodología consistirá en aprender haciendo para que los estudiantes se apropien de la información.

Las capacitaciones se impartirán al comité ambiental conformado por 29 estudiantes y denominado “Guardianes del Teusacá” y además al cuerpo de docente de la Institución Educativa Departamental La Violeta.

26

5. RESULTADOS

5.1 FASE I: Diagnóstico

El diagnóstico eléctrico de las redes eléctricas internas y luminarias se realizó a través de la ficha técnica NPF DG 001 de la Dirección de Cultura Ambiental y Servicio al Ciudadano – DCASC del año 2016 de la CAR (Tabla 2). Consistió en revisar el estado de las instalaciones eléctricas internas en las instalaciones de la IEDT La Violeta plasmadas en el Anexo B, se tuvo en cuenta: salones, biblioteca, aulas múltiples, auditorio, baños, laboratorios y salas de sistemas. El diagnóstico realizado no incluyó las zonas administradas por terceros ni las viviendas privadas, que sí bien están ubicadas dentro del perímetro de la IEDT La Violeta no participan en el desarrollo de las actividades académicas. Las herramientas a implementar no involucraron obras de remodelación ni reparaciones locativas, únicamente obras de adecuación para finalmente instalar un sistema de energía solar fotovoltaico de acuerdo a parámetros establecidos por la CAR y aprobados por el financiador del proyecto Terranum Corporativo. Tampoco se incluyeron valoraciones de las redes, conexiones y obras relacionadas con servicios públicos y abastecimiento de energía proporcionada por el municipio.

Tabla 2. Ficha NPF DG 001

FICHA NPF DG 001

Redes Eléctricas y Luminarias

Salón 42 Segundo Piso/ Bloque 1

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado

Observación Buen Estado

Mal Estado

1 Interruptor Sencillo X

2 Toma corriente doble X

2 Balasto-Tubo Delgado

(Doble) X Fundidos

4 Puntos de red eléctrica

para luminarias X

Puntos de red deshabilitados


Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

27

1 Interruptor Sencillo X

4 Toma corriente doble X X Tres en mal estado

y una en buen estado

2 Balasto - Tubo Delgado

(Doble) X


para luminarias X



Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

1 Interruptor Sencillo

X

4 Toma corriente doble X X Tres en mal estado

y uno en buen estado


(Doble) X


para luminarias X



Cantidad (Ud.)

Ítem

Estado


Mal Estado


X Alto deterioro

4 Toma corriente doble X X Dos en buen

estado y dos en mal estado


(Doble) X

1 luminaria fundida y anclaje al techo

con riesgo a soltarse


para luminarias X



Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado


X Alto deterioro

4 Toma corriente doble X X Dos en buen


28

2 Balasto - Tubo

Delgado (Doble)

X 2 Fundidos


para luminarias X



Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado


X

5 Toma corriente doble X X Cuatro en buen estado y uno en

mal estado.


(Doble) X 2 Fundidos

Corredor Segundo Piso/ Bloque 1

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

1 Toma corriente doble X

6 Lámparas negras a través del corredor

X


Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado


X Alto deterioro

6 Toma corriente doble X X 4 en buen estado y

2 en mal estado

1 Punto de red eléctrica

X

2 Interruptor sencillo X

1 Interruptor triple X

1 Taco de tres circuitos X


(Doble) X X

3 en buen estado y 8 en mal estado

1 Punto red para televisor X

1 Caja metálica para estabilizador de 8

puntos X

Deshabilitado

Salón 44-45 Artes Segundo Piso/ Bloque 2

Cantidad (Ud.)

Ítem

Estado


Mal Estado

29

7 Toma corriente X X Cinco en buen


1 Punto de red de datos X

Deshabilitados

1 Punto de parabólica X

Deshabilitados

8 Balasto - Tubo delgado

(Doble) X X

5 en buen estado y 3 en mal estado

1 Taco de tres circuitos X

Sin señalización

Salón 46 Laboratorio Segundo Piso/ Bloque 2

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

11 Toma corriente X X Ocho en buen

estado y tres en mal estado




(Doble) X X

8 en buen estado, una en mal estado

y una faltante


Deshabilitado


Deshabilitado

Baños Segundo Piso Mujeres Docentes / Bloque 2

Cantidad (Ud.)

Ítem

Estado


Mal Estado

1 Interruptor sencillo

afuera X


(Doble) X 2 en mal estado

Baños Segundo Piso Hombres Docentes / Bloque 2

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado


afuera X Alto deterioro


(Doble) X 2 fundidos

1 Punto toma corriente

X Alto deterioro Salón 24 Primer Piso / Bloque 1

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

30


5 Puntos toma corriente X X Dos en buen


1 Caja metálica para estabilizadores 6

puntos X

Deshabilitado

6 Bombillo incandescente X X

Dos en buen estado, tres

fundidos, y uno sin roseta

1 Taco pequeño de cuatro

puntos X

1 Smart Tv X


Deshabilitado Salón 25 Primer Piso / Bloque 1

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

5 Toma corriente X X Cuatro en buen estado y uno en

mal estado

1 Caja estabilizador de 6

entradas X

Caja Exterior Dañada

1 Taco pequeño de 4

puntos X

Deshabilitado

6 Bombillo incandescente X X Cinco en buen

estado, uno en mal estado sin roseta

1 Interruptor doble X

Salón 26 Primer Piso / Bloque 1

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

5 Punto Toma corriente X X Dos en buen



puntos X

6 Bombillo incandescente X X Cinco en buen

estado y uno en mal estado



31

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

5 Toma corriente X X Cuatro en buen estado y uno en

mal estado


puntos X

1 Punto de parabólica

X Deshabilitado

1 Interruptor triple

X Alto deterioro

6 Bombillo incandescente X X Cuatro en buen estado y dos en

mal estado Salón 28 Primer Piso / Bloque 1

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

5 Toma corriente X X Cuatro en buen estado y una en

mal estado


puntos X


Deshabilitado


(Doble) X X

Uno en buen estado y tres en

mal estado

4 Bombillo incandescente X X Tres en buen

estado y uno en mal estado



Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

4 Toma corriente X X Dos en buen


1 Punto de parabólica

X Deshabilitado


X

2 Balasto - Tipo tubo

delgado (Doble) X

4 Bombillo incandescente

X

Salón 30 Bodega Aseo Primer Piso / Bloque 1

Cantidad Ítem Estado Observación

32

(Ud.) Buen Estado

Mal Estado


1 Bombillo incandescente X

1 Taco 2 circuitos X

No tiene tapa

Bodega Herramientas Primer Piso / Bloque 1

Cantidad (Ud.)

Ítem Estado


Mal Estado

2 Roseta bombillo incandescente

X No hay bombillos


Baño Niñas Primer Piso / Bloque 1

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado


X Fundidos


Baño Niños Primer Piso / Bloque 1

Cantidades (Und)

Ítem

Estado


Mal Estado


X Fundidos


Corredor Externo Primer Piso / Bloque 1

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado


Dos en buen estado y uno en

mal estado

1 Caja de tacos alta

tensión X

1 Toma corriente X


X

15 Bombillo Incandescente

externo X

Salón 31 Sala de Sistemas - Primer Piso/Bloque 2

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado

33

17 Computadores de

escritorio con control y audífonos

X

4 Balasto - Tubo delgado(Doble)

X X 2 en buen estado y 2 en buen estado

1 Tablero de 12 circuitos X


Deshabilitado


Deshabilitado

1 Toma corriente X

1 Taco de 2 circuitos

pequeño X

2 Interruptores sencillos X


Salón 33 Sala de Sistemas # 2 - Primer Piso/Bloque 2

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado

14 Computadores X

15 Mesas con estabilizador y puntos toma corriente

(naranja) X

2 Tacos con dos circuitos X X


(Doble) X X

7 en buen estado y uno en mal estado

5 Tacos con dos circuitos X


Deshabilitado

2 Interruptores sencillos X


X

Salón 34 Laboratorio # 2 - Primer Piso/Bloque 2

Cantidades (Und)

Ítem

Estado


Mal Estado

10 Toma corrientes X X Cinco en buen

estado y cinco en mal estado

8 Interruptores ubicados

en los 2 mesones X

1 Taco de 4 circuitos X




(Doble) X

34

2 Puntos para luminarias X

Deshabilitado Salón Audiovisuales No. 1 / Primer Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado


(Doble) X X

Uno en mal estado y uno en buen

estado

1 Red Eléctrica externa

X En tubo Pvc

2 Tomacorrientes X

1 Interruptor X

Salón Audiovisuales No. 1 / Primer Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado

2 Balasto tubo delgado

(Doble) X X

Uno en buen estado y unoa en

mal estado

2 Rosetas bombillo

incandescente X Sin bombillo

2 Interruptores

X

Salón Audiovisuales No. 2 / Primer Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado


(Doble) X

1 Red Eléctrica Externa

X En Canaleta

1 Caja de distribución

Eléctrica X Alto deterioro

Oficina Vigilancia

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado


1 Balasto - Tubo delgado(Doble)

X

Baño Vigilancia / Primer Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado

35


Baño Niños Primer Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado

1 Balasto Tubo

delgado(Doble) X

1 Interruptor X

Baño Niñas Primer Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado

1 Balasto Tubo delgado

(Doble) X

1 Interruptor X

Sala de Profesores / Primer Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado

6 Bombillo incandescente X X Cuatro en buen estado y dos en

mal estado

6 Tomacorrientes X

1 Interruptor X

Biblioteca / Segundo Piso

Cantidades (Und)

Ítem

Estado


Mal Estado

4 Balasto - Tubo Grueso

(Doble) X X

Dos en buen estado y dos en

mal estado

1 Tomacorrientes X

1 Interruptor X

Corredor Biblioteca - Rectoría / Segundo Piso

Cantidades (Und)

Ítem Estado


Mal Estado


X Fundido

1 Interruptor

X Alto deterioro

Fuente: Autora

36

Después de realizar el diagnóstico eléctrico de la IEDT La Violeta, se evidenció que las condiciones eléctricas, en términos generales son buenas; sin embargo, se cambiaron: toma corrientes, interruptores y cableado deteriorado, entre otros. Con respecto a las luminarias la mayoría presentó daño total además de que su instalación era de tipo balasto con bombilla incandescente, por lo que su uso se consideraba peligroso e ineficiente a nivel energético. Las luminarias externas de los corredores se encontraron totalmente fuera de funcionamiento. Es necesario mencionar que dentro del diagnóstico se logró identificar que la infraestructura de la IEDT La Violeta, contaba con buena iluminación natural en algunos de los salones.

5.2 FASE II: Cambio y/o restauración de las redes eléctricas

Después de realizar el diagnóstico inicial, se llevó a cabo el cambio y/o restauración de las redes eléctricas; para estos cambios se aprovechó el período de vacaciones y se contrató personal especializado teniendo en cuenta, el presupuesto asignado por Terranum Corporativo. Se adquirieron los siguientes insumos para la restauración de las redes eléctricas:

Tabla 3. Elementos necesarios para la restauración y/o mantenimiento de las redes eléctricas

CANTIDAD (Und.) DESCRIPCIÓN

56 Bombillo LED BEZTER 15 V

13 Interruptor sencillo Mercury satinado

3 Interruptor doble Mercury satinado

2 Interruptor triple Mercury satinado

2 Interruptor + Toma corriente Mercury

satinado

55 Panel LED 18V Maxxligth

35 Canaleta plástica 20*12

- Grapa plástica

55 Toma corriente Mercury satinada

Fuente: Autora

37

En la Tabla 3. se puede observar que se cambiaron: 56 bombillos LED de 15 V, 13 interruptores sencillos, 3 interruptores dobles, 2 interruptores triples, 2 interruptores más toma corriente, 55 tubos balasto incandescente de 36 V por 55 paneles LED de 18V, 55 tomacorrientes. Además, se colocaron 35 canaletas plásticas de 20*12 y grapas plásticas, adecuando significativamente la infraestructura de la red eléctrica interna (Anexo C).

5.3 FASE III: Dimensionamiento e implementación de un sistema solar fotovoltaico para suplir las necesidades más relevantes con base en el presupuesto asignado

Posterior a la restauración de las redes eléctricas internas, se dimensionó e instaló un sistema de energía solar fotovoltaico para suplir la intermitencia de energía que con frecuencia se presentaba en la IEDT La Violeta.

Teniendo en cuenta el presupuesto aprobado por Terranum Corporativo, se le dio prioridad al salón 24 del primer piso del bloque 1; salón en donde tomaban clase los estudiantes de grado undécimo y que a diferencia de los demás contaba con un Smart TV. Además de tener en cuenta aspectos físicos, se tuvo en cuenta que los estudiantes de grado undécimo además de verse afectados en su formación cómo bachilleres, también se veían afectados en su formación Técnica que era brindada por el Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA). A pesar de que únicamente se suministró energía solar fotovoltaica para un salón, en términos educativos y de formación, tiene relevancia fomentar el uso energías renovables. Los estudiantes de undécimo mejoraron sus condiciones para su proceso de formación técnica con el SENA, que anteriormente se veía afectado por la intermitencia del servicio de energía.

Para el dimensionamiento se tuvieron en cuenta los siguientes aspectos:

El sistema solar fotovoltaico para suplir la energía necesaria para que funcionen: un televisor Smart Tv de 43’’, dos paneles LED de 18W y un computador portátil.

El costo del sistema solar fotovoltaico incluyó: panel solar, inversor, regulador y batería. No fue superior al presupuesto dado inicialmente para el desarrollo del proyecto.

38

5.3.1 Dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico

Teniendo en cuenta que el lugar de instalación es Sopó, Cundinamarca, la radiación solar se calculó de la siguiente manera:

1. A través de la página de Google Maps se obtuvo la latitud y la longitud de la IEDT La Violeta. 4°52'05.0"N -73°57'41.2"W.

2. Para obtener el dato de radiación se ingresaron los datos de latitud y longitud a la página web de Energía Solar de la NASA (Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio), se seleccionaron: el formato de salida y los parámetros climatológicos. El sistema arroja finalmente una tabla en donde están los datos mensuales y el promedio anual, se tomó la radiación pico que corresponde a la menor radiación, porque se implementó un sistema aislado, teniendo en cuenta que se surte de energía almacenada en la batería en las horas de baja o nula radiación solar. La radiación pico es 4kWh/m2/día.

3. Después de obtener la radiación pico, se seleccionaron los equipos y luminarias que se van a abastecer de energía con el sistema solar.

Tabla 4. Aparatos que van a funcionar a partir del Sistema Solar Fotovoltaico

Fuente: Autora

El dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico se ajustó porque el presupuesto era limitado.

APARATO TIEMPO DE USO (HORAS)

WATTS PROMEDIO

Wh DIARIAS

Televisor 43’’ 1 200 200

Computador portátil

2 70 140

Bombillo LED 2,5 18 45

TOTAL 385

39

4. Después de tener la radiación solar se calculó la potencia requerida del panel monocristalino de 95% de eficiencia.

Debido a que se escogieron paneles de 100W, se requiere un solo panel, que además es el sistema que se ajusta al presupuesto asignado.

5. Cálculo de baterías

Se implementó una batería de 12V y 115AH que corresponde a 1380Wh.

6. Cálculo de inversor Para calcular el inversor se tiene en cuenta la energía instantánea que pasa a través de él, que es la energía que debe invertirse de corriente continua a corriente alterna.

La potencia mínima requerida del inversor es 897WhH.

7. Cálculo del controlador

40

Se requiere un controlador mínimo de 8,3A.

8. Cableado

Se requiere calibre 16 porque se requiere un solo panel. Se utilizaron 3m de cable.

Teniendo en cuenta los datos obtenidos anteriormente, se realizó una simulación de la conexión del sistema solar para su respectiva instalación. En cuanto a su inclinación y posición se fijó de acuerdo a la latitud que de acuerdo a la ubicación de la IEDT La Violeta es 4,5° hacia el sur. (Anexo D).

Posterior al dimensionamiento, Terranum Corporativo bajo los criterios técnicos proporcionados por la Fundación Natural Planet que se pueden observar en la Tabla , escogió el siguiente sistema solar fotovoltaico para la IEDT La Violeta, que cumplió con las características descritas anteriormente y con el presupuesto. El sistema solar fotovoltaico se adquirió a través de la plataforma de compras por internet Aliexpress.

Tabla 5 Parámetros sistema solar fotovoltaico

Parámetro Valor Total

Energía Total Requerida 385Wh

Potencia requerida panel 101W

Número de baterías 0,28 baterías

Inversor 897Wh

Controlador paneles 8,3ª Fuente: Autora

5.3.2 Sistema solar fotovoltaico

WORKSTAR High Efficiency 300W

Kit de sistema de energía Solar de 300W para principiantes, Panel Solar Flexible de 100w con controlador de 30 a, inversor de 1 kW, cargador Solar de 12V. [22].

41

El sistema incluía tres paneles solares, para este caso se utilizó únicamente uno ya que, los otros dos paneles solares se utilizaron para la implementación del sistema solar fotovoltaico en las otras dos instituciones beneficiarias del proyecto Ecoescuelas.

Ilustración 1 Sistema Solar WorkStar

Fuente: [22].

5.3.3 Características panel solar

Tabla 6 Características panel solar

Potencia máxima 100 W

Voltaje de funcionamiento 18-22 V

Tensión de circuito abierto 23 V

Corriente de funcionamiento Aproximadamente 5A

Corriente de cortocircuito 5.5A

Tamaño del panel 1200*560*3mm

Material de panel solar 36 UdsSolar de silicio monocristalino celular

Panel solar flexible Sí

Panel solar plegable No

42

Fuente: [22].

5.3.4 Características del inversor

Tabla 7 Características del inversor

Voltaje de entrada CC 12V/24V

Voltaje de salida AC110V/220V

Frecuencia 50Hz

Potencia máxima de salida 1000W

Potencia continua Máximo 500W

Inversor eficiencia 95%

Volumen 18,5*9,5*5,5 (cm)

Peso neto 0,8 KG Fuente: [22].

Después de adquirir el sistema solar fotovoltaico, se llevó a la IEDT La Violeta para su respectiva instalación. Se hizo la entrega al rector y al Comité Ambiental “Guardianes del Teusacá” del sistema solar junto con los certificados de garantía y manual de instrucciones, además se realizó la respectiva capacitación acerca de su funcionamiento. (Anexo E). Dentro de la articulación del proyecto Ecoescuelas ésta fue la última fase para cumplir con el componente de uso eficiente de la energía y a su vez, con los componentes establecidos; para que al terminar la ejecución del proyecto la Institución Educativa Departamental Técnica La Violeta, fuera reconocida como una escuela que ha empezado a incursionar en el uso sostenible de la energía en Cundinamarca.

5.4 FASE IV: Capacitación a la comunidad educativa

Los ejes transversalizadores del proyecto Ecoescuelas se dividían en: la dimensión pedagógica, el entorno local, la cultura ambiental y la gestión ambiental. A través de la dimensión pedagógica, se capacitó al personal docente de la IEDT La Violeta y por medio del eje de cultura ambiental al Comité Ambiental que era denominado “Guardianes del Teusacá” y estaba conformado por 29 estudiantes

43

que iban desde el grado cuarto de primaria hasta el grado undécimo. Las capacitaciones y talleres se planearon y consolidaron a través de la ficha pedagógica proporcionada por la Dirección de Cultura Ambiental y Servicio al Ciudadano de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR). Para el componente uso eficiente de la energía se realizaron tres talleres para el Comité Ambiental: ¿cómo funciona la energía eléctrica?, Energía solar (Reloj Solar) y Energía solar fotovoltaica (funcionamiento, ventajas y desventajas) y para el personal docente un taller: Energía solar fotovoltaica (funcionamiento, ventajas y desventajas).

Tabla 8. Ficha metodológica Taller Energía Eléctrica

PLANEACIÓN DE ACTIVIDADES DE FORMACIÓN

IDENTIFICACIÓN DE LA ACTIVIDAD

TIPO DE ACTIVIDAD

Taller ¿Cómo se produce la energía eléctrica?

PROYECTO EN EL QUE SE ENMARCA LA ACTIVIDAD

Proyecto Ecoescuelas 2019

NOMBRE PROCESO DE FORMACIÓN EN EL QUE SE ENMARCA

Componente Uso eficiente de la energía

OBJETIVO DE LA ACTIVIDAD

Explicar el funcionamiento de la energía eléctrica, sus propiedades y la importancia en el desarrollo de la humanidad.

CONCEPTOS O TEMÁTICAS A DESARROLLAR

Qué es energía

Cómo se produce la energía eléctrica

Beneficios de la energía eléctrica

Datos curiosos acerca de la energía eléctrica.

Duración 1,5 horas

GRUPO POBLACIONAL

Grupo Etario Nivel Escolaridad

No escolarizado Preescolar Básica y media Superior

Niños y Niñas (entre 6 y 12 años)

X

Adolescentes y jóvenes X

Adultos X

1.2 DESARROLLO METODOLÓGICO

Momento de Practica

Nombre Competencia por estaciones ¿Cómo se produce la energía eléctrica?

Materiales

Cubo de estaciones “fases de producción de la energía eléctrica”, hojas de colores, cartulinas, marcadores, colores, diapositivas (Anexo F)

Tiempo 1,5 horas

44

Ilustración 2 Taller energía eléctrica

Ilustración 3 Elaboración avisos informativos Uso de la energía

El dinamizador inicia con un saludo y bienvenida a los niños, en la que se presenta y da las indicaciones para el dar inicio a la actividad.

Cómo primera medida expone el concepto de energía y utiliza un video para demostrar cómo se produce la energía eléctrica, posteriormente explica las ventajas y desventajas de la energía eléctrica, finalmente menciona datos curiosos de la energía.

Para el momento de la dinámica, deberán lanzar el cubo que contiene en cada una de sus caras una de las fases de la producción de la energía, según la cara que arroje el dado formarán grupos y harán carteles informativos acerca del uso eficiente de la energía. Los carteles informativos serán difundidos en las instalaciones de la institución

REGISTRO FOTOGRÁFICO

Fuente: Archivo de fotos Fundación Natural Planet

45



Fuente: Informe General de Ecoescuelas 2019 Fundación Natural Planet

Tabla 9 Ficha metodológica Taller Energía Solar



TIPO DE ACTIVIDAD

Taller Energía Solar




Componente Uso eficiente de la energía

Ilustración 4 Dinámica cubo estaciones producción de la energía eléctrica

46


Elaborar un reloj solar y explicar la energía solar, sus ventajas e importancia para el desarrollo del mundo actual.


Energía solar

El sol cómo principal fuente de energía

Reloj solar

Ventajas y desventajas de la energía solar.

Duración 1,5 horas

GRUPO POBLACIONAL

Grupo Etario Nivel Escolaridad

No escolarizado Preescolar Básica y media Superior


X


Adultos


Momento de Practica

Nombre Modelo de reloj solar

Materiales Cartón paja o cartulina, regla, marcadores, transportador, Diapositivas (Anexo F)

Tiempo 1,5 horas

El dinamizador inicia con un saludo y bienvenida a los niños, en la que se presenta y da las indicaciones para el dar inicio a la actividad.

A través de medios audiovisuales explica qué es la energía solar, sus ventajas y desventajas. También explica la importancia del sol cómo fuente de energía y por qué es necesario hacer una transición hacia la energía solar para poder obtener beneficios ambientales y económicos a futuro.

Para la ejecución de la actividad se dieron las indicaciones para construir un modelo de reloj solar, se les explicó los conceptos de latitud y longitud, necesarios para poder identificar la hora, de acuerdo al sol en Colombia. Los estudiantes construyeron el reloj con ayuda de los materiales proporcionados por la Fundación Natural Planet.

1.4 REGISTRO FOTOGRÁFICO

47

Ilustración 6 Modelo Reloj Solar

Ilustración 7 Explicación elaboración Reloj Solar

Ilustración 5 Elaboración Reloj Solar


Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=vGpYNdsCNbs

48



49

Tabla 10 Ficha metodológica Taller Energía Solar Fotovoltaica



TIPO DE ACTIVIDAD Taller Energía Solar Fotovoltaica




Eje articulador “Dimensión Pedagógica”


Presentar el sistema solar fotovoltaico de la IEDT La Violeta, demostrando su funcionamiento, ventajas y desventajas por medio de conceptos.


Energía solar fotovoltaica

Cómo se produce

Ventajas y desventajas

Datos curiosos

Sistema solar fotovoltaico WorkStar

Duración 1,5h

GRUPO POBLACIONAL

Grupo Etario

Nivel Escolaridad

No escolarizado

Preescolar Básica y

media Superior

Primera infancia (menores de 5 años)


X


Adultos X


Momento Teórico

Nombre Producción de energía solar fotovoltaica

Materiales

Sistema solar fotovoltaico

Diapositivas (Anexo F) Tiempo

1 hora

El dinamizador inicia con un saludo y bienvenida a los niños y los profesores, posteriormente explica que el proyecto Ecoescuelas en su componente de Uso eficiente de la energía se encuentra en su fase final que es la implementación de un sistema solar fotovoltaico.

A través de medios audiovisuales se explica qué es la energía solar fotovoltaica, cómo se aprovecha, sus ventajas y desventajas además de algunos datos curiosos. Por medio del sistema solar se explica también las partes del mismo, explicando cómo funciona cada uno.

Se hizo entrega del manual de funciones y de los beneficios que después de tener el

50

Ilustración 8 Capacitación Docentes Energía Solar Fotovoltaica

Ilustración 9 Pruebas Panel Solar IEDT La Violeta

sistema solar van a tener la institución a nivel energético.

REGISTRO FOTOGRÁFICO



Ilustración 10 Panel Solar Fotovoltaico IEDT La Violeta

51

Ilustración 11 Explicación Energía Solar Fotovoltaica




52

CONCLUSIONES

A través del diagnóstico del estado de las redes eléctricas internas y luminarias de la IEDT La Violeta, se encontró que, debido a la antigüedad de la institución y a su falta de mantenimiento, algunas luminarias, balastos, tomacorrientes e interruptores estaban en mal estado, afectando el bienestar de la comunidad educativa y los procesos de enseñanza y aprendizaje.

Las mejoras implementadas permitieron que la iluminación en la Institución fuera más adecuada ya que en días nublados la iluminación natural era insuficiente. Además, con el cambio de balastos incandescentes por luz LED se disminuyó el consumo de energía de 1980W a 990W que corresponde a una reducción del 50% del consumo.

El dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico estuvo limitado por el presupuesto; sin embargo, se implementó el abastecimiento energético del e equipo de cómputo y del televisor del salón de mayor uso, mejorando los procesos académicos de los estudiantes de grado undécimo en su formación cómo bachilleres y también como aprendices del Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA).

Por medio de las capacitaciones al comité ambiental “Guardianes del Teusacá” y a los docentes, se aportaron conocimientos importantes que se espera sean aplicados en pro del cuidado y la preservación del ambiente. También se fijó la cultura ambiental cómo una alternativa en el desarrollo educativo de los estudiantes, aprovechando así las instalaciones de la IEDT La Violeta para que sea una Ecoescuela integral.

Teniendo en cuenta que las instituciones estatales adolecen de presupuesto para la mejora de su infraestructura en general, este tipo de proyectos contribuye a la solución de esta problemática; sin embargo, es importante trabajar mancomunadamente para dar continuidad a estos proyectos.

Desde la formación cómo ingeniero Tomasino la experiencia de trabajar en escuelas rurales, permitió transversalizar el ambiente a través de la sociedad, beneficiando así la calidad de vida de los estudiantes de la IEDT La Violeta y fijando una visión diferente acerca de las energías renovables.

La ejecución de este proyecto contribuyó minoritariamente al cumplimiento del Plan de Desarrollo Nacional, en su pacto por la calidad y eficiencia de los servicios públicos a partir de la implementación de nuevas tecnologías para el acceso a servicios públicos de las zonas más apartadas que en su mayoría son las zonas rurales de nuestro país.

53

RECOMENDACIONES

Se recomienda implementar energías renovables para alimentar al sistema eléctrico en cuanto a redes y luminarias que se adecuó ampliamente para disminuir costos.

Teniendo en cuenta la capacidad de la batería, se recomienda implementar más paneles solares para aprovechar este sobredimensionamiento de la misma.

Se sugiere continuar trabajando con propuestas que amplíen la cobertura de la energía solar fotovoltaica en la Institución Educativa Departamental Técnica La Violeta.

54

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] «Global Carbon Atlas,» 2018. [En línea]. Available: http://www.globalcarbonatlas.org/es/CO2-emissions. [Último acceso: 30 agosto 2020].

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55

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56

73f9b9862ff2&algo_expid=fa339c78-02b5-4e66-8f6d-73f9b9862ff2-5&btsid=0ab6f82c15944412061782001e0ab2&ws_ab_test=searchweb0_0,searchwe. [Último acceso: 13 septiembre 2019].

58

Ilustración 12 Ubicación IEDT La Violeta

ANEXOS

ANEXO A.

Ubicación IEDT La Violeta

Fuente: Google Earth

59

Ilustración 13 Plano IEDT La Violeta

ANEXO B.

Plano IEDT La Violeta

Fuente: Autor

60

Ilustración 14 Tomacorriente antes del cambio Ilustración 15 Cable sin tomacorriente

Ilustración 16 Balastos Tubo Delgado Doble

ANEXO C.

Cambio de unidades de la red eléctrica interna

ANTES

Fuente:

Archivo de

fotos

Fundación

Natural Planet


DESPUÉS

61

Ilustración 18 Tomacorriente después de la restauración

Ilustración 17 Interruptor después del

cambio

Ilustración 19 Paneles Led IEDT La Violeta

Ilustración 20 Paneles 18 V en cambio de Balastos



ANEXO D.

Conexión Sistema Solar Fotovoltaico IEDT La Violeta

62

Ilustración 21 Conexión Sistema Solar Fotovoltaico Salón 24

Fuente: Autora

ANEXO E.

Entrega Sistema Solar Fotovoltaico IEDT La Violeta

63

Ilustración 22 Entrega Sistema Solar Fotovoltaico a la IEDT La Violeta

Ilustración 23 Taller Energía Eléctrica

Ilustración 24 ¿Qué es la Energía Eléctrica?


ANEXO F.

Evidencias presentaciones Talleres Uso eficiente de la energía

Fuente: Archivo Fundación Natural Plane

64

Ilustración 25 ¿Cómo se produce la energía eléctrica?

Fuente: Archivo Fundación Natural Planet


Ilustración 26 Taller Energía Solar


65

Ilustración 27 ¿Qué es la energía Solar?


Ilustración 28 Ventajas y Desventajas de la Energía Solar


66

Ilustración 29 ¿Cómo hacer un reloj solar?


Ilustración 30 Taller Energía Solar Fotovoltaica


67

Ilustración 31 ¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?


Ilustración 32 ¿Cómo se produce la Energía Solar Fotovoltaica?


adecuaciÓn de las condiciones elÉctricas respecto a

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