escuela politécnica del ejército carrera de ingeniería electrónica automatización y control...

Escuela Politécnica del Ejército

Carrera de Ingeniería ElectrónicaAutomatización y Control

Proyecto de Grado para la obtención del título de Ingeniería

“Estudio de prefactibilidad para la provisión de energía eléctrica, sistemas redundantes y sistemas de protección para el Proyecto de control y

Vigilancia por Radares para la Reserva Marina de Galápagos”

Damián Betancourt Garcés

17 de Julio de 2012

Componentes

Santa Cruz

San CristóbalIsabela

Estación Radar Isabela

Latitud Longitud AlturaMuelle Cabota

je

0º57’44’’S

90º57’33.8”O

2.9 msnm

Situación Actual• Transformador

75kVA

•Monofásico

• 7620/110/220

• Analizador de redes: 13-19/04/2012, 10/7

•Demanda máxima: 65kVA = 86%

Estación Radar San Cristóbal

Latitud Longitud AlturaCanter

a Piedra

0º54’51’’S 89º36’45”O

70.6msnm

Situación Actual

•No existe energía eléctrica

• Línea de MT cercana

• Trifásica,13.2kV

Línea MT 13.2kVLínea MT 13.2kV

Estación RadarEstación Radar

Línea MT• Trifásica, 13.2kV

• Subterránea, 285m

• Transformador 30kVA

• Padmounted, 3F

• ∆-Y

•Conductor Cu, XLPE, #2AWG 15kV

Línea MT aéreaLínea MT aérea

Trafo 30kVA, 3FTrafo 30kVA, 3F

Línea MT SubterráneaLínea MT Subterránea

Estación Radar Sta. Cruz

Latitud Longitud Altura

Hab 90º44’2

1’’S 90º18’24’’O15.7

msnm

Situación Actual• Transformador

25kVA

•Monofásico

• 7970/110/220

• Analizador de redes: 08-14/06/2012, 10/7

•Demanda máxima: 6.9kVA = 28%

Demanda Estaciones Radar

• Conductor de acometida

• Caída de tensión 2.5%

• Cu, TTU, #8AWG

• Isabela, Santa Cruz: monofásica 3H, 110/220

• San Cristóbal: trifásica 4H, 110/220

Demanda máxima

P1 Carga DC 165.40W

P2 Carga AC 94W

P3Potencia nominal

Inversor300W

P4 P3/Eficiencia η (0.87) 344.83W

P5Cargador/Fuente

P1+P4510.23W

P6 P5 + 50% 765.34W

P7 P6/η (0.7) 1093.34W

P8 Carga Caseta 1110W

P9 Carga AC + 50% 3305.02W

P10 Demanda máxima3592.41V

A

Sistema Redundante• Cargador/Fuente

• 85A, 12VDC

• Alimentación 120VAC, 50/60Hz

• Inversor DC-AC

• 300W, 110VAC

• Baterías VRLA

• 7u, 12VDC

• 180Ah (10h)

Estación Radar Isabela

AcometidAcometida BTa BT

AcometidAcometida BTa BT

CargadorCargador/Fuente/Fuente

CargadorCargador/Fuente/Fuente

CasetaCasetaCasetaCaseta

A/C, A/C, baliza, baliza,

alumbradalumbradoo

A/C, A/C, baliza, baliza,

alumbradalumbradoo

Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías

Equipos Equipos DCDC

Equipos Equipos DCDC

InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos ACAC

Equipos Equipos ACAC

Estación Radar San Cristobal

AcometidAcometida BTa BT

AcometidAcometida BTa BT

CargadorCargador/Fuente/Fuente

CargadorCargador/Fuente/Fuente

CasetaCasetaCasetaCaseta

A/C, A/C, baliza, baliza,

alumbradalumbradoo

A/C, A/C, baliza, baliza,

alumbradalumbradoo

Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías

Equipos Equipos DCDC

Equipos Equipos DCDC

InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos ACAC

Equipos Equipos ACAC

AcometidAcometida MTa MT

AcometidAcometida MTa MT

Estación Radar Sta. Cruz

AcometidAcometida BTa BT

AcometidAcometida BTa BT

CargadorCargador/Fuente/Fuente

CargadorCargador/Fuente/Fuente

CasetaCasetaCasetaCaseta

A/C, A/C, baliza, baliza,

alumbradalumbradoo

A/C, A/C, baliza, baliza,

alumbradalumbradoo

Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías

Equipos Equipos DCDC

Equipos Equipos DCDC

InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos ACAC

Equipos Equipos ACAC

Sistema de Protección

Elemento VoltajePotencia

W

CorrienteA

Capacidad Termomagné

tico

Cargador/Fuente 110 Vac 1093.34 9.94 15A

Baliza Torre Radar 110 Vac 150.00 1.36 5A

Iluminación 110 Vac 200.00 1.82 5A

Toma Corriente Auxiliar

110 Vac 200.003.64  5A

Toma Corriente Exterior

110 Vac 200.00

Aire Acondicionado 110 Vac 600.00 5.45 8A

Banco de Baterías 12 Vdc - 85 100A

Equipos DC 12 Vdc 165.40 13.78 15A

Inversor (Equipos AC) 12 Vdc 162.07 13.51 15A

Protecciones MT

Sistema de Protección

EstaciónCorriente

AcometidaCapacidad

Termomagnético

Isabela, Santa Cruz 16.33A Bipolar, 20A

San Cristóbal 9.98A Tripolar, 10A

Linea MT 1.31A Fusible tipo K, 2A

Estación Cerro Crocker

Latitud Longitud AlturaCrocke

r0º38’3

3’’S 90º19’33’’O826.8msnm

Situación Actual

•No existe posibilidad de conexión eléctrica

Demanda Estación Crocker

• Energía solar:

• Eólica 61%

• Fotovoltaica 39%

Demanda máxima

P1 Carga AC 90W

P2 Carga Caseta 138W

P4 (P1+P2) + 25% 285W

P5Potencia Nominal

Inversor300W

P6 P5/η (0.87) 344.83W

Energía

E1 P1*24h2160

Wh/día

E2 P2*12h1656

Wh/día

E3 (E1+E2)+50%5724

Wh/día

E4 E3/η (0.87)6579.31

Wh/día

Estación Crocker• Generador Eólico

• Viento efectivo 8h/día, 7-8 m/s, E, S/E

• P real (m/s) = 500W

• Sistema Fotovoltaico

• 4.39 kWh/m2/día

• 6 módulos fv

• ∠óptimo = 15º

Generador Eólico

Modelo Zonhan ZH750W

Potencia Nominal 750W

Tensión DC Nominal

24V

Diámetro rotor 2.7m

Módulo Fotovoltaico

Modelo Lorentz LC175-24M

Potencia Pico 175W

Tensión DC Nominal

24V

Diámetro rotor 1580x808x35 mm

Corriente pico 5A

Corriente cc 5.4A

Estación CrockerSistema Fotovoltaico

Energía FV requerida, E

2579.31 Wh/día

Tensión DC del sistema, V

24V

Corriente pico del sist. fv

29.38A

Arreglo módulos 6x1

Corriente pico del sistema fv (ApicoFV), cantidad de corriente requerida en el mes de peor radiación solar, bajo condiciones nominales

Estación CrockerControlador Eólico FV

ModeloZonhan FKJ-

B

Potencia eólica 1 kW

Potencia fotovoltaica 2 kW

Configuración baterías

24VDC

Condiciones Op.10-40ºC,

90%

Baterías de acumulación

Tipo VRLA

Capacidad nominal 180 Ah

Tensión DC nominal 12 V

Profundidad descarga, Pd

60%

Número de baterías 24

Estación CrockerSistema Acumulación

Energía Total, E6579.31 Wh/día

Tensión DC del sistema, V 24 V

Días de autonomía, Da 4 días

Capacidad banco baterías, Capbb

2193.10 Ah

Arreglo baterías 12x2

Sistema de Protección

Elemento VoltajePotencia

WCorriente

A

Capacidad Termomagné

tico

Equipos AC 110 Vac 90.00 0.82 5A

Iluminación 110 Vac 30 0.27 5A

Toma Corriente Auxiliar

110 Vac 200 1.82 5A

Módulos FV 24 Vdc 1050.00 38.88 40A

Generador Eólico 24 Vdc 750.00 31.25 40A

Banco de Baterías 24 Vdc - 70.13 80A

Inversor DC-AC 24 Vdc 344.83 14.37 25A

Estación Cerro Crocker

ControladControladoror

Eólico FVEólico FV

ControladControladoror

Eólico FVEólico FV

Banco de Banco de BateríasBateríasBanco de Banco de BateríasBaterías InversorInversorInversorInversor Equipos Equipos

ACACEquipos Equipos

ACAC

Turbina Turbina eólicaeólica

Turbina Turbina eólicaeólica

Arreglo Arreglo FotovoltaiFotovoltai

coco

Arreglo Arreglo FotovoltaiFotovoltai

coco

Puesta a Tierra• Sistema de Protección contra Rayo

• IEC 62305

• 97% < 100kA, 91% > 10kA

• LPL III

• R<10Ω

• Puesta a tierra

• IEEE Std. 80, 81, 141, 142

• Mejoramiento de suelo

PATPATSPRSPRPATPATSPRSPR

PATPATEquipoEquipo

ss

PATPATEquipoEquipo

ss

PATPATTransformaTransforma

dordor

PATPATTransformaTransforma

dordor

Puesta a Tierra

Voltaje Voltaje de Pasode PasoVoltaje Voltaje de Pasode Paso

Voltaje Voltaje de de

ContactContactoo

Voltaje Voltaje de de

ContactContactoo

Ec.

VoltajesVoltajesTolerablTolerabl

eses70kg70kg

VoltajesVoltajesTolerablTolerabl

eses70kg70kg

VoltajesVoltajesRealesReales

VoltajesVoltajesRealesReales

SPR

• Esfera rodante: r=42m

•Radio de protección h=24m: 24.60m

• Superficie superior

SPR• Esfera rodante r=42m

• Radio de protección h=12m:17.34m

• Superficie superior

SPR•Dispositivo

Captador S=200mm2

• Electrodo PAT anillo conductor Cu

• Suelo rocoso poco profundo

•Mejoramiento de Suelo

•R=6.40Ω

PAT Caseta•Malla de Cu

• Suelda exotérmica

• Electrodo L=1.8m

• Lx mínimo=3.6m

• h profundidad = 2m

• R=12.82Ω

• Copperweld vs. Grafito

PAT Transformador•Malla de Cu

• Suelda exotérmica

• Electrodo L=1.8m

• Lx mínimo=3.6m

• h profundidad = 2m

• R=12.82Ω

• Copperweld vs. Grafito

Análisis de Costos• Análisis por Precio

Unitario

•Cantidad de obra

• P.U. c/rubro

• Presupuesto de materiales, maquinaria y herramienta, mano de obra, costos indirectos

Rubro (u)

AMaterial

esCantid

adP.U. S.T.

BMaq &

HerHr $/Hr S.T.

C Mano O Hr $/Hr S.T.Costos Directos A+B+C

Precio Unitario CD+CI

Presupuesto

Presupuesto Total

Materiales$ 98

863.93

Maq & Herr$ 8

889.72

Mano Obra$ 36

578.22

Costos Directos$ 144

331.87Costos Indirectos

30%$ 43

299.56

Costo Total CD+CI$ 187

631.43

Costos IndirectosCostos Indirectos %CDDirección de obra 8%Administrativos 1%

Locales provisionales 1%Vehículos 3%

Servicios Públicos 1%Garantías y Seguros 5%

Prevención de Accidentes

1%

Utilidad 10%CI 30%

Inversión

Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4

I. Mensual$ 102

782.01$ 39 755.83 $ 38 228.50 $ 6 865.09

% I. Mensual

55% 21% 20% 4%

I. Acumulada

$ 102 782.01

$ 142 537.84

$ 180 766.34

187 631.43

% I. Acumulada

55% 76% 96% 100%

MantenimientoComponente

Vida útil

Cantidad/10 años

ValorCosto/

10 años

Baterías10

años45.00 $ 295.00 $ 13 275.00

Cargador/Fuente

10 años

3.00 $ 1 619.00 $ 4 857.00

Controlador5

años2.00 $ 3 800.00 $ 7 600.00

Generador eólico

10 años

1.00 $ 990.00 $ 990.00

Inversores10

años4.00 $ 236.00 $ 944.00

Módulos FV10

años6.00 $ 395.00 $ 2 370.00

Mantenimiento PAT

5 años

2.00 $ 3 503.00 $ 7 006.00

Costo mantenimiento cada 10 años $ 37 042.00

Análisis de Costos• Proyecto de Control &

Vigilancia por Radares para la RMG

• $ 480 000 USD

•RMG 140 000 km2

• 20 000 Hab, 170 000 Visitantes

•Consumo Total 11 kVA

Análisis de Costos

$$/

Hab

$/Visitan

te

$/km²

W/km²

Proyecto $ 480

000.00

$

24.00

$ 2.82

$ 3.43

0.07

Componente

$ 187 631.43

$

9.38

$ 1.10

$ 1.34