Post on 06-Mar-2018
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS
Titulación: INGENIERÍA TÉCNICA DE MINAS ESPECIALIDAD
EN RECURSOS ENERGÉTICOS, COMBUSTIBLES Y
EXPLOSIVOS
PROYECTO FIN DE CARRERA
DEPARTAMENTO DE EXPLOTACIÓN DE RECURSOS
MINERALES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS
ESTUDIO ENERGÉTICO DE RENOVABLES
EN UNA EXPLOTACIÓN GANADERA
EVA RIVAS CARABIAS DICIEMBRE DE 2012
TITULACIÓN: INGENIERO TÉCNICO DE MINAS, ESPECIALIDAD
EN RECURSOS ENERGÉTICOS, COMBUSTIBLES Y EXPLOSIVOS
Autorizo la presentación del proyecto
Estudio energético de renovables en una explotación ganadera
Realizado por
Eva Rivas Carabias
Dirigido por
Juan Pous de la Flor
Firmado: Prof. Juan Pous de la Flor
Fecha: Diciembre 2012
AGRADECIMIENTOS
A mis padres, por darme la oportunidad de hacer el proyecto sobre su negocio y
facilitarme toda la información que he necesitado.
A mi Director de Proyecto, Juan Pous. Por ofrecerse a llevármelo.
I
ÍNDICE
RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI
ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI
DOCUMENTO Nº1: MEMORIA
1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA EXPLOTACIÓN . . . . . . 2
3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4 INTRODUCIÓN A LAS ENERGÍAS RENOVABLES . . . . . . 6
4.1 ENERGÍA SOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.2 ENERGÍA EÓLICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.3 ENERGÍA GEOTÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5 CÁLCULOS PREVIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
6 IMPACTO AMBIENTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
7 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
DOCUMENTO Nº2: ESTUDIO ECONÓMICO
1 CÁLCULOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1 ENERGÍA SOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 ENERGÍA EÓLICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3 ENERGÍA GEOTÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
II
2 PRESUPUESTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1 ENERGÍA SOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 ENERGÍA EÓLICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3 ENERGÍA GEOTÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
DOCUMENTO Nº3: PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TÉCNICAS
1 ENERGÍA SOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.1 PANELES FOTOVOLTAICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.2 BATERÍAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2 ENERGÍA EÓLICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.1 AEROGENERADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2 BATERÍAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 ENERGÍA GEOTÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1 BOMBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 TUBERÍAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3 BATERÍAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
DOCUMENTO Nº4: ANEXOS
1 TABLA DE LA FUNCIÓN GAMMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2 FOTOGRAFÍAS DEL TERRENO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
III
DOCUMENTO Nº5: PLANOS
1 PLANO DE LOS SISTEMAS DE CONDUCIÓN DE
FLUIDOS Y ELECTRICIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
IV
ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1. DISTRIBUCIÓN DE LA POTENCIA EÓLICA EN EL
EMPLAZAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
FIGURA 2. GRÁFICO DE RELACIÓN POTENCIA-VELOCIDAD
DE AEROGENERADOR DE 1000 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
FIGURA 3. GRÁFICO DE RELACIÓN POTENCIA-VELOCIDAD
DE AEROGENERADOR DE 1800 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
FIGURA 4. GRÁFICO DE RELACIÓN POTENCIA-VELOCIDAD
DE AEROGENERADOR DE 3000 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
FIGURA 5. GRÁFICO DE RELACIÓN POTENCIA-VELOCIDAD
DE AEROGENERADOR DE 10000 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
FIGURA 6. GRÁFICO DE RELACIÓN POTENCIA-VELOCIDAD
DE AEROGENERADOR DE 20000 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
V
ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1. PARÁMETROS PARA LA OBTENCIÓN DE LA
IRRADIANCIA DIARIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
TABLA 2. DISTRIBUCIÓN DE LA RELACIÓN VELOCIDAD-
PROBABILIDAD MENSUAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
TABLA 3. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS NECESARIOS
PARA LA OBENCIÓN DE LAS CONSTANTES EÓLICAS POR
INTERVALOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
TABLA 4. PARÁMETROS PARA LA OBTENCIÓN DEL
POTENCIAL EÓLICO EN EL EMPLAZAMIENTO POR CADA
AEROGENERADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
TABLA 5. DISTRIBUCIÓN DE LAS POTENCIAS PARA
AEROGENERADORES DE 1 kW EN RELACIÓN CON SUS
VELOCIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
TABLA 6. DISTRIBUCIÓN DE LAS POTENCIAS PARA
AEROGENERADORES DE 1,8 kW EN RELACIÓN CON SUS
VELOCIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
TABLA 7. DISTRIBUCIÓN DE LAS POTENCIAS PARA
AEROGENERADORES DE 3 kW EN RELACIÓN CON SUS
VELOCIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
TABLA 8. DISTRIBUCIÓN DE LAS POTENCIAS PARA
AEROGENERADORES DE 10 kW EN RELACIÓN CON SUS
VELOCIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
TABLA 9. DISTRIBUCIÓN DE LAS POTENCIAS PARA
AEROGENERADORES DE 20 kW EN RELACIÓN CON SUS
VELOCIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
TABLA 10. PRECIO TOTAL DE LOS AEROGENERADORES DE
CADA TIPOSEGUN SU POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
VI
RESUMEN
OBJETIVOS
Este trabajo tiene por objetivo el estudio de ahorro energético en una explotación ganadera. Para
ello, se contempla la posibilidad de sustituir los sistemas actuales por otros alimentados de
energía solar, geotérmica o eólica. La energía obtenida a partir de la producción de metano a
través de la utilización de los purines no se contempla, debido a que son utilizados como abono
en las parcelas colindantes.
PUNTOS TRATADOS
Se parte de que, en la explotación, la calefacción es de gas natural y la electricidad es
generada por un grupo electrógeno.
Estudio de la irradiancia de la zona y de la cantidad de paneles solares y baterías
necesarios para hacer la explotación ganadera autosuficiente.
Estudio del potencial eólico de la zona y de la cantidad de aerogeneradores y baterías
necesarios para hacer la explotación ganadera autosuficiente.
Estudio del potencial calorífico de la zona y de la cantidad de tubos, bombas de calor y
baterías necesarios para hacer la explotación ganadera autosuficiente.
Cálculo de los costes de la instalación solar, eólica y geotérmica.
Comparación de los resultados obtenidos anteriormente y breve discusión sobre el
sistema elegido.
ABSTRACT
OBJETIVES
This job has got like objective the energetic saving study in a cattle exploitation. For it, it is
contemplated the possibility of replacing the current systems with others fed on solar, wind and
geothermal power. Energy obtained across production of methane across animal organic wastes
it is not contemplated, because they are used as fertilizer on adjacent smallholdings.
TREATED POINTS
It is parted of that, in the exploitation, heating is propane and electricity is generated by
an electrical generator.
Study about irradiance on the place and quantity of solar panels and batteries to doing
self-sufficient the cattle exploitation.
Study about wind potential on the place and quantity of wind generators and batteries to
doing self-sufficient the cattle exploitation.
Study about calorific potential into ground and quantity of pipes, heat pumps and
batteries to doing self-sufficient the cattle exploitation.
Calculation about solar, wind and geothermal installation costs.
Comparison about results have been obtained and brief discussion about chosen system.
ESTUDIO ENERGÉTICO DE
RENOVABLES EN UNA EXPLOTACIÓN
GANADERA
DOCUMENTO Nº 1: MEMORIA
1
1 OBJETIVO
La finalidad del proyecto es hacer un estudio de ahorro energético en la explotación
descrita en el punto 1, aprovechando que se van a llevar a cabo una serie de reformas de
mantenimiento. Para ello, se contemplará la posibilidad de sustituir los sistemas
energéticos actuales por otros alimentados por energías renovables como la energía
solar, eólica y geotérmica. La energía obtenida a partir de la producción de metano a
través de la utilización de los purines no se contempla, porque son utilizados como
abono para las parcelas colindantes que están para cultivo.
De modo que, para este estudio será necesario hacer cálculos previos sobre los
consumos de los sistemas energéticos actuales para calcular los requerimientos
energéticos de la explotación. Todo ello, puede encontrarse en el apartado 5 de la
memoria.
Posteriormente, se desarrollan los cálculos energéticos del terreno para cada fuente de
energía objeto de estudio, observando cuales son viables. Así como, los materiales y
aparatos necesarios de cada nuevo sistema energético, los cuales, se podrán encontrar en
cada uno de los subapartados del estudio económico.
Dentro de los sistemas viables, en caso de haber varios, se hará una comparación entre
ellos para escoger el más económico.
Estando todos los cálculos anteriormente mencionados, apoyados por varias fotografías
y un plano de los sistemas actuales de la estructura interna de la explotación y del
terreno tanto libre como ocupado por el cercado.
El grupo electrógeno de la explotación pasará a utilizarse como un sistema auxiliar de
energía una vez instalados los nuevos sistemas. Compensando la demanda de energía
con las energías producida y acumulada en caso de darse una descompensación
significativa no prevista.
2
2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA EXPLOTACIÓN
El proyecto desarrollado en este documento se sustenta en una explotación ganadera
situada a 2 km del término municipal de Garcihernández, en Salamanca.
Dicha explotación se dedica a la cría y posterior comercialización de cerdo ibérico
selecto. Siendo su distribución y funcionamiento los descritos a continuación.
En todo el conjunto de la explotación se distinguen claramente tres apartados: zona de
cría, zona de destete y, zona de reposición y de descanso.
• Zona de cría: Constituye el cincuenta por ciento del edificio principal. Esta zona, a
su vez, se divide en otras cuatro salas independientes. Tres de esas salas constan de
8 parques cada una, y la cuarta sala con 4 parques, donde en cada uno, hay una cerda
con sus crías. Su estancia allí es hasta que las crías alcanzan un peso de 6 kg,
alrededor de 28 días. Posteriormente, se les pasa a la zona de destete o se
comercializan como tostones.
• Zona de destete: Está ubicada en dos naves adosados entre sí, situados de forma
independiente del edificio central.
La primera nave se divide en 8 celdas aisladas entre sí, llamadas lechoneras. Cada
una está formada por una parte totalmente cerrada donde suelen dormir y otra parte
techada pero sin ventanas para que corra el aire libremente. En estos bloques los
lechones están clasificados según su tamaño, ya que, al llegar a los 23 kg son
vendidos.
La otra nave que forma dicha zona se la llama de soleo, porque una o dos semanas
antes de su venta se abre la puerta a los lechones de los bloques en los cuales ya casi
alcanzan su peso de comercialización para que puedan salir y entrar libremente, y
tomar el sol.
Su estancia en estas zonas en total suele ser de alrededor de 52 días.
• Zona de reposición y descanso: Esta comprendida por el resto de las instalaciones.
Es decir, está formada por el otro cincuenta por ciento restantes de la nave principal,
donde se inseminan las cerdas. También permanecen allí sólo cuando tienen algún
problema o las quedan pocas semanas para el parto. Una vez las falten tres días para
parir se las pasa a la zona de cría.
El resto de las cerdas están sueltas al aire libre por el cercado más grande que
comprende 5 ha. Provisto de pequeñas naves independientes de donde pueden entrar
y salir libremente.
Las otras dos cercas de 250 áreas cada una están reservadas para la zona de
reposición, donde se encuentran las cerdas que son todavía pequeñas para la
inseminación y que
pasarán a sustituir a las cerdas que lleguen a los cuatro años de edad, cuando
empiezan a bajar su rendimiento de producción.
3
Cabe mencionar que adosado al edificio principal hay una pequeña nave con
habitáculos en su interior donde se encuentran los machos para la inseminación, la
cual, a veces, también se hace de forma artificial sin necesidad de utilizarlos.
Aparte de las zonas de producción, la explotación también consta de otras zonas de
menor importancia como son el almacén donde se guarda toda la maquinaria, el gasoil y
el cuarto de aseo. Existe otra cerca, que es por la que se accede a la puerta principal, en
la que se guardan materiales para labores de mantenimiento y maquinaria más pesada
como remolques, cuba de purines..., el sondeo y el depósito del agua comunicados por
medio de la bomba y sus tuberías, el pozo ciego, el depósito de propano...
También existe una zona fuera del carcado con una extensión de 1 ha que se dedica al
cultivo. Dicha zona será el lugar de ubicación de los posibles nuevos sistemas a instalar.
Véase fotografías 1 y 2 del anexo.
4
3 ANTECEDENTES
Antes de comenzar a hallar los cálculos para obtener los parámetros necesarios para
estimar las cantidades y costes de los materiales y equipos, para poder valorar el sistema
más económico, hay que tener en cuenta una serie de condiciones de las que se parte.
• Para los sistemas de calor se tiene un depósito de propano de 1100 kg de capacidad,
al que están conectados los focos de calor de 900 a 1100 W de potencia cada uno
que transmiten el calor cada dos parques. Están encendidos durante todo el día.
• El sistema eléctrico está formado por un grupo electrógeno de 24 kW que alimenta a
una bomba de 6 kW de potencia y 10000
de caudal, 18 bombillas de 100 W
repartidas por toda la explotación, un frigorífico y una nevera para la conservación
de las dosis para la inseminación. Además, de forma esporádica también alimenta
otro tipo de maquinaria como varios taladros, una radial, una máquina de limpieza,
focos alógenos exteriores...
• Existen sistemas de aislamiento pasivo como el doble ladrillo macizo con
revestimiento de hormigón y con pintura blanca para las paredes de todos los
edificios excepto en las lechoneras que están construidas con ladrillo aislante, el
techo de todos los edificios está formado por las siguientes capas superpuestas: teja,
tablero de rasillón, cemento de compresión y capa de aislante térmico (espuma). En
el suelo hay placas aislantes bajo el rasillón y el cemento en las zonas de dormir de
los tostones y de los lechones. Las ventanas y puertas contienen aislante y cristalina
con ajuste de silicona, además en el interior de las puertas hay placas de aislante.
No serán modificados estos sistemas de aislamiento debido a que gracias a las
continuas labores de mantenimiento están en perfecto estado y serán los mismos
para cualquier nuevo sistema energético a instalar.
• La temperatura es diferente según el tamaño de las crías: Para los tostones (crías de
hasta 6 kg) será de 25 a 28ºC durante toda su estancia en los parques,
aproximadamente 28 días. Para los lechones (hasta 23 kg.) será de 23 a 24ºC durante
su estancia, 52 días.
Para las madres, al igual que para los lechones, no se necesita ningún sistema
adicional de aporte de calor, ya que es suficiente con su propia temperatura corporal
y el correcto funcionamiento de los sistemas aislamiento. La temperatura de cada
habitáculo se regula a través de la graduación de las ventanas y respiraderos.
• Desde el depósito de almacenamiento, el agua se distribuirá a los animales por
medio de canalizaciones de acero galvanizado hasta bebederos automáticos, por lo
que, no se producirá ningún gasto energético en su distribución, ya que funcionan
por medio de caída de presión.
• Las deyecciones caen a través de las rejillas sobre las que pisa el ganado a los
canales de evacuación, dotados con un dispositivo de cierre por sistema de bola
flotante que se ajusta a la tubería y conduce, a su vez, al canal general de evacuación
que se conecta finalmente a la fosa de almacenamiento de purines o pozo ciego,
revestido de hormigón armado y enterrado bajo tierra. De forma que, estos sistemas
5
no necesitan para funcionar ningún aporte energético debido a que se deslizan por
caída de presiones e inclinación.
• Como se ha descrito en el apartado 2, la explotación se encuentra ubicada en una
parcela de 6,5 ha, de las cuales, 5,5 ha están ocupadas por varias cercas y edificios;
dejando libres 1 ha para labranza o para instalar los nuevos sistemas energéticos.
Véase fotografías 1 y 2 y plano del anexo.
6
4 INTRODUCIÓN A LAS ENERGÍAS RENOVABLES
Actualmente, a nivel mundial hay un gran consumo de energía siendo las previsiones de
que vaya en aumento debido al aumento de la demanda a consecuencia del aumento de
la población y de sus necesidades que, cada vez más, requieren un gran aporte de
energía, en especial la eléctrica.
Siendo sus principales fuentes de energía los combustibles fósiles y la nuclear. Sin
embargo, estas fuentes presentan diversos problemas como los contaminantes que
producen en su proceso de trasformación, agotamiento de sus yacimientos, peligrosidad
en los residuos que producen...
Por ello, se hace imprescindible la búsqueda de energías renovables y limpias, siendo
las principales objeto de investigación la hidráulica, la solar, la eólica, y aunque, todavía
es bastante desconocida la geotérmica, aunque, cada vez está ganando más terreno.
4.1 ENERGÍA SOLAR
España es uno de los países más avanzados en el desarrollo de la energía solar debido a
la gran cantidad de horas de sol que posee, las ayudas gubernamentales que se
concedían hace unos años para su instalación y a la regulación de su mercado.
Obteniendo así, unos índices de producción bastante considerables. Por ello, su
utilización va en aumento teniendo múltiples aplicaciones dependiendo del tipo de panel
solar sobre el que incide la radiación.
Los tipos de paneles solares según su aplicación son:
• Térmicos: A través de ellos se obtiene calor. Para ello, se hace pasar un líquido por
tubos colocados bajo una placa receptora sobre la que inciden los rayos solares. Este
líquido una vez calentado es bombeado hasta unos intercambiadores de calor, desde
donde se distribuye a las zonas que se desea calentar. Posteriormente, el líquido se
reconduce a los tubos situados bajo la placa receptora para volverse a calentar
repitiéndose el proceso sucesivamente.
Las temperaturas que se pueden obtener dependen del tipo de panel y sistema que se
utilice; pudiendo variar de 35 a 60ºC en las instalaciones más simples utilizadas
como uso doméstico para calefacción o agua caliente, otro uso es como agua
caliente sanitaria. Los de media temperatura pueden alcanzar hasta los 300ºC, y
finalmente, los de alta temperatura pueden llegar a alcanzar hasta los 2000ºC
mediante la incidencia de los rayos solares en espejos, que estos, a su vez, son
dirigidos a un único punto reflector.
• Fotovoltaicos: Estos paneles se utilizan para la producción de electricidad mediante
la utilización de células compuestas de silicio cristalino o de arseniuro de galio.
7
Su funcionamiento se basa en que algunos fotones provenientes de la radiación
solar, chocan contra la primera superficie del panel, penetrando en él, siendo
absorbidos por materiales semiconductores. De modo que, los electrones son
golpeados por los fotones, liberándose de los átomos en los que originalmente
estaban confinados, permitiéndoles circular por el material produciendo electricidad.
Estos tipos de paneles, a su vez, se pueden clasificar principalmente en 2 grupos según
su composición:
• Silicio cristalino: Se utilizan generalmente en la industria microelectrónica. Son más
baratos que los de arseniuro pero con menor rendimiento.
• Arseniuro de galio: Son creados especialmente para el uso fotovoltaico. Tienen altos
costes pero una gran eficacia de conversión.
4.2 ENERGÍA EÓLICA
Desde la década del 2000, en España la energía eólica ha sufrido un gran aumento de su
producción debido a las condiciones idóneas que posee nuestro país para la instalación
de aerogeneradores y a una legislación que estimula la inversión en este sector.
Colocándose en el tercer puesto en el ranking mundial en cuanto a potencia instalada.
Sin embargo, para su producción es imprescindible no sólo que existan corrientes con
suficiente intensidad para hacer viable la instalación de aerogeneradores sino que dicha
corriente debe estar dentro de unos límites de turbulencias aceptables. Ya que, una
excesiva intensidad de turbulencias puede desestabilizar toda la estructura por lo que es
muy importante hacer un estudio previo de la zona, así como, una vez instalado, se
podrán evitar estos problemas mediante el frenado o la reorientación de la palas para
turbulencias menores.
El funcionamiento de los aerogeneradores se sustenta en el movimiento de las palas
empujadas por las corrientes de aire, que a su vez transmiten su movimiento a una
turbina conectada a un generador que transforma la energía mecánica rotacional en
energía eléctrica.
4.3 ENERGÍA GEOTÉRMICA
Este tipo de fuente de energía no está muy extendido en el sector industrial en España
debido a su bajo gradiente térmico y al desconocimiento de la sociedad sobre su
explotación. Sin embargo, en cuanto a su uso doméstico, empieza a crecer gracias a sus
dos principales ventajas: el bajo coste de producción de calor para calefacción o para el
calentamiento de agua y, a la reutilización del terreno para cultivos con raíces poco
profundas bajo el que va toda la estructura de la instalación geotérmica.
Además, hay que contar con las pocas ayudas estatales para la implantación de dichas
instalaciones y la escasa normativa existente en este campo.
Este sistema se basa en la impulsión de agua, aceite u otros líquidos por medio de
bombas a través de tubos enterrados bajo tierra de forma vertical u horizontal,
8
calentándose y pasando a intercambiadores de calor desde donde se distribuye a las
zonas que se desea calentar, y posteriormente, el agua enfriada vuelve a recorrer todo el
circuito hasta recircular por la zona de calentamiento.
Generalmente, en las zonas geotérmicamente poco activas gracias a los
intercambiadores de calor de las bombas se suele alcanzar una temperatura de entre 20 a
50ºC a unos pocos metros de profundidad dependiendo de las características del terreno.
Esta temperatura es suficiente para su uso doméstico, agrícola y urbano.
9
5 CÁLCULOS PREVIOS A continuación, se muestran los cálculos sobre los consumos de las instalaciones de
propano y electricidad que están actualmente en funcionamiento en la explotación.
Consumos de propano:
Focos
Aporte energético: 1100 - 900 W
Cantidad: 3 salas con 4 focos cada una y otra con 2 focos. En total son 14 focos.
Encendidos las 24 horas del día, pudiendo regular su potencia.
Consumos medios observados de propano
Consumo anual: 3800 kg.
La amortización del depósito y sus instalaciones se calculó en 10 años teniendo en
cuenta que se paga incluido en el precio del propano. Siendo el precio del propano
constante durante todo el año. Según el contrato se mantiene en 1,15
10
Consumo de electricidad
Bombillas
Potencia: 120 W Cantidad: 18
Tiempo de encendido: 2 horas
Bomba de agua
Potencia: 6 kW
Caudal: 10000
Profundidad del sondeo: 130 m con agua a los 16 m. El tiempo de encendido
se estima en 2 horas diarias.
Grupo electrógeno
Potencias: 30 Kvas y 24 kW
Consumo: 3
Tiempo de encendido: 2 horas
11
Se ha estimado que el grupo electrógeno funciona diariamente dos horas de media, ya
que cada día se enciende dos horas la iluminación y a la vez se activa la bomba del
agua. Además, se utiliza de forma simultánea otro tipo de maquinaria como los taladros,
la radial, la máquina de limpieza-desinfección... Por ello, la potencia del motor es muy
superior a las potencias totales de las bombillas y la bomba.
Consumos finales caloríficos y eléctricos
Consumos caloríficos
Donde
Pot: Potencia máxima de funcionamiento de cada foco de calor. Estimada en 1100 W
Donde
Pot: Potencia media anual de cada foco. Estimada en 1000 W
d: Días al año de funcionamiento de los focos
Consumo eléctrico
Consumo máximo por hora de 2000 W
Donde
Pot: Potencia consumida en una hora. Expresada en vatios
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T: Tiempo de funcionamiento diario. Estimado en dos horas.
d: Días de funcionamiento al año del grupo electrógeno
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6 IMPACTO AMBIENTAL
Las instalaciones disponen de una fosa de purines hacia donde son conducidas todas las
aguas residuales y deyecciones de la explotación. Su capacidad de almacenamiento es
más que suficiente para las necesidades del ganado. Estos purines, así como los residuos
sólidos, que se eliminan periódicamente de las independencias, son aprovechados como
abono orgánico en la explotación agrícola del propietario o para las parcelas colindantes
utilizadas para cultivo.
Otras medidas tomadas son la instalación de tela mosquitera plastificada en las
ventanas, el cerramiento perimetral de la explotación con malla galvanizada sobre un
pie de ladrillo o con mallazo forjado con doble bloque para evitar la entrada de fauna
autóctona.
Aislamiento del depósito de gasoil y su colocación sobre arenas absorbentes para evitar
la expansión del gasoil en caso de derrame. Así como, el aislamiento del depósito de
propano y su colocación sobre un pie de hormigón de medio metro de altura y situado
en una zona con pendiente.
Otro posible impacto ambiental de carácter visual será el causado por las nuevas
instalaciones que se desean implantar, ya sean las placas solares o los aerogeneradores,
ya que irán situados sobre la superficie que actualmente está como terreno cultivable. El
impacto visual causado por las instalaciones geotérmicas es inexistente porque van
enterradas pudiendo aprovecharse dicho terreno para el cultivo de cereales propios de la
zona.
En dichos sistemas se llevarían a cabo continuas labores de engrase, sin embargo, los
lubricantes utilizados no cobran gran importancia en cuanto a su contaminación sobre el
medio ambiente, ya que es poco probable que entren en contacto con el medio.
También cabe mencionar sobre el sistema de geotermia el líquido utilizado en la
conducción en el interior de los tubos. Sin embargo, es poco probable que puedan
producir un riesgo sobre el medio ambiente, ya que los tubos cuentan con gran
resistencia a la rotura por torsión y a la alta presión. Cuyas variaciones no son
significativas al estar enterrados. Aunque, también existe la posibilidad de utilizar el
agua propia de la explotación como líquido térmico.
14
7 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS
Apuntes y diapositivas de energías alternativas de tercer curso de Ingeniería
Técnica de Minas
Guía técnica de bombas de calor geotérmicas. Comunidad de Madrid
Guía técnica de sondeos geotérmicos superficiales. Comunidad de Madrid
Programa Google Earth.
Utilizado para la obtención de las coordenadas y orientación del terreno.
Programa Homer Energy
Consulta sobre las especificaciones de los tipos de aerogeneradores, placas
fotovoltaicas y baterías.
www.aena-aeropuertos.es/csee/Satellite/Aeropuerto-Salamanca/es
Consulta sobre las escalas de valores para el viento.
www.eren.jcyl.es
Consulta sobre las ayudas gubernamentales a cada tipo de recurso.
www.lexureditorial.com/boe
Consulta sobre normativa general de cada tipo de instalación.
www.mik-online.de
Consulta sobre la instrumentación geotérmica.
www.re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radday.php?lang=en&map=europe
Utilizado para la obtención de los datos de la energía solar en el terreno.
www.sigpac.es
Utilizado para la obtención de las fotografías del terreno.
www.solar-kit.com
Consulta sobre especificaciones sobre la instrumentación del sistema solar.
www.windfinder.com/windstats/windstatistic_map_iberia.htm
Utilizado para la obtención de los datos de la energía eólica en el terreno.
www.worldenergy.org
Consulta de precios.
ESTUDIO ENERGÉTICO DE
RENOVABLES EN UNA EXPLOTACIÓN
GANADERA
DOCUMENTO Nº 2: ESTUDIO ECONÓMICO
15
1 CÁLCULOS
Los cálculos que se llevan a cabo son todas las operaciones necesarias para saber la
cantidad de materiales y aparatos que se necesitan teniendo en cuenta los requerimientos
eléctricos y caloríficos obtenidos en el apartado 5 de la memoria, y los consumos de energía
en función de las características de cada uno de los materiales y aparatos, anteriormente
mencionados.
1.1 ENERGÍA SOLAR A continuación, se muestran y explican las fórmulas utilizadas y sus parámetros para
obtener como resultado final la irradiancia solar diaria y la radiación solar incidente en cada
mes para calcular el número de placas fotovoltaicas necesarias y sus baterías
correspondientes. (Tabla 1).
Donde
Γ: Ángulo diario. Expresado en radianes.
d: Número días transcurridos desde el 1 de enero
Donde
ε: Es el factor de corrección de excentricidad según la fórmula de Duffie y Beckman
Donde
δ : Declinación dada por la aproximación de Cooper, siendo en invierno negativa y en
verano positiva. Expresada en radianes.
16
Donde
ET: Ecuación del tiempo, de Spencer. Expresada en radianes
Donde ω (o): Ángulo horario. Expresado en radianes
TO: Hora oficial del lugar, tomada como referencia las 12 de la mañana
AO: Adelanto horario, siendo en invierno de 1 y en verano de 2
LL: Longitud del lugar, siendo 5º 24' 50'' oeste. Para el este se considerará positiva y para el
oeste negativa
LH: Longitud del huso horario de referencia, Meridiano de Greenwich, por lo que se
considerará 0.
Donde
cosω(zs): Es el coseno del ángulo cenital. Expresado en radianes
ϕ : Es la latitud del lugar, siendo 40º 51' 48'' norte. Se expresara en la ecuación en radianes
Donde
B: Irradiancia solar extraterrestre. Se sitúa entre el intervalo (1363-1371), según la
aproximación de Hickey y Crommelynck. Por lo que, se tomará el valor de 1367
B(o): Irradiancia en una superficie horizontal. Expresada en vatios por cada metro
cuadrado.
17
Donde
ω (s): Ángulo de salida del sol, siendo la salida negativa y la puesta positiva. Expresada en
radianes
Donde
Bod(o): Irradiación extraterrestre diaria. Expresada en vatios por hora en cada metro
cuadrado
Donde
ω(i): Ángulo de incidencia. Expresado en radianes.
β : Ángulo de inclinación del panel con respecto a la horizontal. Se ha considerado 31º,
equivalentes a 0,54 rad. Expresado en radianes
Donde Boh(α,β): Irradiancia horaria en una superficie con una orientación α y una inclinación β.
Expresada en vatios por hora en cada metro cuadrado
α : Ángulo de orientación del panel con respecto al sur. Se ha considerado 0º.
Donde
ω '(s): Ángulo de salida del sol. Se elige el menor valor del intervalo. Expresado en
radianes.
18
Donde
Bod(α, β): Irradiancia diaria en una superficie con una orientación α y una inclinación β.
Expresada en vatios por metro cuadrado
19
Tabla 1: Parámetros para la obtención de la irradiancia diaria
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
d 15 46 74 105 135 166 196 227 258 288 319 349
Γ 0,24 0,77 1,26 1,79 2,31 2,84 3,36 3,89 4,42 4,94 5,47 5,99
ε 1,03 1,02 1,01 0,99 0,98 0,97 0,97 0,98 0,99 1,01 1,02 1,03
δ -0,37 -0,23 -0,05 0,16 0,33 0,41 0,38 0,24 0,04 -0,17 -0,33 -0,41
ET -0,14 -0,24 -0,16 0 0,07 0 -0,1 -0,08 0,08 0,24 0,25 0,08
TO 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12
AO 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1
LL 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41
LH 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ω(o) -0,39 -0,42 -0,4 -0,62 -0,6 -0,62 -0,64 -0,64 -0,6 -0,29 -0,29 -0,33
ϕ 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71
α 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
β 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54 0,54
cos(s) 0,79 0,84 0,9 0,82 0,82 0,81 0,8 0,81 0,82 0,9 0,84 0,79
cos(zs) 0,41 0,52 0,66 0,71 0,8 0,82 0,8 0,74 0,65 0,6 0,47 0,4
ω(s) 1,23 1,37 1,53 1,71 1,9 2 1,92 1,78 1,6 1,42 1,27 1,19
ω(i) 1,5 1,53 1,56 1,6 1,63 1,65 1,64 1,61 1,58 1,54 1,51 1,5
ω' (s) 1,23 1,37 1,53 1,6 1,63 1,65 1,64 1,61 1,58 1,42 1,27 1,19
Bo (o) 583,3 730,36 916,6 969,44 1070,74 1092,02 1062,35 994,59 880,63 833,28 657,38 559,6
Boh (o) 1108,31 1170,38 1240,26 1111,76 1101,71 1065,78 1053,43 1079,12 1111,49 1241,96 1168,76 1109,42
Bod (o) 4012,68 5505,68 7439,35 9553,43 11006,71 11630,46 11339,2 10153,2 8237,82 6129,77 4379,28 3623,74
Bod (α,
β) 8494,58 9455,34 10230,73 10532,17 10421,99 10251,78 10283,26 10416,66 10297,48 9687,24 8725,6 8626,43
E Cons 417600 417600 384000 384000 384000 350400 350400 350400 384000 384000 384000 417600
20
Cálculo del número de paneles
Donde
Bod(α, β): Irradiancia para una inclinación β y una orientación α. Expresada en vatios por
metro cuadrado. Se escoge el peor caso posible, para ello se comparan los valores de
Bod(α, β) con la energía consumida al mes que corresponde dicho valor de la tabla 1.
E cons: Potencia consumida diaria. Expresada en vatios
η: Rendimiento de los paneles. Se estima un valor standard del 15%
S: Superficie de paneles solares necesaria. Expresada en metros cuadrados
Donde
N: Número de paneles
s: Superficie de cada panel. Expresada en metros cuadrados. Corresponde a 1,632
Cálculo del número de baterías
Donde
It: Intensidad de las baterías. Expresada en amperios
E cons. Hora: Energía máxima diaria consumida en una hora. Expresada en vatios por hora
U: Tensión de las baterías. Expresada en voltios. Se ha tomado 24 V, que es la tensión a la
que trabajan la mayoría de las baterías utilizadas en este tipo de instalaciones.
21
Donde
C: Capacidad de la batería. Expresada en amperios por día
da: Días de autonomía
Pf: Profundidad de la batería
Donde
N: Número de baterías
I: Intensidad de cada batería. Expresada en amperios. Se escoge una batería cualquiera de
250 A
1.2 ENERGÍA EÓLICA
A continuación, se muestran y explican las fórmulas utilizadas y sus parámetros para
obtener como resultado final la potencia eólica para calcular el número de aerogeneradores
necesarios. (Tablas 2 y 3).
Tabla 2: Distribución de la relación velocidad-probabilidad mensual
FUENTE: Instituto Nacional de Estadística
Enero Feb Marzo Abril Mayo Junio Julio Agost Sep Oct Nov Dic
Prob(%) 11 11 14 11 9 6 4 4 4 6 9 9 V 4,63 4,63 5,14 4,63 4,11 3,6 3,08 3,08 3,08 3,6 4,11 4,11
22
Figura 1: Distribución de la potencia eólica en el emplazamiento
FUENTE: Aeropuerto de Matacán (Salamanca)
Donde
Prob: Es la probabilidad de darse una determinada velocidad. Expresada en porcentaje
Donde
v: Velocidad del viento en esa zona. Expresada en metros por segundo
Tabla 3: Cálculo de los parámetros necesarios para la obtención de las constantes eólicas por intervalos
Interv. de v 0-3,08 3,08-3,6 3,6-4,11 4,11-4,63 4,63-5,14 5,14-
v 3,08 3,6 4,11 4,63 5,14 ----
Prob. de v 0,12 0,12 0,27 0,33 0,14 0,02
x 1,13 1,28 1,41 1,53 1,64 ----
Prob acum 0,12 0,24 0,51 0,84 0,98 1
y -2,06 -1,29 -0,34 0,61 1,36 ----
x × y -2,31 -1,66 -0,48 0,93 2,23 ----
x × x 1,27 1,64 1,99 2,35 2,68 ----
23
A continuación, se calcula las constantes de la distribución de Weibul. Serán iguales para
todos los aerogeneradores.
Se resuelve el sistema para obtener las constantes. Obteniéndose k = 7,051 y b = -10,2
Donde
a: Factor de forma k
b: Constante del viento
n: Número de intervalos de las velocidades tomadas. Son 5.
Donde
C: Factor de escala a 50 m. Expresada en metros por segundo
Cálculo del número de aerogeneradores
Los siguientes cálculos que se llevan a cabo para el cálculo del potencial eólico en el
emplazamiento para aerogeneradores de 1,8 kW. Se ha elegido estos aerogeneradores
calculando los que son más baratos de instalar partiendo del número de ellos necesarios.
Donde
C': Factor de escala. Expresado en metros por segundo
Z: Altura de toma de medidas. Corresponde a 50 m
24
Z': Altura de los aerogeneradores. Este tipo de aerogeneradores están diseñados para una
altura de 8,5 m
α: Factor de rugosidad. Estimado en 0,6
Donde
ῡ : Velocidad cúbica. Expresada en metros por segundo.
Γ : Es la función gamma obtenida en la tabla 1 del anexo. Valor aproximado
Donde
Pot. Gen: Potencia generada en el emplazamiento. Expresada en vatios por área de barrido
de las palas
ρ: Densidad del aire. Expresada en kilogramos por metro cúbico.
Donde
A: Área de barrido del aerogenerador. Expresada en metros cuadrados
R: Radio de las palas del aerogenerador. Expresada en metros
25
Tabla 4: Parámetros para la obtención del potencial eólico en el emplazamiento por cada aerogenerador
según su potencia.
Pot. Aerogen. 1000 1800 3000 10000 20000
Z’ 6,5 8,5 11 14 18
D 2,9 3,7 4,8 7 10
α 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
C’ 14,45 12,3 10,54 9,12 7,84
Z 50 50 50 50 50
Γ 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94
U 13,53 11,52 9,87 8,54 7,34
A 6,61 10,75 18,1 38,48 78,54
Pot. Generada 1517,66 936,41 588,73 381,41 242,62
En las tablas siguientes se muestran los valores de los intervalos de las velocidades en
relación con la potencia para cada tipo de aerogenerador, obtenidos de la tabla 4. Estos
datos son necesarios para calcular la potencia final para obtener el número de
aerogeneradores de cada tipo.
Donde
Prob: es la probabilidad para un intervalo de velocidad de la curva del aerogenerador
v. mín: Velocidad mínima de cada intervalo de la gráfica potencia-velocidad. Expresada en
metros por segundo.
v. máx: Velocidad máxima de cada intervalo de la gráfica potencia-velocidad. Expresada en
metros por segundo.
Donde
Pot. Final: Potencia final en cada intervalo de velocidad. Expresada en vatios
Pot. Int: Potencia tomada por intervalos de la curva potencia-velocidad. Expresada en
vatios
26
Tabla 5: Distribución de las potencias para aerogeneradores de 1 kW en relación con sus velocidades
FUENTE: Programa Homer Energy
Pot. intervalo 0 30 500 950 1000
Intervalo de v 0-3 3-6 6-12 12-14 14-15
v. min 0 3 6 12 14
v. máx. 3 6 12 14 15
Probabilidad 0 0,006 0,899 0,001 0
Pot. final 0 0,18 449,54 0,03 0
Figura 2: Gráfico de relación potencia-velocidad del aerogenerador de 1000 W FUENTE: Programa Homer Energy
Donde
Et: Energía total de todos los intervalos. Expresada en vatios por hora
Donde
N: Número de aerogeneradores
E cons: Energía consumida al año por las instalaciones. Expresada en vatios por hora al día.
27
Tabla 6: Distribución de las potencias para aerogeneradores de 1,8 kW en relación con sus velocidades FUENTE: Programa Homer Energy
Pot. intervalo 0 150 950 1750 1800
Intervalo de v 0-3 3-5 5-10 10-11 11-17
v. min 0 3 5 10 11
v. máx. 3 5 10 11 17
Probabilidad 0 0,002 0,205 0,158 0,635
Pot. final 0 0,255 195,059 276,619 1142,644
Figura 3: Gráfico de relación potencia-velocidad del aerogenerador de 1800 W FUENTE: Programa Homer Energy
Tabla 7: Distribución de las potencias para aerogeneradores de 3 kW en relación con sus velocidades
FUENTE: Programa Homer Energy
Pot. intervalo 0 80 1600 2900 3000
Intervalo de v 0-3 3-6 6-12 12-14 14-15
v. min 0 3 6 12 14
v. máx. 3 6 12 14 15
Probabilidad 0 0,019 0,899 0,082 0,001
Pot. final 0 1,481 1438,518 236,811 1,804
28
Figura 4: Gráfico de relación potencia-velocidad del aerogenerador de 3000 W FUENTE: Programa Homer Energy
Tabla 8: Distribución de las potencias para aerogeneradores de 10 kW en relación con sus velocidades
FUENTE: Programa Homer Energy
Pot. intervalo 0 300 5000 9800 10000
Intervalo de v 0-3 3-6 6-12 12-14 14-15
v. min 0 3 6 12 14
v. máx. 3 6 12 14 15
Probabilidad 0 0,051 0,948 0,001 0
Pot. final 0 15,154 4740,561 9,597 0
29
Figura 5: Gráfico de relación potencia-velocidad del aerogenerador de 10000 W FUENTE: Programa Homer Energy
Tabla 9: Distribución de las potencias para aerogeneradores de 20 kW en relación con sus velocidades
FUENTE: Programa Homer Energy
Pot. intervalo 0 600 10300 19500 20000
Intervalo de v 0-3 3-6 6-12 12-14 14-15
v. min 0 3 6 12 14
v. máx. 3 6 12 14 15
Probabilidad 0,001 0,139 0,86 0 0
Pot. final 0 83,561 8853,79 0 0
30
Figura 6: Gráfico de relación potencia-velocidad del aerogenerador de 20000 W FUENTE: Programa Homer Energy
Cálculo del número de baterías
Donde
It: intensidad total de las baterías. Expresada en amperios.
E. cons: Energía máxima diaria consumida en una hora. Expresada en vatios por hora al
día.
U: Tensión de la batería. Expresada en voltios. Se ha utilizado 24 V, ya que es la tensión de
las baterías utilizadas en estas instalaciones. Tensión estándar.
31
Donde
C: Capacidad de las baterías. Expresada en amperios por día.
da: Días de autonomía de la batería. Se toma un valor medio de 3 días.
Pf: Profundidad de la batería. Se toma un valor estándar del 80%
Donde
N: Número de baterías
I: Intensidad de cada batería. Expresada en amperios. Se escoge una batería cualquiera de
250 A
1.3 ENERGÍA GEOTÉRMICA
En este apartado, partiendo de los resultados obtenidos del Instituto Nacional de Estadística
correspondientes al mismo tipo de suelo y climatología de la zona se obtienen las
temperaturas y resistencias térmicas del suelo, para poder hallar la cantidad de tubos,
baterías y especificaciones de la bomba.
Cálculo de la longitud de los tubos
Donde
Tms: Temperatura mínima del suelo. Expresada en grados centígrados.
Tma: Temperatura media anual en Garcihernández. Expresada en grados centígrados.
T'ms: Temperatura mínima del suelo para suelo arcilloso y seco a una profundidad de 8
metros, teniendo en cuenta los parámetros generales de la zona. Expresada en grados
centígrados.
32
Donde
Cargas del edificio: Días al año de horas punta. Se estiman en 180 días
Nn: Número de horas que se estiman de carga punta, siendo 4 horas
Carga de punta: Días al año de encendido de calefacción
Nm: Número de horas de encendido de calefacción. Se estiman 24 horas durante 365 días al
año
FCP: Factor de carga parcial del edificio
Donde
L: Longitud de los tubos. Expresada en metros.
E cons: Energía máxima consumida. Expresada en vatios por hora al día
COP: Coeficiente de eficiencia energética de la bomba de calor
Rt: Resistencia térmica de los tubos. Expresada en metros cuadrados por grado centígrado
por cada kilovatio.
R: Resistencia térmica del suelo. Expresada en metros cuadrados por grado centígrado por
cada kilovatio. Considerando un valor estimado para un suelo normal y con un
intercambiador con un tubo
Tme: Temperatura mínima de entrada del fluido. Expresada en grados centígrados.
Donde
Tsc: Temperatura de salida de la calefacción. Expresada en grados centígrados.
Corresponde al valor de Tms
33
Tas: Temperatura del agua subterránea. Expresada en grados centígrados.
Donde
q: Caudal de agua para la calefacción. Expresada en litros por segundo.
Cálculo del número de bombas
Donde
In: Intensidad necesaria. Expresada en amperios
E cons: Energía máxima consumida en una hora diaria. Expresada en vatios por hora al día.
U: Tensión de la bomba. Expresada en voltios. Se ha utilizado 230 V, que es el voltaje que
se utilizan la mayoría de las bombas de este tipo de instalaciones.
Donde
Eb: energía consumida por la bomba. Expresada en vatios por hora.
Donde
N: Número de bombas necesarias
Ib: Intensidad de la bomba elegida. Expresada en amperios.
34
Cálculo del número de baterías necesarias para la bomba
Donde
In: Intensidad necesaria para las bombas. Expresada en amperios.
E cons: Energía máxima consumida por las instalaciones en una hora al día. Expresada en
vatios por hora al día.
U: Tensión de la bomba. Expresada en voltios. Se ha tomado de valor 24 V, que
corresponde al voltaje de la mayoría de las bombas utilizadas en estas instalaciones.
Donde
C: Capacidad de la batería. Expresada en amperios por día.
da: Días de autonomía de la batería. Se ha estimado en un día, ya que la temperatura del
terreno a 8 m de profundidad no tiene variaciones significativas a lo largo del año.
Pf: Profundidad de descarga de la batería
Donde
N: Número de baterías
Ib: Intensidad de la batería según especificaciones del fabricante. Expresada en amperios
Cálculo del número de aerogeneradores
Debido a que la energía geotérmica solo puede producir calor, para los sistemas eléctricos
utilizaremos energía eólica, ya que según el apartado de cálculos económicos, muestra que
saldrá más barata que la solar sin importar la dimensiones de las instalaciones requeridas,
porque dependen directamente de las limitaciones energéticas del terreno.
35
Los cálculos se harán para aerogeneradores de 1800 W. Ya que son los que menores costes
producen.
Las constantes tomadas para los cálculos son las mismas que se han obtenido en el punto
1.3
Donde
N: Número de aerogeneradores
Eb: Energía consumida por la bomba corresponde a 3850 vatios por hora. Expresada en
vatios por año.
En: Energía necesaria para alimentar las instalaciones eléctricas en un año. Expresada en
vatios por hora anuales.
Ea: Energía que producen los aerogeneradores. Expresada en vatios por hora.
Cálculo de las baterías necesarias para los aerogeneradores
Donde
In: Intensidad necesaria para las bombas. Expresada en amperios
U: Tensión de la bomba. Expresada en voltios. Se ha tomado 24 V, que es la tensión que
utilizan la mayoría de las bombas utilizadas en estas instalaciones.
Donde
C: Capacidad de las baterías. Expresada en amperios por hora
da: Días de autonomía de la bomba. Se han estimado 3 días
36
Pf: Profundidad de descarga de la bomba. Se estima en el 80 %. Basándose en las
características generales de una bomba tipo.
Donde
N: Número de baterías
37
2 PRESUPUESTO
Cálculo del precio de los nuevos materiales y aparatos necesarios para la implantación de
cada sistema y los costes finales de los consumos.
2.1 ENERGÍA SOLAR
Precio total de los paneles fotovoltaicos
Donde
Pt: Precio total de los paneles
N: Número de paneles
P: Precio de cada panel
Precio total baterías
Donde
N: Número de baterías
P: Precio por unidad de las baterías
Precio total del montaje de los paneles y las baterías con accesorios incluidos
38
Coste total
No existen subvenciones estatales
2.2 ENERGÍA EÓLICA
Precio total de los aerogeneradores
Tabla 10: Precio total de los aerogeneradores de cada tipo según su potencia.
Pot. Aerogen 1000 kW 1800 kW 3000 kW 10000 kW 20000 kW
Cantidad 36 10 10 4 2 Precio unidad 3921 5895 11145 24252 41568
Precio total 141156 58950 111450 97008 83136
Se elegirán 10 aerogeneradores de 1800 kW.
Donde
N: Número de aerogeneradores
P: Precio de cada aerogenerador en euros.
Precio total de las baterías
39
Donde
N: Número de baterías
P: Precio por unidad de baterías
Precio total de montaje de los aerogeneradores y las baterías con accesorios
incluidos
Donde
N: Número de aerogeneradores
P: Precio de montaje con accesorios y transporte hasta 200 km. Estimado en 3100 EUR
para los aerogeneradores y 20 EUR para las baterías
Coste total
Coste final se estima aplicando la ayuda de la Junta de Castilla y León de un 30% para este
tipo de explotaciones, teniendo en cuenta un coste de la instalación inferior a 99000 EUR
del precio total de los aerogeneradores.
Fuente: Ministerio de Medio Ambiente, Marino y Rural.
40
2.3 ENERGÍA GEOTÉRMICA
Precio total tubos
Donde
P: Precio de los tubos por metro de longitud.
Precio total de la excavación
Cálculo del volumen de la zanja
Donde
V: Volumen de la zanja excavada. Expresado en metros cúbicos.
Donde
P: Precio por metro cúbico de extracción de material del terreno
Cálculo del material de relleno
Donde
P: Precio del material de relleno por metro cúbico
41
Precio total excavación
La retirada de residuos es despreciable porque se utiliza parte de ellos para el relleno de la
zanja y el resto se puede esparcir por la parcela.
Precio total de la bomba
Precio total de las baterías en el sistema geotérmico
Precio total del montaje de los tubos, la bomba y las baterías con accesorios
incluidos
Donde
Ptu: Precio de los accesorios y montaje de los tubos estimado para cada metro de longitud
Pbo: Precio montaje de la bomba
Pb: Precio de montaje y accesorios por unidad de las baterías
Precio total de los aerogeneradores
42
Precio total de las baterías en el sistema de aerogeneradores
Precio total del montaje de los aerogeneradores y las baterías con accesorios
incluidos
Coste total
Coste final se estima aplicando la ayuda de la Junta de Castilla y León para instalaciones de
aerogeneradores de un 30% para este tipo de explotaciones, teniendo en cuenta un coste de
la instalación inferior a 99000 EUR de precio total de aerogeneradores.
La ayuda de la Junta de Castilla y León para instalaciones geotérmicas corresponde a
850
, hasta un máximo de 5000 EUR.
Fuente: Ministerio de Medio Ambiente, Marino y Rural.
Subvención parte geotérmica
Donde
Pot: Potencia de la bomba. Corresponde de 18000 W
P: Valor de la ayuda estatal expresada en euros por kilovatio
Se considerará de subvención 5000 EUR, ya que es la ayuda estatal máxima estipulada para
instalaciones de autónomos y Pymes.
43
Subvención parte eólica
Donde
desc: Subvención estatal del 30%
44
3 CONCLUSIONES
A continuación, se hará una breve discusión sobre los sistemas desarrollados en los puntos
anteriores teniendo en cuenta sus costes totales.
Partiendo de los cálculos obtenidos en el apartado 2 de presupuestos, obtenemos los
siguientes resultados.
Costes de sistemas solares: 129680,4 EUR
Costes de sistemas eólicos: 65209,86 EUR
Costes de sistemas geotérmicos: 52139,9 EUR
Por lo tanto, los sistemas más económicos en caso de implantación serán los geotérmicos.
Teniendo en cuenta que para el aporte energético de calor se utilizará la energía geotérmica
del terreno. Y para la alimentación de la bomba de calor y del resto de los aparatos
eléctricos propios de la explotación, se utilizará la energía eólica obtenida del potencial
eólico de la zona.
Otra ventaja en cuanto a beneficio económico que tienen los sistemas geotérmicos es, que
la superficie que ocupan los tubos enterrados, puede utilizarse para el cultivo de cereales
típicos de la zona, sin necesidad de quedar desaprovechado el terreno ocupado como
pasaría en los otros sistemas.
45
46
ESTUDIO ENERGÉTICO DE
RENOVABLES EN UNA EXPLOTACIÓN
GANADERA
DOCUMENTO Nº 3: PLIEGO DE PRESCRIPCIONES
TÉCNICAS
43
1 ENERGÍA SOLAR
Este apartado consta, a su vez de otros tres subapartados en los que se muestran las
especificaciones de los paneles fotovoltaicos y las baterías sobre las que se basan los
cálculos del subapartado 2.1 del presupuesto.
1.1 PANELES FOTOVOLTAICOS
Rendimiento: 15%
Superficie de cada panel: 1,632 m
Tolerancia: +/- 5
Potencia pico: 130 Wp
Voltaje circuito abierto: 21,6 V
Voltaje a potencia máxima: 17,2 V
Corriente en corto: 8,02 A
Corriente nominal: 7,56 A
1.2 BATERÍAS
Tensión nominal: 24 V
Profundidad de descarga: 80%
Intensidad nominal: 250 V
44
2 ENERGÍA EÓLICA
Este apartado consta, a su vez de otros dos subapartados en los que se muestran las
especificaciones de los aerogeneradores y baterías sobre las que se basan los cálculos
del subapartado 2.2 del presupuesto.
2.1 AEROGENERADORES
Especificaciones detalladas en las gráficas correspondientes a cada tipo de
aerogenerador clasificados según su potencia. Apartado II, subapartado 1.
2.2 BATERÍAS
Tensión nominal: 24 V
Profundidad de descarga: 80%
Intensidad nominal: 250 A
45
3 ENERGÍA GEOTÉRMICA
Este apartado constará, a su vez de otros tres subapartados en los que se muestran las
especificaciones de las tuberías, bomba de calor y baterías sobre las que se basan los
cálculos de subapartado 2.3 del presupuesto.
3.1 TUBERÍAS
Tubería de polietileno con revestimiento
Diámetro: 12 cm
Presión máxima: 4 bar
3.2 BOMBA DE CALOR
Potencia: 18000 W
Voltaje: 230 V
Intensidad: 68 A
Caudal: 0,45
Temperatura máxima de salida: 60 ºC
Coeficiente de eficiencia energética: 4
3.3 BATERÍAS
Tensión nominal: 24 V
Profundidad de descarga: 80%
Intensidad nominal: 160 A
ESTUDIO ENERGÉTICO DE
RENOVABLES EN UNA EXPLOTACIÓN
GANADERA
DOCUMENTO Nº 4: ANEXOS
46
1 TABLA DE LA FUNCIÓN GAMMA
47
2 FOTOGRAFIAS DEL TERRENO
Fotografía 1: Distribución detallada de las instalaciones en el terreno.
FUENTE: SigPac
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Fotografía 2: Extensión del terreno. Volumen de ocupación.
FUENTE: SigPag
ESTUDIO ENERGÉTICO DE
RENOVABLES EN UNA EXPLOTACIÓN
GANADERA
DOCUMENTO Nº 5: PLANOS
49
1 PLANO DE LOS SISTEMAS DE CONDUCCIÓN DE FLUIDOS Y
ELECTRICIDAD