Dominican Republic| Nov-16 | Matriz Energética Escuela Tanda Extendida william camilo

Modelo de matriz energética sostenible: eólica,

solar y a biogás para escuelas rurales de tanda

extendida

Author: Dr. William Ernesto Camilo Reynoso, PhD.

Unapec

Taller Regional: Fuentes de energía sostenibles para la electrificación

rural en Centroamérica, el Caribe y México

Hotel Bávaro Beach, Punta Cana, República Dominicana Noviembre 16-18 2016

Recursos de energías renovables

Fig.1 Modelación de Matriz energética sostenible

Abstract

Nuestra propuesta trata sobre desarrollos

tecnológicos para la eficientización de

fuentes energéticas tales como la solar, la

eólica y la de los biocombustibles- (biogás)-

para ser utilizadas como paquete o matriz

sostenible para suplir las necesidades de

comunidades rurales y sus escuelas de tandas

extendidas -(entre otras)- que se encuentren

aisladas de las redes comerciales para ser

manejadas de forma respetuosa con el

medioambiente y la comunidad.

Escuelas de Jornada Extendida

Son escuelas en las que se ha ampliado el horario escolar a

ocho horas de trabajo educativo para garantizar una

enseñanza de calidad, con una organización curricular

flexible y abierta, en procura de mejores resultados de

aprendizaje, mayor equidad, organización eficiente de los

recursos, mayores espacios y tiempo para realizar actividades

culturales, científicas, tecnológicas, artísticas y recreativas.

Se logró incorporar para el año escolar 2013- 2014 unos 482

centros educativos con una matrícula de 165,402 estudiantes.

En la actualidad existen 579 centros funcionado con jornada

extendida, beneficiando a 198,685 estudiantes.

Fuente:

http://www.minerd.gob.do/documentosminerd/Planificacion/Memorias/Memoria

%202013-%20%20Final%20WEB.pdf

Introducción:

Fig.2 Planteles para escuelas de tanda extendida

Problemática a resolver: la deficiencia energética y la alta

emisión de dióxido de carbono al usar generación fósil

Diagrama unifilar de nuestra propuesta

de matriz energética sostenible

The School’s total electrical green power distribution system is: 584 KWHR.

Distribution in matrix power:

15.0 KW x 8 HRS = 120 KWHR.(por biogas)

80 KW x 5 HRS= 400 KWHR.(por paneles fotovoltaicos)

12.8 KW x 5 HRS= 64 KWHR.(por molinos de viento)

Fig.3

Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aislados

Fig.4

Fuente: taller Sistemas híbridos para población rural aislada, Ignacio Cruz, CIEMAT-España.


Fig.5



Fig.6


Innovaciones desde la academia

Almacenamiento energético por energía potencial de un lastre líquido (agua)

Fig.7


Almacenamiento energético por energía potencial de un lastre sólido (bloque de concreto)

Fig.8


Fig.9


Estudio del estado del arte y la técnica para sistemas de energías renovables aislados Fig.10


Potencial

energético

solar

dominicano

Emisiones de

CO2 por

combustibles

fósiles

Problemática a resolver: la deficiencia energética y la alta

emisión de dióxido de carbono al usar generación fósil Fig.13

Planteamientos y caraterizaciónes para nuestro modelo

de matriz energética sostenible para escuelas de tanda

extendida

Fig.14 Dimensiones de Escuela de tanda extendida: 4 edificios de 23 mts x 11.5 mts

= 4 x (264.5 mts2 c/u). = 1,058 mts2. (total de área de techo)

The matrix solar power considerations

Technical considerations :

1) Irradiation Solar area in school ceilings: 4 x 264.5 mts2 = 1,058

Mts2

Taking 93.6 mts2 for small aerogenerators, then we have:

1,058 - 93.6 =964.4 mts2 for solar panels.

2) Power of maximum solar irradiation (1kw/Mts2) = 964.4 KW. (for

16% solar panel efficience =154.3 KW. If we would Considering 1,3

Mts2 by 175 W, 24v panel. Then now we are considering (946.4 Mts2

/1.3 Mts2 by panel = 728 solar paddle with 175 watts each one).

3) The whole real photovoltaic power to settle is: 127,400 W. =

(127.4 KW). This will powered services like: water pumping,

illumination, Central telephone offices, Computer centers and

multimedia, alarm systems, among others.

Potencial

energético

eólico

dominicano

Mitigaciones a

emisiones de

CO2 por

combustibles

renovables

The matrix wind power considerations

Fig.15


We choose ; = 400 watts.

for rotor D=1.4mts, and wind speed v= 10 mts/seg.

Then results an amount of small (32) 400 watts, 24v

aerogenerators, because its robustness and facility of

handling in case of storms: Thus it is 32 mills of 0.4 KW

each, for a total Aeolian 12.8 kw. Power to be used in

external illumination services to the corridors and areas.

These needs 8 batteries of 12v, 855 Ah, as Aeolian

backup (2 by c/u of the 4 buildings), and of 4 inverters of

3kva, 24v, for service of lights in the corridors of the 4

school building.

2 30.2* *p D V2 30.2*(1.4) *(10)p


Fig.16


Sistema integral del Delta Termosolar Parabólico de 11.25 kw.

para la producción y almacenamiento de agua potable.

(Capacidad: 13,000 Galones, a 50 Gls/min.= 12.53 mts3/hr) =50

Metros cúbicos en 4 hrs.

(Escuelas y Comunidades de unas 300 a 3,000 personas de 3 a

30 Galones /persona) y Reservas de 4,000 Galones/día.

Modelo termosolar como componente de la matriz

energética

Prototipo de caldera termosolar de 11.25 KW. Fig.17

Modelo termosolar como componente de la matriz energética

Sistema de captación solar integral que podría servir de base

para el desarrollo de una opción termosolar

Fig.18

Sistema del Delta Termosolar Parabólico de

11.25 kw para el tratamiento del agua

Modelo termosolar como componente de la matriz

energética

Fig.19

Modelo termosolar como componente de la matriz energética

Fig.20 Sistema del Caldera termosolar Parabólica de 112.5 kw para generación eléctrica

por turbinas pelton

El biogás es un combustible producido

mediante la fermentación anaeróbica (en

ausencia del aire) de desechos orgánicos de

origen animal o vegetal, dentro de

determinados límites de temperatura,

humedad y acidez

La composición química del biogás es:

Metano (CH4), 50-70%

Dióxido de carbono (CO2), 30-50%

Acido sulfídrico (H2S), 0.1-1%

Nitrógeno (N2), 0.5-3%

The matrix Biodigesters and the biogas production


Fig.23 Proceso de producción del Biogás


Fig.24


Factores de emisión de CO2 Fig.25


Fig.26

Tabla para

el cálculo

del biogás

Horizontal alternative design of a domestic biodigestor for production of biogas (2)

with enzymatic control of the production of the methane by solar control of the

temperature of the process.

Detalles del mejoramiento del prototipo anterior mediante energía Solar


Fig.27


Number of biodigestors to be fed by the dung of

the 4,250 people (75 kg/person) 10% MSO factor,

who inhabit to the school using the sanitary

services: considered to replace of combustible gas

caffeteries and others.

Biogas production = 95.625 Mts3 of biogas under

pressure are equivalent to: 15.3 gallons of diesel

oil per day for 3,187.5 kg estiércol/día

para 95.625 mts3 de biogas/día.

Biodigestor de 4,176.9 mts3 de volumen total.

Demanda 0

Producción min. 31.157153

Producción max. 95.6251791

0

20

40

60

80

100

120

Demanda Producción min. Producción max.

m3

/día

Demanda y producción de biogas

Fig.28 Demanda y producción del biogás

1mts3 de biogás = 0.7 lts de gasolina = 0.46 kg de propano

= 0.6 lts =0.16 gls de gasoil =2 kg de leña = 1.25 KWHR.=

4,500 a 6, 300 KCAL por mts3.

Así: La energía disponible en la matriz por concepto del

biogás sería:

95.625 mts3 de biogás/día x 1.25 KWHR= 119.53 KWHR

Luego se diponen de 14.94 KW por unas 8 HRS por

concepto de un generador a biogás tributando a la matriz

energética.


Determination of the power available, the hours

available and the demand of recommended power, the

load of backup, the inverters, batteries, regulators of

load, etc.

a) From the 728 photovoltaic 175w. paddels, 24v,

4,95 Amperes by each ones, it is about 127.4 KW that

would give us 182 panels for each building, It is

31.85kw for each one of the four buildings of the

considered extended time school.

Now we determined for the school building 4

inverters with 30 KW each ones.

b) The 4 inverters could are: Soletria PV powered PVP

30 KW, 208-480 volts, 3 phases,60 Hertz,

(USD$23,235.00 eah ones), 295-600 VDC, 109

Amperes DC, nominal input operating range.

Matrix power energy considerations


c) For these conditions for c/u of the (4) x 30 KVA

inverters they are requiring: (26 batteries of 12v, 855

Ah); what they are 26x12=312 VDC, (within voltage

input operating range), with a capacity of delivery of

backup in 5 hours of: 855/5=171 Amperes.

(within the amperage input range) for the four buildings

they would be: 26x4=104 batteries of 12v, 855Ah. (for

solar using power).

d) The range of operation of the inverters is about 8

hours by direct conduction photovoltaic and about 4

hours else from the batteries backup for nights hours.

Our project can avoid the emission to The Earth

atmosphere of 110 kg of CO2 per day, 3,312 kg of CO2 per

month, and 39,744 kg of CO2 per year, and contribute to the

global nonheating. ( Fuel Oil emission = 276 grams of

CO2/KWHr).

Considering our 400 KWhr per day produced by the solar

system.

Measurements of Power in a normal day average:

The School’s total electrical green power distribution

system is: 107.8 KW, 584 KWHR.


15 KW x 8 HRS = 120 KWHR.(por biogas)

80 KW x 5 HRS= 400 KWHR.(por paneles fotovoltaicos)

12.8 KW x 5 HRS= 64 KWHR.(por molinos de viento)


Desarrollos tecnológicos para el modelo de

matriz sostenible para las escuelas de tanda

extendida

Aerogeneradores verticales de 10 KVA con medios

tanques de 55 gls Fig.29


Toberas de concentración y aceleración de viento Fig.30


Modelo

conceptual

de molino

de viento

por tobera

Caracterización de un Molino de viento por supertoberas Fig.31


Imágenes de la

virtualización

del prototipo


Prototipos de aergeneradores por supertoberas para 15 KVA Fig.32

Prototipos de aergeneradores por supertoberas para 15 KVA Fig.33


Supertobera

eólica

Caldera

termosolar

Resumen

El uso y explotación de los recursos energéticos en forma integral, y a través de una matriz energética, potencia nuestros recursos naturales como la energía del viento y la de los rayos del sol tan abundantes en nuestro País e impone una seria reflexión hacia la orientación del currículo de la educación técnica hacia el diseño, construcción y montaje de Plantas de producción de energía eléctrica a partir de las energías renovables en orden a abastecer las necesidades nacionales, tal como las necesidades de escuelas de tandas extendidas de origen rural, racionalizando así el uso de divisas y mejorando el medioambiente y el ecosistema.

Resumen

The School’s daily total electrical green power

distribution system is: 584 KWHR.


15.0 KW x 8 HRS = 120 KWHR.(por biogas)

80 KW x 5 HRS= 400 KWHR.(por paneles

fotovoltaicos)

12.8 KW x 5 HRS= 64 KWHR.(por molinos de

viento)

CONCLUSIONS

As results of our project we hope improve our

Extend time school electrical supply power

sytems, become in an example for Dominican

Republic taking care about how we must

work to have a better world without

dangerous atmosphere emissions.

! Gracias!

Dominican Republic| Nov-16 | Matriz Energética Escuela Tanda Extendida william camilo

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