Dise O Panel Solar

UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

BOMBEO DE AGUA PARA RIEGO EN CERRO CALÁN
UTILIZANDO ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

EMILIO JAVIER AQUEVEQUE MEDINA

PROFESOR GUÍA:
ROBERTO ROMÁN LATORRE
MIEMBROS DE LA COMISIÓN:
CARLOS AGUILERA GUTIÉRREZ
JAMES Mc PHEE TORRES

SANTIAGO DE CHILE
OCTUBRE 2009RESUMEN DE LA MEMORIA
PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
POR: EMILIO AQUEVEQUE M.
FECHA: 06/10/2009
PROF. GUÍA: Sr. ROBERTO ROMÁN

“BOMBEO DE AGUA PARA RIEGO EN CERRO CALÁN UTILIZANDO ENERGÍA
SOLAR FOTOVOLTAICA”

En éste trabajo de título se diseña un proyecto de elevación de agua para
riego en el Cerro Calán el cual alberga en su cumbre al departamento de Astronomía
de la Universidad deChile. La elevación de agua se hará mediante el uso de bombas
activadas con energía solar fotovoltaica. Esta elección se basa en la importancia
creciente que está tomando a nivel mundial la elección de formas limpias de energía
y en la imagen que da la Universidad de Chile al país como una institución
comprometida con el desarrollo de las energías renovables. Los pasos a seguir en el
presenteinforme serán la determinación del caudal de diseño de la impulsión, el
diseño de los paneles solares, la elección de las bombas y el diseño de las obras
tales como cámara de captación, cámara de impulsión, diámetro de la impulsión,
tipo de tubo y uso de la infraestructura existente en el cerro. El presente informe
incluye además una simulación horaria de bombeo solar, el presupuesto de los
materiales yobras respectivas y los planos del proyecto, con los cuales se contempla
la materialización de éste para el año 2010.

2

Dedicado a mi madre

3

Indice
Introducción
Capítulo 1: Antecedentes de bombeo solar
1.1 Breve historia del bombeo solar

8

1.1.1

El bombeo solar no fotovoltaico

8

1.1.2

El bombeo solar fotovoltaico

18

1.2 Estado del arte de los sistemas de bombeo fotovoltaicos

201.2.1

Energía solar fotovoltaica

20

1.2.2

Bombas solares para agua

23

1.2.3

Comparación con otros sistemas de elevación de agua

27

1.2.4

Configuraciones de sistemas de bombeo alimentado por
energía solar

29

1.2.4.1 Sistema de bombeo solar acoplado con baterías

29

1.2.4.2 Sistema de bombeo solar con acoplamiento directo

32

Capítulo 2: Antecedentes Cerro Calán
2.1 Ubicación

35

2.2Proyecto de reforestación

36

2.3 Oferta de agua

37

2.4 Demanda de agua

38

2.5 Infraestructura existente en Cerro Calán

38

2.6 Sistema apto para bombeo en Cerro Calán

40

Capítulo 3: Diseño de paneles
3.1 Estimación del área de paneles

41

3.2 Cálculo detallado de la energía entregada por un arreglo fotovoltaico

42

3.2.1 Conceptos básicos

44

3.2.1.1 Cálculo de la radiación inclinada51

3.2.1.2 Alternativas de Tracking del panel fotovoltaico

54

3.2.2 Modelo de panel fotovoltaico

58

3.2.2.1 Cálculo de la eficiencia promedio

58

3.2.2.2 Otras correcciones

59

3.2.3 Energía entregada por un arreglo

60

3.3 Cálculo del caudal elevado

69

3.4 Capacidad nominal y criterio de diseño de paneles

72

4

Capítulo 4: Elección de equipos
4.1 Tipo de bomba

76

4.2 Mercado depaneles fotovoltaicos

77

4.3 Mercado de bombas solares

78

4.3.1 Bombas Lorentz

78

4.3.1.1 Elección de bombas Lorentz

82

Capítulo 5: Diseño de obras y presupuesto
5.1 Descripción de obras

84

5.1.1 Cámara de captación y conducción gravitacional

84

5.1.2 Cámara de regulación

86

5.1.3 Impulsión

87

5.2 Presupuesto

88

5.3 Amortización del proyecto

92

Capítulo 6: Simulación de bombeo
6.1Descomposición de la radiación incidente

94

6.2 Resultados de la simulación

95

Conclusiones

104

Bibliografía

105

Anexos

106

1. Memoria de cálculo conducción gravitacional

106

2. Impulsión

108

3. Análisis de golpe de ariete

109

5

Introducción
El Cerro Calán, ubicado en la comuna de Las Condes, pertenece a la
Universidad de Chile y está ocupado en su sector superior por el...