Escuela Politécnica del Ejército Carrera de Ingeniería Electrónica Automatización 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

Santa Cruz San Cristóbal Isabela Componentes

Estación Radar Isabela Latitud Longitud Altura Muelle Cabotaje 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 Altura Cantera Piedra 0º54’51’’S 89º36’45”O 70.6 msnm

Situación Actual Línea MT 13.2kV Estación Radar No existe energía eléctrica Línea de MT cercana Trifásica,13.2kV Línea MT 13.2kV Estación Radar

Línea MT Trafo 30kVA, 3F Línea MT Subterránea Línea MT aérea Trifásica, 13.2kV Subterránea, 285m Transformador 30kVA Padmounted, 3F ∆-Y Conductor Cu, XLPE, #2AWG 15kV Trafo 30kVA, 3F Línea MT Subterránea Línea MT aérea

Estación Radar Sta. Cruz Latitud Longitud Altura Hab 9 0º44’21’’S 90º18’24’’O 15.7 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 Demanda máxima P1 Carga DC 165.40W P2 Carga AC 94W P3 Potencia nominal Inversor 300W P4 P3/Eficiencia η (0.87) 344.83W P5 Cargador/Fuente P1+P4 510.23W P6 P5 + 50% 765.34W P7 P6/η (0.7) 1093.34W P8 Carga Caseta 1110W P9 Carga AC + 50% 3305.02W P10 3592.41VA Conductor de acometida Caída de tensión 2.5% Cu, TTU, #8AWG Isabela, Santa Cruz: monofásica 3H, 110/220 San Cristóbal: trifásica 4H, 110/220

Sistema Redundante Cargador/Fuente 85A, 12VDC Alimentación 120VAC, 50/60Hz Inversor DC-AC 300W, 110VAC Baterías VRLA 7u, 12VDC 180Ah (10h)

Estación Radar Isabela Equipos DC Cargador/Fuente Banco de Baterías Inversor Equipos AC Acometida BT A/C, baliza, alumbrado Caseta

Estación Radar San Cristobal Equipos DC Acometida MT Cargador/Fuente Banco de Baterías Inversor Equipos AC Acometida BT A/C, baliza, alumbrado Caseta

Estación Radar Sta. Cruz Equipos DC Cargador/Fuente Banco de Baterías Inversor Equipos AC Acometida BT A/C, baliza, alumbrado Caseta

Sistema de Protección Elemento Voltaje Potencia W Corriente A Capacidad Termomagnético Cargador/Fuente 110 Vac 1093.34 9.94 15A Baliza Torre Radar 150.00 1.36 5A Iluminación 200.00 1.82 Toma Corriente Auxiliar 3.64  Toma Corriente Exterior Aire Acondicionado 600.00 5.45 8A Banco de Baterías 12 Vdc - 85 100A Equipos DC 165.40 13.78 Inversor (Equipos AC) 162.07 13.51

Protecciones MT

Capacidad Termomagnético Sistema de Protección Estación Corriente Acometida Capacidad 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 Altura Crocker 0º38’33’’S 90º19’33’’O 826.8 msnm

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 P5 Potencia Nominal Inversor 300W P6 P5/η (0.87) 344.83W Energía E1 P1*24h 2160 Wh/día E2 P2*12h 1656 Wh/día E3 (E1+E2)+50% 5724 Wh/día E4 E3/η (0.87) 6579.31 Wh/día

Estación Crocker Generador Eólico Modelo Zonhan ZH750W Potencia Nominal 750W Tensión DC Nominal 24V Diámetro rotor 2.7m 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 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 Crocker Sistema 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 Crocker Controlador Eólico FV Baterías de acumulación Modelo Zonhan 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 Crocker Sistema Acumulación Energía Total, E 6579.31 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 Voltaje Potencia W Corriente A Capacidad Termomagnético Equipos AC 110 Vac 90.00 0.82 5A Iluminación 30 0.27 Toma Corriente Auxiliar 200 1.82 Módulos FV 24 Vdc 1050.00 38.88 40A Generador Eólico 750.00 31.25 Banco de Baterías - 70.13 80A Inversor DC-AC 344.83 14.37 25A

Estación Cerro Crocker Turbina eólica Controlador Eólico FV Banco de Baterías Inversor Equipos AC Arreglo Fotovoltaico

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 PAT SPR PAT Equipos PAT Transformador

Puesta a Tierra Voltaje de Paso Voltaje de Contacto

Ec. Voltajes Tolerables 70kg Voltajes Reales

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 Rubro (u) Análisis por Precio Unitario Cantidad de obra P.U. c/rubro Presupuesto de materiales, maquinaria y herramienta, mano de obra, costos indirectos Rubro (u) A Materiales Cantidad P.U. S.T. B Maq & Her Hr $/Hr C Mano O Costos Directos A+B+C Precio Unitario CD+CI

Presupuesto Presupuesto Total Materiales $ 98 863.93 Maq & Herr $ 98 863.93 Maq & Herr $ 8 889.72 Mano Obra $ 36 578.22 Costos Directos $ 144 331.87 Costos Indirectos 30% $ 43 299.56 Costo Total CD+CI $ 187 631.43

Costos Indirectos Costos Indirectos %CD Dirección de obra 8% Administrativos 1% Locales provisionales Vehículos 3% Servicios Públicos Garantías y Seguros 5% Prevención de Accidentes 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 $ 142 537.84 $ 180 766.34 187 631.43 % I. Acumulada 76% 96% 100%

Costo mantenimiento cada 10 años Componente Vida útil Cantidad/10 años Valor Costo/ 10 años Baterías 45.00 $ 295.00 $ 13 275.00 Cargador/Fuente 3.00 $ 1 619.00 $ 4 857.00 Controlador 5 años 2.00 $ 3 800.00 $ 7 600.00 Generador eólico 1.00 $ 990.00 Inversores 4.00 $ 236.00 $ 944.00 Módulos FV 6.00 $ 395.00 $ 2 370.00 Mantenimiento PAT $ 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 $/Visitante $/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