FORMACIÓN EN ENERGIAS RENOVABLES DE ALUMNOS DE INGE NIERÍA EN

CONVENIO CON EL CENTRO DE INTERPRETACIÓN ESTUARIO D EL RIO GALLEGOS

P.Triñanes(*), R.Oliva(*), J.Lescano(*), G. Montero(§), N.Cortez(*), P.Márquez(**),

P.Culún(**), K.Cherbiy(**), C.de la Sierra(**) (*) Area Energías Alternativas, Universidad Nacional de la Patagonia Austral (UNPA)

(**) Estudiante, Universidad Nacional de la Patagonia Austral (UNPA) Lisandro de la Torre 1070 - 9400 Río Gallegos - Santa Cruz TE 02966 442317/19 int 21, email:

roliva@uarg.unpa.edu.ar (§) Fundación Ambiente Sur – Director del Centro de Interpretación Estuario de Rio Gallegos

Recibido 15/08/18, aceptado 21/09/18

RESUMEN: El presente trabajo presenta los aspectos educativos de un proyecto de energías renovables llevado a cabo en el Centro de interpretación “Estuario del Río Gallegos” (CIERG), cuyo objetivo principal es la divulgación e información acerca de los sitios protegidos de la ciudad constituyéndose asimismo en un lugar de referencia para las actividades de educación ambiental, recreación, avistaje de aves y ecoturismo. El proyecto, que involucra la participación de alumnos de las carreras de Ingeniería Química e Ingeniería en Recursos Naturales Renovables de la Universidad, consiste en la implementación de un sistema eólico – solar que abastecerá un sector del CIERG con el propósito de optimizar el uso de la energía, el agua y los residuos. Dicho sistema se encuentra parcialmente implementado, para lo cual se realizaron desde mediados de 2017 tareas de modelado, ubicación óptima, y especificación de equipamiento. Asimismo durante los meses siguientes se participó en tareas de determinación del norte solar, instalación y montaje de los equipos y en su puesta en marcha. Resta terminar aspectos de funcionamiento, realización de manuales básicos, material didáctico e infografías. A través del proyecto se busca generar un modelo sostenible a seguir por otras instituciones y una herramienta de educación y sensibilización para quienes visitan el Centro de Interpretación.

Palabras clave: energías renovables, eólica, solar, sostenibilidad, formación, divulgación. INTRODUCCION El proyecto apunta por un lado, a la implementación de mejoras para la sostenibilidad en el Centro de Interpretación (CIERG), a fin de optimizar el uso de la energía, el agua y los residuos, como así también a generar un modelo sostenible a seguir por otras instituciones y una herramienta de educación y sensibilización para quienes vistan el mismo. La posibilidad de demostrar durante una visita que el uso de energía y los recursos eficiente es posible, implica una gran oportunidad para incidir en una importante cantidad de personas. Para ello se implementan, con la participación activa de estudiantes de grado de carreras de ingeniería, herramientas para lograr una mayor eficiencia energética del edificio como ser cambio de luminaria completa por artefactos LED y optimización del sistema de calefacción. Se ha instalado parcialmente además una pequeña planta de tratamiento de efluentes líquidos con reutilización para riego de un jardín de flora nativa. También se implementará un sistema de clasificación, reutilización y reciclado de residuos (compost) para minimizar la generación de residuos en el edificio. Asimismo se diseñó y se encuentra en fase de implementación una oficina “Eficiente” construida con materiales reutilizados y alimentada con energía solar térmica, fotovoltaica y eólica (Casado, 2010). .

ASADES Acta de la XLI Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente

Vol. 6, pp. 08.199-08.207, 2018. Impreso en la Argentina. ISBN 978-987-29873-1-2

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Las características de este sistema de energía (que incluirá a futuro un sistema de registro electrónico y display de variables), su estudio y realización con la cooperación de estudiantes de las carreras de ingeniería, el diseño de prácticas y la preparación de material didáctico, descripción e infografía se incluyen en el presente trabajo. Asimismo se buscará reforzar (Watkins, 2010) la vinculación existente de la Universidad con las Escuelas Técnicas, específicamente a través de realización de prácticas conjuntas con visitas al CIERG y a Laboratorios de las Escuelas Industriales locales dependientes del INET. El proyecto de Energías Renovables del CIERG, que cuenta desde mediados de 2017 con financiamiento de la Embajada de Alemania en Argentina a través de su programa de Micro Proyectos (Emb_Alemania, 2017), se inserta en uno más amplio de la Fundación que pretende generar la inclusión de jóvenes con discapacidad a partir de su capacitación, para que sean los promotores ambientales de las acciones a seguir y cumplan con el objetivo de mejorar su calidad de vida. En ese sentido se diseñará e implementará un programa de capacitación sobre ambiente y utilización eficiente de los recursos para jóvenes con discapacidad intelectual, los cuales serán los encargados a su vez de realizar un programa piloto de sensibilización sobre la temática en el Barrio Virgen del Valle ubicado en la periferia de la ciudad. CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO Características y ubicación geográfica de la propuesta El CIERG (Figuras 1, 2) fue inaugurado en Diciembre de 2011 y está ubicado en las proximidades de la costanera local y dentro de la Reserva Costera Urbana de Río Gallegos.

Figura 1 –Instalaciones del CIERG (2017) y Ampliación con Oficina Sustentable (2018).

Figura 2 –Evolución de la construcción de la Ampliación con Oficina Sustentable (2018).

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Se trata de un espacio concebido para desarrollar la comunicación, la motivación, la enseñanza y el aprendizaje sobre el patrimonio natural de Río Gallegos en pos de generar hábitos y conductas de protección y conservación. El CIERG es el primero de su tipo en la Patagonia Austral construido para un área protegida, zona de paso de gran cantidad de aves migratorias como es la del Estuario del Río Gallegos. Allí es posible explorar y conocer características únicas del Area, o vivir una experiencia en la naturaleza a través de las visitas guiadas a la reserva, avistaje de aves y ecoturismo para los habitantes de la ciudad. Asimismo, resulta una alternativa ecoturística para los que visitan la ciudad. La creación de una Oficina Sustentable en el edificio existente (Figura 2) es un reflejo del enfoque proactivo de la Fundación, que busca influir fuertemente en la toma de conciencia ambiental en la zona a través de proyectos con componentes prácticas y a la vez con inserción en la educación en distintos niveles. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES E INSTALACIONES REAL IZADAS Actividades de Preparación, diseño, descarga de equipos y montajes Durante la segunda mitad de 2017, conocida la aprobación del financiamiento a través de un MicroProyecto (Emb.Alemana), la Asociación Ambiente Sur buscó realizar junto con la Universidad un diseño detallado de los componentes y distribución del sistema, en el marco de un Proyecto de Extensión y la cooperación de Estudiantes de Ingenierías Química y Recursos Naturales Renovables, que estuvieran cursando la materia optativa Energías Renovables. El sistema (Figura 3) consta de equipos para provisión de energía eléctrica producida con energía eólica (a través de un aerogenerador Eolux de 1 kW para carga de baterías) y fotovoltaica (a través de un conjunto de paneles Solartec de 300 Wp), y su almacenamiento en un banco de baterías de tipo tubular OpzS Autobat de 12 V, 500 Ah de capacidad. La conversión de corriente continua a alterna se realiza con un inversor / cargador QMax de 2 kW nominal, el cual tiene prevista una conexión a la red pública para evitar la descarga excesiva y posible daño del costoso banco de baterías. Asimismo, se incorporó un colector solar-térmico Solartec, con reservorio de 150 litros para provisión de agua caliente sanitaria. Se prevé la instalación de un sistema registrador que a la vez muestre en forma didáctica el estado actual del sistema y la evolución de las variables de cada componente. Concluida la etapa inicial, posteriormente se extendieron las actividades durante 2018 para avanzar en la instalación del sistema. Las actividades requeridas consistieron en: Segunda mitad de 2017:

a) Un dimensionamiento preliminar del sistema considerando las cargas previstas en la Oficina Sustentable, utilizando planillas de cálculo.

b) Una primera simulación básica de los componentes requeridos utilizando el software Homer (Homer, 2017) considerando los recursos locales de radiación solar y viento a baja altura (el CIERG está ubicado en el límite Este de la ciudad con vista hacia el Estuario).

c) Realización de un diagrama en bloques del sistema (Figura 3). d) Relevamiento de ubicaciones posibles y costos de componentes e) Ensayo eléctrico del aerogenerador en Torno (se trataba de una unidad sin uso durante 17

años), con la cooperación de la empresa metalúrgica SETRA S.R.L. que apadrinó el Proyecto y realizó el montaje posterior en torre.

Primera mitad de 2018:

a) Descarga de los equipos adquiridos en el CIERG b) Determinación del Norte Solar y canalizaciones requeridas para cableado. c) Montaje del sistema termosolar en ubicación temporaria. d) Montaje de los Paneles Fotovoltaicos e) Montaje, verificación de tablero, configuración de inversor y reguladores. f) Incorporación de electrolito de baterías, verificación y puesta en marcha del sistema.

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Figura 3 – Diagrama General del sistema de ER para el CIERG

En la Figura 4 se muestran parte de las actividades complementarias d), f) y g).

Figura 4 –Actividades preparatorias CIERG (2017), descarga equipamiento y

Determinación de Norte Solar y canalizaciones (2018).

Ensayo de Aerogenerador sobre torno El aerogenerador Eolux utilizado había sido adquirido por SETRA S.R.L. para un proyecto inconcluso en 2001, y no había sido ensayado. Dado el tiempo transcurrido se optó (actividad e)) por realizar un ensayo eléctrico-mecánico del mismo sobre un torno de la misma empresa (10-2017, Figura 5). Se reutilizó el conjunto rectificador, pero se reemplazó el regulador original por un Morningstar Tristar TS-60. Dicho regulador permite configurar el sistema para distintas tensiones (12 V en nuestro caso) y a la vez funcionar con la resistencia fantasma de regulación provista originalmente con el aerogenerador, seleccionando el modo de operación correspondiente (Oliva y otros, 2002, 2007).

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Asimismo, dicho regulador cuenta con una interfase de comunicación tipo serial con implementación de protocolo Modbus, lo cual facilita su vinculación con el sistema de relevamiento y registro proyectado. El equipo de la Universidad ha participado extensamente en sistemas similares en la zona (Lescano y otros, 2009) (Oliva y otros, 2010) por lo que se espera que el dimensionamiento del equipo para zona de perímetro urbano y con conexión de backup a red no presente dificultades operativas.

Figura 5 –Ensayo de Aerogenerador Eolux sobre torno.

Determinación del mediodía solar en el predio del CIERG El mediodía solar ocurre cada día cuando el sol está en su punto más alto en el cielo, y su determinación es utilizada para definir la ubicación, orientación e inclinación del panel solar. Las sombras producidas por los rayos de luz solar tienen su menor longitud cuando el Sol está en el lugar más alto en el cielo. Este instante se llama Mediodía Solar. La longitud de la sombra más corta permite saber el ángulo que forman los rayos del Sol con la recta vertical, información que puede ser usada para establecer la inclinación óptima del panel, y su dirección indica cual debe ser la orientación de los mismos (en cada lugar geográfico donde se realice esta medición). Es importante relacionar la hora del Mediodía Solar con los siguientes datos: -La Latitud y Longitud del lugar de medición. -La fecha en la que se lleva a cabo la medición. -La zona horaria (o huso horario), incluyendo la información respecto al hecho que esté en vigencia el horario de invierno o de verano (si correspondiera). Según nuestros registros de medición, alrededor de las 13:40 se produce la máxima radiación en un día claro del mes de Abril. El método utilizado (Figura 4, arriba) para determinar el mediodía solar consistió en medir cada 5 minutos la sombra de una barra vertical durante un periodo de tiempo desde media hora antes y hasta media hora después de las 13:40 . Este procedimiento permitió verificar que la sombra más corta se producía efectivamente a las 13:40, siendo éste el momento de mayor altura solar. La dirección de la sombra indicó la posición del Norte Solar, y por lo tanto, los paneles solares fueron orientados en esta dirección. Las bases de hormigón para la fijación de la estructura soporte fueron dimensionadas de modo de permitir inclinaciones de los paneles de 19º, 30º, 44º o más; teniendo en cuenta la posibilidad de lograr la mayor eficiencia en la captación del recurso solar en función de las posibilidades que brinda la estructura articulada telescópica. Colector solar térmico SOLARTEC TS150 El colector está formado por 15 tubos de vacío de 58 mm de diámetro y 1800 mm de longitud que proveen un área útil de captación solar de 2,06 metros cuadrados. El tanque acumulador tiene una

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capacidad de 150 litros y tiene un calentador eléctrico auxiliar de 1,5 kW. El montaje del mismo en una ubicación demostrativa temporaria se ilustra en la Figura 6.

Figura 6 –Armado e instalación del colector solar térmico (05-2018).

Sistema Eólico – Solar de suministro eléctrico El sistema eléctrico para la oficina sustentable consta de un banco de baterías, un conjunto de paneles solares y un generador eólico, según se muestra en las Figura 7. El aerogenerador es una antigua unidad Eolux, de 600 W de potencia nominal, 2.2 m de diámetro (fabricado en 2000) y una tensión de carga de baterías de 12 V, acoplado a un regulador Morningstar TS-60. El Inversor-Cargador es una unidad QMax de 2 kW, para 12 V. El conjunto fotovoltaico es de dos paneles Solartec de 150 Wp nominales (con un soporte de aluminio y bases de hormigón, ver armado en Figura 8, izq), y un regulador Solartec SC-20. El banco de baterías consta de 6 unidades Autobat de 2 V y 500 Ah de capacidad, de tipo Tubular de electrolito líquido. El montaje del tablero fue realizado por el Téc. Luis Barrionuevo, bajo supervisión del equipo del Proyecto (Figura 8, der).

Figura 7 –Sistema eléctrico con energías renovable y esquema eléctrico del tablero

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Figura 8 – (izq.) Montaje de paneles y soporte (der) Equipo encargado de la instalación eléctrica.

OBJETIVOS GENERALES El objetivo del Proyecto es realizar una tarea técnica de especificación, diseño y montaje del sistema de energías renovables que contribuya a la formación de los alumnos de ingeniería en experiencias concretas, y a la vez aportar al objetivo del CIERG de sumar aportes para la generación de conciencia respecto de la necesidad de que los habitantes de la ciudad se sientan parte del ambiente en que viven y se hagan responsables por él, ya que como miembros de la comunidad local pueden contribuir en gran medida al cumplimiento de este objetivo. Asimismo, se busca implementar un sistema para lograr una mayor eficiencia energética, uso del agua y manejo de residuos en el Centro de Interpretación-RG. Este sistema no sólo tendrá un beneficio económico para la Fundación sino que servirá como disparador de actividades de tipo educativo, visitas didácticas y prácticas técnicas, y como elemento central en el mencionado programa de promotores ambientales para jóvenes con discapacidad. Asimismo se buscará reforzar la vinculación existente de la Universidad con las Escuelas Técnicas, específicamente a través de realización de prácticas conjuntas con visitas al SILOSE (Centro de equipamiento técnico dependiente del INET) el CIERG, y los equipos existentes en el Campus de la Universidad. OBJETIVOS EDUCATIVOS Y ACTIVIDADES CORRESPONDIENTES En la instalación de los sistemas eólico solar del CIERG participan alumnos de la carrera de Ingeniería Química e Ingeniería en Recursos Renovables. Dado que se trata de un sistema en proceso de instalación y verificación, algunas de las tareas se han completado parcialmente. Se pretendió aprovechar la complejidad de las instalaciones para desarrollar secuencias didácticas que permitan potenciar los aprendizajes de los alumnos en la Cátedra Energías Renovables, materia optativa de las dos carreras mencionadas. Como objetivos educativos se buscó completar lo siguiente: - Llevar adelante el diseño, simulación y montaje del Sistema de Energía Renovable para la alimentación de la Oficina Eficiente en el marco del presente Proyecto a través de la cooperación del Área Energías Alternativas de UNPA y alumnos de la Asignatura Optativa Energías Renovables (de Ingeniería Química e Ingeniería en Recursos Naturales Renovables). Estas actividades se enmarcaron en el Convenio existente entre UNPA y la Asociación Ambiente Sur. - Realizar tareas de diseño preliminar, dimensionamiento, especificación de equipos, diseño detallado y tareas auxiliares de montaje de los sistemas de energía renovable para suministro eléctrico en la oficina (potencia pico estimada de 2 kW) a través de un sistema mixto eólico-fotovoltaico, y sistema para provisión demostrativa de ACS (Agua Caliente Sanitaria) a través de un sistema solar térmico.

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- Realizar con alumnos actividades de medición y comparativas del sistema ya montado con sistemas educativos a instalar en el SILOSE (Escuela Industrial Nº4) a través del Convenio existente con el Consejo Provincial de Educación. También se prevé la redacción de un manual de usuario y la realización de infografías que permitan una mejor comunicación de los conceptos del sistema. - Realizar actividades didácticas y demostrativas para alumnos, tanto del Sistema Solar Térmico como del Sistema Eléctrico con Energías Renovables (Solar / Eólico) En forma general, las actividades y objetivos considerados para este sistema que se enmarcan en la currícula de la materia optativa son las siguientes.

OBJETIVOS ACTIVIDADES

I) Determinación del mediodía solar

Se desarrolla en el lugar de la instalación un procedimiento práctico que permite conocer la hora del mediodía solar, es decir, el horario en que el sol alcanza su altura máxima sobre la línea Norte – Sur.

II) Determinación del rendimiento del colector solar térmico.

Por medio de la medición de caudales y de temperaturas de entrada y salida de agua al colector, se puede determinar el comportamiento dinámico del mismo.

III) Simulación del comportamiento dinámico del colector solar térmico.

Por medio de la planilla de simulación generada por cada alumno en clases, se puede determinar el comportamiento del sistema a lo largo de un año.

IV) Medir parámetros de funcionamiento y determinar la eficiencia de los sistemas instalados.

Registro de datos de producción de energía eólica de los equipos instalados. Simulación del comportamiento dinámico del sistema de colector solar térmico. Registro de datos de producción de agua caliente sanitaria.

V) Capacitar a los alumnos de Ingeniería de la UNPA UARG en la simulación y verificación del funcionamiento de los sistemas instalados.

Diseño y confección de manuales de operación del sistema eólico. Diseño y confección de manuales de operación del sistema térmico. Diseño e implementación de secuencias didácticas destinadas a fomentar conciencia en aspectos de sustentabilidad energética.

VI) Transferir los conocimientos a otros

miembros de la comunidad. Jornada informativa acerca de los aspectos prácticos en el manejo de los sistemas instalados.

VII) Evaluar los resultados de cada una de las visitas realizadas al emplazamiento.

Encuentros de trabajo posteriores a la jornada informativa para evaluar acciones que optimicen el funcionamiento de los sistemas instalados.

VIII) Publicar los resultados obtenidos Publicación de resultados a través de canales correspondientes.

Tabla 1 –Tabla de objetivos y actividades planteadas en CIERG CONCLUSIONES Se presenta en este trabajo las actividades concretas vinculadas a aspectos educativos en un proyecto conjunto entre Universidad y una Fundación y su Centro Ambiental (CIERG), cuyo objetivo principal es la divulgación e información acerca de los sitios protegidos de la ciudad. El proyecto, con financiación de la Embajada de Alemania, comprende la instalación de una Oficina Sustentable, y de su sistema de Energía Renovable y anexos. El diseño y la instalación involucran la participación de alumnos de las carreras de Ingeniería Química e Ingeniería en Recursos Naturales Renovables de la Universidad, sobre todo en la implementación de un sistema eólico – solar de electricidad, en un sistema solar térmico para ACS y en la producción de manuales e infografía para el CIERG, que resalten los objetivos de optimizar el uso de la energía, el agua y los residuos. Se han presentado actividades concretas realizadas desde mediados de 2017 y avances en la instalación. Asimismo, se

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plantean objetivos educativos y actividades faltantes que restan realizar.Dado que se trata de un sistema en proceso de instalación y verificación, algunas de las tareas se han completado parcialmente, pero ha resultado un importante aporte en aspectos educativos tanto para la Universidad como para la Fundación y su Centro de Interpretación. AGRADECIMIENTOS Los autores quieren expresar su agradecimiento a las siguientes personas e instituciones por su apoyo para la realización del presente trabajo: Universidad Nacional de la Patagonia Austral – Unidad Académica Río Gallegos (UNPA-UARG), SETRA S.R.L., Fundación Ambiente Sur, SILOSE Escuela Industrial Nº 4, Tec. Luis Barrionuevo. REFERENCIAS Casado, J.C., Bianchi, J.M., García, M.S., Ayub, F., (2010) “En busca de una Perspectiva Teórica para

diseñar Campañas Educativas orientadas al Consumo Sustentable de Energía” Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, Vol. 14, 2010, ISSN 0329-5184, p10.31-10.37

Emb_Alemania (2017) Embajada de Alemania en Argentina – Concurso Microproyectos: https://buenos-aires.diplo.de/ar-es/themen/wirtschaft/kleinstprojekte/1826134 Homer Energy (2017) Licencia educativa HomerPro x64, 10 puestos, inv. 01275 - UNPA-UARG. Lescano, I., López, M., Oliva, R. (2009) “Sistema de Medición Sismed/C Glencross Para Sitio

Aislado” Comunicación ASADES 2009 – Rio Cuarto ISSN 0329-5184; vol 13. Oliva, R., Albornoz C.E.,Brugnoni, M.S. (2002) “Mediciones Anuales Comparadas de Viento y

Energía Producida en un Sistema Eólico Aislado Para Escuela Rural”, ASADES 2002, Buenos Aires (Octubre 2002), Publicado en CD /ASADES2003 - ISSN0329-5184.

Oliva, R.; Triñanes, P.; Lescano, J (2007) “Sistemas Eólicos e Híbridos – Mediciones y Simulaciones

teniendo en Cuenta la Variabilidad del Recurso en Patagonia”; ASADES 2007 / AVERMA; ISSN 0329-5184; vol 11; p629. San Luis; Octubre 2007.

Oliva, R.; Lescano, J., Triñanes, P.; D’Elía, E. Melano, D.,Lescano, I., López, M. (2010) “Proyecto

Glencross – Energía Eólica y Solar Para Escuela Rural” Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, Vol. 14, 2010, ISSN 0329-5184, p6.71-6.77

Watkins, M., Nieva, V., Molina, S., Leguizamón G., Ortega L.W., Palacios, J., Carrizo V.S., (2010)

“Talleres de Eficiencia Energética y Energía Solar en el Nivel Polimodal” Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, Vol. 14, 2010, ISSN 0329-5184, p10.15-10.18

ABSTRACT This work presents the educational aspects of the design and installation of a renewable energy system for an Environmental Center (CIERG) in South Patagonia, during which students of two engineering careers at the local University participated. The energy and hot water supply for a “Sustainable Office” within CIERG is in the process of being changed from conventional to renewable energy sources. The activities included practical design, simple installation chores and a series of manuals with contents oriented for non-technical personnel, teachers and students. The system is currently under installation. Installation costs were partially covered by a CIERG project with support from the local German Embassy Micro-Project program. The knowledge of the operation and benefits of these systems will contribute to better educational solutions for students in technical careers. Keywords: renewable energy, wind energy, solar, sustainable development, capacity building.

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