Diseño electromecánico de estación automatizada para carga y almacenamiento de bicicletas eléctricas alimentada por un sistema de generación de energía solar fotovoltaica - Arévalo Ascuntar, Héctor Alejandro; Nossa Martínez, Norbey Alejandro (Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, 2024)
Spa: Desde el punto de vista del ingeniero electromecánico se abordó y se analizó cuáles son las características técnicas que debe tener un sistema electromecánico para el funcionamiento automatizado de una estación que permita el almacenamiento seguro de bicicletas y a su vez recargar las baterías eléctricas de las mismas, esto, guiado por medio de la metodología de diseño basado en usuarios o Desing Thinking, así como del diseño e implementación de diferentes herramientas de recolección de información, se identificaron las necesidades de los usuarios potenciales, así como también, bajo criterios de diseño propios de los autores y analizando las diferentes estaciones que ya existen alrededor del mundo, se identificaron los requerimientos técnicos de la estación, con el fin de llegar a un diseño eficiente, se hizo la elección y diseño del tipo del sistema de generación solar fotovoltaica que alimentara a la estación (On-Grid), la capacidad de almacenamiento de la estación y de la bicicleta con la que se trabajó; se propuso una serie de bocetos, matrices de selección, implementación de técnicas de diseño basado en el usuario y despliegue de la función de calidad (QFD por sus siglas en inglés), herramientas que dieron paso al diseño definitivo que se trabajó en este proyecto. Se dividió el trabajo por subsistemas de la estación, empezando por el diseño de generación de energía solar fotovoltaica donde por su eficiencia, costo de operación y construcción se optó por un sistema On-Grid, es decir, conectado a la red, que cuenta con 20 paneles solares monocristalinos de 450 W ubicados en el techo de la estación, gracias al recurso solar disponible en la ciudad de Duitama es posible producir 14.23 MWh al año, además, el sistema se validó por medio de simulación en el Software PVsyst versión 7.2, finalmente, se generaron y presentan los planos, diagramas de conexión, materiales, equipos y documentación necesaria para el montaje de este subsistema. Posteriormente, se realizó el diseño mecánico de estructura de la estación, en el que durante su planeación se tuvo en cuenta las cargas y esfuerzos mecánicos a los que la estructura está sometida y que debe ser capaz de soportar, se llegó a que dicha estructura se debe construir en perfilería metálica tipo tubo cuadrada y rectangular hueco con las medidas correspondientes para cada elemento estructural, el material elegido es Acero A36 Estructural y se realizó estudio de uniones soldadas, además, todos los cálculos se validaron con simulación de elementos finitos en SolidWorks SP 2020 y se presentaron los resultados satisfactorios de la simulación, finalmente, se presenta los planos mecánicos de la estructura y los componentes necesarios del subsistema de la estación 16 Luego, se realizó el diseño de la instalación eléctrica siguiendo las especificaciones del Código Eléctrico Colombiano NTC 2050 (ICONTEC, 2020), se consideraron las cargas eléctricas y circuitos necesarios para alimentarlas, algunas de las cargas son los cargadores de las bicicletas, un dispensador eléctrico de agua, un compresor eléctrico de aire, televisión, computador y otros dispositivos, para un total de seis (6) circuitos. Debido a que la carga instalada es de 6.84 kVA y no supera los 15 kVA el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) (RETIE, 2013) establece que se puede realizar un diseño eléctrico simplificado, se presenta la lista de materiales requeridos, planos eléctricos, diagramas y documentación requerida por el sistema. Seguido de eso, se realizó el diseño de sistema de control y seguridad de la estación, en este subsistema como uno de los requerimientos es que la estación pueda ser monitoreada y administrada en línea, se optó por el uso de controladores programables (PLC) con conexión a internet, uso de accionadores eléctricos y sensores y se realizó la programación de los mismos para que el funcionamiento sea automatizado. Se presenta la programación en lenguaje Ladder, la lista de componentes y dispositivos necesarios, los planos y diagramas de conexión de los mismos, así como también, el informe y prueba de funcionamiento del programa en simulación en el software de Schneider Electric. Posteriormente, se realizó un análisis económico donde se tuvo en cuenta el costo de fabricación de toda la estación con todos sus subsistemas, considerando que la estación funciona con un sistema de generación de energía eléctrica On-Grid, se cruzaron los gastos de inversión y los ingresos por concepto de venta de energía al operador de red, obteniendo como resultado que la inversión se recupera en 16.2 años, lo que se traduce en que el proyecto es rentable y viable. Además, de prestar un servicio y ayudar con la movilidad para Duitama, puede llegar a representar una fuente de ingresos para el municipio. Finalmente, se presentan algunas recomendaciones técnicas a tener en cuenta en el momento de materialización de la estación, además, las conclusiones a las que se llegó en este trabajo