Tercera Entrega Wsn.docx

WSN PARA CARACTERIZACIÓN DE UN PANEL FOTOVOLTAICO EN DIFERENTES CONDICIONES AMBIENTALES

NICOLAS ALEJANDRO BALCAZAR RENGIFO

BERNARDO SABOGAL

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES SANTIAGO DE CALI 2018

TABLA DE CONTENIDO

1. Resumen (Pág. 2) 2. Objetivos (Pág. 3) 3. Evaluación financiera (Pág. 4) 3.1 Evaluación sin financiamiento (Pág. 4) 3.2 Evaluación con financiamiento de 50% (Pág. 5) 3.3 Evaluación con financiamiento del 100% (Pág. 7) 4. Indicadores de la fase operacional del proyecto (Pág.) 5. Alternativas de reducción de costos (Pág. 9) 6. Conclusiones (Pág. 10) 7. Referencias bibliográficas. (Pág.)

RESUMEN En las instalaciones de paneles fotovoltaicos regularmente no se tienen en cuenta los fenómenos ambientales. Como estos fenómenos están en constante cambio, el rendimiento del panel no siempre será el mismo, lo cual afecta la producción de energía eléctrica. Esto genera pérdidas en la eficiencia de la producción de energía, afectando el mejor desarrollo de estos dispositivos y por ende una carga extra en los gastos de las industrias que manejan los mismos. El negocio consistirá en el diseño y mantenimiento de las redes de sensores inalámbricas, desde su programación; hasta su instalación en sistemas fotovoltaicos. El impulsor de este proyecto es Nicolas Alejandro Balcazar Rengifo estudiante de ingeniería en electrónica y telecomunicaciones de la universidad autónoma de occidente, el cual con anterioridad a realizados proyectos relacionados tanto con redes de sensores como también con el manejo de paneles solares de manera separada. Para este proceso, se realizaran unos estudios de mercado, técnicos y de financiamiento para poder determinar el comportamiento del proyecto durante un periodo determinado y a su vez poder determinar si este es viable o no. Una vez culminada la etapa de construcción del flujo de fondos, se llevó a cabo la etapa de evaluación financiera en donde se realizó el correspondiente análisis con todos sus correspondientes puntos a tratar. Para esto se dispuso de tres posibles escenarios con respecto al proyecto. El primero sería un escenario sin financiamiento, el segundo representa un escenario en donde se financia el 50% del valor que requiere el proyecto, y por último se presenta un escenario en donde se financia el 100% del proyecto. Para cada uno de los posibles escenarios se realizó prácticamente el mismo procedimiento, en donde se buscaba averiguar todos los factores correspondientes al estudio de financiamiento. Se llevaron a cabo los siguientes procedimientos: Como primera medida se realizó el escenario sin financiamiento, y para esta etapa se tomó el resultado obtenido del flujo neto presentado en el flujo de fondos. Lo que se hizo fue sumar todos los resultados de los periodos de inversión y este resultado se tomó como el mes cero, de ahí en adelante se establecieron los valores de ingresos en su correspondiente mes, para un total de catorce meses. Una vez obtenido dicho escenario se procedió a calcular el VPN (mediante modo manual y mediante el proceso realizado por Excel), la VNA, la TIR, el PRI, y por último se desarrolló la gráfica resultante por medio de los datos obtenidos. Cabe mencionar que se escogió una tasa de oportunidad del cinco por ciento puesto que mediante alguna información recolectada se pudo apreciar que ese es un valor aproximado al que se maneja en estos momentos. Una vez culminada la primera etapa, se procedió a realizar los escenarios con financiamiento tanto del cincuenta como del cien por ciento, en este caso el proceso fue muy similar al de la etapa sin financiamiento. Para estos casos se escogió una tasa efectiva anual del veinte coma veintidós por ciento, puesto que esta es la tasa efectiva que se maneja en el banco Davivienda. Para este proceso se determinó él VA y posteriormente se realizaron los correspondientes a cada escenario mediante sus determinados cálculos, los cuales serán presentados más adelante.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL



Diseñar un sistema de redes sensoriales que permita el monitoreo de los factores ambientales que afectan un panel solar para la eficiente producción de energía eléctrica.



Realizar los correspondientes estudios de mercado y estudios técnicos para poder tener claridad si es pertinente realizar el proyecto y como se va a desarrollar



Realizar el correspondiente flujo de fondos mediante todos los datos obtenidos en los estudios correspondientes



Llevar a cabo la evaluación de financiamiento del proyecto tomando como base los resultados obtenidos del flujo de fondos, y de esta forma poder realizar los análisis correspondientes de viabilidad.

CRONOGRAMA DE ESTUDIO DE MERCADO

Cronograma del estudio de mercado 8/4/2018

8/9/2018

8/14/2018

8/19/2018

8/24/2018

Necesidad de la información Objetivos y necesidad de la información Fuente de datos Metodo para recopilar datos Muestra Recopilación de datos Procesamiento de datos Analisis de datos Resultados de la investigación Objetivos y Necesidad necesidad Fuente de de la Muestra de la datos informació informació n n Fecha de inicio 8/4/2018 8/26/2018 8/24/2018 8/22/2018 8/20/2018 8/17/2018 8/17/2018 8/8/2018 8/4/2018 Resultados Procesamie de la Analisis de Recopilació nto de investigació datos n de datos datos n

Duración

24

1

2

2

Metodo para recopilar datos

2

3

3

7

Fuente. Propia. FUENTE METODO PARA RECOPILAR DATOS

Con el fin de recolectar información confiable, se decidió llevar a cabo una encuesta de manera virtual por medio de una herramienta que ofrece google llamada “google forms”. Esta herramienta brinda varios beneficios tanto para el diseñador como para las personas encuestadas como por ejemplo: 

Fácil manejo de la interfaz



Gran cantidad de opciones para modificar el contenido



Al ser un medio virtual, facilita su uso y realización a los usuarios, por medio de varios dispositivos electrónicos.

La encuesta que se planteó para las personas a entrevistar fue la siguiente.

Redes de sensores inalámbricos para caracterización de un panel fotovoltaico

12

El siguiente cuestionario busca conocer su opinión acerca de un dispositivo de redes de sensores inalámbricos para caracterización de un panel solar, en donde se busca realizar un seguimiento continuo a la eficiencia energética que está generando el panel y de esta forma poder mantenerla siempre al máximo posible.

1) Si nuestro dispositivo se encontrara en el mercado, ¿usted lo compraría? A. Si B. No C. Tal vez 2) ¿Que tan probable seria que usted recomendase nuestro dispositivo? A. Muy probable B. Probablemente C. Algo probable D. Poco probable E. Nada probable 3) ¿Cuánto estaría dispuesto a pagar por el producto? A. Entre 250.000 y 350.000 B. Entre 350.000 y 450.000 C. Entre 450.000 y 550.000 D. Entre 550.000 y 650.000 E. Entre 650.000 y 750.000 4) ¿Cuál de las siguientes razones sería un factor por el cual no compraría el dispositivo? A. No requiero el dispositivo B. No cuento con los recursos para adquirirlo C. No me interesa el dispositivo

POBLACIÓN OBJETIVO Y TAMAÑO DE LA MUESTRA

Para nuestra población objetivo se determinó lo siguiente: Género: Masculino y femenino Edad: De 18 años en adelante

Ubicación geográfica: Santiago de Cali Estratos: 4,5 y 6 Nivel educativo: No requiere

En primer lugar se escogió que el producto fuese dirigido a ambos géneros dado que este tipo de productos no es exclusivo de un solo género, sino que cualquier persona puede utilizarlo con el debido cuidado para poder beneficiarse de sus operaciones. La edad se escogió de esta forma puesto que en Colombia las personas cumplen la mayoría de edad a los 18 años, siendo esta edad donde ya pueden adquirir responsabilidades por voluntad propia. Se escogió la zona de Santiago de Cali en los estratos 4, 5 y 6, principalmente por los recursos con los que se cuenta y con el tiempo que se maneja. Para el tamaño de la muestra se realizó lo siguiente:

n=

384.16 1+

=168.45

384.16 300

Con el resultado de la operación anterior se determinó el tamaño de la muestra con corrección a la cual se le realizaría la encuesta planteada con anterioridad. RECOPILACIÓN DE DATOS, PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE DATOS

1) Si nuestro dispositivo se encontrara en el mercado, ¿usted lo compraría?

%

SI

NO

TAL VEZ

2) ¿Qué tan probable seria que usted recomendase nuestro dispositivo?

Ventas

Muy probable

Probablemente

Poco probable

Nadad probable

Algo probable

3) ¿Cuánto estaría dispuesto a pagar por el producto?

%

Entre 250.000 y 350.000

Entre 350.000 y 450.000

Entre 550.000 y 650.000

Entre 650.000 y 750.000

Entre 450.000 y 550.000

4) ¿Cuál de las siguientes razones sería un factor por el cual no compraría el dispositivo?

%

No requiero el dispositivo No cuento con los recursos para adquirirlo No me interesa el producto

ESTUDIO TECNICO

Descripción técnica del producto o servicio

Fuente. Propia

En la figura anterior se puede observar La esquematización del diagrama de bloques, este muestra el proceso a desarrollar, empezando por el panel solar básicamente. En este panel

fotovoltaico se van a posicionar todos los sensores de la WSN, que van a estar alimentados eléctricamente por el mismo panel solar en realimentación. Esto sin antes pasar por un regulador de tensión para alimentar los XBEE (WSN).En este proceso se obtiene toda la información de las variables ambientales afectando el panel fotovoltaico, y una transmisión de la misma información.

También en el panel fotovoltaico habrá medidores de tensión y corriente correspondientes para indicar cuál es la eficiencia del mismo, todas estas mediciones están configuradas para comunicarse con la WSN y de esa manera transmitir al microcontrolador toda la información necesaria para ser enviada a través de radiofrecuencia (RF) para su respectivo análisis en el ordenador.

Cuando se tiene toda la información necesaria bien organizada en el microcontrolador. Se direcciona directamente al arduino que va a analizar la información y la entregará al ordenador para su respectivo proceso y análisis, para la parte final que es la visualización de los datos.

Mediante las imágenes que se podrán observar a continuación, se explicara cada uno de los componentes que conforman la WSN para caracterizar un panel fotovoltaico en diferentes condiciones ambientales, y de esta forma poder comprender mejor su funcionamiento. Identificación y selección del(los) proceso(s) requeridos para las partes a fabricar

Para la fabricación de las partes del producto se hace necesario principalmente el proceso de programación en diferentes plataformas que permitan llevar a cabo la función requerida como lo son: la plataforma de arduino y la plataforma de “XCTU”; la cual permite realizar la correcta programación de los módulos xbee. Por otro lado y dependiendo si el lugar lo requiere, se realizaría el proceso de cortar y soldar unos tubos de acero a la medida para poder diseñar el soporte del panel solar fotovoltaico. Los demás dispositivos ya se encuentran elaborados para su uso. Listado de los insumos principales y secundarios

Los componentes implementados son los siguientes: -

Xbee S2

-

Arduino uno

-

Sensor ML 8511

-

Senser LM335

-

Microcontrolador pic18f4550

-

Medidor de corriente

-

Medidor de tensión

-

Xbee USB explorer

Costo del estudio incluyendo maquinaria e instalación No.

Elemento

Cantidad

Costo unitario

Costo total

1

Xbee S2

4

$ 55.200

$ 220.800

2

Sensor ML 8511

8

10.000

$ 80.000

3

Sensor LM335

8

$ 8.000

$ 64.000

5

Microcontrolador pic18f4550

2

$ 10.000

$ 20.000

6

Arduino UNO

1

$ 40.000

$ 40.000

7

Medidor de Corriente

1

$ 11.600

$ 11.600

8

Xbee USB explorer

1

$ 13.800

$ 13.800

9

Xbee breakout board

1

$ 48.000

$ 48.000

10

Cable USB

1

$ 10.000

$ 10.000

adaptador

micro

Total

$ 508.200

FLUJO DE FONDOS Un ingeniero electrónico desea llevar a cabo su propia empresa dedicada al desarrollo de productos tecnológicos enfocados a los sensores inalámbricos aplicados al sector de la energía solar. Desarrollo un producto al respecto y realizo un estudio de mercado para conocer el nivel de aceptación del producto por parte del cliente. Desea desarrollar un proyecto al respecto, para 1 año, sobre el cual se tiene la siguiente información: El diseño del prototipado requiere de 2 meses, un ingeniero y un diseñador industrial, el ingeniero con un salario de $2’000.000 y el diseñador industrial con salario de $1’500.000, en materiales se gastan $5’082.000, y en software $1’300.000. El prototipo con pruebas y demás se emplea 2 meses y requiere dos tecnólogos con salario de $800.000 y en materiales $508.200. En la preserie se emplean dos meses, la fabricación del lote piloto cuesta $6’682.000 y las 3 pruebas correspondientes cuentan $1’200.000. Se optará por realizar todas las partes externamente y en la planta se realizará el ensamble del producto, para lo cual se requiere montar una línea de ensamble que cuesta $10’000.000 con todo el equipamiento, su montaje dura 1 mes y éste último cuesta en total $3’000.000. La elaboración del manual de procesos dura 1 mes e implica una mano de obra calificada de $1’000.000 y en materiales se gastan $900.000 Cuando se tenga listo este, se iniciara la producción. En el estudio de mercado se gastan $5’000.000 y se tiene previsto para publicidad $7.000.000. Se arrendara una casa grande desde el principio del diseño, la cual se tomara como empresa y tiene un costo de arrendamiento de $700.000 mensuales. Del estudio de mercado y el diseño se obtiene la información para el presupuesto de ventas y para los costos de producción respectivamente, como se muestra a continuación: El primer mes de producción será de 30 unidades, el segundo de 40 unidades, el tercero de 60 unidades, el cuarto de 70 unidades y se estabiliza en esa cantidad y el último mes cae a 50 unidades. El precio de venta unitario es $300.000 Como costo variable unitario se tienen: Costo variable directo: 110.000 Costo variable indirecto: 20.000 Mano de obra directa: 700.000 Como costos fijos mensuales se tiene Arriendo: 700.000 Salario personal administrativo: 1.000.000 sin incluir prestaciones sociales Depreciación total: determinarla de acuerdo al método de la línea recta Servicios varios: 400.000 Gastos varios: 500.000 Seguro fabrica: 750.000

La inflación anual es del 5%. Se aplica la depreciación de ley, el factor prestacional es del 50% y el impuesto de renta es en promedio del 30% anual. EVALUACIÓN FINANCIERA DEL PROYECTO EVALUACIÓN SIN FINANCIAMIENTO

Tabla 1. Resultados obtenidos de escenario sin financiamiento. La tabla anterior muestra los resultados obtenidos mediante el correspondiente flujo neto resultante del flujo de fondos en, en este caso el mes cero representa todos los periodos de inversión expuestos en el flujo de fondos, los meses siguientes representan los ingresos obtenidos de las correspondientes ventas del proyecto en un periodo total de catorce meses. En este procedimiento se calculó el VP de la siguiente forma: VP=

𝐹𝑛 (1+𝑡𝑜)^𝑚

Ec. 1

En donde ‘Fn’ representa el valor correspondiente del flujo neto, ‘to’ representa la tasa de oportunidad escogida, la cual fue del cinco por ciento, y por ultimo ‘m’ representa el periodo del mes correspondiente para calcular el valor presente. El VPN se calculó de dos maneras, para poder corroborar su validez, la primera forma se realizó mediante la sumatoria de los resultados del valor presente en todos los periodos, desde el periodo cero al catorce. Y la segunda forma se llevó a cabo mediante la resta entre el VNA y el valor absoluto del resultado en el periodo cero del flujo neto. De esta forma se pudo comprobar que ambos métodos del VPN arrojaban el mismo resultado, y puesto que lo obtenido era una cifra positiva, se pudo determinar que el proyecto era viable. El cálculo de la TIR se realizó mediante la función realizada por Excel, y mediante este resultado se pudo comprobar la viabilidad del proyecto. Mediante el resultado del PRI se pudo determinar que el periodo en el cual se podría recuperar la inversión del proyecto sería en el octavo mes. Por último se realizó la gráfica correspondiente a este escenario y se obtuvo el siguiente resultado:

Figura 1. Grafica de comparativo vs tasa de escenario sin financiamiento. EVALUACIÓN CON FINANCIAMIENTO DE 50%

Tabla 2. Datos resultantes para financiamiento del 50% Los datos de la tabla 2 representan los resultados obtenidos y generados para el proyecto. En este caso ‘n’ representa el periodo total de operación del proyecto, el ‘vp’ representa el préstamo del 50% generado por el banco, con una tasa efectiva anual del 20,22%, esto debido a la tasa generada por el banco Davivienda el cual se decidió contar con sus servicios debido a la confianza que se tiene hacia dicha entidad.

Tabla 3. Resultados obtenidos de escenario con financiamiento de 50% La figura 3 representa los resultados obtenidos del proyecto con un financiamiento del cincuenta por ciento. En este caso se generan algunas diferencias con respecto al escenario sin financiamiento. El primero de ellos es que, en este caso se genera un desembolso presentado por el banco, este desembolso se produce en el mes cero del proyecto, mientras que también se presenta una amortización de préstamo, el cual es el resultado del ‘VA’ generado en la tabla 2. Este valor será el que se tendrá que pagar cada mes durante la vida operativa del proyecto. En este caso se presenta el flujo neto sin financiamiento, y adicional a este, un flujo neto con financiamiento; el cual es el resultado entre la suma del desembolso y el valor del flujo neto generado por toda la inversión del proyecto en el mes cero, mientras que el resto del flujo neto con financiamiento es el resultado de la resta entre la amortización de préstamo con el valor de flujo neto sin financiamiento correspondiente a cada mes de operación del proyecto. Los demás resultados del valor presente neto, la TIR y los demás valores a obtener se realizaron de la misma forma expuesta en el escenario sin financiamiento. En este escenario con financiamiento del cincuenta por ciento se obtuvo como resultado que el valor de la inversión se podría recuperar a partir del octavo mes de producción del proyecto, generando una diferencia de dos meses con respecto al escenario sin financiamiento. Y a su vez se pudo deducir que este escenario sería más viable puesto que tanto el VPN como la TIR son mayores. Como etapa final en esta evaluación, se generó el correspondiente grafico mediante los resultados obtenidos.

Figura 2. Grafica de comparativo vs tasa de escenario con financiamiento del 50%. EVALUACIÓN CON FINANCIAMIENTO DE 100%

Tabla 4. Datos resultantes para financiamiento del 100% En la tabla 4 se puede apreciar una diferencia en cuanto al VP puesto que en este caso se presenta el financiamiento del cien por ciento de la inversión, lo que representa un valor de cincuenta y seis millones cuatrocientos noventa y cuatro mil cuatrocientos veintidós pesos, cambiando de esta forma él VA en dicho valor presentado en la tabla.

Tabla 4. Resultados obtenidos de escenario con financiamiento de 100% Mediante la tabla anterior se puede apreciar las diferencias generadas en cada aspecto con respecto a la tabla 3. Los aspectos importantes a mencionar se presentan en el VPN y la TIR las cuales son muy amplias con respecto a las tablas generadas en los escenarios sin financiamiento y con financiamiento del cincuenta por ciento. Otro aspecto a mencionar es en cuanto al periodo de recuperación de la inversión, ya que en este escenario, la inversión se recupera a partir del mes cinco, generando mayor ventaja con respecto a los otros escenarios planteados anteriormente. A continuación se presentara la gráfica resultante de este escenario.

Figura 3. Grafica de comparativo vs tasa de escenario con financiamiento del 100%.

INDICADORES DE LA FASE OPERATIVA DEL PROYECTO A continuación se podrá observar los resultados de la fase operativa del proyecto, para esto se realizó el determinado estudio de pérdidas y ganancias del proyecto (P&G) en los primeros doce meses de operación en donde se obtuvieron los siguientes resultados:

CONCLUSIONES 



 

Mediante los resultados obtenidos en cada uno de los escenarios se pudo determinar que en cada uno de ellos el proyecto presenta una viabilidad para su correcta ejecución Cada vez que se presentaba un escenario con un porcentaje mayor de financiamiento, iba decreciendo el periodo en el cual se podría recuperar la inversión generada en el proyecto. Con el aumento del financiamiento en cada escenario, se determinó que con cada aumento, el VNA iba disminuyendo, mientras que el VPN comienza a aumentar. Mediante las gráficas obtenidas en cada uno de los escenarios, se puede observar que los resultados de la gráfica sin financiamiento tiene una caída más rápida puesto a que su TIR es la menor en los tres escenarios, mientras que la TIR del escenario con el cien por ciento de financiamiento presenta una caída más demorada debido a su amplia TIR.