Uso de paneles solares em habitações sustentáveis

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS 
 
 
 
 
EMPLEO DE PANELES SOLARES EN VIVIENDA 
SUSTENTABLE PARA LA MEJORA DE LA CALIDAD DEL 
AIRE EN LA CIUDAD DE MÉXICO. 
 
 
 
TESIS 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
 
 
INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL 
 
 
 
 
P R E S E N T A 
ANA PAULINA GONZÁLEZ ARCEO 
 
DIRECTOR DE TESIS 
DR. MIGUEL TUFIÑO VELÁZQUEZ 
 
 
MÉXICO, D.F. JUNIO, 2014 
 
 
DEDICATORIAS 
 
 
A DIOS: 
 
Por haberme dado la vida y permitirme llegar hasta esta etapa tan importante de mi 
formación profesional, por haberme dado salud para lograr mis objetivos, por ser mi 
fortaleza en los momentos de debilidad, por su infinita bondad y amor, pero sobre todo, 
por regalarme una familia maravillosa. 
 
 
A MI MADRE MARIA DE LOURDES ARCEO TELLO: 
 
Por tu gran amor, apoyo y confianza, porque sin escatimar esfuerzo alguno, has sacrificado 
gran parte de tu vida para formarme y hacerme una persona de bien, porque nunca podré 
pagar todos tus desvelos, ni aún con las riquezas más grandes del mundo. Por tus valores y 
consejos, por lo que soy y porque gracias a tus oraciones me has guiado siempre hacia 
adelante. 
 
 
A MI PADRE JAVIER GONZÁLEZ RANGEL: 
 
Papá aunque no tuve el placer de conocerte siempre estás presente en mi corazón, en 
todo lo que hago tu nombre va escrito y sé que estarías muy orgulloso de tu hija menor. 
 
 
A SALVADOR NICOLAS: 
 
Por ser como mi Padre, porque gracias a tu amor incondicional, tu esfuerzo y dedicación 
me has brindado la mejor herencia que un hijo puede recibir. 
 
 
A MIS HERMANAS (OS): 
 
Carlos, Lourdes, Alejandra, Javier, Maribel y Rosalinda gracias por sus consejos, cariño, 
regaños, comprensión y por haber fomentado en mí el deseo de superación en la vida. 
 
 
A MIS SOBRINAS (OS): 
 
Lupita, Alexis, Ariana, Dulce y Javier, siempre desearé lo mejor de la vida para ustedes, 
quiero que nunca dejen de soñar y que luchen para que sus sueños se hagan realidad. Las 
cosas buenas y que realmente valen la pena llegan cuando se hace lo correcto, con valores 
y humildad. Les dedico con mucho cariño esta tesis para impulsarlos a estudiar y forjarse 
un mejor futuro. 
 
Sin ustedes este logro no hubiera sido posible, de corazón… MUCHAS GRACIAS. 
 
¡LOS AMO CON TODA MI ALMA! 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
Primeramente al Instituto Politécnico Nacional que con mucho orgullo ha sido mi escudo y 
emblema desde hace varios años y hasta el último día de mi vida. 
 
 
A mi Alma Máter la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas que ha 
sido testigo y parte de innumerables escenarios durante mi estancia en la misma, los cuales 
serán inolvidables. En sus cimientos, mis fracasos se volvieron el coraje para emprender un 
nuevo camino hacia el éxito. 
 
 
A la Escuela Superior de Física y Matemáticas por darme la oportunidad de realizar un 
importante logro en mi carrera profesional. 
 
 
A la Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación del DF (SECITI-DF) por el apoyo 
otorgado para la realización de esta tesis, a través del Convenio No. ICYTDF/127/2012. 
 
 
A mi director de tesis, el Dr. Miguel Tufiño Velázquez por su paciencia, apoyo y confianza. 
Gracias por no perder la fe en mí, y si así ha sido, gracias por recuperarla. Gracias por sus 
consejos personales y académicos. Gracias por escucharme y por regalarme la 
oportunidad de conocerlo y ver en usted el magnífico ser humano que es. 
 
 
A mi compañero y amigo el Ing. Armando Yunez Cano que gracias a él pude conocer a 
personas maravillosas las cuales me ayudaron a desarrollar el presente trabajo; a la Dra. 
Rosa de Guadalupe González Huerta y el M. en C. Daniel Jiménez Olarte, les agradezco su 
enorme apoyo, esfuerzo, tiempo y gran disponibilidad. Gracias por sus consejos y ánimos 
constantes. 
 
 
Un agradecimiento muy especial al Dr. Gerardo Contreras Puente por creer y depositar su 
confianza en mí, por darme la oportunidad de asistirle y aprenderle día a día un poco de 
toda su experiencia y sabiduría, por ser una pieza fundamental para que yo pudiera 
concluir esta tesis, por su paciencia y apoyo incondicional. 
 
 
 
Al Dr. Francisco De Moure Flores y al M. en C. Enrique Campos González por confiar en mí 
y regalarme la oportunidad de colaborar con ustedes y pertenecer a su grupo de 
investigación, por compartirme sus conocimientos, por sus consejos y apoyo. 
Dr. De Moure gracias por ver en mi algo especial y abrirme puertas, gracias a sus llamadas 
de atención aprendo a ser mejor persona. No tengo palabras para agradecer todo lo que 
ha hecho por mí. 
 
 
Al Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV) por ser una 
plataforma importante en mi carrera profesional y por supuesto al Consejo Nacional de 
Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el apoyo otorgado durante mi estancia en este 
centro. 
 
 
A mis Profesores que por este andar por la vida, influyeron con sus lecciones, enseñanzas y 
experiencia en formarme como una persona íntegra y preparada para los retos que pone 
la vida, a todos y cada uno de ellos muchas gracias. 
 
 
A mis Sinodales por ser parte de este momento tan importante, por sus valiosos 
comentarios y sugerencias. Por todo su tiempo invertido en la revisión de esta tesis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
¡TODO MI RESPETO Y ADMIRACIÓN SON PARA USTEDES! 
 
 
 
Ana Paulina González Arceo 
 
 
 
 
ÍNDICE 
 
ÍNDICE DE CUADROS, GRÁFICAS Y FIGURAS 
GLOSARIO 
OBJETIVOS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------I 
JUSTIFICACIÓN ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------II 
RESUMEN -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------III 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 
1.1 Combustibles Fósiles --------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 
1.1.1 Carbón -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 
1.1.2 Petróleo -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2 
1.1.3 Gas natural ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 
1.2 Energía Eléctrica --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5 
1.2.1 Principio básico de la electricidad ---------------------------------------------------------------------------5 
1.2.2 Generadores y receptores de energía -------------------------------------------------------------------6 
1.3 Generación de Energía Eléctrica -------------------------------------------------------------------------------------------7 
1.3.1 Centrales hidroeléctricas -----------------------------------------------------------------------------------------9 
1.3.2 Centrales térmicas -------------------------------------------------------------------------------------------------10 
1.3.3 Centrales geotérmicas -------------------------------------------------------------------------------------------11 
1.3.4 Centrales nucleares ------------------------------------------------------------------------------------------------12 
1.3.5 Centrales eólicas ----------------------------------------------------------------------------------------------------14 
1.3.6Centrales solares ----------------------------------------------------------------------------------------------------15 
1.3.6.1 Centrales fototérmicas -----------------------------------------------------------------------15 
1.3.6.2 Centrales fotovoltaicas ----------------------------------------------------------------------15 
1.3.7 Central de biomasa ------------------------------------------------------------------------------------------------15 
1.3.8 Capacidad eléctrica instalada en México -------------------------------------------------------------16 
 
 
 
1.4 Energías Renovables -----------------------------------------------------------------------------------------------------------18 
1.4.1 Energía marina -------------------------------------------------------------------------------------------------------18 
1.4.2 Biogás ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------19 
1.4.3 Otras alternativas energéticas ------------------------------------------------------------------------------20 
1.4.3.1 Celdas solares ultradelgadas -------------------------------------------------------------20 
1.4.3.2 Energía procedente del tratamiento de aguas --------------------------------20 
1.4.3.3 Combustible biológico -----------------------------------------------------------------------20 
1.4.3.4 Combustible sintético diésel -------------------------------------------------------------20 
1.4.3.5 Hidrógeno -------------------------------------------------------------------------------------------21 
1.5 Paneles Solares (Principio de funcionamiento) -----------------------------------------------------------------21 
1.5.1 Energía fotovoltaica -----------------------------------------------------------------------------------------------21 
1.5.2 Unión “p-n” -------------------------------------------------------------------------------------------------------------21 
1.5.2.1 Conductores ----------------------------------------------------------------------------------------22 
1.5.2.2 Aislantes ---------------------------------------------------------------------------------------------22 
1.5.2.3 Semiconductores -------------------------------------------------------------------------------23 
1.5.3 Sistema fotovoltaico ---------------------------------------------------------------------------------------------26 
1.5.3.1 Celdas fotovoltaicas --------------------------------------------------------------------------26 
1.5.3.2 Paneles fotovoltaicos ------------------------------------------------------------------------26 
1.5.4 Principio y funcionamiento de una celda fotovoltaica ----------------------------------------28 
1.5.5 Componentes de un sistema fotovoltaico -----------------------------------------------------------30 
1.5.6 Curva característica del módulo fotovoltaico ------------------------------------------------------32 
CAPÍTULO II. ENFOQUE ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------35 
2.1 Estudio de vivienda y su consumo eléctrico ----------------------------------------------------------------------35 
2.2 Aparatos eléctricos y su consumo -------------------------------------------------------------------------------------37 
2.3 Aplicación de paneles solares en viviendas -----------------------------------------------------------------------41 
2.4 Insolación en el Distrito Federal ----------------------------------------------------------------------------------------42 
 
 
 
2.5 Calidad del aire en la ciudad de México -----------------------------------------------------------------------------45 
2.5.1 La atmósfera y sus contaminantes -----------------------------------------------------------------------47 
2.5.2 Efectos de la contaminación del aire -------------------------------------------------------------------48 
CAPÍTULO III. FUNCIONAMIENTO Y CARACTERIZACIÓN DE PANELES SOLARES EN VIVIENDA 
3.1 Propuesta de una casa energizada con paneles solares --------------------------------------------------51 
3.1.1 Equipos de uso doméstico integrados en la vivienda sustentable ---------------------57 
3.1.2 Paneles fotovoltaicos -------------------------------------------------------------------------------------------58 
3.1.3 Banco de baterías --------------------------------------------------------------------------------------------------61 
3.1.4 Controlador de carga --------------------------------------------------------------------------------------------63 
3.1.5 Inversor -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------65 
3.1.6 Sistema integrado -------------------------------------------------------------------------------------------------66 
3.2 Mediciones en la vivienda sustentable en un periodo determinado ------------------------------68 
3.2.1 Winverter™ Monitor Outback -----------------------------------------------------------------------------68 
 
3.2.2 Datos registrados por Winverter™ Monitor Outback ------------------------------------------71 
 
3.2.2.1 Datos obtenidos del inversor (FX) -----------------------------------------------------73 
 
3.2.2.2 Datos obtenidos del controlador de carga (MX) ------------------------------77 
 3.2.3 Cálculo de producción y consumo de energía eléctrica ---------------------------------------80 
 3.2.4 Sensor V3 Mc Solar® -----------------------------------------------------------------------------------------------82 
3.3 Reducción de emisión de CO2 usando un sistema fotovoltaico ---------------------------------------88 
3.3.1 Cálculo de CO2 que se deja de emitir a la atmósfera -------------------------------------------88 
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD -----------------------------------------------------------------------------------------------------------89 
CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------90 
REFERENCIAS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------91 
ANEXOS --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------93 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE CUADROS, GRÁFICAS Y FIGURAS 
 
CAPÍTULO I. 
 
Tabla 1.1: Distribución regional de consumo de energía por tipo en porcentajes---------------------------7 
 
Figura 1.2: Mapa de distribución regional de consumo de energía por tipo-----------------------------------8 
 
Tabla 1.3: Producción geotérmica mundial en MW--------------------------------------------------------------------------11 
 
Figura 1.4: Capacidad total instalada (MW) en México por fuentes no renovables----------------------17 
 
Figura 1.5: Capacidad total instalada (MW) en México por fuentes renovables----------------------------17 
 
Figura 1.6: Estructura del átomo y sus componentes, especificando los electrones ligados al 
núcleo y los de valencia--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------22 
 
Figura 1.7: Película de Silicio dopada con ambas impurezas Fosforo como pentavalente y Boro 
como trivalente, formando una unión “p-n”----------------------------------------------------------------------------------23 
 
Figura 1.8: Unión “p-n”---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------24Figura 1.9: Estructura de la banda semiconductora------------------------------------------------------------------------25 
 
Figura 1.10: Conductores, Semiconductores y Aislantes de acuerdo a la teoría de las bandas----26 
 
Figura 1.11: Capas interpuestas en un panel fotovoltaico---------------------------------------------------------------27 
 
Tabla 1.12: Paneles FV más comunes en el mercado-----------------------------------------------------------------------27 
 
Figura 1.13: Estructuras fotovoltaicas----------------------------------------------------------------------------------------------28 
 
Figura 1.14: Representación esquemática del fenómeno FV----------------------------------------------------------29 
 
Tabla 1.15: Principales tipos de baterías en el mercado-------------------------------------------------------------------31 
 
Figura 1.16: Diagrama de un sistema fotovoltaico convencional----------------------------------------------------32 
 
Figura 1.17: Curva de desempeño corriente-voltaje de una celda solar de alta eficiencia------------33 
 
CAPÍTULO II. 
 
Tabla 2.1: Tipos de tarifas domésticas estipuladas por la CFE-------------------------------------------------------35 
 
 
 
 
Tabla 2.2: Consumo por tarifas en el sector doméstico------------------------------------------------------------------37 
 
Tabla 2.3: Consumo de aparatos eléctricos-------------------------------------------------------------------------------------38 
 
Figura 2.4: Consumo de aparatos eléctricos durante 1 hora de uso----------------------------------------------39 
 
Tabla 2.5: Ejemplo de cálculo para determinar cuánto consume un hogar en kW/h 
al bimestre----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------39 
 
Figura 2.6: Consumo de aparatos eléctricos en relación a un foco de 100 watts-------------------------40 
 
Figura 2.7: Prototipo de una casa energizada por medio de paneles solares-------------------------------42 
 
Figura 2.8: Casas energizadas por medio de paneles solares--------------------------------------------------------42 
 
Figura 2.9: Radiación solar mundial-------------------------------------------------------------------------------------------------43 
 
Figura 2.10: Radiación solar en la República Mexicana------------------------------------------------------------------44 
 
Tabla 2.11: Insolación en el Distrito Federal-------------------------------------------------------------------------------------45 
 
Tabla 2.12: Calidad del aire en las ciudades más grandes del mundo--------------------------------------------46 
 
Tabla 2.13: Composición de gases en la atmósfera-------------------------------------------------------------------------47 
 
Tabla 2.14: Contaminantes primarios y sus efectos------------------------------------------------------------------------48 
 
CAPÍTULO III. 
 
Figura 3.1: Sistema fotovoltaico constituido por paneles de Si policristalino de 1 kW, instalado 
en el techo del remolque que está siendo acondicionado como “vivienda solar sustentable” en 
el IPN (VSSIPN)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------51 
 
Figura 3.2: A) televisor LCD y reproductor de DVD, B) sofá, C) aire acondicionado, D) alacena y 
frigobar, E) computadora, F) litera, G) mesa, H) extintor, I) baño, J) lámparas LEDs------------------52 
 
Tabla 3.3: Cálculo de potencia pico requerida en la VSSIPN-----------------------------------------------------------57 
 
Figura 3.4: Carga de consumo promedio por día de la VSSIPN------------------------------------------------------58 
 
Tabla 3.5: Características técnicas de los Paneles Fotovoltaicos---------------------------------------------------59 
 
Figura 3.6: Diagrama serie-paralelo del SFV que se integrará a la VSSIPN------------------------------------60 
 
Figura 3.7: Vista de los paneles fotovoltaicos instalados en la VSSIPN-----------------------------------------60 
 
 
 
 
Tabla 3.8: Características técnicas de las baterías--------------------------------------------------------------------------62 
 
Figura 3.9: Diagrama del arreglo serie-paralelo donde se obtienen 48 V y 345 A-h.--------------------62 
 
Figura 3.10: Vista de las baterías instaladas en la casa solar-----------------------------------------------------------63 
 
Tabla 3.11: Características técnicas del controlador de carga--------------------------------------------------------64 
 
Figura 3.12: Vista del controlador de carga instalado en la casa solar-------------------------------------------64 
 
Tabla 3.13: Características técnicas del inversor-----------------------------------------------------------------------------65 
 
Figura 3.14: Vista del inversor instalado en la VSSIPN--------------------------------------------------------------------66 
 
Figura 3.15: Sistema integrado en la VSSIPN-----------------------------------------------------------------------------------67 
 
Figura 3.16: SFV y su descripción resumida-------------------------------------------------------------------------------------67 
 
Figura 3.17: Ventana principal de datos del inversor (FX)--------------------------------------------------------------69 
 
Figura 3.18: Ventana principal de datos del controlador de carga (MX)---------------------------------------70 
 
Figura 3.19: Ventana principal del inversor (FX) tomada el día 20/enero/2014------------------------------71 
 
Figura 3.20: Ventana principal del controlador de carga (MX) tomada el día 20/enero/2014------72 
 
Tabla 3.21: Datos de consumo de los aparatos eléctricos dentro de VSSIPN, expresado en 
potencia (W)-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------73 
 
Gráfica 3.22: Consumo promedio de los aparatos eléctricos instalados en la VSSIPN, expresado 
en potencia (W)-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------76 
 
Tabla 3.23: Datos de producción de energía eléctrica por medio de los paneles solares, 
expresado en potencia (W)--------------------------------------------------------------------------------------------------------------77 
 
Gráfica 3.24: Producción de los paneles solares instalados en la VSSIPN, expresada en potencia 
(W)----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------80 
 
Figura 3.25: Sensor V3 Mc Solar® usado para tomar los datos de temperatura y radiación solar 
de los paneles solares de la VSSIPN-------------------------------------------------------------------------------------------------83 
 
Gráfica 3.26: Temperatura (°C) captada en los paneles solares-----------------------------------------------------83 
 
Gráfica 3.27: Radiación solar en W/m2 de los paneles solares instalados--------------------------------------84 
 
 
 
 
Gráfica 3.28: Temperatura de días con condiciones climáticas diferentes------------------------------------85 
 
Gráfica 3.29: Radiación solar de días con condiciones climáticas diferentes--------------------------------86 
 
Gráfica 3.30: Potencia producida en los días 16,18 y 24 de enero a condiciones climatológicas 
diferentes------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------87GLOSARIO 
AC 
Corriente alterna: corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. 
 
AISLANTE 
Es un material con escasa capacidad de conducción eléctrica. 
 
ALDEHÍDOS 
Compuestos orgánicos caracterizados por poseer un grupo funcional -CHO. 
 
AMCM 
Área metropolitana de la Ciudad de México. 
 
BTU 
British termal unit. Una BTU representa la cantidad de energía que se requiere para elevar un 
grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosféricas normales. 
1 BTU= 252 calorías= 1,055.056 Joules. 
 
CELDA SOLAR 
Dispositivo que produce electricidad mediante el principio fotovoltaico. 
 
CFE 
Comisión Federal de Electricidad. 
 
CONDUCTOR 
Material que opone poca resistencia al paso de la corriente. 
 
CONSUMO ELÉCTRICO 
Energía eléctrica consumida en un lapso de tiempo. 
 
CORRIENTE ELÉCTRICA 
Flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo. 
 
DC 
Corriente directa: flujo continuo de carga eléctrica que no cambia de sentido con el tiempo. 
 
DIFERENCIA DE POTENCIAL 
Diferencia de voltaje entre dos puntos, equivalente al trabajo que s e necesita para transferir 
una unidad de carga desde un punto de referencia a otro determinado. 
 
EFECTO FOTOVOLTAICO 
Emisión de electrones (generación de corriente eléctrica) que se produce cuando la luz incide 
sobre ciertas superficies. 
 
 
 
 
ENERGÍA 
Capacidad para realizar un trabajo. 
 
ENERGÍA ELÉCTRICA 
Forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, 
lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos. 
 
ENERGÍA POTENCIAL 
Energía almacenada en un sistema. 
 
ESFM 
Escuela Superior de Física y Matemáticas. 
 
ESIME 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. 
 
ESIQIE 
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. 
 
FUENTES ANTROPOGÉNICAS 
Procesos o materiales que son el resultado de actividades humanas, incluye: industria, 
agricultura, minería, transporte, construcción, urbanización y deforestación. 
 
INSOLACIÓN 
Cantidad de energía en forma de radiación solar que llega a un lugar de la tierra. 
 
INVERSOR 
Dispositivo que convierte la corriente continua en corriente alterna. 
 
kWh 
Unidad de medida del consumo eléctrico. 
 
NO2 
Dióxido de nitrógeno. 
 
OMS 
Organización Mundial de la Salud. 
 
PM10 y PM2.5 
PM10 se refiere a partículas sólidas o liquidas de polvo, ceniza, partículas metálicas o polen 
dispersas en la atmósfera, y cuyo diámetro es menor que 10 μm, mientras que PM2.5 a partículas 
sólidas o líquidas de polvo, ceniza, partículas metálicas o polen dispersas en la atmosfera, y 
cuyo diámetro es menor que 2.5 μm. 
 
 
 
 
 
POTENCIA ELÉCTRICA 
Cantidad de energía entregada o absorbida por un dispositivo en un tiempo determinado. 
 
PST 
Partículas suspendidas totales. 
 
PV 
Se refiere la energía fotovoltaica (Photovoltaics). 
 
RADIACIÓN 
Propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas o de un 
medio material. 
 
REGULADOR 
Dispositivo capaz de realizar un control o regulación de una magnitud física de un sistema. 
 
RENDIMIENTO ENERGÉTICO 
Relación de la energía producida (WP) y de la energía consumida por el usuario (WC ). 
 
SEMICONDUCTOR 
Material que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos 
factores; campo eléctrico, presión, radiación y temperatura del ambiente en el que se 
encuentre. 
 
SEMICONDUCTOR TIPO “n” 
Semiconductor en el cual la corriente eléctrica está compuesta por electrones. 
 
SEMICONDUCTOR TIPO “p” 
Semiconductor en el cual la corriente eléctrica está compuesta por huecos. 
 
SFV 
Sistema fotovoltaico. 
 
SO2 
Dióxido de azufre. 
 
VOC 
Voltaje de circuito abierto, por sus siglas en inglés “Open Circuit Voltage”. 
 
VSSIPN 
Vivienda Solar Sustentable del Instituto Politécnico Nacional. 
 
 
 
 
I 
OBJETIVO 
 
Implementar la Energía Solar como una alternativa energética en una vivienda para un 
desarrollo sustentable y una opción a los hidrocarburos derivados del petróleo, así como la 
reducción de la contaminación del aire en la Ciudad de México. 
 
OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
1.- Describir los principios de funcionamiento de un sistema fotovoltaico, sus componentes y los 
requerimientos para satisfacer una casa solar. 
2.- Generar energía eléctrica en una vivienda sustentable por medio de paneles solares, 
aportando una solución energética limpia que permita competir con la producción de energía a 
base de combustibles fósiles. 
3.- Analizar a detalle las ventajas y desventajas de sustituir la fuente convencional de 
generación de energía eléctrica que recibimos en nuestros hogares, por la alternativa de un 
sistema fotovoltaico integrado en una vivienda. 
4.- Mostrar de una forma clara y concisa, el comportamiento de los paneles solares según el 
clima (cálido, frío y lluvioso), en base a un monitoreo automatizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
II 
JUSTIFICACIÓN 
 
Sin duda alguna el tema de las energías alternativas cada día adquiere mayor auge dentro de la 
vida de todos nosotros, y es que no se debe escatimar la importancia que estas fuentes limpias 
representan hacia un futuro sostenible. Actualmente se sigue generando energía eléctrica en 
base a combustibles fósiles, sin embargo sabemos que representa daños irreversibles en 
nuestro ecosistema. Otro inconveniente que se tiene al hacer uso de combustibles fósiles es el 
hecho de que dichos combustibles se agotarán. 
Es claro que, para evitar una crisis energética debemos transformar la concepción de energía 
hasta ahora adoptada. Las necesidades actuales demandan pensar en términos de energía 
sostenible, entendiéndose como tal a aquella que satisface nuestras demandas sin 
comprometer las de generaciones futuras. 
El sol es una fuente de energía gratuita y prácticamente inagotable. El sol deposita sobre la 
superficie terrestre alrededor de 120,000 TW de energía al día. Actualmente el consumo 
mundial de energía es de 13 TW aproximadamente, si se cubre el 0.16% de la superficie terrestre 
con sistemas fotovoltaicos con una eficiencia del 10% se producirían 20 TW. Esto revela la 
importancia de aprovechar al sol como una fuente de energía. 
La cantidad de radiación solar que se incide sobre territorio mexicano es razón de más para 
promover el desarrollo de las tecnologías orientadas a un uso eficiente de la energía solar, una 
forma extraordinaria de aprovechar dicha energía es aplicada a nuestro hogar ya que ahí es 
donde, en un considerable porcentaje, se agotan los combustibles que se ocupan para generar 
energía eléctrica, Dentro del consumo eléctrico en México, los usuarios de casa habitación 
representan el 33% del consumo total, siendo los servicios más utilizados el del refrigerador, la 
televisión, el reproductor de DVD y la iluminación de interiores. Partiendo de esta premisa se 
establece un consumo eléctrico mínimo estándar en una casa promedio mexicana de 2.2 
kWh/día. 
El problema de depender de una empresa pare recibir el servicio de energía eléctrica, es que no 
solo afecta a nuestros bolsillos el pagar bimestralmente a la compañía por recibir dicho 
servicio, sino que los contaminantes que se producen son inimaginables y en verdad no se 
considera el daño deplorable que se hace al planeta al propiciar el cambio climático. 
Cada día la población crece con mayor velocidad y con ello también las necesidades energéticas 
de cada persona, el precio de los combustibles fósiles cada vez es más alto poniendo en riesgo 
el desarrollo social del país.III 
RESUMEN 
 
El presente trabajo contempla la implementación de la energía solar como fuente de energía 
renovable, para energizar una casa por medio de un sistema fotovoltaico y el empleo de 
paneles solares en vivienda sustentable para la mejora de la calidad del aire en la ciudad de 
México. El proyecto creado en el Instituto Politécnico Nacional, propone se puedan realizar 
todas las actividades cotidianas que se hace en los hogares mexicanos, desde ver la televisión, 
escuchar música, calentarse algún alimento, hasta bañarse o trabajar en la computadora; todo 
esto sin estar conectados a una red eléctrica. 
El primer capítulo titulado “Antecedentes”, habla de las formas convencionales de generación 
de energía eléctrica, energías renovables y no renovables, sus ventajas y desventajas así como 
también conceptos básicos sobre electricidad y energía fotovoltaica. 
En el segundo capítulo encontraremos el enfoque de la tesis, aquí se ven temas como estudio 
de vivienda y consumo eléctrico, se presenta la aplicación de paneles solares en viviendas, la 
insolación y la calidad del aire en la Ciudad de México, la atmósfera y sus contaminantes así 
como también sus efectos y daños a la salud. 
Por último, el tercer capítulo se basa en el funcionamiento y caracterización de paneles solares 
en vivienda, aquí se analiza a detalle la propuesta que se menciona al inicio del texto, se 
describen los componentes que integran la vivienda sustentable así como los equipos con que 
se cuenta. Se verán las mediciones realizadas a los paneles solares en un periodo determinado 
con la ayuda de un sistema de monitoreo, aquí se observa el comportamiento de los paneles 
fotovoltaicos a diferentes condiciones climáticas. En base a esto, se generó un estudio de 
factibilidad, de esta manera el lector sabrá todo lo que constituye y se requiere para optar por 
instalar un sistema fotovoltaico así como sus ventajas y desventajas. 
Finalmente se presentan las conclusiones y las perspectivas del proyecto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
1 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
 
1.1 Combustibles Fósiles 
 
Debido a la situación energética actual, que es insostenible a largo plazo, es necesario 
reemplazar las fuentes convencionales de energía y una de las mejores opciones es la energía 
solar. 
 
Actualmente en México se genera energía mediante la quema de combustibles fósiles como el 
carbón, petróleo y gas natural; sin embargo, cada vez estos recursos se van agotando ya que 
son resultado de millones de años de descomposición y almacenamiento de vegetales y 
animales que se transformaron en estos elementos a través de complicados procesos químicos 
y físicos. 
 
A continuación se describe cada uno de los combustibles fósiles empleados para generar 
energía [1]: 
 
1.1.1 Carbón. 
 
El primer combustible fósil que ha utilizado el hombre es el carbón y cuenta con abundantes 
reservas. Representa cerca del 70% de las reservas energéticas mundiales de combustibles 
fósiles conocidas actualmente y es la más utilizada en la producción de electricidad a nivel 
mundial. Es resultado de la transformación de grandes masas vegetales provenientes del 
llamado período Carbonífero. 
 
El carbón mineral o hulla debe su origen al sol, a la vegetación, a las tierras cenagosas y al 
tiempo. Se formó durante diferentes periodos geológicos; el carbón es una masa compacta 
formada por los restos de tejidos de plantas que han sido alterados como resultado de haber 
permanecido bajo la superficie terrestre durante periodos sumamente largos. 
 
El carbón mineral fue el primer combustible de origen mineral utilizado industrialmente y es 
todavía, a pesar del enorme consumo de petróleo, la fuente de energía básica de la que 
dependen grandes industrias. 
Los cuatro tipos principales de carbón son turba, lignito, carbón bituminoso y antracita. La 
turba es la forma inferior de la hulla y genera poco calor. El lignito posee poco carbón y mucha 
agua. El carbón bituminoso contiene mayor cantidad de carbón y gas, y es de color más oscuro 
que los anteriores; es el más abundante y de mayor distribución de todos los tipos de hulla. 
 
El carbón tiene una gran variedad de usos, tales como: 
Generación de energía eléctrica, procesos industriales, transportación, base energética para la 
producción de acero, aceite ligero, gas de carbón, plásticos, fibras sintéticas tales como el 
nylon, tintes, drogas, detergentes, líquidos para motor, solventes, explosivos, refrigerantes, 
fertilizantes, insecticidas, gomas, pegamento, cosméticos, entre otros. 
 
 
2 
Ventajas: 
 
 El carbón tiene un abasto relativamente abundante. 
 La energía almacenada en el carbón es fácilmente liberada. 
 Es fácilmente almacenado, transportado y controlado a grandes volúmenes. 
 Las reservas de carbón son ampliamente distribuidas alrededor del mundo, a diferencia 
del gas o el petróleo. 
 
Desventajas: 
 
 Una vez que se consume, se pierde para siempre. 
 Contaminación del aire: para generar 1,000 MW en una planta eléctrica que funciona 
mediante la combustión de carbón, se consumen 3 millones de toneladas de dicho 
energético al año. La combustión de carbón en estas plantas contamina el aire con los 
siguientes compuestos: 
 
 Aldehídos 0.01 kg/ton 
 CO2 1.1 kg/ton 
 Hidrocarburos 0.4 kg/ton 
 NO2 44.1 kg/ton 
 Sulfuro 83.8 kg/ton 
 Polvo 374.8 kg/ton 
 Radioactividad rastros 
 
 Contaminación de agua: para generar 1,000 MW en una planta de energía al año se 
contamina de 7,000 a 41,000 toneladas de agua. 
 
 
1.1.2 Petróleo. 
 
El petróleo y la gasolina denominada también bencina, es una mezcla de hidrocarburos 
obtenidos en la destilación fraccionada, constituyen junto con el carbón la mayor parte de 
energía obtenida hasta hoy por la humanidad. El petróleo es un combustible natural líquido, su 
poder calorífico oscila entre las 9,000 y 11,000 kcal/kg. Procede de la transformación, por acción 
de determinadas bacterias, de enormes masas de plancton sepultadas por sedimentos y en 
determinadas condiciones de presión y temperatura. Es por lo tanto, un combustible fósil más 
ligero que el agua. Estos depósitos se almacenan en lugares con roca porosa y hay rocas 
impermeables (arcilla) a su alrededor que evita que se salga. 
 
Actualmente el petróleo es la principal fuente de energía en el mundo, es usado como 
combustible para calentamiento de espacios, para motores de combustión interna y 
generación de energía eléctrica. Como material crudo, se utiliza en la fabricación de infinidad de 
productos como fertilizantes plásticos, ceras, medicinas, lubricantes, asfaltos y muchos otros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
3 
Ventajas: 
 
 Su energía almacenada es fácil de liberarse. 
 Es fácilmente extraído (excepto los que no pueden ser explotados, como el que se 
encuentra en aguas profundas), en algunos pozos pueden fluir hasta 10 mil barriles 
diarios a un costo muy bajo. 
 Es fácilmente transportado, almacenado y controlado. 
 
Desventajas: 
 
 Una vez que se combustiona se pierde para siempre existe una reserva limitada que 
llegará a extinguirse. 
 El potencial de abasto no es seguro, su inestabilidad se debe a factores políticos. 
 No se encuentra en muchos lugares del planeta. 
 Contaminación del aire: una planta de energía eléctrica que produzca anualmente 1,000 
MW, contaminara el aire con 11, 000 ton/año de: 
 
 Aldehídos 0.2 kg/ton 
 CO2 0.1 kg/ton 
 Hidrocarburos 1.2 kg/ton 
 Sulfuro 61.7 kg/ton 
 Polvo 4.4 kg/ton 
 NO2 38.6 kg/ton 
 
 Contaminación del agua: una planta de energía de 100 MW contamina con 4,500 
ton/año, además de los derrames en el océano, lagos y ríos, que son aproximadamente 
de 6 x 106 toneladas métricas de petróleo quefinalmente son arrastradas al mar. 
 
 
1.1.3 Gas natural. 
 
Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos principalmente por metano en cantidades que 
comúnmente puede superar el 90 o 95% y suele contener otros gases como N2, CO2, H2S, He y 
tioles, que son compuestos fuertemente olorosos de carbono, hidrógeno y azufre. Se 
encuentra en la naturaleza asociado con el petróleo o solo, este gas se encuentra también en 
las vetas de carbón, en el sustrato profundo del océano y disuelto en cuerpos de agua 
subterráneas. 
 
Para liberar la energía química almacenada del gas se lleva a cabo el proceso de combustión, 
este se usa para calentar agua y acondicionar espacios, también para enfriar y además es el 
principal suministro en la fabricación de fertilizantes químicos. 
 
El mayor problema del gas natural es su transportación por medio de tuberías o en camiones 
tanque, así como su ineficiencia, ya que el 25% de la energía primaria se pierde durante su 
procesamiento. Además de que existe un alto riesgo de explosión debido a su manejo. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Metano
http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbono
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulfh%C3%ADdrico
 
4 
Una de sus grandes ventajas es que el gas natural licuado tiene 600 veces menos volumen que 
la misma cantidad en estado gaseoso, esto hace practico el embarcar grandes cantidades de 
gas y de esta forma hacerlo llegar a sitios muy lejanos mediante tanques. Otro modo de 
transportarlo es convirtiéndolo en metano líquido, ya que se simplifica enormemente su 
transportación y se reducen los riesgos, utilizándolo como sustituto de gasolina. 
 
Ventajas: 
 
 Su combustión libre de sulfuro hace que sea el más limpio de los combustibles fósiles. 
 Es fácilmente almacenable, transportable y controlable en grandes volúmenes. 
 
Desventajas: 
 
 Una vez que se combustiona, no se puede reutilizar. 
 Su abasto es poco, los depósitos conocidos y disponibles son reducidos. 
 Contaminación del aire: cerca de 24,000 ton/año de una planta de energía de 1,000 MW 
son depositadas en la atmósfera, en las siguientes proporciones: 
 
 Aldehídos 0.06 kg/ton 
 NO2 20.9 kg/ton 
 Sulfuro 0.2 kg/ton 
 Partículas 0.9 kg/ton 
 
Por otro lado, el consumo de estos combustibles fósiles para llevar energía eléctrica hasta 
nuestros hogares, produce enormes cantidades de CO2. El CO2 es uno de los gases de efecto 
invernadero que contribuye a que la Tierra tenga una temperatura habitable, siempre y cuando 
se mantenga en un cierto equilibrio. Sin dióxido de carbono, la Tierra sería un bloque de hielo. 
Por otro lado un exceso de CO2 impide la salida de calor de la atmósfera y provoca un 
calentamiento excesivo del planeta. 
 
Actualmente el 80% de toda la energía consumida en el mundo viene de combustibles fósiles. 
Tan sólo en México el 92% de la energía utilizada proviene de estos combustibles. Especialistas 
del Instituto Politécnico Nacional informaron que México emite al año 512 millones de 
toneladas de bióxido de carbono, y de no tomar medidas, la temperatura se incrementará de 
dos a cuatro grados centígrados. En dicho estudio se revelo que México ocupa el lugar 14 en el 
mundo en la emisión de bióxido de carbono a la atmósfera y genera dos por ciento de los gases 
de efecto invernadero que causan el calentamiento global [2]. 
 
Debido a estas circunstancias, es necesario explorar fuentes alternas de energía. En este 
trabajo se propone implementar la Energía Solar como una alternativa energética para un 
desarrollo sustentable y una opción a los hidrocarburos derivados del petróleo, así como la 
reducción en el deterioro y la protección al planeta, debido a que el sol es una fuente de 
energía inagotable y limpia para la generación de energía eléctrica. Además una gran ventaja es 
que no se requiere ningún trabajo preliminar en la red eléctrica. 
 
Generar energía eléctrica mediante la fabricación de celdas solares con alta eficiencia, permitirá 
complementar a los combustibles fósiles y así mejorar la calidad del aire. 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
5 
1.2 Energía Eléctrica 
 
Diariamente requerimos de energía eléctrica para realizar muchas de las actividades de la 
sociedad. La electricidad es importante y sin duda alguna el tenerla a nuestro alcance nos hace 
la vida más fácil y práctica. 
 
La electricidad resulta de la diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos, en donde se 
genera una corriente eléctrica, es decir, se crea por el movimiento de los electrones. Para que 
este movimiento sea continuo se necesita mantener un campo eléctrico en el interior del 
conductor (metal, etc.). 
 
1.2.1 Principio básico de la electricidad 
 
A continuación se describen algunas definiciones importantes acerca de la energía eléctrica [3]: 
 
Corriente eléctrica. Es la cantidad de electrones que circulan durante un periodo de tiempo en 
un conductor. La intensidad circulante en el circuito se llama intensidad nominal. La unidad de 
medida es el Ampere (A). 
Diferencia de potencial. Se define como energía por unidad de carga eléctrica, es la energía 
requerida para mover un electrón de un puno a otro. La unidad de medida es el Volt (V). 
La diferencia de potencial en los extremos de un generador es llamada tensión nominal; es la 
tensión de uso en las condiciones de funcionamiento normal. 
Potencia. Se define como la energía perdida o consumida por un dispositivo eléctrico. La 
unidad de medida es el Watt (W). 
La potencia se expresa con la fórmula: 
P = (V) (I) 
Donde P se da en watts, V en volts e I en amperes. 
Ampere-hora. Es la cantidad de electricidad o una capacidad igual al producto de corriente por 
el tiempo trascurrido. 
Q = (I) (t) 
Se expresa en coulomb o, más fácil en amperes-hora (Ah); con Q en amperes-hora, I en 
amperes y t en segundos. 
Consumo eléctrico. Es la energía eléctrica consumida o producida durante un lapso de tiempo 
t, producto de la potencia por el tiempo: 
E = (P) (t) 
 
 
6 
Se expresa en joule o en watts-hora (Wh) 
E = (W) (h) 
También es la capacidad (en amperes-hora) multiplicada por la tensión (en volts): 
E = (A) (V) ( h) = ( Ah)(V) 
El kilowatt-hora es la unidad de medida del consumo eléctrico doméstico. 
Rendimiento: Se le llama rendimiento energético a la relación de la energía producida (WP) y de 
la energía consumida por el usuario (WC ). 
1.2.2 Generadores y receptores de energía. 
Generador de energía eléctrica: todas las fuentes de energía eléctrica se llaman generadores y 
pueden ser de corriente alterna o continua. 
Generador de corriente alterna. Un generador puede proporcionar una corriente alterna 
cuando los electrones pasan alternativamente en un sentido del circuito y después en el otro. 
Los dos bornes de los generadores de corriente alterna desempeñan el mismo papel y se dice 
que estos generadores no están polarizados. 
El símbolo es: 
 
 
 
El tiempo entre dos cambios de sentido es el periodo de corriente alterna (t en segundos), cuya 
frecuencia es 1/t y se expresa en hertz. La CFE distribuye la corriente alterna a 60 Hz. 
Generador de corriente contínua. Un generador puede proveer una corriente continua donde 
todos los electrones circulan en el mismo sentido en el circuito. Los dos bornes de los 
generadores de C.C no desempeñan el mismo papel. Por tanto, se dice que estos generadores 
están polarizados debido a que poseen un borne positivo y otro negativo. El símbolo es: 
 
 + 
 - 
 
Por convención, se ha establecido que la corriente eléctrica sale por el borne positivo del 
generador y se recibe en el borne negativo. 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
7 
Consumidoreso receptores de energía. 
Los aparatos que reciben y consumen corriente eléctrica se llaman receptores. Muchos de ellos 
se presentan en nuestro uso diario, por ejemplo: focos, refrigeradores, televisión, radio, etc. 
Ciertos receptores solo transforman la energía eléctrica en calor (tostador de pan); esto es el 
efecto térmico de la corriente eléctrica (efecto joule). En otros receptores llamados 
electrolizadores, la energía eléctrica es transformada en energía química. Este efecto químico 
también se acompaña de efecto térmico. 
1.3 Generación de energía eléctrica 
 
La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química, 
mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se 
recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las 
transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro 
eléctrico. 
 
La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos no 
difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma en 
que se accionan. Explicado de otro modo, difiere en qué fuente de energía primaria utiliza para 
convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica [4]. 
 
En la tabla 1.1, se observa las principales fuentes de generación de energía en el mundo: 
 
Tabla 1.1: Distribución regional de consumo de energía por tipo en porcentajes. 
Porcentajes 
Región Petróleo Gas Carbón Energía 
nuclear 
Hidroeléctrica Fuentes 
renovables 
Totales 
Norteamérica 37.01 28.21 19.24 7.64 6.04 1.85 100 
Centro y 
Sudamérica 
45.00 21.65 4.64 0.76 26.18 1.76 100 
Europa y 
Eurasia 
30.73 33.90 17.08 9.29 6.13 2.88 100 
Medio 
Oriente 
49.62 48.53 1.16 0.01 0.67 0.01 100 
África 41.16 25.69 25.95 0.75 6.11 0.34 100 
Asia pacifico 27.40 11.07 53.16 2.25 5.17 0.97 100 
[5] BP. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_de_potencia
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_qu%C3%ADmica
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_suministro_el%C3%A9ctrico
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_suministro_el%C3%A9ctrico
http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico
 
8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5] BP. 
 
Figura 1.2: Mapa de distribución regional de consumo de energía por tipo. 
 
 
 Petróleo 
 Gas 
 Carbón 
 Energía nuclear 
 Hidroeléctrica 
 Fuentes 
renovables 
 
 
 
 
A Estados Unidos, Canadá y México 
B Argentina, Brasil, Colombia, Ecuador, Perú, Trinidad y Tobago, Venezuela, otros países de Centro y Sudamérica. 
C Azerbaiyán, Dinamarca, Federación de Rusia, Italia, Kazajstán, Noruega, Reino Unido, Rumania, Turkmenitsán, 
Uzbekistán, otros países de Europa y Eurasia. 
D Argelia, Angola, Chad, Egipto, Gabón, Guinea Ecuatorial, Libia, Nigeria, Rep. del Congo (Brazzaville), Sudán y 
Sudán del sur, Túnez, otros países de África. 
E Arabia Saudita, Emiratos Árabes Unidos, Irán, Iraq, Kuwait, Omán, Qatar, Siria, Yemen, otros países del medio 
oriente. 
F Australia, Brunéi, China, India, Indonesia, Malasia, Tailandia, Vietnam, otros países de Asia Pacífico. 
 
 
Distribución regional de consumo de energía por tipo 
F 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
9 
El organismo que rige el sistema eléctrico en México es la Comisión Federal de 
Electricidad (CFE), esta empresa paraestatal se encarga de controlar, generar, transmitir y 
comercializar energía eléctrica. La CFE abastece cerca de 26.9 millones de clientes e incorpora 
anualmente más de un millón. Desde octubre de 2009, se hace cargo de las operaciones de la 
compañía Luz y Fuerza del Centro. Cabe destacar que ésta es la empresa más grande del sector 
eléctrico en Latinoamérica [6]. 
 
Existen muchas maneras de producir energía eléctrica, a continuación se describen las más 
comunes en México [1]: 
 
1.3.1 Centrales hidroeléctricas. 
 
Las centrales de este tipo aprovechan la energía potencial debido a la altura y se convierte en 
energía cinética. Esta energía moverá los álabes (paletas curvas) de una turbina situada al pie 
de la presa, cuyo eje está conectado al rotor de un generador, el cual se encarga de 
transformarla en energía eléctrica. 
 
El agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior tiene determinada cantidad de energía 
susceptible de ser convertida en trabajo y ser utilizada. Una cascada de agua es una fuente de 
energía. El poder hidroeléctrico es una conversión de la fuerza de gravedad de un salto de agua 
a un rio o de la liberación controlada del agua en una presa, haciéndola pasar por turbinas que 
mueven un generador. 
 
La hidroenergía provee un medio eficiente y limpio para producir energía eléctrica; no altera el 
balance energético de la tierra y no libera contaminantes al medio ambiente. Las plantas 
hidroeléctricas producen el 3 % del total de la producción de energía global, y cerca del 23 % de 
la electricidad en el mundo. 
 
Ventajas: 
 
 Para la generación de energía eléctrica no se consume combustible fósil. 
 No produce contaminación química o térmica. 
 La conversión de la fuerza mecánica del agua a energía eléctrica producida puede ser hasta 90% 
eficiente. 
 Los lagos o depósitos de las plantas hidroeléctricas pueden ser usados para recreación, además 
son capaces de almacenar grandes cantidades de agua por largos periodos de tiempo, aunque 
no indefinidamente. El usar presas no vincula los problemas de almacenamiento que obstruyen 
otras fuentes de energía renovable. 
 El mayor potencial para la hidroenergía está en las áreas donde no existen otras fuentes de 
energía. 
 El principio de funcionamiento de la hidroenergía es simple. 
 El almacenamiento de bombeo es una de las mejores maneras para almacenar exceso de 
energía eléctrica. 
 La mayoría de los hidro sistemas tiene una vida de 2-3 veces más que las plantas de energía 
térmica convencional. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Empresa
http://es.wikipedia.org/wiki/Luz_y_Fuerza_del_Centro
 
10 
 Las instalaciones hidro pueden ser usadas para cultivar peces y otras especies acuáticas. 
 
Desventajas: 
 
 El costo de instalación por kilowatt instalado es alto, aunque aumentar hidroenergía a las 
presas existentes es menos caro que construir nuevas plantas de energía de cualquier tipo. 
 Construir presas en los ríos provoca cambios en los ciclos ecológicos en el propio rio y áreas 
vecinas; la vida salvaje es desplazada o destruida. 
 La sedimentación y acumulación progresiva afecta el flujo de los ríos y los patrones de drenaje 
en la tierra. 
 Hay escasez de lugares para instalar hidroeléctricas. 
 Provoca pérdidas de tierra apropiada para la agricultura en tiempo de severa sequía. 
 Se pierde agua por evaporación o por derrame; se ha estimado que el 9% del volumen de una 
presa se pierde de este modo. 
 Las presas son vulnerables a las fuerzas naturales, error humano y actos de guerra; debido a 
fallas en las presas, la energía hidráulica tiene el más alto número de muertes que cualquier 
fuente de energía hoy en uso. 
 El peso del agua en una presa puede disparar terremotos locales. 
 Los ríos ya no depositan sedimento fértil aguas abajo. 
 Los canales de rio abajo son más susceptibles a la erosión. 
 La calidad de la tierra puede ser reducida ya que la presa puede elevar el nivel del agua y, por lo 
tanto, levantar las sales y minerales de la superficie. 
 
Son áreas apropiadas para la generación de energía hidroeléctrica oceánica las siguientes: el 
mar mediterráneo, mar rojo, golfo pérsico, golfo de california y golfo de México. 
 
Aproximadamente el 18% de la electricidad producida en México proviene de recursos 
hidroeléctricos. La mayor planta hidroeléctrica de México es la Presa Chicoasén en Chiapas, con 
2,400 MW. Éstaes la cuarta planta de energía hidroeléctrica más productiva del mundo. La 
Presa El Cajón, con 750 MW, que se encuentra ubicada en Nayarit y que comenzó a funcionar 
en noviembre de 2006, es el último proyecto de gran envergadura finalizado. 
En 2005 habían 6 plantas mini-hidroeléctricas privadas que sumaban un total de 40 MW; y 139 
MW en desarrollo entre otras 9 plantas nuevas. El país tiene un importante potencial mini-
hidroeléctrico estimado en 3,200 MW en los estados de Chiapas, Veracruz, Puebla y Tabasco 
[6]. 
 
1.3.2 Centrales térmicas. 
 
En las centrales térmicas, la energía mecánica necesaria para mover las turbinas que están 
conectadas al rotor del generador proviene de la energía térmica (debida al movimiento de 
moléculas) contenida en el vapor de agua a presión, resultado del calentamiento del agua en 
una gran caldera. El combustible que se utiliza para producir vapor de agua determina el tipo 
de central térmica: de petróleo, de gas natural o de carbón. 
 
El proceso, en términos generales, es el siguiente: se utiliza uno de los combustibles citados 
para calentar el agua. A continuación, el vapor de agua producido se bombea a alta presión 
para que alcance una temperatura de 600 ºC. Acto seguido, entra en una turbina a través de un 
http://es.wikipedia.org/wiki/Presa_Chicoas%C3%A9n
http://es.wikipedia.org/wiki/Chiapas
http://es.wikipedia.org/wiki/MW
http://es.wikipedia.org/wiki/Presa_El_Caj%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Nayarit
http://es.wikipedia.org/wiki/Chiapas
http://es.wikipedia.org/wiki/Veracruz
http://es.wikipedia.org/wiki/Puebla
http://es.wikipedia.org/wiki/Tabasco
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
11 
sistema de tuberías, hace girar la turbina y produce energía mecánica, la cual se transforma en 
energía eléctrica por medio de un generador que está acoplado a la turbina. 
Aproximadamente el 71% de la electricidad producida en México proviene de recursos 
termoeléctricos [6]. 
 
1.3.3 Centrales geotérmicas. 
 
El planeta Tierra guarda una incalculable cantidad de energía en su interior. Un volcán, un 
géiser o los temblores en tierra y mar son muestra de ello. La energía geotérmica consiste en 
extraer calor del magma incandescente (mezcla de rocas fundidas, metales y gases que se 
llama lava cuando la arroja un volcán) de la tierra mediante el agua que se encuentra en las 
profundidades del planeta calentada por dicho magma y sube a la superficie en forma de vapor. 
El magma se encuentra cerca de la superficie terrestre en zonas con alta actividad volcánica, 
donde es más explotable. En algunos casos el vapor o el agua caliente brotan 
espontáneamente. En otros, es necesario inyectar agua en pozos y extraerla en vapor. 
La Tierra tiene una importante actividad geológica, su núcleo es una esfera de magma 
compuesto de hierro, níquel y cobalto en ebullición y presión muy alta. De hecho el calor 
aumenta según desciende hacia el centro de la tierra. En bastantes pozos petroleros se llega a 
100°C a unos 4 km de profundidad. 
 
Es importante recalcar que el aprovechamiento de la energía geotérmica no implica una 
combustión artificial porque el agua en forma de vapor se produce de manera natural y la 
convierte en otra forma de energía renovable. Además, la energía geotérmica es una fuente de 
energía de tal magnitud que si se pudiera captar eficientemente y almacenarla para su uso 
posterior sin pérdidas considerables, se podrían cubrir las necesidades energéticas de todo el 
planeta [8]. 
 
Producción Geotérmica Mundial. 
 
Tabla 1.3: Producción geotérmica mundial en MW. 
 
 
 [1] Energía. 
 
12 
Ventajas: 
 
 No hace falta quemar combustible, la energía geotérmica ya existe como calor. 
 Los costos capitales de la geotermia son más bajos que las plantas de energía 
alimentadas a base de combustible fósil o nuclear. Una vez que la planta se ha 
construido, ya no hay costos por combustibles como en las plantas convencionales de 
energía. 
 La energía geotérmica es relativamente simple y fácil de aprovechar; el tiempo de 
construcción para una planta es corto, promediando tres años desde la planeación 
hasta la etapa de operación, las plantas nucleares toman cerca de 10 años. 
 El uso de energía geotérmica tiene capacidad para múltiples usos; es adecuada para el 
uso integrado industrial, producir electricidad, procesar vapor y calor para una variedad 
de actividades industriales y agrícolas agrupadas en una región. 
 La energía geotérmica puede disminuir la dependencia en los precios y abastos de 
combustibles fósiles, especialmente del petróleo. 
 
Desventajas: 
 
 La eficiencia de la turbina geotérmica es comparativamente baja (22%) debido a que la 
baja temperatura y precisión del vapor. La eficiencia total de toda una planta de 
producción de energía geotérmica está estimada en cerca de 15% menos que una planta 
de combustible fósil. Una planta geotérmica requeriría 22,000 BTU para generar 1 
kilowatt por hora, mientras que una planta de combustible fósil requeriría de 9,000 a 
10,000 BTU. 
 Liberación de gases nocivos, tales como el hidrógeno, sulfuros, amonios, entre otros, a 
la atmósfera, así como una gran cantidad de vapor de agua. 
 La extensión de tierra que se utiliza (promedio de 20 km2 para todas las operaciones) y 
el ruido (el vapor emergiendo a alta presión hace un ruido que algunas veces alcanza 
los 100 decibeles). 
 Puede provocarse actividad sísmica por los fluidos extraídos y/o inyectados. 
 El uso del calor geotérmico debe estar cerca de la fuente; no es posible transportar el 
calor geotérmico muy lejos. 
 
En 2010, la capacidad geotérmica instalada era 965 MW representndo el 41% de la electricidad 
producida en México. Existen cuatro campos geotérmicos actualmente en funcionamiento: 
Cerro Prieto, Los Azufres, Los Humeros y Las Tres Vírgenes. El potencial estimado es de 217 MW 
para los campos que producen activamente y de 1,500 MW para los campos aún no 
desarrollados [6]. 
 
1.3.4 Centrales nucleares. 
 
Se trata de centrales térmicas en las que la caldera ha sido sustituida por un reactor nuclear. Un 
reactor nuclear es el mecanismo para la quema controlada de combustible nuclear. Los 
reactores convencionales consumen materiales fisionables tales como el U-235, cuya existencia 
en la tierra es muy limitada, además produce desperdicios extremadamente tóxicos y 
radioactivos, los cuales deben ser desechados con medidas de alta seguridad. 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Planta_de_energ%C3%ADa_geot%C3%A9rmica_Cerro_Prieto
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
13 
Un reactor nuclear funciona mediante fisión nuclear. La fisión nuclear es el proceso mediante el 
cual un núcleo pesado es bombardeado por un neutrón que lo parte en dos y, en consecuencia, 
la masa también es inferior; aproximadamente 1/10% menos. Esta pérdida se convierte en 
energía liberada del núcleo; cada separación libera dos o tres neutrones. La fisión nuclear es el 
resultado de bombardear uranio con partículas subatómicas llamadas neutrones, los cuales 
dividen los átomos de uranio, liberando grandes cantidades de calor en el proceso. 
 
Existen muchas instalaciones nucleares en el mundo, se localizan principalmente en Estados 
Unidos, Inglaterra, Rusia, Japón, Alemania y Francia, hay por lo menos 355 reactores nucleares 
de investigación repartidos por el mundo y casi 1,500 instalaciones nucleares de 
almacenamiento de desperdicios y reprocesado solamente en Estados Unidos [1]. 
 
Ventajas: 
 
 La sustitución de los desperdicios concentrados localmente de los subproductos 
radioactivos por la emisión difusa de las plantas de energía convencionales de 
combustible fósil. 
 El uranio requiere menos minería para su extracción, causando menor contaminacióndel agua, destrozo de tierra y daños humanos. 
 El abasto de combustible es concentrado: una onza de uranio tiene casi la misma 
energía potencial que 100 toneladas de carbón. 
 Los costos de transportación para los combustibles nucleares son más bajos que para el 
combustible fósil. 
 Las expectativas de vida para el abasto de combustible para reactores nucleares son 
altas. 
 
Desventajas: 
 
 Liberación de grandes cantidades de calor de desecho; cerca de 40% más que las 
plantas de energía a base de combustible fósil. 
 La producción de algunas de las sustancias más toxicas son conocidas en la forma de 
desperdicio nuclear, con lo cual peligra la salud por mutación genética, cáncer y 
quemaduras por radiación. Estos desperdicios deben ser almacenados por cientos de 
miles de años para que dejen de ser tóxicos para los humanos. 
 Hasta ahora, más de 430,000 galones de desperdicio radioactivo se han derramado sin 
protección desde 1945. 
 La liberación del gas Kriptón 85 puede alterar las propiedades eléctricas de la 
atmósfera, afectando el clima. 
 Un reciente estudio de incidentes cancerosos indica que los residentes de las regiones 
cercanas a plantas nucleares pueden tener altas tasas de cáncer, en comparación con 
los de regiones sin plantas nucleares. Por cada dos trillones de kW/h generados por 
plantas nucleares, resultaran de 20 a 200 muertes por exposiciones a la radiación. 
 Se necesita un gran capital inicial para construir una planta nuclear, el costo de una 
planta de energía de 1,000 MW es de más de un billón de dólares. 
 
14 
 El combustible producto del uranio tiene una duración corta; solo quedan 15 años de 
abastecimiento al ritmo actual de consumo. 
 Su eficiencia térmica es baja, cerca del 32%. 
 La proliferación de los reactores comerciales conducirá a la proliferación de las armas 
nucleares. 
 
La única Central Nucleoeléctrica de nuestro país (Laguna Verde), se encuentra ubicada sobre la 
costa del Golfo de México en el km 42.5 de la carretera federal Cardel-Nautla, en el Estado de 
Veracruz. La Central Laguna Verde cuenta con 2 unidades generadoras de 682.5 MW eléctricos 
cada una. Representa el 2% de la electricidad producida en México [6]. 
 
1.3.5 Centrales eólicas. 
 
En las centrales eólicas o parques eólicos se aprovecha la energía cinética del viento para 
mover las palas de un rotor situado en lo alto de una torre (aerogenerador). El viento es la 
fuente de energía eólica. El viento es originado por el calentamiento desigual de origen solar de 
la superficie de la tierra y origina movimientos de la masa atmosférica. 
 
La energía contenida en los vientos es de aproximadamente el 2% del total de la energía solar 
que llega a la tierra. La energía solar y la energía eólica son las mejores distribuidas en el 
planeta. 
 
Para transformar la energía eólica en electricidad, un aerogenerador capta la energía cinética 
del viento mediante su rotor aerodinámico y la transforma en energía mecánica que concentra 
sobre su eje de rotación o flecha principal. La energía mecánica se trasmite a la flecha de un 
generador eléctrico. Una turbina de viento obtiene su energía al convertir la fuerza del viento 
en fuerza de giro a través de sus aspas. La cantidad de energía transmitida al rotor depende de 
la densidad del aire, del área del rotor y de la velocidad del viento. El aire es más denso cuando 
esta frío que cuando está caliente [8]. 
 
México es un país donde la intensidad del viento es adecuada, en la mayor parte del territorio, 
para transformarla en electricidad. Sin embargo, la enorme longitud de costas y las sierras 
madre oriental y occidental, así como la incidencia de los vientos alisios no se aprovechan en la 
República Mexicana por no contar con una política y un plan de explotación de este recurso 
energético. 
 
La potencia total y el rendimiento de la instalación depende de dos factores: la situación del 
parque (velocidad y cantidad de horas de viento) y el número de aerogeneradores de que 
dispone. Los aerogeneradores actuales alcanzan el máximo rendimiento con vientos de unos 
45 km/h de velocidad. La velocidad mínima necesaria para que estos aerogeneradores 
funcionen es de 20 km/h, y la máxima por razones de seguridad es de 100 km/h. 
 
La producción de energía eólica todavía es muy limitada en México aunque se estima que el 
potencial del país se encuentra por encima de 40 GW. La CFE cuenta con dos plantas eólicas en 
funcionamiento, Parque Eólico La Venta y Guerrero Negro, que tienen una capacidad 
combinada de 86 MW. El potencial eólico en el estado de Oaxaca es de 33,200 MW. Otros 
estados con potencial eólico son Zacatecas, Hidalgo y Baja California. Aproximadamente el 21% 
de la electricidad producida en México proviene de sistemas eólicos [6]. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica
http://es.wikipedia.org/wiki/Parque_E%C3%B3lico_La_Venta
http://es.wikipedia.org/wiki/Oaxaca
http://es.wikipedia.org/wiki/Zacatecas
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidalgo_(M%C3%A9xico)
http://es.wikipedia.org/wiki/Baja_California
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
15 
1.3.6 Centrales solares. 
 
Son instalaciones en las que se utiliza la energía procedente del sol. Existen dos clases 
principales de instalaciones, según el proceso de transformación usado: centrales fototérmicas 
y centrales fotovoltaicas [9]. 
 
1.3.6.1 Centrales fototérmicas 
 
En las centrales fototérmicas, la radiación solar se aprovecha de dos formas: con colectores 
solares, que absorben las radiaciones solares para producir calor, o con helióstatos, que 
reflejan la luz solar y la concentran en un punto para su utilización calorífica; el colector es una 
superficie, que expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un 
fluido. 
La captación de la energía solar es directa, la temperatura del fluido es por abajo del punto de 
ebullición del agua al nivel del mar (100°c), generalmente entre 40 y 60 °C. 
 
1.3.6.2 Centrales fotovoltaicas 
 
 
Las centrales fotovoltaicas la radiación electromagnética emitida por el sol se transforma en 
energía eléctrica mediante paneles de celdas fotovoltaicas. Al igual que ocurre con la energía 
eólica, también existen centrales aisladas. Las aplicaciones de la energía solar son muy variadas: 
desde alimentación de pequeñas calculadoras de bolsillo hasta el uso en automoción y 
espaciales. Los semiconductores son los componentes fundamentales de los paneles 
fotovoltaicos. 
 
El potencial solar de México es el tercero más grande del mundo. Se estima que el potencial 
solar bruto del país es de 5 kWh/m2 diarios, que corresponde a 50 veces la generación eléctrica 
nacional. En 2005 había 328,000 m2 de paneles de energía solar térmica y 115,000 m2 de 
módulos de energía solar PV (fotovoltaico) instalados en México. Se estima que la capacidad 
instalada en 2020 sea de 25 MW, con una generación de 14 GWh al año [6]. 
 
 
1.3.7 Central de biomasa. 
 
La biomasa está constituida por todos los compuestos de origen vegetal o animal, incluyendo 
los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Para fines prácticos, la 
biomasa puede clasificarse en tres tipos: natural, residual y producida. La biomasa natural se 
produce en la naturaleza sin intervención humana. La biomasa residual se genera como 
consecuencia de cualquier actividad humana, principalmente en procesos agrícolas, ganaderos 
y del hombre, tales como basura, aguas residuales, aserrín, excremento, etc. La biomasa 
producida se cultiva para obtener biomasa transformable en combustible en vez de producir 
alimentos, como la caña de azúcar en Brasil, orientada a la producción de etanol para 
carburante, o la colza en España para producir biodiesel. 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_t%C3%A9rmica
 
16 
 
Quedan excluidos del termino biomasa todos los productos agrícolas y pecuariosque sirven de 
alimento para el hombre y los animales, así como los combustibles fósiles que son derivados de 
materiales biológicos, pero que mediante transformaciones han alterado profundamente su 
naturaleza [8]. 
 
La central de biomasa quema este tipo de combustible para producir vapor de agua, el cual 
mueve una turbina que, conectada a un generador, produce electricidad. 
Pueden obtenerse combustibles como: 
 
 Solidos: leña, astillas, carbón vegetal 
 Líquidos: biocarburantes, aceites, aldehídos, alcoholes, cetonas y ácidos 
orgánicos. 
 Gaseosos: biogás e hidrógeno. 
Ventajas: 
 
 Permiten la continuidad de la actividad del sector agrícola para evitar abandono 
de superficies productivas y mantener la actividad en los sectores industriales. 
 Creación de empleos en los sectores agrícola y de transformación. 
 Demandan menos insumos de producción, por lo que el impacto ambiental es 
menor. 
 Permiten reducir el CO2 y óxidos de azufre (SOX) por lo tanto evitan lluvias ácidas. 
 
México también cuenta con un gran potencial para producir energía a partir de biomasa. Se 
estima que, teniendo en cuenta los residuos agrícolas y forestales con potencial energético y 
los residuos sólidos urbanos de las diez principales ciudades, el país tiene una capacidad 
potencial de 803 MW y podría generar 4,507 MWh al año. Aproximadamente el 19% de la 
electricidad producida en México proviene de centrales de biomasa [6]. 
 
1.3.8 Capacidad eléctrica instalada en México 
 
Hasta Agosto de 2010 la capacidad total instalada para la generación de energía eléctrica en 
México es de 60.795 MW. La mayor parte es aportada por plantas termoeléctricas con un total 
de 43,231 MW ó 71% del total. Según la definición de fuentes de energías renovables del 
Programa Especial para el Aprovechamiento de Energías Renovables, lo cual no contempla 
plantas hidroeléctricas con una capacidad mayor a 30 MW, se cuenta con una capacidad 
instalada a partir de dichas fuentes de 2,365 MW ó 4%. Con base en las metas del programa 
antes mencionado, aún será necesaria una capacidad adicional de fuentes renovables de 3.6% 
del total hasta 2020 [6]. 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
17 
 
 
Figura 1.4: Capacidad total instalada (MW) en México por fuentes no renovables. 
Excluye Exportación e Importación 
[7] CFE. 
 
 
 
Figura 1.5: Capacidad total instalada (MW) en México por fuentes renovables. 
 
Excluye Exportación e Importación 
[7] CFE. 
 
 
18 
1.4 Energías Renovables 
 
La energía es la capacidad de realizar un trabajo. Se llama energía renovable la que puede 
aprovecharse ilimitadamente, es decir, su cantidad disponible en la tierra no disminuye a 
medida que se aprovecha. Se obtiene de fuentes naturales e inagotables, ya sea que se 
encuentren en gran cantidad o que el tiempo en el que se regenera es muy rápido. 
Entre las energías renovables se cuentan la hidroeléctrica, eólica, solar, geotérmica, marina, la 
biomasa y los biocombustibles [8]. 
 
En el apartado 1.3 de este presente texto, ya se han descrito las energías hidroeléctrica, 
geotérmica, eólica, solar y biomasa. 
 
1.4.1 Energía marina 
 
El mar cubre el 71% de la superficie terrestre; dentro de él existe una incalculable fuente de 
energía. Las olas, empujadas por el viento, son indudablemente una manifestación de esta 
fuerza; la marea, subiendo y bajando, mueve continuamente millones de metros cúbicos de 
agua. 
 
Las olas son una fuente de energía limpia e inagotable de gran magnitud, una ola de 1,600 m 
de largo por 1.30 m de altura contiene cerca de 20,000 kW de energía, o cerca de 18.3 millones 
KW/año. Una ola de 3 m contiene 1,200 millones KW/h por cada 1,600 m al año. Un estimado del 
potencial anual en el mundo, considerando solamente plantas costeras utilizadoras de la 
energía por olas, fue de 40 trillones de KW/h. 
 
La energía es generada por un pequeño turbo generador manejado a fluctuación por aire a 
presión, lo cual resulta de la diferencia producida por el cambio periódico de la superficie de la 
ola alrededor y dentro de la boya. La eficiencia total de conversión (de ola a aire a electricidad) 
es cerca de 28%. 
 
Ventajas: 
 
 La máxima energía es proporcionada durante las estaciones más calientes, cuando la 
demanda es mayor. 
 No existe contaminación atmosférica, termal o en el agua. 
 Las plantas de energía en el agua no requieren de área terrestre para la planta. 
 Los materiales de baja temperatura pueden ser usados en la construcción. 
 El agua fresca extraída puede considerarse como un subproducto. 
 Las operaciones en maricultura pueden utilizar agua oceánicas profundas ricas en 
nutrientes para la producción de comida de mar. 
 La maquinaria opera con carga constante en un medio ambiente benigno, nunca 
teniendo más de 30°C. 
 
Desventajas: 
 
 Su impacto en el clima global y patrones climatológicos es desconocido, así como 
también el impacto en el medio ambiente. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_hidroel%C3%A9ctrica
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_geot%C3%A9rmica
http://es.wikipedia.org/wiki/Biomasa
http://es.wikipedia.org/wiki/Biocombustible
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
19 
 La corrosión puede ser un problema severo si el intercambiador de calor es construido 
con materiales inadecuados. 
 Los problemas de amarre y esfuerzo de las enormes tuberías de entrada en el agua fría 
aún se tienen que estudiar detalladamente. 
 La extracción de agua rica en carbón del fondo del mar puede causar un aumento 
sustancial de CO2 atmosférico. 
 
1.4.2 Biogás 
 
El biogás es una gas de origen biológico, cuyos principales componentes son el metano y el 
bióxido de carbono, que se producen como resultado de la fermentación anaeróbica (ausencia 
de aire) de la materia orgánica provocada por grupos de microorganismos. Con los 
desperdicios orgánicos de una ciudad de más de un millón de habitantes, la producción de 
metano puede satisfacer las necesidades de generación de energía eléctrica basada en el gas 
natural. 
 
Desechos vegetales y animales con capacidad de producir biogás: 
 
 Desechos animales: estiércol, desechos alimenticios, orina, etc. 
 Residuos agrícolas: semillas, pajas, bagazo de caña, etc. 
 Desechos de rastros: sangre, carne, desechos de pescado, etc. 
 Residuos agroindustriales: aserrín, tabaco, arroz, frutas, vegetales, etc. 
 Residuos forestales: ramas, hojas, cortezas, etc. 
 
Composición del biogás: 
Metano (CH4) 54-70% 
Bióxido de carbono (CO2) 27-47% 
Hidrógeno (H2) 1-10% 
Nitrógeno (N2) 0.5-3% 
Ácido sulfhídrico (H2S) 0.1% 
 
Ventajas: 
 Ayuda a restablecer el equilibrio ecológico y los problemas causados por lodos 
residuales de drenaje y la basura orgánica, ya que los productos producidos por su 
fermentación, entre otros el biogás, son excelentes y económicos fertilizantes ricos en 
nitrógeno, fosforo y potasio. 
 La producción de metano o biogás ayuda a disminuir la demanda del gas natural y 
elimina en gran medida el problema de aguas negras y residuos sólidos en las ciudades. 
 Es una energía renovable que puede estar siempre disponible a un precio estable. 
 Es una alternativa viable para los lugares aislados donde otros energéticos comerciales 
no llegan. 
 Las plantas de biogás resuelven el problema de eliminar larvas, roedores e insectos, en 
materia aprovechable. 
 
20 
 1.4.3 Otras alternativas energéticas 
Existen otras posibilidades de aprovechamiento energético con base en fuentes renovables, 
que son derivadas de las nuevas tecnologías. A continuación se describen cada una de ellas [8]. 
1.4.3.1 Celdas solares ultradelagadas. 
Se ha logrado fabricar células fotovoltaicas