Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 4 (1): 19-34. Enero-Marzo 2021 https://doi.org/10.37636/recit.v411934.
19 ISSN: 2594-1925
Diseño e implementación de un sistema de bombeo para
extracción de sal basado en energía fotovoltaica
Design and implementation of a pumping system for salt extraction based
on photovoltaic energy
Erik Eduardo Vázquez Fernández1, Ramón Antonio Félix Cuadras1, Jorge Armando Ojeda
Sánchez2, Alejandro Regalado Escobedo1, Arturo Rincón Pulido1
1Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad de Colima, Km. 9 Ctra. Colima-Coquimatlán,
Coquimatlán 28400, Colima, México.
2Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad de Colima, Km. 9 Ctra. Colima-Coquimatlán, Coquimatlán
28400, Colima, México.
Autor de correspondencia: Dr. Jorge Armando Ojeda Sánchez, Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad
de Colima, Coquimatlán, Colima, México. E-mail: jojeda1@ucol.mx. ORCID: 0000-0002-5026-5459.
Recibido: 02 de Diciembre del 2020 Aceptado: 20 de Enero del 2021 Publicado: 25 de Enero del 2021
Resumen. - La producción de sal marina en México utiliza sistemas tradicionales para el llenado,
tratamiento de la salmuera y almacenamiento. El acceso a la red de distribución eléctrica generalmente
no está disponible debido a la salinidad del suelo. En la Laguna de Cuyutlán en el suroeste del estado de
Colima, México, el proceso de producción exige que el bombeo de agua de mar se realice mediante
equipos electrógenos para su uso en motobombas en horarios específicos de la madrugada, debido a la
alta exposición solar. En el presente trabajo, se desarrolla un sistema fotovoltaico aislado con respaldo
de baterías aplicado a los sistemas de bombeo, controlado semiautomáticamente mediante el uso de la
tarjeta Arduino. El objetivo es mejorar la infraestructura industrial y aumentar la eficiencia de los
procesos tradicionales de producción de sal. A partir de la implementación de un sistema fotovoltaico
aislado (SFVA), se mejora el proceso de bombeo de agua de mar de manera semiautomática, en
comparación con el proceso tradicional, evitando el gasto de combustible en equipos electrógenos.
Palabras clave: Producción de sal, Control, Sistema de bombeo, Sistema fotovoltaico.
Abstract. Sea salt production in Mexico uses traditional systems for filling, brine treatment and storage.
Access to the electrical distribution network is generally not available due to the salinity of the soil. In the
Laguna de Cuyutlán in the southwest of the state of Colima, Mexico, the production process requires that
the pumping of seawater be carried out by means of generator equipment for use in motor pumps at
specific hours of the morning, due to the high solar radiation exposure. In the present work, an isolated
photovoltaic system with battery backup applied to the pumping systems is developed, controlled semi-
automatically by using the Arduino board. The goal is to improve industrial infrastructure and increase
the efficiency of traditional salt production processes. From the implementation of an isolated photovoltaic
system (IPVS), the process of pumping seawater is improved in a semi-automatic way, compared to the
traditional process, avoiding the expense of fuel in generator equipment.
Keywords: Salt production, Control, Seawater pumping system, Photovoltaic system.
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1. Introducción
El mercado internacional de producción de
sal, se encuentra dominado por China con
58 millones de toneladas, seguido de
Estados Unidos con 48 millones de
toneladas, produciendo conjuntamente el
39.8% de la producción mundial anual, en la
que México contribuye con 8.9 millones de
toneladas anuales, según datos reportados al
2016 por la Secretaría de Economía del
Gobierno de México [1]. En México, el
principal productor se encuentra en
Guerrero Negro, Baja California Sur, quien
produce el 82% de la sal para exportación y
restando un 18% para el mercado interno.
Se concentra el 94% de esta producción en
los estados de Veracruz (63.5%), Nuevo
León (17%) y Sonora (13.5%) siendo un 6%
producido en el resto del país.
En el estado de Colima, México, la principal
zona de extracción de sal se encuentra
ubicada entre los municipios costeros de
Manzanillo y Armería. La producción de sal
a partir del proceso de evaporación solar
prevalece en la actualidad de manera
artesanal en la región suroeste de Colima,
México. Los productores de sal se localizan
principalmente en Cuyutlán, este último
ubicado en el municipio de Armería,
Colima, México. La producción de
salmuera se genera mediante el llenado de
estanques denominados eras, donde, a partir
de la evaporación del agua de mar se obtiene
la sal y minerales asociados como el sulfato
de calcio, cloruro de calcio, entre otros. La
producción de sal es una actividad industrial
importante en la región, realizada
principalmente por la Sociedad Cooperativa
de Salineros de Colima S.C.L., el área del
municipio de Armería es de 4283 hectáreas
de las que las salineras de Cuyutlán
presentan una superficie de 3360 hectáreas
dedicadas a la extracción de sal [1]. El
periodo de producción es limitado a seis
meses aproximadamente, dos meses de
preparación y cuatro de recolección
comprendidos entre marzo y junio, debido
al inicio de la temporada de lluvias que, por
la situación geográfica de la Laguna de
Cuyutlán, es clasificada como zona de
riesgo, debido a la presencia de fenómenos
meteorológicos, como huracanes y fuertes
tormentas [2].
La zona geográfica donde se encuentran los
campos de producción de sal no cuenta con
un suministro de energía de la red eléctrica,
debido a la salinidad del suelo. El proceso
de producción exige el llenado de estanques
de evaporación (eras), que se realiza por
medio del uso de motobombas con equipo
electrógeno a base de gasolina. Este proceso
limita la producción ya que el llenado es
manual y es realizado horas antes del
amanecer, para evitar la exposición a la
radiación solar, de igual manera, representa
un alto costo en el consumo de combustible,
además de la contaminación generada por
los residuos de la combustión y aceites
empleados en el proceso. Ante esta
condición, no es posible mantener una
producción sostenida para atender la
demanda comercial de sal [3]. En contra
parte, debido a las condiciones geográficas,
se presenta una alta incidencia de
irradiación global horizontal de
aproximadamente 5.4 kWh/m2 [4] durante
el periodo de zafra o extracción de sal,
comprendido entre los meses de marzo a
junio, condición que permite utilizar dicho
recurso para producción de energía eléctrica
mediante tecnología fotovoltaica. La
aplicación de tecnología fotovoltaica en la
producción de sal solar, es incipiente, se
reporta principalmente métodos para
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mejorar la eficiencia de producción por
métodos tradicionales, donde el llenado de
los estanques es principalmente por
gravedad [5], desalinización de agua y
producción de sal [6]. El uso de sistemas
fotovoltaicos es una alternativa en áreas
remotas donde el recurso solar es
abundante, para aplicaciones como la
alimentación de sistemas de bombeo en
procesos de ósmosis inversa para la
desalinización de agua [7].
La caracterización de un sistema de energía
solar paralelo de campo de sal en Corea del
Sur es reportada por Bongsuck, K, et. al [8],
donde se combina el proceso de producción
de sal con la generación de energía eléctrica
en un mismo sitio. Los paneles fotovoltaicos
conforman la base del estanque, con una
altura de agua salinizada de 20 cm. El agua
de mar contenida tiene un efecto de
enfriamiento en el panel fotovoltaico,
mejorando el desempeño global del arreglo
de paneles. Por otro lado, en el proceso de
producción de energía eléctrica, se genera
calor por lo que incrementa el proceso de
evaporación del agua de mar. El desempeño
de dicho arreglo es similar a las plantas
convencionales de producción de energía
eléctrica.
Los sistemas de bombeo son susceptibles de
control a partir de tecnología fotovoltaica
mediante diferentes técnicas de
dimensionamiento [9], por lo que su
aplicación en el proceso de extracción de sal
del agua de mar permite mejorar el
desempeño de una de las etapas de
producción de sal.
En el presente trabajo se describe el proceso
de extracción de sal empleado por los
salineros de Cuyutlán y el uso de equipos
electrógenos para la distribución de la
salmuera, así como los inconvenientes y
restricciones que se presentan al utilizar
estos equipos, ante esta problemática, a
solicitud del Socio número 143 de la
Sociedad Cooperativa de Salineros de
Colima S.C.L., se desarrolló un prototipo
que permite facilitar el proceso de
extracción artesanal de sal por evaporación
sin afectar el proceso artesanal,
aprovechando de una mejor manera los
recursos materiales y humanos.
2. Proceso de extracción de sal
La metodología que se empleó para el
desarrollo de este trabajo está basada en el
análisis del proceso de extracción artesanal
de sal por evaporación utilizado en la
Laguna de Cuyutlán, Colima, México;
siendo el objetivo principal el incidir en la
mejora del proceso sin alterar las
condiciones de recolección de la sal.
Para definir la metodología del trabajo, es
necesario comprender el proceso de
producción de la sal a partir de la
evaporación del agua de mar, también
denominado sal solar. Este proceso se inicia
con la captación de agua de mar mediante
bombeo hacia estanques de almacenamiento
abiertos a la atmósfera, donde el agua de
mar pasa por dos etapas básicas:
concentración: exposición a la radiación
solar que provoca la evaporación del exceso
de agua, obteniendo una solución de
salmuera saturada rica en cloruro de sodio.
La siguiente etapa, cristalización: la
salmuera saturada generada se conduce a un
estanque donde se presenta la cristalización
del cloruro de sodio. La sal producida en
esta área se somete a un proceso de
eliminación de impurezas por medio de
lavado, se clasifica y apila por tamaños y
calidades, para su envasado y
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comercialización. En la Figura 1, se puede
apreciar un esquema del proceso de
producción de sal.
Figura 1. Método de evaporación solar empleado en México.
Con el objetivo de identificar los elementos
necesarios para el diseño del sistema
fotovoltaico, es necesario describir el
proceso artesanal de extracción de sal
empleado en la Laguna de Cuyutlán,
Colima, México. El proceso de producción
es el siguiente:
1. Elaboración de los estanques de
almacenamiento. En este punto
normalmente se realizan entre 8 a 10
estanques de 50 x 7.6 x 0.13 𝑚 y de
separación 0.15 𝑚. Los estanques están
conectados entre sí a través de una franja o
canal para facilitar el llenado.
2. Elaboración de pozos para la
salmuera. El pozo, o tajito, tiene un
diámetro de 40 𝑐𝑚 y una profundidad de 2
a 3 𝑚. La elaboración del pozo se realiza a
un costado del primer estanque donde da
inicio el llenado de los demás.
3. Extracción de agua hacia los
estanques de almacenamiento. Una vez
hecho el tajito se extrae el agua por medio
de una motobomba. En esta parte del
llenado del estanque es donde las diferentes
sales se dividen del cloruro de sodio.
4. Elaboración de eras. En este paso se
raspa la arena y se arrastra para formar
bordes que delimitan la era de 7.6 x 9 𝑚 x
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3.5 𝑐𝑚. Esta era será llenada una vez que
haya pasado la primera etapa de
concentración, el número de eras es
generalmente de 64 por campo.
5. Llenado de eras. Teniendo las eras, se
miden los grados de salinidad que se tienen
en los estanques de almacenamiento y una
vez que se llega a los 20 grados, se utiliza
una motobomba para descargar el agua
almacenada de los estanques a las eras.
6. Tiempo de cristalización de la
salmuera. Para tener un proceso de
cristalización, es necesario dejar dos días
completos para que el agua de las eras se
evapore para que de esta manera se empiece
a decantar la sal en el fondo de las eras.
7. Recolección de la sal. En este proceso
se cepilla todo el cloruro de sodio ya
formado en grano con 98 grados de
salinidad y se almacena en un costado de la
era. Como segundo paso de este proceso se
traslada por carretilla para su
almacenamiento e inventario.
Una vez analizado el proceso de extracción
de sal empleado en Cuyutlán, Colima,
México, se detectaron áreas de oportunidad
en los puntos 3 y 5, en las cuales la
extracción y distribución mediante
motobombas de la salmuera son
susceptibles de mejora sin afectar el proceso
artesanal de producción. Por ello se propone
realizar las siguientes etapas para la
obtención de un prototipo funcional:
1. Diseño e implementación de un sistema
hidráulico, este sistema sustituirá la
manguera como medio de distribución de la
salmuera entre los estanques de
concentración y las eras, a través de un
sistema de bombeo y válvulas controladas,
el cual permitirá controlar el flujo de llenado
y, por ende, dependiendo de las condiciones
climatológicas, de recolección de la sal por
parte del usuario, minimizando las pérdidas
en la distribución y disminuyendo los
tiempos de llenado.
2. Diseño, pruebas e implementación de un
dispositivo de control semiautomatizado, el
cual servirá de interface entre el usuario y el
sistema de bombeo, a su vez permitirá
ejecutar diversas rutinas programadas cuyo
fin es el realizar el llenado de las eras y
distribución de salmuera entre estanques de
manera controlada con lo cual el usuario
dispondrá de mayor tiempo para realizar
otras actividades, esto porque se puede
programar el llenado de los estanques y éste
se realizará sin necesidad de que se
encuentre presente.
3. Diseñar e implementar un SFVA con
respaldo de baterías, el cual sustituirá los
equipos electrógenos que se emplean
actualmente, eliminando el costo y el uso de
combustibles y sus residuos de aceite por la
combustión, este sistema suministrará de la
energía que requiera el prototipo de bombeo
y distribución de salmuera. El SFVA deberá
contar con una autonomía de al menos 2 días
para poder operar en caso de baja radiación
producida por nubosidad, sin embargo, es
importante mencionar que los meses de
marzo a junio son los de mayor radiación
solar, por lo que el recurso solar está
garantizado en cada periodo de zafra.
4. Pruebas del prototipo en condiciones
controladas y en campo, en estas pruebas se
determinó la funcionalidad del prototipo y
se evaluó de manera preliminar el impacto
en la producción de sal, siendo los
resultados obtenidos satisfactorios.
Finalmente, se determinaron los trabajos
futuros para enriquecer el prototipo y
realizar una prueba piloto en un sistema
completo.
A continuación, se describirán cada una de
las etapas con base en sus requerimientos de
diseño.
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3. Diseño de solución mediante
un sistema fotovoltaico
Una vez detectadas las áreas de oportunidad
en las etapas 3 y 5 descritas en la sección
anterior, se propone sustituir el equipo
electrógeno por un sistema fotovoltaico
aislado con respaldo de energía, eliminando
la contaminación producida por efecto de
combustión. La generación de energía
eléctrica del sistema fotovoltaico se
almacena en un banco de baterías de ciclo
profundo, que podrá ser utilizada para la
operación del prototipo de distribución de
salmuera y el sistema de iluminación.
Consecuentemente se reducirán tanto el
costo asociado al combustible como a la
sustitución de los equipos cada tres años,
esto debido a que los módulos fotovoltaicos
operarán durante 25 años al 80% de su
eficiencia y las baterías de ciclo profundo
tendrán una vida útil mayor debido a que
serán empleadas únicamente de cuatro a
cinco meses durante el año, manteniéndose
en régimen de carga solo una vez al mes
para que se conserven en óptimo estado.
El sistema de distribución de la salmuera a
base de una manguera acoplada a un grupo
electrógeno se sustituye por un prototipo de
distribución semiautomático conformado
por una red de tuberías de PVC, una bomba
de corriente directa, un caudalímetro,
válvulas eléctricas con las que se controlará
tanto el llenado como la selección de las
eras, y finalmente, un dispositivo de control
programable en el que usuario tendrá el
control del sistema de distribución y
llenado. Con la integración de este prototipo
se prevé una mejora en el desempeño del
llenado de las eras, al reducir las pérdidas
de salmuera al mover la manguera entre
eras y el tiempo de trabajo del usuario en
esta actividad. En la Figura 2 se muestra un
diagrama general del prototipo propuesto,
en el diagrama la sección verde representa
el SFVA con respaldo de energía y el
regulador CD/CD, la sección azul
contempla el sistema hidráulico de
distribución, el cual incluye la bomba de
diafragma de CD, el caudalímetro y las
cuatro electroválvulas, el bloque de control
se representa en naranja y se observa la
interacción de los componentes entre sí,
siendo las líneas de alimentación mostradas
en color rojo sólido para 24 VCD y rojo
punteado para 5 VCD, internamente el
dispositivo de control incluye un módulo
STEP DOWN a 12 VCD y una etapa de
acondicionamiento de tensión para el resto
de los componentes electrónicos, las líneas
de control están marcadas en negro y se
observa que todo el sistema hidráulico está
referenciado al dispositivo de control, por lo
que el prototipo se encuentra
semiautomatizado.
Figura 2. Diagrama esquemático del prototipo propuesto.
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Los requerimientos particulares del sistema
de distribución se describen en las
siguientes subsecciones.
3.1 Requerimiento del sistema
hidráulico
El prototipo desarrollado abastece un
sistema conformado por un estanque de
almacenamiento y cuatro eras. El volumen
total de las cuatro eras es de 9.576 m3,
siendo el volumen de una era de 2.3894 m3.
Debido a las características físicas de la
salmuera, el sistema de bombeo debe
cumplir con los siguientes requerimientos:
a) no deberá contener partes metálicas que
estén en contacto con la salmuera, b)
alimentación en corriente directa (CD), c) la
altura dinámica máxima deberá ser de 5
mca. La bomba que cumple con dichos
requerimientos mínimos es una bomba de
agua de CD de tipo diafragma modelo N40-
EDSD [4]. Debido a la configuración de
llenado de las eras, no existe un cambio de
altura hidráulica, por lo que la bomba opera
en condiciones de potencia nominal. El
circuito hidráulico consta de dos
ramificaciones, ambas con dos
electroválvulas [10] y al final una válvula
manual de purga. El sistema hidráulico tiene
una distancia 16 𝑚 lineales, esto tomando
en cuenta el tamaño de las eras y el estanque
de alimentación y un diámetro de 3.81 cm.
3.2 Diseño de control del sistema de
bombeo
El sistema de control del sistema compuesto
de una bomba, cuatro válvulas y un
caudalímetro, es implementado mediante el
hardware de código abierto de una tarjeta
Arduino UNO, que cuenta con las
capacidades requeridas para recibir señales
analógicas y activar una etapa de potencia
que controla el apagado y encendido de la
bomba de CD, apertura y cierre de las
válvulas, lo anterior tomando como
referencia la lectura adquirida del
caudalímetro, así como los procesos propios
de la automatización de las tres
configuraciones de operación de prototipo
[11]. De igual manera, tanto la
programación de las instrucciones de
control, entrada-salida, así como el
despliegue de menús de operación, a través
de un visualizador LCD. La selección de los
componentes electrónicos para realizar el
sistema de control se muestra en la Tabla 1,
el sistema de alimentación de la tarjeta es de
12VCD, finalmente, se realizaron las
tarjetas de adquisición de señales para
habilitar las entradas y salidas, analógicas y
digitales, de la tarjeta Arduino UNO.
Tabla 1. Componentes electrónicos del sistema de control.
Cantidad
Nombre
1
Tarjeta de Arduino UNO
1
Display LCD alfanumérico 16x4
5
Relevador Bosch 0 332 209 151
5
Transistor TIP41
5
Transistor BC548
5
Diodo 1N4148
3
Botón pulsador normalmente abierto
1
Regulador de voltaje DC/DC LM2596
STEP-DOWN
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El prototipo cuenta con dos etapas de
alimentación, la primera es de potencia a 24
VCD, la cual alimenta los contactos que
activan tanto las cuatro válvulas del sistema
como la bomba de CD, y la segunda de
control a 12 VCD, que es proporcionado a
través de un módulo convertidor STEP-
DOWN, que alimenta las bobinas de los
relevadores y la tarjeta de control Arduino
UNO. En la Figura 3, se puede apreciar el
circuito de activación de los relevadores,
que se aplica a todos los componentes de
potencia descritos anteriormente,
formándose el circuito con una
configuración Darlington, con corrientes de
colector Ic=3.6 A y de emisor Ie=3.6036 A.
Figura 3. Circuito de activación de la bobina del relevador.
La comunicación entre el prototipo y el
usuario es a través de un display LCD
alfanumérico, donde se despliegan los
menús de operación del prototipo, en la
Figura 4 se observa la configuración de
alimentación y comunicación del display
LCD, en donde se muestran ambos bloques
con respecto al Arduino UNO.
Figura 4. Circuito de conexión display LCD alfanumérico de 16x4 al Arduino UNO.
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La habilitación del sistema de control se
realiza en primera instancia activando un
interruptor principal y posteriormente con
tres botones pulsadores para la selección de
los comandos programados, estos botones
son de configuración normalmente abiertos,
siendo la asignación de pines, Botón 1 pin
8, Botón 2 pin 7 y Botón 3 pin 6. De igual
manera, el caudalímetro está conectado a la
tarjeta Arduino UNO con una alimentación
de 5VCD, empleando el pin digital 2 para la
comunicación del sensor con la tarjeta. El
sistema de control del prototipo puede
apreciarse en la Figura 5 de manera
modular, donde la etapa de potencia se ubica
a la derecha y contempla la alimentación,
control de las cuatro válvulas y la bomba, a
la izquierda se observa el módulo de
control, que contempla la salida del
caudalímetro como medio de control del
sistema, al cuantificar los litros que serán
suministrados a las eras en función de la
opción de llenado que se seleccione.
Figura 5. Conexión interna del circuito de control.
3.3 Programación del prototipo
Las diferentes tareas de control se
programaron en el entorno de la tarjeta
Arduino UNO, las instrucciones se
despliegan a partir de un menú en el display
LCD, donde se cuenta con tres opciones a
elegir por el usuario: precarga, carga libre
y carga controlada. La opción precarga,
habilita el sistema con una purga de aire a
través de las válvulas en la tubería mediante
el llenado de agua del sistema hidráulico. En
la opción de carga libre, el usuario
selecciona la era a llenar y pone en
operación el sistema, con opción a detener
el sistema manualmente, una vez que decide
que la cantidad de agua suministrada a la era
es suficiente. Finalmente, en la opción
carga controlada por litros, el usuario
selecciona la era y asigna la cantidad de
litros que el prototipo suministrará de
manera automática, apagándose el sistema
una vez que se complete la acción
programada. En la Figura 6 se muestra un
diagrama en el que se observan las tres
rutinas que realiza el prototipo.
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Figura 6. Conexión interna del circuito de control.
4. Circuito de potencia – Sistema
Fotovoltaico Aislado (SFVA)
Las energías renovables son actualmente
una opción viable para implementar
sistemas de generación de energía eléctrica
en zonas en que el acceso a la red de
suministro eléctrico está restringido [12], es
por ello que se decidió alimentar el
prototipo de extracción de sal a través de un
SFVA con almacenamiento de energía, el
cual posee las características de ser
autónomo y sustentable. El principal
requisito de diseño del SFVA, entre otros
tales como las horas solares pico, las cuales
están cubiertas al ser la época de zafra
coincidente con los meses de mayor
radiación promedio diaria, es el conocer el
consumo total del equipo que integra el
prototipo durante su periodo de operación,
en la Tabla 2 se muestra el concentrado total
del consumo del prototipo.
Tabla 2. Consumo energético del prototipo.
Descripción
Capacidad instalada
Corriente
Voltaje
Tiempo de
operación
Consumo
Llenado de las
4 eras
172 Watts
7.16 A
24 V
6 hrs
1.031
kWh/carga
El llenado de las eras se realiza
principalmente en la madrugada, por lo que
es indispensable contar con la capacidad de
corriente requerida para operar el prototipo
durante el tiempo necesario para el llenado.
Durante el día se podrá emplear el prototipo
para realizar el llenado a discreción y de
forma asincrónica de las eras de acuerdo a
los requerimientos de llenado de cada una,
esto debido a que el agua se evapora de
manera diferente debido a las condiciones
de concentración de minerales y tiempo de
exposición. Debido a lo anterior, el
prototipo está diseñado para abastecer
cuatro eras y brindar dos días de autonomía,
esto a través del SFVA y el sistema de
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almacenamiento de energía. Los elementos
que conforma el SFVA en el prototipo se
puede apreciar en la Tabla 3.
Tabla 3. Equipo que conforma el SFVA.
Equipo
Modelo
Cantidad
Capacidad
Nominal
Capacidad
Instalada
Panel
Fotovoltaico
MC-60@36 V
2
235 W
470 W
Batería
190 Ah@12 V
2
190 Ah
190 Ah@24 V
Regulador
de carga
80 Ah@24 V
1
80 Ah
80 Ah
El prototipo funciona a 24 VCD, de acuerdo
a las condiciones geográficas y climáticas
donde está ubicado el campo de producción
salina, se tiene la capacidad de suministrar
la corriente consumida por el prototipo
diariamente. En la Tabla 4 se muestra la
capacidad de la etapa de potencia del
prototipo con respecto a su consumo.
Tabla 4. Capacidad del SFVA.
Equipo
HSP
Tiempo de
uso
Generación
Consumo
PSF
5
-
2.35 kWh/día
-
Prototipo
-
6 hrs
-
1.031
kWh/carga
Banco de
baterías
-
6 hrs
-
42.96
Ah@24 V
De la Tabla 4 se observa que el banco de
baterías opera al 50% de su capacidad de
descarga en condiciones normales,
otorgando dos días de autonomía al
prototipo, por lo que en un caso extremo se
podría extender a cuatro días de autonomía
descargándolas al 100%, con la capacidad
del SFVA de autoabastecer el banco de
baterías en dos días con condiciones
favorables de radiación.
5. Implementación y pruebas del
prototipo
El prototipo está conformado por tres
subsistemas que fueron implementados para
la realización de las pruebas en condiciones
controladas y en campo, el primer
subsistema es el módulo electrónico, que
integra la etapa de potencia y control; el
segundo subsistema es el sistema hidráulico
compuesto por la tubería, válvulas,
caudalímetro y la bomba de diafragma;
finalmente, el tercer subsistema es el SFVA
compuesto por un arreglo de los paneles
fotovoltaicos en paralelo con dos baterías de
almacenamiento conectadas en serie para
obtener el voltaje de operación a 24 VCD,
el regulador de carga conectado a ambos
componentes y que permite la regulación de
la corriente generada al sistema de
almacenamiento. Como medida de
seguridad para evitar contaminación, el
compartimiento de baterías está confinado y
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revestido para evitar derrames de ácido de
las baterías en la arena, así mismo la pintura
del módulo es especial para ambientes
salinos.
Las pruebas en condiciones controladas de
la etapa de control se realizaron en el
Laboratorio de Microelectrónica de la
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
de la Universidad de Colima, Colima,
México. Para las pruebas del prototipo, se
consideraron los requerimientos mínimos
de operación en campo, probándose los tres
subsistemas de manera independiente con el
objetivo de identificar las adecuaciones
necesarias para mejorar el desempeño de los
mismos y comprobar la funcionalidad en su
conjunto, para esto último se realizaron las
pruebas de las rutinas automatizadas,
obteniéndose resultados satisfactorios en las
rutinas de precarga y carga libre. Los
resultados preliminares y representativos de
la operación del prototipo en la rutina de
carga controlada, para las dos condiciones
de prueba que se llevaron a cabo,
promediándose diez eventos para cada
condición, se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5. Pruebas de rutina a carga controlada.
Bomba
Válvulas
Volumen
Tiempo
calculado
Tiempo real
Activa
1 a la vez
programada por el
usuario
20 lts
32.70 s
34 s
Activa
4 en total (1 a la vez
programada por el
usuario)
9600 lts
65 min/era
260 mins/4 eras
67 mins/era
268 mins/4
eras
6. Implementación de prototipo en
la Laguna de Cuyutlán, Colima,
México
Las pruebas en campo se realizaron en tres
periodos de cosecha de sal, comprendidos
entre los meses de marzo y junio de los años
2016, 2017 y 2018, siendo el 2019 el último
año en que se realizaron actividades con el
Socio 143 y la Sociedad Cooperativa de
Salineros de Colima S.C.L., iniciándose
éstas con un periodo de capacitación tanto
en el uso como en el mantenimiento
preventivo y almacenaje del prototipo, tanto
en periodos de zafra como de suspensión de
actividades durante el año.
A continuación, se muestran las pruebas
realizadas en mayo de 2018 en las
instalaciones habilitadas, consistentes en un
estanque de concentración y cuatro eras, así
como un sistema espejo para contrastar los
resultados que se obtengan. En la Figura 7,
se aprecian los estanques y eras donde se
vierte la salmuera para la posterior
evaporación y obtención de sal.
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 4 (1): 19-34
Figura 7. Estanque y eras de prueba en Cuyutlán.
En la Figura 8 se puede apreciar la
implementación del prototipo, en la sección
a) se observa el sistema de distribución, y en
la sección b) el SFVA, la bomba de CD y el
dispositivo de control. Se realizaron
diversas pruebas durante el periodo de zafra
obteniéndose resultados satisfactorios, la
prueba final se programó de la siguiente
manera: válvula 1 en carga controlada,
programada a 2400 l, válvula 2 en carga
libre controlada por el usuario, válvula 3 en
carga controlada se programaron 2400 l,
finalmente válvula 4 carga libre mediante la
bomba de diafragma.
Figura 8. a) Implementación de sistema de tuberías de alimentación a las eras y estanques, b) Sistema Fotovoltaico Aislado.
Los resultados de la prueba controlada por
el usuario haciendo uso del menú del
prototipo se muestran en la Tabla 6, sin
embargo, es importante mencionar que los
resultados obtenidos difieren a los
programados debido a que las eras de
prueba se encontraban en producción de sal,
por lo que la cantidad de salmuera
distribuida se ajustó a los requerimientos de
cada una de ellas, obteniéndose resultados
acordes a lo programado de manera
satisfactoria.
Tabla 6. Resultados del prototipo en el campo de producción de la laguna de Cuyutlán.
Bomba
Válvula
Volumen
programado
Volumen
suministrado
Tiempo
calculado
Tiempo real
Activa
Era 1
2400 lts.
1600 lts (usuario)
65 mins
43 mins
Activa
Era 2
Libre
800 lts
-
22 mins
Activa
Era 3
2400 lts.
800 lts (usuario)
65 mins
22 mins
Activa
Era 4
-
200 lts.
-
30 mins
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 4 (1): 19-34
Los resultados mostrados en el apartado de
la era 4 difieren con el resto de los
mostrados en la Tabla 6 debido a que en esa
prueba se probó un prototipo de bomba de
diafragma de menor capacidad diseñada y
construida en la Facultad de Ingeniería
Mecánica Eléctrica de la Universidad de
Colima con resultados aceptables que
permitieron la implementación en campo en
el llenado adecuado de las eras.
Es importante resaltar que los resultados
obtenidos por el prototipo en las pruebas
realizadas en el último periodo de zafra con
respecto al sistema espejo que fue
implementado por el usuario, fueron
parciales debido a la cantidad de eras y
periodos de cosecha, sin embargo, éstos
fueron satisfactorios al haber reducido los
tiempos de recolección de la sal y de llenado
de las eras para que la producción de sal
fuera constante, obteniéndose una era más
de sal en un periodo de tres cosechas de sal
con respecto al proceso de llenado con
grupos electrógenos y manguera. Por otro
lado, el uso del prototipo proporcionó en
promedio tres horas diarias a los usuarios
para llevar a cabo otras actividades
tendientes a incrementar la producción de
sal, como cosechar la sal de otras eras
debido a que ya no tuvieron que desplazarse
para ir por combustibles, aditivos y
refacciones para operar los equipos
electrógenos. El impacto real del uso del
prototipo podrá ser cuantificado cuando el
prototipo sea implementado en un campo
completo y sea operado durante toda la
temporada de zafra. Actualmente serán
presentados los resultados del proyecto al
pleno de la Sociedad Cooperativa de
Salineros de Colima S.C.L. para solicitar el
apoyo para su implementación en una
prueba piloto y evaluar el desempeño del
prototipo de manera global.
7. Conclusiones
El prototipo diseñado, implementado y
probado para apoyar el proceso de
extracción artesanal de sal por evaporación
en la Laguna de Cuyutlán, Colima, México,
cumplió con el objetivo planteado al
detectar las áreas de oportunidad en dicho
proceso, siendo la más relevante el sustituir
el equipo electrógeno y de distribución de
salmuera empleados actualmente por un
sistema de bombeo y distribución
semiautomatizado de salmuera alimentado
por un SFVA con respaldo de energía, sin
afectar el proceso artesanal de extracción sal
e incrementado la sustentabilidad del mismo
al eliminar el impacto ambiental generado
por los residuos de la combustión.
El periodo que comprende la zafra de sal,
entre marzo y junio, coincide con el periodo
de mayor insolación solar, llegando a tener
5.4 kWh/m2 al día, aunado a la falta de red
de energía eléctrica en la laguna, justifica
plenamente el uso de un SFVA para
satisfacer la demanda de energía en la zona,
es por ello por lo que se determinó emplear
esta tecnología para alimentar el prototipo y
de esta manera ser autosuficiente
energéticamente, que junto a un buen
manejo de las baterías reduce la potencial
contaminación originada por estos sistemas.
Por otro lado, se propuso dar valor agregado
al tiempo que emplean los usuarios en el
llenado de los estanques y las eras,
desarrollado un sistema de bombeo
semiautomatizado para la distribución de la
salmuera, el cual no modifique el proceso de
extracción de la sal. Lo anterior se llevó a
cabo desarrollando un dispositivo de control
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que le permite al usuario programar el
llenado de las eras sin necesidad de estar
presente para que se ejecute el proceso
programado, con lo cual se dispone de
tiempo para realizar otras actividades, así
mismo, dicho sistema de bombeo y
distribución está conformado de PVC, al
igual que las mangueras con que operan
actualmente, con lo que no se altera de
manera alguna el proceso de extracción de
la sal.
Los resultados obtenidos en la serie de
pruebas realizadas en tres periodos de zafra
son satisfactorios, al reducir la emisión de
gases contaminantes por el efecto de la
combustión de los equipos electrógenos, se
disminuyó el costo por la sustitución de
estos equipos, el combustible y refacciones
necesarios para su operación, constatándose
que la vida útil de éstos es de tres años, por
otro lado, la extracción de sal se incrementó
en el equivalente a una era por cada tres
cosechas en comparación con el método de
extracción actual, de igual manera, se
obtuvo una ganancia de tres horas en
promedio diario en el llenado de las eras a
través del prototipo con respecto al proceso
actual de llenado, finalmente, el usuario se
adaptó rápidamente al uso del prototipo por
su diseño intuitivo y de fácil operación.
En cuanto a los trabajos futuros más
relevantes en este proyecto se encuentran:
optimizar el diseño de PCB para
reconfigurar el dispositivo de control y
hacerlo más compacto, inclusive vía
inalámbrica, en cuanto a resultados, es
importante realizar una prueba piloto en un
campo completo para poder evaluar el
desempeño del prototipo en su totalidad y
determinar el apoyo real en el proceso de
extracción de la sal y su viabilidad
financiera durante la vida útil de éste.
Este proyecto puede ser replicado en las
zonas en que el proceso de extracción de sal
sea similar al llevado a cabo en la Laguna de
Cuyutlán, Colima, México, contando con el
potencial de ser protegido ante el IMPI
debido a que no hay desarrollos de este tipo
reportados a nivel nacional ni internacional,
actualmente se está en el proceso de
escritura del documento de protección. Por
último, es de suma importancia realizar la
vinculación con los diversos sectores
productivos para desarrollar soluciones
sustentables que aporten un impulso a la
economía empleando para ello el potencial
de energías alternativas con que cuenten las
zonas en que se requiera el apoyo.
Referencias
[1] Coordinación General de Minería,
"Reporte del Perfil de Mercado de la Sal",
Secretaría de Economía, Dirección General
de Desarrollo Minero, México, 2018.
https://www.economia.gob.mx/files/comun
idad_negocios/industria_comercio/mineria/
GuiadeProcedimientosMineros.pdf
[2] E. Janneth y R. Padilla, "Vulnerabilidad
post-desastre en Cuyutlán, Colima 1900-
1959" Culturales, vol. 6, pp. 1-34, 2018.
https://doi.org/10.22234/recu.20180601.e3
71
[3] O. Z. Gaytán y J. M. Orozco,
"Investigación: La historia de la sal en
México, las salinas de Cuyutlán y el caso de
la cooperativa de salineros de Colima"
Ciencias Económicas, vol 1, num. 12, pp.
25-38, 2015.
https://doi.org/10.14409/ce.v1i0.4979
[4] T. W. B. Group, Global Photovoltaic
Power Potential by Country, num. Junio.
34 ISSN: 2594-1925
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 4 (1): 19-34
World Bank, Washington, DC, 2020.
http://hdl.handle.net/10986/34102
[5] G. Guntur, A. A. Jaziri, A. A. Prihanto,
D. M. Arisandi, and A. Kurniawan,
"Development of salt production
technology using prism greenhouse
method," IOP Conf. Ser. Earth Environ.
Sci., vol. 106, no. 1, 2018.
https://doi.org/10.1088/1755-
1315/106/1/012082
[6] I. G. Wenten, D. Ariono, M.
Purwasasmita, and Khoirudin, "Integrated
processes for desalination and salt
production: A mini-review," AIP Conf.
Proc., vol. 1818, no. March, 2017.
https://doi.org/10.1063/1.4976929
[7] S. Abdallah, M. Abu-Hilal, and M. S.
Mohsen, "Performance of a photovoltaic
powered reverse osmosis system under local
climatic conditions," Desalination, vol. 183,
no. 1-3, pp. 95-104, Nov. 2005.
https://doi.org/10.1016/j.desal.2005.03.030
[8] B. Kim et al., "Aquavoltaic system for
harvesting salt and electricity at the salt
farm floor: Concept and field test," Sol.
Energy Mater. Sol. Cells, vol. 204, no.
October 2019, p. 110234, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.1102
34
[9] D. H. Muhsen, T. Khatib, and F. Nagi,
"A review of photovoltaic water pumping
system designing methods, control
strategies and field performance," Renew.
Sustain. Energy Rev., vol. 68, no. August
2016, pp. 70-86, 2017.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.129
[10] Neumak, "Neumak " Acceso en Agosto
2019. [En línea]. Disponible en:
http://www.neumak.com/index.html.
[11] Arduino, Reference manual-
Playground, Acceso en Agosto 2019. [En
línea]. Disponible en:
https://www.arduino.cc/
[12] A. Reinders, P. Verlinden, W. van
Sark, y A. Freundlich, Photovoltaic Solar
Energy: From Fundamentals to
Applications. Wiley, 2017.
https://doi.org/10.1002/9781118927496
Derechos de Autor (c) 2022 Erik Eduardo Vázquez Fernández, Ramón Antonio Félix Cuadras, Jorge Armando Ojeda
Sánchez, Alejandro Regalado Escobedo, Arturo Rincón Pulido
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