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1. INTRODUCCIÓN
La energía eléctrica se ha convertido en un pilar
fundamental para la vida moderna, tanto en las
actividades cotidianas como en los procesos
industriales. Esta creciente dependencia ha sido
impulsada por el avance tecnológico, la
industrialización global y el crecimiento
demográfico (Iñiguez- Morán et al., 2023). Como
resultado, cualquier interrupción en el suministro
eléctrico tiene repercusiones considerables,
afectando desde la productividad industrial hasta
la calidad de vida de la población. A pesar de la
importancia de la energía eléctrica, gran parte de
la producción actual en Ecuador proviene de
fuentes de energía hidráulica (Cenace, 2024), pero
cuando hay disminución de los caudales de las
fuentes hídricas, ya no es una opción viable y se
Sistema Autónomo de Alimentación Eléctrica para de Tanques Remolcados de
Combustible.
Jorge Sarmiento 1; Paul Astudillo 2; William Yugcha 3; Diego Pichoasamin 4; María Vera 5
1,2,3,4,5 Instituto Tecnológico Superior Universitario Rumiñahui, Rumiñahui – Ecuador
jorge.sarmiento@ister.edu.ec
Resumen: Se propone una solución de energías renovables para alimentar un depósito de gasolina
remolcado y prescindir de los grupos electrógenos alimentados con combustibles fósiles, se propone una
alternativa de energía renovable. Además de apoyar la sostenibilidad medioambiental, esta estrategia
armoniza las operaciones de la empresa con los últimos avances en eficiencia de recursos y reducción de
emisiones de carbono. El sistema, que consta de baterías, reguladores de carga y paneles solares, se
integrará en la estructura del remolque para aprovechar al máximo el espacio y reducir los gastos de
mantenimiento y logística. Facilitar el suministro de combustible para maquinaria y/o equipos en campos
petrolíferos es el objetivo principal. La energía se almacenará a lo largo del día y se utilizará durante
unas cuatro horas diarias. Al garantizar un suministro constante y eficaz, se reduce la probabilidad de
interrupciones operativas. El uso de esta tecnología no sólo aumenta la eficacia operativa, sino que
también es un paso crucial en la dirección de la sostenibilidad futura de la industria.
Palabras clave: Energías renovables, sostenibilidad, autonomía energética, campos petroleros.
Autonomous Electric Power Supply System for Fuel Tank Trailers
Abstract: A renewable energy solution is proposed to power a towed gasoline tank and dispense with
fossil fuel-powered generator sets, a renewable energy alternative is proposed. In addition to supporting
environmental sustainability, this strategy aligns the company's operations with the latest advances in
resource efficiency and carbon emissions reduction. The system, consisting of batteries, charge
controllers and solar panels, will be integrated into the trailer structure to maximize space and reduce
maintenance and logistics costs. Facilitating the supply of fuel for machinery and/or equipment in oil
fields is the main objective. The energy will be stored throughout the day and used for about four hours
a day. By ensuring a constant and efficient supply, the likelihood of operational interruptions is reduced.
The use of this technology not only increases operational efficiency, but is also a crucial step in the
direction of the industry's future sustainability.
Keywords: Renewable energy, sustainability, energy autonomy, oil fields
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recurre a energías no renovables, como el carbón,
el petróleo y el gas natural, cuya explotación y uso
generan grandes cantidades de emisiones
contaminantes, afectando al medio ambiente y
contribuyendo al cambio climático (Dong et al.,
2022; Little et al., 2021; Trinks et al., 2018).
En respuesta a este problema, los gobiernos han
empezado a promulgar políticas energéticas
sostenibles que fomentan el uso de fuentes de
energía renovables. Además de ser más limpias,
estos sustitutos -como la energía solar, eólica y
geotérmica- también ofrecen suministros
prácticamente ilimitados(Sinsel et al., 2020;
Wang et al., 2022). La energía solar ha surgido
como una opción destacada debido a su
adaptabilidad, amplia disponibilidad en todo el
mundo y notables avances en la eficiencia de los
sistemas fotovoltaicos. Esta tecnología no solo
permite una generación de energía más respetuosa
con el medio ambiente, sino que también
promueve la independencia energética, un
aspecto crucial en regiones remotas con
infraestructuras limitadas. Ecuador, al ubicarse en
el centro del planeta goza en un promedio de 5 a
8 horas de luz solar al día (Guerrero-Calero et al.,
2024), lo que refuerza la viabilidad de
implementar energía solar en diversos procesos
residenciales, comerciales e industriales.
En Ecuador, la industria petrolera es uno de los
pilares más importantes de la economía,
aportando aproximadamente el 10 % del Producto
Interno Bruto (PIB) y más del 30 % de los
ingresos fiscales (Cruz Vargas et al., 2022; -
Galarza et al., 2023). El país cuenta con alrededor
de 22 campos petroleros activos, ubicados
principalmente en la región amazónica. Entre
ellos, destacan el Bloque 43 (conformado por los
campos Ishpingo, Tambococha y Tiputini),
Sacha, Shushufindi y Auca, que representan una
parte significativa de la producción nacional
(Cruz Vargas et al., 2022; Rubio Aguiar, 2022),
con una extracción diaria de aproximadamente
500,000 barriles de crudo, en su mayoría pesado.
Dentro de las operaciones de los campos
petroleros, el uso de diversas maquinarias y
equipos que dependen de combustible para su
funcionamiento. Sin embargo, debido a las
grandes distancias entre las áreas de trabajo y los
puntos de reabastecimiento, se utilizan tanques
remolcados para transportar y suministrar
combustible. Actualmente, el proceso de carga y
descarga de estos tanques se realiza a través de
bombas alimentadas por generadores diésel, lo
que conlleva costos económicos elevados y un
significativo impacto ambiental debido a las
emisiones de gases contaminantes.
Al sugerir la instalación de un sistema
fotovoltaico para alimentar los tanques de
remolque utilizados en las operaciones de
extracción de crudo, este concepto pretende paliar
estos problemas. En industrias que históricamente
han dependido de los combustibles fósiles, el
cambio a una fuente de energía limpia como la
energía solar ofrece la posibilidad de reducir los
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costes operativos, disminuir el impacto ambiental
y promover el uso sostenible de los recursos
naturales.
La investigación consta de doce secciones. La
fase inicial del proyecto consiste en diseñar,
construir y poner en marcha el sistema solar
teniendo en cuenta las especificaciones técnicas
propias de la industria del petróleo y el gas. En la
segunda fase se realizarán pruebas sobre el
terreno para evaluar el rendimiento del sistema en
un entorno industrial real, incluida su eficiencia
energética, sus efectos en los procedimientos de
producción y las ventajas para la economía y el
medio ambiente que conlleva su implantación.
Los resultados de este estudio permitirán
comprender cómo las fuentes de energía
renovables, especialmente la solar, pueden
mejorar las operaciones en sectores de la
economía y el medio ambiente que históricamente
han dependido de los combustibles fósiles.
2. METODOLOGÍA
La propuesta se llevará a cabo en el campo
Shushufindi, en la provincia de Sucumbíos dentro
de la región amazónica de Ecuador. Este campo
es uno de los más importantes del país. Para llevar
a cabo la investigación, se empleará el método
deductivo junto con un enfoque experimental.
Este enfoque permitirá analizar de manera
rigurosa los datos de radiación solar disponibles,
así como la selección de materiales que se ajusten
a las especificaciones técnicas requeridas por la
bomba del remolque.
Al contar con una bomba de transferencia de
combustible que se alimenta con 12 VDC, no es
necesario contar con un inversor para el
funcionamiento, el circuito eléctrico se muestra
en la Figura 1.
Figura 1. Circuito Eléctrico
2.1. Diseño
Para el cálculo de la cantidad de paneles solares y
baterías se toma en consideración la potencia de
372.85 watios del despachador de combustible
junto con la autonomía de 4 horas, tomando en
consideración el tiempo medio que se toma en la
actualidad despachar totalmente la capacidad del
tanque de combustible de 500 galones.
Es fundamental considerar la cantidad de
irradiación solar mensual en el sitio de
implementación, como se ilustra en la Figura 2.
Se observa que la radiación solar anual de
1800.8159.2 kWh/m, la radiación mínima se
presenta en febrero, con un valor de 138.3
kWh/m². Este último dato será utilizado para
realizar los cálculos necesarios en el diseño del
sistema. Además, se identifica que la temperatura
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promedio anual en la región es de 23.6 °C, lo que
influye en el rendimiento y la operación del
sistema.
Figura 2. Radiación Solar.
Debe tenerse en cuenta la hora solar pico (HSP)
(Waleed et al., 2019), es decir, el momento del día
en que la radiación solar alcanza su valor máximo
expresado en kWh/m²/día. Para el diseño será
utilizado el valor mínimo de irradiación solar.
Incluso en las circunstancias más desfavorables,
se podrá determinar con precisión las horas de
autonomía del sistema fotovoltaico en base a la
ecuación 1. Este método permite garantizar un
suministro constante de energía, lo que significa
que incluso en situaciones de cielo nublado, el
sistema seguirá funcionando de forma eficaz y
fiable (Reyes Soledispa & Velez Vera, 2022).
(1)
• HSP= Hora solar pico
• HG= Radiación solar del mes menos
favorable
La inclusión de la hora solar pico (HSP) permite
dimensionar adecuadamente los componentes del
sistema, como los paneles solares y las baterías de
almacenamiento. Esto asegura que se maximice la
autonomía del sistema y se minimicen las posibles
interrupciones en el suministro de energía. Con un
valor de HSP de 3.62 horas, se calcula el número
de paneles solares necesarios para cubrir la
demanda energética mediante la ecuación 2. Para
este análisis, se usará paneles con una potencia de
330 W, tomando en consideración que es una
opción comercial y disponible en el mercado. Esta
elección garantiza un equilibrio entre eficiencia,
disponibilidad y costo (Álvarez Játiva, 2022).
(2)
• N= Numero de paneles
• E= Energía diaria (Wh/dia)
• n= Número de días (dia)
• HSP= Hora solar pico (h)
• ɳ= Eficiencia
• P= Potencia del panel solar (w)
Se ha determinado que es necesaria una batería de
100 Ah tras tener en cuenta la duración prevista
de la autonomía y las necesidades de consumo.
Gracias a esta capacidad de almacenamiento, el
sistema podrá funcionar incluso en épocas de baja
radiación solar o climatología desfavorable. La
selección de una batería con esta capacidad
también representa una solución rentable que
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logra un equilibrio entre longevidad, capacidad de
almacenamiento y asequibilidad, en consonancia
con los objetivos de eficiencia económica y
sostenibilidad del proyecto (Parihar & Malik,
n.d.).
(3)
• CB= Capacidad de la batería (Ah).
• E= Energía consumida (Wh).
• VB= voltaje de la batería (V).
• PD= Factor de descarga (0.7).
• Daut= Días de autonomía.
2.2. Construcción
Se colocó un armazón adicional que permite
albergar los componentes de control y
proporciona una plataforma de montaje para el
panel fotovoltaico en su parte superior. En la
Figura 3 se muestra el diseño final de esta
estructura, que se integra junto al depósito de
reserva existente. El objetivo de la configuración
elegida es optimizar la movilidad en toda la zona
de operación, maximizando la eficacia de la
captación de energía solar, lo que le permite
adaptarse a diferentes condiciones de
funcionamiento.
Figura 3. Estructura nueva.
Además, el sistema de control se encuentra
alojado dentro de un gabinete especializado,
diseñado para contener de manera segura y
ordenada los diversos componentes de control.
Este gabinete incluye los dispositivos de
interconexión eléctrica, protecciones, y los
elementos necesarios para la gestión del arranque
y detención del proceso operativo. Dicho diseño
asegura la correcta organización de los circuitos y
facilita el mantenimiento, además de proteger los
componentes de posibles agentes externos. Esta
disposición puede observarse detalladamente en
la figura 4.
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Figura 4. Elementos de control.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Finalmente se evaluaron el rendimiento y
funcionamiento del sistema durante un periodo de
prueba de siete días. Para confirmar que los
componentes del sistema cuentan con una función
adecuada, se realizaron varias mediciones de
corriente y tensión durante este periodo (Figuras
5 y 6). Este enfoque permitió analizar el
rendimiento del sistema fotovoltaico.
Figura 5. Voltaje.
Figura 6. Corriente.
Al analizar los datos obtenidos se puede
evidenciar las que la producción de la energía. Las
lecturas del voltaje del sistema presentaron
variaciones entre 12,10 y 12,7 voltios. Esta
variación, demuestra lo bien que el regulador
elegido controla la tensión aplicada a la bomba.
Por el contrario, las mediciones de corriente
mostraron un rango de 23,5 a 23,8 amperios,
siendo este último el pico más alto. La estabilidad
de estos niveles de corriente, corrobora la
idoneidad del dimensionamiento del sistema.
Estos resultados implican que el sistema funciona
dentro de los parámetros previstos. Junto con los
niveles de corriente medidos, la estabilidad de la
tensión sugiere una conversión eficaz de la
energía solar y una adaptación suficiente a las
demandas de carga de la bomba.
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Figura 7. Horas de autonomía.
El comportamiento de la autonomía del sistema se
representa en la Figura 7. Los datos recogidos a lo
largo de un periodo de evaluación de siete días
muestran que la duración de la autonomía de
funcionamiento va desde un mínimo de 3,5 hasta
un máximo de 4,1 horas, despachando todo el
combustible. La resiliencia del modelo predictivo
utilizado durante el proceso de diseño queda
validada por estos resultados, que muestran
concordancia con los cálculos preliminares.
Existe una relación inversa entre la frecuencia de
los despachos y las fluctuaciones observadas en la
duración de la autonomía. Esta relación se traduce
en un aumento de las necesidades energéticas del
sistema.
4. CONCLUSIÓNES
Este estudio demuestra que alimentar bombas de
combustible en tanques de remolque en campos
petrolíferos mediante un sistema fotovoltaico es
técnica y operativamente viable. Siete días de
pruebas revelan que el sistema mantiene
sistemáticamente una corriente de 23,5 a 23,8
amperios y un rango de tensión constante de 12,10
a 12,7 voltios. Estos resultados demuestran una
conversión eficaz de la energía solar y un
dimensionamiento adecuado del sistema. La
estabilidad del rendimiento indica que la solución
es fiable, especialmente en entornos industriales
difíciles donde el consumo de energía es crucial,
como los campos petrolíferos.
Los datos de autonomía del sistema, que se sitúan
entre 3,5 y 4,1 horas, confirman la validez del
modelo predictivo utilizado en la fase de
planificación y son coherentes con las previsiones
iniciales de diseño. Esta constancia garantiza un
funcionamiento fiable incluso en momentos de
alta demanda energética, lo que constituye un
signo crucial de la robustez del sistema. La
durabilidad operativa del sistema y su
adaptabilidad a las oscilaciones típicas de las
operaciones en yacimientos petrolíferos quedan
demostradas por su capacidad para mantener un
mínimo de 3,5 horas de autonomía, incluso en
circunstancias de carga pesada.
La exitosa instalación de este sistema fotovoltaico
en el campo petrolífero de Shushufindi muestra
cómo la energía renovable puede cambiar las
industrias que históricamente han dependido de
combustibles fósiles. La solución no solo reduce
drásticamente los costos operativos y el impacto
ambiental, sino que también alinea las
operaciones con las tendencias mundiales de
descarbonización al eliminar la necesidad de
generadores diésel para alimentar las bombas de
combustible. Esta solución creativa podría servir
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como modelo replicable para aplicaciones
similares en otros campos petrolíferos e industrias
en el futuro, alentando un cambio lento en el
sector energético hacia métodos más respetuosos
con el medio ambiente.
Para trabajos futuros se plantea un cambio de la
batería del sistema para aumentar las horas de
autonomía y permita llegar a lugares más lejanos,
para despacho de combustible hacia los equipos
dentro del área de trabajo.
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