análisis de generación de energía de un mini-parque...

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA

COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS,

ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Análisis de Generación de Energía de un

Mini-Parque Eólico

Investigación Previa a la Obtención del Título de Ingeniero Eléctrico.

Manuel Alejandro Bajaña Quintana

[email protected]

Director:

Ing. Javier Cabrera

Cuenca - Diciembre del 2013

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO



I

DECLARACIÓN

Yo, Manuel Alejandro Bajaña Quintana declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de

mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

La Universidad Católica de Cuenca puede hacer uso de los derechos correspondientes a este

trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y la

normatividad institucional vigente.

Manuel Alejandro Bajaña Quintana




II

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Manuel Alejandro Bajaña Quintana bajo

mi supervisión.

Javier Cabrera Mejía

DIRECTOR




III

AGRADECIMIENTOS

Quiero empezar agradeciendo a la Universidad Católica de Cuenca, noble institución, la

cual me abrió las puertas para así, cumplir una meta más de mi vida que es ser un profesional,

a ese excelentísimo grupo de maestros, los cuales a lo largo de estos años de estudios supieron

transmitirnos con entusiasmo y dedicación sus conocimientos y experiencias profesional.

A mis compañeros de aula, ya que con el apoyo mutuo, logramos sortear los diferentes

obstáculos que conlleva la carrera universitaria.

A mis familiares, en especial mis padres y mis hermanos de los cuales me siento

infinitamente agradecido, ya que con su apoyo y consejos estuvieron pendientes día a día en

el proceso de formación de mi carrera profesional.




IV

DEDICATORIA

Este trabajo de monografía está dedicado primeramente a Dios, por haberme dado salud,

fuerzas e inteligencia y así poder cumplir con este objetivo.

A mis padres Elías Bajaña y Grecia Quintana quienes son el pilar fundamental en el

desarrollo de mi vida, inculcándome valores y buenas costumbres lo cual me permite ser un

hombre de bien.

A mis hermanos Elías, Doris y Laura por ese apoyo incondicional que me dan, por estar

en los buenos y malos momentos del transcurso de mi vida.




V

INDICE DE CONTENIDOS

DECLARACIÓN ................................................................................................................................................... I

CERTIFICACIÓN ................................................................................................................................................ II

AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................................................ III

DEDICATORIA ................................................................................................................................................. IV

INDICE DE CONTENIDOS ................................................................................................................................... V

LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................................................... VIII

LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................................. XI

LISTA DE ANEXOS ........................................................................................................................................... XII

RESUMEN ..................................................................................................................................................... XIII

ABSTRACT ..................................................................................................................................................... XIV




VI

CAPITULO I ................................................................................................................................................... - 1 -

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... - 1 -

1.1 ORIGEN DE LA ENERGÍA EÓLICA ..................................................................................................................... - 2 -

1.1.1 FUENTES RENOVABLES ............................................................................................................................... - 3 - 1.1.1.1 Energía producida por el viento ................................................................................................................................. - 3 - 1.1.1.2 Energía producida por la luz y calor del sol ................................................................................................................ - 6 - 1.1.1.3 Energía producida por mareas y saltos de agua ....................................................................................................... - 10 - 1.1.1.4Energía producida por Biomasa ................................................................................................................................ - 10 - 1.1.2 FUENTES NO RENOVABLES ....................................................................................................................... - 11 - 1.2.2.1 Combustibles fósiles................................................................................................................................................. - 11 - 1.2.2.2 Energía Nuclear ........................................................................................................................................................ - 11 - 1.2 QUÉ ES LA ENERGÍA EÓLICA ......................................................................................................................... - 12 -

1.3 ENERGÍA EÓLICA EN EL ECUADOR ................................................................................................................ - 13 -

1.3.1 PARQUE EÓLICO SAN CRISTOBAL ............................................................................................................. - 13 -

1.3.2 PARQUE EÓLICO BALTRA-SANTA CRUZ .................................................................................................... - 15 -

1.3.3 PROYECTO EÓLICO VILLONACO ................................................................................................................ - 16 -

1.4 GENERALIDADES DEL VIENTO ...................................................................................................................... - 17 -

1.4.1 LEY DE BETZ .............................................................................................................................................. - 21 - 1.4.1.1 Demostracion de la ley de Betz ................................................................................................................................ - 22 -

CAPTULO II ..................................................................................................................................................- 25 -

2. GENERACION DE LA ENERGÍA EÓLICA .....................................................................................................- 25 -

2.1 DENSIDAD DE LA POTENCIA ......................................................................................................................... - 25 -

2.2 PARTES DE UN AEROGENERADOR ................................................................................................................ - 25 -

2.2.1 CIMENTACIÓN .......................................................................................................................................... - 26 -

2.2.2 TORRE ....................................................................................................................................................... - 27 -

2.2.3 GÓNDOLA ................................................................................................................................................. - 31 - 2.2.3.1 Partes Localizadas en la Góndola ............................................................................................................................. - 32 - 2.2.4 HÉLICES ..................................................................................................................................................... - 38 -

2.2.5 GENERADOR ............................................................................................................................................. - 38 - 2.2.5.1 Generadores asíncrono ............................................................................................................................................ - 39 - 2.2.5.2 Generadores síncronos ............................................................................................................................................ - 40 - 2.2.6 TRANSFORMADOR.................................................................................................................................... - 41 -

CAPITULO III ................................................................................................................................................- 43 -

3. COMPONENTES DEL SISTEMA .................................................................................................................- 43 -

3.1 SISTEMA DE ALMACENAMIENTO ................................................................................................................. - 43 -

3.2 INVERSORES ................................................................................................................................................. - 46 -

3.2.1 INVERSORES DE CONMUTACIÓN EXTERNA .............................................................................................. - 47 -

3.2.2 INVERSORES DE AUTOCONMUTACIÓN .................................................................................................... - 47 -

3.3 RECTIFICADORES Y CARGADORES DE BATERIAS........................................................................................... - 48 -




VII

3.3.1 RECTIFICADOR .......................................................................................................................................... - 48 - 3.3.1.1 Rectificador de media onda ..................................................................................................................................... - 48 - 3.3.1.2 Rectificador de Onda Completa ............................................................................................................................... - 49 - 3.3.1.3 Rectificador Trifásico de Media Onda ...................................................................................................................... - 51 - 3.3.1.4 Rectificador Trifásico de Onda Completa ................................................................................................................. - 52 - 3.3.2 CARGADORES DE BATERIAS ...................................................................................................................... - 53 -

3.4 APLICACIONES DE LOS AEROGENERADORES DE BAJA POTENCIA ................................................................ - 53 -

CAPITULO IV ...............................................................................................................................................- 62 -

4. COSTOS Y PERSPECTIVAS DE LA GENERACIÓN EÓLICA ............................................................................- 62 -

4.1 ANALISÍS SOBRE LA INVERSIÓN .................................................................................................................... - 62 -

4.2 COSTO DE LA ENERGÍA ................................................................................................................................. - 63 -

4.3 TENDENCIA DE LA ENERGÍA ......................................................................................................................... - 64 -

4.3.1 TIPOS DE AEROGENERADORES ................................................................................................................. - 67 -

4.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA GENERACIÓN EÓLICA .............................................................................. - 70 -

4.4.1 VENTAJAS ................................................................................................................................................. - 70 -

4.4.2 DESVENTAJAS ........................................................................................................................................... - 70 -

4.5 CONCLUSIONES Y RECONMENDACIONES .................................................................................................... - 71 -

4.5.1 CONCLUSIONES ........................................................................................................................................ - 71 -

4.5.2 RECOMENDACIONES ................................................................................................................................ - 72 -

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................- 73 -

ANEXOS ......................................................................................................................................................- 77 -




VIII

LISTA DE FIGURAS

Fig.1. 1 Aplicación de la Energía Eólica ................................................................................................................................ - 2 -

Fig.1. 2 Molino de Viento Utilizado en Moliendas ................................................................................................................ - 4 -

Fig.1. 3 Molino de Viento Utilizado Para Bombear Agua. .................................................................................................... - 5 -

Fig.1. 4 Parque Eólico “Villonaco” (Loja-Ecuador) .............................................................................................................. - 6 -

Fig.1. 5 Energía Solar Térmica Pasiva ................................................................................................................................... - 7 -

Fig.1. 6 Generación de Energía Solar Térmica Activa ........................................................................................................... - 8 -

Fig.1. 7 Generación de Energía Fotovoltaica ......................................................................................................................... - 9 -

Fig.1. 8 Central Hidroeléctrica Paute ................................................................................................................................... - 10 -

Fig.1. 9 Central Nuclear Francesa ........................................................................................................................................ - 12 -

Fig.1. 10 Parque Eólico San Cristóbal ................................................................................................................................. - 14 -

Fig.1. 11 Parque Eólico Balta-Santa Cruz ............................................................................................................................ - 15 -

Fig.1. 12 Transporte de Aerogeneradores ............................................................................................................................ - 16 -

Fig.1. 13 Montaje de Aspas .................................................................................................................................................. - 17 -

Fig.1. 14 Comportamiento del Viento Día-Noche ............................................................................................................... - 19 -

Fig.1. 15 Brisa de Valle-Montaña ........................................................................................................................................ - 19 -

Fig.1. 16 Paso del Viento, Ley de Betz ................................................................................................................................ - 22 -

Fig.2. 1 Partes de un Aerogenerador .................................................................................................................................... - 25 -

Fig.2. 2 Cimentación tipo circular ........................................................................................................................................ - 26 -

Fig.2. 3 Parque Eólico con Torres Reticuladas .................................................................................................................... - 27 -




IX

Fig.2. 4 Torre Eólica con Riendas ........................................................................................................................................ - 28 -

Fig.2. 5 Torres Tubulares de Acero ...................................................................................................................................... - 29 -

Fig.2. 6 Torres de Hormigón Prefabricados ......................................................................................................................... - 29 -

Fig.2. 7 Torre Híbrida de Hormigón y Acero ....................................................................................................................... - 30 -

Fig.2. 8 Torre Caída en Río Negro (Argentina) ................................................................................................................... - 31 -

Fig.2. 9 Góndola o Sala de Máquina .................................................................................................................................... - 31 -

Fig.2. 10 Partes Internas de una Góndola ............................................................................................................................. - 32 -

Fig.2. 11 Caja Multiplicadora Tipo Tren Planetario A ......................................................................................................... - 33 -

Fig.2. 12 Proceso de Activación de Freno Aerodinámico .................................................................................................... - 34 -

Fig.2. 13 Motor y Corona de Orientación ............................................................................................................................ - 34 -

Fig.2. 14 Anemómetro de Rotación ..................................................................................................................................... - 35 -

Fig.2. 15 Veleta .................................................................................................................................................................... - 36 -

Fig.2. 16 Representación de un Sistema de Control de un Aerogenerador........................................................................... - 37 -

Fig.2. 17 Rotor Devanado .................................................................................................................................................... - 39 -

Fig.2. 18 Generador Doblemente Alimentado...................................................................................................................... - 40 -

Fig.2. 19 Transformador ...................................................................................................................................................... - 41 -

Fig.2. 20 Formas de un Transformador ................................................................................................................................ - 42 -

Fig.3. 1 Bombeo de agua, por medio de energía eólica ........................................................................................................ - 44 -

Fig.3. 2 Acumulación Térmica ............................................................................................................................................. - 45 -

Fig.3. 3 Batería de Almacenamiento .................................................................................................................................... - 46 -

Fig.3. 4 1Rectificador de Media Onda ................................................................................................................................. - 48 -




X

Fig.3. 5 Rectificador Onda Completa con Toma Central ..................................................................................................... - 49 -

Fig.3. 6 Funcionamiento de un Rectificador de Onda Completa ......................................................................................... - 50 -

Fig.3. 7 Forma de onda Completa ........................................................................................................................................ - 51 -

Fig.3. 8 Rectificador Trifásico de Media Onda .................................................................................................................... - 51 -

Fig.3. 9 Rectificador Trifásico de Onda Completa .............................................................................................................. - 52 -

Fig.3. 10 Casas de Campo ................................................................................................................................................... - 55 -

Fig.3. 11 Aerogenerador Zonhan 750W ............................................................................................................................... - 56 -

Fig.3. 12 Cable Encauchetado 3x8 ....................................................................................................................................... - 58 -

Fig.3. 13 Batería de Ciclo Profundo. .................................................................................................................................... - 58 -

Fig.3. 14 Diagrama de Instalación. ...................................................................................................................................... - 59 -

Fig.3. 15 Estudio del lugar de Implantación ......................................................................................................................... - 60 -

Fig.3. 16 Diseño de Instalación de Aerogeneradores .......................................................................................................... - 61 -

Fig.4. 1 Evolución de los molinos de viento ........................................................................................................................ - 65 -

Fig.4. 2 Instalación Parque Eólico bahía de Bohai (China) .................................................................................................. - 66 -

Fig.4. 3 Energía Eólica instalada en el mundo ..................................................................................................................... - 67 -

Fig.4. 4 Aerogeneradores por el número de palas ................................................................................................................ - 68 -

Fig.4. 5 Barlovento-Sotavento ............................................................................................................................................. - 68 -

Fig.4. 6 Aerogeneradores de eje vertical .............................................................................................................................. - 69 -

Fig.4. 7 Aerogeneradores de eje Horizontal ......................................................................................................................... - 69 -




XI

LISTA DE TABLAS

TABLA I: ENERGÍA DEL SOL ....................................................................................................................... - 1 -

TABLA II: VALORES MEDIOS ................................................................................................................... - 18 -

TABLA III: RECURSO EÓLICO EN EL ECUADOR .................................................................................. - 21 -

TABLA IV: CONSUMO DE ENERGÍA ........................................................................................................ - 54 -

TABLA V: AEROGENERADOR ZONHAN ................................................................................................. - 57 -

TABLA VI: INVERSOR EXMORK PRINCIPALES CARACTERISTICAS ............................................... - 59 -

TABLA VII: COSTO ECONÓMICO ............................................................................................................. - 62 -

TABLA VIII: COSTO A FUTURO................................................................................................................ - 63 -

TABLA IX: PRECIOS PREFERENTES ENERGÍAS RENOVABLES EN (USD/KWh) ............................. - 64 -

TABLA X: EXPECTATIVAS MEER 2015 ................................................................................................... - 66 -




XII

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A: MANUAL DE AEROGENERADOR ............................................................................................................. - 78 -

ANEXO B: FICHA TÉCNICA DE PARARRAYOS ......................................................................................................... - 81 -

ANEXO C: FICHA TÉCNICA DE CABLE CONDUCTOR ............................................................................................. - 83 -

ANEXO D: DATOS TÉCNICO DE BATERÍA ................................................................................................................. - 85 -

ANEXO E: INVERSOR MANUAL DE USUARIO .......................................................................................................... - 86 -




XIII

RESUMEN

El siguiente trabajo de monografía tiene como intención dar a conocer a la población en especial a las

personas que habitan en el campo o tienen casas de campo, una forma de generar energía eléctrica

completamente amigable con el medio ambiente. Tratar de difundir el concepto de energías renovables y con

esto tratar de disminuir la gran contaminación del medio ambiente que se está generando en estos tiempos.

En el desarrollo del proyecto se describe además las diferentes formas de aprovechamiento de la energía del

viento, su evolución, las fuentes de energías renovables en el Ecuador, su importancia para el desarrollo de la

vida, además se detalla los diferentes tipos de aerogeneradores que se pueden implementar en un parque eólico,

sus diferentes componentes, todo estos detalles con sus respectivas bibliografía. Se trató de cotizar elementos y

materiales de buena calidad, para que la inversión del proyecto sea a largo plazo y a un costo accesible para las

personas que quieran implementar este diseño. Se realizó un estudio de las ventajas y desventajas de la

generación de energía renovable por medio de una mini central eólica, llegando a varias conclusiones y

recomendaciones.

Palabras Claves: Energía, Aerogeneradores, Combustible, Deficiencia, Barlovento




XIV

ABSTRACT

The following working paper is intended to inform the population, especially those who live in the area or have

cottages, a way to generate electricity completely friendly to the environment. Trying to spread the concept of

renewable energy and thereby try to reduce the high pollution being generated these days.

In developing the project also describes the different forms of exploitation of wind energy , evolution ,

sources of renewable energy in Ecuador , its importance for the development of life , they also detailed the

different types of wind turbines to be can be implemented in a wind farm , its various components , all these

details with their respective literature. They tried to quote elements and quality materials, so that the investment

project will be long term and at an affordable cost to people who want to implement this design. A study of the

advantages and disadvantages of renewable energy generation by means of a central mini wind, reaching a

number of conclusions and recommendations are made .

Keywords: Energy, Wind Turbines, Fuel, Deficiency, Barlovento




JUSTIFICACIÓ Y PROPUESTA

JUSTIFICACIÓN

La demanda de energía eléctrica aumenta cada día más el mundo, y particularmente en el Ecuador, esto se

debe al desarrollo tecnológico, crecimiento de la población, acrecentamiento de la industria etc.

El Ecuador posee fuentes de combustibles fósiles como el carbón o petróleo y recursos hídricos para la

creación de centrales de generación hidráulica, estas formas de generación de energía eléctrica tienen un impacto

sobre el medioambiente y poblaciones cercanas, además dichas fuentes pueden terminarse o su explotación

podría llevar en si a la exterminación de reservas naturales, y por ende deterioro mayor del medio ambiente.

Al realizar este tema de monografía no solo me enriquece el conocimiento personal, sino que también

pretendo contribuir en la educación e información en busca de un cambio en el pensamiento de la sociedad

acerca de un tema fundamental como lo es el medio ambiente y la generación de energía eléctrica por medio de

fuentes renovables.

PROPUESTA

Promover la generación de energía limpia, esto nos llevaría a solucionar varios de los problemas energéticos

y ambientales que existen actualmente en el mundo. En muchos sectores del País, pocas personas conocen el

concepto de energía limpia o alternativa, lo que sin duda retrasa el proceso de cambio hacia el uso de este tipo de

energía. Informar acerca de este tema es fundamental para dar solución al problema de contaminación del medio

ambiente y racionamientos eléctricos.




OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio de la generación eólica para generar 600KW, para casas de campo.

OBJETIVO ESPECIFICO

Adquirir conocimientos sobre la generación de energía eólica.

Analizar la situación actual de la energía eólica en el Ecuador.

Realizar una investigación sobre los elementos utilizados en la construcción de los aerogeneradores.

Analizar las ventajas y desventajas de la generación de la energía eólica.

Realizar un documento informativo sobre el tema investigado.

ALCANCE Y LIMITACIONES

ALCANCE

El alcance que se desea obtener con la realización de esta monografía es el de dar a conocer a la sociedad

sobre la generación de energía eléctrica por medio de aerogeneradores para una casa de campo con consumo de

energía promedio (600KW), ya que esta es una energía limpia y para su generación se utiliza recurso renovable

como lo es el viento.

LIMITACIONES

El desarrollo de esta monografía será realizada solo de forma teórica, quedando así las bases necesarias para

que en cualquier casa de campo donde existan condiciones favorables pueda ser aplicada.




- 1 -

CAPITULO I

1. INTRODUCCIÓN

La generación de energía eléctrica se fundamenta en la transformación de cualquier tipo de energía (ya sea esta,

mecánica, química, etc.) en energía eléctrica.

Se define como energía toda causa capaz de producir un trabajo, y su manifestación es precisamente la realización de

su virtualidad, es decir la producción de un trabajo, o bien su transformación en otra forma de energía. (Sardón, 2003)

Llamamos fuente de energía a un sistema natural cuyo contenido energético es susceptible de ser transformado en

energía útil. (García-Mauricio).

La principal fuente de energía del planeta es el sol, el cual está compuesto en un 90% de hidrógeno, un 7 % de helio,

y 3% del resto elementos químicos. La energía se genera en el sol en un proceso nuclear de fusión por el que el

hidrogeno solar se transforma en helio. El 0,73% de la materia se transforma en energía, esta energía se manifiesta en

forma de rayos gamma. (Rodríguez, 2000, pág. 33). El sol es el origen de casi todas las fuentes de generación de

energía eléctrica, ya sea por su implicación de manera directa o indirecta. TABLA I

ENERGÍA DEL SOL

Aplicación de la

Energía Solar

Electricidad - Efecto Fotovoltaico

- Concentradores Solares

Calor

- Colectores Termo solares Residen.

- Secadores Solares

- Construcción Solar Pasiva

- Desinfección de Agua

- Desalinización de Agua

Biomasa

- Fotosíntesis

- Biocombustibles

- Biogás

- Compost y fertilizantes.




- 2 -

1.1 ORIGEN DE LA ENERGÍA EÓLICA

"Eólica" viene de Eolo, Dios griego del viento. El ser humano ha utilizado esta energía de diversas maneras a lo

largo de su historia: barcos a vela, molinos, extracción de agua de pozos subterráneos, etc. En la actualidad, el viento

tiene muchas aplicaciones entre ellas está la de producir electricidad. Al soplar el viento mueve las aspas de un molino.

Esta energía cinética se transforma mediante un generador en energía eléctrica. La reaparición de la energía eólica como

una fuente importante de energía renovable según la historia se dio en el siglo XX, las máquinas de vapor y el posterior

desarrollo de las otras tecnologías que hoy en día sirven para convertir los combustibles fósiles en energía mecánica y

eléctrica, pareció relegar para siempre a la energía eólica.

El renacimiento de las energías renovables en particular de la energía eólica se dio como consecuencia de las guerras

de Oriente Medio, y como una forma de paliar las crisis energéticas en el mundo. Una de las causas que también ayudo

al crecimiento de las energías renovables fue el acuerdo de Kyoto, Firmado el 10 de diciembre de 1997 en la ciudad

Japonesa de Kyoto, se trata de un compromiso formal de los países participantes en la tercera conferencia de las partes

de la convención sobre cambio climático, el cual exige que los países industrializados reduzcan sus emisiones de gases

con efecto invernadero.

Fig.1. 1 Aplicación de la Energía Eólica1

1 http://www.articulosweb.net/noticias/las-bombas-de-agua-eolicas




- 3 -

Es una de las energías renovables más usadas, y las que más énfasis le ponen hoy en día tanto científicos como

ambientalistas, para la implantación parques eólicos se estudian lugares que generalmente son alejados de las ciudades,

como pueden ser valles, montañas o llanuras donde las corrientes del viento es mayor. Para la producción de energía

eólica actualmente se dispone de tecnología madura por lo que su explotación es técnica y económicamente viable.

(Villarubia, 2004, pág. 11; Lopez, 2012)

La generación de energía y en especial la eléctrica ha tenido su evolución con el tiempo, debido a los grandes

avances tecnológicos y a la industrialización de grandes países. La generación de energía eléctrica se la puede realizar

mediante dos tipos de fuentes: renovables y no renovables.

1.1.1 FUENTES RENOVABLES

Se denomina energía renovable aquella que a diferencia de la tradicional se obtiene de fuentes naturales cuyo

potencial es prácticamente inagotable.

“En sentido estricto, es renovable cualquier proceso que no altere el equilibrio térmico del planeta, que no genere

residuos irrecuperables, y que su velocidad no sea superior a la velocidad de regeneración de la fuente energética y de

la materia prima utilizada en el mismo. (Rodríguez, 2000, pág. 22)

Este tipo de energía aprovechan producto energético que se generan en diferentes zonas del mundo, como el viento,

luz y calor del sol, mareas y saltos de agua, calor de la tierra, producción agrícola (biocarburantes), bosques y cultivos

varios a los que se les denomina biomasa, etc. (Viloria, 2012, pág. 6)

1.1.1.1 Energía producida por el viento

Se denomina energía eólica a la producida por efectos del viento, este tipo de energía fue una de las primeras

utilizadas por el hombre para el desarrollo de sus actividades. Dentro de sus aplicaciones podemos citar a los molinos

de vientos, cuyas aplicaciones pueden ser:

Moliendas: Se aplicaban para el descascarillado de granos, como para extraer liquido de diferentes frutas

naturales como por ejemplo, la caña de azúcar o las uvas del cual se extrae el vino, antiguamente tenían tres

aspas sujetas a un eje principal, este eje estaba conectado directamente a una piedra grande y pesada la cual se

situaba en el fondo del molino. La particularidad de este molino es que el eje se encuentra de manera vertical.




- 4 -

Fig.1. 2 Molino de Viento Utilizado en Moliendas2

Aserraderos: El aprovechamiento de la energía del viento en esta actividad es muy similar a la antigua forma

de bombear agua, es decir utiliza el mismo principio de biela-manivela, con la diferencia de que el brazo que

sube y baja no es un pistón, este brazo tiene la forma de un serrucho, el cual se utiliza para cortar madera para

la construcción.

Producción de papel: El molino de viento se utilizó para fabricar papel a partir de la aparición de la imprenta.

Producía papel más blanco y de mejor calidad en menos tiempo. Esto se logró por medio de un pequeño ajuste

al mecanismo que se utilizaba para extraer aceites. (Guerrero, 2013)

Bombeo de agua: Esta aplicación es útil principalmente en el campo donde no existen suministros de aguas

cercanos al hombre, desde mucho tiempo ha servido tanto para el desarrollo de la vida diaria del hombre como

para la producción agrícola y la cría de animales. Antiguamente consistía en que las aspas estaban conectadas

a un rotor y este accionaba un sistema de biela- manivela el cual le daba un efecto de vaivén al embolo de la

bomba. Actualmente también existen molinos para bombear agua de manera eléctrica,consiste en una bomba

que trabaja electricamente, la cual se conecta a un generador eolico, es decir que el molino genera la energía

necesaria para poder hacer que la bomba funcione. Este tipo de molino puede entregar aproximadamente un

caudal de 1500 a 1800 litros de agua por hora.

2 http://vidaverde.about.com/od/Tecnologia-y-arquitectura/tp/Como-Funciona-Un-Molino-De-Viento.htm




- 5 -

Fig.1. 3 Molino de Viento Utilizado Para Bombear Agua3.

Generación de electricidad: La mayor parte de aplicación de los molinos de vientos se encuentran en la

generación de energía eléctrica. A este tipo de molino se lo denomina “Aerogenerador”, ya que es un

generador eléctrico cuya turbina es accionada por la fuerza del viento. La energía cinética provocada por el

viento es transformada en energía eléctrica, esto se produce por el movimiento de las aspas del aerogenerador

las cuales están conectadas a un sistema mecánico de engranajes y estos a su vez conectados a un rotor, el

movimiento rotacional del rotor es transformado en energía eléctrica por el generador.

3 http://www.energiamadre.com/energias-renovables-energia-eolica.php




- 6 -

Fig.1. 4 Parque Eólico “Villonaco” (Loja-Ecuador) 4

Este tipo de aplicación está en auge con respecto a las otras formas de generar energía eléctrica en todo el

mundo, y es un gran paso que está dando la humanidad, ya que con esto ayudamos a la conservación del medio

ambiente, evitando así grandes efectos negativos al planeta tales como: el cambio climático, La desforestación, el

peligro nuclear y los desequilibrios geopolíticos y económicos causados por la centralización de la obtención de

combustibles en determinados países.

1.1.1.2 Energía producida por la luz y calor del sol

Es la energía procedente de la radiación electromagnética del sol.

“La Radiación electromagnética es una forma de propagación de la energía que no requiere medio material; puede

propagarse en el vacío” (Rodríguez, 2000, pág. 33)

“La Radiación Ultravioleta es apantallada en un alto porcentaje por la capa de ozono. Si esto no ocurriera, se

causarían daños al incidir sobre los tejidos de los seres vivos” (Rodríguez, 2000, pág. 34)

La energía del sol puede ser aprovechada de las siguientes maneras:

4 http://www.energia.gob.ec/wp-content/uploads/2012/10/villonaco3.png




- 7 -

Energía Solar Térmica: O también conocida como energía termosolar, es la forma de aprovechar la radiación

del sol para producir calor que pueda servir para diferentes actividades. Este tipo de energía se la puede acoplar

de dos maneras: de forma directa o pasiva que es por medio de captadores o colectores térmicos, o de forma

activa que sirve para la generación de energía eléctrica.

Energía solar térmica pasiva o directa: Se puede producir este tipo de energía sin la necesidad de medios mecánicos,

dentro de sus aplicaciones tenemos climatización de aguas para piscina, calefacción, secado etc.

Fig.1. 5 Energía Solar Térmica Pasiva5

Energía Solar Térmica Activa o de Alta concentración: o también llamado receptor central, consiste en un conjunto de

heliostatos, cilindros o discos parabólicos que reflejan la luz del sol en un único punto determinado, a partir de esto se

puede obtener electricidad, implementado una seria de tecnologías que posibilitan convertir el calor obtenido de la

radiación solar en energía eléctrica.

La energía solar térmica es una de las fuentes de las tecnologías energéticas más respetuosas con el medio ambiente.

5 http://www.afuser.org/energias-renovables/que-es-la-energia-solar-termica-termosolar/




- 8 -

Fig.1. 6 Generación de Energía Solar Térmica Activa6

La energía térmica es básicamente la energía que posee una sustancia como consecuencia del movimiento de los

átomos y moléculas que lo componen. (cientifico.com, 2013).

Energía Solar Fotovoltaica: Este tipo de energía se basa en el principio del efecto fotoeléctrico el cual nos dice

que es el proceso en el cual se liberan electrones de un material por efecto de la radiación. Existen dos

características esenciales en el efecto fotoeléctrico:

Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no

se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación. (Cuántica, 2010).

La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la

superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones. (Cuántica, 2010).

Para llevar a cabo la generación solar fotovoltaica se utilizan dispositivos denominados células solares,

los cuales están formados por material semiconductor. El material semiconductor más utilizado es el silicio.

Una pequeña instalación fotovoltaica está formada por las siguientes partes:

6 http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//1000/1088/html/31_centrales_fototrmicas.html




- 9 -

Células Fotovoltaicas: Es el dispositivo donde se produce la conversión fotovoltaica por efecto de la radiación

solar.

Módulo fotovoltaico: se denomina módulo al conjunto de células Fotovoltaicas conectadas en serie o paralelo

dependiendo de su necesidad.

Regulador de Carga: Es el dispositivo que regula la carga y descarga de las baterías, igualmente sirve como

protección en una eventual sobrecarga.

Baterías o Acumuladores: Dispositivo de almacenamiento de la energía generada por las células.

Inversor: Transforma la energía DC en AC.

Fig.1. 7 Generación de Energía Fotovoltaica7

Dentro de sus aplicaciones podemos citar:

Instalaciones aisladas a la red eléctrica.

Instalaciones conectadas a la red eléctrica.

7 http://www.afinidadelectrica.com.ar/articulo.php?IdArticulo=33 (Eléctrica, Afinidad Eléctrica, 2007)




- 10 -

1.1.1.3 Energía producida por mareas y saltos de agua

La energía producida por la atracción gravitatoria del sol y la luna se denomina mareomotriz.

Se denomina energía Hidráulica a aquella que se obtiene de la caída de agua de una cierta altura.

Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía potencial acumulada. El paso

del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente

eléctrica. (García-Mauricio)

Fig.1. 8 Central Hidroeléctrica Paute8

1.1.1.4Energía producida por Biomasa

Es la fracción biodegradable de productos o desechos procedente de microorganismos, plantas y animales.

8 http://ingenieria-hidraulica.blogspot.com/2013/01/centrales-hidroelectricas-del-ecuador.html




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1.1.2 FUENTES NO RENOVABLES

Son todas aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la

de su regeneración.

Las energías no renovables o convencionales se clasifican en dos grupos:

1.2.2.1 Combustibles fósiles

Recursos generados en el pasado a través de procesos geobiológicos y como consecuencia limitados. Representan el

75% de las energías de carácter no renovable y son los siguientes: (Arquitexs.com, 2009)

El Carbón.- Fue la fuente de energía más común que se utilizó en el principio de la industrialización. El factor de

emisión de CO2 es muy alto y las partículas que emite son causantes de la denominada lluvia ácida, que es la mezcla

entre la humedad del aire, los óxido de nitrógeno y el dióxido de azufre, estos dos últimos emitidos por centrales

eléctricas, fábricas, vehículos que para su funcionamiento queman carbón o derivados del petróleo.

El Petróleo.- Es la fuente más utilizada actualmente para generar energía eléctrica, es el producto de la

descomposición de microorganismos marinos que se fueron acumulando en la corteza terrestre y de otras fuentes

sedimentarias, la formación de este mineral tarda cientos de años y es necesario ciertos acontecimientos para su

constitución.

Gas Natural.- Ocupa el segundo lugar en consumo después del petróleo, fuente de energía no renovable que se forma

por una mezcla de gases que se encuentra muy a menudo en yacimientos de petróleo. Ecuador es un productor

relativamente pequeño de gas natural dentro del mercado; actualmente, en las estaciones de producción de Petroecuador

se ha puesto verdadero interés en el gas asociado, utilizándolo como: combustible en las turbinas para generación de

energía eléctrica. El consumo del gas natural para la producción de energía eléctrica, así como para uso en procesos

industriales, se ha incrementado notablemente en los últimos años (Diana Guerrero, 2011)

1.2.2.2 Energía Nuclear

La energía nuclear es la energía que se obtiene al manipular la estructura interna de los átomos de un mineral

denominado Uranio (mineral radioactivo limitado y escaso), esta condición genera calor con lo que se hierve el agua

que se encuentra en los reactores nucleares, el agua hirviendo genera vapor el cual acciona unas turbinas unidas a un

generador que produce la electricidad.




- 12 -

Según el último Informe Anual del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), existen en el mundo unos

437 reactores nucleares activos distribuidos en 30 países. (verdes, 2011).

Fig.1. 9 Central Nuclear Francesa9

Podemos mencionar varios efectos y desventajas de la generación de energía eléctrica por medio de fuentes no

renovables, tales como: La lluvia ácida, el efecto invernadero, vertidos contaminantes, residuos radioactivos peligrosos,

accidentes y fugas (en producción y transporte).

1.2 QUÉ ES LA ENERGÍA EÓLICA

Es la transformación de la energía cinética transportada por el aire en energía eléctrica, esta conversión cosiste en

una serie de procesos tecnológicos los cuales implican una fusión entre sistemas mecánicos y eléctricos. Dentro de estos

sistemas podemos mencionar, el rotor de la eólica, el cual es accionado por el resultado del roce del viento con las aspas

del aerogenerador, esto conlleva a que la energía cinética transportada por el viento se convierte en energía cinética

rotacional, también tenemos la caja multiplicadora cuya función es acoplar la velocidad rotacional del eje del rotor,

según los requerimientos del generador, luego tenemos el generador eléctrico, para la generación de corriente continua

utilizamos los llamados dinamos, y para la generación de corriente alterna utilizamos alternadores él cual puede ser

asíncrono o síncrono dependiendo muchas veces de la velocidad del viento (variable o constante), su función es

transforma la energía cinética rotacional en energía eléctrica, en algunos casos existen banco de baterías el cual sirve

9 http://www.renovablesverdes.com/existen-437-reactores-nucleares-en-todo-el-mundo/




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para almacenar la energía generada para luego ser utilizada cuando se la requiera, el tamaño de las baterías va

relacionado con la potencia a generar. El Regulador de carga es el dispositivo que protege las baterías de sobrecargas y

a su verifica el estado de las misma. El inversor transforma la corriente continua en corriente alterna.

Esta energía eléctrica puede ser inyectada a la red mediante dos métodos: de forma directa o indirecta

La conexión directa a red significa que el generador está conectado directamente a la red de corriente alterna,

generalmente trifásica. (Lozano, 2012)

La conexión indirecta a red significa que la corriente que viene del alternador pasa a través de una serie de

dispositivos que ajustan la corriente para igualarla a la de la red. (Lozano, 2012)

Esta configuración eléctrica se la realiza tanto con generadores síncronos como asíncronos.

1.3 ENERGÍA EÓLICA EN EL ECUADOR

Las fuentes de electricidad del Ecuador, provienen en un 52% de los combustibles fósiles (petróleo, carbón o gas);

un 43%, de la hidráulica (agua); el 4%, es energía importada; y solo un 1%, es de tipo renovable alternativa

(biocombustibles, eólica o solar), según datos del Ministerio de Electricidad y Energía Renovables. (Informativo, 2011)

La organización latinoamericana de energía OLADE, ha reportado positivamente el potencial energético

ecuatoriano. Además destaca que el Ecuador promueve la generación de energía limpia ya sea esta hidráulica, eólica,

mareomotriz, geotérmica, biomasa. (OLADE)

1.3.1 PARQUE EÓLICO SAN CRISTOBAL

El Ecuador inauguró su primer parque eólico, el cual se encuentra ubicado en el cerro El Tropezón ubicado en la

isla San Cristóbal del Archipiélago de Galápagos, empezó en operación en el 2007 luego de dos años de construcción.

La generación de energía eléctrica se produce mediante un sistema hibrido eólico-diesel.




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Fig.1. 10 Parque Eólico San Cristóbal10

El parque eólico cuenta con tres aerogeneradores made de fabricación española que proporcionan una potencia

nominal total de hasta 2,4MW, sus principales características son:

Altura de las torres = 51.5 metros.

Diámetro de las turbinas= 59 metros.

Velocidad de arranque= 3 m/s.

Velocidad de parada= 25 m/s.

Generador= Síncrono trifásico.

Se espera que el proyecto llegue a reducir hasta un 52% el consumo de diesel utilizado para la generación de energía

eléctrica, adicional a esto se estima que en el primer año de funcionamiento del parque eólico llegue a reducir

aproximadamente 2800 ton de CO2.La provincia de Galápagos demanda una potencia total de 4 megavatios, los

principales problemas de la generación son la contaminación que producen los grupos electrógenos y los riesgos que

implica el abastecimiento de diésel, que debe ser transportado por barco desde el territorio continental. (Ergal, 2010)

10 http://www.ergal.org/cms.php?c=1293




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1.3.2 PARQUE EÓLICO BALTRA-SANTA CRUZ

Este proyecto se denomina Baltra-Santa Cruz, ya que el parque eólico será construido en la Isla Baltra y se

interconectará con la Isla Santa Cruz para abastecer de energía limpia a ambas Islas. El proyecto se encuentra en

ejecución el cual abastecerá de 2.25MW de energía limpia a las islas Baltra y Santa Cruz, el mismo que tiene como

objetivos principales, reducir la dependencia del consumo de diesel para la generación de energía eléctrica en Santa

Cruz y Baltra, reducir los riesgos de los graves impactos ambientales ocasionados por derrames que se podrían producir

en el trasporte y manipulación de combustibles para estas islas, Satisfacer la demanda de electricidad en las islas

mediante fuentes alternas de energía, Construir un sistema de interconexión eléctrica entre las islas de Baltra y Santa

Cruz y ubicar a Baltra como un polo de desarrollo energético, Reducir la generación de emisiones de CO2 por la quema

de combustible. (Ergal, Ergal, 2010)

Fig.1. 11 Parque Eólico Balta-Santa Cruz11

El proyecto consiste en la instalación de un parque eólico con una potencia de 2,25MW en su primera fase, 8MW en

su segunda fase y 12MW en su tercera fase y de la construcción de un sistema de interconexión eléctrica desde el

11 http://www.ergal.org/boletin.php?c=1483 (Ergal., 2012)




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parque eólico en Baltra hasta la subestación de la empresa eléctrica Provincial Galápagos en Puerto Ayora-Santa Cruz.

El proyecto aportará en su primera fase una cantidad de energía de al menos 4650 MWh/año, representando una

reducción de 450000 galones diesel/año.

1.3.3 PROYECTO EÓLICO VILLONACO

El proyecto Eólico Villonaco se localiza al filo de la cumbre del cerro Villonaco, en las inmediaciones de la ciudad

de Loja específicamente entre los cantones Loja y Catamayo, a una altura de 2720msnm, esto lo hace el proyecto más

alto en el mundo, se puso en marcha su construcción en el año 2007. Cuenta con 11 aerogeneradores con una potencia

total nominal de 16,5MW. Estos aerogeneradores fueron transportados en Buque desde China y desembarcado en el

muelle tres, Puerto Bolívar.

Fig.1. 12 Transporte de Aerogeneradores12

Las turbinas eólicas que se instalaron tienen una altura de entre 65 y 80 metros y las palas de los aerogeneradores

(fibra de vidrio) oscilan entre 60 a 63 metros de diámetro. (Reve, 2011) .La velocidad media del recurso eólico esta

entre 10.5 a 11m/s lo que permite la instalación de 11 turbinas de tipo GW70/1500 con una capacidad individual de 1.5

MW con lo cual se espera cubrir con el 25% de la demanda anual de energía en la provincia de Loja.

12http://www.diariopinion.com/local/verArticulo.php?id=818519 (Opinión, 2012)




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Las proyecciones indican que el proyecto permitirá evitar la emisión de aproximadamente 38 mil

toneladas de CO2, así como la importación de diésel, combustible necesario para la generación

termoeléctrica.

Fig.1. 13 Montaje de Aspas13

1.4 GENERALIDADES DEL VIENTO

Para la implantación de un parque eólico se debe considerar la proporcionalidad de su fuente, es decir un estudio del

viento, características como son:

Distribución de velocidades medias anuales.

Variación del viento con la altura

Distribución de frecuencias de la velocidad y dirección del viento.

Perfil vertical o densidad.

Influencia topográfica.

13 http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=34MO8BaJvVQ




- 18 -

Lo ideal para un estudio del flujo de aire sería tener estadísticas de 25 a 30 años sobre el comportamiento del viento,

pero actualmente el estudio se lo realiza de 5 a 10 años, siendo este un tiempo significativo. Para un estudio del viento

debemos considerar los siguientes datos:

Valores promedios de 10 minutos del comportamiento de la velocidad y dirección instantáneas, se obtendrían

52.560 valores en un año.

Se elaboraría un promedio en una hora de los 6 valores anteriormente mencionado, en un año se obtendrían

8.760 datos.

Se obtendría valores promedio cada 3 horas (trihorarios), lo cual nos llevaría a un resultado anual de 2.920

datos de velocidad y dirección.

TABLA II

VALORES MEDIOS

VALORES MEDIOS CANTIDAD

Diarios 365

Decenales 36

Mensuales 12

Anuales 1

La fuerza deflectiva que incide en el viento se denomina fuerza de Coriolis, esta fuerza se produce por efecto de la

rotación de la tierra, la cual altera la dirección del viento, la situación geográfica define varias características del viento

en una determinada zona, estas características también se las conoce como efectos

Brisa marina, calentamiento de la tierra y el mar.

Este efecto se da debido a que en el día, la tierra por efecto de la radiación solar su temperatura aumenta más rápido

que la temperatura del mar, esto ocasiona que el aire que se encuentra sobre la tierra empiece a ascender y por este

motivo se generan corrientes de aire desde el mar hacia la tierra, proceso que se revierte en las noches debido a que la

temperatura del aire sobre el mar es más cálido que el aire sobre la tierra.




- 19 -

Fig.1. 14 Comportamiento del Viento Día-Noche14

Efecto ladera

Corrientes valles-montañas, por efecto de la radiación solar.

Tras el calentamiento en transcurso del día de las laderas (nivel bajo ya que en las partes más altas el aire es más

denso, por ende más frio) por efecto de la radiación solar se producen vientos ascendentes, a lo largo del día, mientras

que después de la caída de sol el proceso se invierte, generándose corrientes de aire descendente.

Fig.1. 15 Brisa de Valle-Montaña15

14 http://contenidos.educarex.es/sama/2010/csociales_geografia_historia/primeroeso/tema3/viento.html




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Podemos concluir diciendo que el flujo de aire en los valles son vientos anabáticos y los flujos de aire en las

montañas son vientos catabáticos. La velocidad del aire varía con la altura y depende directamente de las condiciones

del terreno por donde este fluye, esta variación puede expresarse de la siguiente manera.

𝑉2

𝑉1= [

ℎ1

ℎ2]

𝛼 [1.1]

Donde V1 < V2

h1 < h2

α = Representa la variación del terreno.

La mayor cantidad de flujo de aire estrecho y rápido se encuentra a unos 10 km sobre el nivel de la tierra, esta

característica del viento se la conoce como jetstreams, el flujo de aire que se encuentra influido por superficie terrestre

se denomina capa límite terrestre y se encuentra a 1 km de la superficie terrestre. La energía que puede extraerse por

una corriente de aire está dada por la siguiente formula.

𝐸𝑐 = 12 ⁄ 𝑚𝑉2 [1.2]

Donde

Ec= Energía Cinética (Joule/s)

m= Flujo de aire (Kg/s)

V= velocidad del viento (m/s)

Para un área de barrido “A” de las palas, el flujo de aire que le atraviese será:

𝑚 = 𝛿 𝐴 𝑉 [1.3]

Donde

𝛿= densidad del aire (Kg/m3)

A= Área de Captación. (m2)

Entonces la potencia meteorológica por unidad de tiempo y con área=1 será

15 http://www.pasionporvolar.com/el-viento-en-la-aviacion-sus-efectos/




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𝑃𝑚= 1 2⁄ 𝛿 𝑉3 [1.4]

El ecuador posee una gran fuente de generación eólica, en la siguiente tabla se muestra el potencial del viento en el

Ecuador. (MEER, 2013)

TABLA III

RECURSO EÓLICO EN EL ECUADOR

CONOCIMIENTO DEL RECURSO EÓLICO EN EL ECUADOR

GALÁPAGOS

San Cristóbal 2,4 MW

Baltra 2;25 MW

TERRITORIO CONTINENTAL

Salinas 15 MW

Villonaco 15 MW

Huascachaca 30 MW

Chinchas 10 MW

Membrillo 45 MW

1.4.1 LEY DE BETZ

Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento, mayor será la ralentización que

sufrirá el viento que deje el aerogenerador por su parte izquierda. (Martínez, 2008, pág. 39)

Si quisiéramos extraer toda la energía cinética del viento que choca perpendicularmente con las palas, la densidad de

aire que se obtendría a la salida sería una velocidad nula, el aire no podría abandonar la turbina y por ende no se podría

adquirir energía del viento.




- 22 -

Un aerogenerador ideal ralentizaría el viento hasta 2/3 de su velocidad inicial. Sin embargo el físico alemán Albert

Betz demostró en lo que hoy se conoce como la ley de Betz que solo puede convertirse menos de 16/27 o lo que es igual

el 59% de la energía cinética en energía mecánica. Es decir que el coeficiente de potencia de un aerogenerador siempre

será inferior al 59%. Esto nos lleva a una conclusión de que la densidad de aire pasará por tres etapas: antes de alcanzar

el contacto con las palas del aerogenerador, contacto con las palas, y momento subsiguiente después de haber pasado

por las palas, se supone que la masa de aire se mantiene constante por ende en la salida el área del aire aumentará a

distintas velocidades.

Fig.1. 16 Paso del Viento, Ley de Betz16

1.4.1.1 Demostracion de la ley de Betz

Para esta demostración el científico alemán consideró que la velocidad promedio del viento al atravesar el rotor del

aerogenerador es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar V1 y la velocidad del viento después del paso por

el rotor V2.

𝑉𝑚 = (𝑉1+𝑉2

2) [1.5]

Entonces el flujo de aire que atraviesa el rotor será

16 http://es.scribd.com/doc/18159773/Calculo-de-la-formula-de-BETZ




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𝑚 = 𝜌 A (𝑉1+𝑉2

2) [1.6]

La potencia extraída del viento, se evalúa mediante la diferencia de energía cinética por unidad de tiempo, entre la

entrada y salida. Esto es la mitad del producto de sus masas por la diferencia de velocidades al cuadrado.

𝑃𝑒𝑥 =1

2𝑚 (𝑉1

2 − 𝑉22) [1.7]

Sustituimos el valor de la masa

𝑃𝑒𝑥 =1

2𝜌 A (

𝑉1+𝑉2

2) (𝑉1

2 − 𝑉22) [1.8]

Realizamos el cálculo y obtenemos lo siguiente

𝑃𝑒𝑥 =𝜌

4 A (𝑉1 + 𝑉2) (𝑉1

2 − 𝑉22) [1.9]

La potencia disponible en el viento a través de la misma área A esta dada por la expresión:

𝑃0 =1

2𝜌 A 𝑉1

3 [1.10]

Entonces la razón entre la potencia extraída y la potencia máxima teóricamente disponible será:

𝑃𝑒𝑥

𝑃0=

𝜌

4 A (𝑉1+𝑉2) (𝑉1

2−𝑉22)

1

2𝜌 A 𝑉1

3 [1.11]

→→ 𝑃𝑒𝑥

𝑃0=

𝜌

4 A (𝑉1+𝑉2) (𝑉1

2−𝑉22)

1

2𝜌 A 𝑉1

3 [1.12]

→→ 𝑃𝑒𝑥

𝑃0=

(𝑉1+𝑉2) (𝑉12−𝑉2

2)

2 𝑉13 [1.13]

→→ 𝑃𝑒𝑥

𝑃0=

𝑉12 (1−(

𝑉2𝑉1

)2

)𝑉1 (1+(𝑉2𝑉1

))

2 𝑉13 [1.14]




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→→ 𝑃𝑒𝑥

𝑃0=

1

2(1 − (

𝑉2

𝑉1)

2

) (1 + (𝑉2

𝑉1)) [1.15]

Al maximizar Pex/P0 para V2/V1 se obtiene que la razón de velocidades que maximiza la potencia extraída es

aproximadamente V2/V1=1/3. Según lo demostrado en la ley de Betz nos indica que el valor máximo que se puede

extraer de una corriente de aire en movimiento desde cualquier medio posible será el 59%.




- 25 -

CAPTULO II

2. GENERACION DE LA ENERGÍA EÓLICA

La generación de la energía eólica es uno de los métodos más limpios mediante el cual se puede producir

electricidad.

2.1 DENSIDAD DE LA POTENCIA

Se define como la densidad de potencia, a una densidad de aire supuestamente constante por cada metro cuadrado

de barrido. Esta densidad es un valor medio de mediciones no menores a un año.

2.2 PARTES DE UN AEROGENERADOR Los principales componentes de un aerogenerador son:

1. Cimentación

2. Transformador.

3. Torre.

4. Góndola.

5. Anemómetro y Veleta.

6. Palas o Hélices.

Fig.2. 1 Partes de un Aerogenerador17

17 http://energiaeolicacts.blogspot.com/2010/10/partes-del-aerogenerador.html (Julian Alzate, 2010)




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2.2.1 CIMENTACIÓN

La cimentación es un proceso sumamente importante a cargo de la ingeniería civil, es la unión del suelo con la torre,

su función de soportar todas las cargas estáticas y dinámicas del aerogenerador, de esto depende la estabilidad de los

equipos electromecánicos que se apoyen a esta, el objetivo es que no existan vibraciones, desgastes, problemas por los

esfuerzos, ya que esto influye de manera directa a la vida útil del equipo.

El tipo de cimentación puede ser en cruz, poligonal, o circular, además se debe considerar el tipo de terreno, ya que

dependiendo del emplazamiento el terreno puede soportar una carga limitada.

Fig.2. 2 Cimentación tipo circular18

Dentro de las ventajas de la cimentación circular tenemos:

El efecto de las fuerzas que actúan es el mismo para todas las direcciones de viento. Con cimentaciones en cruz

o poligonales, se dan presiones en el terreno que, en las zonas de las esquinas, llevan a grandes cargas sobre el

subsuelo. (word, 2013)

La forma circular reduce considerablemente el volumen de hormigón y de acero de armadura que se necesita.

(word, 2013)

18 http://www.enerpetrol.com/es/villonaco.html (Enerpetrol, 2012)




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En los cálculos estáticos se cuenta con hacer uso de la tierra extraída de la excavación para cubrir la

cimentación. (word, 2013)

2.2.2 TORRE

Es el componente que soporta todo el peso de la góndola y las hélices, este elemento mientras más alto sea nos

permite captar la mayor cantidad de viento posible, ya que a mayor altura mayor velocidad de viento. Para grandes

parque eólicos normalmente son hechas de acero y huecas en su interior con el objetivo de tener acceso hacia la

góndola. El desarrollo de turbinas más potente y por ende palas más grande conlleva a que se construyan torres de

mayor tamaño

Existen diferentes tipos de torres, los cuales han sido modificados con el pasar del tiempo

Torres Reticuladas: Su material de construcción es el acero, normalmente son utilizadas en pequeños

aerogeneradores de baja potencia, cuyo rotor no es de gran tamaño. Una de las razones por lo que fueron

quedando atrás este tipo de torres fue por aspecto visual, ya que a mayor cantidad y altura de estas, el efecto

visual se incrementa.

Fig.2. 3 Parque Eólico con Torres Reticuladas19

19 http://fontsenergia1.blogspot.com/2010_05_21_archive.html (Nadal, 2010)




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Torres con riendas: Este tipo de torres se utilizan para aerogeneradores de baja potencia, las riendas sirven

para dar estabilidad y rigidez a torres de gran altura, dentro de las ventajas podemos mencionar que son de fácil

montaje, y como desventaja podemos mencionar que se debe mantener despejado el área cercana a la torres, ya

que para mantenimiento se procede a inclinar la torre con el fin de tener acceso a la parte superior.

Fig.2. 4 Torre Eólica con Riendas20

Torres Tubulares de Acero: Este tipo de torres son las más utilizadas actualmente, se prefabrican en tramos

de 20 a 30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son unidas con pernos "in situ". Las torres son

tronco-cónicas (es decir, con un diámetro creciente hacia la base), con el fin de aumentar su resistencia y al

mismo tiempo ahorrar material. (Navarra, 2000)

20 http://www.windturbinestar.com/los-tipos-de-torre.html




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Fig.2. 5 Torres Tubulares de Acero21

Torres de Hormigón: Este tipo de torres tiene la ventaja que pueden alcanzar una altura superior a 80 metros,

dentro de sus ventajas podemos mencionar las siguientes: amortiguación del ruido, gran durabilidad, poco

mantenimiento, mayor estabilidad con respecto a las otras torres debido a su peso. (Anabel Apcarian). Como

desventaja podemos mencionar el uso del hormigón, ya que su proceso de fabricación no es ecológico,

disminución y debilitación de rigidez por los repentinos cambios de temperatura.

Fig.2. 6 Torres de Hormigón Prefabricados22

21http://intranet2.minem.gob.pe/web/archivos/dge/publicaciones/uso/1/01/02/08/es/tour/wtrb/tower.htm (Navarra, 2000)




- 30 -

Torres Híbridas de Hormigón y Acero: Consiste en un tramo en la parte inferior de hormigón al que se la

acopla una estructura metálica, dentro de las ventajas en este tipo de torre podemos mencionar la disminución

del uso de hormigón en la cimentación de la torre, siendo además económico y su tiempo de construcción

amenora, la base del hormigón prefabricado es más ancha por ende adquiere mayor estabilidad. Una ventaja

muy importante es la altura que pueden alcanzar, en algunos casos sobrepasan los 100 metros, esto conlleva se

pueden colocar hélices da gran tamaño y por ende se va a generar mayor potencia eólica. Como desventaja

podemos mencionar que no es una alternativa ecológica el uso del hormigón, ya que en su proceso de

fabricación se generan emisiones de carbono.

Fig.2. 7 Torre Híbrida de Hormigón y Acero23

Podemos acotar que en la actualidad la tendencia de construcción de torres, por motivo de querer obtener una mayor

generación de potencia, se inclina hacia las torres híbridas de hormigón y acero, ya que estas nos permiten alcanzar una

mayor altura y por ende una mayor captación del recurso eólico. Se debe tener muy en cuenta la seguridad y el

conocimiento en la cimentación y armado de cualquier tipo de torre para aerogenerador ya que esto nos ayudaría evitar

accidentes y por consecuencia gastos económicos.

22 http://www.cliv2.ing.unlp.edu.ar/public/actas%20congreso/20.Apcarian.CLIV2.pdf (Anabel Apcarian)

23 http://www.evwind.com/2013/02/28/eolica-gestamp-empieza-a-desarrollar-torres-eolicas-hibridas/




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Fig.2. 8 Torre Caída en Río Negro (Argentina)24

2.2.3 GÓNDOLA

Es el cubículo o sala de máquinas del aerogenerador, sirve para mantener a los elementos que se encuentran en su

interior libre de los efectos de la inclemencia del clima, además aísla el ruido que generan dichos elementos. Este

elemento soporta toda la fuerza que genera el movimiento de las hélices por efecto del viento, además debe ser capaz de

girar para poder seguir la dirección del recurso eólico.

Fig.2. 9 Góndola o Sala de Máquina25

24 http://www.cliv2.ing.unlp.edu.ar/public/actas%20congreso/20.Apcarian.CLIV2.pdf (Anabel Apcarian)




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2.2.3.1 Partes Localizadas en la Góndola

Dentro de la Carcasa o Góndola se alojan elementos tales como:

Sistema de Control

Motor Orientador

Caja Multiplicadora

Generador

Fig.2. 10 Partes Internas de una Góndola26

Caja Multiplicadora De Velocidad

Este elemento tiene como función elevar la velocidad rotacional del eje secundario (o eje de alta velocidad) con

respecto al eje primario, así como de soportar las diferentes variaciones de velocidad del viento.

25 http://blogs.elpais.com/eco-lab/2010/09/lo-que-contamina-un-aerogenerador/comments/page/5/

26 http://www.gdiy.com/projects/producing-energy-from-wind/index.php?lang=es




- 33 -

La relación de transmisión del multiplicador está determinada por su tren de engranajes, constituido en los

aerogeneradores actuales por ruedas dentadas cilíndricas —de ejes paralelos—, cuyos dientes al engranar vinculan sus

frecuencias de rotación. Los diseños actuales se basan en dos tipos de trenes de engranaje básicos: el tren planetario A y

el tren tándem (Figueredo)

Fig.2. 11 Caja Multiplicadora Tipo Tren Planetario A27

Podemos mencionar como medida de seguridad el tipo de frenado de los aerogeneradores, normalmente utilizan dos

tipos de frenado, sistema de freno aerodinámico y sistema de freno mecánico.

El frenado aerodinámico consiste en realizar un movimiento de rotación del extremo de la hélice o toda a su vez

(dependiendo de su fabricación), mediante regulación por cambio del ángulo de paso, este movimiento lo realiza por

medio de un proceso hidráulico o eléctrico, concatenado a un sistema electrónico que programa y controla el

movimiento. La rotación de las palas permite reducir la velocidad de giro del rotor ante una gran intensidad de viento

igual o superior a la potencia nominal. El frenado mecánico tiende a ser un freno de apoyo para el freno aerodinámico, y

también actúa como freno de estacionamiento cuando el rotor está paralizado (normalmente en labores de

mantenimiento), el tipo de freno mecánico más común es el freno de disco el cual puede ir ubicado en el lado de alta

velocidad o en su defecto en el lado de baja velocidad. Se debe tener en consideración que si se instala en el lado de

baja velocidad el par que debe soportar es alto, en comparación si se instalará en el lado de alta velocidad, ya que el par

27 http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia36/HTML/articulo03.htm




- 34 -

en este lado sería menor, con la diferencia que aquí entrarían en el proceso de frenado los mecanismos de la caja

multiplicadora, y esto contiene un riesgo de daño hacía esta.

Fig.2. 12 Proceso de Activación de Freno Aerodinámico28

Mecanismo De Orientación

En grandes turbinas es necesario este tipo de mecanismo ya que nos ayuda a optimizar la energía del viento, este

proceso se lo realiza con motores y reductores fijos a la góndola y que engranan en un dentado de la parte superior de la

torre, que se denomina corona de orientación. (Francisco de Paula Barco, 2011)

Fig.2. 13 Motor y Corona de Orientación29

28 http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wtrb/safety.htm

29 http://energiadoblecero.com/wp-content/uploads/2010/03/turbina_eolica.jpg




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Existen dos tipos de sistemas de orientación para aerogeneradores que son los activos y pasivos, la diferencia entre

estos radica en que el sistema activo utiliza motores eléctricos, o sistemas hidráulicos mientras que el sistema pasivo,

utiliza la fuerza aerodinámica del viento para realizar estos movimientos.

Anemómetro

Este instrumento sirve para medir la velocidad del viento (fuerza del viento). En caso de que la velocidad del viento

no sea la adecuada, el Anemómetro es el encargado de retroalimentar al sistema de control sobre esta anormalidad, para

así aplicar el freno si este fuera necesario. Existen varios tipos de anemómetros siendo los más utilizados los de presión

(utilizado en la industria aeronáutica) y de rotación.

Fig.2. 14 Anemómetro de Rotación30

Veleta

Instrumento por el cual se detecta la dirección del viento, este dispositivo envía la señal al sistema de control para

que este ejecute si así fuese el caso sobre los motores de orientación.

30 http://iepse.cti.espol.edu.ec/Modulo/Material/anemometro2.php




- 36 -

Fig.2. 15 Veleta31

Sistema de Control

Para que el funcionamiento de los aerogeneradores sea el más adecuado se les integra un sistema de control, este

equipo automatiza el funcionamiento del aerogenerador y hace que el rendimiento sea más óptimo. Dentro de sus

funciones se puede mencionar las siguientes:

La turbina debe funcionar en sincronismo con el viento (tratar de mantener las palas de forma perpendicular a

la dirección del viento), este sincronismo se logra mediante las señales que recibe el sistema de control desde

la veleta (dirección del viento).

Otra función muy importante es la de proteger al aerogenerador de sobre velocidades, acción resultante de la

señal emitida por medio del anemómetro (velocidad del viento).

Decidir el momento exacto para la conexión y desconexión del generador.

Realizar adecuadamente arranques y parada del aerogenerador.

31 http://www.ammonit.com/es/productos/sensores/medicion-eolica-solar (Ammonit, 2012)




- 37 -

Efectuar correctamente el proceso de retroalimentación, en caso de que se presente algún evento anormal en el

desarrollo del funcionamiento del aerogenerador (Sobrecalentamientos, Vibraciones, etc.).

Fig.2. 16 Representación de un Sistema de Control de un Aerogenerador32

El Rotor

Se conoce como rotor al conjunto de mecanismos que giran fuera de la góndola, es decir las hélices, el buje y el

mecanismo de cambio de paso de las palas. Se puede decir que el radio del rotor determina la capacidad del

aerogenerador para producir energía.

Mecanismos por regulación de cambio del ángulo de paso.

Este mecanismo tiene dos funciones específicas, cuando el aerogenerador empieza a generar una potencia muy alta,

el sistema de control actúa en los mecanismos de cambio del ángulo de paso, este proceso consiste en girar las palas en

un ángulo fuera del viento hasta que la potencia que se está generando se encuentre dentro de los rangos permitidos,

cuando la potencia se encuentra dentro de los rangos, las palas vuelven a su estado inicial por medio del mecanismo

32 http://www.directindustry.es/prod/ge-measurement-control-bently-nevada/sistemas-de-monitoreo-de-condiciones-de-

maquina-para-aerogeneradores-12479-1069529.html




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de regulación. La otra función de este mecanismo es la de freno aerodinámico en caso de emergencia, este proceso

consiste en girar las palas en dirección del viento hasta que alcancen la posición de bandera.

2.2.4 HÉLICES

Son las encargadas de captar la energía del viento para transportarla hacia la caja multiplicadora por medio del buje.

Dentro de las características básicas de las hélices podemos mencionar las siguientes:

Tener una resistencia estructural adecuada a las condiciones de trabajo a las que va a ser sometida.

Resistencia a fatiga (en particular a tensiones alternas debidas a vibraciones).

Rigidez

Bajo Peso

Resistencia a agentes medioambientales como, erosión, corrosión. (Energy)

Los materiales más utilizados en los últimos años para la fabricación de palas son los de fibra de vidrio reforzada con

resina de poliéster, así como aleaciones de acero y derivados del aluminio.

2.2.5 GENERADOR

Es el dispositivo más importante de un aerogenerador ya que se encarga de transformar la energía de rotación del eje

en energía eléctrica, la generación eléctrica se puede realizar con los siguientes generadores:

a) Generador eléctrico asíncrono o de inducción, con las siguientes características:

Rotor de jaula de ardilla.

Rotor devanado con resistencias variable.

Rotor devanado doblemente alimentado. (Lopez, 2012)(Cap. 8.2)

b) Generador eléctrico síncrono con las siguientes excitaciones:

Síncrono con excitación con electroimanes.

Síncrono con excitación con imanes permanentes. (Lopez, 2012)(Cap. 8.2)




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2.2.5.1 Generadores asíncronos

Generador Asíncrono con rotor Jaula de Ardilla

Al hablar de un generador asíncrono, nos estamos refiriendo a un generador que cuya velocidad de giro del rotor, no

es la velocidad de sincronismo aplicada por la frecuencia de la red eléctrica.

Los generadores con estas características fueron los primeros que se empezaron a utilizar para la generación de

energía eólica. El rotor consta de un cierto número de barras de cobre o aluminio, conectados eléctricamente por anillos

de aluminio Este rotor se sitúa en el centro del estator conectado directamente a las tres fases de la red eléctrica.

(Lozano, 2012, pág. 59). La velocidad de un generador asíncrono variará con el momento o par torso que se le aplique.

La particularidad de este tipo de generador es su costo económico, ya que su precio es bajo con respecto a los otros

generadores. Como desventajas del uso de este tipo de generador podemos mencionar que carece de regulación tanto de

tensión como de frecuencia por lo que inyecta a la red variaciones de potencia del viento.

Generador Asíncrono con rotor devanado con resistencia variable

Este tipo de generador tiene conectado en el rotor cables conectados en estrella y también se encuentran conectados a

resistencias variables

Fig.2. 17 Rotor Devanado33

33

http://books.google.com.ec/books?id=z_aduU0x2kAC&pg=PA73&dq=anemometro+e%C3%B3lico&hl=es&sa=X&ei=

i4zfUfzIN7jl4AOkwYDIAQ&ved=0CEYQ6AEwBQ#v=onepage&q=generador&f=false (Lozano, 2012, pág. 61)




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Generador Asíncrono con rotor devanado doblemente alimentado

La característica principal de este generador es que puede generar tensión de valor eficaz y frecuencia constante,

aunque el eje este girando a velocidad variable. Este equipo acopla un convertidor de frecuencia al rotor, para controlar

así las corrientes de red, como las del rotor mismo. Esto convertidor deben ser muy eficientes, es decir que deben

cumplir varias características tales como funcionar en modo de falla (seguir inyectando si es que una fase sale de línea,

o algún módulo del mismo convertidor sale de funcionamiento), otra característica muy importante es el control de la

potencia reactiva.

Fig.2. 18 Generador Doblemente Alimentado34

2.2.5.2 Generadores síncronos

Al hablar del generador síncrono, nos estamos refiriendo a un generador el cual su campo magnético giratorio,

gira a velocidad constante impuesta por la red. Este tipo de generadores son poco utilizados en generación eólica, su

mayor aplicación se da en grandes centrales térmicas o nucleares. Los generadores síncronos se pueden clasificar en:

Generador Síncrono con excitación con electroimanes

Generador Síncrono con excitación con imanes permanentes.

34 http://editores-srl.com.ar/sites/default/files/ie276_conicet_generacion_distribuida_5a.png




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2.2.6 TRANSFORMADOR

El transformador es un dispositivo eléctrico-estático, el cual aplicando los principios de inducción electromagnética,

es capaz de aumentar o reducir la tensión de un sistema de corriente alterna, dependiendo esto de la relación del número

de vueltas entre el devanado primario y el número de vueltas del devanado secundario. El transformador en su forma

más simple consta de dos devanados enlazados mediante un flujo magnético reciproco.

Fig.2. 19 Transformador35

El transformador está constituido por chapas de aleaciones de hierro-silicio o hierro-níquel normalmente, Los

bobinados se disponen entre las columnas del núcleo, existen diferentes formas de núcleo para un transformador, como

pueden ser.

a) Núcleo sin acorazar.

b) Acorazado.

c) Anular.

35 http://www.answers.com/topic/transformer




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Fig.2. 20 Formas de un Transformador36

Los transformadores pueden dividirse en; Transformadores de potencia y transformadores de medida, un

transformador de potencia puede tener las siguientes características:

Función: elevador, reductor, separador.

Refrigeración: Natural o forzada.

Número de fases: Monofásico, trifásico.

Ambiente: Intemperie, interior.

Refrigerante: con refrigerante, sin refrigerante.

Un transformador de medida puede ser:

De tensión.

De intensidad.

El transformador que se instale dentro del aerogenerador debe tener como características principales, su aislamiento

en seco e ignífugos, con esto se estaría evitando cualquier tipo incendio dentro del aerogenerador.

36 http://www2.uah.es/vivatacademia/anteriores/n37/docencia.htm




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CAPITULO III

3. COMPONENTES DEL SISTEMA

Dentro de los componentes del sistema también tenemos:

Sistema de almacenamiento.

Inversores.

Rectificadores y cargadores de baterías.

3.1 SISTEMA DE ALMACENAMIENTO

Uno de los principales problemas de los sistemas de generación eléctrica por medio de fuentes renovables, es el

almacenamiento de la energía generada, la generación de energía por medio de la radiación solar se la puede hacer en el

día (solar térmica, solar fotovoltaica), pero en la noche este tipo de central de generación no produce energía, para

almacenar este tipo de energía se utilizan comúnmente baterías. Estos elementos nos ayudan a almacenar la energía

generada en exceso a la demanda en el día, y a su vez cubrir con la demanda en periodos sin radiación solar (noche, días

nublados) las más utilizadas son las de plomos, similar a las utilizadas en automoción, con la diferencia que estas son de

ciclo profundo, tienen capaz de plomo más gruesas que las baterías de camiones lo que hace que se prolongue su vida

útil. Se debe tener en cuenta la correcta manipulación de este componente ya que el plomo es un componente muy

peligroso para la salud.

Dentro de las características de la producción eólica podemos mencionar que este tipo de generación no siempre

cumple con la demanda de potencia, debido a la discontinuidad de su fuente natural. Cuando se produce un exceso de

generación de energía o la demanda disminuye, se generan pérdidas de energía eléctrica producida, ya que esta energía

no es utilizada. Existen varios métodos para el almacenamiento de la energía. Para el almacenamiento de energía se

debe considerar que este proceso se lo debe realizar cuando la generación de energía es mayor que la demanda

(normalmente en las noches). Existen varias formas de almacenar energía, dentro de las cuales podemos mencionar:

Almacenamiento de energía por medio del bombeo de agua

Este sistema consiste en bombear hasta crear un reservorio de agua a un nivel elevado (almacenamiento en forma de

energía potencial), para que cuando la demanda de energía sea mayor que la generación, se puede suplir este

desequilibrio mediante generación desde una estación mini hidráulica implantada en el depósito de agua.




- 44 -

Fig.3. 1 Bombeo de agua, por medio de energía eólica37

Almacenamiento Mediante Acumulación Térmica

Proceso que consiste en activar unos compresores mediante la energía eólica en horas donde la demanda de energía

es menor que la nominal. Estos compresores envían aire a depósitos presurizados y aislados térmicamente. Cuando la

demanda de energía se mayor o el recurso eólico este por debajo de lo normal, actuará este sistema de acumulación

soltando el aire con una eventual combustión previa lo cual ayudara a aumentar la potencia, este aire se expandirá en la

turbina moviendo al generador produciendo así la energía eléctrica.

37 http://www.afinidadelectrica.com.ar/articulo.php?IdArticulo=180 (Eléctrica, Afinidad Eléctrica, 2007)




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Fig.3. 2 Acumulación Térmica38

Almacenamiento Mediante Baterías

Es el sistema más utilizado actualmente, en las pequeñas estaciones de generación eólica, la desventaja en este

sistema radica que sirve para almacenar muy poca energía además de ser de poca vida útil.

En la actualidad ya existen parques eólicos con batería de gran capacidad, por ejemplo la marca BDY instalo una

mega batería la cual puede llegar a almacenar hasta 36 megavatios horas, lo que nos indica que se podría llegar a cubrir

unos 12 mil hogares promedio en una hora. Esta batería ha sido instalada en un parque eólico que se encuentra en china

en la ciudad de Zhangbei, este parque eólico cuenta con 66 turbinas eólicas y entro en servicio en julio del 2009, para

este gran sistema de almacenamiento de energía se ha utilizado tecnología de baterías de hierro-fosfato de BYD, capaz

de usarse durante veinte años. (SANZ, 2012).

Otro ejemplo que podemos mencionar es el del parque eólico que se encuentra en el estado de Minnesota, Estados

Unidos, consiste en una enorme batería de sulfuro de sodio, que puede almacenar 7,2 MWh, lo cual nos dice que puede

alimentar 500 viviendas durante 7 horas con una carga completa. (Ecologia.com, 2012).

38 http://www.tech4cdm.com/userfiles/Sesion2_eol_mex_almacenamiento.pdf (Eólica, 2009)




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Fig.3. 3 Batería de Almacenamiento39

Almacenamiento en Energía Química

Este proceso que consiste en almacenar la energía eléctrica de una forma y entregarla de otra. Se realiza mediante

una reacción química, la electricidad producida descompondría el agua, almacenándose el hidrogeno para luego ser

utilizado como combustible o para generar corriente continua.

3.2 INVERSORES

El inversor es un componente electrónico de potencia cuya función es modificar el voltaje de corriente continua

(entrada) a una tensión de corriente alterna (salida). Con magnitud y frecuencia deseada. Este dispositivo tiene muchas

aplicaciones, que pueden ser desde un UPS para oficina o casa, o para grandes aplicaciones industriales. Otra aplicación

muy importante de los inversores es la que se utiliza en las mini centrales de generación eólica y fotovoltaicas, ya que la

tensión que generan estos sistemas es de corriente continua, la forma de onda de los inversores ideales debería de ser

sinusoidal, pero esto es casi imposible ya que en la práctica se necesitaría un sinnúmero de componentes electrónicos

para tratar de simular un tipo de onda así, en aplicaciones de media y baja potencia con señal de tensión cuadrada o casi

cuadrada puede ser aceptable su funcionamiento, pero en aplicaciones de alta potencia se requiere que la señal sea

sinusoidal con poca distorsión. (Rashid, 2004, pág. 226)

39 http://diarioecologia.com/almacenamiento-de-energia-eolica-con-baterias/




- 47 -

Los inversores de acuerdo a su conmutación pueden ser:

3.2.1 INVERSORES DE CONMUTACIÓN EXTERNA

Como su nombre lo indica este tipo de inversores necesitan de una energía externa para realizar el apagado de los

SCR, el sistema que le provea la energía externamente puede ser un motor, una fuente etc. La forma de proceder de este

circuito es en el siguiente orden: SCR1, SCR6, SCR2, SCR4, SCR3, SCR5

3.2.2 INVERSORES DE AUTOCONMUTACIÓN

Dentro de las características de este circuito inversor podemos mencionar que pueden generar su propia frecuencia,

por medio de la frecuencia de pulsos aplicadas en sus compuertas, otra característica muy importante es la de absorber o

proveer de potencia reactiva. Este circuito inversor puede estar compuesto por igbts, scr, mosfets de potencia. Los

inversores de Autoconmutación se pueden dividir en:

Inversores de fuente de voltaje (VSI). La característica de este circuito es que la alimentación en el lado de

corriente continua, es una fuente de tensión conmutada, generalmente es el tipo de inversor más utilizado.

Inversores de fuente de corriente (CSI). La característica de este circuito es que la alimentación por el lado

de corriente continua, es una fuente de corriente continua, generalmente este tipo de inversores se utilizan para

motores de corriente alterna que manejan alta potencia.

Los inversores de fuente de voltajes pueden dividirse en:

Inversores con conmutación por modulación de ancho de pulsos. Como característica principal podemos

mencionar que la entrada se alimenta mediante una tensión constante, esta entrada se puede recibir desde la

rectificación no controlada de diodos.

Inversores con conmutación de onda cuadrada. La característica de este circuito es su forma de onda

cuadrada, controla le frecuencia de tensión de salida pero no su magnitud, por lo tanto la señal de tensión de

entrada no puede proceder de la rectificación de diodos no controlada.

Inversores monofásicos con conmutación por anulación de tensiones. Combina las características de los

dos anteriores (solo para monofásicos no trifásicos).




- 48 -

3.3 RECTIFICADORES Y CARGADORES DE BATERIAS

3.3.1 RECTIFICADOR

Un rectificador es un circuito que transforma una señal de corriente alterna en corriente continua, lo que quiere decir

que convierte una señal bipolar en monopolar, y esta señal monopolar debe tener un contenido mínimo de armónicas.

Existen varios tipos de rectificadores, dentro de los más comunes tenemos:

El rectificador de media onda.

El puente rectificador de onda completa.

El rectificador trifásico de media onda.

El rectificador trifásico de onda completa.

3.3.1.1 Rectificador de media onda La función de este circuito es de conducir solo un semiciclo de la onda senoidal alterna de entrada, este

procedimiento se lo realiza con un diodo ya que este es un semiconductor diseñado para conducir corriente en una sola

dirección, dependiendo como este polarizado el diodo, se obtendrá un voltaje de corriente continua, positivo o negativo.

Fig.3. 4 1Rectificador de Media Onda40

El factor de rizado de un rectificador de media onda de este tipo es del r=121%, esto quiere decir que en su salida

tienes más componentes de corriente alterna que de corriente continua.

La eficiencia de un rectificador se define como:

40 http://www.etitudela.com/Electrotecnia/electronica/01d56994c00dc4601/01d56994c00df600b.html




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𝑛 =𝑃𝑐𝑑

Pca [3.1]

3.3.1.2 Rectificador de Onda Completa

Para generar este tipo de onda podemos considerar dos opciones:

Rectificador de Onda completa utilizando Transformador con derivación central.

Rectificador de onda completa o Puente rectificador.

Rectificador de Onda completa Utilizando transformador con derivación central

Este proceso se lo puede realizar si se obtiene un transformador con doble devanado del lado secundario, la división

del lado secundario se la conoce como toma central. Este procedimiento comienza cuando el diodo D1 empieza a

conducir por efecto del ciclo positivo de la corriente alterna de entrada, esta corriente retorna por a través de la toma

central, mientras que el diodo D2 conduce en el semiciclo negativo.

Fig.3. 5 Rectificador Onda Completa con Toma Central41

41 http://www.electricosonline.com/Privado/Electronica/rectificador_onda_completa.htm




- 50 -

Rectificador de Onda completa con Puente Rectificador.

Para este tipo de circuito consideramos cuatro diodos, donde dos de ellos conducen en un semiciclo y dos en el otro

semiciclo, el proceso lo realiza de la siguiente manera:

Cuando ingresa la señal Vs durante el semiciclo positivo, D1 yD3 están polarizados directamente, mientras que D2 y

D4 están polarizados inversamente, estos dos últimos se comportan como un circuito abierto. Cuando ingresa el

semiciclo negativo de la señal Vs los diodos D1 y D3 se polarizan inversamente mientras que los diodos D2 y D4

conducen. La corriente que pasa por la carga (en este caso resistencia) siempre va a circular por el mismo sentido,

independientemente si está conduciendo con el semiciclo positivo o negativo.

Fig.3. 6 Funcionamiento de un Rectificador de Onda Completa42

La tension que se obtiene en la salida de los rectificadores no es una tensión continua sino realmente una tensión

pulsante de polaridad única, por lo tanto no se puede utilizar directamente, para conseguir una tensión continua lo más

pura posible es necesario colocar un filtro que elimine los pulsos existentes. (Clara Pérez Fuster, 2003, pág. 107)

El factor de rizado para este tipo de rectificador de onda completa es del r= 48,2%.

Existen varias formas de realizar este filtrado pero el más común y económico es la colocación de un condensador en

paralelo a las salidas del rectificador.

42 http://www.unicrom.com/Tut_rectificador_onda_completa_puente.asp




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Fig.3. 7 Forma de onda Completa43

En la fig. 3.7 se puede observar la forma de salida de la onda para ambos casos, tanto como para el circuto con

transformador con toma central, como para el circuito con puente de diodos rectificadores.

3.3.1.3 Rectificador Trifásico de Media Onda

La constitución de este circuito consiste en conectar un diodo en la salida de cada uno de los devanados del

transformador trifásico, el cátodo de los tres diodos se unirán en un punto de común, este punto será la alimentación de

la carga, el retorno de la corriente lo realiza mediante una línea neutro.

Fig.3. 8 Rectificador Trifásico de Media Onda44

43 http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_I/aplicacionesdiodorec.htm




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El efecto de tener los tres diodos conectados a un punto en común es que al diodo que se le aplique el voltaje más

elevado conducirá, mientras que los otros diodos estarán polarizados inversamente, si nos fijamos en la forma de onda

de salida podemos ver que la onda en cualquier tiempo es precisamente el voltaje mayor de cualquiera de las tres fases

en ese tiempo. El factor de rizado para este tipo de rectificador es r=18,3%

3.3.1.4 Rectificador Trifásico de Onda Completa

Este tipo de circuito consta de seis diodos conectados de la siguiente manera, tres diodos se encuentran conectados

como el circuito rectificador trifásico de media onda, los cuales forman un punto en común con sus cátodos y este punto

va conectado a la carga para así ser alimentada por el voltaje más alto de los voltajes trifásicos, los otros tres diodos del

circuito forman un punto en común con sus ánodos, este punto se conecta al otro lado de la carga, los ánodos de los tres

primeros diodos van conectados a los voltajes de alimentación respectivamente al igual que los cátodos de los tres

siguientes diodo, el rectificador trifásico de onda completa siempre conecta el más alto de los tres voltajes a un extremo

de la carga durante todo el tiempo y, el más bajo de ellos al otro extremo de la carga. (Chapman, 2000, pág. 171)

El factor de rizado para este tipo de rectificador es r=4,2%

Fig.3. 9 Rectificador Trifásico de Onda Completa45

Para mejorar la forma de onda de salida del rectificador se debe eliminar los componentes de frecuencia AC, esto se

puede realizar utilizando los siguientes filtros pasabajos:

44 http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001771/html/cap03/03_05_01.html

45http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//3000/3079/html/432_rectificador_trifsico_de_onda_co

mpleta.html




- 53 -

Condensadores Conectados a las líneas.

Inductores conectados en serie con las líneas.

Las diferencias que podemos considerar entre un rectificador monofásico y un rectificador trifásico son las

siguientes:

La corriente de línea contiene más distorsión armónica en los monofásicos que en los trifásicos.

Mejor factor de potencia en los trifásicos.

Inferior porcentaje de rizado en los trifásicos (utilizan condensadores de menor capacidad).

(José Manuel Benavent, 1999, pág. 79)

Otro tipo de rectificadores son los rectificadores controlados, los cuales utilizan semiconductores de potencia cuya

característica principal es el control que se puede ejercer en ellos, el tipo de control que se podemos aplicar puede ser

análogo o digital. Dentro de los de mayor utilización podemos mencionar a los tiristores, SCR y los Triac.

3.3.2 CARGADORES DE BATERIAS

Las baterías contienes energía química en los materiales activos de su constitución, esta energía química es

convertida en energía eléctrica por medio de reacciones electroquímicas de oxidación y reducción. Se denominan

baterías primarias las que no se les puede inyectar ningún tipo de recargas eléctrica y, baterías secundarias son aquellas

que por su constitución pueden recibir una recarga eléctrica, esto se debe a sus variables reacciones electroquímicas que

la constituyen.

Una de las aplicaciones de los rectificadores es el de cargadores de baterías, el propósito es convertir la corriente

alterna ya sea esta trifásica o monofásica en corriente continua para así poder realizar la carga de baterías, los armónicos

que se producen es este circuito depende directamente del estado de la carga de la batería.

3.4 APLICACIONES DE LOS AEROGENERADORES DE BAJA POTENCIA

Las aplicaciones que se les puede dar a estos aerogeneradores pueden ser varias tales como: el bombeo de agua, la

generación de energía eléctrica, especialmente en lugares de baja densidad poblacional donde la energía eléctrica

procedente de las grandes generadoras no llega.

Para nuestro estudio hemos considerado casas de campo las cuales no poseen el suministro de energía eléctrica. En

la siguiente tabla se consideran artefactos con niveles de potencia bajos, El refrigerador se estima que consume energía

solo en 12 horas, ya que este artefacto contiene un termostato el cual funciona como interruptor de temperatura

haciendo que consuma energía cada que la temperatura sobre pase los niveles preestablecidos.




- 54 -

TABLA IV

CONSUMO DE ENERGÍA

CONSUMO DE ENERGÍA PROMEDIO POR CASA

Artefacto Cantidad Potencia W Tiempo Encendido/Hora

Consumo W/Día

Refrigerador 1 400 12 4800

TV 14” 1 38 2 76

Lámpara Fluorescente (Sala)

1 20 3 60

Foco ahorrador(Cocina)

1 20 3 60

Foco Ahorrador (dormitorio1)

1 20 3 60

Foco Ahorrador (dormitorio2)

1 20 3 60

Foco Ahorrador (baño)

1 20 1 20

Foco (parte frontal)

1 20 2 40

Foco (Parte Posterior)

1 20 2 40

Mini Componente 1 30 2 60

Cargador de Celular

2 13 2(2) 52

Reproductor de DVD

1 30 1 30

Consumo en Watt 651 Consumo Wh al

día 5358




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En este ejemplo podemos mencionar que el requerimiento de energía por día es de 5358Wh, lo cual equivale a una

potencia de consumo promedio de:

𝑃 = 5358𝑤ℎ

24ℎ= 223.25𝑤 [3.2]

Los habitantes de este sector utilizan pequeños generadores eléctricos, lo cual implica gastos, tanto en la adquisición

de este elemento como en la compra de combustible para su funcionamiento, además de estos detalles debemos

considerar el excesivo ruido que provocan y la emisión de monóxido de carbono al medio ambiente, lo cual genera

contaminación y esto puede conllevar a un peligro ya que si no es bien ventilado puede causar complicaciones en la

salud e incluso la muerte.

Fig.3. 10 Casas de Campo46

La finalidad de este estudio es poder dar a conocer esta particular forma de generar energía eléctrica mediante

aerogeneradores y así las personas que habitan en estos lugares puedan tener una vida más confortable y que la manera

de generar la energía eléctrica sea amigable con el medio ambiente, se propone la generación de energía por medio de

una mini central eólica, la cual se puede implementar aprovechando el recurso eólico (viento) ya que en el sitio es muy

constante tener corriente de aire, como podemos apreciar en las fotos tomadas en el lugar vemos que el relieve del

terreno juega un papel muy importante ya que este, según nuestro estudio nos permite colocar los aerogeneradores en la

parte superior de una elevación y así poder aprovechar la velocidad del viento tanto en el día como en la noche.

46 Imagen de casas de campo sin servicio eléctrico.




- 56 -

La distancia donde estarían ubicados los aerogeneradores eólicos con respecto a las casas es aproximadamente 100

metros de longitud con una separación de 10 metros entre los dos postes.

La distancia del cuarto donde estarán ubicados los diferentes equipos de la mini central eólica con respecto a los

aerogeneradores será de aproximadamente 25 metros aproximadamente.

El tipo de aerogenerador que se utilizará para el proyecto será de la marca Zonhan, el cual lo distribuye para el

Ecuador la empresa Proviento S.A en la ciudad de Quito, este equipo tiene unas excelentes características, además de su

bajo costo económico. (ANEXO A).

Fig.3. 11 Aerogenerador Zonhan 750W47

El aerogenerador Zonhan entre sus características podemos mencionar las siguientes, su eje de posición horizontal,

de cara al viento o barlovento, con sistema de orientación por medio de la veleta de cola.

El material con el que está constituido el aerogenerador es el siguiente, las aspas son de fibra de vidrio, material

resistente y a su vez liviano, la veleta está constituida de acero inoxidable, material que es resistente a la corrosión, el

cuerpo del aerogenerador está constituido de aluminio.

47 http://www.proviento.com.ec/




- 57 -

TABLA V

AEROGENERADOR ZONHAN

El proyecto consta de dos torres de tipo postes de hormigón de 11 metros de altura, Con la instalación de la torre

también se instalará un pararrayos el cual nos sirve para proteger al sistema de posibles descargas eléctricas, este

dispositivo va a estar instalado en la cima de la torre, la conducción de la descarga a tierra se la realizará mediante cable

de cobre de calibre 4 el mismo que va a estar conectado a una barra de cobre de 1,25m. El tipo de pararrayos es de la

marca Dipolo Parres, cuya ficha técnica la podemos revisar en el Anexo B.

La acometida principal que saldrá desde los aerogenerador será con cable Encauchetado calibre 3x8 (calibre

recomendado por el fabricante del aerogenerador) conductor de cobre flexible tipo THHN, se utilizará este tipo de cable

ya que una de sus características principales es la gran resistencia a la abrasión por parte de su cubierta, el cable se

llevará de forma subterránea por medio de tubería plástica tipo Politubo, hasta el cuarto donde estará ubicado el tablero

principal, otras características del conductor lo podemos encontrar en el Anexo C.

CARACTERISTICAS

POTENCIA NOMINAL 750W

POTENCIA MAXIMA 900 W

DIAMETRO DE ELICE 2,7 m

VELOCIDAD DE ARRANQUE 4,0 m/s

VELOCIDAD DE POTENCIA NOMINAL 9,0 m/s

VELOCIDAD POTENCIA MAXIMA 12.5 m/s

VOLTAJE DE SALIDA 12 o 24 VDC

PESO 65 KG




- 58 -

Fig.3. 12Cable Encauchetado 3x848

Para un adecuado almacenamiento y respaldo de energía se seleccionó la siguiente batería la cual será de ciclo

profundo de la marca Ultracell, esta batería tiene como capacidad 100 Ah, es decir que puede proveer 10A en 10 horas,

con un voltaje de carga de 12V, esto significa teóricamente que la cantidad de energía de la batería será de

12X10X10=1200Wh, más características podemos ver en el ANEXO D.

Fig.3. 13 Batería de Ciclo Profundo.49

48 http://www.centelsa.com.co/archivos/57e1fbb9.pdf

49 http://www.proviento.com.ec/




- 59 -

El tipo de inversor que se utilizará será de la marca Exmork, la siguiente tabla resume las características eléctricas

del inversor, existen varias características técnicas las cuales las podemos ver en el ANEXO E TABLA VI

INVERSOR EXMORK PRINCIPALES CARACTERISTICAS

ESPECIFICACIONES ELECTRICAS

Potencia de Salida 2KVA

Factor de Potencia 0,9

Frecuencia de Salida 60HZ ± 5%

Eficiencia Optima 85%

Voltaje de Salida del Inversor 120VAC ± 0.5%

Entrada de Tensión Directa 24VDC O 48 VDC

Entrada de Tensión Externa 120 VAC ± 10%

La siguiente imagen es una forma gráfica de cómo quedaría las instalación de cada aerogenerador, en la imagen se

puede apreciar el aerogenerador, el controlador, el disipador, banco de baterías y el inversor.

Fig.3. 14 Diagrama de Instalación.50

50 http://www.proviento.com.ec/Aerogeneradores%20ZONHAN.pdf




- 60 -

Con este proyecto trataremos de ayudar a familias que al tratar de tener electricidad cubren esta deficiencia mediante

pequeños generadores eléctricos que en el proceso de funcionamiento generan gran cantidad de ruido, y por el uso de

combustible estos artefactos emite monóxido de carbono al ambiente, causando contaminación, al inhalar estos gases se

pueden tener complicaciones en la salud, estos gases se elevan a la atmosfera uniéndose a la gran cantidad de

contaminación que existe actualmente en el mundo.

Fig.3. 15 Estudio del lugar de Implantación51

En la figura anterior podemos observar la posición de las casas y el relieve del terreno, el cual nos serviría de manera

óptima para implantar nuestra mini central eólica, es importar realizar un estudio minucioso de la forma del terreno,

saber a qué tipo de actividad está expuesto, ya que de esto también depende nuestra factibilidad.

51 Estudio del lugar de implantación (El Autor).




- 61 -

El diseño de instalación de nuestra mini central eólica podemos observar en la siguiente imagen, donde se visualizan

los dos postes de hormigón con dos aerogeneradores sobre una elevación, además podemos observar la casa de control,

lugar donde se alojarán los diferentes dispositivos que hacen posible que la energía cinética del viento que es

transformada en energía eléctrica por medio de los aerogeneradores, sea procesada y acoplada para que esta se óptima

para el consumo en las casas.

Fig.3. 16 Diseño de Instalación de Aerogeneradores52

52 Diseño de Instalación de aerogeneradores en casas de campo sin servicio eléctrico (El Autor).




- 62 -

CAPITULO IV

4. COSTOS Y PERSPECTIVAS DE LA GENERACIÓN EÓLICA

Para determinar el costo de la generación de la energía eólica tenemos que tener en cuenta la inversión que se va a

realizar, escoger la mejor opción de los diferentes componentes que existen en el mercado, tratar de que estos

componentes sean preferiblemente de fabricación nacional, ya que estos nos generaría disminución de gastos por

importación.

4.1 ANALISÍS SOBRE LA INVERSIÓN

A continuación detallamos el valor de los diferentes equipos que componen el proyecto de la mini central eólica para

casas de campo.

TABLA VII

COSTO ECONÓMICO

ÍTEMS DESCRIPCIÓN VALOR

UNITARIO CANTIDAD

VALOR

TOTAL PROVEEDOR

1 Aerogenerador ZH750W 1100.00 2 2200.00 Proviento S.A

2 Inversor Exmork 2KVA 720 2 1440.00 Proviento S.A

3 Baterías de ciclo

profundo 100ah 290 4 1160.00 Proviento S.A

4 Poste 11 mts 200.00 2 400.00 Mercado Local

5 Pararrayos 380.00 2 760.00 Electro

Instalación.

6 Mts. Cable Encauchetado

3x8 4.50 80mts 360.00

Electro

Instalación.

7 Mts. Cable de cobre # 4 2.36 22 51.92 Electro

Instalación.

8 Varilla de cobre 1,25 mts. 4.00 2 8.00 Electro

Instalación.




- 63 -

9 Politubo 3/4” 0.50 35mts 17.50 Electro

Instalación.

10 Obra Civil 500 500 Mano de obra

Local

11 Varios 200 200 Mano de obra

Local

TOTAL COSTO DEL PROYECTO 7097.42

4.2 COSTO DE LA ENERGÍA

En el lugar donde se van a ubicar los aerogeneradores, no es un espacio donde se cultive algún tipo de producto, por

lo tanto no se generaría gastos de territorio no producido, el montaje de los postes de 11 metros se lo realizará con una

altura de empotramiento de 1.60mts

El costo total del proyecto será de 7097.42 USD, teniendo en cuenta el tipo de material a utilizar y la calidad de los

equipos a instalar se tiene previsto una duración de funcionamiento de la mini central eólica de 20 años

aproximadamente. El costo por mantenimiento será de 50 USD por año, teniendo en cuenta que este valor puede variar

conforme pasa el tiempo, el cambio de elementos en el trascurso del tiempo por su deterioro o por haber cumplido su

vida útil como por ejemplo baterías, nos daría como resumen la siguiente tabla, con proyección a los siguientes 20 años.

TABLA VIII

COSTO A FUTURO

COSTO TOTAL DEL

PROYECTO 7097.42 7097.42

COSTO

MANTENIMIENTO 50X(20 años) 1000

COSTO CAMBIO DE

BATERIAS 1160X(3 cambios) 3480

VARIOS 500 500

TOTAL 12077.42

Con este valor de 12077.42USD, y ahora teniendo en cuenta el gasto que realizan estas familias en adquirir los

pequeños generadores eléctricos, la compra continua de combustible para su funcionamiento, el beneficio para el




- 64 -

desarrollo de sus actividades, el costo de KWh en caso de que la energía sea suministrada por la empresa eléctrica,

sumado todo esto vemos que el valor de la inversión sería recuperado en aproximadamente 10 años.

El consejo Nacional de Electricidad CONELEC el 12 de enero del 2012 aprobó la reforma a la resolución 004/11 de

“Tratamiento para la energía producida con Recursos Energéticos Renovables No Convencionales”. En la cual se

resuelve los siguientes incluir los definiciones de “Central Solar Termoeléctrica” y “Central de Corrientes Marinas”

además se fijaron nuevos precios en el kWh el cual se detalla en la siguiente tabla. RESOLUCION – 017/12

(CONELEC, 2011)

TABLA IX

PRECIOS PREFERENTES ENERGÍAS RENOVABLES EN (USD/KWh)

CENTRALES

TERRITORIO

CONTINENTAL

TERRITORIO INSULAR DE

GALÁPAGOS

EÓLICAS 9.13 10.04

FOTOVOLTAICAS 40.03 44.03

SOLAR TERMOELÉCTRICA 31.02 34.12

CORRIENTES MARINAS 44.77 49.25

BIOMASA Y BIOGÁS< 5 MW 11.05 12.16

BIOMASA y BIOGÁS > 5 MW 9.60 10.56

GEOTÉRMICAS 13.21 14.53

4.3 TENDENCIA DE LA ENERGÍA

La energía eólica se está convirtiendo en una de las fuentes de energía renovables con más proyección e

implantación hacia el futuro, ya sea por conciencia ambiental o por necesidad de cubrir demandas de energía. Además

debemos mencionar el avance tecnológico el cual no se ha detenido, conforme pasa el tiempo vemos como se están

implementando diferentes tipos de aerogeneradores para así poder aprovechar el recurso eólico de acuerdo a como éste

se presenta, recordemos que las primeras aplicaciones de estos molinos de vientos eran para moliendas y bombeo de

agua.




- 65 -

Los primeros parques eólicos se los implanto en la tierra, pero conforme ha avanzado el estudio de la potencia del

viento y según estadísticas de su comportamiento, podemos acotar que el lugar donde las velocidades del recurso eólico

son mayores y constantes es en mar adentro, hoy en día ya se están creando muchos parques eólicos en estos lugares,

con nuevas tecnologías como por ejemplo podemos citar a las turbinas flotantes instaladas en Japón, los valores

económicas para implantar en el mar parque eólicos con este tipo de aerogeneradores son muy elevados con respecto a

la instalación de turbinas en tierra, pero la tendencia de la energía eólica hace pensar que a futuro estos costos

disminuyan.

Fig.4. 1 Evolución de los molinos de viento53

En el Ecuador se está fomentando la investigación en la línea de las energías renovables, según el INER (Instituto

Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables) al momento se ha planteado 11 proyectos de investigación,

dentro de los cuales podemos mencionar:

Estudio para edificaciones de bajo consumo energético en Yachay.

Evaluación de ciclo de vida de la electricidad.

Análisis del comportamiento de un parque eólico en condiciones extremas. Entre otros. (Fermosell,

2013)

El INER es un instituto que se crea con el fin de incentivar la investigación científica y tecnológica para el uso

eficiente de los recursos naturales y así contribuir con el plan del buen vivir. Dentro de los ejes fundamentales que

definieron la creación de este instituto podemos mencionar los siguientes:

Promover la generación y producción del conocimiento

Fomentar la investigación científica y tecnológica

Promover la innovación y formación científica

Promover la eficiencia energética entre otros. (INER)

53http://www.oni.escuelas.edu.ar/2004/SAN_JUAN/676/eolica_y_molinos/capitulo_3/cap_3_1.htm




- 66 -

La expectativa para el año 2015 sobre la generación de energías renovables en el Ecuador según el “MEER”

es la siguiente: (TECH4CDM, 2008)

TABLA X

EXPECTATIVAS MEER 2015

Islas Galápagos Cero combustibles fósiles

Energía Eólica 40 a 50 MW

Solar Térmica Solar Fotovoltaica (Gran Escala)

50.000 Sistemas Residenciales 2-3 MW

Geotérmico Desarrollo mínimo 2 proyectos

Biogás 3-4MW

Los países con mayor índice de generación e implantación de energía eléctrica son China y los Estado Unidos de Norte

América.

Fig.4. 2 Instalación Parque Eólico bahía de Bohai (China) 54

54 http://www.vistaalmar.es/ciencia-tecnologia/ingenieria-innovacion/1305-el-mayor-parque-eolico-offshore-del-

mundo-iniciado-por-china.html




- 67 -

La tendencia de la generación de energía eólica a nivel mundial es alentadora, día a día países en todo el mundo

realizan trabajos de implantación de grandes parques eólicos tanto en tierra como en el mar, además de la implantación

de pequeños aerogeneradores en edificaciones, el crecimiento de este tipo de generación se puede resumir en la

siguiente figura.

Fig.4. 3 Energía Eólica instalada en el mundo55

4.3.1 TIPOS DE AEROGENERADORES

Conforme pasan los tiempos y con ello el avance tecnológico, los estudios se han enfocado en tratar de aprovechar la

mayor potencia posible por parte de los aerogeneradores, para poder lograr esto y de acuerdo a como se presente el

recurso eólico existen diferentes tipos de aerogeneradores.

Los aerogeneradores se clasifican de acuerdo a tres parámetros:

Número de palas.

Posición en la que recibe el impacto del viento.

Por la posición de su eje.

Por el número de palas los aerogeneradores pueden ser de: una pala, dos palas, tres palas o multipalas. Como

consideraciones podemos decir que los aerogeneradores de una pala presentan un contrapeso y no son muy comunes ya

que por su constitución genera desequilibrio, permiten gran velocidad de rotación. Los aerogeneradores de dos palas

aumenta el peso y precio con respecto al anterior, además los aerogeneradores de una y dos palas tienen un mayor

55 http://www.terra.org/categorias/articulos/la-crisis-desacelera-la-energia-eolica-en-todo-el-mundo-menos-en-china




- 68 -

impacto sonoro y visual. Los aerogeneradores de tres palas son más eficientes ya que por su constitución no complican

el funcionamiento del sistema, además generan menos ruido, menos vibración en su estructura y son los más usados

para generar energía eléctrica. Los aerogeneradores multipalas

Fig.4. 4 Aerogeneradores por el número de palas56

Por la posición en la que recibe el impacto del viento los aerogeneradores pueden ser:

Barlovento o Sotavento, en el caso de los de tipo Barlovento, el viento incide primero en el rotor y luego en la torre,

son los aerogeneradores comúnmente utilizados y es necesario en ellos implementar dispositivos de orientación, en el

caso de Sotavento el viento incide primeramente por el lado de la góndola, no necesitan mecanismos de orientación ya

que el viento lo posiciona de forma idónea.

Fig.4. 5 Barlovento-Sotavento57

Los aerogeneradores de acuerdo a la posición de su eje pueden ser:

De eje vertical

De eje horizontal

En los aerogeneradores de eje vertical, su eje se encuentra situado de forma perpendicular a la dirección del viento, y

no necesitan de mecanismo de orientación.

56 http://www.ecovive.com/los-aerogeneradores-segun-el-numero-de-palas 57 http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/41/tema2/tema2-3.htm




- 69 -

Fig.4. 6 Aerogeneradores de eje vertical58

Los aerogeneradores de eje horizontal son los más utilizados en grandes parque eólicos e instalaciones aisladas,

pueden estar situados a Barlovento o Sotavento.

Fig.4. 7 Aerogeneradores de eje Horizontal59

58 http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2012/07/aerogenerador-de-eje-horizontal-o-vertical.html 59 http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2012/07/aerogenerador-de-eje-horizontal-o-vertical.html




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4.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA GENERACIÓN EÓLICA

4.4.1 VENTAJAS

La generación de energía eléctrica por medio de los aerogeneradores eólicos representa una de las formas más

interesante de generación de energía con respecto al crecimiento de la producción de energía eléctrica por medio de

recursos renovables, tiene varias ventajas dentro de las cuales podemos mencionar:

Su fuente de energía proviene del viento, recurso inagotable.

La generación de la energía eléctrica se la realiza directamente sin tener que utilizar fuentes no renovables.

Fácil y rápido desmontaje al momento de terminar la vida útil de la instalación.

Su desmontaje produce que se pueda nuevamente recuperar la zona.

La generación de la energía es limpia, por lo tanto no emite compuestos contaminantes que produzcan lluvia

ácida, o que contribuya al calentamiento global.

Se trata de una tecnología madura, implementada en varias partes del mundo con buenos resultados tanto en lo

ambiental como en lo económico.

4.4.2 DESVENTAJAS

Como desventajas de la generación de energía eólica podemos mencionar los siguientes enunciados.

No se puede almacenar la energía generada en grandes cantidades.

La generación puede variar con el tiempo dependiendo de la intermitencia del recurso eólico.

El nivel sonoro que emiten los aerogeneradores.

El efecto espantapájaros que se produce en las inmediaciones del parque eólico.

Muerte de aves por el impacto con las palas o con las líneas de alta tensión.




- 71 -

4.5 CONCLUSIONES Y RECONMENDACIONES

4.5.1 CONCLUSIONES

Es necesario implementar más fuentes de energía que utilicen recursos naturales renovables como pueden ser

hidroeléctricas, solares o centrales eólicas, la aplicación de estos métodos nos llevaría a tratar de reducir un poco la

contaminación ambiental a la que estamos expuestos hoy en día debido a los diferentes métodos que se utilizan para la

generación de energía eléctrica, Este método que consiste en aprovechar la velocidad del viento es una buena alternativa

para suplir las necesidades de pequeñas casas o comunidades donde el suministro de energía que provee la empresa

eléctrica respectiva no llega, para que el sistema sea eficiente se debe realizar el estudio necesario sobre el recurso

natural, dimensionar de manera adecuada el tipo de aerogenerador y los diferentes componentes del sistema que se

requieran. Dentro de las factibilidades de implementar este sistema podemos decir que sería un gran aporte si el estado

ayudara con financiamiento para la compra del sistema eólico, esto incentivaría a las poblaciones a utilizar este sistema,

ya que como vimos en el capítulo anterior la inversión se recuperará en un plazo aproximado de 10 años, pudiendo

variar este tiempo dependiendo del tipo de inversión. El beneficio que se logra en con este sistema es tanto económico

como ambiental.

Con la aplicación de este sistema se estaría aportando en la reducción del ruido que producen los generadores

eléctricos, se reducirían gastos económicos por la compra del combustible y además lo más importante se estaría

aportando con disminución de la contaminación ambiental ya que los generadores eléctricos emiten gases al ambiente.

El objetivo de este estudio es tratar de cumplir con lo que dicta la constitución, el sumak kawsay o buen vivir

2013-2017 el cual trata sobre los derechos para mejorar la calidad de vida, dentro de estos derechos podemos citar

varios tales como: vivir en un ambiente sano, derecho a un hábitat seguro y saludable, para esto el Ecuador tiene varios

proyectos de generación como son hidroeléctricos, eólicos o solares los cuales aportarían para que la generación de

energía eléctrica en nuestro país se la realice de manera que se pueda disminuir la contaminación ambiental. Si bien es

cierto hemos mencionado que con este proyecto no se contaminará al medio ambiente, el paisaje visualmente no se verá

afectado, se teme que si cause algo de malestar en las aves que habitan en la zona.




- 72 -

4.5.2 RECOMENDACIONES

Una recomendación importante es que si se va a realizar la implantación de este tipo de central de generación de

energía, se debe tener un estudio anual de la velocidad del viento en el sector, así mismo la instalación debe ser hecha

por personas que conozcan del tema.

Es importante también revisar los diferentes equipos que existen en el mercado, para poder así elegir el más idóneo,

que cumpla con las características necesarias para que su funcionamiento cumpla con las necesidades.

El gobierno debería implementar políticas de estado que incentiven la utilización de pequeños aerogeneradores, estas

políticas podrían ser:

Que la importación de los aerogeneradores se la realice con impuesto a bajo costo.

El costo del aerogenerador sea financiado un porcentaje por el estado y el otro porcentaje por el usuario, esto

que se lo haga en base al beneficio que recibirá el usuario.

Que los aerogeneradores sean fabricados en el Ecuador, esto ayudaría a crear fuentes de empleo y a su vez

disminuiría costo.

Se debería implementar en las universidades en especial en las carreras de ingeniería, materias sobre energía

renovables, que estas tengan mayor presencia en las mallas curriculares.




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ANEXOS




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ANEXO A: MANUAL DE AEROGENERADOR




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ANEXO B: FICHA TÉCNICA DE PARARRAYOS




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ANEXO C: FICHA TÉCNICA DE CABLE CONDUCTOR




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ANEXO D: DATOS TÉCNICO DE BATERÍA




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ANEXO E: INVERSOR MANUAL DE USUARIO




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análisis de generación de energía de un mini-parque...

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