Alternativa de generación

eólica para bombeo y

electrificación agrícola aislada

en San Pedro, Melipilla.

Trabajo final de pasantía “Gestión del montaje y

mantenimiento de parques eólicos”

Autor: Juan Aguilar Ortiz.

País Vasco, España. Septiembre de 2013

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INTRODUCCION

Objetivos generales

– La utilización de energía eólica para bombeo de uso

agrícola (Riego) y utilización de la electricidad además para

uso de iluminación y otros componentes o electrodomésticos.

– Complementándose como sistema de generación

renovable.

– APORTACION: Contribuir al desarrollo de la zona y mejorar, en

parte la calidad de vida de poblaciones aisladas.

– PERSPECTIVAS: Como sistema de generación independiente,

posee la versatilidad de instalarse en diferentes zonas que

cumplan ciertas características de generación.

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Energía Renovable

El Viento ha sido una de las fuentes de energía más

utilizada por el hombre a través de su historia,

aprovechándolo en diferentes aplicaciones con los

llamados molinos de viento, en labores como molienda

de grano, bombeo de agua y sistemas de fuerza motriz,

hasta llegar en la actualidad a la generación de

energía eléctrica desde sistemas individuales de algunos

watts de potencia, hasta sistemas de varios Megawatts

conectados a las redes nacionales de energía de cada

país.

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El Viento y configuraciones

– Hoy en día podemos utilizar la tecnología renovable para

bombeo de agua, de acuerdo a 3 configuraciones

comerciales:

– Eólica con bombeo directo (Molinos multipala, tipo Americano)

– Eólica, con acumulación, regulación y alimentación a una bomba.

– Solar, alimentando directo a la bomba.

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EMPLAZAMIENTO

El Emplazamiento

Zona rural al interior

de la comuna de

San Pedro,

Provincia de

Melipilla. Región

Metropolitana.

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Problemática Actual

– La comuna cuenta con una población de aproximadamente 8 mil habitantes, de la

cual un 80% es totalmente rural.

– Este 80% no tienen acceso a servicio de agua potable.

– La Municipalidad apoya a estos habitantes, mediante la entrega de agua como

medida de emergencia a través de camiones aljibe.

– Recibiendo cada familia, 2 mil litros de agua a la semana.

– Extractor de prensa nacional:

– www.eldinamo.cl; nota: “No hay agua en San Pedro de Melipilla”

– www.latercera.cl; nota: San Pedro de Melipilla, la comuna que sufre la extrema

sequía.

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Datos eólicos emplazamientos

– La zona seleccionada presenta los siguientes datos

eólicos y geográficos:

– Latitud 33.95 O

– Longitud 71.56 S

– Elevación: 315 msnm

– Densidad del aire: 1.19 Kg/m3

– Altura de medición: 95.1 m

– Velocidad de viento media a 95.1 m de altura: 6.1 m/s

– Velocidad del viento a 15 m de altura: 4.88 m/s

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Durante todo el día, el viento supera

los 3.8 m/s, identificándose un

descenso en la velocidad entre las

10.00 am (aprox.) y las 12.00 pm,

donde nuevamente comienza a

elevarse la velocidad de viento por

sobre los 4,4 m/s.

Datos eólicos emplazamientos

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Ciclo diario de viento Rosa de los vientos

- 32% de los vientos medios a 16

metros de altura anuales,

dirección Sur a Norte, superando

los 8 m/s de velocidad.

- Las restantes velocidades y

direcciones se distribuyen

alrededor de la rosa de los

vientos, copando direcciones,

pero no superan los 2 m/s de

velocidad.

- Siendo predominante Sur a Norte

en todas las estaciones.

Datos eólicos generación

Velocidad a 15 metros

– Velocidad del viento: 6,1 m/s

– Altura de medición: 95,1 m

– Ho: 15 metros de altura

– Vo: 4,88 m/s

Potencia aprovechada del viento con: Aerogenerador Bornay 1500

– Para Bornay 1500, rotor “d”: 2,86 m

– Pa: 459,374 w

– V: 4,88 m/s

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𝑉15 = 𝑉𝑜 ∗ (ℎ15ℎ𝑜

)𝑛

• V15: Velocidad del viento a 15 m de

altura.

• H15: Altura de evaluación.

• Vo: Velocidad de 6,1 m/s a altura Ho.

• Ho: Altura de evaluación de 95,1 m.

• n: Factor de rugosidad, en este caso

0,12.

𝑃𝑎 =1

2∗ 𝜌 ∗ 𝑉3 ∗

𝜋 ∗ 𝑑2

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ρ: Densidad del aire en Kg/m3

V: Velocidad media del viento en m/s

D: Diámetro de rotor del

aerogenerador

Datos eólicos generación

De la relación entre curva de generación y ciclo diario,

obtenemos valores, de generación eléctrica en todo

momento, promediando una entrega de 296 w/h.

Alcanzamos un máximo de generación de 350 w/h a las

18 hrs.

El aerogenerador, debido a que el ciclo diario de viento

esta par sobre 3,5 m/s de velocidad, nos entregara

energía durante todo el día, siendo la mínima entrega a

las 10.00 am con 260 w/h.

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Hora Velocidad

[m/s] Energía

[w/h]

0.00 4.43 305

1.00 4.45 310

2.00 4.4 309

3.00 4.3 300

4.00 4.32 301

5.00 4.27 290

6.00 4.23 289

7.00 4.18 288

8.00 4.1 288

9.00 3.95 280

10.00 3.84 260

11.00 3.86 265

12.00 3.84 267

13.00 3.93 280

14.00 4.09 285

15.00 4.27 290

16.00 4.46 311

17.00 4.53 310

18.00 4.61 350

19.00 4.48 313

20.00 4.41 309

21.00 4.39 302

22.00 4.44 309

23.00 4.4 309

Total wh/día 7120

Promedio w/h 296,667

Cargas del sistema

La instalación consta de las siguientes cargas:

1.- Bombeo: Bomba Shurflo 9300 + Controlador LCB-GO

– Potencia 65W

– Intensidad: 1,7A

– Tensión: 24Vcc

2.- Iluminación

– Ampolletas bajo consumo

– Consumo: 20W, conector E-27

3.- Tv: Potencia: 180W

4.- Refrigerador: Consumo: 481 Wh/día.

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Cuadro de cargas y Potencia Instantánea

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Componente Potencia [W] Uso diario [h/d]Energía necesaria

[wh/d]

Bomba shurflo 9300 65 7 455

Iluminación 10 centros de 20W c/u 200 6 1200

TV 180 9 1620

Refrigerador -- -- 481

TOTAL ENERGIA NECESARIA 3756

Equipo Potencia [W]

Bomba shurflo 9300 65

Iluminación 200

TV 180

Refrigerador 220

TOTAL 665

Fórmulas de selección

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- Fórmula para selección de acumulador

- Cálculo sección de conductores

- Imax Aerogenerador: 62,5A

- Imax Bomba: 1,696A

- Imax TV: 0,818A

- Imax Refrigerador: 1A

- Imax Iluminación: 0,909A

- Imax cargas (Tv + Refrigerador + iluminación): 2,727A

𝑆 =2 ∗ 𝐿 ∗ 𝐼𝑚𝑎𝑥

𝐶 ∗ 𝑒

𝐶𝑎𝑝 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 100%

𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎=

16100

24= 670,71 𝐴ℎ

𝐶𝑎𝑝 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 = 𝐸𝑛 ∗ 𝑁° 𝑑𝑖𝑎𝑠

𝑃𝑑 ∗ 𝑉𝑖 ∗ 𝐾𝑡=

3756 ∗ 3

0,7 ∗ 24 ∗ 0,937= 715,8 𝐴ℎ

ConductorCantidad en

metros

50 mm² / 167A 25

1,5 mm² / 19A 7

2,5 mm² / 25A 50

10 mm² / 61A 2,7

Elección componentes

Aerogenerador Bornay 1500

– Potencia 1500W @ 12 m/s

– Bipala, diámetro rotor: 2,86 m

Acumulador: Modelo 7 OPzS 490 800 Ah 2V C100, se necesitan 12 elementos de

que entregarán 24Vcc/800Ah, conectadas en serie.

Inversor cargador: Marca Studer, modelo Xtender XTM 2400 – 24.

Potencia de trabajo 24Vcc

Potencia continua a 25°: 2000VA

Potencia 30 min a 25°: 2400VA

Potencia 5 seg a 25°: 6 KVA

Forma de onda: senoidal pura.

Bomba Shurflo 9300 + controlador: Tipo sumergible, altura seleccionada 12m,

caudal: 432 l/h, Tensión 24Vcc, Corriente: 1,7A, Potencia 65W.

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COSTOS

Costo componentes instalación

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Componentes Instalación Cant. Unitario Total

Aero Bornay 1500 + Regulador + dumpload 1 $3.584.165 $3.584.165

Borne de conexión simple Gris 4 $1.050 $4.200

Fusible Cuchilla 63A NH gL - gG 3 $13.804 $41.412

Automático 1 x 63A Curva C 10KA 2 $6.783 $13.566

Inversor Xtender XTM 2400-24 1 $1.446.277 $1.446.277

Diferencial 2x63A 30MA Serie RW 3 $28.860 $86.580

Acumulador 7 OPzS 490 800 Ah 2V C100 - vaso 2V 12 $210.649 $2.527.788

Bomba shurflo 9300 1 $559.000 $559.000

Controlador LCB-GO 1 $110.000 $110.000

Total $5.960.588 $8.372.988

Costo componentes instalación

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Conductores Cantidad metro Valor metro [$] Total [$]

50mm2/167A 25 $8.964 $224.100

1,5mm2/19A 7 $752,84 $5.270

2,5mm2/25A 50 $850,85 $42.543

10mm2/61A 2,7 $3.759 $10.149

Total $14.326 $271.912

Obra Cant. Unitario Total

Base cimentación Aerogenerador 1 $ 158.000 $ 158.000

Torre Estanque 1 $ 80.000 $ 80.000

Estanque y cañerías - $ 412.000 $ 412.000

Varios (Mano de obra, camión pluma montaje torre,

arriendo herramientas)- - $ 244.000

Torre P750 cuatripata autosoportada – 12m 1 $ 454.000 $ 454.000

Total $ 812.000 $ 1.348.000

Costo global instalación

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Costo global Totales

Costo componentes $8.372.988

Costo conductores $271.912

Costo obra $1.348.000

Total instalación $9.992.900

Todos los valores incluyen IVA

EVALUACION: COSTOS,VENTAJAS/DESVENTAJAS Y

ECOLOGICO/AMBIENTALES.

Evaluación Costos

Costo instalación Aerogenerador elevada, pero libre de mantención.

Costo de instalación de Panel fotovoltaico menor que el aerogenerador y entrega

similar capacidad.

Costo de instalación del grupo electrógeno, mas barata, pero con costos de operación

elevados durante los siguientes años de vida útil.

Retorno del gasto de instalación respecto el gasto de O&M del grupo electrógeno: Para

el aerogenerador 5 años y para paneles fotovoltaicos 2 años.

Costo inicial de instalación de Aerogenerador: $9.992.900 / O&M: $0

Costo inicial de instalación de Fotovoltaica: $4.752.196 / O&M: $0

Costo inicial de instalación Grupo Electrógeno: $5.638.735 / O&M: $2.012.160

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Ventajas y Desventajas

Aerogenerador, ventajas: No requiere mayores mantenciones, sustentable.

Desventaja: Generación eólica algo irregular, leve ruido en funcionamiento.

Panel fotovoltaico, ventajas: Electricidad continua y estable según

condiciones de radiación, sustentable. Desventajas: Uso de gran superficie

en algunos casos para obtener una cantidad determinada de energía.

Grupo electrógeno, ventajas: Asegura electricidad mas constante que las

tecnologías renovables. Desventaja: Contaminante, dependiente de

combustible fósil, elevado coste de operación, emisión de ruido.

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Evaluación Ecológica/Ambientales

• Aerogenerador, Visual: El aerogenerador se puede distinguira distancia y sobresaltar, puede afectar al entorno, y lasaves. Ruido: Emite un ruido de tipo aerodinámico,perceptible con velocidades elevadas de viento,alcanzando los 20 a 50 dB. Emisión de CO2: No existenemisiones de CO2.

• Panel fotovoltaico, Visual: Elevado si su estructura está anivel de suelo, dependiendo del tipo de instalación, si seencuentra sobre tejados su impacto visual es menor. Ruido:No generan ruido. Emisión de CO2: No hay emisiones deeste tipo de gas.

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Evaluación Ecológica

• Grupo electrógeno, Visual: No genera mayor impacto

visual, además como se instala en bodega, no es visto más

que por el dueño. Ruido: Puede llegar a producir hasta 30

dB sin caja de insonorización, con este complemento, se

reduce considerablemente. Emisión de CO2: La emisión de

este gas se hace en relación a la cantidad de horas que

funciona, emitiendo la siguiente cantidad de gases: Equipo

de hasta 600 HP: 13,92 Kg/h de CO2, 0,064 Kg/h de NOx,

4,594 Kg/h de MP10 y 4,286 Kg/h de SOx.

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Conclusiones y recomendaciones

• Se puede generar una instalación mixta: Eólica – Fotovoltaica, que

permita suplir en ciertos casos la falta de viento en el lugar.

• Genera la independencia eléctrica y se puede cubrir una gran

necesidad de potencia, especial para pequeños o medianos

agricultores de la zona.

• Resulta mas favorable en cuanto a calidad de vida utilizar fuentes de

energía renovable, que permita aprovechar al máximo los

potenciales de la naturaleza, evitando depender de combustibles

fósiles.

• La evaluación económica a largo plazo demuestra lo favorables que

son las energías renovables.

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Conclusiones y recomendaciones

• Debemos evitar la dependencia de combustibles fósiles, debido a la alta

independencia que nos generan.

• La elección de componentes se realiza de acuerdo a como se configura la

instalación, la vivienda es aislada, por lo que se precisa de elementos libres

o de baja mantenibilidad y de alta confiabilidad para su trabajo.

• Resulta rentable a largo plazo instalar “Renovables”, debido a que no

dependemos de una materia prima, de la cual debamos pagar para

obtenerla.

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MUCHAS GRACIAS...30