Energía eólica 1
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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO UNIDAD DE NIVELACIÓN CICLO DE NIVELACIÓN: SEPTIEMBRE 2013 / FEBRERO 2014 PROYECTO INTEGRADOR DE SABERES “GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DE UNA TORRE EÓLICA” AUTORES: Sofía Yerbabuena Darwin Huaraca Henry Sandoval Ricky Tierra Wilson Zúñiga TUTOR: María Isabel Uvidia Riobamba – Ecuador
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Transcript of Energía eólica 1
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
UNIDAD DE NIVELACIÓN
CICLO DE NIVELACIÓN: SEPTIEMBRE 2013 / FEBRERO 2014
PROYECTO INTEGRADOR DE SABERES
“GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DE UNA TORRE
EÓLICA”
AUTORES:
Sofía Yerbabuena
Darwin Huaraca
Henry Sandoval
Ricky Tierra
Wilson Zúñiga
TUTOR: María Isabel Uvidia
Riobamba – Ecuador
2
AGRADECIMIENTO
En esta hermosa oportunidad
tenemos a bien agradecer desde
lo más profundo de nuestros
corazones primero a Dios que nos
ha dotado de vida, salud y
sabiduría.
A nuestros padres por su
esfuerzo, dedicación y apoyo
económico y moral.
Agradecemos a la ESCUELA
SUPERIOR POLITÉCNICA DE
CHIMBORAZO por la formación
académica que nos brindan que
es de gran utilidad para podernos
desempeñar de la mejor manera
en la realización del presente
proyecto. A la Ing. María Isabel
Uvidia por su valiosa colaboración
y asesoramiento en la dirección
del presente trabajo.
3
DEDICATORIA
Este trabajo va dedicado con
mucho cariño para nuestra querida
institución; ESCUELA SUPERIOR
POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
donde nos preparan
conjuntamente con un selecto
equipo de maestros que nos guían
al camino del éxito, fortaleciendo
de esta manera nuestros
conocimientos que hoy en día
serán parte fundamental de
nuestra vida estudiantil.
4
INTRODUCCIÓN
La creciente escases de recursos energéticos de vital importancia para los seres
humanos, junto con la excesiva contaminación ambiental ha producido que los
distintos gobiernos inicien el aprovechamiento de nuevas fuentes de
transformación de energía eléctrica, tratando así de remediar estos daños que a
través de la quema de combustibles fósiles han sido emanados, de hecho durante
los últimos meses de 2009 y primeros de 2010 el país ha sufrido cortes eléctricos
ya que fue una crisis, de forma que los caudales afluentes a las centrales
hidroeléctricas registraron unos valores críticos donde existía poca cantidad de
agua, observando este problema se debe aprovechar el viento para generar
energía eléctrica sabiendo que este es un recurso inagotable y que no causa
ningún daño contaminante. En las distintas provincias del país de contadas
centrales eléctricas se obtiene energía eléctrica a partir del agua, pero en esta se
van deteriorando y no producen lo requerido actualmente por el motivo que la
población va creciendo, analizando el don de que en la ciudad de Riobamba pasa
la cordillera de los andes y es una fuente de grandes corrientes de viento, capaces
de mover grandes molinos eólicos para generar electricidad y auto defendernos
eléctricamente.
Tomando en cuenta que la población riobambeña sigue creciendo y que las
necesidades de uso energético crecen de igual manera, la propuesta es crear un
proyecto de obtención de energía eléctrica aprovechando el viento mediante la
construcción de una maqueta a escala de un mini generador eólico tanto como la
obtención de las distintas fases eléctricas, este proyecto consiste en la
construcción de un molino eólico, una ciudad en miniatura con luces internas y los
trasformadores e intentar proyectarlo como solución de auto abastecimiento y que
cada ciudad del país intente implementarlo, ayudando así a disminuir la
contaminación en el planeta y desarrollar un buen vivir.
5
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO I ....................................................................................................................................... 7
1 EL PROBLEMA ............................................................................................................................. 7
1.1 TEMA ........................................................................................................................................... 7
1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 7
1.2.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................... 7
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................ 7
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................... 7
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................................ 8
1.5 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ....................................................................................... 8
1.6 HIPÓTESIS ................................................................................................................................. 9
CAPÍTULO II ................................................................................................................................... 10
2. MARCO REFERENCIAL .......................................................................................................... 10
2.1 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 10
2.1.1ENERGÍA EÓLICA ................................................................................................................ 10
2.1.2 ORÍGENES E HISTORIA .................................................................................................... 10
2.1.3 EL FUTURO DE LA ENERGÍA EÓLICA ........................................................................... 11
2.1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA EÓLICA ........................................... 12
2.1.5 UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA......................................................................... 13
2.1.6 COSTE DE LA ENERGÍA EÓLICA .................................................................................... 13
2.1.7 INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA EÓLICA .............................................................. 14
2.1.8 ESQUEMA DE UNA TURBINA EÓLICA .......................................................................... 18
2.1.9 CONTROL DE POTENCIA ................................................................................................. 19
2.1.10 ¿CÓMO SE OBTIENE Y SE APROVECHA? ................................................................ 20
2.1.11 LAS MÁQUINAS EÓLICAS .............................................................................................. 20
2.2 MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................................... 23
2.3 MARCO JURÍDICO ................................................................................................................. 30
CAPÍTULO III .................................................................................................................................. 32
3. MARCO METODOLÓGICO ..................................................................................................... 32
6
3.1 ENFOQUE METOLÓGICO .................................................................................................... 32
3.1.1 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS A EMPLEAR ................................................................ 33
3.1.2 PLAN DE ACCIÓN ............................................................................................................... 36
3.1.3 MATRIZ DEL PLAN DE TRABAJO ................................................................................... 41
3.1.4 TIEMPO ESTIMADO DEL PROYECTO ........................................................................... 44
3.2 TÉCNICA DE RECOLECCIÓN DE DATOS ........................................................................ 47
3.3 TÉCNICA DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS............................................ 49
CAPÍTULO IV .................................................................................................................................. 54
4 PROPUESTA DEL PROYECTO .............................................................................................. 54
4.1 ESTUDIO DIAGNÓSTICO ..................................................................................................... 54
4.2 FACTIBILIDAD ......................................................................................................................... 54
4.3 DISEÑO DE LA PROPUESTA .............................................................................................. 55
4.3.1 MATERIALES ....................................................................................................................... 57
4.4 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA PROPUESTA ............................................................... 57
4.4.1 PROCEDIMIENTO ............................................................................................................... 57
4.4.2 CÁLCULOS ........................................................................................................................... 58
CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 58
RECOMENDACIONES.................................................................................................................. 59
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 59
ANEXOS .......................................................................................................................................... 61
7
CAPÍTULO I
1 EL PROBLEMA
1.1 TEMA
“Generación de energía eléctrica a través de una torre eólica”
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Generar energía eléctrica a través de una torre eólica.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diseñar el sistema de aerogeneración para obtener energía eléctrica.
Ejecutar las pruebas de funcionamiento.
Mejorar la calidad de vida de los pobladores.
Promover el uso de energía renovable en la generación de electricidad en las
zonas rurales de Riobamba.
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El Ecuador en el año 2009 y 2010 ha sufrido cortes eléctricos y restricciones en
diferentes zonas del país. Esta crisis eléctrica es debida fundamentalmente a que
el país se encontrando sufriendo uno de los niveles bajos más duros en décadas,
de forma que los caudales afluentes a las centrales hidroeléctricas registran unos
valores críticos, afectando severamente a la producción eléctrica de las centrales,
después de observar este problema se decidió buscar nuevas alternativas como la
energía eólica ya que es un recurso inagotable y lo principal no contamina al
medio ambiente, logrando así que cada ciudad de nuestro país sea independiente
eléctricamente, especialmente en la ciudad de Riobamba por poseer una gran
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parte de la Cordillera de los Andes, ya que en estos lugares existe una gran fuerza
de viento, por el motivo del cual se construiría un generador de electricidad eólico
aprovechando así el viento siendo capaz de generar abundante electricidad para
abastecer así a la población riobambeña.
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo generar energía eléctrica a través de energía eólica, para mejorar la
calidad de vida de los riobambeños sin destruir el medio ambiente?
1.5 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
Por medio de este trabajo se busca conceptualizar el tema, darlo a conocer más a
fondo y proporcionar nuevas posibilidades de generar energía que ayuden a
disminuir la contaminación ambiental aprovechando los recursos naturales, en
especial el viento, esta energía extraída del viento la llamamos energía eólica que
está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de
áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con
velocidades proporcionales al gradiente de presión. Los vientos son generados a
causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la
radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en
viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los mares y los lagos se
mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre las masas
continentales. Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo
tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto
más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares,
océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por
el aire caliente. La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas
eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía
mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas
operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el
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sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas
de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador. La baja
densidad energética, de la energía eólica por unidad de superficie, trae como
consecuencia la necesidad de proceder a la instalación de un número mayor de
máquinas para el aprovechamiento de los recursos disponibles. El ejemplo más
típico de una instalación eólica está representado por los "parques eólicos" (varios
aerogeneradores implantados en el territorio conectados a una única línea que los
conecta a la red eléctrica local o nacional).
En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la
energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el
rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica.
Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones
denominadas parques eólicos. Esperamos sea de todo su agrado.
1.6 HIPÓTESIS
La generación de corriente eléctrica a través de la energía eólica de acuerdo con
las normas técnicas de calidad, seguridad y gestión ambiental vigentes, permitirá
mejorar la calidad de vida de la población riobambeña.
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CAPÍTULO II
2. MARCO REFERENCIAL
2.1 MARCO TEÓRICO
2.1.1ENERGÍA EÓLICA
La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de
aire es decir del viento.
En la tierra el movimiento de las masas de aire se deben principalmente a la
diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta, moviéndose de alta
a baja presión, este tipo de viento se llama viento geoestrofico.
Para la generación de energía eléctrica a partir de la energía del viento a nosotros
nos interesa mucho más el origen de los vientos en zonas más específicas del
planeta, estos vientos son los llamados vientos locales, entre estos están las
brisas marinas que son debida a la diferencia de temperatura entre el mar y la
tierra , también están los llamados vientos de montaña que se producen por el
calentamiento de las montañas y esto afecta en la densidad del aire y hace que el
viento suba por la ladera de la montaña o baje por esta dependiendo si es de
noche o de día.
2.1.2 ORÍGENES E HISTORIA
El viento es una masa de aire en movimiento; esta masa de aire posee energía
mecánica que es proporcional a su velocidad y puede ser aprovechada en muchas
aplicaciones y es lo que denominamos energía eólica. Sus primeras aplicaciones
fueron las velas de los barcos, de las que se tiene noticias en el año 5.000 a.C. en
Egipto y Mesopotamia. Los molinos de viento son otra aplicación clásica, datan de
unos 2.000 años y se empleaban para producir sonidos; posteriormente se usan
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para moler grano, los primeros que se fabricaron tenían el eje vertical. Otro
dispositivo que funciona gracias a la energía eólica son las aérobombas para
elevar la presión del agua usando energía del viento.
2.1.3 EL FUTURO DE LA ENERGÍA EÓLICA
Las cifras expuestas antes prevén un futuro prometedor para la eólica,
principalmente porque el consumo ha sido creciente y se mantendrá así durante
los próximos años. La energía eólica es una fuente poco contaminante y agresiva
con el medio ambiente, el crecimiento anual ronda el 30%, la potencia media de
los aerogeneradores es cada vez mayor y disminuye el precio de cada MW
instalado.
En España el gobierno ha elevado las cifras de la potencia de todas las fuentes de
cara al año 2011 y afirma que en ese año serán 13.000 MW y el origen del 9% de
la energía eléctrica consumida. Más allá de ese año la Asociación Europea de la
Energía Eólica le calcula una potencia instalada en el año 2020 y que generarán el
20% de la electricidad necesaria. Este mismo informe afirma que el tamaño medio
de los aerogeneradores es de 1 MW, en 2007 será 1.3 MW y en 2012 serán 1.5
MW.
En el desarrollo de la eólica influirá decisivamente una modalidad no referida hasta
ahora, la eólica marina. En este momento las ubicaciones con más viento en
España están ya ocupadas o autorizados otros nuevos mientras que el mar es una
alternativa que puede dar muchas opciones en los próximos años ya que el
potencial eólico marino en la Península Ibérica es de unos 25.000 MW (Informe de
Emilio Menéndez para Greenpeace). Su principal ventaja es que en el mar la
velocidad del viento es mayor por existir apantallamiento por la tierra; el precio de
una instalación eólica en el mar y del mantenimiento son superiores que en tierra
pero los parques offshore tienen una vida útil más larga y la producción de
electricidad es un 20% mayor que en tierra, así la rentabilidad en el mar es
superior que en tierra. En España no hay ningún parque eólico marino en
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funcionamiento pero si hay varios funcionando en otros países del Norte de
Europa como Dinamarca, Suecia o Gran Bretaña.
2.1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA EÓLICA
Ventajas:
Medioambientales: El viento es un recurso inagotable, es decir es una energía
renovable. Es una energía limpia, no contaminante y Cada MW eólico instalado en
Catalunya evita cada año la emisión en la atmósfera de 2.900 toneladas de
dióxido de carbono. Los parques eólicos son fáciles de desmontar y de reutilizar el
terreno. Contribuye a frenar el cambio climático.
Ventajas económicas: Impulsa la educación y la formación de los jóvenes de la
zona, es compatible con otras actividades como la selvicultura, ganadería, etc.…
Crea 5 veces más puestos de trabajo que las energías convencionales e
incrementa la capacidad de crear trabajos indirectos. Incrementa el PIB por
transferencia de rentas.
Otros puntos positivos: Produce independencia de otras energías, porque es una
energía autóctona, es decir, no hace falta importarla. Todos los consumos que
produce los compensa con las ganancias de su energía producida. Permite el
ahorro de la compra de combustible. España es la líder en todo el mundo de la
energía eólica y está instalada en otros países como China. En un año 10 molinos
generan energía para abastecer 19.000 hogares. Un molino de viento evita la
emisión de 6.375 toneladas anuales de CO2.
Desventajas:
Medioambientales: la densidad energética del viento es muy baja, la generación
de cantidades significativas de electricidad por métodos eólicos requiere el uso de
grandes extensiones de tierra.
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Otras desventajas: Al ser el aire fluido implica producir molinos de gran
envergadura, eso conlleva la necesidad de mayor terreno para la construcción y
un mayor coste de construcción. Produce un impacto visual inevitable, ya que los
molinos tienen que ser de una gran envergadura.
2.1.5 UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA
La industria de la energía eólica en tiempos modernos comenzó en 1979 con la
producción en serie de turbinas de viento por los fabricantes Kuriant, Vestas,
Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeñas para los estándares actuales,
con capacidades de 20 a 30 kW cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas
ha crecido enormemente, y la producción se ha expandido a muchos sitios.
2.1.6 COSTE DE LA ENERGÍA EÓLICA
El coste de la unidad de energía producida en instalaciones eólicas se deduce de
un cálculo bastante complejo. Para su evaluación se deben tener en cuenta
diversos factores, entre los cuales cabe destacar:
El coste inicial o inversión inicial, el costo del aerogenerador incide en
aproximadamente el 60 a 70%. El costo medio de una central eólica es, hoy, de
unos 1.200 Euros por kW de potencia instalada y variable según la tecnología y la
marca que se vayan a instalar ("direct drive", "síncronas", "asíncronas",
"generadores de imanes permanentes")
Debe considerarse la vida útil de la instalación (aproximadamente 20 años) y la
amortización de este costo;
Los costos financieros;
Los costos de operación y mantenimiento (variables entre el 1 y el 3% de la
inversión);
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La energía global producida en un período de un año, es decir el denominado
factor de planta de la instalación. Esta se define en función de las características
del aerogenerador y de las características del viento en el
lugar donde se ha emplazado. Este cálculo es bastante
sencillo puesto que se usan las "curvas de potencia"
certificadas por cada fabricante y que suelen garantizarse
a entre 95-98% según cada fabricante. Para algunas de
las máquinas que llevan ya funcionando más de 20 años se ha llegado a respetar
99% de las curvas de potencia.
En agosto de 2011 licitaciones en Brasil y Uruguay para compra a 20 años
presentaron costos inferiores a los U$S65 el MWh.
2.1.7 INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA EÓLICA
Aspectos técnicos:
Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energía eólica no
puede ser utilizada como única fuente de energía eléctrica.
Por lo tanto, para salvar los "valles" en la producción de energía eólica es
indispensable un respaldo de las energías convencionales (centrales de carbón o
de ciclo combinado, por ejemplo, y más recientemente de carbón limpio o
hidroeléctricas que cuenten con embalse de regulación). Sin embargo, cuando
respaldan la eólica, las centrales de carbón no pueden funcionar a su rendimiento
óptimo, que se sitúa cerca del 90% de su potencia. Tienen que quedarse muy por
debajo de este porcentaje, para poder subir sustancialmente su producción en el
momento en que afloje el viento. Por tanto, en el modo "respaldo", las centrales
térmicas consumen más combustible por kWh producido. También, al subir y bajar
su producción cada vez que cambia la velocidad del viento, se desgasta más la
maquinaría. Este problema del respaldo en España se va a tratar de solucionar
mediante una interconexión con Francia que permita emplear el sistema europeo
como colchón de la variabilidad eólica.
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Además, la variabilidad en la producción de energía eólica tiene 2 importantes
consecuencias:
Para evacuar la electricidad producida por cada parque eólico (que suelen estar
situados además en parajes naturales apartados) es necesario construir unas
líneas de alta tensión que sean capaces de conducir el máximo de electricidad que
sea capaz de producir la instalación. Sin embargo, la media de tensión a conducir
será mucho más baja. Esto significa poner cables 4 veces más gruesos, y a
menudo torres más altas, para acomodar correctamente los picos de viento.
Es necesario suplir las bajadas de tensión eólicas "instantáneamente"
(aumentando la producción de las centrales térmicas, o hidráulicas), pues sino se
hace así se producirían, y de hecho se producen apagones generalizados por
bajada de tensión. Este problema podría solucionarse mediante dispositivos de
almacenamiento de energía eléctrica. La energía eléctrica producida puede ser
almacenada, y de hecho es almacenada en los embalses existentes e interligados
al sistema.
Además, otros problemas son:
Técnicamente, uno de los mayores inconvenientes de los aerogeneradores es el
llamado hueco de tensión. Ante uno de estos fenómenos, las protecciones de los
aerogeneradores con motores de jaula de ardilla se desconectan de la red para
evitar ser dañados y, por tanto, provocan nuevas perturbaciones en la red, en este
caso, de falta de suministro. Este problema se soluciona bien mediante la
modificación de la a paramenta eléctrica de los aerogeneradores, lo que resulta
bastante costoso, bien mediante la utilización de motores síncronos aunque es
bastante más fácil asegurarse de que la red a la que se va a conectar sea fuerte y
estable.
Uno de los grandes inconvenientes de este tipo de generación, es la dificultad
intrínseca de prever la generación con antelación. Dado que los sistemas
eléctricos son operados calculando la generación con un día de antelación en vista
del consumo previsto, la aleatoriedad del viento plantea serios problemas. Los
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últimos avances en previsión del viento han mejorado muchísimo la situación, pero
sigue siendo un problema. Igualmente, grupos de generación eólica no pueden
utilizarse como nudo oscilante de un sistema.
Además de la evidente necesidad de una velocidad mínima en el viento para
poder mover las aspas, existe también una limitación superior: una máquina puede
estar generando al máximo de su potencia, pero si el viento aumenta lo justo para
sobrepasar las especificaciones del aerogenerador, es obligatorio desconectar ese
circuito de la red o cambiar la inclinación de las aspas para que dejen de girar,
puesto que con viento de altas velocidades la estructura puede resultar dañada
por los esfuerzos que aparecen en el eje. La consecuencia inmediata es un
descenso evidente de la producción eléctrica, a pesar de haber viento en
abundancia, y otro factor más de incertidumbre a la hora de contar con esta
energía en la red eléctrica de consumo.
Aunque estos problemas parecen únicos a la energía
eólica, son comunes a todas las energías de origen
natural:
Un panel solar solo producirá potencia mientras haya
suficiente luz solar.
Una central hidráulica de represa solo podrá producir mientras las condiciones
hídricas y las precipitaciones permitan la liberación de agua.
Una central mareomotriz solo podrá producir mientras la actividad acuática lo
permita.
Aspectos medioambientales
Generalmente, aunque no siempre, se combina con centrales térmicas, lo que
lleva a que existan quienes critican que realmente no se ahorren demasiadas
emisiones de dióxido de carbono. No obstante, hay que tener en cuenta que
ninguna forma de producción de energía tiene el potencial de cubrir toda la
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demanda y la producción energética basada en renovables es menos
contaminante, por lo que su aportación a la red eléctrica es netamente positiva.
Existen parques eólicos en España en espacios protegidos como ZEPA (Zona de
Especial Protección de Aves) y LIC (Lugar de Importancia Comunitaria) de la Red
Natura 2000, lo que es una contradicción. Si bien la posible inserción de alguno de
estos parques eólicos en las zonas protegidas ZEPAS y LIC tienen un impacto
reducido debido al aprovechamiento natural de los recursos, cuando la expansión
humana invade estas zonas, alterándolas sin que con ello se produzca ningún
bien.
Al comienzo de su instalación, los lugares seleccionados para ello coincidieron con
las rutas de las aves migratorias, o zonas donde las aves aprovechan vientos de
ladera, lo que hace que entren en conflicto los aerogeneradores con aves y
murciélagos. Afortunadamente los niveles de mortandad son muy bajos en
comparación con otras causas como por ejemplo los atropellos (ver gráfico).
Aunque algunos expertos independientes aseguran que la mortandad es alta.
Actualmente los estudios de impacto ambiental necesarios para el reconocimiento
del plan del parque eólico tienen en consideración la situación ornitológica de la
zona. Además, dado que los aerogeneradores actuales son de baja velocidad de
rotación, el problema de choque con las aves se está reduciendo
significativamente.
El impacto paisajístico es una nota importante debido a la disposición de los
elementos horizontales que lo componen y la aparición de un elemento vertical
como es el aerogenerador. Producen el llamado efecto discoteca: este efecto
aparece cuando el sol está por detrás de los molinos y las sombras de las aspas
se proyectan con regularidad sobre los jardines y las ventanas, parpadeando de
tal modo que la gente denominó este fenómeno: “efecto discoteca”. Esto, unido al
ruido, puede llevar a la gente hasta un alto nivel de estrés, con efectos de
consideración para la salud. No obstante, la mejora del diseño de los
aerogeneradores ha permitido ir reduciendo el ruido que producen.
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La apertura de pistas y la presencia de operarios en los parques eólicos hace que
la presencia humana sea constante en lugares hasta entonces poco transitados.
Ello afecta también a la fauna.
2.1.8 ESQUEMA DE UNA TURBINA EÓLICA
1. Suelo
2. Conexión a la red eléctrica
3. Torre de contención
4. Escalera de acceso
5. Sistema de orientación
6. Góndola
7. Generador
8. Anemómetro
9. Freno
10. Transmisión
11. Palas
12. Inclinación de la pala hacia la
derecha
13. Buje
14. Borde de ataque
15. Borde de salida
Aerogenerador: es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por
el viento (turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que
se empleaban para la molienda y obtención de harina. En este caso, la energía
eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento, proporciona energía
mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico,
hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifásico, que
convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.
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Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la
disposición de su eje de rotación, el tipo de generador, etc.
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques
eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del
impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.
Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados
de un sistema de sincronización para que la frecuencia de la corriente generada
se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.
Ya en la primera mitad del siglo XX, la generación de energía eléctrica con rotores
eólicos fue bastante popular en casas aisladas situadas en zonas rurales.
La energía eólica se está volviendo más popular en la actualidad, al haber
demostrado la viabilidad industrial, y nació como búsqueda de una diversificación
en el abanico de generación eléctrica ante un crecimiento de la demanda y una
situación geopolítica cada vez más complicada en el ámbito de los combustibles
tradicionales.
2.1.9 CONTROL DE POTENCIA
En general, los aerogeneradores modernos de eje horizontal se diseñan para
trabajar con velocidades del viento que varían entre 3 y 25 m/s de promedio. La
primera es la llamada velocidad de conexión y la segunda la velocidad de corte.
Básicamente, el aerogenerador comienza produciendo energía eléctrica cuando la
velocidad del viento supera la velocidad de conexión y, a medida que la velocidad
del viento aumenta, la potencia generada es mayor, siguiendo la llamada curva de
potencia.
Las aspas disponen de un sistema de control de forma que su ángulo de ataque
varía en función de la velocidad del viento. Esto permite controlar la velocidad de
rotación para conseguir una velocidad de rotación fija con distintas condiciones de
viento.
20
Asimismo, es necesario un sistema de control de las velocidades de rotación para
que, en caso de vientos excesivamente fuertes, que podrían poner en peligro la
instalación, haga girar a las aspas de la hélice de tal forma que éstas presenten la
mínima oposición al viento, con lo que la hélice se detendría.
Para aerogeneradores de gran potencia, algunos tipos de sistemas pasivos,
utilizan características aerodinámicas de las aspas que hacen que aún en
condiciones de vientos muy fuertes el rotor se detenga. Esto se debe a que él
mismo entra en un régimen llamado "pérdida aerodinámica".
2.1.10 ¿CÓMO SE OBTIENE Y SE APROVECHA?
La captación de energía de los vientos se proyecta actualmente por medio de
maquinas motrices mucho más sofisticadas que los primitivos milenios de vientos.
La transformación de la energía captada a la forma en que se la requiere, se
realiza por medio de convertidores adecuados debidamente a la maquina motriz.
Las teorías generales y particulares del comportamiento de las turbinas eólicas y
convertidores usuales fueron desarrolladas a partir de las máquinas más
corrientes, pero su difusión es aún limitada.
2.1.11 LAS MÁQUINAS EÓLICAS
Actualmente la energía eólica se aprovecha de dos formas bien diferenciadas:
Por una parte se utilizan para sacar agua de los pozos un tipo de eólicas llamados
aerobombas, actualmente hay un modelo de máquinas muy generalizado, los
molinos multípala del tipo americano. Directamente a través de la energía
mecánica o por medio de bombas estos molinos extraen el agua de los pozos sin
más ayuda que la del viento. Por otra, están ese tipo de eólicas que llevan unidas
un generador eléctrico y producen corriente cuando sopla el viento, reciben
entonces el nombre de aerogeneradores.
21
El proceso de producción de estos dispositivos es una combinación de diversas
tecnologías. Para el sistema de captación, compuesto por un determinado número
de aspas que transforman la energía del viento en energía mecánica se utiliza la
tecnología de la ventilación industrial. Para los sistemas de regulación, transmisión
y generación de energía eléctrica se utilizan procesos de la industria electrónica y
electromecánica.
Los aerogeneradores tienen aspas o hélices que hacen girar un eje central
conectado, mediante una serie de engranajes (la transmisión) al generador
eléctrico.
Un sistema eóloeléctrico convencional se compone de las siguientes partes
principales:
Aspas. Son la parte de la turbina que recibe directamente la energía del viento; los
diseños avanzados están orientados a aprovechar al máximo esta energía. Un
rotor está compuesto, generalmente, por dos o tres aspas cuyo tamaño comercial
oscila entre los 25 y 50 metros y pueden pesar más de 900 Kg cada una.
Rotor. Está compuesto por las aspas y el eje al que están unidas.
Transmisión. La potencia se transfiere mediante el eje de rotación a una serie de
engranes, o transmisión, que aumentan la baja velocidad de rotación de las aspas,
del orden de las 60 revoluciones por minuto (rpm), a una velocidad de entre 1,500
y 2,000 rpm.
Generador. La alta velocidad de rotación que se obtiene del sistema de
transmisión se conecta al generador que produce electricidad a partir del
movimiento, como en los tradicionales sistemas de vapor.
Controles. Los diversos sistemas de control son coordinados y monitoreados por
una computadora y puede tenerse acceso a ellos desde una ubicación remota. El
control de ajuste gira las aspas para mejorar el desempeño a diferentes
velocidades de viento. Otro control pone a la turbina en la dirección del viento. Los
controles electrónicos mantienen un voltaje de salida constante ante los cambios
22
de velocidad. El generador de velocidad variable es una parte importante que
permite diseñar sistemas efectivos desde el punto de vista económico.
Torre. Existen dos tipos de torres: de nanotubo o tubo sólido de acero y de
armadura. Las alturas varían con el tamaño del rotor entre los 25 y 50 m.
Los aerogeneradores pueden producir energía eléctrica de dos formas: en
conexión directa a la red de distribución convencional o de forma aislada:
Las aplicaciones aisladas por medio de pequeña o mediana potencia se utilizan
para usos domésticos o agrícolas (iluminación, pequeños electrodomésticos,
bombeo, irrigación, etc.), Incluso en instalaciones Industriales para desalación,
repetidores aislados de telefonía, TV, instalaciones turísticas y deportivas, etc.
Los sistemas más desarrollados y rentables consisten en agrupaciones de varias
máquinas eólicas cuyo objetivo es verter energía eléctrica a la red. Dichos
sistemas se denominan parques eólicos.
La energía eólica por sus condiciones de producción caprichosa está limitada en
porcentaje al total de energía eléctrica. Se considera que el grado de penetración
de la energía eólica en grandes redes de distribución eléctrica puede alcanzar sin
problemas del 15 al 20% del total sin especiales precauciones en la calidad del
suministro ni en la estabilidad de la red.
Para conocer cuál es la distribución de las velocidades del viento en un lugar
determinado durante el año, se efectúan medidas sistemáticas por medio de
anemómetros. Actualmente se dispone de mapas con las regiones más
favorecidas para la instalación de máquinas eólicas para el aprovechamiento
rentable de la energía del viento. Existe una medida con la que comparar la
velocidad del viento llamada Escala Beaufort.
La velocidad del viento aumenta con la altura; por tanto la hélice del aparato
tendrá que colocarse cuanto más alto mejor (algunas decenas de metros por
encima del suelo). También se procura colocar el aparato lejos de las turbulencias
provocadas por obstáculos (árboles, edificios, etc). Los emplazamientos más
23
favorables son los cerros o las colinas que dominan un terreno despejado y las
costas marinas.
2.2 MARCO CONCEPTUAL
movimiento de rotación
aprovechando la fuerza del viento
LICA: Es la energía obtenida del viento, es decir, aquella que se
obtiene de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire y así
mismo las vibraciones que el aire produce.
CTRICA: Se denomina energía eléctrica a la forma de energía la
cual resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo
que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos, cuando se les coloca
en contacto por medio de un conductor eléctrico, para obtener trabajo.
AS RENOVABLES: Son aquellas que tienen su origen en la radiación
solar: energías solares y desencadenadas por el calentamiento de la superficie de
la tierra, la hidráulica y la eólica. Además las que aparentemente son inagotables
al estar causadas por fenómenos físicos de gran envergadura como la geotérmica
y las mareas.
CTRICO: Es todo dispositivo capaz de mantener una
diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos,
terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a
transformar la energía mecánica en eléctrica.
diferentes presiones en áreas distintas.
ALMACENADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA: Es un dispositivo, el cual
captura y acumula niveles variados de energía eléctrica en medios de
almacenamiento de corto plazo adecuados hasta que la energía sea de tal nivel
24
que pueda transferirse eficientemente a por lo menos un medio de dispositivo de
almacenamiento de largo plazo.
LA ENERGÍA EÓLICA EN LA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD
A diferencia de las otras aplicaciones citadas el uso del viento para producir
electricidad es más reciente, las primeras experiencias datan del final del siglo
XIX; Charles F. Brush construyó en Estados Unidos durante 1880 una turbina
eólica de 12 kW para producir electricidad en corriente continua; esta energía se
almacenaba en 12 baterías.
En Europa el precursor de la eólica fue el danés Paul La Cour que a partir de
turbinas eólicas provocaba electrolisis para circuitos eléctricos a principios del
siglo XX; durante las primeras décadas de este siglo Dinamarca conservó la
tradición eólica e incluso hoy es el cuarto país del mundo en potencia instalada y
el primero por número de habitantes. En la mitad del siglo XX un holandés,
Johannes Jull introduce dos variaciones importantes, modifica los generadores
para producir electricidad en corriente alterna y además diseña un aerogenerador
que cambiaba la orientación en función de la dirección del viento para aprovechar
con más intensidad la energía de éste.
CARACTERÍSTICAS DE LOS VIENTOS Y SU POTENCIAL
La atmósfera
La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra. Está constituida por una
mezcla de gases, denominada aire, y contiene además partículas sólidas y
liquidas (aerosoles) en suspensión en cantidad y composición variable.
Comparado con el radio de la Tierra, el espesor de la atmósfera es muy pequeño.
Alrededor del 99% de la masa de la atmósfera está comprendida en los primeros
30 Km de altura (un 0,5 % del radio terrestre).
Los gases que forman la atmósfera pueden dividirse en dos grupos:
Gases permanentes: Cuya proporción se mantiene prácticamente constante hasta
alturas de unos 80-100 Km. Son el nitrógeno, el oxígeno, los gases nobles y el
25
hidrógeno.
Gases en proporciones variables: son el dióxido de carbono, el vapor de agua y el
ozono.
El viento
El viento es el movimiento del aire respecto a la superficie terrestre. Este
movimiento es fundamentalmente horizontal. La velocidad y dirección del viento es
el resultado de la acción de las siguientes fuerzas:
Fuerza debida al gradiente horizontal de presión: esta fuerza va dirigida desde las
isobaras de alta presión a las de baja presión, representando una dirección
perpendicular a las mismas.
Fuerza debida a la rotación de la tierra (fuerza de Coriolisis): debida al movimiento
de rotación del globo terrestre de oeste a este, la trayectoria de una masa de aire
en movimiento sufre una desviación hacia la derecha en el hemisferio norte (en
sentido contrario en el hemisferio sur).
Fuerza centrífuga debida a la curvatura de las isobaras: eta fuerza actúa según la
dirección del radio de curvatura de la trayectoria, en sentido opuesto al centro de
curvatura de la misma.
Fuerza debida al rozamiento: interviene en las capas bajas de la atmósfera
próximas a la superficie terrestre. Depende de factores tan diversos tales como el
tipo de superficie o la orografía de la misma.
Velocidad del viento
La velocidad del viento v es un magnitud vectorial. Dadas las características del
viento, el vector velocidad varía continuamente de forma aleatoria tanto en módulo
como en dirección y sentido. El instrumento de medida de velocidad es el
nanómetro y el de dirección la veleta, estos miden los valores con una cierta
frecuencia de muestreo (poe ej. Cada 1 o 2 segundos) y los promedian para
26
intervalos de algunos minutos (en general 10 minutos). Así, el valor quince obtiene
representa las características medias del viento instantáneo durante este periodo
de tiempo. Por ello es usual caracterizar el viento por un vector velocidad media
(algunas veces denominado viento medio o estacionario) al que se pueden
superponer variaciones aleatorias.
CONTROL DE POTENCIA
En general, los aerogeneradores modernos de eje horizontal se diseñan para
trabajar con velocidades del viento que varían entre 3 y 25 m/s de promedio. La
primera es la llamada velocidad de conexión y la segunda la velocidad de corte.
Básicamente, el aerogenerador comienza produciendo energía eléctrica cuando la
velocidad del viento supera la velocidad de conexión y, a medida que la velocidad
del viento aumenta, la potencia generada es mayor, siguiendo la llamada curva de
potencia.
Las aspas disponen de un sistema de control de forma que su ángulo de ataque
varía en función de la velocidad del viento. Esto permite controlar la velocidad de
rotación para conseguir una velocidad de rotación fija con distintas condiciones de
viento.
SISTEMA EOLOELÉCTRICO CONVENCIONAL SE COMPONE DE LAS
SIGUIENTES PARTES PRINCIPALES:
Aspas. Son la parte de la turbina que recibe directamente la energía del viento;
los diseños avanzados están orientados a aprovechar al máximo esta energía. Un
rotor está compuesto, generalmente, por dos o tres aspas cuyo tamaño comercial
oscila entre los 25 y 50 metros y pueden pesar más de 900 Kg cada una.
Rotor. Está compuesto por las aspas y el eje al que están unidas.
Transmisión. La potencia se transfiere mediante el eje de rotación a una serie de
engranes, o transmisión, que aumentan la baja velocidad de rotación de las aspas,
del orden de las 60 revoluciones por minuto (rpm), a una velocidad de entre 1,500
y 2,000 rpm.
27
Generador. La alta velocidad de rotación que se obtiene del sistema de
transmisión se conecta al generador que produce electricidad a partir del
movimiento, como en los tradicionales sistemas de vapor.
Controles. Los diversos sistemas de control son coordinados y monitoreados por
una computadora y puede tenerse acceso a ellos desde una ubicación remota. El
control de ajuste gira las aspas para mejorar el desempeño a diferentes
velocidades de viento. Otro control pone a la turbina en la dirección del viento. Los
controles electrónicos mantienen un voltaje de salida constante ante los cambios
de velocidad. El generador de velocidad variable es una parte importante que
permite diseñar sistemas efectivos desde el punto de vista económico.
Torre. Existen dos tipos de torres: de nanotubo o tubo sólido de acero y de
armadura. Las alturas varían con el tamaño del rotor entre los 25 y 50 m.
Los aerogeneradores pueden producir energía eléctrica de dos formas: en
conexión directa a la red de distribución convencional o de forma aislada.
DISPOSITIVO PARA EL ALMACENAMIENTO DE LA ENERGÍA PRODUCIDA.
La estación eólica deberá disponer de un medio para el almacenamiento de la
energía producida, esto con el fin de abastecimiento en períodos de calma
atmosférica. En general el medio más accesible para este propósito son los
acumuladores de plomo. Vale hacer notar que una parte importante de la inversión
está dirigida a este campo.
DISPOSITIVO DE ORIENTACIÓN PARA AEROMOTORES DE CARA AL
VIENTO.
Para adaptar esta cola a lugares perturbados, el mismo constructor ha hecho una
cola cuya superficie varía en función de las solicitudes originadas por los cambios
de orientación del viento. La parte útil de la cola está constituida por una parte fija
y una parte móvil articulada a la anterior mediante un material elástico.
28
GENERADOR SÍNCRONO DE CORRIENTE ALTERNA.
La máquina consta de las siguientes partes. La bobina de excitación que crea el
campo magnético en el cual el entrehierro es móvil, es el rotor accionado por el
aeromotor. Puede ser de dos tipos:
Rotor bobinado alimentado por dos colectores continuos en los que la corriente
circula siempre en el mismo sentido. Rotor de imanes permanentes, con lo que se
suprimen escobillas y colectores, que pueden ser causas de averías. El inducido,
en el que se recupera la energía, solidario a la carcasa, y conectado a la
utilización. Este al estator, y puede ser monofásico o trifásico. El trifásico permite
obtener una tensión alterna casi sinuosidad (curva representativa de los valores
del seno) y, por tanto, mejor rendimiento.
El multiplicador.
Efectivamente, los rotores de diámetro superior a los 5 metros, tienen velocidades
de rotación demasiado bajas (<200rpm) para poder accionar directamente un
alternador clásico. Por tanto, para estas máquinas, es imprescindible intercalar un
multiplicador entre el aeromotor y el generador.
PROTECCIÓN CONTRA LOS RAYOS.
Los aerogeneradores se colocan generalmente en puntos elevados, y además
deben ser más altos que los obstáculos de sus alrededores. Por tanto,
frecuentemente constituyen los puntos de descarga de electricidad estática
durante las tormentas.
SOPORTE PARA AEROGENERADORES.
Los aeromotores de pequeña y mediana potencia, pueden estar colocados en dos
tipos de soporte:
Soportes auto portante:
• Estructura metálica.
29
• Tubulares.
• De hormigón.
• Soportes atirantados
• Estructura metálica.
• Tubulares.
APLICACIONES DE LA ENERGÍA EÓLICA
Las aplicaciones de la energía eólica se pueden clasificar, según su ámbito, como
aplicaciones centralizadas, caracterizadas por la producción de energía eléctrica
en cantidades relativamente importantes, vertidas directamente a la red de
distribución, o aplicaciones autónomas, dentro de las que cabe distinguir el uso
directo de la energía mecánica o su conversión en energía
térmica o eléctrica.
En el marco de las aplicaciones centralizadas, en las que
siempre será necesario que la potencia base de la red la
proporcione una fuente de energía más estable, cabe
destacar dos grandes tipos de instalaciones eólicas:
Parques eólicos: se trata de centrales eólicas formadas por
agrupaciones de aerogeneradores de mediana potencia
(alrededor de 100 kW) conectados entre sí, que vierten su energía conjuntamente
a la red; la generalización de estas instalaciones contribuiría a una importante
producción de electricidad de origen eólico en el futuro.
Bombeo de agua y riego
Acondicionamiento y refrigeración de almacenes
Refrigeración de productos agrarios
Secado de cosechas
30
Calentamiento de agua
Acondicionamiento de naves de cría de ganado
Alumbrado y usos eléctricos diversos
Asimismo resulta de interés el empleo de aerogeneradores para repetidores de
radio y televisión, estaciones meteorológicas e instalaciones similares, situadas
lejos de las redes eléctricas. En estos casos hay que prever normalmente un
sistema de acumulación por baterías para hacer frente a las posibles calmas.
2.3 MARCO JURÍDICO
El marco legal vigente está compuesto por un conjunto de leyes y decretos,
algunos de ellos son generales para los generadores de energía eléctrica, y otros
son específicos para los generadores eólicos, y/o de otras fuentes renovables, en
diferentes áreas de actividad.
La Energía Eólica en Ecuador
Agentes relevante del sector energético ecuatoriano Ministerio de
Electricidad y Energía Renovable (MEER):
La misión del Ministerio de Electricidad y Energía Renovable, MEER, es servir a la
sociedad ecuatoriana, mediante la formulación de la política nacional del sector
eléctrico y la gestión de proyectos. Promover la adecuada y exitosa gestión
sectorial, sobre la base del conocimiento que aporta gente comprometida con la
sostenibilidad energética del Estado.
Reglamento General de la Ley de Régimen del Sector Eléctrico
Establece las normas y los procedimientos generales para la aplicación de la Ley
de Régimen del Sector Eléctrico, en la actividad de generación y en la prestación
de los servicios públicos de transmisión, distribución y comercialización de la
31
energía eléctrica, necesarios para satisfacer la demanda nacional, mediante el
aprovechamiento óptimo de los recursos naturales.
Ley de Regulación del Sector Eléctrico (LRSE)
La Ley de Regulación del Sector Eléctrico (LRSE), data del año 1996 aunque ha
tenido modificaciones posteriores, contiene las normas relacionadas con la
estructura del sector eléctrico y de su funcionamiento. En el capítulo IX de la Ley
se hace una mención específica sobre el fomento al desarrollo y uso de recursos
energéticos no convencionales. Se establece este tipo de recurso energético como
prioritario a la hora de asignar los fondos del Fondo de Electrificación Rural y
Urbano Marginal(FERUM) a proyectos de electrificación rural. Además, es el
Consejo Nacional de Electrificación quien dictará las normas aplicables para el
despacho de la electricidad producida con energías no convencionales tendiendo
a su aprovechamiento y prioridad.
Artículo 314
La presente Ley es de orden público Tiene por objeto regular el aprovechamiento
de fuentes de energía renovables y las tecnologías limpias para generar
electricidad con fines distintos a la prestación del servicio público de energía
eléctrica, así como establecer la estrategia nacional y los instrumentos para el
financiamiento de la transición energética.
Artículo 315.-
Para los efectos de esta Ley se entenderá por:
I. Comisión.- La Comisión Reguladora de Energía;
II. Energías renovables.- Aquellas reguladas por esta Ley, cuya fuente reside en
fenómenos de la naturaleza, procesos o materiales susceptibles de ser
transformados en energía aprovechable por la humanidad, que se regeneran
naturalmente, por lo que se encuentran disponibles de forma continua o periódica,
y que se enumeran a continuación:
32
a) El viento;
b) La radiación solar, en todas sus formas;
c) El movimiento del agua en cauces naturales o artificiales;
d) La energía oceánica en sus distintas formas, a saber: mareomotriz,
mareomotérmica, de las olas, de las corrientes marinas y del gradiente de
concentración de sal;
e) El calor de los yacimientos geotérmicos;
f) Las bioenergéticas, que determine la Ley de Promoción y Desarrollo de los
Bioenergéticas.
g) Aquellas otras que, en su caso, determine la Secretaría, cuya fuente cumpla
con el primer párrafo de esta fracción
CAPÍTULO III
3. MARCO METODOLÓGICO
3.1 ENFOQUE METOLÓGICO
33
3.1.1 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS A EMPLEAR
FASE
TÉCNICA
INSTRUMENTO
PRODUCTO
TIEMPO
Diagnóstico
Observación
En las páginas de internet observando los videos de YouTube sobre el funcionamiento de la energía eólica.
Ideas para poder elaborar
el proyecto.
03-10-2013
Encuesta
Cuestionario sobre el conocimiento de la energía eólica.
El porcentaje de la
encuesta sobre los niveles
de información y
aceptación de la población
riobambeña.
17-10-2013
Entrevista
Preguntas correctamente formuladas sobre esta nueva alternativa
Grabadoras , filmadoras,
Entrevista a la ciudadanía
sobre el conocimiento de
esta energía como medio
26-10-2013
34
para poder guardar la información
de obtención de
electricidad.
Plan de
proyecto
Observación
Materiales para poder construir el prototipo como varillas, tubos metálicos, elise, dínamo.
Unión de las piezas
respectivas para la
formación del prototipo
09-11-2013
Soldar Tener la soldadura para unir correctamente sus piezas
Obtener soldado la torre
eólica para poder unir a la
maqueta establecida
11-11-2013
Observación
Páginas de internet, o libros sobre la energía eólica
Para obtener un mejor
conocimiento sobre esta
energía si se encuentra
correctamente utilizado en
el respectivo prototipo.
16-11-2013
Observación
El prototipo con su correcta instalación(cables)
El prototipo se debe
encontrar correctamente
15-12-2013
35
Resultados instalado, listo para su
funcionamiento.
Experimento
Tener el prototipo terminado para comprobar su funcionamiento
El funcionamiento
adecuado que puede dar el
prototipo a la ciudadanía.
20-01-2014
36
3.1.2 PLAN DE ACCIÓN
Actividad a realizar
Información a obtener
Medios de registro de información
Recursos
Fecha de inicio y culminación
Selección de tema
Proyecto integrador a realizar
Escritos del tema en papel
Conversación y preguntas entre integrantes
07-10-2013
Investigación presentación del proyecto a realizar
Características de la zona a aplicar
Investigación y aprobación escrita por el tutor
Necesidades a investigar y beneficios
09-10-2013
Estudio de la zona a ubicarlo
Ventajas y desventajas de la zona
Escritos de comprobación dela fuerza del viento
Estudio de cualidades del viento
12-10-2013
Encuesta a la población riobambeña
El porcentaje del conocimiento de la energía eólica
Mediante cuestionarios desarrolladas en hojas sueltas
Preguntas a responder de forma correcta
13-10-2013
Entrevistas a expertos (Ing.
Si es una buena idea para el funcionamiento
Por medio de cámaras fotográficas, apuntes
Preguntas correctamente estructuradas
14-10-2013
37
Física) en esta ciudad
Análisis teórico del prototipo
Necesidades y forma estratégica de realización
Análisis sobre el tema a realizar a través de investigaciones
Marco teórico objetivos etc.
15-10-2013
Diseño de planos gráficos
Representación de la maqueta en dibujo
Programas de dibujo mecánico
Creación del diseño a realizar
17-10-2013
Revisión de fallas de partes en el diseño
Anexos y faltantes del diseño
Archivos Programas de dibujo técnico y simulación
Ideas para el mejoramiento del prototipo
23-10-2013
Selección de materiales y herramientas a utilizar
Cantidad propiedades físicas y químicas de materiales
Apuntes de materiales que se necesitaría
Diseño realizado
02-11-2013
Obtención de materiales , máquinas y
Materiales para la construcción
Facturas y apuntes de materia y precios
Apuntes de materiales a usar
09-11-2013/
38
herramientas 16-11-2013
Dimensionado de materiales según el diseño
Porte y espesor exacto de materiales a utilizar
Hojas operacionales de trabajo
Diseño gráfico y dimensiones
21-11-2013/
23-11-2013
Construcción de la torre y hélices mediante soldadura
Altitud, peso tanto de La torre como la hélice
Hojas operacionales de trabajo
Planos realizados a escala
25-11-2013/
27-11-2013
Adherir la hélice a la torre
Soporte e equilibrio mecánico
Fotos y diseño de
Acople
Forma de montaje diseñado
29-11-2013/
30-11-2013
Realización de maqueta (ciudad)
Necesidades de la cantidad de energía que necesitaría una ciudad
Escritos de investigación de ciudad modelo
Cualidades de geografía de una ciudad modelo
02-12-2013/
03-12-2013
Cableado e
Tipo de cableado
Diseño en vistas
Materiales alambres , y
39
instalación de luces en la maqueta
tradicional de casas y distintos lugares de una ciudad
interiores de una casa dimensiones de los bombillos
05-12-2013/
06-12-2013
Instalación de mini transformadores y
Conexiones eléctricas
Como se transformaría la energía y se aumentaría su voltaje
Representación visible en la maqueta
Transformadores y herramientas diseño
07-12-2012
Pintado dela maqueta (ciudad)
Color y seguridad de la ciudad
Registro de pinturas utilizadas y facturas
Colores especificados por la ciudad modelo
09-12-2013
Conexiones de transformadores- maqueta
La manera de repartición de energía eléctrica
Registro de notas importantes en una agenda sobre las respectivas conexiones
Cables de acuerdo a su instalación
12-12-2013
Revisión técnica dela maqueta, torre e
Fallos y aportes técnicos, eléctricos y
Visualización por un profesor y aportes de
Revisión y ayuda por un técnico electricista
16-12-2013
40
instalaciones mejoras mejora técnicos
Prueba de funcionamiento
Su verdad dela producción eléctrica
Maqueta , torre y apuntes escritos
Aplicación del giro de hélices y producción de energía
21-12-2013
Verificación del correcto funcionamiento
La aceptación y mejoramientos mecánicos eléctricos
Daños al momento de funcionar
Aplicación de accesorios eléctricos
04-01-2014
Finalización del proyecto
Resultados satisfactorios de la propuesta
Videos grabados reales
Práctica teórica y maqueta en funcionamiento
20-01-2014
Presentación y defensa
Conocer los conocimientos y habilidades desarrolladas por los alumnos
Registros de calificaciones y de aprobación del proyecto
Proyecto práctico y teórico
30-01-2014
41
3.1.3 MATRIZ DEL PLAN DE TRABAJO
Fase /Actividad 1: DIAGNÓSTICO
Competencia a desarrollar: Obtención de información acerca del conocimiento de la energía eólica de la población rodeada.
Estrategia de aprendizaje
Actividad/ tarea Ejes trasversales Recursos Responsables Tiempo y Fechas
Habilidades del pensamiento
Encuestas sobre el conocimiento de la energía eólica
Participación con la comunidad
Cuestionario sobre el uso de esta energía.
Henry Sandoval
2 horas: 15:00/ 16:00 13-10-2013
Avances Tecnológicos
Realizar videos sobre la importancia de esta energía.
Ciencia y tecnología
Internet al momento de subirlo a YouTube
Riky Tierra
1 hora: 16:00 14-10-2013
Avances Tecnológicos al momento de guardar la información
Entrevistas a personas expertas sobre el tema
Participación con la comunidad
Preguntas correctamente formuladas sobre esta nueva alternativa la información puede guardarse en filmadoras, grabadoras, etc.
Sofía Yerbabuena
2 horas: 15:00/ 16:00 15-10-2013
42
Fase /Actividad 2: PLAN DE PROYECTO
Competencia a desarrollar: Construcción de la torre eólica con sus respectivas piezas y sus correctas instalaciones.
Estrategia de aprendizaje
Actividad/ tarea Ejes trasversales
Recursos Responsables Tiempo y Fechas
Habilidades de construcción
Unión de las piezas respectivas para la formación del prototipo
Tecnología Materiales para
poder construir el
prototipo como
varillas, tubos
metálicos, elise,
dínamo.
Wilson Zúñiga
2 horas: 15:00/ 16:00 16-10-2013
Avances Tecnológicos
Soldar la torre eólica
para poder unir a la
maqueta establecida.
Ciencia y tecnología
Obtener la soldadura
para así unir la torre
y la maqueta
Darwin Huaraca
3 hora: 16:00/18:00 17-11-2013
Avances Tecnológicos , Habilidades del pensamiento
Obtener un mejor
conocimiento sobre
esta energía si se
encuentra
correctamente
utilizado en el
respectivo prototipo.
Tecnología Páginas de internet,
o libros sobre la
energía eólica
Henry Sandoval
2 horas: 15:00/ 16:00 18-111-2013
43
Fase /Actividad 3: RESULTADOS
Competencia a desarrollar: Obtener el prototipo construido para así observar su correcto funcionamiento
Estrategia de aprendizaje
Actividad/ tarea Ejes trasversales
Recursos Responsables Tiempo y Fechas
Habilidades de construcción
Verificar las instalaciones en el prototipo donde se encuentre listo para su funcionamiento.
Tecnología El prototipo con su correcta instalación(cables)
Riky Tierra 2 horas: 15:00/ 16:00 13-12-2013
Avances Tecnológicos
Verificar el funcionamiento adecuado que puede dar el prototipo a la ciudadanía.
Ciencia y tecnología
Tener el prototipo terminado para comprobar su funcionamiento
Darwin Huaraca
1 hora: 16:00 14-01-2014
44
3.1.4 TIEMPO ESTIMADO DEL PROYECTO
Matriz de control del Proyecto: GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVES DE UNA TORRE EÓLICA
Fase/ Act.
Descripción
Programación Semanal
Responsable
Tiempo y fecha
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.- DIÁGNOSTICO
Proponer, presentar e investigar sobre la energía eólica
x SOFIA YERBABUENA
2 HORAS: 15:00-17:00 07-10-2013
Planteamiento estratégico y análisis dela ciudad a aplicarse
x SOFIA YERBABUENA
2 HORAS: 15:00-17:00 12-10-2013
Encuestas sobre el conocimiento de esta energía
X HENRY SANDOVAL
3 HORAS: 14:00-18:00 13-10-2013
Entrevistas a personas expertas sobre el funcionamiento de esta energía
X RIKY TIERRA
2 HORAS: 16:00-18:00 14-10-2013
Diseño de planos
x WILSON ZUÑIGA
2 HORAS:
45
2.- PLAN DE PROYECTO
gráficos Y revisión de aplicaciones faltantes
16:00-18:00 17-10-2013
Cálculos matemáticos y de beneficios 8 aplicaciones
x SOFIA YERBABUENA
18-10-2013
Selección de materiales , herramientas y la cantidad a utilizar
X DARWIN HUARACA
02-11-2013
Compra y obtención de herramientas , maquinas a usar y otros
x SOFIA YERBABUENA
09-11-2013/
16-11-2013
Trabajado y dimensionado de materiales según el diseño
x WILSON ZUÑIGA
21-11-2013/
23-11-2013
Realización y ensamblar torre y hélices de giro
x DARWIN HUARACA
25-11-2013/
27-11-2013
Realización de la maqueta de ciudad modelo
X HENRY SANDOVAL
02-12-2013/
03-12-2013
46
11Cableado e instalación 12 focos en la maqueta
X RIKY TIERRA
05-12-2013/
06-12-2013
Conexión e implementación de mini transformadores e implementos para generar electricidad
x RIKY TIERRA
07-12-2012
Pintado dela maqueta, hélices y torre eólica
x HENRY SANDOVAL
09-12-2013
Conexiones eléctricas entre transformadores y maqueta
x RIKY TIERRA
12-12-2013
3.- RESULTADO
Revisión técnica de la maqueta y eléctrica
x DARWIN HUARACA
16-01-2014
Prueba de funcionamiento
X WILSON ZUÑIGA
20-O1-2014
Finalización del proyecto( aprobación)
X HENRY SANDOVAL
30-01-2014
Elaborado por : SOFÍA YERBABUENA
Firma: Fecha: 06/11/2013
47
3.2 TÉCNICA DE RECOLECCIÓN DE DATOS
“ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO”
Fecha: …………………………………………………
Objetivo de la Encuesta:
Esta encuesta tiene como objetivo analizar los niveles de información y
aceptación de las personas que han usado o podrían usar una energía más
rentable como lo es la energía eólica
1.- ¿Sabe usted que es la energía eólica?
Sí No
2.- ¿Conoce los beneficios de consumir energía eólica?
Sí No
3.- ¿Está usted de acuerdo con la instalación de parques eólicos?
Sí No
4.- ¿Cree usted que al país le conviene invertir el dinero en la instalación de
parques eólicos?
Sí No
5.- ¿Apoyaría usted al cambio de energía hidroeléctrica por la energía eólica?
Sí No
48
6.- ¿Piensa Ud. que la energía eólica contamina menos el medio ambiente?
Si No
7.- ¿Cree Ud. que disminuiría el pago en su planilla de consumo eléctrico con
el uso de energía eólica?
Sí No
8.- ¿Ud. estaría de acuerdo en cambiar sus instalaciones eléctricas si la
energía eólica lo requiriera?
Sí No
9.- ¿Cree que implementando la energía eólica aumentaría los niveles
laborales es decir fuentes de trabajo?
Sí No
10.- ¿Piensa Ud. que beneficiaría a la provincia la creación de un parque eólico?
Sí No
49
3.3 TÉCNICA DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS
OBSERVACIÓN: Para obtener los resultados de la encuesta fueron
encuestados a 20 personas en el Colegio “Juan de Velasco” de 3ero de
bachillerato “E”.
CONCLUSIONES
1.- ¿Sabe usted que es la energía eólica?
SI: 16 No: 4
Las personas encuestadas tienen poco conocimiento de lo que es la energía
eólica ya que alguno de ellos saben de esto por las propagandas que
transmiten los diversos medios de comunicación.
2.- ¿Conoce los beneficios de consumir energía eólica?
SI: 17 No: 3
0
5
10
15
20
0
5
10
15
20
50
La mayoría de personas saben que esta energía es más limpia y reduciría la
contaminación ambiental.
3.- ¿Está Usted de acuerdo con la instalación de parques eólicos?
Si: 15 No: 5
Las personas están de acuerdo con la instalación de los parques eólicos ya
que serian una atracción turística y algo novedoso en la provincia.
4.- ¿Cree usted que al PAIS le conviene invertir el dinero en la instalación
de parques eólicos?
Si: 13 No: 7
Las personas opinan que SI se debería invertir el dinero en la instalación de
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
2
4
6
8
10
12
14
51
parques eólicos para así generar mayor energía eléctrica para abastecer al
país.
5.- ¿Apoyaría usted al cambio de energía hidroeléctrica por la energía
eólica?
Si: 7 No: 13
Las personas opinan que no apoyarían a este cambio porque generaría un
cambio brusco al implementar esté nuevo método al contrario impulsarían al
mejoramiento de la energía hidroeléctrica.
6.- ¿Piensa Ud. que la energía eólica contamina menos el medio
ambiente?
SI: 16 No: 4
0
2
4
6
8
10
12
14
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
52
Las personas piensan que esta energía reduciría el impacto ambiental para así
conservar el medio ambiente.
7.- ¿Cree Ud. que disminuiría el pago en su planilla de consumo eléctrico
con el uso de energía eólica?
SI: 13 No: 7
Las personas piensan que si disminuiría el costo de la energía debido a que se
utilizaría 2 fuentes de energía y evitar un gasto excesivo.
8.- ¿Ud. estaría de acuerdo en cambiar sus instalaciones eléctricas si la
energía eólica lo requiriera?
Si: 4 No: 16
Las personas no están de acuerdo en gastar más en caso de que sea
necesario cambiar las instalaciones
0
5
10
15
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
53
9.- ¿Cree que implementando la energía eólica aumentaría los niveles
laborales es decir fuentes de trabajo?
Si: 15 No: 5
Las personas opinan que aumentaría las fuentes de trabajo ya que se
necesitaría una mayor cantidad de gente capacitada.
10.- ¿Piensa Ud. que beneficiaría a la provincia la creación de un parque
eólico?
Si: 20 No: 0
La gente opinan que si los beneficiaría para reducir los apagones eléctricos
que se estaban dando en este últimos años.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
5
10
15
20
25
54
CAPÍTULO IV
4 PROPUESTA DEL PROYECTO
4.1 ESTUDIO DIAGNÓSTICO
Este proyecto nos resultara ventajoso aplicarlo en zonas geográficas donde
mayores elevaciones montañosas tenga, donde exista frecuentemente
grandes cantidades de viento para poder obtener una mayor capacidad de
producción de energía eléctrica.
El presente proyecto lo podríamos realizar ubicando en las montañas más
altas cerca del Chimborazo, ya que son lugares donde existe mayor cantidad
de viento, por lo cual tiene una gran fuerza para poder generar energía.
4.2 FACTIBILIDAD
El proyecto realizado ayudara a generar energía eléctrica sin depender de las
demás, siendo menos contaminante, no dañando la capa de ozono, no
destruyendo el suelo ni contaminando el aire. Siendo amigable con el medio
ambiente.
Por lo cual es una de las alternativas para que ya no existan apagones en la
ciudad de Riobamba, ya que con esto no dependeríamos de la energía que
utilizamos actualmente (hidráulica).
55
4.3 DISEÑO DE LA PROPUESTA
VISTA LATERAL (ESCALA 1:10) VISTA FRONTAL (ESCALA 1:10)
56
TORRE (ESCALA 1:5)
57
4.3.1 MATERIALES
CANTIDAD MATERIAL COSTO
1 Alternador 20.00 $
1 torre 60.00 $
1 Batería 15.00 $
1 Esmeril 10.00 $
1 Élise 5.00 $
6 boquillas de foco 4.29 $
8 metros alambre flexible 3.80 $
6 focos de 12 voltios 4.00 $
1 banda Challenge 4.60 $
1 polea de aluminio 4.80 $
1 Multímetro 9.00 $
TOTAL 140.49$
4.4 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA PROPUESTA
4.4.1 PROCEDIMIENTO
A. Construir la torre metálica.
B. Engrasar los rodamientos y todos elementos que puedan producir fricción.
C. Acoplar hélice, polea, con un eje que se encuentra en la parte superior de la
torre.
D. Transmitir el movimiento mediante una banda al alternador, ubicado en la
parte inferior de la torre.
E. Realizar cálculos y comprobar si es suficiente la tensión generada con la
tensión requerida encender el circuito.
58
F. Proceder a instalar los circuitos eléctricos.
4.4.2 CÁLCULOS
Movimiento de banda:
Calcular el trabajo de la banda con una fuerza de 10 N con un distancia de
50 cm.
W=trabajo ?
F= fuerza 10N
4r=desplazamiento realizado 50cm= 0.5 m
FÓRMULA al calcular el trabajo realizado de la banda
W=10N. 0,5m
W= 5 J
Calcular la potencia de la banda en un tiempo de 10 s
P= potencia?
t= tiempo 10s
Fórmula al calcular la potencia
P=5J/10S
P= 05w
CONCLUSIONES
Se logró extraer información de folletos, revistas e internet, de esta manera
se analizó sobre la energía eólica donde nos dio una visión clara de cómo
W=F.4r
P=W/t
59
producir energía eléctrica a través del viento de acuerdo a las necesidades de
los habitantes riobambeños.
Se adquirió los materiales reciclados para evitar la contaminación excesiva
en el medio ambiente ayudando así al reciclaje.
Se efectuaron diferentes pruebas para realizar su respectivo funcionamiento.
Se diseñó el prototipo por ser una de las alternativas energéticas menos
contaminante, no dañando la capa de ozono, no destruyendo el suelo ni
contaminando el aire.
Se comprobó mediante consultas, que la energía eólica es menos costosa,
ya que el aire es un recurso limpio e inagotable.
RECOMENDACIONES
Se recomienda a los estudiantes ser investigativos para así tener una idea
más clara al momento de obtener energía eólica.
Es primordial que utilicen materiales reciclados ayudando así a evitar la
contaminación ambiental.
Es de vital importancia realizar los cálculos respectivos antes de construir la
torre eólica por motivo de que se estaría realizando mal el respectivo prototipo.
Es recomendable comenzar a usar la energía eólica ya que es de bajo costo
y ayudaría a evitar los apagones que existieron en el 2009.
BIBLIOGRAFÍA
1 Fuerza del viento, (1-5), Extraído el 15 de octubre 2012 de:
http://es.wikipedia.org/wiki/Viento
2 Torre eólica, Extraído el 16 de octubre del 2012:
http://www.varelaenred.com.ar/el_aire.htm
3 Energía eólica, Extraído el 16 de octubre 2011 de:
60
http://www.google.com.sv/search?hl=es&sa=N&rlz=1R2ADFA_esGT433&q=En
ergia+eolica&tbs=dfn:1&tbo=u&ei=jrnuTb2sJ8Pq0QGn2JnfAw&ved=0CB8QkQ
4&biw=1379&bih=779
4 Historia de energía eólica, Extraído el 20 de marzo 2012 de:
http://www.dforceblog.com/2010/02/11/historia-de-la-energia-eolica/
5 Tipos de élises, Extraído el 20 de noviembre 2009 de:
http://www.monografias.com/trabajos14/energia-eolica/energia-eolica.shtm l
6 Coste de energía eólica, Extraído el 01 de mayo 2013 de:
http://gritosalviento.blogspot.es/
7 Ventajas y desventajas de energía eólica, Extraído el 05 de agosto 2008
de: http://es.wikipedia.org/wiki/Energia-eolica
8 El viento elemento renovable, Extraído el 11 de febrero 2010 de:
http://erenovable.com/energia-eolica/
9 Obtención de energía eólica, Extraído el 20 de junio 2007 de:
http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_climatico
10 Máquinas eólicas, Extraído el 27 de diciembre 2009 de:
http://members.xoom.com/_XMCM/eolicos/clasificacion.htm
11Velocidad del viento, Extraído el 20 de julio 2011 de:
http://www.renovables.com/eolica.htm
12 Cantidad de potencia, Extraído el 17 de marzo 2011 de:
http://www.ehn.es/ehn/textos/eolica08e.html
61
ANEXOS
IMAGEN 1
Realizando la maqueta.
IMAGEN 2
Soldando la torre eólica.
IMAGEN 3
Puliendo la torre.
62
IMAGEN 4
Engrasando la rueda dentada.
IMAGEN 5
Engrasando la banda.
IMAGEN 6
Ubicando el alternador en un punto fijo.
63
IMAGEN 7
Ubicando los accesorios de la torre eólica.
IMAGEN 8
Verificando el funcionamiento del alternador.
IMAGEN 9
Realizando las respectivas conexiones.
64
IMAGEN 10
Conectando los cables a una batería.
IMAGEN 11
Comprobando si se encuentra instalado correctamente.
