Creacion de generadores de energia eolica para vivienda

CREACION DE GENERADORES DE ENERGIA EOLICA PARA VIVIENDA
ESPECIALMENTE EN LA CIUDAD DE RIOHACHA
INTEGRANTES
JOSE DE JESUS FREYLE GOMEZ
ANDRES FELIPE PAJARO CASTILLO
MERVIN MANUEL BARROS DOVALES
UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA
FACULTAD CIENCIAS ECONIMICAS Y ADMINISTRATIVAS
NEGOCIOS INTERNACIONALES
VIII SEMESTRE
METODOLOGIA DEL COSUMO
RIOHACHA-LA GUAJIRA
2014
CREACION DE GENERADORES DE ENERGIA EOLICA PARA VIVIENDA
ESPECIALMENTE EN LA CIUDAD DE RIOHACHA
Resumen
Colombia es un país que históricamente ha sido dependiente de los hidrocarburos para
satisfacer sus demandas energéticas. Sin embargo, en los últimos años, se han
desarrollado fuentes de energías alternativas, destacándose las energías renovables.
Dentro de las mismas, la energía eólica es una de las que presenta mayores
potencialidades de crecimiento debido a las características geográficas del país. Otra de
estas características que fomentan el desarrollo de la tecnología eólica, es el de su vasta
extensión sumada a una baja densidad de población. Esto genera la existencia de una
gran cantidad de viviendas excluidas de la red eléctrica, debido a los elevados costos de
la misma en función de la cantidad de usuarios. En el centro y especialmente sur del
país se encuentra la zona que presenta las características climáticas ideales para el
aprovechamiento del recurso eólico. Se considera que la Guajira posee uno de los
corredores eólicos más importantes del mundo debido a que combina una velocidad de
viento idónea sumada a la constancia del mismo. Por lo tanto, será aquí donde se centre
la actividad eólica en el país.
Por lo tanto, los aerogeneradores presentan una alternativa a la solución de la
ausencia de conexión a la red eléctrica. Su implementación trae consigo beneficios tales
como acceso a la información, mejora en las comunicaciones y una modificación de las
prácticas sociales, mejorando en consecuencia la calidad de vida y generando unidades
autónomas y autárquicas.
La creación de esta nueva empresa es generar mayor calidad de vida, solucionar
los problemas especialmente que presenta Riohacha, con los grandes costos que
representan el servicio de energía, mejorar la calidad del mismo que presenta muchas
falencias, fomentar y concientizar a la población lo beneficioso que es el uso de las
energías alternas y llegar a los sectores menos favorecidos donde la energía eléctrica
lastimosamente no llega con la ayuda del gobierno con proyectos de financiación y así
conseguir un país más eficiente y que tenga mayor armonía con su medio ambiente
Palabras clave: matriz energética Colombia, energías renovables, energía eólica,
aerogeneradores, poblaciones rurales, INTI.
ANTECEDENTES ANALISIS DE INVOLUCRADOS
El calentamiento global, la disminución de reservas de petróleo y gas, así como la
incertidumbre en el precio y sostenibilidad en el suministro de combustibles fósiles
están presionando al mundo a diversificar su canasta energética. A la hora de hablar de
un ambiente más limpio y de seguridad energética, fuentes renovables, como la energía
eólica, adquieren especial interés para afrontar estos, entre otros problemas.
La energía eólica (o energía del aire en movimiento) se usa desde hace cientos
de años para labores agrícolas como molienda de grano y bombeo de agua.
También para propulsión aerodinámica de barcos, de tablas de vela y/o
esculturas eólicas (hoy llamado arte cinético). En la actualidad, el uso de la energía
eólica como fuente para generación de electricidad, libre de polución, se ha convertido
en otra alternativa atractiva y está presentado un enorme crecimiento en el mundo.
Se debe aclarar que la totalidad de equipos eólicos instalados y en operación, tan
solo suministran el 1 por ciento de la energía eléctrica consumida en todo el mundo, sin
embargo este nivel de generación de electricidad está aportando cerca del 4 por ciento
de
la
reducción
mundial
de
emisiones
de
gases
de
efecto
invernadero.
Para finales de 2009, en el mundo se tendrán instalados 140.000 MW para
suministro de electricidad con cerca de 100.000 turbinas eólicas instaladas.
Los países con mayor nivel de penetración en su canasta energética son: Estados
Unidos, España, China, Alemania, Dinamarca, Reino Unido, Portugal y Canadá.
Solamente, la Unión Europea (UE) tendrá instalados más de 75.000 MW en el 2010, de
los cuales al menos 10.000 MW estarán instalados en el mar. El objetivo de la UE para
el año 2020 es tener instalados 180.000 MW eólicos, lo cual implica que el 12 por
ciento
del
consumo
de
electricidad
provendrá
de
la
energía
eólica.
En América Latina, el total de plantas eólicas instaladas a inicios de 2008
sumaban 550 MW, preferencialmente en Brasil, México, Costa Rica, Argentina, Chile y
Colombia. Los programas nacionales más agresivos en la implementación de esta
energía son Brasil, Argentina, Chile, México y Costa Rica con proyectos para los
próximos 3 años por más de 2.000 MW. Adicionalmente, Brasil, México y Argentina ya
cuentan con plantas de
latinoamericano.
producción de equipos eólicos para suplir el mercado
Colombia cuenta desde el año 2004 con un único parque eólico, Jepirachi,
instalado en cercanías del Cabo de La Vela en la Guajira. Durante los dos primeros años
de operación, el parque alimentó la red eléctrica nacional con aproximadamente 120
GWh. Las condiciones de viento en el sitio son bastantes favorables, ya que cuenta con
velocidades de viento promedio altas casi todo el año; vientos alisios prevalentes en
dirección Este-Oeste y baja intensidad de turbulencia del viento, lo cual representa
reducidas
cargas
de
vibración
en
los
equipos.
Jepirachi cuenta con 15 equipos de fabricación alemana de la compañía Nordex,
cada uno con una potencia nominal de 1.3 MW, para una potencia nominal total en el
parque de 19.5 MW. Cada equipo tiene 60 metros de diámetro y 60 metros de altura de
torre. Este se ha considerado como un proyecto piloto, con el propósito de transferencia
de tecnología, aprendizaje y entendimiento para futuros proyectos de energía eólica en
el
país.
Las perspectivas para la energía eólica en Colombia son grandes, sobre todo en
el Caribe, en donde el recurso eólico ha demostrado ser alto. Solamente en esta región,
incluida la Guajira, se cuenta con un potencial efectivo de conversión de energía eólica
a energía eléctrica de 20.000 MW, en parques eólicos. Ahora, si se quisiera extender a
zonas
de
playa
o
al
mar,
este
potencial
se
podría
duplicar.
La evaluación del recurso eólico se realiza a alturas entre 60 y 100 m sobre la
superficie. Entre las zonas con buenos vientos en el territorio nacional se encuentran las
Islas de San Andrés y Providencia, los alrededores de Villa de Ley-va, Cúcuta,
Santander,
Risaralda,
el
Valle
del
Cauca,
el
Huila
y
Boyacá.
Valorar su verdadero potencial como fuente de suministro energético ampliaría
el aporte de Colombia a la reducción mundial de emisión de gases de efecto
invernadero.
Es necesario mencionar que en el país se han realizado diseños locales
comerciales innovadores como la aerobomba Gaviotas. Este desarrollo se volvió
comercial en 1977. En 1979, se desarrolló el molino de viento el Gavilán, estos dos
proyectos contaban con aspectos novedosos para su operación en bombeo de agua y
fueron la base de fabricación de la aerobomba Jober, comercializada en Duitama,
Boyacá.
En el ámbito universitario, en los años 80, profesores y estudiantes de la
Universidad Nacional realizaron importantes avances en el desarrollo de equipos eólicos
para generación de electricidad, sin embargo, estos esfuerzos fueron truncados por falta
de financiamiento. Otras universidades han continuado en estos esfuerzos de entender la
tecnología eólica, y se hacen visibles trabajos importantes en la Universidad Nacional
en Medellín, con el apoyo de las Empresas Publicas de Medellín, y la Universidad de
Los Andes, que con el trabajo de estudiantes y profesores aportó al desarrollo del
equipo
comercial
Gaviotas.
Del interés por la energía eólica en Colombia y la búsqueda de otras fuentes
renovables de energía, están emergiendo acciones como, por ejemplo, el estudio
recientemente realizado por las universidades Nacional en Medellín y Los Andes sobre
la regulación para incentivar las energías alternas y la generación distribuida, el
concurso abierto para el financiamiento de proyectos emprendedores en energías
limpias y renovables y eficiencia energética, financiado por el Banco Interamericano de
Desarrollo, el proyecto actual de la Cámara de Comercio de Bogotá con el BID–FOMIN
sobre la promoción de eficiencia energética y el uso de energías limpias para la pequeña
y mediana industria, y el foro que tendrá lugar en Medellín, el 7 de Julio, sobre los
elementos necesarios para la promoción de la energía eólica en Colombia, organizado
por la Asociación Latinoamericana de Energía Eólica (LAWEA).
INVOLUCRADOS
DEPÁRTAMENTO DE LA GUAJIRA
MUNICIPIO DE RIOHACHA
CORPOGUAJIRA
LA EMPRESA MULTISERVICIOS EPM
DIAN
COMFAGUAJIRA
MINISTERIO DE COMERCIO EXTERIOR
FUENTES NO CONVENCIONALES DE ENERGIA FNCE
COOPERACION TECNICA “GTZ” DE ALEMANIA
JUSTIFICACIÓN
Colombia como país en vías de desarrollo debe buscar de cualquier forma práctica
aprovechar las energías alternativas; Si bien el país tiene fuentes de combustibles fósiles
como carbón y petróleo en abundancia, e incluso ricas fuentes hídricas para la creación
de hidroeléctricas, todas estas formas de generación de energía tienen un enorme
impacto sobre el medioambiente y sobre las poblaciones cercanas. En algunos casos
nuestras fuentes de energía actuales tienen efectos positivos como la generación de
empleo y de regalías, pero es un hecho que dichas fuentes pueden terminarse, o
simplemente su explotación podría implicar la exterminación de reservas naturales, o un
deterioro mayor del medio ambiente; por lo tanto es una prioridad para el gobierno y
para la sociedad en Colombia informarse acerca de las energías alternativas y de su
aprovechamiento, para lograr un futuro energéticamente claro, con cobertura total, y
sobre todo de acuerdo con la nueva visión global de un mundo limpio y libre de
emisiones nocivas para el ambiente. Crear este documento informativo no solo
enriquece el conocimiento personal del autor acerca del tema sino que también en un
esfuerzo pequeño en comparación al de otras instituciones, pretende contribuir en ese
proceso informativo y educativo, que busca un cambio en el pensamiento de la sociedad
acerca de un tema fundamental como lo es el medio ambiente y la independencia
energética, en beneficio de un desarrollo que mire hacia el futuro y que beneficie al
conjunto de la sociedad, dentro y fuera de los grandes centros de población.
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA Debido a lo extenso del tema de las
energías alternativas, y al hecho de que no todas las formas de aprovechamiento de las
energías alternativas, son adecuadas y/o económicas dentro del entorno que ofrece la
república de Colombia, la presente se centrará de forma muy conservadora en La
creación de generadores de energía eólicas. Los cuáles serán a costos accesibles a la
población Riohachera, que ayudara a la crisis energética que presenta, la idea no solo
solucionara el problema energético y a mejorar la interacción con el medio ambiente si
no que generara empleo para realizar los generadores que serán construido en gran
medida en la región y su mantenimiento, lo cual cada día fortalecerá más y más la
empresa que tiene visión expansionista.
Ventajas de la energía eólica
• Es renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos
• Es limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes.
• No requiere combustión, es decir que no genera emisiones de dióxido de carbono, por
lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climático.
• Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas,
próximas a la costa, en zonas áridas y muy empinadas para ser cultivables.
• Puede convivir con otros usos del suelo, como por ejemplo cosechas o tierras donde se
lleve a cabo la actividad ganadera.
• Su utilización combinada con otros tipo de energía, habitualmente la solar, permite la
auto alimentación de viviendas, terminando así con la necesidad de conectarse a la red
Eléctrica, pudiendo lograr autonomía.
OBJETIVO
Implementar el uso y la compra de generadores de viento para el hogar, para reducir la
crisis energética del planeta y especialmente de la región
OBJETIVO ESPECIFICOS
 Crear nuevos generadores más eficientes para la extracción de la energía eólica.
 Implementar y concientizar a la población de los beneficios de las nuevas
energías alternas y renovables, especialmente la energía eólica.
 Prestar un servicio de mantenimiento especializado para el sostenimiento de los
generadores eólicos
 Implementar políticas de financiamiento en la venta de los generadores de
energía eólica para llegar a todos los sectores de la comunidad.
TIPOS DE INVESTIGACION
Investigación bibliográfica-documental.
El proyecto fue factible porque se pretendió diagnosticar y evaluar la realidad
actual de este, se determinó el alcance de los problemas, y se crearon planteamientos
para resolverlos en base a una investigación bibliográfica que nos permitió establecer
actividades, determinar recursos para la ejecución y por lo tanto a la aplicación del
proyecto fundamentado en una base teórica[2].
Investigación de campo.
Se empleó la investigación de campo, para la recolección de información acerca
de otro generador eólico en especial, con el fin de conocer las diferencias entre uno y
otro, principalmente en los elementos que lo componen y la estructura o diseño del
mismo, para ayudarnos en la mejora de nuestro generador eólico.
Investigación descriptiva.
El proyecto abarco un nivel descriptivo, ya que nos ayudó a conocer las
variables que comprende el problema, nos dio a conocer las características de la realidad
a investigarse, las causas y consecuencias del problema, así como, los beneficios que
obtendremos con el desarrollo del proyecto.
EL DISEÑO
El diseño de “Hugh Piggot” tiene una potencia de 500 vatios a 12 Voltios lo que lo sitúa
en el límite inferior de los generadores eólicos que pueden ser utilizados para
aplicaciones domésticas. La potencia eléctrica estimada en una localización con un
viento de velocidad media de 5 m/s es:
Potencia Media
Energía/día
Amperaje/hora a
Amperaje/hora a
24V
100 W
2,5 KWh
100 Ah
12V
200 Ah
Proporciona una salida de 75 KWh cada mes, que es significativamente menor
que los 330 KWh que necesita un hogar con un consumo medio, pero proporciona un
medio importante de energía para sistemas no conectados a la red y con poca demanda
energética como granjas aisladas con sistemas básicos de luz, bombas de agua, rejas
electrificadas o pequeños centros de control remotos. El tamaño del generador eólico
podría resultar demasiado pequeño para conectarse a la red, de manera que tiene sentido
sólo para usos en los que la red eléctrica principal no está disponible y se necesita un
sistema autónomo.
PRESUPUESTO DEL PROYECTO
Esta estimación económica sirve para un sistema completo de energía eólica e incluye
una torre de 20 metros, una turbina eólica, el cableado y los sistemas de control
necesarios para conectar la turbina.
Artículos
Componentes de la torre: (mástil, cables, tensores, equipo elevador.)
Valor
250.000
Componentes Electrónicos: (rectificadores, controladores de carga, 100.000
inversores, conexiones)
Cableado: (cables que van desde la turbina a la batería a donde se vaya a 20.000
utilizar la energía)
Componentes metálicos: (Cubierta de la turbina, componentes del 40.000
alternador)
Imanes: (Imanes permanentes de NdFeb neodynium)
20.000
Baterías: (de ácido de 500 Ah a 12V)
125.000
Madera: (para las aspas)
10.000
Coste total estimado:
665.000
Este presupuesto no tiene en cuenta el coste de la fabricación de la turbina, o
cualquier coste asociado con la equipación de un taller para poder realizar el trabajo.
Los miembros de la asociación Escanda han reproducido con éxito el diseño de la
turbina con formación técnica recibida a lo largo de una semana. Involucró a 5 personas
trabajando una media de 10 horas al día durante 7 días. En total, 350 horas.
Proceso de producción resumimos ahora el proceso de construcción de una turbina
eólica Hugh Piggo
a. Aspas:
Las aspas de este diseño están hechas a mano utilizando una combinación de
paneles de madera, cuchillas y herramientas eléctricas. La madera utilizada necesita ser
ligera y de grano fino para poder producir aspas que sean fuertes a la vez que flexibles;
en este ejemplo se utilizó madera de pinote a. El siguiente diagrama muestra la técnica
empleada para las aspas, tal y como se refleja en el manual de construcción, y con una
foto del proceso de fabricación en nuestro taller en Ronzón.
b. El Trabajo de metal.
El trabajo con metal que necesita este diseño se llevó a cabo con herramientas
básicas como taladros eléctricos, fijaciones, etc... La calidad del resultado es
fundamental porque muchas de las partes construidas van a sufrir un estrés significativo.
El siguiente diagrama muestra un alternador completo.
c. Los Imanes
Los imanes utilizados en este diseño son bloques de Neodimio NdFeb; estos
imanes son muy fuertes y producen un flujo de alta calidad que pasa a través de las
bobinas durante el funcionamiento normal de los alternadores para producir corriente
alterna. Los bloques se colocan en los discos de acero listos para ser montados en el
alternador. Posteriormente, los discos se tratan con resina a prueba de agua para
prevenir que los imanes se muevan cuando el disco esté girando a altas velocidades.
d. El Estator
El Estator es un panel plano de resina que contiene bobinas de cobre que van a
generar la corriente alterna en combinación con los discos magnéticos que giran en el
alternador. Este estator es una parte estática dentro del alternador y tiene un disco de
acero con imanes girando en ambos lados. La fotografía muestra las bobinas de cobre
que están situadas dentro del estator y el proceso de creación del estator.
e. La Torre
El tipo de torre más económico consta de una combinación de tubos gruesos de
acero reforzado para formar el mástil central junto con varios cables de acero para el
soporte. En este ejemplo la torre tiene 20 metros de alto y los tensores se agrupan de
cuatro en cuatro a intervalos de 5 metros a lo largo de la torre. Este tipo de torre se
conoce como “inclinada hacia arriba” y puede ser levantada e inclinada fácilmente
utilizando una manivela para su mantenimiento y reparación.
Mostramos a continuación una fotografía de una turbina sencilla de triple aspa
instalada en una granja.
MODELOS DE GENERADORES
Aerogenerador con rotor Savonius: Es el modelo más simple de rotor, consiste en
cilindros huecos desplazados respecto su eje, de forma que ofrecen la parte cóncava al
empuje del viento, ofreciendo su parte convexa una menor resistencia al giro. Se suele
mejorar su diseño dejando un espacio entre ambas caras para evitar la sobre presión en
el interior de la parte cóncava. Pueden construirse superponiendo varios elementos
sobre el eje de giro.
No son útiles para la generación de electricidad debido a su elevada resistencia
al aire. Su bajo coste y fácil construcción les hace útiles para aplicaciones mecánicas.
Figura 1: Aerogenerador Tipo Savonius.
Aerogenerador con rotor Darrieus: Patentado por G.J.M. Darrieus en 1931, es el
modelo de los aerogeneradores de eje vertical de más éxito comercial. Consiste en un
eje vertical asentado sobre el rotor, con dos o más finas palas en curva unidas al eje por
los dos extremos, el diseño de las palas es simétrico y similar a las alas de un avión, el
modelo de curva utilizado para la unión de las palas entre los extremos del rotor es el de
Troposkien, aunque puede utilizarse también catenarias. Evita la necesidad de diseños
complejos en las palas como los necesarios en los generadores de eje horizontal, permite
mayores velocidades que las del rotor Savonius, aunque sin alcanzar las generadas por
los modelos de eje horizontal, pero necesita de un sistema externo de arranque.
Figura 2: Aerogenerador Tipo Darrieus.
Aerogenerador con rotor Giromill: Este tipo de generadores también fueron
patentados por G.J.M. Darrieus. Consisten en palas verticales unidas al eje por unos
brazos horizontales, que pueden salir por los extremos del aspa e incluso desde su parte
central. Las palas verticales cambian su orientación a medida que se produce el giro del
rotor para un mayor aprovechamiento de la fuerza del viento.
Figura 3: Aerogenerador Tipo Giromill.
Aerogenerador con rotor Windside: Es un sistema similar al rotor Savonius, en
vez de la estructura cilíndrica para aprovechamiento del viento, consiste en un perfil
alabeado con torsión que asciende por el eje vertical. La principal diferencia frente a
otros sistemas de eje vertical es el aprovechamiento del concepto aerodinámico, que le
acerca a las eficiencias de los aerogeneradores de eje horizontal.
Figura 4: Aerogenerador Tipo Windside.
-Eje horizontal: En la actualidad la gran mayoría de los aerogeneradores que se
construyen conectados a red son tripalas de eje horizontal. Los aerogeneradores
horizontales tienen una mayor eficiencia energética y alcanzan mayores velocidades de
rotación por lo que necesitan caja de engranajes con menor relación de multiplicación
de giro, además debido a la construcción elevada sobre torre aprovechan en mayor
medida el aumento de la velocidad del viento con la altura.
Los modelos de eje horizontal puede subdividirse a su vez por el número de
palas empleado, por la orientación respecto a la dirección dominante del viento y por el
tipo de torre utilizada:
Tripala: Es el más empleado en la actualidad, consta de 3 palas colocadas
formando 120º entre sí. Un mayor número de palas aumenta el peso y coste del
aerogenerador, por lo que no se emplean diseños de mayor numero de palas para fines
generadores de energía de forma comercial, aunque si para fines mecánicos como
bombeo de agua etc.
Figura 5: Aerogenerador Tipo Tripala.