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.