Manual de Aplicacion Energia Eolica INEA

Manual de Aplicación de la Energía Eólica

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES Y ENERGIAS ALTERNATIVAS INEA MANUAL DE APLICACIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA

Autor:

Alvaro Pinilla S., Ph.D., M.Sc., Ingeniero Mecánico Contrato INEA-065-96

Julio de 1997.


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Dr. Orlando Cabrales Ministro de Minas y Energía Dr. Cesar Humberto Arias Pabón Director General INEA. Dr. Alfonso Salazar Subdirector General de Energía INEA Dr. Felipe Rodríguez P. Jefe División de Energías Alternativas Grupo Energía Eólica INEA. Este documento se realizó con el patrocinio del Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas (INEA), Instituto anexo al Ministerio de Minas y Energía. Ni el Ministerio de Minas y Energía, ni el Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas (INEA), ni ninguno de sus empleados, contratistas, subcontratistas, o sus empleados, darán alguna garantía, explícita o implícita, o asumirán alguna responsabilidad legal o responsabilidad por la precisión, perfección o utilidad de alguna información, aparatos o equipos, productos o procesos revelados o mencionados, ni representa que su uso no infringirá los derechos de privados. Los puntos de vista, opiniones y conclusiones contenidas en este documento son los del contratista y no necesariamente representan las del Ministerio de Minas y Energía o las del Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas (INEA). CopyRight INEA ISBN Nº:958-96121-5-6 1997 Fotos, mapa y referencias Internet actualizadas 2003 Autor: Alvaro Pinilla S., Ph.D., M.Sc.,Ingeniero Mecánico Contrato INEA-065-96 Revisión: Físico Felipe Rodríguez P. Ing. Luis Carlos Romero R. Ing. Victor Hugo Gil G. Grupo Energía Eólica. INEA Fotos Ing. Luis Carlos. Romero R. Colaboración: Ing. Luis Mario Mateus Ing. Juan Pablo Uribe Ing. Adriana Gómez M. Publicación Convenio Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas Universidad de Los Andes.


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PRESENTACION A nivel Internacional el aprovechamiento de las energías renovables es bastante amplio y esta contemplado en una forma importante en la planeación energética de varios países, llegando a tenerse dentro de sus planes de expansión energéticos un aporte de más del 20% de sus necesidades de energía suministrado por energías renovables. En el caso de la energía eólica se tiene una capacidad instalada que supera los 6000MW en conexión a la red a nivel mundial y varios países planean cubrir hasta un 10% de su demanda energética en conexión a red, con esta fuente, entre el 2000 y el 2005. En Colombia a pesar de sus importantes recursos Energéticos convencionales como el Carbón, gas, petróleo y los recursos hídricos a gran escala, se presenta problemas en el suministro de energía a todo el país, situaciones difíciles en este sector se han vivido en el pasado, en algunos casos por ser zonas aisladas de difícil acceso y distantes del sistema interconectado, y en otras por variaciones climáticas. Es allí donde los recursos energéticos no convencionales de carácter renovable como: Energía Eólica, Energía Solar, Biomasa, Pequeñas Centrales Hidroeléctricas y Geotermia, que están disponibles también en el país para su aprovechamiento, son alternativas de solución y de diversificación de la oferta energética y por consiguiente para la confiabilidad del Sistema Energético Nacional. Como directrices políticas, el Gobierno Nacional asignó al Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas -INEA, la labor de promover y difundir el desarrollo y aprovechamiento de estas fuentes no convencionales en el país, labor que el INEA, en su División de Energías Alternativas, acertadamente ha venido desarrollando para cada fuente según su disponibilidad y grado de desarrollo de cada una. Para el caso de la Energía Eólica, el INEA ha identificado que una de las principales barreras para la difusión de su aprovechamiento, es el desconocimiento de su potencial de aplicación, y de la tecnología que esto involucra; en el país la principal aplicación es el bombeo de agua, que tienen una participación importante en el contexto nacional, principalmente en la Guajira, los Llanos orientales y algunas zonas de la Región Andina, aunque su potencial amerita un mayor aprovechamiento, hay también algunas aplicaciones para generación de energía eléctrica puntuales, esto ha motivado la necesidad de cuantificar el recurso eólico, para tenerlo en cuenta en los planes de expansión del sector energético. Por tanto el INEA, planteó el proyecto “Levantamiento y Publicación del mapa de vientos de Colombia”, y como parte de este proyecto contempló, elaboró y publicó, el Manual de Aplicación de la Energía Eólica, que mediante un lenguaje sencillo permite a las personas adquirir un conocimiento básico y práctico del aprovechamiento del recurso eólico, con lo cual pueden aplicar la información que contiene un mapa de vientos preliminar. Este documento va dirigido a fabricantes, usuarios y gente interesada en el tema de sistemas eólicos a pequeña escala, aunque algunos elementos se pueden aplicar a gran escala, de tal forma que le sirva como una guía práctica para su conocimiento y aplicación. Cesar Humberto Arias Pabón Director General Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas- INEA


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PROLOGO El viento, ha sido una de las fuentes de energía más utilizada por el hombre a través de su historia, aprovechándolo desde la navegación a vela, pasando por diferentes aplicaciones con los llamados molinos de viento, en labores como molienda de grano, bombeo de agua y sistemas de fuerza motriz, hasta llegar en la actualidad a la generación de energía eléctrica desde sistemas individuales de algunos vatios de potencia, hasta sistemas de varios Megavatios conectados a las redes nacionales de energía. En Colombia la utilización de los molinos de viento en labores de bombeo de agua o aerobombeo, se inició desde principios de este siglo y se afianzó en los 50‘s con masivas importaciones de equipos especialmente para la región de la Guajira. En la actualidad se continua su aprovechamiento, con una industria nacional de equipos, algunos con diseños propios y otros fabricando copias de marcas extranjeras, y concesionarios para equipos importados. Se ha detectado, que algunos de los principales obstáculos para que la energía eólica amplíe su utilización en el país, es el desconocimiento de la tecnología y del potencial energético de recurso eólico en Colombia. En el área del conocimiento del recurso eólico, se han hecho algunos intentos por conocer el potencial energético real del recurso viento, para lo cual se ha desarrollado algunos estudios regionales. Finalmente en el año 1993 el INEA planteo el Proyecto Levantamiento y Publicación del mapa de Vientos de Colombia, que se viene desarrollando en forma conjunta con el IDEAM antiguo HIMAT (entidad encargada de tomar los registros meteorológicos del país), con este proyecto se busca llegar a una aproximación del potencial energético del recurso eólico del país. El mapa de vientos, por su carácter global, nos permite solo una primera aproximación al potencial del recurso, por lo cual para instalaciones de aprovechamiento específicas es necesario hacer una serie de procedimientos puntuales. El objetivo de este manual es dar al potencial usuario las herramientas de conocimiento básicas, que permitan esta última labor y a la vez generar un criterio de selección de sistemas disponibles en el mercado, para aplicaciones a pequeña escala, en labores de generación de energía eléctrica y bombeo de agua. Por lo cual el INEA contrató al Ingeniero Alvaro Pinilla para realizarlo bajo la supervisión del Grupo de Energía Eólica del Instituto. Para lograr este objetivo, este documento contiene secciones que le permitirán tener un conocimiento básico de la tecnología, de como funciona el recurso viento, guías para estimar la energía aprovechable del viento involucrando turbinas eólicas, los componentes de los diversos sistemas de aprovechamiento del viento, guías generales de instalación, mantenimiento y operación de equipos, posibles proveedores, y bibliografía donde buscar más información al respecto, además de un mapa preliminar del recurso viento. Ing. Luis Carlos Romero R., M.Sc. Grupo de Energía Eólica. Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas (INEA)


INDICE

PRESENTACION ...................................................................................................................................... III

PROLOGO ..............................................................................................................................................IV

INDICE.....................................................................................................................................................1

CAPITULO 1 - INTRODUCCION A LA ENERGIA EOLICA..........................................................................3

CAPITULO 2 – EL RECURSO VIENTO ........................................................................................................5

2.1 EL RECURSO EOLICO...........................................................................................................................5 2.2 PATRONES GLOBALES DE CIRCULACION DEL VIENTO...................................................................5

2.2.1 ESCALAS DE VIENTOS: VARIACION HORIZONTAL............................................................. 7 2.2.2 VARIACION DEL VIENTO CON LA ALTURA SOBRE EL TERRENO........................................ 9

2.3 CALCULO DE LA POTENCIA DEL VIENTO........................................................................................11 2.4 INFORMACION NECESARIA PARA EVALUAR EL USO DE LA ENERGIA EOLICA.........................13

2.4.1 Datos Meteorológicos Requeridos................................................................................. 13 2.5 METODOS UTILIZADOS PARA MEDIR LA VELOCIDAD DEL VIENTO .............................................16

2.5.1 Información Empírica...................................................................................................... 16 2.5.2 Anemómetros Totalizadores........................................................................................... 17 2.5.3 Método de Correlación.................................................................................................. 18 2.5.4 Instalación de Pequeños Equipos Eólicos...................................................................... 19 2.5.5 Adquisición de Datos en Tiempo Real........................................................................... 19

CAPITULO 3 - ESTIMACION DE LA ENERGIA EOLICA ...........................................................................20

METODOLOGIA DE EVALUACION DE ENTREGA DE ENERGIA................................................................20

CAPITULO 4 - TECNOLOGIA EOLICA....................................................................................................27

4.1 COMPONENTES DE LOS EQUIPOS DE CONVERSION DE ENERGIA EOLICA ..............................29 4.1.1 ROTOR.............................................................................................................................. 29 4.1.2 SISTEMA DE TRANSMISION ............................................................................................... 30 4.1.3 TORRE............................................................................................................................... 31 4.1.4 SISTEMA DE SEGURIDAD .................................................................................................. 32 4.1.5 GENERADOR.................................................................................................................... 33 4.1.6 CONEXIONES ELECTRICAS Y CONTROLADORES ............................................................ 34 4.1.7 SISTEMA DE BOMBEO....................................................................................................... 34

CAPITULO 5 - IMPLEMENTACION DE PEQUEÑOS SISTEMAS EOLICOS..................................................36

5.1 OBRA CIVIL .........................................................................................................................................38 5.2 LEVANTAMIENTO ...............................................................................................................................38 5.3 INSTALACIÓN DE LA BOMBA............................................................................................................40 5.4 MANTENIMIENTO................................................................................................................................40 5.5 ALTERNATIVAS. ...................................................................................................................................41

BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................................42

OTRAS FUENTES DE INFORMACION............................................................................................................44 RED ELECTRONICA........................................................................................................................................46

APENDICE A..........................................................................................................................................47

APENDICE B...........................................................................................................................................48

APENDICE C..........................................................................................................................................50


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APENDICE D ..........................................................................................................................................51

Método de costo de energía ...................................................................................................... 51 Método de tiempo de pago ....................................................................................................... 51 Método de ciclo de vida ............................................................................................................ 51

APENDICE E...........................................................................................................................................52

AEROBOMBAS ...............................................................................................................................................52 CONCESIONARIOS .............................................................................................................................................52 AEROGENERADORES ...................................................................................................................................53 OFERTA DE EQUIPOS EOLICOS FUERA DE COLOMBIA ............................................................................53

APENDICE F...........................................................................................................................................56


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CAPITULO 1 - INTRODUCCION A LA ENERGIA EOLICA La energía eólica o del viento ha sido utilizada por cientos de años para molienda de granos, bombeo de agua y otras aplicaciones mecánicas. En la actualidad, existen más de un millón de molinos de viento en operación alrededor del mundo; estos se utilizan principalmente para extracción y bombeo de agua. Mientras el viento seguirá siendo utilizado para bombeo de agua, el uso de la energía eólica como fuente energética libre de polución para generación de electricidad es una alternativa atractiva que en los últimos años ha acrecentado el interés de muchos países para su implementación como fuente de generación eléctrica. Estrictamente hablando, un molino de viento es utilizado para moler granos, así que molinos de viento modernos tienden a conocerse mejor como turbinas eólicas, parcialmente porque su función es similar a las turbinas de gas o de vapor para generación de electricidad. En algunas ocasiones también se les conoce, en la actualidad, como Sistemas de Conversión de Energía Eólica (SCEE). Aquellos sistemas que son utilizados para generar electricidad se conocen como Aerogeneradores y aquellos utilizados para extracción y bombeo de agua se conocen como Aerobombas. La energía eólica ofrece un importante potencial para el suministro de cantidades sustanciales de electricidad sin los problemas de polución que presentan la mayoría de las formas convencionales de generación. Después de la crisis energética mundial que se presenta en el año de 1973, se impulsa un interés global por el desarrollo y uso de fuentes alternativas de energía como energía solar térmica, fotovoltaica, eólica, microhidroelectricidad, de las mareas, de las olas, la geotermia, el uso de la biomasa, entre otras. Durante la década de los ochenta, la energía eólica recupera su estatus de primer orden perdido a principios del siglo XIX al presentarse grandes desarrollos tecnológicos, pasándose de plantas pilotos y prototipos experimentales hasta la realidad comercial de sistemas eólicos que han demostrado alta confiabilidad y buena disponibilidad en la operación y entrega de energía eléctrica. En los comienzos de los ochenta solo dos países contaban con programas nacionales de utilización de la energía eólica para el suministro masivo de energía eléctrica (Estados Unidos y Dinamarca), y ya hacia finales de los ochenta eran más o menos catorce los países con programas nacionales de uso de la tecnología eólica. Este auge en la industria eólica, en tan pocos años, ha permitido distinguir algunas compañías comerciales que han logrado madurez tecnológica en su oferta de equipos de manera que han sobrevivido ante un número creciente de empresas que han surgido y desaparecido en los últimos tiempos. En la actualidad y en varios países, en conjunto, para conexión a red se han instalado más de 25,000 turbinas eólicas de diversos tamaños y potencias nominales, con una tendencia a estandarizar el tamaño óptimo por turbina individual de nivel de potencia nominal de 250 Kw eléctricos y tamaños que oscilan entre 25 y 30 metros de diámetro. Los equipos instalados exceden una capacidad global de 6200 Mw (1996) (AWEA)y una producción anual energética en exceso de los 13,000 millones de Kwhr, lo cual ha demostrado que cuando se instalan equipos en condiciones favorables de viento, la viabilidad económica de estas instalaciones la hacen competitiva a alternativas convencionales de suministro de energía. Vale la pena anotar que de todas las tecnologías de energías renovables, la energía eólica ha emergido como una de las más ventajosas, como consecuencia del número de instalaciones y la potencia global instalada, sin ser comparable, por ninguna otra fuente renovable de energía. Para dar una perspectiva más amplia de lo que han significado los últimos avances tecnológicos en esta alternativa energética, es necesario mencionar a continuación algunos de los programas nacionales de implementación y uso de turbinas eólicas a gran escala.


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El Estado de California en Estados Unidos tiene la utilización local más amplia a nivel mundial, donde cifras indicativas, estiman en 1497MW la capacidad operativa en 1996, en todo Estados Unidos la capacidad es de alrededor de 1794 MW,.y se planea para el 2005 tener otros 2700MW más instalados. El Segundo país en capacidad instalada es Alemania con 1575 Mw de los cuales instaló 439 MW en 1996. Dinamarca otra de las potencias tecnológicas en esta área tiene instalados alrededor de 800 MW(1996), más de 6000 turbinas eólicas alcanzando un suministro de 6% de sus necesidades eléctricas, es importante anotar que 600 MW son manejados por electrificadoras privadas y 200 MW por electrificadoras públicas, el gobierno Danés pretende para el 2005 cubrir un 10% de la demanda de energía, alrededor de 1500MW. En Holanda, la energía eólica contribuye con unos 300MW instalados, con la meta de 1100 MW para el 2000. España tiene instalados 261MW, El Reino Unido posee 264 MW y aspira a tener 1000MW para el 2000 con una mezcla de energías renovables. Dos programas importantes para los países del Tercer Mundo son los programas de la China (57MW)y la India, donde a través de programas demostrativos estatales y adecuada transferencia tecnológica de países del Primer mundo, se han establecido programas ambiciosos de uso de la tecnología eólica hasta el punto que la India, tiene instalados a 1996 820 MW, con un ingrediente importante de fabricación local en este programa. Países como Japón, Rusia, Rumania, Costa Rica (20 Mw instalados para 1996y tiene planeado cubrir hasta el 10 % de su demanda en corto plazo), Grecia (30MW), Argentina, Brasil (1 Mw en 1995), entre otros, tienen también programas nacionales de suministro eléctrico con energía eólica. En términos generales se puede observar que en el ámbito mundial existe una masiva utilización de equipos eólicos para suministro de energía y cuyo futuro será más ambicioso todavía. Para dar un ejemplo, el programa de la Unión Europea de implementación de la tecnología eólica se está dando por fases como sigue: Para el año 2000 la Unión Europea contará con 4,860 Mw instalados lo cual representa un aumento en 15 veces la capacidad instalada en 1991. Este programa implica la instalación de, al menos, 18,000 turbinas con promedio de 250 Kw de potencia nominal por unidad y una inversión de US$ 6,000 millones. Para el año 2005, se tendrán instalados 18,500 Mw; para el año 2010, 25,000 Mw y para el año 2030, 100,000 Mw. Se estima que el total de turbinas instaladas utilizaran una extensión física de terreno de 8300 Kilómetros cuadrados, de los cuales las turbinas eólicas ocuparán solo el 1% del total.


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CAPITULO 2 – EL RECURSO VIENTO 2.1 EL RECURSO EOLICO La determinación precisa del recurso eólico es una tarea difícil e incierta, especialmente cuando se compara con la energía solar o la energía hidráulica. Las razones para esto son las siguientes: * Una gran variabilidad de velocidades de viento se encuentra en las diferentes regiones

del mundo, desde un promedio anual de velocidad de 2 m/s hasta 4 a 7 m/s en lugares con mucho viento. Esta variación en viento implica una mayor variabilidad en la potencia disponible, desde 40 a 200 W/m2.

* Inmensas diferencias en velocidad de viento (y por ende en potencia) se observan en

pequeñas distancias debido a la cambiante topografía del terreno y su rugosidad. En pequeñas distancias la potencia eólica puede variar en un orden de magnitud.

* Es difícil medir el potencial eólico con precisión. El viento, generalmente, se mide como

su velocidad y dirección. La potencia eólica es proporcional al cubo de la velocidad del viento, significando esto que un pequeño error en su medición causa un mayor error en la potencia calculada. Por ejemplo, la potencia eólica en un viento de 5 m/s es el doble que en un viento de 4 m/s (53/43 = 125/64 ~ 2). Un error del 10% en la velocidad del viento implica un error del 33% en la potencia eólica calculada.

Por estas razones no es posible presentar, en general, una metodología simple y directa para la evaluación del recurso eólico. Sin embargo se dará aquí una introducción a los aspectos principales y la terminología típicamente utilizada. 2.2 PATRONES GLOBALES DE CIRCULACION DEL VIENTO El viento es aire en movimiento y es una forma indirecta de la energía solar. Este movimiento de las masas de aire se origina por diferencias de temperatura causada por la radiación solar sobre la superficie terrestre, que junto a la rotación de la tierra, crean entonces los, llamados, patrones globales de circulación. El flujo de energía solar total absorbido por la tierra es del orden de 1017 vatios, lo cual es aproximadamente 10,000 veces la tasa total mundial del consumo energético. Una pequeña porción del flujo total solar (aproximadamente 1% o 1015 vatios) se convierte en movimiento atmosférico o viento. En una escala global las regiones alrededor del ecuador reciben una ganancia neta de energía mientras que en las regiones polares hay una perdida neta de energía por radiación. Esto implica un mecanismo por el cual la energía recibida en las regiones ecuatoriales sea transportada a los polos. Las masas de aire caliente en la región ecuatorial ascienden (causando la formación de nubes y de relámpagos) en una banda delgada de alrededor 100 Km. de ancho, llamada la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). Esta zona se ubica más o menos paralela al ecuador alrededor de la tierra (Ver Figura 2.1). En la parte superior de la atmósfera estas masas de aire se dividen en dos, una alejándose del ecuador hacia el norte y otra alejándose hacia el sur. Al


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alejarse del ecuador, el aire se enfría y se vuelve más pesado. A aproximadamente 30° de latitud Norte y Sur, este aire empieza a

Figura 2.1 Representación del patrón global de circulación de vientos Fuente: Atlas eólico del país Vasco -1993 descender, causando un clima seco y sin nubes. En estas latitudes es donde se encuentran los grandes desiertos alrededor del mundo. A nivel de superficie terrestre, los vientos se devuelven hacia el ecuador como vientos alisios. Debido a la rotación de la tierra su dirección se desvía hacia el oeste en los dos hemisferios norte y sur. Por esto la dirección de los vientos alisios es NE y SE (la dirección se determina por la dirección de donde viene el viento y no hacia donde se dirige). La Zona de Convergencia Intertropical se desplaza hacia al norte del ecuador durante el verano del hemisferio norte y hacia el sur en el invierno. Es muy estable y por esto los vientos alisios son permanentes. Dentro de esta zona, se encuentran vientos de baja intensidad, interrumpidos por un alto nivel de tormentas eléctricas. Al tiempo, se pueden experimentar largos períodos de calma de viento. En el exterior de la circulación entre los trópicos, vientos del oeste son predominantes. Esta circulación es más bien inestable y se caracteriza por una estructura ondulada y formación de depresiones atmosféricas moviéndose del oeste hacia el este. Desviaciones del patrón general de circulación de aire en movimiento ocurren debido a la distribución no homogénea de masas de tierra sobre el globo. En promedio, mayor concentración de masas de tierra se encuentra en el hemisferio norte que en el hemisferio sur. Dado que la masa de tierra se calienta más fácilmente por el sol, que los océanos, la posición promedio de la ZCIT es 5° Norte del ecuador.


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2.2.1 ESCALAS DE VIENTOS: VARIACION HORIZONTAL Vientos de Escala Macro (100 - 10,000 Km.) El flujo de viento originado por la circulación global se conoce como vientos de escala macro. La escala horizontal de movimiento de estos vientos va desde algunos cientos a miles de kilómetros. El viento de escala macro (no perturbado por características de la superficie terrestre excepto por cadenas de montañas) se encuentra en altitudes superiores a los 1,000 metros. Vientos de Escala Media (5 a 200 Km.) Las variaciones de la superficie terrestre con escala horizontal de 10 a 100 Kilómetros tienen una influencia en el flujo de viento entre los 100 y 1,000 metros de altura sobre el terreno. Obviamente, la topografía es importante y los vientos tienden a fluir por encima y alrededor de montañas y colinas. Cualquier otro obstáculo (ó rugosidad) sobre la superficie terrestre de gran tamaño desacelera el flujo de aire. A manera de ejemplo se ilustran dos tipos de vientos de escala media o de naturaleza local como son la brisa marina y los vientos de montaña.

a) Día (Verano)

b) Noche (Invierno)

Figura 2.2 Brisa marina Fuente: Meterological aspects of the utilization of wind as an energy source. Nota técnica No. 175 – 1981


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Cerca a las playas se pueden observar los patrones de brisa marina (Ver figura 2.2). Durante el día la tierra se calienta más que el agua (mar o lago), el aire sobre la tierra asciende y la brisa marina se desarrolla. Durante la noche, la tierra se enfría a temperaturas menores que la del agua, causando una brisa terrestre. Esta es usualmente más débil que la brisa marina. Otro ejemplo involucra los vientos de valle-montaña. Durante el día, las faldas de las montañas se calientan, el aire asciende y el viento tiende a fluir a través del valle hacia la montaña (Ver figura 2.3). Durante la noche, el fenómeno contrario ocurre: aire frió se mueve hacia abajo de la falda de la montaña, forzando el viento a soplar hacia el valle.

a) Día

b) Noche

Figura 2.3 Vientos de valle-montaña


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En las regiones tropicales vientos térmicos son muy comunes. Estos vientos, los cuales son causados por gradientes de temperatura a lo largo de la superficie terrestre, pueden ser fuertes durante el día, especialmente en regiones desérticas. Vientos de Escala Micro (hasta 10 Km.) En una escala micro, los vientos de superficie (entre 60 y 100 metros sobre el terreno), los cuales son los más interesantes para la aplicación directa de la conversión de la energía eólica, son influenciados por las condiciones locales de la superficie, como la rugosidad del terreno (vegetación, edificios) y obstáculos. 2.2.2 VARIACION DEL VIENTO CON LA ALTURA SOBRE EL TERRENO El perfil del viento (v.g.- la velocidad de viento como una función de la altura sobre el terreno) puede ser expresado en una relación matemática sencilla. La forma de este perfil dependerá principalmente de la rugosidad del terreno. Figura 2.4 ilustra el comportamiento de perfil de velocidades del viento en función de las características topográficas del terreno.

Figura 2.4 Perfiles de velocidad de viento, en función de las características topográficas del terreno Fuente: Atlas del país Vasco - 1993 Para terreno plano y abierto (esto es, libre de obstáculos de gran tamaño y con vegetación de pequeño tamaño relativo) se han desarrollado algunos conceptos generales muy útiles (Ver apéndice A). A mayor rugosidad (relativo a la altura promedio de los obstáculos), mayor será la desaceleración del viento cerca de la superficie. Algunos métodos de clasificación general se


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han desarrollado para cuantificar esta rugosidad de la superficie (Ver apéndice A). La rugosidad al ser cuantificada en un lugar especifico, puede variar en diferentes direcciones; y por lo tanto el perfil de velocidades de viento dependerá de la dirección del viento. Otro concepto importante es la velocidad de viento potencial, que se define como la velocidad de viento que se observaría en un terreno completamente plano y abierto, típicamente especificado para 10 metros de altura sobre el terreno. La velocidad de viento potencial es básicamente una magnitud de escala media. Debido a su definición, esta no depende de características de rugosidad locales. A través del perfil para terreno abierto y plano, esta velocidad se relaciona con la velocidad de viento a 60 y 100 metros sobre la superficie del terreno. Esta es la cantidad que típicamente se indica en los mapas eólicos. Siendo esta una cantidad de escala media, es bastante constante a distancias razonable (algunos cuantos kilómetros de distancia horizontal). Para hallar la velocidad de viento actual (no potencial) en un lugar especifico, se deben aplicar correlaciones a la velocidad de viento potencial, la cual dependerá sobre las características de rugosidad del lugar. Para mayor detalle ver apéndice A. Para el terreno Complejo (montañas, colinas, valles, pasos entre montañas) la situación es bastante diferente (Ver figura 2.5). El flujo de viento sobre y alrededor de montañas es complejo y hasta ahora, conceptos analíticos sencillos (como el perfil de velocidades y velocidad de viento potencial para terreno plano) no existen para modelar tales flujos.

Figura 2.5 Aceleración del viento en pasos de montaña Fuente: A siting Handbook for small wind energy conversion systems PNL-2521 - 1980


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2.3 CALCULO DE LA POTENCIA DEL VIENTO La potencia en el viento soplando con una velocidad V a través de una área A perpendicular a V, es:

3viento ñAV

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P = (w: vatios)

Donde: Pviento es la potencia en el viento en vatios ρ :es la densidad del aire(aprox. 1.2 Kg/m3) V es la velocidad del viento en m/s A es el área perpendicular al viento en m2

Si la velocidad del viento se duplica, la potencia es ocho veces más grande. De 2 a 3 m/s de velocidad de viento, la potencia del viento es más de tres veces. De 4 a 5 m/s de velocidad de viento, la potencia es el doble (Ver figura 2.6 y tabla 2.1).

Figura 2.6 Potencia eólica especifica en función de la velocidad para condiciones normales de presión y temperatura En un día con borrasca la velocidad del viento puede variar de 1 a 10 m/s, implicando que la potencia en el viento cambia por un factor de 103 = 1000. Un cambio de esta magnitud no

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Velocidad del viento (m/s )

Pot

enci

a eó

lica

espe

cifi

ca (

W/m

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ocurre diariamente, pero si refleja las grandes variaciones que la potencia del viento puede alcanzar en diferentes lugares y escalas de tiempo. Adicional a la velocidad del viento, la potencia eólica se ve además afectada por variaciones en la densidad del aire, sobretodo si se pretenden realizar instalaciones en zonas montañosas de gran elevación sobre el nivel del mar. Normalmente, la potencia eólica teórica se da como potencia eólica especifica, esto es por unidad de área. Así que:

3viento V

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P ρ= (w/m2)

En la que Pviento esta expresada en vatios por metro cuadrado. La tabla 2.1 muestra la variación de la potencia eólica especifica para diferentes valores de velocidad de viento, con la densidad del aire a condiciones estándar a la altura del nivel del mar (1.2 Kg/m3). La tabla 2.2 muestra la variación de la densidad del aire para diferentes alturas sobre el nivel del mar y temperatura. Para el cálculo de la potencia eólica a diferentes alturas sobre el nivel del mar, esta deberá ser corregida utilizando el verdadero valor de la densidad según esta tabla.

TABLA 2.1 VARIACION DE LA POTENCIA EOLICA ESPECIFICA

Velocidad del viento en m/s Potencia Eólica Especifica en w/m2 2 5 3 16 4 38 5 75 6 130 7 206 8 307 9 437 10 600 11 800 12 1040

TABLA 2.2 DENSIDAD DEL AIRE A DIFERENTES ALTURAS SOBRE EL NIVEL DEL MAR Densidad de Aire Seco

en Kg/m3 a: Altura sobre el nivel del mar

(m)

20oC 0oC 0 1.204 1.292

500 1.134 1.217 1,000 1.068 1.146 1,500 1.005 1.078 2,000 0.945 1.014 2,500 0.887 0.952 3,000 0.833 0.894 3,500 0.781 0.839 4,000 0.732 0.786


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2.4 INFORMACION NECESARIA PARA EVALUAR EL USO DE LA ENERGIA EOLICA Esta sección revisa los requerimientos de datos meteorológicos para una adecuada evaluación del recurso eólico; y por ende dimensionamiento y evaluación de sistemas de conversión de energía eólica para generación eléctrica, bombeo de agua y otros usos potenciales. Adicionalmente, se mencionan los diversos métodos de adquirir y colectar datos meteorológicos de manera generalizada a escala regional o nacional. 2.4.1 Datos Meteorológicos Requeridos La información necesaria para evaluar la aplicación de sistemas de conversión de la energía eólica, es: O Velocidad de Viento Promedio Anual: La velocidad de viento promedio por un período

largo puede ser utilizada como una primera indicación de la viabilidad de uso de la energía eólica.

O Variaciones Estacionales: Datos sobre variaciones estacionales de la velocidad de

viento (normalmente presentada como promedios mensuales de velocidad de viento) son de importancia para estimar la variación estacional de entrega de energía, y así determinar el mes de diseño critico (v.g.: mes de menor energía eólica disponible) para la instalación que se desea. La figura 2.7 ilustra las variaciones estacionales que se presentan en el Aeropuerto Camilo Daza en Cúcuta en el período de 1972 a 1977.

Figura 2.7 Variaciones estacionales en el aeropuerto Camilo Daza – Cúcuta entre 1972 y 1977 Fuente: A. Pinilla - 1985

0

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Má xim a v e lo c id a d d e v ie nto re g is tra d a

1972 1973 1974 1975 1976 1977


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O Variaciones Diurnas: Variaciones a lo largo del día pueden tener influencia en la

viabilidad de uso de la energía eólica (Figura 2.8 ilustra las variaciones diarias en el Aeropuerto Camilo Daza en los meses de Julio y Marzo).

En lugares que poseen una velocidad de viento baja durante las 24 horas del día, la

viabilidad de uso será dudosa. Se puede estudiar los dos ejemplos que siguen; en una región o lugar donde la intensidad del viento es baja durante 16 horas al día, pero presenta vientos de 6 m/s las restantes 8 horas del día, una aplicación eólica puede ser económicamente viable. En otro caso puede ser que a lo largo de las 24 horas del día se registran vientos que no exceden los 2 m/s, en los dos casos presentados, la velocidad promedio diaria no excede los 2 m/s.

Figura 2.8 Variaciones diarias en el aeropuerto Camilo Daza en los meses de Julio Marzo Fuente: A. Pinilla - 1985 O Borrascas, vientos extremos: Datos sobre borrascas y vientos de muy alta intensidad son

necesarios para determinar las máximas velocidades de viento en las cuales cualquier equipo de conversión de energía eólica puede ser capaz de aguantar sin presentar daño. Por ejemplo para regiones tropicales y de clima moderado una velocidad de 40 m/s se utiliza generalmente como un valor seguro para operación, en algunos casos 50 m/s se considera seguro.

O Períodos de Calma: Se requiere información sobre períodos largos de baja intensidad del

viento para determinar las dimensiones de elementos como baterías o tanques de almacenamiento de agua para suplir suministro de energía cuando el equipo eólico no se encuentre en operación.

O Distribución de Frecuencia de Velocidades de Viento: Para realizar un estimativo

adecuado de la probable producción de energía de cualquier equipo eólico, la

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 4 5 7 8 9 9 10 11 12 15 15 16 18 18 21 22 23 24

Hora del día

Vel

oci

dad

de

vien

to (

m/s

)

Marzo

Julio


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distribución de frecuencia de la velocidad de viento (porcentaje del tiempo en que una velocidad de viento dada ocurre en el año) es de gran utilidad.

Una fuente natural de información son los registros de viento realizados por el servicio nacional de meteorología (IDEAM, antiguo HIMAT) pero esta información debe ser estudiada con extremo cuidado. Muchas veces, el servicio meteorológico recauda información eólica en aeropuertos y los datos son colectados a 10 metros de altura sobre la superficie; o en otros casos, la medición de viento es realizada con fines agrometeorológicos y no energéticos, en medio de poblaciones con sistemas anticuados (descalibrados) y mal localizados con respecto al viento. Así pues, al estudiar los registros meteorológicos, es típico encontrar en el mejor de los casos, en la mayoría de las estaciones, promedios anuales de velocidad de viento entre 2 y 3 m/s los cuales quizás no corresponden a la condición real de viento en la región, ya que como se mencionó anteriormente, la ubicación de la estación meteorológica y/o el tipo de registradores no son los más adecuados para medir el recurso eólico. En consecuencia, no se puede planificar ningún tipo de proyecto eólico con base a esta información histórica, a menos que se verifique su precisión, la cual generalmente, es una dificultad adicional. No es recomendable utilizar información de datos de viento suministrada por estaciones agrometeorológicas. Mucha de la información es de poca utilidad para evaluar el recurso eólico; ya que son mediciones realizadas a 2 metros de altura sobre la superficie, en lugares generalmente no expuestos adecuadamente al viento. La evaluación del potencial energético eólico de una zona, es una labor que requiere tiempo además de recursos económicos para realizarse adecuadamente. Es necesario colectar datos meteorológicos por lo menos durante un año, si se desea realizar una prospección con cierto grado de certidumbre. A diferencia de la evaluación del recurso solar, donde se pueden cubrir mayores áreas con la evaluación de los parámetros meteorológicos; el recurso eólico, por su propia naturaleza, tiene un comportamiento especifico en el lugar y presenta variaciones espaciales substanciales. Esto quiere decir que al realizar mediciones puntuales en un sitio, las magnitudes de la velocidad de viento y su dirección, en una distancia de 100 metros, pueden ser diferentes, sin embargo puede existir una variación numérica proporcional entre sus magnitudes y su comportamiento, en general. La adecuada determinación de la variación del recurso eólico en un año permite dimensionar el tamaño del equipo eólico para un requerimiento dado de energía. Al mismo tiempo, al conocerse los períodos largos de calma, se identificará la necesidad de almacenamiento de energía durante varios días, o en su defecto la necesidad de instalar un sistema alterno de generación como un sistema fotovoltaico o un equipo diesel asociado para el suministro confiable de energía. Así pues, la estrategia que se utilice para evaluar el recurso estará acorde con las necesidades energéticas del lugar, ya que al requerirse entrega de energía para una población pequeña, el nivel de sofisticación de la evaluación será mayor, al compararse con la necesidad de entregar energía a pequeños consumidores individuales. Esto traduce que, para instalar pequeños sistemas eólicos individuales, un estimativo cercano a la velocidad promedio anual de viento en el lugar será suficiente y menos costoso que un programa detallado de evaluación. Por el contrario, si se está planeando instalar una granja eólica para conexión a la red eléctrica, la inversión en el equipo de medición y los costos asociados son fuertemente justificados. La experiencia en esta ultima circunstancia, en los Estados Unidos, es que la evaluación sistemática para instalación de granjas eólicas (suministro mayor del megavatio) cuesta alrededor del cinco por ciento (5%) del costo total del sistema eólico.


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2.5 METODOS UTILIZADOS PARA MEDIR LA VELOCIDAD DEL VIENTO Estimaciones del recurso eólico se basan en algunas estrategias útiles como son: Colección de información de manera empírica, anemómetros totalizadores, por factores de correlación, instalación de pequeños equipos eólicos o por adquisición de datos meteorológicos en tiempo real. 2.5.1 Información Empírica Esta información se recoge con base a visitas realizadas al lugar, donde las condiciones de topografía, de vegetación y la información de los habitantes de la región aportan valiosa información en la identificación de lugares con altos niveles de velocidad de viento. Por ejemplo, la constante incidencia del viento en los árboles a lo largo del tiempo, o sobre la vegetación, hacen que estos crezcan inclinados en la dirección predominante del viento (Figura 2.9 ilustra la deformación causada en árboles de pino por la incidencia permanente del viento y su relación con la velocidad promedio anual esperada).

Figura 2.9 Deformación causada en Árbol de Pino por la incidencia permanente del viento y su relación con la velocidad promedio anual esperada.

Foto 2.1 Árbol deformado


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Información empírica puntual puede ser deducida, además, a partir de tablas como la escala de Beaufort que se presenta en la Tabla 2.3, en esta tabla solo se indica las características de incidencia del viento en tierra, sin embargo existe una correspondencia con fenómenos sobre el mar, la cual no se incluye.

TABLA 2.3 - ESCALA DE BEAUFORT PARA LA INTENSIDAD DE VIENTO Numero Beaufort Velocidad

de Viento (m/s)

Efectos observados en tierra

0 0 - 0.2 Calma, humo asciende verticalmente 1 0.3 - 1.5 El humo indica la dirección del viento, aspas de molinos no

se mueven 2 1.6 - 3.3 Se siente el viento en la cara; se mueven las hojas de los

arboles; aspas de molinos se empiezan a mover 3 3.4 - 5.4 Hojas y ramas pequeñas se mueven constantemente;

banderas livianas se extienden 4 5.5 - 7.9 Polvo, hojas y papel en el piso se levanta; ramas se

mueven 5 8.0 - 10.7 Pequeños árboles comienzan a bambolear 6 10.8 - 13.8 Ramas grandes de los arboles en movimiento, silbido

emana de cuerdas 7 13.9 - 17.1 Todo el árbol se mueve; resistencia fuerte al caminar

contra el viento 8 17.2 - 20.7 Ramitas y ramas de los árboles se rompen; caminar es

difícil La escala de Beaufort va hasta el número 17 donde se indican velocidades de viento hasta de 60 m/s. Análogamente, la presencia de algunos molinos de viento instalados años atrás, dan un verdadero indicio de que el lugar presenta un régimen adecuado de viento, para profundizar en su evaluación. Es claro que la información empírica, así recogida, no permite conocer un valor aproximado de velocidad promedio anual del viento, pero si permite identificar sitios para futura evaluación del recurso. 2.5.2 Anemómetros Totalizadores Una manera efectiva de determinar los valores promedios globales del comportamiento del viento es por medio de la instalación de anemómetros totalizadores. Estos elementos son anemómetros de cazoletas con medidor de revoluciones que al ser accionados por el viento miden el recorrido equivalente que ha pasado a través del instrumento (Ver figura 2.1). Al estar conectado al odómetro se podrá entonces establecer para un período dado de tiempo, el número de metros o kilómetros de recorrido. Esta relación entre el recorrido y el tiempo de medida, permite entonces conocer la velocidad promedio del viento. Así por ejemplo, si el período de medida del recorrido del viento es de una hora y se registran que han pasado 16.2 Km. de viento; la velocidad horaria será de 16.2 Km. por hora (4.5 m/s promedio horario). La dificultad de este sistema radica en que el anemómetro deberá estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias, con muy pocos obstáculos alrededor; y están a 10 metros de altura sobre la superficie del terreno. Así pues al realizarse la lectura, el visualizador del odómetro deberá estar localizado muy cerca del suelo, ya que las torres para la instalación de anemómetros, por lo general, no son lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar las lecturas.


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Foto 2.2 Anemómetro de recorrido Foto 2.3 Estación especializada Con la recopilación de esta información totalizada y con promedios de velocidad de viento, se caracteriza formalmente el régimen de vientos presente en un lugar, identificándose con gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales o estacionales. Idealmente, mediciones de la distancia de viento recorrido a través del anemómetro en períodos de una hora serian de mucha utilidad, no obstante períodos más largos pueden ser utilizados, con la correspondiente pérdida de información para evaluar el recurso eólico. 2.5.3 Método de Correlación Este método de estimación, permite combinar mediciones realizadas en un lugar específico, con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo; con los datos publicados y suministrados por el servicio de meteorología en estaciones aledañas al lugar. Se puede realizar mediciones de viento por un período corto de tiempo en un lugar (por ejemplo: algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos, simultáneamente, en una estación meteorológica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numéricos de proporcionalidad a través de comparar los valores promedios medidos (diurnos y/o mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorología. Si se da una buena correlación (Consistentes y similares valores numéricos), por ejemplo, con promedios mensuales de viento, y se cuenta con varios años de información meteorológica, se aproximará mucho más a una estimación real del potencial eólico en el lugar. También se podrá realizar una ponderación de los coeficientes numéricos, cuando la correlación no es tan directa, al comparar mes a mes, así que los valores obtenidos permitan tener mayor certidumbre en la toma de decisión de una instalación eólica. En este método de correlación, deberá tener en cuenta las variaciones de la dirección del viento, ya que pueden existir factores de correlación para diferentes direcciones del viento.


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2.5.4 Instalación de Pequeños Equipos Eólicos Otra manera utilizada para evaluar el recurso eólico en un lugar, se realiza mediante la instalación de un pequeño equipo eólico y la medición de su funcionamiento sobre una base regular de tiempo. Este método, permite relacionar la característica del equipo con el régimen de vientos. Sin embargo, este método confía producir resultados adecuados, cuando el equipo eólico es accionado por el viento dentro de los rangos de operación prescritos por el fabricante. En cierta medida, este método permite adquirir confianza sobre la generación eléctrica, ya que se obtiene un resultado dual (medición de vientos y generación de energía) para la evaluación del recurso en un lugar seleccionado. Claro está, que la selección del lugar donde debe estar instalado el equipo eólico se basa en el conocimiento empírico del régimen de vientos de los habitantes del lugar, ó de la característica de la vegetación alrededor del lugar.

2.5.5 Adquisición de Datos en Tiempo Real Este método de evaluación es el más confiable y al mismo tiempo costoso para análisis del recurso. La oferta de equipos de adquisición de datos es cada vez mayor, y fundamentalmente consiste de un pequeño computador que almacena la información permanentemente, dependiendo de la necesidad del usuario, de manera que se pueden registrar promedios meteorológicos desde el rango de segundos hasta horas en las variables correspondientes. Entre más precisa, (promedio en tiempo menor y registros de memoria extendida) hacen que el equipo sea más costoso. La mayoría de los equipos de adquisición de datos comerciales vienen provistos con almacenamiento de memoria removible e intercambiable, con capacidad de acumular información hasta por seis meses continuos de registro. Algunos equipos, por otro lado, permiten extraer la información a través de telefonía celular desde cierta distancia hasta el lugar donde se está realizando la evaluación del recurso. Como tal, los resultados de una evaluación con esta metodología garantizan un preciso y adecuado dimensionamiento de equipos eólicos para suministro de energía. En una primera instancia y al recurrir a cualquier método de medición del recurso eólico, se recomienda utilizar registradores que permitan conocer la velocidad promedio del viento en períodos de una hora, a lo largo de por lo menos un año de medición. Esta información permitirá conocer variaciones diurnas, velocidades máximas, variaciones estacionales y la velocidad promedio anual del viento, sobre la base de datos horarios. Otra forma de conocer el potencial del recurso eólico, es por medio de mapas de recurso globales o regionales, en la parte final del presente manual se adjunta el mapa preliminar de velocidad de viento anual en algunas regiones del país.


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CAPITULO 3 - ESTIMACION DE LA ENERGIA EOLICA Cuando se tiene información confiable sobre el régimen de viento en un lugar, ésta deberá ser analizada adecuadamente, para ser combinada con las características de generación de un equipo; pudiéndose estimar, entonces, la cantidad de energía que puede suministrar el equipo eólico en el lugar seleccionado. La Tabla No 3.1 (Power Guide, 1994) indica las posibilidades de uso de la energía eólica, con base a valores promedios de velocidad de viento anual.

TABLA 3.1 - RELACIONES GENERALES ENTRE VIABILIDAD Y VELOCIDAD DE VIENTO PARA SU USO COMO FUENTE DE ENERGÍA

Promedio Anual de Velocidad de Viento 10 metros de altura

Posibilidad de Uso de la Energía Eólica

Menor a 3 m/s Usualmente no es viable, a menos que existan circunstancias especiales para evaluar mejor el recurso (Ver Sección 2.4.1)

3 - 4 m/s Puede ser una buena opción para equipos eólicos de bombeo de agua (Aerobombeo), poco viable para generación eléctrica con equipos eólicos (Aerogeneración)

4 - 5 m/s Aerobombas son competitivas económicamente a los equipos Diesel, aerogeneración con equipos autónomos es viable.

Más de 5 m/s Viable para aerobombeo y aerogeneración con sistemas autónomos

Más de 6 m/s Viable para aerobombeo, aerogeneración con sistemas autónomos y para sistemas conectados a la red eléctrica.

Debe ser claro, que esta tabla es una indicación de rápida referencia y no pretende ser completamente concluyente. Vale la pena aclarar que en la tabla se hace referencia al valor promedio anual de velocidad de viento a 10 metros de altura sobre la superficie y cuando se esta pensando en instalaciones eólicas remotas, autónomas o conectadas a la red eléctrica se tendrá que corregir la velocidad de viento promedio a la altura de la torre del equipo en consideración. Para realizar una apropiada evaluación del recurso en un lugar especifico, se deberá tener información registrada a 10 metros (de altura sobre la superficie) de velocidad de viento promedio horaria, durante por lo menos un año. Esto significa tener unos 8760 datos para ser analizados. En caso tal, que exista información de más años el volumen de información será mayor para ser procesada, sin embargo la confiabilidad de la evaluación aumentara. METODOLOGIA DE EVALUACION DE ENTREGA DE ENERGIA Con el propósito de mostrar un método sencillo de evaluación del potencial eólico, se presenta en esta sección, el análisis de información tomada en la Isla de Providencia durante un período continuo de 181 días (4340 horas), entre los años 86 y 87. Esta información fue registrada por el Programa Especial de Energía de la Costa Atlántica (PESENCA). Como un primer paso, se debe clasificar los datos de velocidad promedio horaria por secciones. Esto es, dividir todo el rango de variación de la velocidad de viento en secciones de 1 m/s. Esta clasificación se conoce como la distribución de frecuencias de viento, que para el caso de la Isla de Providencia se ilustra en la Figura 3.1 y la tabla 3.2.


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TABLA 3.2 - DISTRIBUCION DE FRECUENCIAS PARA LA ISLA DE PROVIDENCIA

181 DÍAS DE INFORMACIÓN Intervalo

(m/s) Horas-181 días

(4340 hrs)

Porcentaje (%) en tiempo

0 - 1 8 0.18 1 - 2 26 0.60 2 - 3 56 1.29 3 - 4 212 4.88 4 - 5 195 4.50 5 - 6 221 5.10 6 - 7 402 9.26 7 - 8 414 9.54 8 - 9 880 20.27

9 - 10 654 15.06 10 - 11 570 13.13 11 - 12 482 11.10 12 - 13 127 2.92 13 - 14 51 1.17 14 - 15 27 0.63 15 - 16 7 0.16 16 - 17 5 0.11 17 - 18 1 0.03 18 - 19 1 0.03 19 - 20 1 0.03

Figura 3.1 Distribución de velocidad de viento en la isla de Providencia en un período continuo de 181 días Fuente: A. Pinilla - 1987

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Ve lo c ida d d e l vie nto (m/s )


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Para el período de medida (4340 horas) la velocidad promedio de viento es de 8.5 m/s a 10 metros de altura. El siguiente paso consiste en elegir un equipo eólico comercial para su evaluación, que para este caso se escoge el equipo BERGEY Windpower Co BWC Excel, cuyas características se ilustran la Figura 3.2 y tabla 3.3.

Figura 3.2 Curva característica de potencia de un Aerogenerador Bergey BWC – 10Kw Fuente: BWC

TABLA 3.3 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE AEROGENERADOR BERGEY

BWC EXCEL Potencia Nominal: 10 Kw Velocidad Viento Nominal: 12.1 m/s Velocidad de Arranque: 3.0 m/s Velocidad de abatimiento: 16.0 m/s Numero de Aspas: 3 Diámetro del Rotor: 7 metros Altura de la torre: 10 metros

Definiciones: Velocidad Arranque:(vin) Velocidad de viento donde el generador comienza a entregar

energía. Velocidad Nominal: (vr) Velocidad del viento donde el equipo alcanza su potencia

eléctrica nominal (o de placa). Velocidad Abatimiento:(vout) Velocidad de viento donde el equipo se obliga a parar de

entregar energía por razones de seguridad y protección del mismo.

Curva de potencia BWC EXCEL

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Velocidad de viento (m/s)

Po

ten

cia

(kW

)


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Con la información de distribución de viento y de curva de potencia del aerogenerador se puede entonces estimar la producción de energía en el período de análisis, tal y como se ilustra en la tabla siguiente.

TABLA 3.4 - ESTIMACIÓN DE SUMINISTRO DE ENERGÍA CON EQUIPO BERGEY EN ISLA DE PROVIDENCIA A 10 METROS DE ALTURA DE TORRE

Intervalo (m/s)

Horas181 días (4340 hrs)

X

Potencia Instantánea en Kw

=

Energía Producida en Kwhr

0 – 1 8 0 0.0 1 – 2 26 0 0.0 2 – 3 56 0 0.0 3 – 4 212 0.3 63.6 4 – 5 195 0.7 136.5 5 – 6 221 1.4 309.4 6 – 7 402 2.4 964.8 7 – 8 414 3.5 1449.0 8 – 9 880 4.5 3960.0 9 – 10 654 6.0 3924.0

10 – 11 570 7.5 4275.0 11 – 12 482 9.3 4482.6 12 – 13 127 10.0 1270.0 13 – 14 51 10.0 510.0 14 – 15 27 10.0 270.0 15 – 16 7 8.0 56.0 16 – 17 5 0.0 0.0 17 – 18 1 0.0 0.0 18 – 19 1 0.0 0.0 19 – 20 1 0.0 0.0

Energía total Producida en 4340 hrs: 21670.3 Kwhr El estimativo de energía producida por el equipo BWC EXCEL para el período de análisis de 4340 horas, se realiza multiplicando el nivel de potencia del generador y el número de horas de viento en cada intervalo, la energía total producida es entonces la suma de la distribución de energía, lo cual resulta ser 21670.3 Kwhr para el período de 180 días. Este nivel de energía corresponde a una capacidad de generación diaria promedio de 120 Kwhr/día, permitiendo un suministro de energía eléctrica para 30 viviendas con un consumo básico de 4 Kwhr/día/vivienda (Ver Apéndice C que ilustra el consumo típico de electrodomésticos en una vivienda típica). Este método de estimación de suministro de energía, es aplicable en la instancia en que se tenga la información particular como en el caso de la Isla de Providencia y un equipo eólico especifico. Sin embargo cuando se deseen estudiar algunas condiciones diferentes, tanto de recurso eólico disponible como de variados equipos eólicos comerciales, resultaría tedioso y poco practico aplicar la misma metodología, para cada equipo en particular. Por esta razón se presenta aquí, un método global aplicándose los conceptos básicos ilustrados sobre la base del ejemplo del equipo Bergey en la Isla de Providencia. Figura 3.3 ilustra el caso típico de frecuencia de distribución de viento, junto con el comportamiento típico de un equipo de conversión de energía eólica. La distribución de frecuencias de viento puede ser ajustada estadísticamente por la función de densidad de probabilidad de Weibull (Ver apéndice B) y el comportamiento del equipo se puede adimensionalizar con respecto a la velocidad promedio del lugar en estudio. Para ilustrarse


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sobre los detalles matemáticos de este procedimiento se recomienda al lector referirse al apéndice B.

Figura 3.3 Diagrama para cálculo de entrega de energía eólica

Regimen de vientos

Velocidad de viento (m /s)

Nú

mer

o d

e h

ora

s

Area bajo la curva equivaleal periodo de evaluación

V (m/s )

Niv

el d

e en

erg

ía (

Kw

-h)

Area bajo la curva equivale altotal de energía entregada por el eologenerador en el periodo deevaluación

Característica de operación del eologenerador

V (m/s)

Po

ten

cia

Kw

Pr

Vr VoutV in

=

X


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El resultado de esta simulación se refleja en la figura 3.4. En esta figura se presenta la entrega específica de energía contra un rango velocidad de viento promedio. La entrega específica de energía se define como la relación entre el total de kilovatio-hora eléctricos al año suministrados por cualquier equipo eólico y la potencia nominal del equipo expresada en Kw, como tal, se expresa en Kwhr-año/Kw nominal.

Figura 3.4 Curva de factor de planta contra relación de velocidad nominal de equipo y promedio de viento Obsérvese además que en la figura también se ilustra el correspondiente factor de planta, el cual se define como la relación entre la energía suministrada por el equipo eólico y lo que éste generaría operando a potencia nominal constante durante el número de horas total de evaluación del recurso. La estimación de entrega de energía, con el procedimiento ilustrado en el apéndice B y resumido en la figura 3.4, es igualmente aplicable a sistemas eólicos para bombeo de agua, tal como se ilustra en el siguiente ejemplo.


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Para efectos demostrativos, se elige la aerobomba comercial colombiana JOBER, la cual tiene un rotor de 2.5 metros de diámetro y tiene una velocidad nominal de viento de 4 m/s. Para estas condiciones el equipo presenta una potencia nominal de aproximadamente. 40 vatios hidráulicos. Si este equipo se instala en un lugar con una velocidad promedio anual de viento de 4 m/s, de la figura 3.4 se encuentra un factor de potencia aproximado de 0.35 para k de 1.6 y

1/ =VVr . Según la definición de factor de planta, este equipo entregara en un año (8760 horas), el equivalente a 120 Kwhr de agua bombeada. 1 Kwhr de agua bombeada se entiende mejor como 360 m3. m o m4 (m3 de agua bombeada x altura de bombeo expresada en m). Así pues 120 Kwhr hidráulicos representan 43,200 m3.m por año, lo que es aproximadamente 120m3m/día. Esto quiere decir que el equipo JOBER instalado para bombear agua de una profundidad de 10 metros, se puede esperar que suministre 12 m3 de agua en un día. Algunos consumos básicos de agua se pueden apreciar en el Apéndice C


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CAPITULO 4 - TECNOLOGIA EOLICA Durante las dos últimas décadas se dio un gran impulso a los equipos de conversión de energía eólica, siempre con miras en la búsqueda de alternativas al suministro de combustibles fósiles, como fuente de energía. Los equipos eólicos se dividen en dos tipos: O Los Sistemas de Conversión de energía eólica de eje Horizontal (SCEH) con dos

subdivisiones como son los de baja velocidad (muchas aspas) o los de alta velocidad (pocas aspas) (ver figura 4.1).

O Los Sistemas de Conversión de Eje Vertical (SCEV), con subdivisión similar a los de eje

horizontal (ver figura 4.2). Los equipos eólicos de eje horizontal basan su principio de extracción de energía del viento en el fenómeno de sustentación que se presenta en alabes y formas aerodinámicas, tal como sucede con los perfiles en las alas de los aviones.

Figura 4.1 Configuración típica de sistemas de conversión de energía eólica de eje horizontal Fuente: OLADE No 10 – 1980


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Figura 4.2 Configuración típica de sistemas de conversión de energía eólica de eje vertical Fuente: Olade No 10 - 1980 Por el contrario, algunos equipos eólicos de eje vertical basan su principio de operación en la fuerza de arrastre sobre superficies como es el molino de viento Savonius o el mismo principio de operación de los anemómetros de cazoletas. A excepción de estos dos sistemas los demás equipos de eje vertical, como los diseños Darrieus, utilizan el principio de sustentación para la extracción de energía. La selección de utilización de equipos eólicos horizontales o verticales, es independiente de la eficiencia de conversión ya que presentan valores similares, sin embargo vale la pena contrastar algunas ventajas y desventajas de estos sistemas. El equipo de eje vertical (v.g. Darrieus), el sistema puede captar el viento en cualquier dirección, mientras que los equipos de eje horizontal requieren de un sistema de control para enfrentar el rotor con la dirección de viento. En los de eje vertical se pueden localizar los subsistemas como caja de cambios, generador eléctrico, frenos, controles, etc. en la base de la torre facilitándose su mantenimiento. En los sistemas de eje horizontal estos subsistemas deberán estar colocados a lo alto de la torre (nacelle). Los SCEV de pocas aspas (baja solidez) usualmente vienen provistos de un pequeño motor para iniciar el arranque, para facilitar la entrega de energía, mientras los SCEH se diseñan para que arranquen sin ayuda externa, a velocidades adecuadas del viento.


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Los SCEV más sólidos como el equipo Savonius requiere de un soporte estructural bastante sólido, dadas las fuerzas que se generan en la conversión de energía, limitándose así la altura a la cual se puede instalar este equipo a unos cuantos metros desde el nivel del piso. Entre tanto, los SCEH pueden tener torres más altas para emplazar el rotor a alturas mayores sobre la superficie donde la intensidad del viento es mayor.

Foto 4.1 Turbina eje horizontal Foto 4.2 Turbina eje vertical 4.1 COMPONENTES DE LOS EQUIPOS DE CONVERSION DE ENERGIA EOLICA 4.1.1 ROTOR El rotor de una turbina eólica, es la parte esencial para la conversión de energía, el rotor convierte la energía cinética del aire en energía mecánica rotacional útil en un eje. Este se compone de las aspas y el cubo (elemento de sujeción de las aspas y conexión del eje del equipo). Turbinas eólicas modernas utilizan diseños de aspas aerodinámicas, las cuales las hacen muy eficientes y de alta velocidad. Por alta velocidad se entiende que las partes extremas de las aspas de la turbina pueden alcanzar velocidades entre 300 y 360 Km./hr (100 m/s). Los rotores de las turbinas de eje horizontal se disponen a barlovento o a sotavento (Ver figura 4.1). Turbinas a barlovento vienen provistas de una cola, la cual orienta el rotor para enfrentar el viento. Turbinas a sotavento utilizan el rotor mismo para orientarse, tienen la desventaja de que el viento debe pasar a través de la torre antes de incidir sobre el rotor. Este paso por la torre causa una disminución en la energía del viento.


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Las dos aplicaciones típicas de la energía eólica, se distinguen por utilizar turbinas eólicas diferentes. Para el bombeo de agua, se requiere de un sistema de baja velocidad de excitación de la bomba de agua y una gran fuerza requerida para la extracción de agua. Por esta razón, las turbinas eólicas de las aerobombas vienen provistas con muchas aspas (de 5 a 36 aspas), de allí su nombre molino de viento multipala (ver figura 4.1). En contraste, para aerogeneración eléctrica, los rotores generalmente utilizan dos o tres aspas, ya que se requiere alta velocidad rotacional y bajo momento par para mover los generadores eléctricos. La siguiente tabla relaciona el tamaño, la potencia nominal del equipo y la velocidad típica de rotación del rotor para una velocidad de viento nominal de 12 m/s. TABLA 4.1 - TAMAÑO TÍPICO DE AEROGENERADORES ELÉCTRICOS Y SU VELOCIDAD DE ROTACIÓN

Diámetro del rotor en metros

Potencia Nominal a 12 m/s de viento

Velocidad de Rotación Típica en r.p.m.

1 100 w 1000 2.5 1 Kw 500 7.0 8 Kw 200

17.5 50 Kw 80 25.0 100 Kw 50 40.0 260 Kw 35

4.1.2 SISTEMA DE TRANSMISION

Figura 4.3 Esquema de transmisión mecánica para una aerobomba Fuente: Wind Power for home & business – 1993 El sistema de transmisión es aquel sistema que convierte la energía rotacional suministrada por la turbina a través de su eje, en movimiento oscilante del vástago de la bomba para aerobombeo o alimentación del generador eléctrico en aerogeneración.


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En el caso de aerobombas, generalmente el sistema consiste de una caja de cambios que reduce la velocidad de rotación, normalmente por un factor de 3, con el fin de reducir las cargas dinámicas indeseables y en algunos casos destructivas en la bomba. Esto quiere decir que mientras la turbina de la aerobomba gira a 100 r.p.m. por la acción del viento, la bomba reciprocante se excita a una tasa de 35 r.p.m. Generalmente, las cajas de reducción de velocidad utilizan doble engranaje para evitar cargas no homogéneas en el mecanismo de biela y funcionan en un baño de aceite para su lubricación (ver figura 4.3). En aerogeneración con sistemas pequeños (menos de 10 Kw de potencia eléctrica nominal) se utiliza comúnmente generadores de imanes permanentes especialmente diseñados para ser acoplados a turbinas eólicas, y por tanto no se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotación, realizándose una conexión directa entre el rotor y el generador. Estos equipos eólicos generalmente giran a velocidades hasta de 500 r.p.m. Para equipos eólicos de mayor capacidad (varias decenas o centenas de Kw de potencia eléctrica nominal), se requiere una caja de aumento de velocidades para excitar el generador eléctrico a velocidades de giro hasta 1800 r.p.m.; teniendo en cuenta que la turbina eólica gira entre 30 y 100 r.p.m. dependiendo de su diámetro. 4.1.3 TORRE Para maximizar la eficiencia de extracción de energía del viento, las turbinas eólicas deben estar localizadas por encima de obstrucciones que perturban el flujo del aire. Aire perturbado por influencia de obstrucciones como vegetación, árboles, edificios, etc. no fluye suave sobre la turbina reduciendo la eficiencia de conversión. Como regla general, para pequeñas turbinas eólicas, el rotor se debe colocar por lo menos 10 metros encima del obstáculo y una localización horizontal no menor a 100 metros de distancia del mismo. Es típico observar, pequeños aerogeneradores eólicos en torres entre 24 hasta 42 metros de altura. Existen tres tipos básicos de torres: pivotante, autoportante y atirantada (ver foto 4.3, 4.4, 4.5).

Foto 4.3 Torre pivotada La torre pivotante esta abisagrada en la base y permite ser levantada desde el piso con la turbina ensamblada. Para pequeños sistemas es muy cómodo ya que el sistema se puede izar o


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acostar con relativa facilidad. Las torres pivotantes son desarrollos recientes en la industria eólica y han simplificado las tareas de mantenimiento y reparación de los sistemas. Torres autoportantes son aquellas que no requieren de soporte externos. Estas torres son ancladas en bases de concreto. Existen torres autoportantes de dos tipos: de celosía o tubulares. La torre de celosía es la forma más común de torre y han sido utilizadas para soportar aerobombas y antenas de radio. Estas tienen tres o cuatro patas conectadas por soportes estructurales triangulares. La torre atirantada se soporta lateralmente por cables y anclajes.

Foto 4.4 Torre aerobomba Foto 4.5 Torre tirante 4.1.4 SISTEMA DE SEGURIDAD Todos los equipos eólicos poseen algún tipo de sistema de seguridad para protegerlo de borrascas o incrementos inadecuados en la velocidad. Seria poco practico (tanto económica como técnicamente) diseñar un equipo lo suficientemente fuerte para mantener operación constante durante ventarrones o borrascas. Generalmente en equipos pequeños (esto es hasta 10 Kw de Potencia Nominal) el sistema de seguridad esta asociado con el sistema de orientación; y este consiste de una cola o veleta detrás del rotor y el eje vertical del rotor esta descentrado con respecto al eje central de la torre como se ilustra en la figura 4.4. Con esta combinación, a bajas velocidades de viento el rotor es adecuadamente orientado y con incremento en la intensidad del viento el rotor es gradualmente “sacado” del viento,


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disminuyendo su velocidad de rotación. A mayores incrementos de viento se logrará que el rotor pare lográndose total desconexión y protección total del equipo. En equipos de mayores potencias (mayores a 10 Kw), el sistema de seguridad esta asociado con controles electrónicos para protección directa de los elementos que integran el equipo.

Figura 4.4 Sistema de seguridad Fuente: Nelson,V (1990) 4.1.5 GENERADOR El generador es el elemento que convierte la energía rotacional del eje de la turbina en electricidad. Figura 4.5 ilustra la disposición de los elementos en un aerogenerador de tamaño mediano. Como se mencionó anteriormente, en algunos casos se conecta a través de una caja de aumento de velocidad. El generador produce corriente alterna o corriente directa. Los equipos eólicos de generación generan electricidad a una variedad de voltajes, desde 12 a 24 voltios D.C. para carga de baterías o 120 o 240 voltios A.C. para interconexión con la red eléctrica, aunque se pueden conseguir otros voltajes, según necesidad.


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Figura 4.5 Disposición típica de elementos en un aerogenerador 1- Eje principal 2- Freno de disco 3- Caja de cambios (aumento de velocidad) 4- Generador eléctrico 5- Carcaza de soporte estructural 6- Mecanismo de giro vertical 7- Carcaza para cubrir elementos

Fuente: Wind power for home & business - 1993

4.1.6 CONEXIONES ELECTRICAS Y CONTROLADORES Las conexiones eléctricas y los controladores son todos los elementos necesarios para acondicionar y controlar la energía eléctrica producida por el aerogenerador. Esto incluye el barraje, contadores, switches de carga, inversores y baterías. Estos equipos son los que permiten controlar la calidad de suministro de energía eléctrica. Para el sistema de carga de baterías, un controlador de carga es utilizado para proteger las baterías de descarga o sobrecarga. Generalmente se utiliza un inversor de corriente para convertir la corriente directa de las baterías en corriente alterna requerida para operar equipos eléctricos convencionales. 4.1.7 SISTEMA DE BOMBEO La aplicación más común para sistemas de aerobombeo mecánico es la bomba reciprocante aspirante impelente de acción simple. Figura 4.6 esquematiza la aplicación típica de una aerobomba


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Figura 4.6 Disposición típica de aerobomba, mostrando detalles de la bomba de pistón Fuente: Wind power for home & business - 1993 Esta bomba generalmente es ofrecida en varios tamaños, dependiendo del tipo de molino y cabeza o altura de bombeo. Aplicaciones típicas de aerobombeo van desde algunos cuantos metros hasta 200 metros de altura neta de bombeo dependiendo de la profundidad del pozo de agua. La bomba utiliza un movimiento alternante de subida y bajada, movimiento que es suministrado por el sistema de transmisión, el cual generalmente se encuentra en la parte superior de la torre de la aerobomba. El movimiento oscilante es provisto por un sistema de bielas y manivelas que van generalmente acopladas a la caja de reducción de velocidad. Es de anotar que también se pueden emplear aerogeneradores para propulsar electrobombas, en sistemas conocidos como de aerobombeo eléctrico.


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CAPITULO 5 - IMPLEMENTACION DE PEQUEÑOS SISTEMAS EOLICOS Un elemento esencial para la adecuada utilización de la energía eólica con equipos eólicos consiste en el emplazamiento del equipo. Como se menciona en el capítulo 2 de este documento, es crucial la información empírica recogida por los pobladores de una región en particular, para conocer las zonas donde la intensidad del viento es adecuada para una instalación de este tipo. Se lograran muchos mejores resultados si el emplazamiento del sistema eólico corresponde a un análisis riguroso de información meteorológica del lugar en estudio, para así dimensionar correctamente el equipo comercial que mejor se acomode a una necesidad energética dada, según se describe en el capítulo 3. Vale la pena insistir en la necesidad de seleccionar el lugar de instalación del equipo eólico, en aquel sitio donde se encuentre libre de obstáculos, como edificaciones o árboles de gran altura, ya que de esto depende obtener mejores resultados y una operación optima del sistema (ver figura 5.1). Adicionalmente, en pequeñas instalaciones eólicas, es además recomendable instalar los equipos cercanos al lugar de consumo, para evitar y/o disminuir perdidas de transmisión de energía.

Una vez seleccionado el equipo, de acuerdo a las necesidades y al régimen de vientos del lugar, se procede a realizar un estudio entre los diferentes tipos de instalación.

Figura 5.1 Propiedades básicas del flujo de aire alrededor de un obstáculo Fuente: Meterological aspects of the utilization of wind as an energy source, Nota técnica No 175 - 1981 En sistemas de aerobombeo las instalaciones pueden ser: * Con una bomba en la superficie ó en el fondo del pozo. * Sobre un pozo excavado a mano ó un pozo perforado y de diámetro menor a 8

pulgadas. * Con la tubería de descarga a nivel del piso ó a un tanque de almacenamiento a

determinada altura sobre el piso. En sistemas de aerogeneración se debe estudiar: * El tipo de generador: a.c. ó d.c. * Con almacenamiento en baterías ó conexión a la red * Tipo de carga eléctrica. En la Figura 5.2. se presentan tres posibles combinaciones para sistemas de aerobombeo. Las variaciones en la instalación de aerogeneradores tienen que ver con el tipo de torre seleccionada (ver figura 4.4). Generalmente se escogen torres del tipo pivotante cuando el peso del equipo generador es menor a unos 30 a 40 Kg. ya que con pesos mayores la torre tendera a curvarse cuando se esta izando y puede producir una deformación permanente. Para pesos mayores se utilizan torres atirantadas o autoportantes, ya que resulta más fácil elevar toda la caja con un polipasto.


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Figura 5.2 Instalaciones típicas de molinos de aerobombeo El primer molino presenta una instalación con bomba en el fondo del pozo y bombeando a un tanque de almacenamiento ubicado a una determinada altura del piso, menor a la altura de la torre. El segundo molino también tiene la bomba en el fondo del pozo y bombea a un tanque que esta ubicado a una determinada altura mayor a la de la torre. Esto implica que necesariamente el vástago debe llevar un prensaestopa arriba de la tubería de descarga. El tercero es un molino con la bomba en la superficie que bombea lateralmente desde un pozo y que tiene un tanque a ras de piso. Algunas veces se conoce este último como bombeo remoto y es especialmente utilizado para bombear desde ríos o lagos. Con el fin de establecer la cantidad de material, el tipo de equipo a utilizar, el personal requerido, etc., es conveniente dentro de este estudio hacer una evaluación sobre: * La distancia y diferencia de altura al tanque de almacenamiento ó a las baterías. * La disposición de la instalación y su operación futura para evitar instalaciones complejas y

con muchos accesorios, por sitios de difícil acceso ó con muchas obstrucciones para el viento (árboles, casas, etc.).


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* El tipo de suelo y facilidad para ejecutar la obra civil de cimentación. * La necesidad de realizar un brocal o revestimiento del pozo o una caseta para las

baterías y sistema de control. * Disposición de la tubería o línea de salida y elementos eléctricos. * Facilidad de vías de acceso. * Presupuesto y tiempo disponible para la obra total. 5.1 OBRA CIVIL Antes que la instalación pueda ejecutarse, la obra civil debe ser realizada completamente. Esta obra consiste de las cimentaciones en concreto para el anclaje de la torre y del tanque de almacenamiento o caseta de ubicación de las baterías. Las especificaciones para esta obra generalmente vienen descritas en los manuales de instalaciones pero se debe tener cuidado porque algunas diferencias pueden existir de acuerdo al tipo de terreno y al tamaño del pozo. Especial atención se debe prestar a la alineación. La cimentación debe ser hecha de tal forma que la torre quede perfectamente vertical y, en el caso de un molino de bombeo sobre un pozo de poco diámetro, centrado alrededor de este. Un método común para centrar la torre es el siguiente: para la ubicación de las cimentaciones en necesario armar completamente el primer tramo de la torre; con una cuerda se "trazan" los diagonales del cuadrado que forma la base de la torre, de tal forma que la intersección de estos diagonales determine el centro exacto. Una vez determinado este centro, se ubica la torre sobre el pozo y si es necesario con una plomada se va alineando hasta hacer que coincida los centros de la torre y el pozo. Se debe tener cuidado, antes de hacer las cimentaciones, verificar que los lados de la torre estén perfectamente nivelados en los cuatro costados, lo que garantizará que la torre quede vertical Se debe tener en cuenta además que: ** La torre soportará todo el empuje del viento sobre el molino y el viento por ráfagas,

dependiendo del lugar puede llegar, a 20 o 25 m/s. , Por lo que de la buena calidad y ubicación de la cimentación depende la vida del molino y su eficiencia en la extracción de agua o generación.

** De la buena ubicación de los anclajes depende que la torre quede vertical y opere

eficientemente. ** La profundidad de este anclaje está determinada por el tipo de cargas que recibirá la

torre. En los manuales generalmente están especificadas este tipo de dimensiones, pero una recomendación inicial es que cualquier anclaje requiere de por lo menos 0.5 m de profundidad.

** Algunas torres son convenientes anclarlas sobre algún tipo de base, bien sea tubos de 6

pulgadas de PVC como en el caso de los molinos Gaviotas, o sobre una estructura en concreto (brocal), esto con el fin de aumentar la altura del rotor sobre el piso.

5.2 LEVANTAMIENTO La instalación de la torre es un trabajo especializado. El procedimiento puede diferir de un molino a otro dependiendo de las condiciones del terreno, la facilidad de acceso o maniobra de los equipos, etc.


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Dos tipos principales de procedimientos de instalación se pueden encontrar (ver figura 5.3): ** Ensamblaje del molino mientras la torre esta sobre el piso y después es elevada a posición

vertical. ** Ensamblaje de la torre en su posición final, trabajando desde el nivel del piso hacia arriba

y luego elevando el cabezote, el rotor, y las demás partes con la ayuda de un polipasto. El primer tipo de levantamiento requiere de 3 o 4 personas cuando el molino ensamblado no es demasiado pesado, de tal forma que con la ayuda de cuerdas, logren levantar el molino. Si es muy pesado, es necesario hacer el izamiento con la ayuda de un tractor u otro vehículo, utilizando preferiblemente cuerdas de acero y un pivote en la base para lograr que la cuerda pase lo mas alto posible (ver figura 5.2) en los instantes iniciales del levantamiento. Una vez instalado se debe prestar especial atención a proteger el molino contra la corrosión. En un medio ambiente corrosivo (sal o arena) todas las partes metálicas deberán ser tratadas con una o dos capas de pintura anticorrosiva y una capa de

Figura 5.3 Métodos típicos de izamiento de torres pintura de recubrimiento. Después de la instalación todos los daños en la pintura deberán ser reparados. Aún en torres de acero galvanizado se puede necesitar pintarlas si están en un


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ambiente corrosivo. Es una excelente practica, proteger con grasa todos los tornillos y tuercas una vez instalados; esto facilitara el posterior desmontaje ya que evita la oxidación. Durante la instalación, se debe tener mucha atención con la seguridad. Como protección contra la eventual caída de objetos como tornillos, tuercas o llaves todas las personas que trabajen en la obra deberán usar cascos de seguridad. Las personas que trabajen sobre la torre siempre deberán usar cinturones de seguridad, y cuando se estén izando partes pesadas, o cuando se esté izando la torre, nadie deberá estar directamente bajo ellas. 5.3 INSTALACIÓN DE LA BOMBA La instalación de una bomba trabajando en succión es simple. La bomba debe tener un buen sitio de apoyo sobre la torre o sobre un cimiento en la base del molino. La tubería de succión no podrá sobrepasar los seis ó máximo siete metros ya que de otra forma la bomba no funcionará. La instalación de una bomba de pozo profundo requiere una considerable cantidad de trabajo, dependiendo de la profundidad. La torre del molino de bombeo es normalmente usada como apoyo para el izamiento de la tubería y el vástago. Un primer tramo de tubería y el vástago son ensamblados juntos sobre la bomba y luego se bajan hasta dejar el extremo en la boca del pozo firmemente asegurado. Se agregaran tramos adicionales hasta lograr la profundidad deseada. En las uniones de la tubería algún tipo de material sellante debe ser utilizado. En las uniones del vástago se deberá aplicar grasa. La conexión del vástago a la transmisión se debe hacer con mucho cuidado y exactitud, de tal modo que el pistón no golpee la parte superior o inferior del cilindro durante la carrera de bombeo (ver esquema de la bomba en la figura 4.7). Dependiendo del tipo de instalación se puede requerir una válvula de cheque y/o un sello en el vástago. Nunca se debe colocar una válvula de paso directamente en la línea de salida ya que puede causar serios daños a la bomba o a la transmisión del molino. 5.4 MANTENIMIENTO Cualquier máquina requiere de un mantenimiento adecuado para operar de una manera eficiente y tener la vida útil para la cual fue diseñado. Un equipo básico de herramientas para hacer el mantenimiento de un molino de viento es el siguiente: plomada e hilo, llave para tubos de hasta 2-1/2 pulgadas, juego de 6 o más llaves fijas, hombresolo, marco para segueta y hojas de segueta, grasera, nivel, alicate, destornilladores, flexómetro. Una tarea que puede resultar fundamental para el mantenimiento de un molino es la protección contra personas o animales. Algunos equipos utilizan cables anclados como tirantes para la torre. De la adecuada tensión en ellos depende la estabilidad del molino, por lo que puede resultar conveniente tener una área cercada alrededor del mismo. Un mantenimiento simple que puede realizar fácilmente cualquier persona incluye: * Engrasar o aceitar las partes móviles. * Ajustar el sello prensaestopa en caso de que lo tenga. * Limpiar la estructura, especialmente sí esta en un ambiente fuertemente corrosivo. Un mantenimiento más especializado requiere de personal mecánico calificado. Las tareas que generalmente debe realizar son:


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** Cambiar el aceite de la caja de cambios, típicamente cada año. ** Inspeccionar los tornillos y su ajuste, también cada año, aunque es preferible hacerlo en

un lapso más corto cuando está recién instalado. ** Reparación de vástagos rotos o de los pasadores de seguridad que tienen algunos

molinos para evitar que las sobrecargas lleguen a afectar la transmisión. ** Reemplazar los sellos de cuero. Los sellos tienen una duración variable, dependiendo de la

calidad del agua básicamente. Algunos necesitan ser reemplazados cada seis meses y otros cada dos años. Un examen cada seis meses, luego de instalado permitirá descubrir el tiempo de vida de los sellos y con esto programar el mantenimiento.

** Puede ser necesario limpiar y pintar la torre cada uno o dos años de acuerdo al medio

ambiente. ** Después de 5 a 10 años es necesario hacer un diagnóstico completo del estado del

molino, en especial de las partes en desgaste como rodamientos, etc. ** Si el molino está ubicado en una zona con tormentas se debe considerar como

mantenimiento del molino él desorientarlo antes de que estas ocurran para evitar daños. ** Si el pozo es excavado a mano es conveniente mantenerlo tapado para evitar su

contaminación y evitar accidentes En el caso de la aerogeneración, se debe tener especial cuidado con las baterías. Debe evitarse las descargas profundas por encima del 80% de descarga y las sobrecargas ya que de esta manera se acorta la vida útil de la batería. Debe cuidarse que el electrolito este por lo menos un centímetro por encima de las placas de la batería. Si es necesario se completará este nivel con agua destilada exclusivamente en las que fuera posible. El nivel del electrolito se debe revisar cada 15 días por lo menos. Se debe conservar las baterías en un sitio limpio y sobre todo seco, se debe llevar a flotación todo el banco por lo menos una vez al mes con el fin de nivelar los voltajes de la batería, proteja las terminales. De particular cuidado en la instalación de aerogeneradores es la adecuada instalación de polo a tierra, para evitar danos a consecuencias de descargas eléctricas y prevenir la destrucción de los elementos eléctricos y electrónicos asociados al sistema, probablemente necesite un sistema de pararrayos Similarmente, se deberá realizar una rigurosa inspección a las líneas de transmisión, particularmente la instalación y el deterioro paulatino de los cables eléctricos, los cuales deberán ser reemplazados en caso de que este se presente. Limpieza de las escobillas y contactos eléctricos de la turbina. Revise simetría del rotor (aspas iguales) 5.5 ALTERNATIVAS. Finalmente compare sus alternativas, económicamente, entre la energía eólica y otras opciones, una metodología se sugiere en el Apéndice D.


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Oxford. Excelente libro de referencia, actualizado. Trata las energías renovables en general de

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Real Goods independent Living Book, Vermont, USA. Libro practico para la implementación de sistemas de energía eólica, cubre aspectos

financieros, además de ser riguroso en la exposición técnica. Golding, E.W.(1976). The Generation of Electricity by Wind Power. E and F Spon Ltd. Londres. El mejor libro de ingeniería escrito en este tema, a pesar de ser editado en 1976. Gourieres, D.,(1980). Energía Eólica. Teoría, concepción y Calculo Practico de Instalaciones. Ed.

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Seminar, R. Lynette & Associates, San José, Costa Rica, Abril Ignacio, J. & Urquia Lus. Energía Hidráulica y Eólica. Pamiela, Pamplona, España Excelente libro practico, bien ilustrado sobre soluciones sencillas de implementación.


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Hulscher, W. & Fraenkel, P. ed. (1994). The Power Guide: An international catalogue of small-scale energy equipment. Intermediate Technology Publications. London, England.

Buena guía de productos comerciales, direcciones de fabricantes de sistemas de energías convencionales disponibles en diversos países

Lipman, N.(1992). Wind Energy for the Eighties. Peter Peregrinus Ltd, Stevenage, UK. Lysen,E.(1983). Introduction to Wind Energy. CWD Publications, May, TOOL Libro de referencia para estudiantes de Ingeniería que deseen incursionar en este campo

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Puig,J.,Meseguer,C. & Cabre,M. El Poder del Viento. Ecotopia Ediciones, Barcelona, España Libro descriptivo de soluciones tecnológicas sobre la energía eólica. Este libro de fácil

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OTRAS FUENTES DE INFORMACION Las siguientes organizaciones pueden ser contactadas para obtenerse mayor información técnica especializada, lo mismo que la bibliografía que puede ser de difícil consecución en Colombia.

Alternative Energy Institute West Texas STate University Box 248, Canyon, TX 79016, Estados Unidos Teléfono: 806 656 2296 Fax: 806 656 2071 American Wind Energy Association (AWEA) 777 N. Capitol, NE # 805, Washington, DC 20002, Estados Unidos Teléfono: 202 408 8988 Fax: 202 408 8536 Association of Danish Windmill Manufacturers Lykkesvej 18, 7400 Herning, Dinamarca Teléfono: +45 97 22 47 77 Fax: +45 97 22 53 80 Association of Danish Windmill Owners Thorsvej 42, DK 8270 Ry, Dinamarca Teléfono: +45 86 89 36 36 Fax: +45 86 89 36 30 British Wind Energy Association (BWEA) 4 Hamilton Place, London W1V 0BQ, Inglaterra Teléfono: +44 71 499 3515 Fax: +44 71 499 6230 Canadian Wind Energy Association 250-2415 Holly Lane, Ottawa K1V 7P2, Ontario, Canada Teléfono: 613 737 0524 Fax: 613 737 8938 Center For International Development Research Triangle Institute P.O.Box 12194., Research Triangle Park, NC 27709-2194, Estados Unidos Teléfono: 919 541 6485 Fax: 919 541 6621 Centre for Alternative Technology Machynlleth, Powys, Wales SY20 9AZ, Reino Unido Teléfono: +44 654 702 400 Fax: +44 654 702 782 Desert Wind Energy Association P.O.Box 206, N. Palm Springs, CA 92258-0206, Estados Unidos Teléfono: 619 329 1799


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German Wind Energy Association Lutherstrasse 14, 3000 Hannover, Alemania Teléfono: +49 511 28 23 63 Fax: +49 511 28 23 77 Atlantic Wind Test Site Rural Route 4, Tignish COB 2BO, Prince Edward Island, Canada Teléfono: 902 882 2746 Fax: 902 882 3823 Batelle Pacific Northwest Laboratory Batelle Blvd., Richland, WA 99352, Estados Unidos Teléfono: 509 376 7860 Fax: 509 376 5217 ECN - Netherlands Energy Research Foundation P.O.Box 1, Westerduinweg 3, 1755 ZG Petten, Holanda, Teléfono: +31 22 46 44 87 Fax: +31 22 46 34 83 Energy Technology Support Unit (ETSU) Harwell Laboratory, Didcot, Oxfordshire OX11 0RA Inglaterra Teléfono: +44 23 58 21 000 Fax: +44 23 54 32 923 German Wind Energy Institute Eberstrasse 96, 4400 Wilhelmshaven, Alemania Teléfono: +49 44 21 48 080 Fax: +49 44 21 48 08 43 National Wind Turbine Test Site NEL, East Kilbride G75 0QU, Reino Unido Teléfono: +44 35 52 20 222 Fax: +44 35 52 72 333 National Energy Research Laboratory (NREL) 1617 Cole Boulevard,Golden, CO 80401, Estados Unidos Teléfono: 303 231 1000 Fax: 303 231 1448 Risoe Natinal Laboratory Test Center for Wind Turbines P.O.Box 49, 4000 Roskilde, Dinamarca Teléfono: +45 42 37 12 12 Fax: +45 42 37 29 65 Sandia National Loratories P.O.Box 5800,Albuquerque, NM 87185, Estados Unidos Teléfono: 505 844 5253 Fax: 505 844 6541


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RED ELECTRONICA

La siguiente lista contiene una serie de direcciones electrónicas que pueden ser de fácil acceso por vía Internet. Se incluyen direcciones de instituciones e individuos de un gran número de países. (actualización 2003) http://solstice.crest.org

http://www.eren.doe.gov http://www.afm.dtu.dk http://www.ecn.nl http://sln.fi.edu/tfi/units/energy/wind http://www.awea.org http://www.ewea.org http://www.winpower.dk http://www.open.ac.uk http://www.risoe.dk http://www.bwea.org http://www.cranfield.ac.uk http://www.me3.org/issues/wind/ http://www.energy.ca.gov/ http://www.foe.co.uk/ http://www.epri.com/ http://www.caddet.co.uk/ http://www.homepower.com/ http://www.doe.gov/ http://www.windstats.com/ http://www.nrel.gov/ http://www.nrel.gov/wind/wind_pubs http://www.windpower.org/es/core.htm http://www.eere.energy.gov/windandhydro/


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APENDICE A VARIACION DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO CON LA ALTURA La superficie terrestre ejerce una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento del aire y cuyo efecto es retardar el flujo, por ende disminuir la velocidad del viento. Este efecto retardatorio de la velocidad de viento decrece en la medida que se incrementa la altura sobre la superficie del terreno y de obstáculos en su recorrido. Así pues, a mayor altura sobre la superficie mayor velocidad de viento se podrá experimentar. Un modelo sencillo para calcular el incremento en la velocidad con respecto a la altura, es la distribución de velocidades en función de la altura y esta sigue una ley exponencial, como sigue:

a

h

h

v

v

=

2

1

2

1

Siendo: V1 : la velocidad del viento a la altura h1 V2 : la velocidad del viento a la altura h2

El coeficiente “a” es un parámetro que depende de la topografía del terreno y de las condiciones meteorológicas. Generalmente este parámetro se calcula sobre la base de mediciones de viento. En caso de no existir información medida del perfil de velocidades, para una buena aproximación en terreno plano, libre de obstáculos se puede utilizar el parámetro a equivalente a 0.14 (1/7). Dado que la medición meteorológica se realiza a 10 metros de altura, la siguiente tabla, de rápida referencia, ilustra los valores de velocidad de viento promedio que se pueden esperar para mayores alturas sobre el terreno, basado en este modelo sencillo de perfil de velocidades.

TABLA A1 - VALORES ESPERADOS DE VELOCIDAD DE VIENTO A DIFERENTES ALTURAS Velocidad de Viento Promedio Esperada en (m/s) Velocidad de Viento

Promedio medida en (m/s) a 10 metros

20 metros 30 metros 40 metros

3 3.3 3.5 3.7 4 4.4 4.7 4.9 5 5.5 5.8 6.1 6 6.6 7.0 7.3 7 7.7 8.2 8.5 8 8.8 9.4 9.8 9 9.9 10.5 11.0

10 11.0 11.7 12.2


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APENDICE B MODELAMIENTO MATEMATICO PARA CALCULAR ENTREGA DE ENERGIA EOLICA El modelamiento matemático que aquí se presenta, combina el comportamiento de sistemas de conversión de energía eólica, con las condiciones de viento como frecuencia de distribución del mismo. El análisis aquí presentado permite realizar una estimación valida y bastante cercana de la producción neta de un sistema eólico cuando este es localizado en un régimen de vientos, en particular. Este procedimiento modela matemáticamente el comportamiento típico del viento, en cuanto a distribución de frecuencias; el cual puede ser ajustado estadísticamente con la función de densidad de probabilidad de Weibull. Igualmente, se modela el equipo eólico típico. Se emplea un método basado en un análisis adimensional, donde el régimen de vientos se ajusta estadísticamente por la función de densidad de probabilidad de Weibull y el comportamiento del equipo se adimensionaliza dividiéndolo por la velocidad promedio del lugar ( v ) donde se esté realizando el estudio. De esta manera, se tiene: • Debido al adimensionamiento, en toda ecuación:

xv

v=

• Para el régimen de vientos, utilizando la función de Weibull:

Donde k es el factor de forma de Weibull, que generalmente varía entre 1 y 3.5; G se puede calcular como:

Gk

= +05680 434

..

.

• Para las turbinas eólicas, su curva de potencia se puede aproximar a :

Donde Pr es la potencia de rateo o potencia nominal de la turbina, y los subíndices se refieren a los datos característicos de velocidad adimensionados como se explicó anteriormente. Por lo tanto, la energía que se podría obtener sería:

∫ ⋅⋅⋅=out

in

V

V

dvvfvPTEnergía )()(

Donde T es el periodo de evaluación del sistema. Como la función de potencia para la turbina esta definida por partes, tenemos entonces:

)exp()( 1 kk xGxGkxf ⋅−⋅⋅⋅= −

Pr)(

Pr)(

=

−−

⋅=

xP

xxxx

xPinr

in

outr

rin

xxx

xxx

≤≤

≤≤


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∫∫ ⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=out

r

r

in

V

V

V

V

dvvfvPTdvvfvPTEnergía )()()()(

Al expresar esta ecuación de energía en forma adimensional, se obtiene:

∫∫ ⋅⋅+⋅⋅⋅=out

r

r

in

X

X

X

X

dxxfTdxxfxPTEnergía )(Pr)()(

Si se define la relación entre la energía suministrada por la turbina y lo que se generaría operando a la potencia nominal durante el número de horas de la evaluación del proyecto como el factor de planta, se tendría:

y después de calcular todas las integrales posibles, se llegaría a la siguiente expresión: Si se multiplica F.P. por 8760, se obtendrá el nivel de energía especifica

El resultado del presente análisis, se resume en la Figura 3.4 para diferentes valores del factor de forma (k) de Weibull. Para hallar el valor de k hay múltiples formas matemáticas, que se encuentran fuera del alcance de este manual, sin embargo una aproximación se puede obtener mediante la siguiente fórmula

K a v= Donde: a esta entre 0.8 y 1.2 v es la velocidad media del viento en el sitio. Es de anotar que esta fórmula es solo una aproximación y por lo tanto los datos que de ella se obtengan se deben manejar como una estimación.

PFPlantadeFactorT

Energía.

Pr==

⋅

F PX X

G x dx G Xr in

k

X

X

outk

in

r

. exp( ) exp( ( ) )=−

⋅ − ⋅ ⋅ − − ⋅∫1


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APENDICE C POTENCIAL NOMINAL y CONSUMO (DE ELECTRODOMESTICOS EN UNA VIVIENDA TIPICA) A continuación se presenta una tabla de Potencial nominal de algunos aparatos electrodomésticos utilizados en una vivienda, tanto rural como urbana. Los equipos aquí listados comúnmente operan con corriente alterna (CA) o con corriente continua (CC). TABLA C1 POTENCIA ELECTRODOMESTICOS

Aparato de Corriente Alterna Potencia Nominal en Vatios Licuadora 290 - 380 Congelador de 15 pies 340 - 600 Freidora 1100 - 1250 Plancha 1000 Tostadora 1100 - 1250 Cafetera 850 - 1500 Aire Acondicionado 3000 - 4000 Radio 70 - 80 Televisor 19 pulgadas 100 - 180 Bombillas Eficientes 18 Bombillas incandescentes 60

Aparatos de Corriente Continua Potencia Nominal en Vatios Ventilador de techo 25 Refrigerador de 16 pies 65 Televisor 10 pulgadas 60 Radio/pasacintas 35 Licuadora 80 Ventilador de 8 pulgadas 12 - 30 Bombillas 13

Para evaluar el consumo de energía de cada electrodoméstico se multiplica la potencia nominal por el número de horas de uso diario (o fracciones de hora). Para obtener el consumo total diario de energía se suman los consumos individuales de los aparatos. El consumo será expresado en vatio-hora o kilovatio-hora. Consumos básicos de agua: Consumo por persona 40-75 lpd

TABLA C2 DE CONSUMO DE AGUA PARA GANADERÍA Especies Litros por cabeza por día Caballos 30-40 Ganado 20-40 Vacas lecheras 70-100 Ovejas y cabras 1-5 Cerdos 3-6 Cerdas lactantes 25 Pollos 0.2-0.3

Fuente : Wyatt, A. (1992) Es recomendable tener en cuenta el aumento de la demanda tanto de energía eléctrica, como de agua durante la vida útil del proyecto.


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APENDICE D ANALISIS ECONOMICO (INEA) Independientemente de la aplicación de la energía eólica, se pueden tener los siguientes métodos para analizar económicamente la posibilidad o no de implementar un sistema eólico. Método de costo de energía Que no es una medida de la viabilidad económica pero sirve como punto de comparación con el costo de otras fuentes energéticas, se basa en la obtención del valor del kWh producido

añokwh

COMtfCiCE

_

)*( +=

Donde: CE= Costo de Energía $/kWh Ci= Costos iniciales de instalación Tf= tasa fija (intereses pagados) COM= Costos de operación y mantenimiento por año KWh _año= Producido por el sistema kWh/año. Este costo se debe promediarse para un tiempo entre 10 y 20 años teniendo en cuenta que otras fuentes como el Diesel tendrá que repararse o reemplazarse en un muy corto periodo de tiempo. Método de tiempo de pago Este método permite conocer en cuanto tiempo se recuperará la inversión, aunque no tomará en cuenta los beneficios de la inversión después de concluido el tiempo de pago.

)*/$*_( COMtfCikwhañokwh

CiTP

−−=

Donde : TP= Tiempo de pago en años Tf= tasa fija (intereses recibidos) $/kWh = Costo del Kilovatio de energía eléctrica. Se asume en esta ecuación que todos los costos son constantes a través del tiempo Método de ciclo de vida Método por el cual se busca conocer cuanto se gana o se ahorra un usuario por tener un sistema, para lo cual se hace un flujo de caja a través de todo el ciclo de vida del sistema, (20 años generalmente,) donde los ingresos son los costos evitados por la compra de energía de la red y los egresos son los costos de operación, mantenimiento y financieros que se estiman se tendrán para cada año de operación del sistema.

EgresosIngresosnetaGanancia −=_

Aparte del análisis económico se deberá tener en consideración efectos como la no contaminación y el no tener que conseguir combustible


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APENDICE E OFERTA DE EQUIPOS EOLICOS En esta sección del presente documento se suministra una lista de fabricantes y concesionarios de equipos eólicos, aerobombas y aerogeneradores, que se ofrecen en Colombia; adicionalmente se incluye una lista de algunos fabricantes y oferentes de equipos en el exterior. Preferencialmente se incluyen aquellas compañías en el exterior que ofrecen equipos eólicos de bajo nivel de potencia (esto es, hasta algunos KWs de potencia) AEROBOMBAS Fabricantes INDUSTRIAS METALICAS INDUSIERRA Carrera 64 A No 6 - 12 Apartado Aéreo 080990 Teléfono: 260 3043 Fax: 260 3043 Bogotá - Cundinamarca INDUSTRIAS JOBER LTDA Calle 20 No 30 - 104 Teléfono: 987 603 887 Duitama - Boyacá CENTRO LAS GAVIOTAS Paseo Bolívar No 20 - 90 Avenida Circunvalar Teléfono: 286 2876 Fax: 268 4742 Bogotá - Cundinamarca Concesionarios MOLINAGRO Calle 45 No 56 A - 77 Teléfono: 221 6662 Bogotá - Cundinamarca MOLINOS DE VIENTO LTDA Calle 12N No 4 N - 17 Oficina 302 Teléfono: (92) 667 3209 Fax: (92) 667 3210 Cali - Valle FUNDACION PARA EL DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA APROPIADA Mauricio Gnecco Suplemellanos, Km. 1 Vía Pto. López Teléfono: 986 - 632692 Villavicencio - Meta DICMO LTDA Calle 77 No 47 - 65


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Teléfono: 240 0131 Bogotá - Cundinamarca AEROGENERADORES Concesionarios ENERGIA INTEGRAL ANDINA Calle 94 No 13 - 54 Teléfonos: 218 9030 - 611 0843 - 616 3011 - 611 0804 Fax: 218 1589 Bogotá - Colombia MOLINOS DE VIENTO LTDA Calle 12N No 4 N - 17 Oficina 302 Teléfono: (92) 667 3209 Fax: (92) 667 3210 Cali - Valle NEMCO Ltda Kasumi Yumoto Cra 43 A No 1 Sur 31, Bco Ganadero Of. 301 Teléfono: (94) 266 3070 - (94) 412 1517 Fax: (94) 311 3968 Medellín - Antioquía OFERTA DE EQUIPOS EOLICOS FUERA DE COLOMBIA AEROBOMBAS FIASA Hortiguera 1882 (1046) Teléfono: +54 1 923 1081/85 Fax: +54 1 924 1648 Buenos Aires - Argentina

DEMPSTER INDUSTRIES INC. 711 South 6th Street, Teléfono: +1 402 223 4026 Beatrice, NE 68310, Estados Unidos

MAQUINAS AGRICOLAS DE AGUA LTDA Rua Visconde de Ouro Preto 865 Parque industrial, Teléfono: +55 172 322 511 15 030 000 Sao José do Rio Preto SP, Brasil

SOUTHERN CROSS MACHINERY PTY LTD 259 Ruthven St, Toowoomba, Po Box 424 Teléfono: +61 076 381 255/381 122 Queensland 4350 - Australia


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STEWARDS & LLOYDS 37 Leopold Takawira Street, P O Box 784 Teléfono: +263 4 708 191 Fax: + 263 4 790 972 Harare - Zimbabwe

AEROGENERADORES

BERGEY WINDPOWER CO. 2001 Priestley Avenue Teléfono: +1 405 364 4212 Fax: +1 405 364 2078 Norman, OK 73069, Estados Unidos THERMAX CORP. PO Box 3128 Teléfono: +1 802 658 1098 Fax: +1 802 658 1098 Burlington, VT 05401, Estados Unidos

MARLEC ENGINEERING COMPANY LTD Unit K, Cavendish Courtyard, Sallow Road Teléfono +44 536 201 588 Fax: +44 536 400 211 Corby, Northamptonshire NN17 1DZ Reino Unido WENUS WINDENERGIE-NUTZUNGS-SYSTEME Wahlengasse 10-12 Teléfono: +49 2235 74372 Fax: +49 2235 71841 W-5042 Erfstadt-Erp 22, Alemania CHINA QINGDAO CHAIN FACTORY Wind Driven Generator Branch 19 Zhenjiang Road, Qingdao 266 022 China. PROVEN WINDTURBINES Moorfield Industrial Estate, Teléfono: +44 563 43020 Fax: +44 563 39119 Kilmarnock KA2 0BA Escocia. LMW WINDENERGY BV Lijnbaanstraat 1A, Teléfono: +31 50 145 229 Fax: +31 50 146 293


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9711 RT Groningen, Holanda. SHANGDU PASTORAL MACHINE MANUFACTORY Shangdu, Inner Mongolia Autonomous Region 013450, China.


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APENDICE F MAPA PRELIMINAR DE VIENTOS TABLA F1 RANGOS DE VELOCIDADES DEL VIENTO CON DIFERENTES RUGOSIDADES DE TERRENO

Mapa Rango No. 1 Velocidad del

viento, m/s

Rango No. 2 Velocidad del

viento, m/s


viento m/s


viento m/s


viento m/s


viento m/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0 – 1.5 1.5 – 2.5 2.5 – 3.5 3.5 – 4.5 4.5 – 5.5 5.5 – 6.5 6.5 – 7.5 7.5 – 8.5 8.5 – 9.5

9.5 – 10.5 10.5 – 11.5 11.5 – 12.5 12.5 – 13.5 13.5 – 14.5

0 – 1.3 1.3 – 2.2 2.2 – 3.1 3.1 – 4.0 4.0 – 4.9 4.9 – 5.7 5.7 – 6.6 6.6 – 7.5 7.5 – 8.7 8.7 – 9.3

9.3 – 10.2 10.2 – 11.0 11.0 – 11.9 11.9 – 12.8

0 – 1.2 1.2 – 2.1 2.1 – 2.9 2.9 – 3.7 3.7 – 4.6 4.6 – 5.4 5.4 – 6.2 6.2 – 7.1 7.1 – 8.2 8.2 – 8.7 8.7 – 9.6

9.6 – 10.4 10.4 – 11.2 11.2 – 12.1

0 – 1.1 1.1 – 1.9 1.9 – 2.6 2.6 – 3.3 3.3 – 4.1 4.1 – 4.8 4.8 – 5.6 5.6 – 6.3 6.3 – 7.3 7.3 – 7.8 7.8 – 8.5 8.5 – 9.3

9.3 – 10.0 10.0 – 10.8

0 – 1.0 1.0 – 1.6 1.6 – 2.3 2.3 – 2.9 2.9 – 3.6 3.6 – 4.2 4.2 – 4.9 4.9 – 5.5 5.5 – 6.4 6.4 – 6.8 6.8 – 7.5 7.5 – 8.1 8.1 – 8.8 8.8 – 9.4

0 – 0.9 0.9 – 1.5 1.5 – 2.1 2.1 – 2.7 2.7 – 3.3 3.3 – 3.9 3.9 – 4.5 4.5 – 5.1 5.1 – 5.8 5.8 – 6.2 6.2 – 6.8 6.8 – 7.4 7.4 – 8.0 8.0 – 8.6

Velocidades a 10m de altura NOTA: Rango No. 1 La rugosidad de la superficie considerada plana (playa, hielo, paisaje de nieve, océano). Rango No. 2 La superficie se considera abierta (pasto corto, aeropuertos, tierra de cultivo vacía) Rango No. 3 La superficie se considera áspera (cultivos altos en hilera, árboles bajos) Rango No. 4 La superficie se considera muy áspera (bosques, huertos) Rango No. 5 La superficie se considera cerrada (pueblos, suburbios) Rango No. 6 Se denomina ciudad (centros de ciudades, espacios abiertos en los bosques)


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Mapa de velocidad media anual Vientos de Colombia, versión Preliminar

Elaboró: Instituto de Ciencias Nucleares y Energías Alternativas INEA Subdirección de Energía División de Energías Alternativas Grupo Eólica Información: Subdirección Meteorología, Grupo de investigación de meteorología Energética. Edición: UPME._2003 Ver tabla anexa para interpretación.

Documents

Manual de Aplicacion Energia Eolica INEA