UNIVERSIDAD TCNICA DE COTOPAXI
PORTADAUNIDAD ACADMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERA Y
APLICADASINGENIERA ELECTROMECNICAANTEPROYECTO DE TESISTEMA:ANALISIS
DEL POTENCIAL EOLICO Y SOLAR PARA LA IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA
HBRIDO DE GENERACIN ELCTRICA A BENEFICIO DE LA FAMILIA VELOZ EN EL
PRAMO CHALUPAS, PERIODO 2015.
POSTULANTES: HERVAS MOREIRA JHONATAN ALBERTO MOSCOSO NOROA
MIGUEL FERNANDO DIRECTOR: Mg. C. Ing. LVARO SANTIAGO MULLO
QUEVEDO
LATACUNGA ECUADORABRIL 20157
AVAL DE DIRECTOR DE TESISLatacunga, 7 de Abril del 2015
Reciba un cordial saludo y a la vez desendole xitos en sus
funciones como Director Acadmico.Cumpliendo con el reglamento del
Curso Profesional de la Universidad Tcnica de Cotopaxi, en calidad
de Director de Tesis con el Tema ANALISIS DEL POTENCIAL EOLICO Y
SOLAR PARA LA IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA HBRIDO DE GENERACIN
ELCTRICA A BENEFICIO DE LA FAMILIA VELOZ EN EL PRAMO CHALUPAS,
PERIODO 2015, propuesto por Hervas Moreira Jhonatan Alberto con
C.I. # 0502768278 y Moscoso Noroa Miguel Fernando con C.I. #
0501814727, estudiantes de la Carrera de Ingeniera en
Electromecnica, presento el AVAL correspondiente al presente
trabajo, me permito indicar que fue revisado y corregido en su
totalidad, por lo que se puede por lo que se puede solicitar fecha
para la DEFENSA DE ANTEPROYECTO DE TESIS.
Atentamente,
EL DIRECTOR
..Mg. C. Ing. LVARO SANTIAGO MULLO QUEVEDODIRECTOR DE TESISNDICE
DE CONTENIDOS
PORTADAiAVAL DE DIRECTOR DE TESISiiNDICE DE CONTENIDOSiiiNDICE
DE TABLASviiiNDICE DE FIGURASixAUTORA..xiCAPITULO I11.EL PROBLEMA
DE INVESTIGACIN11.1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA11.2.FORMULACIN DEL
PROBLEMA31.3.OBJETIVOS41.3.1.OBJETIVO GENERAL41.3.2.OBJETIVOS
ESPECFICOS41.4.JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA41.5.UBICACIN
PARADIGMTICA5CAPITULO II72.MARCO TERICO72.1.FUNDAMENTACION
TEORICA72.1.1.ANTECEDENTES72.1.2.QU ES LA
ENERGA?82.1.2.1.Definicin82.1.3.QU ES EL RECURSO
RENOVABLE92.1.3.1.Definicin92.1.4.EL VIENTO RECURSO
RENOVABLE102.1.4.1.Definicin102.1.4.2.Regiones depresionarias y
anticiclnicas112.1.5.FUERZA
CORIOLIS132.1.5.1.Definicin132.1.6.DESVIACIN POR LA FUERZA
CORIOLIS142.1.6.1.Definicin142.1.7.EL SOL COMO RECURSO
RENOVABLE142.1.7.1.Definicin142.1.8.TIPOS DE RADIACIN
SOLAR172.1.8.1.Radiacin solar directa172.1.8.2.Radiacin solar
difusa172.1.8.3.Radiacin solar reflejada172.1.9.QU ES LA ENERGA
RENOVABLE172.1.9.1.Definicin172.1.10.QU ES LA ENERGA
SOLAR?182.1.10.1.Definicin182.1.11.QU ES LA ENERGA
ELICA?192.1.11.1.Definicin192.1.12.QU ES LA ENERGA
HBRIDA?202.1.12.1.Definicin202.1.12.2.Ventajas e inconvenientes de
la generacin elica222.1.12.3.Ventajas e inconvenientes de la
generacin solar fotovoltaica232.1.13.PEQUEAS CENTRALES ELICAS Y
SOLARES252.1.13.1.Evolucin Histrica252.1.13.2.Principio de
Funcionamiento26Generacin elica26Generacin solar
fotovoltaica262.1.14.PARTES DE LOS SISTEMAS DE
GENERACIN272.1.14.1.Sistema elico27Torre27Turbina elica27Buje27Pala
(aspas)27Gondola28Generador elctrico28Multiplicador28Mecanismo de
Orientacin28Veleta282.1.14.2.Sistema solar fotovoltaico29Panel
solar fotovoltaico292.1.14.3.Elementos comunes de los
sistemas29Inversor de carga29Regulador de carga30Banco de
almacenamiento312.1.15.COMPONENTES DEL SISTEMAS
HBRIDO322.1.15.1.Sistema elico de generacin322.1.15.2.Sistema solar
fotovoltaico de generacin322.1.15.3.Sistema hbrido de
generacin332.1.16.CLCULO DE POTENCIAL ELICO Y
SOLAR342.1.16.1.Potencial elico34Ley Exponencial de
HELLMANN34Distribucin de Weibull35Ecuacin de la probabilidad de
Weibull37Potencial elico de la zona de estudio372.1.16.2.Potencial
solar382.2.HIPTESIS382.3.OPERACIONALIZACION DE LAS
VARIABLES382.4.ESQUEMA DE CONTENIDOS DE LA TESIS41CAPITULO
III443.METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN443.1.DISEO DE LA
INVESTIGACIN443.1.1.Investigacin experimental443.2.MTODOS453.2.1.El
Mtodo analtico453.2.2.Mtodo inductivo453.2.3.Mtodo
Deductivo453.3.TCNICAS463.3.1.La Observacin463.3.2.La
encuesta463.4.POBLACIN, UNIVERSO Y MUESTRA473.5.INSTRUMENTOS DE LA
INVESTIGACIN473.5.1.Cuestionario473.6.RECOLECCIN DE LA
INFORMACIN483.7.TRATAMIENTO Y ANLISIS ESTADSTICO DE LOS
DATOS48CAPITULO IV494.MARCO
ADMINISTRATIVO494.1.RECURSOS494.1.1.INSTITUCIONALES494.1.2.HUMANOS494.1.3.TCNICOS
Y
TECNOLGICOS494.1.4.MATERIALES504.1.5.ECONMICOS504.2.CRONOGRAMA514.3.PRESUPUESTO524.3.1.Presupuesto
de Materiales524.3.2.Presupuesto Recursos Tcnicos y
Tecnolgicos524.3.3.Presupuesto Costo del
Proyecto534.4.BIBLIOGRAFA544.5.ANEXOS57
NDICE DE TABLASTABLA 2.1: Valores del exponente de
HELLMANN35TABLA 2.2: Variable Independiente39TABLA 2.3: Variable
Dependiente40TABLA 3.1: Poblacin Involucrada47TABLA 4.1: Recurso
Humano49TABLA 4.2: Cronograma de Actividades51TABLA 4.3:
Presupuesto de Materiales52TABLA 4.4: Presupuesto Recursos Tcnicos
y Tecnolgicos52TABLA 4.5: Costo del Proyecto53
NDICE DE FIGURASFIGURA 1.1: Ubicacin del proyecto6FIGURA 2.1:
Fuerza del viento11FIGURA 2.2: Indicadores del viento12FIGURA 2.3:
Fuerza Coriolis13FIGURA 2.4: Energa del Sol15FIGURA 2.5: Mapa
indicador de radiacin16FIGURA 2.6: Atardecer19FIGURA 2.7: Parque
Villonaco, Loja Ecuador20FIGURA 2.8: Sistema de generacin
hbrida22FIGURA 2.9: Generacin elica26FIGURA 2.10: Generacin solar
fotovoltaica27FIGURA 2.11: Partes del aerogenerador28FIGURA 2.12:
Panel solar fotovoltaico29FIGURA 2.13: Inversor de carga30FIGURA
2.14: Regulador de carga31FIGURA 2.15: Banco de bateras31FIGURA
2.16: Sistema elico de generacin32FIGURA 2.17: Sistema solar
fotovoltaico de generacin33FIGURA 2.18: Sistema hbrido de
generacin34FIGURA 2.19: Variaciones de velocidad del viento35
AUTORA
Los criterios emitidos en el presente anteproyecto de tesis
ANALISIS DEL POTENCIAL EOLICO Y SOLAR PARA LA IMPLEMENTACION DE UN
SISTEMA HBRIDO DE GENERACIN ELCTRICA A BENEFICIO DE LA FAMILIA
VELOZ EN EL PRAMO CHALUPAS, PERIODO 2015., es de exclusiva
responsabilidad de los autores.
_____________________________________________________
Hervas Moreira Jhonatan AlbertoMoscoso Noroa Miguel Fernando
C.I.: 050276827-8C.I.: 050181472-7
xi
CAPITULO I1. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL
PROBLEMA A nivel mundial la sociedad tiene un gran desarrollo
gracias al aporte de la energa elctrica, que es muy indispensable
en la vida cotidiana de cada persona. En la actualidad existen
diversas maneras de generar energa elctrica las mismas que tienen
como objetivo aprovechar al mximo los recursos naturales, como es
la generacin de energa elica o solar, las cuales son fuentes de
energas limpias ya que no producen ningn tipo de impacto
ambiental.Son escasas las oportunidades que tiene un estudiante
universitario para relacionar el desarrollo acadmico obtenido en
las aulas con la prctica o aplicacin de los mismos, ya que no se
dispone de los recursos necesarios para realizar prcticas de estos
tipos de sistemas de generacin.Las incgnitas que se generan en los
estudiantes que reciben materias relacionadas a la generacin de
energa elctrica y el estudio de tecnologas limpias nos permite el
aprovechamiento de los recursos renovables para satisfacer las
necesidades energticas requeridas en este proyecto, disminuyendo
los daos y la contaminacin de nuestro medio ambiente producidos por
los mtodos tradicionales de generacin de energa.En el siglo XXI y
de acuerdo al plan del buen vivir, se hace imperiosa la energa
elctrica como aspecto fundamental para el desarrollo psicosocial
del ser humano. En el Pramo de Chalupas Provincia de Cotopaxi es
notorio la ausencia de este servicio, el cual se ha visto como un
obstculo durante muchos aos por existir vas de segundo orden, por
tal motivo pretendemos dotar de energa elctrica a una de las
familias colonas del sector y a su vez dejar en alto el nombre de
la Universidad Tcnica de Cotopaxi llegando hasta el ltimo rincn de
nuestro cantn.En estos ltimos aos, Ecuador ha tenido importantes
cambios a nivel legislativo y regulatorio, como fue en 2008, la
aprobacin de una nueva Constitucin, que posee varios artculos que
sirven de apoyo a la investigacin, los cuales son:TITULO
IIDERECHOSCaptulo segundoDerechos del buen vivirSeccin
SegundaAmbiente sanoArt. 14.- Se reconoce el derecho de la poblacin
a vivir en un ambiente sano y ecolgicamente equilibrado, que
garantice la sostenibilidad y el buen vivir, sumak kawsay.Art. 15.-
El Estado promover, en el sector pblico y privado, el uso de
tecnologas ambientalmente limpias y de energas alternativas no
contaminantes y de bajo impacto. La soberana energtica no se
alcanzar en detrimento de la soberana alimentaria, ni afectar el
derecho al agua.Seccin SextaHabitad y viviendaArt. 30.- Las
personas tienen derecho a un hbitat seguro y saludable, y a una
vivienda adecuada y digna, con independencia de su situacin social
y econmica.Seccin NovenaPersonas usuarias y consumidorasArt. 52.-
Las personas tienen derecho a disponer de bienes y servicios de
ptima calidad y a elegirlos con libertad, as como a una informacin
precisa y no engaosa sobre su contenido y caractersticas.Captulo
sptimoDerechos de la naturalezaArt. 71.- La naturaleza o Pachamama,
donde se reproduce y realiza la vida, tiene derecho a que se
respete integralmente su existencia y el mantenimiento y
regeneracin de sus ciclos vitales, estructura, funciones y procesos
evolutivos.Art. 74.- Las personas, comunidades, pueblos y
nacionalidades tendrn derecho a beneficiarse del ambiente y de las
riquezas naturales que les permitan el buen vivir.1.2. FORMULACIN
DEL PROBLEMA Qu beneficio tendr la implementacin de un sistema
hbrido de generacin elctrica en el Pramo de Chalupas para suplir
las necesidades energticas de la familia Veloz?1.3. OBJETIVOS1.3.1.
OBJETIVO GENERAL Analizar el potencial elico-solar mediante
instrumentacin y toma de datos reales para implementar un sistema
hbrido de generacin elctrica a beneficio de la familia Veloz en el
Pramo Chalupas.1.3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS Aprovechar los recursos
naturales renovables para satisfacer las necesidades energticas y
mejorar el desarrollo psicosocial del ser humano.
Analizar y tabular los datos obtenidos mediante la utilizacin de
instrumentos para determinar la eficiencia del sistema de
generacin.
Implementar un sistema hbrido de generacin elctrica.
1.4. JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA La implementacin de un Sistema
Hbrido elico-fotovoltaico para la familia Veloz en el Pramo de
Chalupas, brindar la posibilidad de utilizar energas alternativas
adems de proporcionar la energa requerida, el cual permite la
utilizacin de recursos naturales.El rea geogrfica en la cual se
sita el Pramo de Chalupas, posee caractersticas climatolgicas
ptimas, debido a la irradiacin solar a la que se encuentra, as como
los vientos existentes debido al relieve montaoso y rocoso, lo cual
nos permitir el aprovechamiento de los recursos elicos y solares.La
utilizacin de estos recursos en la implementacin de un sistema
hbrido optimizar las mejores condiciones del viento y de la
irradiacin solar, complementndose entre s. Los das nublados, al
disminuir la temperatura no permiten el aprovechamiento adecuado
para la luz solar, mientras que son condiciones ideales para los
aerogeneradores. En cambio, en los das soleados aumenta la
temperatura y disminuye el viento, lo cual provoca un ambiente
idneo para las placas fotovoltaicas.La ventaja de la implementacin
de un sistema hbrido elico-fotovoltaico es que nos permitir
garantizar la continuidad del servicio elctrico, ya que posee dos
fuentes de energas renovables. 1.5. UBICACIN PARADIGMTICAEl
domicilio de la familia Veloz se encuentra en la Provincia de Napo
en el Pramo de Chalupas. (Figura 1.1.)
Figura 1.1. Ubicacin del proyecto
FUENTE. Instituto Espacial EcuatorianoAs que el ANALISIS DEL
POTENCIAL EOLICO Y SOLAR PARA LA IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA
HBRIDO DE GENERACIN ELCTRICA A BENEFICIO DE LA FAMILIA VELOZ EN EL
PRAMO CHALUPAS, PERIODO 2015., permitir fortalecer, relacionar y
demostrar los conocimientos adquiridos en la teora con la prctica y
la experimentacin, contribuyendo a una correcta formacin del
profesional.
6
CAPITULO II2. MARCO TERICO2.1. FUNDAMENTACION TEORICA2.1.1.
ANTECEDENTES La energa elctrica es uno de los factores ms
importantes y necesarios para la vida cotidiana de la humanidad, el
aprovechamiento de los recursos naturales es la principal fuente
para la generacin de energa elctrica en nuestro pas.Existen varias
aplicaciones de Sistemas Hbridos desarrolladas por estudiantes de
Tercer Nivel, que benefician a las personas de diversas comunidades
que no disponen de este servicio, debido a la lejana de sus
domicilios, o a las vas de segundo orden de los sectores marginales
de nuestro cantn, a continuacin se detalla algunos proyectos
desarrollados en nuestro Pas:HERRERA BARROS VANESSA CATALINA
(2011), que realiz el proyecto titulado Sistema Hbrido
elico-fotovoltaico para la generacin de energa elctrica en el
departamento de Turismo del Ilustre Municipio de Baos de Agua
Santa, concluyendo: El diseo de un sistema hbrido proporciona la
alternativa de no depender totalmente de los sistemas tradicionales
de generacin elctrica, adems fomenta el uso de energas renovables
limpias. (p. 60)
MESIAS GENOVEZ DENNIS ORLANDO (2014), que realiz Diseo de un
sistema solar fotovoltaico para el suministro de energa elctrica en
el nuevo40
campus de la Escuela Politcnica del Ejercito Extensin Latacunga
llegaron a la conclusin: Segn la madures de la tecnologa y su
potencial, se debe enfocar el tipo de intervencin y apoyo q
necesite. La tecnologa fotovoltaica requerir polticas e incentivos
para desarrollar su difusin y consolidacin comercial en el mercado.
Obtenida la potencia fotovoltaica instalada de 500Kw y en base al
estudio de vialidad econmica se presentan las siguientes
condiciones favorables del proyecto, 25 ctvs el kWh, por el uso de
energa renovable. Esto conlleva a tener un ingreso anual de
143.486,96 USD, con una inversin de 1.304.900,00 USD, Una TIR de 7%
y una VAN de 1.966,86 USD con un factor de recuperacin del 11%.
(p.128)Las aplicaciones de los sistemas hbridos como de los
sistemas fotovoltaicos citados nos muestran un sistema alternativo
de generacin de energa elctrica y la potencia que sta suministra,
tambin se aprecia la inversin y ahorro progresivo del factor
econmico como aspecto de recuperacin, pero no se puede visualizar
el funcionamiento al 100%, ya que son sistemas de apoyo o
compensacin al sistema energtico de nuestro pas.2.1.2. QU ES LA
ENERGA? 2.1.2.1. Definicin Energas Renovables y Eficiencia
Energtica, Primera Edicin, Abril 2008, Instituto Tecnolgico de
Canarias; Hernandez Rodriguez Carlos manifiesta que:La energa puede
manifestarse de distintas formas: gravitatoria, cintica, qumica,
elctrica, magntica, nuclear, radiante, etc., existiendo la
posibilidad de que se transformen entre s, pero respetando siempre
el principio de conservacin de la energa.Prcticamente toda la
energa de que disponemos proviene del Sol. El sol produce el
viento, la evaporacin de las aguas superficiales, la formacin de
nubes, las lluvias, etc. Su calor y su luz son la base de numerosas
reacciones qumicas indispensables para el desarrollo de los
vegetales y de los animales, cuyos restos, con el paso de los
siglos, originaron los combustibles fsiles: carbn, petrleo y gas
natural. (p. 14)Es directamente la Ley de la Conservacin de la
Energa, sus diversas manifestaciones de acuerdo al estado en el que
se encuentra, ya se una forma de la energa generada por la fuerza
del movimiento del agua, movimiento o fuerza del viento o por la
captacin de la radiacin solar.2.1.3. QU ES EL RECURSO
RENOVABLE?
2.1.3.1. DefinicinEnergas Renovables y Eficiencia Energtica,
Primera Edicin, Abril 2008, Instituto Tecnolgico de Canarias;
Hernandez Rodriguez Carlos manifiesta que:Elrecurso renovablees
untipo de recurso natural que puede renovarse a partir de procesos
naturales y con una rapidez mucho ms elevada a la medida que el ser
humano los consume, es decir, serenuevan tan velozmente que no se
agotan y entonces, los hombres pueden hacer uso de ellos
siempre.Cabe destacarse que un recurso natural es aquelbien que nos
ofrece la naturaleza y que como tal no presenta ningn tipo de
intervencin humana. Losrecursos naturalesson extendidamente
valorados por ello y porque contribuyen ciertamente al bienestar y
el desarrollo de diferentes productos necesarios para la vida.Entre
los tipos de recursos renovables se destacan:el agua, la energa
solar, el viento, la marea y la energa hidroelctrica.De alguna
manera podramos calificarlos como eternos dado que es muy difcil
que se agoten con el transcurrir del tiempo. Ahora bien, tambin hay
otros recursos renovables que si se los produce de una manera
regular en el tiempo tambin podremos contar con ellos, tal es el
caso de lamadera, el papel, el cuero, entre otros.La fuente de
energa que es ms prolfera en nuestro planeta es sin dudasla
solar.
Por su parte, laenerga elica, o sea el viento, tambin abunda en
el mundo y por la limpieza que supone es de grandsima ayuda a la
hora de aminorar los efectos negativos que provocan los gases de
invernaderos, tan perjudiciales para nuestro medio natural. Sin
embargo, le encontramos una desventaja y es que resulta
intermitente con lo cual no podemos depender estrictamente de
ella.
En el caso de laenerga hidroelctrica, se hace presente gracias
almovimiento que se produce en ocanos y dems aguas. Si se le
colocan unas turbinas, es sumamente til para producir energa de
tipo elctrica.
El agua, as mismo, es un recurso renovable siempre y cuando su
uso se d en un marco deresponsabilidad, o sea, que se controle su
trnsito, tratamiento y circulacin.2.1.4. EL VIENTO COMO RECURSO
RENOVABLE2.1.4.1. DefinicinEl viento es la variable de estado de
movimiento del aire. En meteorologa se estudia el viento como aire
en movimiento tanto horizontal como verticalmente. Los movimientos
verticales del aire caracterizan los fenmenos atmosfricos locales,
como la formacin de nubes de tormenta. (Figura 2.1.)(Figura 2.1.)
Fuerza del viento
FUENTE: Grupo investigadorEl viento es causado por las
diferencias de temperatura existentes al producirse un desigual
calentamiento de las diversas zonas de la Tierra y de la atmsfera.
Las masas de aire ms caliente tienden a ascender, y su lugar es
ocupado entonces por las masas de aire circundante, ms fro y, por
tanto, ms denso. Se denomina propiamente "viento" a la corriente de
aire que se desplaza en sentido horizontal, reservndose la
denominacin de "corriente de conveccin" para los movimientos de
aire en sentido vertical.2.1.4.2. REGIONES DEPRESIONARIAS Y
ANTICICLNICASEl aire caliente de la zona ecuatorial se hace ms
ligero y se eleva. Al ascender, se dirige en altura hacia los
polos. A medida que se desplaza hacia el polo sufre la accin de la
fuerza de Coriolis, desvindose hacia su derecha en el hemisferio
Norte y hacia su izquierda en el hemisferio Sur. Cuando el aire se
enfra cae, y una vez en la superficie de la tierra retorna al
ecuador absorbido por las bajas presiones que se generan en la zona
al ascender el aire caliente. En este trayecto se vuelve a desviar
debido a la fuerza de Coriolis, de manera que al llegar a la zona
subtropical es ya un viento del Noreste en el hemisferio Norte, y
del sureste en el hemisferio Sur. Estos vientos son los denominados
alisios.En los polos ocurre lo contrario. El aire fro y pesado se
desplaza desde la zona polar a ras de suelo en direccin al ecuador.
La fuerza de Coriolis, lo desva al Noreste en el hemisferio Norte,
y al sureste en el hemisferio Sur. Al descender de latitud el aire
se calienta y asciende, volviendo a la zona polar por arriba,
absorbido por la depresin en altitud que genera el aire. Sobre el
polo vuelve a enfriarse descendiendo y se cerrando el ciclo. El
ciclo ecuatorial abarca desde el ecuador hasta los 30 de latitud en
ambos hemisferios. El polar desde ambos polos hasta los 60. En las
latitudes templadas que quedan entre los 30 y los 60 de latitud se
origina otro ciclo. El aire de la zona es ms caliente que el polar
y ms fro que el subtropical. Por ello el aire de la zona tiene
tendencia a trasladarse hacia el polo para llenar el vaco dejado
por el aire ascendente en los 60 de latitud; al ser desviados de
nuevo por la fuerza de Coriolis adquieren una marcada componente
oeste en ambos hemisferios. Son los denominados vientos de los
oestes cuyo predominio en la zona templada genera el denominado
"cinturn de los oestes". (Figura 2.2.)Figura 2.2. Indicadores del
viento
FUENTE: Grupo investigador2.1.5. FUERZA CORIOLIS2.1.5.1.
DefinicinLa denominada fuerza de Coriolis influye en todos los
fenmenos de traslacin que se realizan sobre la superficie de la
tierra. Debido a su rotacin, se genera una fuerza que, en el
hemisferio Sur, desva hacia el Este toda partcula en movimiento de
Norte a Sur y hacia el Oeste a las que lo hacen de Sur a Norte.
(Figura 2.3.)Figura 2.3. Fuerza Coriolis
FUENTE. Grupo InvestigadorEs decir, en el hemisferio Sur, la
fuerza de Coriolis desva hacia la izquierda los movimientos de las
masas de aire y agua. En el hemisferio Norte se produce el efecto
inverso: la desviacin se produce hacia la derecha.
2.1.6. DESVIACIN POR LA FUERZA DE CORIOLIS2.1.6.1. DefinicinLa
rotacin terrestre genera la denominada fuerza de Coriolis que se
produce de forma perpendicular a la direccin del movimiento. En el
hemisferio sur, el aire procedente de los anticiclones es desviado
hacia la izquierda, girando en el sentido contrario de las agujas
del reloj. En las depresiones, el viento gira en sentido de las
agujas del reloj. En el hemisferio norte se produce el efecto
contrario, lo que explica que el viento de las borrascas y los
anticiclones gire en sentido inverso. Ley de Buys-Ballot, que
enuncia que un observador que se coloque cara al viento en el
hemisferio sur tendr siempre las bajas presiones a su derecha y las
altas presiones a su izquierda.2.1.7. EL SOL COMO RECURSO
RENOVABLE2.1.7.1. DefinicinOptimization of photovoltaics power
systems: modelization, simulation and control, Springer, USA, 2012,
Rekioua, Djamila, manifiesta que:El sol es una estrella con forma
esfrica ubicada en el centro del Sistema Solar. Consiste en su
mayora demateriaen estado de plasma caliente entretejido con campos
magnticos, que se estima sus elementos son 77% deHidrgeno, 22%Helio
y el resto de otrosmateriales.El Sol est a unadistanciade 150
millones de kilmetros de la Tierra.Tiene una masa 333 mil veces
mayor que la de la Tierra constituyendo el 99.86% del total de la
masa del sistema solar.LaTierrarecibe 174petavatiosde radiacin
solar entrante (insolacin) desde la capa ms alta de la
atmsfera.Aproximadamente el 30% regresa al espacio, mientras que
las nubes, los ocanos y las masas terrestres absorben la restante.
Elespectro electromagnticode la luz solar en la superficie
terrestre lo ocupa principalmente laluz visibley los rangos
deinfrarrojoscon una pequea parte deradiacin ultravioleta. (Figura
2.4.)Figura 2.4. Energa del Sol
FUENTE. Grupo InvestigadorOptimization of photovoltaics power
systems: modelization, simulation and control, Springer, USA, 2012,
Rekioua, Djamila, manifiesta que:La potencia de la radiacin vara
segn el momento del da, las condiciones atmosfricas que la
amortiguan y la latitud. En condiciones de radiacin aceptables, la
potencia equivale aproximadamente a 1000W/men la superficie
terrestre. Esta potencia se denominairradiancia. Ntese que en
trminos globales prcticamente toda la radiacin recibida es remitida
al espacio (de lo contrario se producira un calentamiento abrupto).
Sin embargo, existe una diferencia notable entre la radiacin
recibida y la emitida.La radiacin es aprovechable en sus
componentes directos y difusos, o en la suma de ambos. La radiacin
directa es la que llega directamente del foco solar, sin
reflexiones o refracciones intermedias. La bveda celeste diurna
emite la radiacin difusa debido a los mltiples fenmenos de reflexin
y refraccin solar en la atmsfera, en las nubes y el resto de
elementos atmosfricos y terrestres. La radiacin directa puede
reflejarse y concentrarse para su utilizacin, mientras que no es
posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las
direcciones.La irradiancia directa normal (o perpendicular a los
rayos solares) fuera de la atmsfera, recibe el nombre de constante
solary tiene un valor medio de 1366W/m (que corresponde a un valor
mximo en elperiheliode 1395W/m y un valor mnimo en elafeliode
1308W/m).La instalacin de centrales de energa solar en las zonas
marcadas en el mapa podra proveer algo ms que la energa actualmente
consumida en el mundo. Los colores indican la radiacin solar
calculada sobre la base de 24 horas por da y considerando la
nubosidad observada mediante satlites. (Figura 2.5.)Figura 2.5.
Mapa indicador de radiacin
FUENTE. Grupo investigador
2.1.8. Tipos de radiacin solar2.1.8.1. Radiacin solar directaLa
radiacin directa es, como su nombre lo indica, es aquella que
proviene directamente del sol.2.1.8.2. Radiacin solar difusaLa
radiacin difusa es aquella recibida de la atmsfera como
consecuencia de la dispersin de parte de la radiacin del sol en la
misma. Esta energa puede suponer aproximadamente un 15% de la
radiacin global en los das soleados, pero en los das nublados, en
los cuales la radiacin directa es muy baja, la radiacin difusa
supone un porcentaje mucho mayor. Por otra parte, las superficies
horizontales son las que ms radiacin difusa reciben, ya que "ven"
toda la semiesfera celeste, mientras que las superficies verticales
reciben menos porque solo "ven" la mitad de la semiesfera
celeste.2.1.8.3. Radiacin solar reflejadaLa radiacin reflejada es,
como su propio nombre indica, es aquella reflejada por la
superficie terrestre. La cantidad de radiacin depende del
coeficiente de reflexin de la superficie, tambin llamado albedo.
Por otra parte, las superficies horizontales no reciben ninguna
radiacin reflejada, porque no "ven" superficie terrestre, mientras
que las superficies verticales son las que ms reciben.2.1.9. QU ES
LA ENERGA RENOVABLE?
2.1.9.1. DefinicinRenovables 100%. Un sistema elctrico renovable
para la Espaa peninsular viabilidad econmica (2006); Garca Ortega
Jos Luis, manifiesta que:Lasenergas renovablesson aquellas energas
que provienen de recursos naturales que no se agotan y a los que se
puede recurrir de manera permanente. Su impacto ambiental es nulo
en la emisin de gases de efecto invernadero como el CO2.Se
consideranenergas renovablesla energa solar, la elica, la
geotrmica, la hidrulica y la elctrica. Tambin pueden incluirse en
este grupo la biomasa y la energa mareomotriz. (pag.17)2.1.10. QU
ES LA ENERGA SOLAR?
2.1.10.1. DefinicinEnerga Solar Fotovoltaica, Primera edicin
(Alemania 2006), M. Sc. Ing. Orbegozo Carlos, Ing Arivilca Roberto;
manifiestan que:La energa solar es la energa radiante producida en
el Sol, como resultado de reacciones nucleares de fusin que llegan
a la Tierra a travs del espacio en paquetes de energa llamados
fotones (luz), que interactan con la atmsfera y la superficie
terrestres. (p. 11)Sin la presencia del sol no existira vida en la
tierra. El planeta sera demasiado fro, no creceran las plantas ni
habra vida alguna, excepto algunas bacterias. Todos nuestros
recursos energticos provienen indirectamente del sol. Los
combustibles fsiles son plantas y rboles muy antiguos, que
crecieron gracias a la luz solar y han sido comprimidos durante
millones de aos. La energa elica e hidrulica son generadas mediante
procesos conducidos por el sol. La madera para combustible es
obtenida de los rboles, los cuales no podran crecer sin luz solar.
(Figura 2.6.)
Figura 2.6. Atardecer
FUENTE: Grupo Investigador2.1.11. QU ES LA ENERGA
ELICA?2.1.11.1. DefinicinEnergas Renovables y Eficiencia Energtica,
Primera Edicin, Abril 2008, Instituto Tecnolgico de Canarias;
Hernandez Rodriguez Carlos manifiesta que:La energa elica es un
recurso abundante,renovable, limpio y ayuda a disminuir las
emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar fuentes de
energa a base de combustibles fsiles, lo que la convierte en un
tipo deenerga verde. El impacto ambiental de este tipo de energa es
adems, generalmente, menos problemtico que el de otras fuentes de
energa. (p.33)
En la actualidad, la energa elica es utilizada principalmente
para producirelectricidadmediante aerogeneradores, conectados a las
grandes redes de distribucin deenerga elctrica. Los parques elicos
construidos en tierra suponen una fuente de energa cada vez ms
barata, competitiva o incluso ms barata en muchas regiones que
otras fuentes de energa convencionales.Pequeas instalaciones elicas
pueden, por ejemplo, proporcionar electricidad en regiones remotas
y aisladas que no tienen acceso a la red elctrica, al igual que
hace laenerga solar fotovoltaica. (Figura 2.7.)
Figura 2.7. Parque Villonaco, Loja Ecuador
FUENTE. www.celec.gob.ecPotencia Nominal 16.5 MW2.1.12. QU ES LA
ENERGA HBRIDA?
2.1.12.1. DefinicinDeduccin del grupo investigadorEl actual y
creciente inters mundial en la bsqueda de recursos energticos que
permitan una gradual sustitucin de los combustibles fsiles (carbn y
petrleo), as como de la energa nuclear por los efectos negativos
sobre el ambiente y la salud en general del planeta y sus
habitantes, han generado una oferta interesantsima en opciones de
produccin de energa elctrica que no solo permiten su
aprovechamiento en zonas rurales sin ningn tipo de suministro de
electricidad, sino tambin en estrategias de uso y ahorro de energa
elctrica en grandes centros urbanos a niveles residenciales,
comerciales e industriales. El conocimiento de estas tecnologas y
sus posibilidades de aprovechamiento, con las viabilidades tcnicas
y econmicas de su implementacin permiten vislumbrar un panorama de
diversidad energtica en el mediano y largo plazo lo que lleva a que
sea necesario conocerlas adecuadamente para su integracin y
utilizacin.La energa hbrida directamente como forma de generacin no
existe, pero si se logra la generacin de energa mediante dos
sistemas que generen energa a base de los recursos naturales, los
cuales se pueden utilizar en forma de parejas de generacin ya sea:
Elico-solar Elico-hidrulico Hidrulico-solar
Dentro de estas tecnologas, la integracin de distintas fuentes
energticas reviste una especial importancia, primero, desde la
perspectiva tcnica que permite la integracin de distintos equipos
de generacin elctrica garantizando una mayor confiabilidad del
suministro energtico, ante un recurso energtico bastante aleatorio,
y reduciendo las interrupciones ante la carencia o ausencia de uno
de ellos. Segundo, desde el aspecto econmico, la integracin de
distintas fuentes energticas permite una reduccin importante de los
costos totales de los equipos de generacin, an en comparacin con
estrategias convencionales de electrificacin que dependen de un
nico recurso energtico a lo largo de la vida til del sistema.
(Figura 2.8.)
Figura 2.8. Sistema para generacin hbrida
FUENTE: Grupo Investigador2.1.12.2. Ventajas e inconvenientes de
la generacin elicaLasventajas de la generacin elica son: Su impacto
al medio ambientees mnimo: no emite sustancias txicas ogases, por
lo que no causacontaminacin del aire,el aguay el suelo, y no
contribuye alefecto invernaderoy al calentamiento global. Es una
energa limpia ya que no requiere unacombustinque produzca dixido
decarbono(CO2), y no produce emisiones atmosfricas ni residuos
contaminantes. Laproduccinde energa pormedioselicos no presenta
incidencia alguna sobre las caractersticas fisicoqumicas del suelo,
ya que no se produce ningunacontaminacinque incida sobre este
medio. Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados
para uso ganadero o cultivos bajos como trigo,maz, papas,
remolacha, etc. El viento es una fuente de energa inagotable,
abundante y renovable, es decir, no se gasta o tarda poco tiempo en
volver a regenerarse. La tecnologa no usa combustibles y el viento
es un recurso propio de la regin, por lo que es una de lasfuentesms
baratas. En comparacin con otras tecnologas aplicadas para
electrificacin rural, la operacin de un sistema elico es muy barata
y simple. El sistema no requiere mayor mantenimiento, aparte de una
revisin peridica de las bateras, en caso de tenerlas, y una
limpieza de las aspas en pocas secas. Proyectos de energa elica se
pueden construir en un plazo relativamente rpido.En contra de estas
ventajas podemos enumerar losinconvenientes siguientes: Elaireal
ser un fluido de pequeo peso especfico, implica fabricar mquinas
grandes y en consecuencia caras. La variabilidad del viento:
paraproyectosaislados se requiere de un mecanismo
dealmacenamientoen batera de la energa generada, parapoderdisponer
de energa cuando no haya suficiente viento. El alto costo inicial:
en comparacin con fuentes trmicas de generacin, unproyectoelico
tiene un alto costo inicial. Cantidad de viento: es una opcin
factible y rentable slo en sitios con suficiente viento, lo cual
significa que no se puede aplicar en cualquier lugar. Un impacto
negativo es el ruido producido por el giro del rotor. Riesgo de
mortandad al impactar lasavescon las aspas.2.1.12.3. Ventajas e
inconvenientes de la generacin solar fotovoltaicaLasventajas de la
generacin solar fotovoltaica son: No consume combustible, pues
obtiene su energa del Sol, lo cual significa que, econmicamente, en
el largo plazo estos sistemas son ms viables y estables. Impacto
ambiental prcticamente nulo. Es un recurso inagotable. Los sistemas
fotovoltaicos no producen ningnsonidomolesto cuando operan debido a
que no poseen partes y movimientos mecnicos por lo que no ocasionan
ningn tipo decontaminacin sonora. Los sistemas tienen una vida til
larga (ms de 20 aos). El mantenimiento de los sistemas
fotovoltaicos es sencillo y tiene costos muy bajos. La instalacin
de los sistemas fotovoltaicos individuales es simple, rpida y slo
requiere deherramientasy equipos demedicinbsicos.En contra de estas
ventajas podemos enumerar losinconvenientes siguientes: Las
cantidades de potencia y energa que se pueden obtener de un sistema
fotovoltaico estn limitadas por la capacidad de generacin y
almacenamiento de los equipos instalados, especialmente de los
mdulos y la batera respectivamente, y por la disponibilidad del
recurso solar. Limitaciones presupuestarias en cuanto a la
capacidad que se puede instalar. El tiempo de instalacin de una
planta elctrica de combustible es menor que el de un sistema
fotovoltaico. Los sistemas fotovoltaicos no producen humo; sin
embargo, durante el proceso de carga las bateras liberan al
ambientehidrgenoen cantidades moderadas. El derrame de la solucin
de cido sulfrico de las bateras representa un peligro para lapielde
las personas y para el suelo La disponibilidad de energa es
variable y depende de las condiciones atmosfricas.2.1.13. PEQUEAS
CENTRALES EOLICAS Y SOLARES2.1.13.1. Evolucin Histrica De Fernandes
Diz Pedro, (2011) manifiesta que:Betz demostr en su famoso artculo
"Die Windmuhlen im lichte neverer Forschung", (Berln 1927), que el
rendimiento de las turbinas aumentaba con la velocidad de rotacin y
que, en cualquier caso, ningn sistema elico poda superar el 60% de
la energa contenida en el viento. Por lo tanto, los nuevos rotores
deban funcionar con elevadas velocidades de rotacin para conseguir
rendimientos ms elevados. La teora demostr tambin que cuanto mayor
era la velocidad de rotacin menor importancia tena el nmero de
palas, por lo que las turbinas modernas podan incluso construirse
con una sola pala sin que disminuyera su rendimiento aerodinmico
significativamente.. (p. 3)En los ltimos 10 aos los pequeos
aerogeneradores aumentaron poco a poco sus potencias, a la vez que
mejoraban su fiabilidad y reducan sus costes; las potencias medias
de los aerogeneradores instalados entre 1990 y 1991 era de 225 kW;
en los ltimos aos se han podido construir aerogeneradores con
potencias mayores, desarrollados por las grandes compaas de la
industria aeronutica, que aumentan la fiabilidad de las mquinas y
reducen sus costes, convergiendo hacia una nueva generacin de
aeroturbinas de 500 kW a 1,2 MW, lo que demuestra el alto grado de
madurez alcanzado por esta tecnologa. La fabricacin de pequeas
mquinas ha ido perdiendo inters en pases con redes de distribucin
de electricidad muy extendidas, ya que los costes superiores de la
energa en instalaciones pequeas e individuales los hacen poco
rentables. (p.5)2.1.13.2. Principio de FuncionamientoLa denominada
generacin de energa elctrica hbrida se basa en dos procesos de
aprovechamiento de los recursos naturales, basados en el uso y
captacin del viento y la radiacin solar, descritos a continuacin:
Generacin elicaEl principio de funcionamiento de un aerogenerador
es un generador elctrico que es movido por unas turbinas accionadas
por el viento, es decir que la energa cintica del aire en
movimiento proporciona energa mecnica a un rotor(hlice)que, a travs
de un sistema de transmisin mecnico, hace girar el rotor de un
generador, convirtindola en energa elctrica. (Figura 2.9.).Figura
2.9. Generacin elica
FUENTE: Grupo Investigador Generacin solar fotovoltaicaLaenerga
solar fotovoltaicaes aqulla que se obtiene a travs de la
transformacin directa de la energa del sol enenerga elctrica. Se
genera a travs de la obtencin de energa del sol (que est compuesta
por fotones) incide en las clulas fotovoltaicas de la placa,
crendose de esta forma un campo de electricidad entre las capas. As
se genera un circuito elctrico. Cuanto ms intensa sea la luz, mayor
ser el flujo de electricidad. Adems, no es necesario que haya luz
directa, ya que en das nublados tambin funciona. Lasclulas
fotoelctricas transforman la energa solar en electricidaden forma
de corriente continua, y sta suele transformarse a corriente
alterna para poder utilizar los equipos electrnicos que solemos
tener en nuestras casas. (Figura 2.10.)Figura 2.10. Generacin solar
fotovoltaica
FUENTE: Grupo Investigador2.1.14. Partes los sistemas de
generacin 2.1.14.1. Sistema elicoLas principales partes que
conforman los sistemas elicos de generacin elctrica son:
Torre:Soporta la gndola y el rotor, la altura vara ya que la
velocidad del viento aumenta segn nos alejamos del nivel del suelo.
Turbina Elica:Se encarga de captar energa cintica del viento y
transformarla en energamecnicaen su eje. Buje:Centro del rotor
donde se encastran las palas. Pala (aspas):Transforma por
aprovechamiento aerodinmico la energa cintica del viento en energa
mecnica en el eje del generador. Gndola (carcasa):Ubicada en la
parte superior del aerogenerador, dentro se encuentran el
multiplicador, el generador elctrico o el sistema de orientacin,
los 2 primeros son componentes claves del aerogenerador. Generador
elctrico:Transforma la energa mecnica en energa elctrica. Existen
fundamentalmente 3 tipos de generadores: Generador asncrono de
jaula de ardilla, Generador asncrono de rotor bobinado y Generador
sncrono de imanes permanentes. Multiplicador:Sistema mecnico
encargada de elevar la velocidad de giro del sistema mediante un
conjunto de engranajes comunica al eje arrastrado o de salida una
velocidad de giro mayor que la del ejemotoro de entrada, desde la
velocidad de la turbina (20-30 rpm) a la velocidad del generador
(1000-1500 rpm). Mecanismo de Orientacin:Utilizado para mantener el
rotor de la turbina en posicin contra el viento (perpendicular a
ladireccindel viento) para que a travs del rotor pase la mayor
proporcin posible de energa elica. Veleta:Mide la direccin del
viento, enva seales al controlador electrnico de forma que hace
girar el aerogenerador en contra del viento utilizando el mecanismo
de orientacin. (Figura 2.11.)Figura 2.11. Partes del
aerogenerador
FUENTE. Grupo Investigador2.1.14.2. Sistema solar
fotovoltaicoLas principales partes que conforman los sistemas
solares fotovoltaicos de generacin elctrica son: Panel solar
fotovoltaico: Se componen de celdas que convierten la luz en
electricidad. Dichas celdas se aprovechan del efecto fotovoltaico,
mediante el cual la energa luminosa produce cargas positivas y
negativas en dos semiconductos prximos de distinto tipo, por lo que
se produce un campo elctrico con la capacidad de generar corriente.
(Figura 2.12.)Figura 2.12. Panel solar fotovoltaico
FUENTE. Grupo Investigador2.1.14.3. Elementos comunes de los
sistemasEn estos sistemas de generacin tenemos ciertos elementos
iguales, los cuales se detallan a continuacin: Inversor de carga:
Este elemento permite convertir la corriente continua (CC) en
alterna (CA). Los inversores son dispositivos electrnicos los
cuales permiten interrumpir las corrientes y cambiar su polaridad,
de acuerdo a si el sistema de generacin va a estar aislado de la
red o conectado a ella, para los conectados a la red podemos
utilizar inversores de conmutacin natural, ya que la red determina
el estado de conduccin hacia los dispositivos elctricos conectados
al sistema, para sistema aislados se utilizan inversores de
conmutacin forzados ya que estos permiten generar CA mediante
conmutacin forzada, que se refiere a la apertura y cierre forzado
por el sistema de control. Pueden ser de salida escalonada (onda
cuadrada) o de modulacin por anchura de pulsos (PWM), con los que
se pueden conseguir salidas prcticamente senoidales y por tanto con
poco contenido de armnicos. (Figura 2.13.)Figura 2.13. Inversor de
carga
FUENTE. Grupo Investigador
Regulador de carga: Este elemento permite proteger a la batera
en caso de sobrecarga o descargas profundas lo que minimiza la vida
til del sistema de almacenamiento, el regulador monitorea
constantemente la tensin del banco de bateras, cuando la batera se
encuentra cargada interrumpe el proceso de carga abriendo el
circuito entre la generacin y las bateras, cuando el sistema
comienza a ser utilizado y las bateras a descargarse el regulador
nuevamente conecta el sistema. El dimensionamiento del inversor
debe ser lo ms cercano a la tensin nominal del banco de bateras, lo
cual otorga mayor seguridad al sistema de almacenamiento. (Figura
2.14.)Figura 2.14. Regulador de carga
FUENTE. Grupo Investigador Banco de almacenamiento: El sistema
de almacenamiento est compuesto de un banco de bateras las cuales
almacenan energa y luego cuando la radiacin solar disminuye las
bateras son las encargadas de alimentar el sistema, los bancos
pueden ser desde dos bateras y en la mayora de los casos, los
sistemas de bateras son flotantes. Es decir, operan sin una conexin
a tierra. (Figura 2.15.)Figura 2.15. Banco de bateras
FUENTE. Grupo Investigador2.1.15. COMPONENTES DEL SISTEMA
HBRIDO2.1.15.1. Sistema elico de generacinEl sistema elico de
generacin es un sistema de generacin elctrica basado en el
aprovechamiento de viento como recurso natural, este es el
encargado de dar movimiento a las aspas mediante el eje conectado
al multiplicador o caja de engranajes. Este es el encargado de
aumentar las revoluciones por minuto (r.p.m.) en el generador
elctrico, el cual enva la corriente generada al banco de
almacenamiento, al inversor de corriente y a la carga, tomando en
cuenta que el regulador entra en funcionamiento de acuerdo a la
demanda existente en la carga y a los niveles del banco de bateras.
(Figura 2.16.)Figura 2.16. Sistema elico de generacin
FUENTE. Grupo Investigador
2.1.15.2. Sistema solar fotovoltaico de generacinEl sistema
solar fotovoltaico de generacin es un sistema de generacin elctrica
basado en el aprovechamiento de la luz y radiacin emitida por el
sol como recurso natural, los paneles captan la radiacin solar y
convierten esta luz en energa elctrica. Esto es producido por el
efecto de la clulas fotovoltaicas, el cual se manifiesta como
materiales tipo P y tipo N en su estructura, el cual enva la
corriente generada al banco de almacenamiento, al inversor de
corriente y a la carga, tomando en cuenta que el regulador entra en
funcionamiento de acuerdo a la demanda existente en la carga y a
los niveles del banco de bateras. (Figura 2.17.)Figura 2.17.
Sistema solar fotovoltaico de generacin
FUENTE. Grupo Investigador2.1.15.3. Sistema hbrido de
generacinEl sistema hbrido es la unin de dos sistemas de generacin
a base de recursos renovables o naturales.Este sistema tiene mayor
eficiencia debido a que los sistemas de generacin que lo componen
son complementarios, en este caso tenemos generacin elica-solar
fotovoltaica; y existe disminucin de viento el sistema no se ver
afectado debido a que la parte fotovoltaica ayudar al sistema e
evitar prdidas o bajas de generacin, y lo mismo ocurrir en sentido
contrario; si disminuye la radiacin solar por aspectos climticos y
viento suplir en bajn al que estar sometido el sistema solar
fotovoltaico. (Figura 2.18.)
Figura 2.18. Sistema hbrido de generacin
FUENTE. Grupo Investigador2.1.16. CLCULO DE POTENCIAL ELICO Y
SOLAR
2.1.16.1. POTENCIAL ELICO
LEY EXPONENCIAL DE HELLMANNLa velocidad del viento vara con la
altura, siguiendo aproximadamente una ecuacin de tipo estadstico,
conocida como ley exponencial de Hellmann, de la forma de la Ec.
1:(1) = es el exponente de Hellmann que vara con la rugosidad del
terreno, y cuyos valores vienen indicados en la Tabla 2.1. =
velocidad media (m/s) del viento medida a intervalos cortos de
tiempo a la altura Ha (en m.). = velocidad media (m/s) del viento
obtenida a intervalos cortos de tiempo a la altura Hh (en m.).Tabla
2.1. Valores del exponente de HellmannCaracterstica de la
superficieValor de la rugosidad ()
Lugares llano con hielo o hierba = 0,08 a 0,12
Lugares llanos (mar, costa) = 0,14
Terrenos poco accidentados = 0,13 a 0,16
Zonas rsticas = 0,2
Terrenos accidentados o bosques = 0,2 a 0,26
Terrenos muy accidentados y ciudades = 0,25 a 0,4
FUENTE. Grupo investigadorEn la Figura 2.19, se indican las
variaciones de la velocidad del viento con la altura segn la ley
exponencial de Hellmann.Figura 2.19. Variaciones de la velocidad
del viento
FUENTE. Grupo investigador Distribucin de WeibullWind energy
potential for the prevailing (2002), Silva, B.B., manifiesta
que:Determinar el potencial elico, est relacionado con establecer
los parmetros de la ecuacin de distribucin de Weibull,
correspondientes al parmetro de escala c en m/s que determina la
velocidad promedio del viento en el lugar de estudio y el parmetro
de forma k que indica el grado de dispersin de los registros, con
estos se puede establecer la frecuencia con la que se manifiesta
una velocidad determinada del viento, establecida por la Ec. (4) y
es conocida como distribucin de la velocidad del viento de
Weibull.(4)EVALUACIN DEL POTENCIAL ELICO PARA LA GENERACIN DE
ENERGA ELCTRICA EN EL ESTADO DE VERACRUZ (MEXICO 2011), F.
Espinosa-arenal, R. Saldaa-flores, and C. Rivera-blanco,
manifiestan que:Para determinar los parmetros de la ecuacin de
Weibull, se utiliza el ajuste de mnimos, Ec. (5) que corresponde a
la ecuacin de probabilidad de Weibull.(5)Investigations on the
Eigen-coordinates method for the 2-parameter weibull distribution
of wind speed, Renewable Energy, vol. 30, no. 4, Apr. 2005.Esto se
logra utilizando el mtodo de regresin lineal, donde relaciona las
variables, el proceso se ve reflejado por las ecuaciones (6), (7),
(8) y (9).(6)(7)(8)b = k(9)La Ec. (10) se obtenida del ajuste de la
regresin lineal:y = k . a(10)Utilizando estos valores y despejando
de la Ec. (8), se encuentra el factor de escala c en la Ec.
(11).(11) Ecuacin de probabilidad de WeibullLa distribucin de
Weibull permite calcular la probabilidad que existan velocidades de
viento superiores o menores a una velocidad determinada. Cada una
de las ecuaciones necesita conocer previamente los parmetros de
Weibull, la Ec. (12) permite conocer velocidades menores a una
velocidad de referencia denominada Vi.(12)Para conocer las
velocidades superiores a la velocidad de referencia Vi se utiliza
la Ec. (13).(13) Potencial elico de la zona de estudioThe (Lost)
Art of Wind Turbine Technology Selection Cost, Brand Arent the Only
Factors to Consider, 2013, B. A. Anderson, manifiesta que:El factor
de escala c (m/s) indica la velocidad promedio del lugar de
estudio, y el factor de forma k es un ndice de dispersin de los
datos y la frecuencia con la que se presenta la velocidad promedio.
Se determina la velocidad promedio del viento en el lugar de
estudio.v = velocidad media del vientoEvaluacin del potencial elico
de una zona del estado de Zacatecas, Mxico, (2010), J. L. Fajardo
Daz, J. M. Garca Gonzleza, and V. M. Garca Galdvar, manifiestan
que:Utilizando la ecuacin general denominada Ec. (14) se determina
el potencial elico.(14)La variacin de la densidad en el lugar de
estudio est determinada por la Ec. (15).(15)El valor Z es el valor
de la altura en m.s.n.m., y T es la temperatura promedio y esto
valores se los obtiene del punto de posicionamiento del proyecto,
donde se obtiene.
2.1.16.2. POTENCIAL SOLAREl desarrollo, clculo y verificacin se
notar al momento de realizar las respectivas mediciones de radiacin
en el sitio del proyecto.2.2. HIPTESIS Mediante el anlisis del
potencial elico y solar para la implementacin de un sistema hbrido
de generacin elctrica en el Pramo Chalupas, permitir dotar de una
energa elctrica a la familia Veloz, fomentando el uso de energas
renovables limpias?2.3. OPERACIONALIZACION DE LAS VARIABLES
TABLA 2.1: Variable Independiente Anlisis de potencial
elico-solar CONCEPTUALIZACINCATEGORASINDICADORESTEMS BSICOSTCNICAS
E INSTRUMENTOS
El potencial de estos recursos naturales es el aprovechamiento
de su fuerza para obtener energas limpias mediantes sistemas de
medicin. Clculo de potencial elico- Velocidad del viento.-
Potencial
Cules son los clculos que nos ayudan a determinar el potencial
elico del sistema? Anemmetro Investigacin de campo
Clculo de potencial solar fotovoltaico- Radiacin solar.-
Potencial
Cules son los datos de materiales de construccin de los paneles
fotovoltaicos y sus celdas para un mejor aprovechamiento?
Piranmetro Investigacin de campo
ELABORADO POR: Grupo de Investigacin
TABLA 2.2: Variable Dependiente Generacin de energa
elctricaCONCEPTUALIZACINCATEGORASINDICADORESTEMS BSICOSTCNICAS E
INSTRUMENTOS
Consiste en la transformacin de diferentes tipos de energa a
energa elctrica- Generar energa elctrica.- Voltaje.- Corriente.-
Potencia
Cules son los parmetros que se deben tomar en cuenta para los
clculos que nos ayudan a determinar el potencial del sistema
hbrido? Encuesta. Cuestionario. Investigacin de campo.
Multmetro
ELABORADO POR: Grupo de Investigacin
2.4. ESQUEMA DE CONTENIDOS DE LA TESIS CAPITULO I1. MARCO
TERICO1.1. Sistema Hbrido de generacin elctrica1.1.1.
Antecedentes1.1.2. Definicin1.1.3. Uso de recursos naturales
renovables1.1.3.1. El viento como recurso natural renovable1.1.3.2.
El sol como recurso natural renovable1.1.4. Clasificacin de
recursos naturales renovables1.1.4.1. Regiones depresionarias y
anticiclnicas1.1.4.2. Fuerza Coriolis1.1.4.3. Desviacin por la
Fuerza coriolis1.1.4.4. Radiacin solar directa1.1.4.5. Radiacin
solar difusa1.1.4.6. Radiacin solar reflejada1.1.5. Principio de
funcionamiento1.1.5.1. Principio de funcionamiento del sistema
elico1.1.5.2. Principio de funcionamiento del sistema solar
fotovoltaico1.1.6. Beneficios del sistema1.1.7. Partes1.1.7.1.
Torre1.1.7.2. Turbina elica1.1.7.3. Buje1.1.7.4. Pala
(aspa)1.1.7.5. Gndola1.1.7.6. Generador elctrico1.1.7.7.
Multiplicador1.1.7.8. Mecanismo de orientacin1.1.7.9.
Veleta1.1.7.10. Panel solar fotovoltaico1.1.7.11. Inversor de
carga1.1.7.12. Regulador de carga1.1.7.13. Banco de
almacenamiento1.1.8. Clculos de potencial1.1.8.1. Potencial
elico1.1.8.2. Potencial solarCAPITULO II2. INVESTIGACIN DE
CAMPO2.1. Tipos de Investigacin2.2. Mtodos de Investigacin 2.3.
Tcnicas de Investigacin 2.3.1. Observacin 2.3.2. Encuesta2.3.3.
Cuestionario2.4. Poblacin y Muestra2.5. Aplicacin de
Instrumentos2.6. Tabulacin de Resultados2.7. Anlisis de
Resultados2.8. Verificacin de HiptesisCAPITULO III3. PROPUESTA3.1.
Introduccin3.2. Justificacin3.3. Objetivos3.3.1. Objetivo
General3.3.2. Objetivos Especficos 3.4. Desarrollo de la
Propuesta3.5. Aplicacin de Prcticas 3.6. Conclusiones y
Recomendaciones3.7. Glosario de Trminos3.8. Bibliografa3.9.
Anexos
CAPITULO III3. METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN 3.1. DISEO DE LA
INVESTIGACIN 3.1.1. Investigacin experimentalHernndez Sampieri
(2006) manifiesta que:Los experimentos manipulan tratamientos,
estmulos, influencias o intervenciones (denominadas variables
independientes) para observar sus efectos sobre otras variables
(las dependientes) en una situacin de control.Es decir, los diseos
experimentales se utilizan cuando el investigador pretende
establecer el posible efecto de una causa que se manipula. (p
160)Con la aplicacin de la investigacin experimenta podremos llegar
a la manipulacin de variables e intervencin directa a ellas don de
podremos observar con gran claridad el desarrollo y las
consecuencias de estas.Estamos directamente con la intervencin de
las variables en donde tendremos el control y manipulacin de ella
donde nos indica la evolucin y el tratamiento experimental.3.2.
3.3. MTODOS3.3.1. El mtodo analticoBernal, C. A. (2006) manifiesta
que: Este mtodo es un proceso cognoscitivo, que consiste en
descomponer un objeto de estudio separando cada una de las partes
del todo para estudiarla en forma individual. (p 56)Mediante la
aplicacin de este mtodo logramos separar estructuralmente todas las
partes de un componente en el cual podremos analizarlo ms
profundamente sin dejar dudas de temas secundarios.3.3.2. Mtodo
inductivoBernal, C. A. (2006) manifiesta que: Con este mtodo se
utiliza el razonamiento para obtener conclusiones que parten de
hechos particulares aceptados como vlidos, para llegar a
conclusiones, cuya aplicacin sea de carcter general. El mtodo se
inicia con un estudio individual de los hechos y se formulan
conclusiones universales que se postulan como leyes, principios o
fundamentos de una teora. (p 56)Este tipo de mtodo, en el cual
utilizamos el razonamiento y la lgica para llegar a terminaciones,
tomando como punto de partida la hiptesis, luego de esto realizando
investigaciones cientficas, para finalmente realizar las
demostraciones.3.3.3. Mtodo Deductivo Bernal, C. A. (2006)
manifiesta que: Es un mtodo de razonamiento que consiste en tomar
conclusiones generales para explicaciones particulares. El mtodo se
inicia con el anlisis de los postulados, teoremas, leyes,
principios, etctera, de aplicacin universal y de comprobada
validez, para aplicarlos a soluciones o hechos particulares. (p
56)Este mtodo en cambio consiste en la totalidad de tcnicas y
reglas, en base a esta ayuda se puede deducir posibles
terminaciones, este mtodo analiza principios, leyes para emplear y
aplicar en hechos reales.3.4. TCNICAS 3.4.1. La Observacin Leiva
Zea (2008) manifieta que:Es una tcnica que consiste en observar
atentamente el fenmeno, hecho o caso, tomar informacin y
registrarla para su posterior anlisis.La observacin es un elemento
fundamental de todo proceso investigativo; en ella se apoya el
investigador para obtener el mayor nmero de datos. Gran parte del
acervo del conocimiento que constituye la ciencia ha sido lograda
mediante la observacin. Un cientfico es, ante todo, un observador
cuidadoso y metdico. (p 45)La observacin es el procedimiento de
recoleccin de datos de un objeto que se toma en consideracin para
su codificacin y previo anlisis, consiste en ver, or fenmenos que
deseamos estudiar y se utiliza fundamentalmente para conocer
hechos.3.4.2. La encuestaLeiva Zea (2008) manifieta que:La encuesta
es una tcnica destinada a obtener datos de varias personas cuyas
opiniones impersonales interesan al investigador. Para ello, a
diferencia de la entrevista, se utiliza un listado de preguntas
escritas que se entregan a los sujetos, a fin de que las contesten
igualmente por escrito. Ese listado se denomina cuestionario. (p
59)Tcnica en la cual se realiza por escrito en un listado de
preguntas que queremos conocer sobre cierta investigacin y podemos
obtener criterios y opiniones diversas sobre el tema en
investigacin.Esta tcnica es un documento formado por un conjunto de
preguntas que deben estar redactadas de forma coherente, y
organizadas, secuenciadas y estructuradas de acuerdo con una
determinada planificacin, con el fin de que sus respuestas nos
puedan ofrecer toda la informacin que se precisa.3.5. POBLACIN,
UNIVERSO Y MUESTRALa poblacin involucrada para nuestra investigacin
es considerada como pequea la misma que no resulta difcil
investigar a todos los elementos que la conforman en la Tabla 3.1
se reflejan los involucrados, as que se le aplicara a toda la
poblacin el instrumento respectivo para la obtencin de informacin
que se desea obtener.TABLA 3.1: Poblacin Involucrada
ItemsInvolucradosNmero
1Docentes Ingeniera Elctrica 2
2Docentes Ingeniera Electromecnica2
3Beneficiarios3
TOTAL7
ELABORADO POR: Grupo Investigador
3.6. INSTRUMENTOS DE LA INVESTIGACIN3.6.1. CuestionarioHernndez
Sampieri (2006) manifiesta que: Tal vez el instrumento ms utilizado
para recolectar los datos es el cuestionario. Un cuestionario
consiste en un conjunto de preguntas respecto de una o ms variables
a medir. Debe ser congruente con el planteamiento del problema e
hiptesis.(p 217)Es un instrumento el cual se basa en un documento
formado por un conjunto de preguntas que deben estar redactadas de
forma coherente, y organizadas, secuenciadas y estructuradas de
acuerdo con una determinada planificacin, con el fin de que sus
respuestas nos puedan ofrecer toda la informacin que se
precisa.3.7. RECOLECCIN DE LA INFORMACINLas preguntas sern de lo ms
sencillas y entendibles para que las personas a ser interrogadas no
presenten interrogantes o dificultades en responderlas, constar de
preguntas que sern de dos o de mltiples opciones de respuesta. 3.8.
TRATAMIENTO Y ANLISIS ESTADSTICO DE LOS DATOS La informacin
obtenida ser debidamente clasificada y ordena, se extraer
previamente los porcentajes y promedios.
CAPITULO IV4. MARCO ADMINISTRATIVO4.1. RECURSOS4.1.1.
INSTITUCIONALES Universidad Tcnica de Cotopaxi4.1.2. HUMANOSTABLA
4.1: Recurso Humano
ItemsInvolucradosNmero
1Grupo Investigador2
2Director de tesis1
3Asesor metodolgico1
4Personal involucrado en el proceso investigativo7
5Auxiliares de campo0
TOTAL11
ELABORADO POR: Grupo Investigador
4.1.3. TCNICOS Y TECNOLGICOS Taller mecnico Transporte Laptop
Fotocopiadora Celular Cmara Flash memory (USB)4.1.4. 4.1.5.
MATERIALES Materiales que contiene el sistema hbrido4.1.6.
ECONMICOS 100% Postulantes4.2. 4.2. CRONOGRAMATABLA 4.2: Cronograma
de Actividades
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
EneroFebreroMarzoAbrilMayoJunioJulio
NoDESCRIPCION1234123412341234123412341234
1Seleccin del tema
2Elaboracin del anteproyecto
3Correccin del anteproyecto
4Defensa del anteproyecto
5Aprobacin del anteproyecto
6Elaboracin del Captulo I
7Recopilacin marco terico
8Revisin y correccin
9Elaboracin del Captulo II
10Elaboracin de Instrumentos
11Aplicacin de Instrumentos
12Revisin y correccin
13Elaboracin del Captulo III
14Propuesta
15Diseo y Construccin del Prototipo
16Conclusiones y Recomendaciones
17Revisin y correccin
18Defensa
ELABORADO POR: Grupo Investigador
4.3. PRESUPUESTO4.3.1. Presupuesto de MaterialesTABLA 4.3:
Presupuesto de Materiales
PRESUPUESTO MATERIALES
ITEMDESCRIPCIONUNIDADCANTIDADVALOR UNITARIOVALOR TOTAL
1AerogeneradorU11450.001450.00
2Panel solar fotovoltaicoU2250.00250.00
3Controlador de cargaU1200.00200.00
4Inversor de corrienteU1150.00150.00
5TensoresU45.0020.00
6Cable de aceroM401.3052.00
7Conductor de energa (cable)M10039.0039.00
8Estructura (poste fibra)U1300.00300.00
9CementoU37.0021.00
SUB TOTAL MATERIALES2,482.00
ELABORADO POR: Grupo Investigador
4.3.2. Presupuesto Recursos Tcnicos y Tecnolgicos TABLA 4.4:
Presupuesto Recursos Tcnicos y Tecnolgicos
PRESUPUESTO TECNICO Y TECNOLOGICO
ITEMDESCRIPCIONUNIDADCANTIDADVALOR UNITARIOVALOR TOTAL
1Taller mecnicoU1200.00200.00
2ComputadoraHora4000.40160.00
3InternetHora4000.50200.00
4ImpresionesU6500.0639.00
5CopiasU5500.0316.50
6AnilladosU51.206.00
7AlimentacinU2170.00340.00
8TransporteU280.00160.00
SUB TOTAL TECNICO Y TECNOLOGICO1,121.50
ELABORADO POR: Grupo Investigador
4.3.3. Presupuesto Costo del ProyectoTABLA 4.5: Costo del
Proyecto
COSTO TOTAL
SUB TOTAL MATERIALES2,482.00
SUB TOTAL TECNICO Y TECNOLOGICO1,121.50
SUB TOTAL 3,603.50
IMPREVISTOS15%432.42
TOTAL4,035.92
ELABORADO POR: Grupo Investigador
4.4. BIBLIOGRAFA4.4.1. Citadas Bernal, C. A. (2006). Metodologa
de la Investigacin. Mxico: Pearson Educacin.Djamila, R. (2012).
Optimization of photovoltaics power systems: modelization,
simulation and control. Springer, USA.Leiva Zea, F. (2008).
Nociones de Metodologa de Investigacin Cientfica. Quito: Grupo
Leer.Hernandez Rodriguez, C. (2008). Energas Renovables y
Eficiencia Energtica. Instituto Tecnolgico de Canarias.Hernndez
Sampieri, R., Fernndez Collado, C., & Baptista Lucio, P.
(2006). Metodologa de la investigacin. Mxico: McGraw-Hill
Interamericana.Garca Ortega, J. L., (2006). Renovables 100%. Un
sistema elctrico renovable para la Espaa peninsular viabilidad
econmica. Madrid.M. Sc. Ing. Orbegozo C., Ing Arivilca R. (2006).
Energa Solar Fotovoltaica, Primera edicin. Alemania.Fernndez Diz,
P. (2011). Energa Elica. Departamento de Ingeniera Elctrica y
Energtica. Universidad de Cantabria.Mesias Genovez, D. O. (2014).
Diseo de un sistema solar fotovoltaico para el suministro de energa
elctrica en el nuevo campus de la Escuela Politcnica del Ejercito
Extensin Latacunga, Recuperado el 10 de Marzo de 2015.Herrera
Barros, V. C. (2011). Sistema Hbrido elico-fotovoltaico para la
generacin de energa elctrica en el departamento de Turismo del
Ilustre Municipio de Baos de Agua Santa. Espinosa Arenal, F.,
Saldaa Flores, R., Rivera Blanco, C., (2011). Evaluacin del
potencial elico para la generacin de energa elctrica en el estado
de Veracruz. Mxico.4.4.2. ConsultadasRenewable Energy, vol. 30, no.
4, Apr. (2005). Investigations on the Eigen-coordinates method for
the 2-parameter weibull distribution of wind speed. Recuperado el
11 de Marzo de 2015.Silva, B. B., (2002). Wind energy potential for
the prevailing. United Stated of American. Recuperado el 10 de
Marzo de 2015.Anderson, B. A. (2013). The (Lost) Art of Wind
Turbine Technology Selection Cost, Brand Arent the Only Factors to
Consider. Open star cnx. Recuperado el 12 de Marzo de 2015.Fajardo
Daz, J. L., Garca Gonzleza, J. M., Garca Galdivar, V. M., (2010).
Evaluacin del potencial elico de una zona del estado de Zacatecas,
Mxico. Recuperado el 12 de Marzo de 2015.4.4.3. Linkografa
CORPORACION PARA LA INVESTIGACIN ENERGTICA. (2013). Atlas Solar de
Ecuador. Recuperado el 14 de Marzo de 2015, de
http://www.conelec.gob.ec/archivos_articulo/Atlas.pdf ALVAREZ
CASTAEDA, W., (2013). APLICACIN DE LA ECUACIN DE WEIBULL PARA
DETERMINAR POTENCIAL ELICO. Recuperado el 18 de Marzo de 2015, de
http://www.perusolar.org/wp-content/uploads/2013/12/Alvarez-Casta%C3%B1eda-William-_-Aplicacion-Ecuacion-de-Weibull.pdfIng.
Prando, R., (2014). Energa Renovables en la Industria de Procesos
con Energa Solar. Recuperado el 18 de Marzo de 2015, de
http://www.fing.edu.uy/iq/cursos/qica/industria/EERR-Solar.pdfIng.
Hernandez, S., (2010). Estimacin de la Radiacin Global en Uruguay.
Recuperado el 19 de Marzo de 2015, de
http://www.fing.edu.uy/if/solar/proyectos/Informe_S_Hernandez.pdfDIRECCIN
GENERAL DE INDUSTRIA Y ENERGIA, GOBIERNO DE CANARIAS, (2011). Gua
tcnica de aplicacin para instalaciones de energas renovables.
Recuperado el 19 de Marzo de 2015, de
http://www.agenergia.org/files/resourcesmodule/@random49917eec3c3bd/1234272735_GuiaEolica_GobCan.pdfVelasco
Angulo, G., (2012). Generacin solar fotovoltaica dentro del esquema
de generacin distribuida para la provincia de Imbabura. Recuperado
el 20 de Marzo de 2015, de
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/9350/1/P72.pdfMoreno
Figueredo, C., Herrera Sanchz, O., Centro de Estudios de Tecnologas
Energticas Renovables (CETER), del Institulo Superior Tecnolgico
Jos Antonio Echeverra (CUJAE), (2011). Mtodo simplicado para la
determinacin del potencial elico cuando se desean instalar pequeas
mquinas elicas. Recuperado el 20 de Marzo de 2015, de
http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Ecosolar/Ecosolar24/HTML/articulo01.htmINSTITUTO
ESPACIAL ECUATORIANO, GEOPORTAL, (2015). Visualizador de mapas.
Recuperado el 30 de Marzo del 2015, de
http://www.institutoespacial.gob.ec/geoportal/601-2/
4.5. ANEXOSLa encuesta, se aplicar a estudiantes y profesores de
Ingeniera Elctrica y Electromecnica de la UTCENCUESTAEsta encuesta
est diseada para evaluar el grado de conocimiento que tienen los
estudiantes acerca de una central pico hidroelctrica.Ocupacin:
______________________Marque con una X en el casillero que usted
considere adecuado.ITEMPREGUNTASINO
1Conoce usted fuentes de energa renovable?
2Ha visitado usted una fuente de generacin hbrida?
3Sabe usted en donde son aplicados los sistemas hbridos?
4Conoce usted las partes de un sistema hbrido?
5Sabe usted cual es el funcionamiento del aerogenerador?
6Conoce usted el procedimiento que realiza el sistema para
aprovechar recursos naturales?
7Cree usted que el sistema hbrido puede ayudar a reforzar sus
conocimientos?
8Le gustara tener a su alcance un sistema hbrido para analizar
los aspectos de generacin?
ELABORADO POR: Grupo InvestigadorGRACIAS POR SU
COLABORACION!
