bombeo con energía eolica
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Alternativa de generación
eólica para bombeo y
electrificación agrícola aislada
en San Pedro, Melipilla.
Trabajo final de pasantía “Gestión del montaje y
mantenimiento de parques eólicos”
Autor: Juan Aguilar Ortiz.
País Vasco, España. Septiembre de 2013
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INTRODUCCION
Objetivos generales
– La utilización de energía eólica para bombeo de uso
agrícola (Riego) y utilización de la electricidad además para
uso de iluminación y otros componentes o electrodomésticos.
– Complementándose como sistema de generación
renovable.
– APORTACION: Contribuir al desarrollo de la zona y mejorar, en
parte la calidad de vida de poblaciones aisladas.
– PERSPECTIVAS: Como sistema de generación independiente,
posee la versatilidad de instalarse en diferentes zonas que
cumplan ciertas características de generación.
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Energía Renovable
El Viento ha sido una de las fuentes de energía más
utilizada por el hombre a través de su historia,
aprovechándolo en 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
watts de potencia, hasta sistemas de varios Megawatts
conectados a las redes nacionales de energía de cada
país.
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El Viento y configuraciones
– Hoy en día podemos utilizar la tecnología renovable para
bombeo de agua, de acuerdo a 3 configuraciones
comerciales:
– Eólica con bombeo directo (Molinos multipala, tipo Americano)
– Eólica, con acumulación, regulación y alimentación a una bomba.
– Solar, alimentando directo a la bomba.
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EMPLAZAMIENTO
El Emplazamiento
Zona rural al interior
de la comuna de
San Pedro,
Provincia de
Melipilla. Región
Metropolitana.
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Problemática Actual
– La comuna cuenta con una población de aproximadamente 8 mil habitantes, de la
cual un 80% es totalmente rural.
– Este 80% no tienen acceso a servicio de agua potable.
– La Municipalidad apoya a estos habitantes, mediante la entrega de agua como
medida de emergencia a través de camiones aljibe.
– Recibiendo cada familia, 2 mil litros de agua a la semana.
– Extractor de prensa nacional:
– www.eldinamo.cl; nota: “No hay agua en San Pedro de Melipilla”
– www.latercera.cl; nota: San Pedro de Melipilla, la comuna que sufre la extrema
sequía.
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Datos eólicos emplazamientos
– La zona seleccionada presenta los siguientes datos
eólicos y geográficos:
– Latitud 33.95 O
– Longitud 71.56 S
– Elevación: 315 msnm
– Densidad del aire: 1.19 Kg/m3
– Altura de medición: 95.1 m
– Velocidad de viento media a 95.1 m de altura: 6.1 m/s
– Velocidad del viento a 15 m de altura: 4.88 m/s
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Durante todo el día, el viento supera
los 3.8 m/s, identificándose un
descenso en la velocidad entre las
10.00 am (aprox.) y las 12.00 pm,
donde nuevamente comienza a
elevarse la velocidad de viento por
sobre los 4,4 m/s.
Datos eólicos emplazamientos
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Ciclo diario de viento Rosa de los vientos
- 32% de los vientos medios a 16
metros de altura anuales,
dirección Sur a Norte, superando
los 8 m/s de velocidad.
- Las restantes velocidades y
direcciones se distribuyen
alrededor de la rosa de los
vientos, copando direcciones,
pero no superan los 2 m/s de
velocidad.
- Siendo predominante Sur a Norte
en todas las estaciones.
Datos eólicos generación
Velocidad a 15 metros
– Velocidad del viento: 6,1 m/s
– Altura de medición: 95,1 m
– Ho: 15 metros de altura
– Vo: 4,88 m/s
Potencia aprovechada del viento con: Aerogenerador Bornay 1500
– Para Bornay 1500, rotor “d”: 2,86 m
– Pa: 459,374 w
– V: 4,88 m/s
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𝑉15 = 𝑉𝑜 ∗ (ℎ15ℎ𝑜
)𝑛
• V15: Velocidad del viento a 15 m de
altura.
• H15: Altura de evaluación.
• Vo: Velocidad de 6,1 m/s a altura Ho.
• Ho: Altura de evaluación de 95,1 m.
• n: Factor de rugosidad, en este caso
0,12.
𝑃𝑎 =1
2∗ 𝜌 ∗ 𝑉3 ∗
𝜋 ∗ 𝑑2
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ρ: Densidad del aire en Kg/m3
V: Velocidad media del viento en m/s
D: Diámetro de rotor del
aerogenerador
Datos eólicos generación
De la relación entre curva de generación y ciclo diario,
obtenemos valores, de generación eléctrica en todo
momento, promediando una entrega de 296 w/h.
Alcanzamos un máximo de generación de 350 w/h a las
18 hrs.
El aerogenerador, debido a que el ciclo diario de viento
esta par sobre 3,5 m/s de velocidad, nos entregara
energía durante todo el día, siendo la mínima entrega a
las 10.00 am con 260 w/h.
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Hora Velocidad
[m/s] Energía
[w/h]
0.00 4.43 305
1.00 4.45 310
2.00 4.4 309
3.00 4.3 300
4.00 4.32 301
5.00 4.27 290
6.00 4.23 289
7.00 4.18 288
8.00 4.1 288
9.00 3.95 280
10.00 3.84 260
11.00 3.86 265
12.00 3.84 267
13.00 3.93 280
14.00 4.09 285
15.00 4.27 290
16.00 4.46 311
17.00 4.53 310
18.00 4.61 350
19.00 4.48 313
20.00 4.41 309
21.00 4.39 302
22.00 4.44 309
23.00 4.4 309
Total wh/día 7120
Promedio w/h 296,667
Cargas del sistema
La instalación consta de las siguientes cargas:
1.- Bombeo: Bomba Shurflo 9300 + Controlador LCB-GO
– Potencia 65W
– Intensidad: 1,7A
– Tensión: 24Vcc
2.- Iluminación
– Ampolletas bajo consumo
– Consumo: 20W, conector E-27
3.- Tv: Potencia: 180W
4.- Refrigerador: Consumo: 481 Wh/día.
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Cuadro de cargas y Potencia Instantánea
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Componente Potencia [W] Uso diario [h/d]Energía necesaria
[wh/d]
Bomba shurflo 9300 65 7 455
Iluminación 10 centros de 20W c/u 200 6 1200
TV 180 9 1620
Refrigerador -- -- 481
TOTAL ENERGIA NECESARIA 3756
Equipo Potencia [W]
Bomba shurflo 9300 65
Iluminación 200
TV 180
Refrigerador 220
TOTAL 665
Fórmulas de selección
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- Fórmula para selección de acumulador
- Cálculo sección de conductores
- Imax Aerogenerador: 62,5A
- Imax Bomba: 1,696A
- Imax TV: 0,818A
- Imax Refrigerador: 1A
- Imax Iluminación: 0,909A
- Imax cargas (Tv + Refrigerador + iluminación): 2,727A
𝑆 =2 ∗ 𝐿 ∗ 𝐼𝑚𝑎𝑥
𝐶 ∗ 𝑒
𝐶𝑎𝑝 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 100%
𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎=
16100
24= 670,71 𝐴ℎ
𝐶𝑎𝑝 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 = 𝐸𝑛 ∗ 𝑁° 𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑃𝑑 ∗ 𝑉𝑖 ∗ 𝐾𝑡=
3756 ∗ 3
0,7 ∗ 24 ∗ 0,937= 715,8 𝐴ℎ
ConductorCantidad en
metros
50 mm² / 167A 25
1,5 mm² / 19A 7
2,5 mm² / 25A 50
10 mm² / 61A 2,7
Elección componentes
Aerogenerador Bornay 1500
– Potencia 1500W @ 12 m/s
– Bipala, diámetro rotor: 2,86 m
Acumulador: Modelo 7 OPzS 490 800 Ah 2V C100, se necesitan 12 elementos de
que entregarán 24Vcc/800Ah, conectadas en serie.
Inversor cargador: Marca Studer, modelo Xtender XTM 2400 – 24.
Potencia de trabajo 24Vcc
Potencia continua a 25°: 2000VA
Potencia 30 min a 25°: 2400VA
Potencia 5 seg a 25°: 6 KVA
Forma de onda: senoidal pura.
Bomba Shurflo 9300 + controlador: Tipo sumergible, altura seleccionada 12m,
caudal: 432 l/h, Tensión 24Vcc, Corriente: 1,7A, Potencia 65W.
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COSTOS
Costo componentes instalación
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Componentes Instalación Cant. Unitario Total
Aero Bornay 1500 + Regulador + dumpload 1 $3.584.165 $3.584.165
Borne de conexión simple Gris 4 $1.050 $4.200
Fusible Cuchilla 63A NH gL - gG 3 $13.804 $41.412
Automático 1 x 63A Curva C 10KA 2 $6.783 $13.566
Inversor Xtender XTM 2400-24 1 $1.446.277 $1.446.277
Diferencial 2x63A 30MA Serie RW 3 $28.860 $86.580
Acumulador 7 OPzS 490 800 Ah 2V C100 - vaso 2V 12 $210.649 $2.527.788
Bomba shurflo 9300 1 $559.000 $559.000
Controlador LCB-GO 1 $110.000 $110.000
Total $5.960.588 $8.372.988
Costo componentes instalación
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Conductores Cantidad metro Valor metro [$] Total [$]
50mm2/167A 25 $8.964 $224.100
1,5mm2/19A 7 $752,84 $5.270
2,5mm2/25A 50 $850,85 $42.543
10mm2/61A 2,7 $3.759 $10.149
Total $14.326 $271.912
Obra Cant. Unitario Total
Base cimentación Aerogenerador 1 $ 158.000 $ 158.000
Torre Estanque 1 $ 80.000 $ 80.000
Estanque y cañerías - $ 412.000 $ 412.000
Varios (Mano de obra, camión pluma montaje torre,
arriendo herramientas)- - $ 244.000
Torre P750 cuatripata autosoportada – 12m 1 $ 454.000 $ 454.000
Total $ 812.000 $ 1.348.000
Costo global instalación
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Costo global Totales
Costo componentes $8.372.988
Costo conductores $271.912
Costo obra $1.348.000
Total instalación $9.992.900
Todos los valores incluyen IVA
EVALUACION: COSTOS,VENTAJAS/DESVENTAJAS Y
ECOLOGICO/AMBIENTALES.
Evaluación Costos
Costo instalación Aerogenerador elevada, pero libre de mantención.
Costo de instalación de Panel fotovoltaico menor que el aerogenerador y entrega
similar capacidad.
Costo de instalación del grupo electrógeno, mas barata, pero con costos de operación
elevados durante los siguientes años de vida útil.
Retorno del gasto de instalación respecto el gasto de O&M del grupo electrógeno: Para
el aerogenerador 5 años y para paneles fotovoltaicos 2 años.
Costo inicial de instalación de Aerogenerador: $9.992.900 / O&M: $0
Costo inicial de instalación de Fotovoltaica: $4.752.196 / O&M: $0
Costo inicial de instalación Grupo Electrógeno: $5.638.735 / O&M: $2.012.160
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Ventajas y Desventajas
Aerogenerador, ventajas: No requiere mayores mantenciones, sustentable.
Desventaja: Generación eólica algo irregular, leve ruido en funcionamiento.
Panel fotovoltaico, ventajas: Electricidad continua y estable según
condiciones de radiación, sustentable. Desventajas: Uso de gran superficie
en algunos casos para obtener una cantidad determinada de energía.
Grupo electrógeno, ventajas: Asegura electricidad mas constante que las
tecnologías renovables. Desventaja: Contaminante, dependiente de
combustible fósil, elevado coste de operación, emisión de ruido.
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Evaluación Ecológica/Ambientales
• Aerogenerador, Visual: El aerogenerador se puede distinguira distancia y sobresaltar, puede afectar al entorno, y lasaves. Ruido: Emite un ruido de tipo aerodinámico,perceptible con velocidades elevadas de viento,alcanzando los 20 a 50 dB. Emisión de CO2: No existenemisiones de CO2.
• Panel fotovoltaico, Visual: Elevado si su estructura está anivel de suelo, dependiendo del tipo de instalación, si seencuentra sobre tejados su impacto visual es menor. Ruido:No generan ruido. Emisión de CO2: No hay emisiones deeste tipo de gas.
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Evaluación Ecológica
• Grupo electrógeno, Visual: No genera mayor impacto
visual, además como se instala en bodega, no es visto más
que por el dueño. Ruido: Puede llegar a producir hasta 30
dB sin caja de insonorización, con este complemento, se
reduce considerablemente. Emisión de CO2: La emisión de
este gas se hace en relación a la cantidad de horas que
funciona, emitiendo la siguiente cantidad de gases: Equipo
de hasta 600 HP: 13,92 Kg/h de CO2, 0,064 Kg/h de NOx,
4,594 Kg/h de MP10 y 4,286 Kg/h de SOx.
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Conclusiones y recomendaciones
• Se puede generar una instalación mixta: Eólica – Fotovoltaica, que
permita suplir en ciertos casos la falta de viento en el lugar.
• Genera la independencia eléctrica y se puede cubrir una gran
necesidad de potencia, especial para pequeños o medianos
agricultores de la zona.
• Resulta mas favorable en cuanto a calidad de vida utilizar fuentes de
energía renovable, que permita aprovechar al máximo los
potenciales de la naturaleza, evitando depender de combustibles
fósiles.
• La evaluación económica a largo plazo demuestra lo favorables que
son las energías renovables.
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Conclusiones y recomendaciones
• Debemos evitar la dependencia de combustibles fósiles, debido a la alta
independencia que nos generan.
• La elección de componentes se realiza de acuerdo a como se configura la
instalación, la vivienda es aislada, por lo que se precisa de elementos libres
o de baja mantenibilidad y de alta confiabilidad para su trabajo.
• Resulta rentable a largo plazo instalar “Renovables”, debido a que no
dependemos de una materia prima, de la cual debamos pagar para
obtenerla.
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MUCHAS GRACIAS...30