Contenido1. DESCRIPCIÓN DE PROBLEMA................................................................................................1

1.1. Las centrales de generación.........................................................................................1

1.2. Cómo se genera la electricidad....................................................................................2

1.2.1. Central de carbón,................................................................................................2

1.2.2. Central de ciclo combinado de gas natural:..........................................................2

2. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN......................................................................................3

2.1. La energía del viento se usa desde mucho tiempo.......................................................3

2.2. Energía Eólica para generar Electricidad......................................................................4

2.3. La Energía Eólico Moderna...........................................................................................5

2.4. El Perú es un país con buenas condiciones para aprovechar la energía del viento......6

3. OBJETIVOS............................................................................................................................7

3.1. OBJETIVO GENERAL......................................................................................................7

•Aprovechar el viento como recurso natural para reducir la contaminación ambiental y generar energía renovable a partir de aerogeneradores. •Dar un mejor uso de los recursos naturales como el viento para satisfacer nuestras necesidades, una de ellas el uso de la energía. •Conocer los impactos medioambientales de este tipo de energía y tomar las decisiones adecuadas para atajar dichos impactos..................................................................7

4. JUSTIFICACION.....................................................................................................................7

5. IMPORTANCIA......................................................................................................................8

5.1. IMPORTANCIA AMBIENTAL..........................................................................................8

6. FORMULACION DE LA HIPÓTESIS Y DEFINICIÓN DE VARIABLES...........................................9

6.1. HIPÓTESIS.....................................................................................................................9

1.2.3...................................................................................................................................13

7. Variables.............................................................................................................................13

8. Marco teorico.....................................................................................................................14

1.2.4. La energía eólica es la energía que posee el viento y que puede ser aprovechada de una manera directa, o de no ser así puede ser transformada a otros tipos de energía, un claro ejemplo de ello es la energía eléctrica entre otras...............................................14

1.2.5...................................................................................................................................14

1.2.6. En la actualidad puede transformarse la energía eólica a electricidad con gran eficiencia, gracias a aerogeneradores de grandes dimensiones, también denominados como turbinas de viento....................................................................................................14

1.2.7...................................................................................................................................14

1.2.8. Un aerogenerador está formado por un conjunto de aspas (normalmente tres) conectadas a un rotor que, mediante un sistema de engranajes, está conectado a un generador eléctrico. Toda esta maquinaria (turbina de viento) se coloca a la cima de un mástil o torre donde hay más influencia del viento...........................................................14

1.2.9. La longitud de las aspas definirá el diámetro del área de barrido de las mismas y, cuanto mayor sea esta área, mayor será la potencia que puede generar un aerogenerador....................................................................................................................14

1.2.10. El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable, entre ellas las energías solar, eólica e hidráulica, se ha convertido a lo largo del tiempo en algo no tan viable, debido al incremento del costo tanto de los combustibles fósiles y los problemas que tenemos respecto al medioambiente, gracias a la explotación de estos, estamos asistiendo a un nuevo auge en cuanto las energías renovables...........................14

1.2.11. Las energías renovables son inagotables, limpias, (ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen). Además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo la integración entre ellas. Por ejemplo, la energía solar fotovoltaica suministra electricidad los días despejados (por lo general con poco viento, debido al dominio del anticiclón), mientras que en los días fríos y ventosos, frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los que pueden producir mayor energía eléctrica.................................................................................................................14

1.2.12. DESARROLLO OBTENIDO EN EL LABORATORIO..................................................14

1.2.13. Para realizar instalaciones eólicas, se necesita hacer un estudio del recurso eólico de la región que se cree es rica en este recurso. Para este objetivo se cuenta con una estación meteorológica instalada y con proyección de instalar otras dos, para recoger datos del valle de San Nicolás para hacer el mapa eólico de esta región, dichos datos son recogidos periódicamente y procesados en el Laboratorio de Energía Alternativa por medio del programa ICARUS, diseñado por el ingeniero Jürgen Klungler para el calculo de la probabilidad como función de la velocidad del viento, además este programa calcula la energía eólica y solar disponibles.......................................................................................15

1.2.14. ICARUS, esta diseñado en el idioma Basic, lee los datos archivados por el software de la estación y calcula la probabilidad de una velocidad en clases de 1m/s., y presenta los resultados en forma de tabla y gráficamente. En adición de la presentación de los datos reales, ICARUS también calcula los índices de la distribución híbrido de weibull para obtener unos parámetros definitivos sobre la distribución de la velocidad del viento. 15

1.2.15. En el proyecto ha tenido funcionando un aerogenerador comercial cerca de la estación meteorológica, lo cual permitió determinar que cuando el promedio de velocidad del viento era de 3m/s o mayor, el aerogenerador funciona y si a esto se le agrega que la velocidad mínima del viento para arranque de éste es de 5m/s., estas cifras nos llevan a concluir que a menor velocidad del viento para arranque, mayor energía eólica será aprovechada o convertida en electricidad........................................................15

1.2.16. Estas conclusiones nos dan la necesidad de diseñar y construir un prototipo de aerogenerador para estas regiones, con bajo par de arranque que requiere bajo peso de las aspas y bajo torque magnético inicial. El bajo peso de las aspas se trata de conseguir con aspas moldeadas a partir de tubería de PVC y el bajo torque.....................................15

1.2.17. magnético, alejando el rotor magnético del estator del generador durante el arranque.15

1.2.18.................................................................................................................................15

1.2.19. En el actual proyecto, se están diseñando tres aerogeneradores que cumplan con estas características y dos estudiantes de Ingeniería Mecánica están realizando el proyecto de grados con el diseño de un prototipo de aerogenerador portátil de 50W.....15

1.2.20. wpe35454.gif (56639 bytes)...............................................................................15

1.2.21.................................................................................................................................15

1.2.22. EVALUACIÓN DE PLANTAS INSTALADAS.............................................................15

1.2.23. El primer aerogenerador se instaló en diciembre de 1996, a los siete meses se noto vibración causada por falta de grasa, se cambiaron rodamientos funcionando perfectamente hasta el mesde agosto de 1999 donde se le hizo mantenimiento general y se le cambio cabezote y un aspa; esta en funcionamiento normal en Aldana Abajo municipio del Carmen de Viboral junto a la estación meteorológica.................................16

1.2.24. El segundo Aerogenrador trabajó 11 meses en Aquitania, municipio de San Francisco y por causas de un ventarron se dañaron las aspas por falla en los tornillos de unión a la torre, para una mayor seguridad se dotará de unión con espiga en próximas instalaciones.......................................................................................................................16

1.2.25. Los Aerogenradores instalados son importados 100%, tienen una capacidad máxima de 500W.,16V.C.D. El acumulador utilizado es batería Pb-ácido con muy buenos resultados y las lámparas flourescentes instaladas en un principio han sido cambiadas por lámparas halógenas............................................................................................................16

1.2.26. Una planta eólica como las que se han instalado en el proyecto consta de:......16

1.2.27. Un aerogenerador (comercial) de 300-500W.....................................................16

1.2.28. Regulador carga-descarga..................................................................................16

1.2.29. Banco de baterías de 12V., 300Ah......................................................................16

1.2.30. NOTA: La potencia instalada depende del sitio, varía entre 80W y 500W, en la actual instalación se puede hacer una instalación de 194W..............................................16

1.2.31.................................................................................................................................16

1.2.32. SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA................................16

1.2.33. El almacenamiento de la energía es la única solución para poder adaptar la irregularidad del suministro de las turbinas eólicas a la irregularidad de la demanda.......16

1.2.34. HIDROBOMBEO:.................................................................................................16

1.2.35. AIRE COMPRIMIDO: El almacenamiento de energía en forma de aire comprimido constituye una alternativa interesante. Consiste en acumular aire comprimido en depósitos o cavernas adaptadas...............................................................16

1.2.36. previamente, para recuperarlo después a través de una turbina en forma de energía eléctrica.................................................................................................................16

1.2.37. ALMACENAMIENTO TÉRMICO: Acumula la energía en forma de calor sensible o latente. 16

1.2.38. BATERIAS: Se presentan buenas características para aplicaciones de baja potencia y con rendimientos del orden 80 por 100, la más utilizada es la de Pb-ácido.... .16

9. Resultados..........................................................................................................................17

1. DESCRIPCIÓN DE PROBLEMA

Actualmente nos enfrentamos a diferentes tipos de problemas y uno de ellos es la contaminación, un problema que nosotros creamos e incrementamos de forma gradual todos los días.

Se considera contaminación ambiental a la presencia en el medio ambiente de uno o más contaminantes en cantidades superiores a los límites tolerados por el ser humano, combinados de tal manera que en mayor o en menor medida causan un desequilibrio ecológico y dañan la salud y el bienestar del hombre.

La generalmente se origina como consecuencia del crecimiento y desarrollo incontrolado de centros de población, turísticos e industriales, con el correlativo incremento de las fuentes de contaminación, el deterioro de los recursos naturales y el impacto de algunos fenómenos del mismo tipo, como las erupciones volcánicas, tolvaneras, fugas tóxicas, entre otros problemas.

Uno de las causas también es el crecimiento poblacional en todos los países, el cual trae a un mayor consumo de energía eléctrica.

En nuestra vida cotidiana se dan distintas formas de energía, una de estas formas es la energía eléctrica que trae grandes beneficios a la ciudad porque la ilumina. Es importante el uso de la energía eléctrica en las industrias, empresas, hogares entre otros sitios ya sea porque facilita el funcionamiento de grandes máquinas, artefactos eléctricos como: la nevera, televisor, aire acondicionado, equipo de sonido entre otros que sirve para satisfacer las necesidades de los seres humanos y nos ayuda en nuestras labores diarias en el hogar, mejora nuestro estilo de vida y facilita una vida estableEs muy importante la energía porque con ella podemos hacer que funcionen los electrodomésticos, además de eso es importante también porque nosotros podemos hacer más cosas distintas.

La electricidad es una forma de energía muy utilizada en todos los ámbitos de la sociedad, sin embargo, para muchos es un misterio cómo se genera. De forma resumida se dice que la electricidad proviene de las denominadas centrales de generación, las cuales la obtienen de diferentes fuentes de energía primaria.

1.1. Las centrales de generación

Las centrales de generación son instalaciones capaces de obtener energía final, la electricidad, a partir de diferentes tipos de fuentes de energía primaria. Tradicionalmente, este tipo de centrales generan la electricidad a partir de energías no renovables, como el carbón, el gasóleo o el gas natural. Con el avance de las tecnologías y la aparición de una mayor preocupación por el desarrollo sostenible, surgieron otro tipo de centrales de generación basadas en los tipos de centrales están directamente relacionados con la energía primaria que utilizan para generar la Así, podemos distinguir entre centrales de ciclo combinado, que emplean gas natural o los parques eólicos, que aprovechan el viento para generar electricidad. Estos son sólo dos ejemplos, pero los tipos son tan abundantes como tipos de energía primaria existen: carbón, gas natural, gasóleo, radiación solar, viento, mareas, biomasa,  etc. 

1.2. Cómo se genera la electricidad

La manera más habitual de producir electricidad se basa en transformar la energía contenida en la energía primaria en energía mecánica a través de diferentes procesos para poder, con ayuda de un generador, convertir esta energía en electricidad. 

Cada central de generación tiene sus propias características para obtener la electricidad, lo que dificulta explicar de forma resumida su origen. Por ese motivo, a continuación, se muestra de forma general las principales características de los diferentes tipos:

1.2.1. Central de carbón,

gasóleo y gas natural: este tipo de centrales obtienen la electricidad mediante la combustión de combustibles fósiles. El calor generado calienta agua a alta presión que mueve una turbina que está conectada a un generador eléctrico donde se obtiene la electricidad. 

1.2.2. Central de ciclo combinado de gas natural:

es una instalación similar a la anterior, pero de mayor eficiencia ya que posee dos circuitos conectados a un generador. Uno de ellos, sigue el mismo funcionamiento explicado en el punto anterior, y el otro se trata de un ciclo agua-vapor que emplea el calor remanente de los gases de la combustión.

•    Central nuclear: es un tipo de central en la que el agua se calienta a alta presión mediante el calor liberado en la fisión nuclear. Ese vapor a presión, al igual que los casos anteriores, moverá una turbina conectada a un generador eléctrico. 

•    Central de biomasa: estas instalaciones tienen el mismo funcionamiento que las centrales de combustibles fósiles. La diferencia fundamental esta en el tipo de combustible empleado. Estas centrales usan biomasa, un combustible de origen renovable. 

este tipo de instalaciones suele estar situada en embalses donde se acumula el agua. La electricidad se obtiene mediante el giro de las turbinas, conectadas a un generador, que se mueven mediante el agua almacenada que cae desde gran altura.

•    Parque eólico: estas centrales están formadas por aerogeneradores. Estos molinos eólicos poseen unas aspas, que sería equivalente a las turbinas de las otras centrales, y un generador. La electricidad se genera orientando las palas al viento para que éste las mueva. 

•    Huerto solar: es el nombre que recibe las centrales que generan la electricidad a partir de la radiación solar. Este caso es el único que no emplea la energía mecánica, sino que genera la electricidad a través de una serie de reacciones químicas que se producen en los paneles solares.

•    Central geotérmica: emplea el calor del interior de la tierra para calentar agua a alta temperatura y presión, la cual se encarga de mover una serie de turbinas conectadas a un generador. Estas centrales se instalan en zonas donde el suelo alcanza altas temperaturas a bajas profundidades. 

•    Central maremotriz: estas instalaciones están todavía investigación para mejorar su eficiencia, aunque existen ya algunas situadas en océanos con grandes mareas como el océano Atlántico. El funcionamiento se basa en utilizar las corrientes de las mareas para movilizar una turbina conectada a un generador.  

•    Parque undimotriz: esta central, aun todavía en fase de desarrollo muy temprana, genera la electricidad utilizando el movimiento de las olas de mar para mover las turbinas. 

Podemos concluir que la generación de la electricidad es un proceso muy variado dependiendo de la energía primaria utilizada y que aunque las centrales de carbón, gasóleo, gas natural, nucleares e hidráulicas son las más extendidas en todo el planeta, actualmente, se está potenciando especialmente el uso de energía primaria renovable para disminuir la contribución de la generación de electricidad al cambio climático.

El consumo de energía eléctrica no contamina, pero sí contamina, y mucho, las actuales formas de obtener esa forma de energía. Actualmente, la mayoría de la energía eléctrica se obtiene por centrales térmicas, que contaminan la atmósfera, y centrales nucleares, que contaminan demasiado. Mientras las centrales térmicas producen gran parte del calentamiento global (efecto invernadero) y de la lluvia ácida, las centrales nucleares producen residuos radiactivos muy contaminantes y muy persistentes (millones de años de toxicidad) y con los que no se sabe qué hacer. El enterramiento de tales residuos es la solución habitual, pero lo difícil es encontrar el sitio adecuado que garantice seguridad por al menos, 10000 años, y que no esté cerca de lugares poblados por gente o animales. A parte, hay que tener en cuenta que los residuos tendrán que viajar hasta ese sitio, atravesando zonas pobladas y liberando su radiactividad. Por tanto, el ahorro de energía es una cuestión de salud y no de economía: Aunque puedas pagar tus facturas de electricidad, consume lo justo. Un Mundo limpio es la mejor herencia.

2. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN.

2.1. La energía del viento se usa desde mucho tiempo.

¿Sabía que el nombre 'eólico' viene de Eolo, el dios del Viento de la mitología griega?

Desde más de 5.000 años se usa la energía del viento en barcos de velas y en la China se construyeron los

primeros molinos compuestos de velas de barcos. Para moler granos en Persia se usaban molinos de viento desde el siglo siete.

En Europa se aprovecharon de la energía del viento desde el siglo trece para moler cereales y para bombear agua. Con esta tecnología Holanda ganó mucho de su terreno del mar.

Todos conocemos el uso de molinos en España por Don Quijote de la Mancha, la novela clásica de Miguel de Cervantes publicada en 1605.

Notable es la invención del 'Western Mill' por Daniel Halladay en el año 1854 (Connecticut, EEUU) para bombear agua en la agricultura. Este tipo de molino fue decisivo para aplicar la energía eólica en gran estilo y tenía un impacto apreciable en la economía de los EEUU. Principalmente construido de metal, era el primer molino que funcionó sin atención por su capacidad de girar automáticamente fuera del viento, evitando daños en tormentas y tornados (imagen a la derecha).

En 1930 más de 600.000 estaban en uso en los EEUU y hasta hoy por ejemplo las empresas Aermotor, Ironman Wind Mill

(ambas EEUU), Southern Cross y Comet (Australia), FIASA (Argentina) y otras siguen con la producción de estos molinos de viento mecánicas.

2.2. Energía Eólica para generar Electricidad

El uso para producir electricidad empezó en 1887 con el Profesor James Blyth en Escócia e independientemente, solamente pocos meses después, con Charles F. Brush en los EEUU. Mientras James Blyth construyó un aerogenerador con un eje vertical de 10 metros que alimentó su casa de campo,

Charles Brush diseñó un tipo Western Mill gigante con un rotor de 17 metros que alimentó su casa con electricidad durante más de 20 años.Aunque no el primero, decisivo es el trabajo de Poul la Cour de Dinamarca quien diseño un túnel de viento para realizar primeros pruebas científicas. El descubrió que pocas y delgadas alas son más eficiente para generar electricidad y así es considerado padre de los aerogeneradores modernos. En 1891 construyó su primer aerogenerador para la luz de una escuela, pero, en vez de cargar baterías, produjó hidrógeno a través de la electrólisis para almacenar la energía. Hay cuentos de vidrios rotos por pequeñas explosiones. La primera revista de electricidad eólica del mundo fue publicado por el en el año de 1904.En los años 20 y 30 del último siglo se realizó una serie de importantes investigaciones y desarrollos. En 1919, Albert Betz, profesor de la Universidad de Göttingen (Alemania), comprobó con su trabajo teórico, conocido como Ley de Betz, que el máximo que se puede ganar de la energía eólica disponible es de 59.3%. Actualmente, las turbinas grandes de varios MW son las más eficientes y superan ligeramente el 50%.

En esta época se hicieron invenciones como por ejemplo las turbinas verticales de Savonius (Finlandia, 1922) y Darrieus (Francia, patentado en 1931).

Lamentablemente al mismo tiempo, el interés en el desarrollo a una escala mayor disminuyó por la creciente disponibilidad de electricidad generado por centrales de combustibles fósiles.

2.3. La Energía Eólico Moderna

La crisis energética de 1973, la disponibilidad de materiales avanzados y tecnologías nuevas con la riqueza de viento aprovechable en el norte de Europa, despertó el interés de nuevo. Inicialmente al nivel idividual, surgió un interés industrial sobre todo en Dinamarca (NEG Micon y Vestas) que causó un desarrollo de turbinas cada vez más grandes y eficientes para producir electricidad para la red pública. Fueron construidas e introducidas en 1979. El éxito inició el desarrollo moderno al nivel mundial y es causa de una industria eólica cada vez más importante, contribuyendo a satisfacer nuestra creciente demanda de energía.

Solamente en 2015 se añadió 63.69GW de potencia logrando una instalación total de 435GW. En 2015, Dinamarca generó 42.1% de su electricidad del viento! En varios países (por ejemplo España, Portugal, Alemania y ahora Uruguay) la producción esta entre el 10% y más del 20% con un crecimiento fuerte.

 

2.4. El Perú es un país con buenas condiciones para aprovechar la energía del viento

Mundialmente, el Perú es uno de los países muy aptos para generar energía eólica en su costa.

A causa de una zona de alta presión en el Pacífico Sur que varía su posición muy poco durante el año, el viento en la costa es muy constante y considerablemente fuerte (la corriente de Humboldt tiene por parte su

causa en la misma constelación meteorológica). Ideales son la costa en el norte (Piura) y la costa cerca de Nazca.

Esta impresionante visualisación de las corrientes del viento casi en tiempo

real del Earth Nullschool Net (autor: Cameron Beccario) usa supercomputadoras para crear esta animación aclamada que refleja estas condiciones. Aumentando la imagen

y con un click sobre cualquier sitio, se puede ver la velocidad del viento con

los coordenados del sitio seleccionado. Apretar sobre el menu 'earth' se

puede cambiar ajustes y opciones. Aquí se encuentra otra animación de los vientos basada en los mismos datos.

Sobre todo por la estabilidad y continuidad del viento, las condiciones son más favorables que en los países del norte de Europa, donde el viento cambia su intensidad frecuentemente.

Tratando de aprovechar de esta excelente fuente de energía, Perú en el 2010 licitó la instalación de los primeros tres parques eólicos de gran tamaño. El primero de estos fue

inaugurado en Mayo de 2014. El cuarto parque fue conectado a la red en Febrero 2016 y otros tres estan adjudicados.

Estamos convencidos que este representa solamente un comienzo para usar las grandes potenciales para generar energía de los recursos eólicos disponibles en nuestro país.

El Atlas Eólico de Perú contiene la información detallada sobre la enorme capacidad de energía eólica disponible. También se puede descargar los mapas eólicos con datos mensuales, por departamento, por altura (50, 80 y 100m) y densidad de energía

3. OBJETIVOS

3.

3.1. OBJETIVO GENERAL

Reconocer la energía eólica como un recurso renovable capaz de generar energía evitando la contaminación del medio y proporcionar nuevas fuentes que faciliten a las personas su elaboración ya que este tipo de energía es muy factible y se encuentra en gran abundancia en el ambiente gracias a que es extraída del viento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

•Aprovechar el viento como recurso natural para reducir la contaminación ambiental y generar energía renovable a partir de aerogeneradores.•Dar un mejor uso de los recursos naturales como el viento para satisfacer nuestras necesidades, una de ellas el uso de la energía.•Conocer los impactos medioambientales de este tipo de energía y tomar las decisiones adecuadas para atajar dichos impactos

4. JUSTIFICACION

Ayudar a disminuir la contaminación ambiental aprovechando los recursos naturales, en

especial el viento, esta energía extraída del viento la llamamos energía eólica que está

relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta

presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades

proporcionales al gradiente de presión. Los vientos son generados a causa del

calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar, entre

el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. De día, las masas de

aire sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas

vecinas situadas sobre las masas continentales. Los continentes absorben una menor

cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y

se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene

de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar

dejado por el aire caliente. La energía del viento es utilizada mediante el uso de

máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía

mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas

operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el

sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de

control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador. La baja densidad

energética, de la energía eólica por unidad de superficie, trae como consecuencia la

necesidad de proceder a la instalación de un número mayor de máquinas para el

aprovechamiento de los recursos disponibles.

5. IMPORTANCIA

4.5.

5.1. IMPORTANCIA AMBIENTAL

La energía eólica no produce gases tóxicos ni contribuye al efecto invernadero; tampoco genera residuos peligrosos. Pero algunos de sus efectos y consecuencias colaterales requieren cierta atención.

El uso de la energía eólica, al igual que cualquier otra acción humana, afecta inevitablemente al entorno, y sus efectos negativos se notan en el suelo, la flora y Ia #fauna del lugar donde se instalan los parques eólicos. Pero a pesar de todo, estos problemas pueden afrontarse y minimizarse mediante una adecuada planificación

6. FORMULACION DE LA HIPÓTESIS Y DEFINICIÓN DE VARIABLES

6.

6.1. HIPÓTESIS 

 ¿Teniendo en cuenta las variables es probable que se pueda  implementar el uso de la energía eólica como principal fuente con respecto a los factores resaltados en el proyecto? Es posible implementar el uso de la energía eólica como principal fuente teniendo en cuenta factores resaltados en el proyecto Para realizar la hipótesis nula y parametrica tuvimos en cuenta este diagrama de relación 

Hipótesis nula

Ho=> m(vel media)>= 3m/s

HP=> m(vel media)menor 3m/s

Hipótesis parametrica

Teniendo en cuenta las variables independientes:

-Altura y -Dirección del viento

Para una posible hipótesis de si el viento en la UIS alcanza la magnitud necesaria (5k/h) se podría comprobar con una prueba paramétrica ciertos parámetros establecidos para tener una respuesta, esta prueba sería sobre la media con varianza desconocida, para esto se precisaría mirar si los datos siguen una distribución normal, ya que con esta se no es más fácil trabajar para la prueba de hipótesis, de lo contrario, tendríamos que mirar de acuerdo a que distribución se rigen los datos y así desarrollar la prueba más pertinente.

La relación entre la velocidad del viento y la altura a la que este circula es directamente proporcional por ende la velocidad la es más favorable a mayor altura teniendo en cuenta las condiciones geográficas donde se realizaron las mediciones

Otras hipótesis

La velocidad promedio del viento en la universidad es mayor o igual al valor mínimo requerido para la implementación de los generadores.

Las direcciones que se encuentran del norte al oeste son las más favorables para la producción de energía ya que tienen mayor velocidad.

Prueba de Hipótesis

El sitio en cuestión es de un pobre poder eólico, dado que en promedio la velocidad en el sitio es solo es 1,11(m/s)

La Expresión que describe el comportamiento del viento según la distribución 

Un dato de mayor relevancia que conocer las direcciones dominantes de origen y de mayores velocidades del viento, es cuantificar la energía eólica potencial y las direcciones de lo vientos mas representativos asociados 

se tiene que aproximadamente el 55% de la energía proviene de las direcciones norte y nornoreste, mientras un casi 30% proviene del sur y sursureste esto a pesar de tener solo un 5% en representatividad por frecuencia 

La energia eolica anual es de 34,9(kWh/m^2). Si existiese un aerogenerador que tuviese una velocidad de arranque de 0,1(m/s), y considerando un coeficiente de rendimiento de 0,3, la energía eléctrica a generarse seria tan solo 10,47(kWh) equivalentes a un ahorro de $3600

Tabla de doble entrada 

Según lo anterior, se concluyo que el viento característico en el sitio es de muy baja calidad energética, lo que implica la no existencia significativa de aerogeneradores potencialmente útiles en el mercado, ya que la gran mayoría de estos dispositivos tienen una velocidad de arranque igual o superior a 3,0[m/s].

El procedimiento consistirá en tomar los límites L1 y L2, tales que si X cae dentro de estos límites, consideraremos más razonable Ho, y en caso contrario consideraremos más razonable Ha.

Según la ecuación 

Para la distribución de las direcciones tenemos los siguientes coeficientes:

Dirección N: Coeficiente e asimetría= 0.92

Dirección S: Coeficiente de asimetría= 0.73

Puesto que el coeficiente es mayor que cero, la curva es asimétrica positiva.

Para las alturas: 6 m= 1.07, 16 m= 1.08

Debido a que el coeficiente es mayor que cero, la curva es asimétrica positiva.

-Nivel de significancia para las direcciones

Para nuestras direcciones usamos un nivel de significancia de 0.05, es decir que α=0.05 para lo cual nuestro nivel de confianza seria 100(1-α)= 100(1-0.05)= 95%.

Igualmente para las alturas de 6m y 16m se cumple lo anterior y nuestro nivel de significancia sería del 95%.

Por lo tanto, nuestro intervalo de confianza tiene una probabilidad del 95% de que nuestra media poblacional se encuentre allí.

Para nuestro caso, se tiene una muestra de 16 datos recolectados para la velocidad del viento a una altura de 6m, conociendo la media muestral , que se conoce como la media poblacional µ y la varianza S conocida como σ, de nuestra distribución normal N(0.96,0.1).

Para un nivel de confianza de 95%, es decir, (1-α)=95%

Para lo cual

1-α = 0.95

α = 0.05

α/2 = 0.025

P(Z ≤ Z 0.025)=0.975 (1-α/2)

Z(0.975)=1.96

Entonces, según

Nuestro intervalo de confianza seria (0.91 ,1.01)

Ahora, de igual manera se realiza para nuestra muestra de la velocidad del viento a una altura de 16m y para las muestras representativas de las direcciones N y S. obteniendo los siguientes intervalos:

Vel. Altura 16 m: (1.31, 1.53)

Dirección N: (-10953.24, 11143.04)

Dirección S: (-476.62, 509.58)

Estimación 

Con lo que podemos decir que el sesgo es grande y la variación es pequeños

1.2.3.

7. Variables Planteamiento de variables aleatorias

Las variables aleatorias asociadas a nuestro problemas son:1-velocidad del viento2-Potencia de la turbina 3-Dirección del viento

variables cualitativas1-calidad del terreno2-disponibilidad del terreno

variables cuantitativas

1-precio del terreno2-potencia maxima del parque eólico

8. Marco teorico

1.2.4. La energía eólica es la energía que posee el viento y que puede ser aprovechada de una manera directa, o de no ser así puede ser transformada a otros tipos de energía, un claro ejemplo de ello es la energía eléctrica entre otras.

1.2.5.

1.2.6. En la actualidad puede transformarse la energía eólica a electricidad con gran eficiencia, gracias a aerogeneradores de grandes dimensiones, también denominados como turbinas de viento.

1.2.7.

1.2.8. Un aerogenerador está formado por un conjunto de aspas (normalmente tres) conectadas a un rotor que, mediante un sistema de engranajes, está conectado a un generador eléctrico. Toda esta maquinaria (turbina de viento) se coloca a la cima de un mástil o torre donde hay más influencia del viento.

1.2.9. La longitud de las aspas definirá el diámetro del área de barrido de las mismas y, cuanto mayor sea esta área, mayor será la potencia que puede generar un aerogenerador.

1.2.10. El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable, entre ellas las energías solar, eólica e hidráulica, se ha convertido a lo largo del tiempo en algo no tan viable, debido al incremento del costo tanto de los combustibles fósiles y los problemas que tenemos respecto al medioambiente, gracias a la explotación de estos, estamos asistiendo a un nuevo auge en cuanto las energías renovables.

1.2.11. Las energías renovables son inagotables, limpias, (ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen). Además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo la integración entre ellas. Por ejemplo, la energía solar fotovoltaica suministra electricidad los días despejados (por lo general con poco viento, debido al dominio del anticiclón), mientras que en los días fríos y ventosos, frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los que pueden producir mayor energía eléctrica.

1.2.12. DESARROLLO OBTENIDO EN EL LABORATORIO

1.2.13. Para realizar instalaciones eólicas, se necesita hacer un estudio del recurso eólico de la región que se cree es rica en este recurso. Para este objetivo se cuenta con una estación meteorológica instalada y con proyección de instalar otras dos, para recoger datos del valle de San Nicolás para hacer el mapa eólico de esta región, dichos datos son recogidos periódicamente y procesados en el Laboratorio de Energía Alternativa por medio del programa ICARUS, diseñado por el ingeniero Jürgen Klungler para el calculo de la probabilidad como función de la velocidad del viento, además este programa calcula la energía eólica y solar disponibles.

1.2.14. ICARUS, esta diseñado en el idioma Basic, lee los datos archivados por el software de la estación y calcula la probabilidad de una velocidad en clases de 1m/s., y presenta los resultados en forma de tabla y gráficamente. En adición de la presentación de los datos reales, ICARUS también calcula los índices de la distribución híbrido de weibull para obtener unos parámetros definitivos sobre la distribución de la velocidad del viento.

1.2.15. En el proyecto ha tenido funcionando un aerogenerador comercial cerca de la estación meteorológica, lo cual permitió determinar que cuando el promedio de velocidad del viento era de 3m/s o mayor, el aerogenerador funciona y si a esto se le agrega que la velocidad mínima del viento para arranque de éste es de 5m/s., estas cifras nos llevan a concluir que a menor velocidad del viento para arranque, mayor energía eólica será aprovechada o convertida en electricidad.

1.2.16. Estas conclusiones nos dan la necesidad de diseñar y construir un prototipo de aerogenerador para estas regiones, con bajo par de arranque que requiere bajo peso de las aspas y bajo torque magnético inicial. El bajo peso de las aspas se trata de conseguir con aspas moldeadas a partir de tubería de PVC y el bajo torque

1.2.17. magnético, alejando el rotor magnético del estator del generador durante el arranque.

1.2.18.

1.2.19. En el actual proyecto, se están diseñando tres aerogeneradores que cumplan con estas características y dos estudiantes de Ingeniería Mecánica están realizando el proyecto de grados con el diseño de un prototipo de aerogenerador portátil de 50W.

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1.2.21.

1.2.22. EVALUACIÓN DE PLANTAS INSTALADAS

1.2.23. El primer aerogenerador se instaló en diciembre de 1996, a los siete meses se noto vibración causada por falta de grasa, se cambiaron rodamientos funcionando perfectamente hasta el mesde agosto de 1999 donde se le hizo mantenimiento general y se le cambio cabezote y un aspa; esta en funcionamiento normal en Aldana Abajo municipio del Carmen de Viboral junto a la estación meteorológica.

1.2.24. El segundo Aerogenrador trabajó 11 meses en Aquitania, municipio de San Francisco y por causas de un ventarron se dañaron las aspas por falla en los tornillos de unión a la torre, para una mayor seguridad se dotará de unión con espiga en próximas instalaciones.

1.2.25. Los Aerogenradores instalados son importados 100%, tienen una capacidad máxima de 500W.,16V.C.D. El acumulador utilizado es batería Pb-ácido con muy buenos resultados y las lámparas flourescentes instaladas en un principio han sido cambiadas por lámparas halógenas.

1.2.26. Una planta eólica como las que se han instalado en el proyecto consta de:

1.2.27. Un aerogenerador (comercial) de 300-500W

1.2.28. Regulador carga-descarga

1.2.29. Banco de baterías de 12V., 300Ah

1.2.30. NOTA: La potencia instalada depende del sitio, varía entre 80W y 500W, en la actual instalación se puede hacer una instalación de 194W.

1.2.31.

1.2.32. SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA

1.2.33. El almacenamiento de la energía es la única solución para poder adaptar la irregularidad del suministro de las turbinas eólicas a la irregularidad de la demanda.

1.2.34. HIDROBOMBEO:

1.2.35. AIRE COMPRIMIDO: El almacenamiento de energía en forma de aire comprimido constituye una alternativa interesante. Consiste en acumular aire comprimido en depósitos o cavernas adaptadas

1.2.36. previamente, para recuperarlo después a través de una turbina en forma de energía eléctrica.

1.2.37. ALMACENAMIENTO TÉRMICO: Acumula la energía en forma de calor sensible o latente.

1.2.38. BATERIAS: Se presentan buenas características para aplicaciones de baja potencia y con rendimientos del orden 80 por 100, la más utilizada es la de Pb-ácido.

Las turbinas de viento son a menudo fabricados a mano, utilizando varias capas de tela de fibra de vidrio.

El método tradicional es que las chapas a cortar en forma determinada, establecida en un molde a mano, rociado o laminados con resinas, y finalmente curado. Un estudio de diseño de las palas de este año estarán dedicadas a temas relacionados con las hojas muy grandes. Un sub-escala de diseño, una hoja de ocho metros, se producirá, que incorpora los materiales avanzados y arquitecturas. Usando el nuevo diseño, un contratista construir nuevas hojas que pondrá a prueba en matorrales. Los resultados de estas pruebas se utilizarán para el diseño y la  construcción de palas de turbinas de gran tamaño.

9. Resultados Actualmente la energía eólica se aprovecha de dos formas bien diferenciadas:

Por una parte se utilizan para sacar agua de los pozos un tipo de eólicas llamados aerobombas, actualmente hay un modelo de máquinas muy generalizado, los molinos multipala del tipo americano. Directamente a través de la energía mecánica o por medio de bombas estos molinos extraen el agua de los pozos sin mas ayuda que la del viento.

Por otra, están ese tipo de eólicas que levan unidas un generador eléctrico y producen corriente cuando sopla el viento, reciben entonces el nombre de aerogeneradores.

Los aerogeneradores pueden producir energía eléctrica de dos formas:

•Las aplicaciones aisladas por medio de pequeña o mediana potencia se utilizan para usos domésticos o agrícolas (iluminación, pequeños electrodomésticos, bombeo, irrigación, etc.), Incluso en instalaciones Industriales para desalación, repetidores aislados de telefonía, TV, instalaciones turísticas y deportivas, etc. En caso de estar condicionados por un horario o una continuidad se precisa introducir sistemas de baterías de

acumulación o combinaciones con otro tipo de generadores eléctricos (grupos diesel, placas solares fotovoltaicas, centrales mini hidráulicas)

También se utilizan aerogeneradores de gran potencia en instalaciones aisladas para usos específicos; Desalinización de agua marina, producción de hidrógeno, etc.

• La conexión directa a la red viene representada por la utilización de aerogeneradores de potencias grandes (mas de 10 ó 100 KW). Aunque en determinados casos y gracias al apoyo de los estados a las energías renovables, es factible la conexión de modelos mas pequeños, siempre teniendo en cuenta los costes de enganche a la red (equipos y permisos). La mayor rentabilidad se obtiene a través de agrupaciones de máquinas potencia conectadas entre si y que vierten su energía conjuntamente a la red eléctrica. Dichos sistemas se denominan parques eólicos. Una aplicación interesante de la energía eólica son los pequeños aerogeneradores de potencia hasta 50 kW destinados a abastecer de energía eléctrica a edificaciones aisladas, sin conexión a la red. Estos pequeños aerogeneradores se utilizan combinados con paneles fotovoltaicos para generar energía eléctrica de origen renovable, aunque es necesario el apoyo de un generador diesel en los momentos de climatología adversa.

Las aplicaciones de la energía eólica se pueden clasificar, según su ámbito, como aplicaciones centralizadas, caracterizadas por la producción de energía eléctrica en

cantidades relativamente importantes, vertidas directamente a la red de distribución, o aplicaciones autónomas, dentro de las que cabe distinguir el uso directo de la

energía mecánica o su conversión en energía térmica o eléctrica.Conclusiones

Después de un análisis detallado sobre la energía eólica, sus aplicaciones, ventajas, desventajas, su historia, definición en fin sus conceptos más relevantes podemos llegar a la conclusión de que es una fuente de energía inagotable y frena el agotamiento de combustibles fósiles contribuyendo a evitar el cambio climático. Es una tecnología de aprovechamiento totalmente madura y puesta a punto. La energía eólica ha probado ser más

confiable que la energía solar en cerros altos y nublados que generalmente presentan buen régimen de vientos. Adicionalmente un generador eólico ofrece mayor resistencia al hurto pues no es una tecnología conocida y es más difícil de desmontar.La energía eólica también es una mejor alternativa que la generación diesel especialmente donde el acceso es dificultoso, costoso o distante. El recurso eólico es variable y puede tener periodos de quietud