ESCUELA POLITCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y AMBIENTAL

ESTIMACIN DIRECTA Y ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE UN SISTEMA ENERGTICO RENOVABLE

PROYECTO DE ENERGAS ALTERNATIVAS

Francisco Zurita UllauriAndrs Lpez TorresJonathan Torres ReyesMonserrat Gallardo PlatzerDiego Estrella Sandoval

PROFESOR: SANTIAGO VACA

Quito, Marzo 2014

II

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DECLARACIN

Nosotros Andrea Sofa Angulo Romero, Cecilia Salom Azanza Torres, Carolina Estefania Caisapanta Domo, Fabin Alejandro Castro Montenegro, y Luis Enrique Quinteros Maldonado declaramos que el trabajo aqu descrito es de nuestra autora; que no ha sido previamente presentado para ningn grado o calificacin profesional; y que he consultado las referencias bibliogrficas que se incluyen en este documento.

La Escuela Politcnica Nacional puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, segn lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

______________________________ ______________________________Francisco Zurita Ullauri Andrs Lpez Torres

______________________________ ______________________________Jonathan Torres Reyes Monserrat Gallardo Platzer

_____________________________________ Diego Estrella Sandoval

CERTIFICACIN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Francisco Zurita Ullauri, Andrs Lpez Torres, Jonathan Torres Reyes, Monserrat Gallardo Platzer y Diego Estrella Sandoval, bajo mi supervisin.

________________________SANTIAGO VACA, ING. MSC.

DIRECTOR DE PROYECTO

ContenidoDECLARACINIICERTIFICACINIII1.ENERGIA ELICA E HISTORIA12.QU ES UN AEROGENERADOR Y SUS APLICACIONES63.FACTORES QUE INFLUYEN EN ENERGA ELICA114.POTENCIAL ELICO DEL ECUADOR155.DETERMINACIN DEL POTENCIAL ELICO EN LAS ANTENAS DEL PICHINCHA236.CONCLUSIONES267.RECOMENDACIONES268.Bibliografa26

Tabla 1: Historia cronolgica del desarrollo de la Energa Elica3Tabla 2. Velocidad y direccin del viento por mes para el ao 201224Tabla 3. Potencias tpicas de repetioras de informacin.26

Figura 1: Circulacin de la atmsfera (desigual calentamiento de la tierra) (MORAGUES & RAPALLINI, 2003) (BARBERO, 2012)1Figura 2: Fenmeno local en las corrientes de aire para zonas montaosas (MORAGUES & RAPALLINI, 2003)1Figura 3: Variacin del viento a escala global (BARBERO, 2012)2Figura 4: Molinos Persas3Figura 5:primera turbina de viento para generar electricidad3Figura 6: Capacidad de energa elica y cantidad de energa generada a lo largo de 20 aos en Europa. (KALDELLIS K. & ZAFIRAKIS, 2010)6Figura 7.Aplicaciones7Figura 8. Partes Aerogenerador9Figura 9. Efectos de un Acantilado. Ceibal.13Figura 10. Circulacin del Aire (Varinia, 2013)14Figura 11. Provincial con mayor potencial elico en el Ecuador (MEER, 2014)15Figura 12. Parque Villonaco16Figura 13 Proyeccin de ubicacin Proyecto Elico Huascachaca16Figura 144. Tabla de potencial bruto (MEER, 2014) (MEER, 2014)18Figura 155 Tabla del Potencial Factible a corto plazo19Figura 16. Velocidad Media Anual del Viento a 80 m de altura sobre el suelo (MEER, 2014)20Figura 17 Densidad de potencia media anual del viento a 80 m. (MEER, 2014)21Figura 18 Velocidad Media Anual del Viento a 80 m de Altura sobre el Suelo. (MEER, 2014)22Figura 19. Direccin del viento por porcentaje24Figura 20. rea del Rotor. Fuente: Sistema elico-voltico25

1. ENERGIA ELICA E HISTORIA1.1 QU ES LA ENERGA ELICALaenerga elicaes laenergaobtenida delviento; es bsicamente laenerga cinticagenerada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas tiles de energa; estas corrientes son generadas directamente por el sol; es por eso que la energa elica se entiende como una transformacin de la energa solar (Ammonit Measurement GmbH, s.f.). Este fenmeno se debe a que en las regiones ecuatoriales se produce una mayor absorcin de radiacin solar que en las polares; por lo que el aire caliente que se eleva en los trpicos es reemplazado por las masas de aire fresco superficiales proveniente de los polos; el ciclo se cierra con el desplazamiento, por la alta atmsfera, del aire caliente hacia los polos, es to sucediera sin rotacin en la tierra; sin embargo la existencia de este fenmeno altera la dinmica de los vientos generando zonas dominantes que responden a patrones definidos . (MORAGUES & RAPALLINI, 2003)

Figura 1: Circulacin de la atmsfera (desigual calentamiento de la tierra) (MORAGUES & RAPALLINI, 2003) (BARBERO, 2012)Adems existen fenmenos de caractersticas locales que originan estructuras particulares de los vientos; como por ejemplo en zonas montaosas donde las brisas de montaa y de valle son originadas por el calentamiento del aire que entra en contacto con las laderas, generndose corrientes ascendentes durante las horas de sol, y descendentes en la noche. (MORAGUES & RAPALLINI, 2003)

Figura 2: Fenmeno local en las corrientes de aire para zonas montaosas (MORAGUES & RAPALLINI, 2003)Como se pudo ver anteriormente existen muchos parmetros determinantes en la distribucin de las corrientes de aire en la tierra y estn asociados a muchos factores como la incidencia del sol en la superficie, caractersticas locales, a continuacin en la siguiente figura se muestra la circulacin de las corrientes de aire en la tierra.

Figura 3: Variacin del viento a escala global (BARBERO, 2012)Finalmente para finalizar mencionar que aproximadamente el 1% o el 2% de la energa que recibimos del Sol se transforman en energa elica (Ammonit Measurement GmbH, s.f.); esta energa ha sido empleada desde la antigedad para varias aplicaciones prcticas, y se sigue aplicando en la actualidad a gran escala principalmente para la produccin de energa elctrica como alternativa a la matriz energtica del mundo basada en combustibles fsiles; a continuacin se menciona rpidamente los eventos trascendentales en el desarrollo de esta energa a lo largo de la historia.

1.2 HISTORIALa energa elica es una de las formas de energa ms antiguas usadas por la humanidad.; desde el principio de los tiempos, los hombres utilizaban el viento como fuerza motriz para sus veleros; los molinos de viento para moler cereales o bombear agua (Ammonit Measurement GmbH, s.f.); la energa derivada de los corrientes de aire ha tenido un desarrollo y evolucin de acuerdo a las necesidades; actualmente tiene gran importancia en sobre todo en la generacin de energa; en la tabla 1 se encuentra un marco cronolgico de estos eventos.Tabla 1: Historia cronolgica del desarrollo de la Energa ElicaAOACONTECIMIENTOIMAGENES

600sAntiguos molinos desarrollados por los persas (una regin que hoy ocupa Irn).Estos primeros molinos de viento consisten en una torre de apoyo simples paletas hechas de juncos agrupados y spin de las paletas en torno a un eje vertical para moler el grano.

Figura 4: Molinos Persas

1100 Los molinos de viento comienzan a ser utilizado en Europa para moler el grano.Molinos de viento europeos tpicos utilizan cuatro palas y se dan la vuelta en un eje horizontal.

1700A finales de la dcada de 1700, los molinos de viento se han convertido en el "motor elctrico" de la Europa pre-industrial, el suministro de un estimado de 1.500 megavatios de energa en Europa. Esta energa elica se utiliza para el drenaje de tierras, moler el grano, la molienda de la madera y el procesamiento de materias primas, como las especias y tabaco.

1888En Cleveland, Ohio, cientfico y hombre de negocios EE.UU. Charles Brush construye la primera turbina de viento para generar electricidad.Mide 17 metros de altura y utiliza 144 palas del rotor de cedro, tiene una capacidad de 12 kilovatios.Figura 5:primera turbina de viento para generar electricidad

1891 Inventor dans Poul La Cour descubre que si giran ms rpido las turbinas de viento con un menor nmero de palas del rotor generan ms electricidad.Usando este conocimiento, desarrolla las primeras turbinas de viento.Las mquinas de 25-kilovatios utilizan rotores de cuatro palas para una mayor eficiencia; diseo aerodinmico

1920 Inventor francs Darrieus desarrolla el concepto de un rotor de eje vertical.Este diseo consiste en delgadas, palas curvadas unidas en la parte superior e inferior de un tubo vertical de rotacin.

1940 Como los precios de los combustibles fsiles caen despus de la Segunda Guerra Mundial y las redes de energa se extienden gradualmente a lo largo de las zonas rurales, el inters por las pequeas turbinas de viento cae en los EE.UU. y Canad.

1960Inventores como Ulrich Hutter en Alemania desarrollan avanzados diseos de turbinas de eje horizontal, utilizando fibra de vidrio y hojas de plstico con paso variable, para proporcionar una mayor eficiencia operativa.

1971 Primer parque elico marino del mundo, una planta de cinco megavatios, comienza a operar en la costa de Dinamarca.

1973 La crisis del petrleo de 1973 despierta el inters de los grandes aerogeneradores y le indica los programas de investigacin de energa renovable. Estos programas activan el desarrollo y uso de nuevos diseos de turbinas de viento, lo que ayuda a reducir el costo de la energa elica de manera significativa en los prximos dos decenios.

1990 Como las preocupaciones del pblico acerca de los problemas ambientales como la contaminacin atmosfrica y el cambio climtico crecen, los gobiernos de Canad y otros lugares tienen un mayor inters en el uso de las energas renovables como una forma de disminuir los gases de invernadero y otras emisiones.

1994La planta elica Cowley Ridge, cerca de Pincher Creek, Alberta, se completa, convirtindose en el primer parque elico comercial en Canad.

2001Capacidad de generacin de energa elica aumenta un 37 por ciento a cerca de 24.800 megavatios. La industria mundial de la energa elica genera alrededor de $ 7 mil millones en negocios.

2003A finales de 2003, los Estados Unidos (con ms de 6.300 megavatios) y Europa dominan el desarrollo e instalacin de energa elica.Con ms de 28.000 megavatios, Europa tiene ahora un 70 por ciento de la capacidad elica del mundo, debido en parte a las leyes fomentando su crecimiento en Alemania, Dinamarca y Espaa.Alemania lidera el mundo en trminos de energa elica, con ms de 14.000 megavatios instalados. Dinamarca cuenta con la proporcin ms alta del mundo de la electricidad generada por el viento - ms del 20 por ciento.Fabricantes daneses controlan casi el 40 por ciento del mercado de aerogeneradores del mundo.

(Centre for Energy, 2006)

Como se puede ver este tipo de energa ha tenido un desarrollo importantsimo a lo largo de los aos; a continuacin para tener una idea de las tendencias, en la siguiente figura se presenta la evolucin global de generacin de energa en Europa y en el mundo en los aos de (1989-2007)

Figura 6: Capacidad de energa elica y cantidad de energa generada a lo largo de 20 aos en Europa. (KALDELLIS K. & ZAFIRAKIS, 2010)Se puede observar claramente en la figura 6 la importancia que tiene el impulso de generar este tipo de energa en el mundo, con un gran desarrollo en Europa aprovechando su capacidad de generacin.2. QU ES UN AEROGENERADOR Y SUS APLICACIONESLa energa elica no tendra razn de ser si no fuera por los aerogeneradores, es decir, los molinos de viento modernos. Estos aerogeneradores son los encargados de producir electricidad aprovechando la energa natural del viento para impulsar un generador. El viento es una fuente de energa limpia, sostenible que nunca se agota, y adems la transformacin de su energa cintica en energa elctrica no produce emisiones.Como se mencion, los aerogeneradores son la evolucin natural de los molinos de viento y en la actualidad son aparatos de alta tecnologa capaces de generar energa para lugares o casas remotas, donde no llega la red elctrica. Sin embargo, en nuestro pas existen muy pocos lugares donde el recurso elico realmente es estable durante todo el ao, por ejemplo en la costa se dispone de un viento permanente pero su intensidad es baja lo que genera que se sobredimensione el aerogenerador, ya que nunca va a trabajar a la potencia mxima, aparte de requerir un mayor mantenimiento debido a la posible corrosin del equipo, mientras que en la sierra se dispone de un fuerte recurso elico, primordialmente en poca de verano, y en pocos lugares el recurso es alto durante todo el ao, finalmente, en la parte oriental este recurso es muy bajo para poder ser aprovechado adecuadamente.[footnoteRef:1] [1: EOLICCAT]

Ejemplos de aplicacin en el Ecuador:

Figura 7.Aplicaciones

2.1 TIPOS DE AEROGENERADORES SEGN SU EJE DE ROTACINExisten dos tipos de aerogeneradores, los aerogeneradores de eje vertical y los aerogeneradores de eje horizontal. En este caso vamos a centrar nuestro estudio en los aerogeneradores de eje horizontal debido a su mayor eficiencia, confiabilidad y capacidad de adaptarse a diferentes potencias.

2.2 PARTES DE UN AEROGENERADOR Y SU FUNCIONAMIENTOLas partes principales de un aerogenerador son:En primer lugar, se encuentra una pieza llamada buje que es un elemento que une las palas con un eje de baja velocidad (cuyo movimiento no supera las 30 rpm ya sea por funcionalidad del equipo o por criterios acsticos).Palas del rotor: Son las aspas que capturan el viento y transmiten su potencia al buje. Pueden llegar hasta 37 m de longitud.Gndola o nacelle: sirve de alojamiento para los elementos mecnicos y elctricos (multiplicadora, generador, armarios de control, etc.) del aerogenerador. Es la carcasa que protege al mecanismo interno del aerogenerador.Eje de baja velocidad: Pieza que conecta el buje del rotor al multiplicador. Este eje se mueve con poca velocidad, pero con mucha potencia.Multiplicadora: Mecanismo lleno de engranajes perfectamente encajados. Este elemento consigue que el eje de velocidad llegue a girar hasta 50 veces ms rpido. Esto es lo que permite que, a pesar de que veamos que las palas del molino no se mueven a gran velocidad, al pasar por el multiplicador, ste se acelere significativamente en el eje de alta velocidad. Eje de alta velocidad: Eje secundario de menor grosor, recoge la velocidad proporcionada por la multiplicadora. Elemento que permite el funcionamiento del aerogenerador. Gira aproximadamente a unas 1500 rpm.Generador elctrico: Dispositivo transformacin de energa mecnica a energa elctrica, es decir, transforma la fuerza del viento en electricidad. El generador contiene imanes y una gran cantidad de cable de cobre enrollado, (dinamo), al girar el eje los imanes se mueven y se genera electricidad.Controlador electrnico: Ordenador que monitoriza las condiciones del viento y reorienta las palas segn sea preciso.Refrigerador: Unidad que contiene un ventilador elctrico para evitar sobrecalentamientos en el generador. Compensa un eventual sobrecalentamiento durante su funcionamiento, este sistema puede ser a base de aire o agua.Veleta: Es un aparato para comprobar la direccin del viento y orienta la gndola.Anemmetro: Mide la velocidad del viento y manda ese dato al controlador.As el aerogenerador sabe cundo ponerse en marcha y hacia donde encararse.Si el viento sopla a ms de 25 m/s, el sistema detiene el aerogenerador, de lo contrario podra romperse, para detenerlo con seguridad el aerogenerador est equipado con dos sistemas de frenado, uno que se encuentra en las aspas y otro que es un freno mecnico situado entre la multiplicadora y el eje secundario.Torre: Soporte sobre el que descansa la gndola y el rotor. Sita el generador a una mayor altura, donde los vientos son de mayor intensidad y para permitir el giro de las palas y transmite las cargas del equipo al suelo.[footnoteRef:2] [2: TWENERGY]

Figura 8. Partes Aerogenerador

Por lo que en sntesis podramos decir que su funcionamiento es el siguiente:El viento pasa sobre las aspas del aerogenerador y provoca una fuerza giratoria. Las palas hacen rodar un eje que hay dentro de la gndola, que entra a una caja de cambios, aqu se incrementa la velocidad de rotacin del eje proveniente del rotor e impulsa el generador que utiliza campos magnticos para convertir la energa rotacional en energa elctrica. Estos equipos tienen en la parte superior de la gndola dos instrumentos que miden la velocidad y la direccin del viento. Cuando el viento cambia de direccin, los motores giran la gndola y las palas se mueven con ella para ponerse de cara al viento. Las aspas tambin se inclinan o se ponen en ngulo para asegurar que se extrae la cantidad ptima de energa a partir del viento. Toda esta informacin queda grabada en los ordenadores y se transmite a un centro de control. En los parques elicos, que son agrupaciones de ms de un aerogenerador. Cada aerogenerador es revisado peridicamente. Los ordenadores controlan los diferentes componentes de la turbina y, si detectan un problema, hacen que la turbina deje de funcionar y alertan a un tcnico.

2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGA ELICA Y DE LOS AEROGENERADORES[footnoteRef:3] [3: PROVIENTO]

Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energa elica no puede ser utilizada como nica fuente de energa elctrica. En la produccin de energa elica es indispensable un respaldo de las energas convencionales (centrales de carbn o de ciclo combinado, por ejemplo, y ms recientemente de carbn limpio o hidroelctricas que cuenten con embalse de regulacin). Sin embargo, cuando respaldan la elica, las centrales de carbn no pueden funcionar a su rendimiento ptimo, que se sita cerca del 90% de su potencia. Tienen que quedarse muy por debajo de este porcentaje, para poder subir sustancialmente su produccin en el momento en que afloje el viento. Por tanto, en el modo "respaldo", las centrales trmicas consumen ms combustible por kWh producido. Tambin, al subir y bajar su produccin cada vez que cambia la velocidad del viento, se desgasta ms la maquinara Es necesario cubrir las bajadas de tensin elicas "instantneamente" (aumentando la produccin de las centrales trmicas, o hidrulicas), pues si no se hace as se produciran, y de hecho se producen apagones generalizados por bajada de tensin. Dificultad intrnseca de prever la generacin con antelacin. Dado que los sistemas elctricos son operados calculando la generacin con un da de antelacin en vista del consumo previsto, la aleatoriedad del viento plantea serios problemas. Los ltimos avances en previsin del viento han mejorado muchsimo la situacin, pero sigue siendo un problema. Igualmente, grupos de generacin elica no pueden utilizarse como nudo oscilante de un sistema. La evidente necesidad de una velocidad mnima en el viento para poder mover las aspas, existe tambin una limitacin superior: una mquina puede estar generando al mximo de su potencia, pero si el viento aumenta lo justo para sobrepasar las especificaciones del aerogenerador, es obligatorio desconectar ese circuito de la red o cambiar la inclinacin de las aspas para que dejen de girar, puesto que con viento de altas velocidades la estructura puede resultar daada por los esfuerzos que aparecen en el eje. La consecuencia inmediata es un descenso evidente de la produccin elctrica, a pesar de haber viento en abundancia, y otro factor ms de incertidumbre a la hora de contar con esta energa en la red elctrica de consumo. Generalmente, aunque no siempre, se combina con centrales trmicas, lo que lleva a que existan quienes critican que realmente no se ahorren demasiadas emisiones de dixido de carbono. No obstante, hay que tener en cuenta que ninguna forma de produccin de energa tiene el potencial de cubrir toda la demanda y la produccin energtica basada en renovables es menos contaminante, por lo que su aportacin a la red elctrica es netamente positiva. En cuanto al impacto paisajstico tenemos que la disposicin de los elementos horizontales que lo componen y la aparicin de un elemento vertical como es el aerogenerador, producen el llamado efecto discoteca: este efecto aparece cuando el sol est por detrs de los molinos y las sombras de las aspas se proyectan con regularidad sobre los jardines y las ventanas, parpadeando de tal modo que la gente denomin este fenmeno: efecto discoteca. Esto, unido al ruido, puede llevar a la gente hasta un alto nivel de estrs, con efectos de consideracin para la salud. No obstante, la mejora del diseo de los aerogeneradores ha permitido ir reduciendo el ruido que producen. La apertura de pistas y la presencia de operarios en los parques elicos hace que la presencia humana sea constante en lugares hasta entonces poco transitados. Afectando tambin a la fauna.

3. FACTORES QUE INFLUYEN EN ENERGA ELICAEl potencial elico de una determinada zona hay que considerar factores topogrficos y climatolgicos. Estas variables ayudan en la determinacin de la energa del lugar generada por el aerogenerador.

Se debe contar con las caractersticas de la zona, en cuanto a su topografa se tiene: resguardo, rugosidad y orografa

Resguardo.- Concerniente a la presencia de obstculos cercanos a la zona, ocasionando una reduccin en la velocidad del viento. Rugosidad.- Es el efecto tanto de la superficie del terreno como tambin de obstculos, lo que genera un frenado en el viento de superficie. Orografa.- Es la existencia de montaas, colinas, precipicios, acantilados. Esto es porque, en la cima de estas elevaciones el viento es ms acelerado en comparacin con los valles donde es menor la velocidad. Efectos Climatolgicos.- Los ms importantes a ser tomados en cuenta son: (CEDER) Velocidad y direccin del viento Porcentaje de calmas Temperatura del aire Radiacin solar Presin atmosfrica. La velocidad media del viento, sus variaciones a niveles diarios, estacionales y anuales. La distribucin de las probabilidades de las velocidades. La variacin que presenta la velocidad y direccin con respecto a la altura. Distribucin de probabilidades y direcciones, cambios bruscos. Variaciones diarias y estacionales de la densidad del aire y su variacin con respecto a la altura. Caracterizacin de los temporales vientos fuertes y de calma. Interacciones entre estelas de las mquinas. Frecuencias de las condiciones extremas de las velocidades del viento.(Amada)

3.1 FACTORES GEOGRFICOSSe debe considerar primordialmente a la velocidad del viento, en cuanto, a su velocidad media documentada en la zona durante todo el ao. Las zonas para la instalacin deben poseer caractersticas que ptimas que favorezcan al sistema elico, tales como:

Asegurar buenos niveles, intensidad del viento (medio alto). Presentar una direccin estable del viento durante el ao. Lugares elevados y que se encuentren expuestos directamente al viento.

3.2 FACTORES DE VARIACIN DEL VIENTOLas variaciones del viento pueden afectar al desempeo corrector y por ende a la eficiencia del aerogenerador.

La velocidad del viento vara con la altura, incrementa la velocidad si la altura es mayor, y por lo tanto, la potencia que genera el aerogenerador tambin aumenta. Por otro lado, cuando se disminuye en altura, el viento es frenado debido al factor de rozamiento con las distintas superficies terrestres, este fenmeno es llamado cizallamiento. Mientras mayor es la rugosidad presentada por el terreno, la velocidad del viento tiene va disminuyendo, al ser ralentizado. Esta rugosidad depende del tipo de terreno, por lo cual se tiene clases de rugosidad, es as que un bosque presenta una rugosidad tipo 3, que frena mucho al viento, por el contrario, una superficie de agua, la rugosidad que tiene es tipo 0, al frenar mnimamente al viento. (Varinia, 2013)

3.3 OROGRAFATiene su influencia sobre el viento, debido a que puede causar turbulencias, incrementos o descensos en la velocidad del viento. Comnmente se coloca a los aerogeneradores en la cima de montaas, porque en lo general en esta zona se presentan vientos ms fuertes en comparacin con los alrededores de las elevaciones. Es una alternativa, cuando la montaa, posee forma redondeada y suave (sin cambios bruscos en el terreno), al contrario si es muy accidentada, se abre la posibilidad a que se generen turbulencias, que son perjudiciales en el funcionamiento del aerogenerador, con lo cual se deja de aprovechar las altas velocidades del viento. (Varinia, 2013)

Figura 9. Efectos de un Acantilado. Ceibal.En esta imagen se observa como la orografa afecta en la captacin del viento, debido que al encontrarse en un acantilado, este genera una obstruccin y no permite que el aerogenerador capte directamente y correctamente el aire inestable, es decir, se genera una turbulencia.Otro lugar propicio para la instalacin de aerogeneradores, beneficindose de su orografa es entre dos montaas, ya que forman un paso estrecho entre ellas. En donde, el aire en la parte alta de la montaa que est expuesta al viento, con lo cual, la velocidad del viento dentro del estrechamiento de las montaas aumenta considerablemente. De igual manera, la zona no debe ser demasiada escarpada para evitar turbulencias que restara a la aceleracin ganada gracias al paso entre las montaas del viento. (Varinia, 2013)

La rentabilidad de los parques elicos es mejor cuando el viento en la zona es intenso y mantiene una regularidad durante todo el ao. En el mundo los vientos estn dados por la circulacin general de la atmsfera, en donde intervienen variables como: las masas de aire, temperatura, humedad, y la rotacin y traslacin de la Tierra. (Varinia, 2013)

Figura 10. Circulacin del Aire (Varinia, 2013)3.4 CARACTERIZACIN DEL VIENTO

En una instalacin elica hay que realizar la caracterizacin del recurso, en base a la velocidad media del viento, los mismos que se encuentran entre 5 y 7m/s, esta variable es primordial, debido a que permite determinar la viabilidad del proyecto.

La cantidad de energa que puede generar la turbina depende de la curva de potencia, que es la relacin de la potencia elctrica de salida con respecto a la velocidad incidente, y la distribucin de frecuencias de la velocidad del viento. La energa producida en una instalacin por una turbina es creciente con la velocidad media anual del emplazamiento. (Pineda, 2006)

Velocidad Mxima.- Los mximos sobre los 15 m/s. Turbulencia.- Segn las caractersticas de la instalacin. Las variaciones a corto plazo afectan en la obtencin de las cargas de fatiga que la turbina es capaz de resistir. Por lo tanto, es importante precisar correctamente la turbulencia de los emplazamientos, porque influye en la vida til del aerogenerador. Rafagosidad.- Formado por los valores mximos del viento, incluyendo variaciones bruscas. Perfil Vertical del Emplazamiento.- Rozamiento del aire respecto a la superficie ocasiona que aumente con la altura. Distribucin Weibull.- Expresa analticamente la probabilidad de las velocidades del viento. Distribucin Direccional del Viento.- La denominada rosa de los vientos, que es el porcentaje de tiempo de donde viene el viene el viento de una direccin, la direccin es respecto al lugar de procedencia del viento. Tambin se puede representar la distribucin de velocidades del viento para los diferentes intervalos de direccin. Distribucin Energtica por Sectores.- Toma en cuenta las velocidades del viento con respecto a la energa que se produce en determinada direccin. Parmetros.- Velocidad media anual, velocidad de referencia y turbulencia.(Pineda, 2006)

4. POTENCIAL ELICO DEL ECUADORLa energa elica en el pas ha venido tomando importancia desde finales del siglo pasado, cuando en 1999 se empezaron a realizar los primeros estudios de concepcin, hasta octubre del 2007, fecha en la que se inaugur el primer parque elico del pas, en la isla San Cristbal, en las Islas Galpagos, generando una potencia aproximada 2.4 MW/ao y cubriendo la demanda de casi el 50% de la isla, siendo este, el proyecto pionero para la implementacin de este tipo de energa renovable, tanto en el Ecuador continental como en las mismas islas.

4.1 PROYECTOS ELICOS EN EL ECUADORDe acuerdo a estudios del MEER en el Ecuador se podra instalar 884 MW de potencia elica a corto plazo, de este, entre 40 50 MW se encuentran en proyectos siendo analizados y proyectos ejecutados, principalmente entre las provincias de Galpagos, Loja y Azuay; adems se espera la implementacin de proyectos en provincias como Carchi, Imbabura, Pichincha, Bolvar, Chimborazo y Caar. (CIE, 2013)

Figura 11. Provincial con mayor potencial elico en el Ecuador (MEER, 2014)4.1.1 PARQUE ELICO VILLONACO

El Parque Elico Villonaco est ubicado en la provincia de Loja a 4km. De la ciudad de Loja. entre los cantones de Loja y Catamayo. Su construccin se realiz bajo la coordinacin de CELEC y la empresa constructora Goldwind. Cubre un rea de 2.800 m2, ubicado en los puntos ms altos del cerro Villonaco en un rea de 2800 m, a una altura aproximada de 2.720 m.s.n.m y vientos con una velocidad promedio de 12m/s. Cuenta con 11 aerogeneradores, cada uno con una altura de 102 metros desde su base y una potencia individual de 1.3 a 1.8 MW, y una vida til de 20 aos.Figura 12. Parque Villonaco

4.1.2 PROYECTO ELICO MINAS DE HUASCACHACAFigura 13 Proyeccin de ubicacin Proyecto Elico Huascachaca

Se ubica a 84 Km. al sureste de la ciudad de Cuenca, en el cantn Santa Isabel y Saraguro, cuenta con una capacidad estimada de generacin de al menos 30MW, convirtindose en el proyecto de energa elica ms grande del Ecuador, segn lo demostrado en estudios realizados a partir del 2005. Actualmente se encuentra en la etapa de seleccin de sitios de emplazamiento as como estudios generales y ambientales. (JCA, 2014)4.2 DETERMINACIN DEL POTENCIAL ELICO DE ECUADOREn marzo del presente ao, el MEER present el primer Atlas Elico de Ecuador, el cual presenta las condiciones anuales de viento para todo el territorio Ecuatoriano. Asi, tomando en cuenta factores como mapas digitales, geo-procesamiento, clculo de desempeo y produccin de energa elctrica a partir de las curvas de potencia de turbinas elicas existentes en el mercado, se estima un potencial de generacin elctrica nacional a partir de parques elicos instalados. 4.3 METODOLOGA:Para la estimacin del potencial elico del Ecuador se tomaron en cuenta las siguientes consideraciones:1. reas que presentan velocidades medias anuales iguales o mayores a 7m/s. 1. Curvas medias de desempeo de turbinas elicas de ltima generacin instaladas en torres a 80m de altura.1. Se consider una densidad media de ocupacin del terreno de 3MW/km2, para la estimacin de generacin de energa.1. Se adopt intervalos con incrementos de 0,5 m/s para las velocidades medias anuales de viento.1. Factor de disponibilidad de 0,98; considerado tpico para parques elicos comerciales.1. Fueron adoptados factores de planta que varan en un rango entre 0,2 y 0,35, los cuales fueron calculados en funcin de la velocidad media anual del viento. 1. Fueron descartados de la integracin las reas cubiertas por agua as tambin como las reas contenidas dentro del Sistema Nacional de reas Protegidas. 1. Para el clculo fue usada la densidad del aire a 3500 m.s.n.m. que tiene un valor de 0,87kg/m3. 1. Se elaboraron las estimaciones de dos escenarios: el Potencial Bruto Total y el Potencial Factible a Corto Plazo. El primero considera todos los sitios bajo 3500 m.s.n.m., con velocidades mayores a 7m/s. El segundo escenario, adems de estas restricciones, considera los sitios que estn a una distancia menor o igual a 10km de la red elctrica y carreteras. A partir de estas consideraciones, se estim un Potencial Disponible Bruto Total del orden de 1670MW y un Potencial Factible a Corto Plazo de 884MW. (MEER, 2014)

Figura 144. Tabla de potencial bruto (MEER, 2014) (MEER, 2014)

(MEER, 2014)Figura 15 Tabla del Potencial Factible a corto plazo

Adems el Atlas Elico del Ecuador cuenta con un mapa nacional asi como zonal segn las caractersticas del viento, para este ltimo se considera la Zona 2, que incluye la provincia de Pichincha y Napo, para la realizacin de nuestro proyecto.Figura 16. Velocidad Media Anual del Viento a 80 m de altura sobre el suelo (MEER, 2014)

Figura 17 Densidad de potencia media anual del viento a 80 m. (MEER, 2014)

Figura 18 Velocidad Media Anual del Viento a 80 m de Altura sobre el Suelo. (MEER, 2014)

5. DETERMINACIN DEL POTENCIAL ELICO EN LAS ANTENAS DEL PICHINCHA

5.1 CLCULO INDIRECTO DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO.El viento produce energa por que encuentra en constante movimiento debido al sol; la radiacin solar al incidir sobre las masas de aire ocasiona calentamiento de las mismas lo que las vuelve menos densas y provoca su elevacin, asimismo las masas de aire ms fras se posicionarn bajo las masas calientes. Estas diferencias de temperatura generan zonas de alta y baja presin mismas que son determinantes para la circulacin del viento que se mueve desde zonas de alta presin a zonas de baja presin y mientras ms grande sea este gradiente de presiones la velocidad ser mayor, y conociendo la frmula de la energa cintica podemos concluir que a mayor velocidad de viendo, mayor contenido energtico; tambin hay otro factor importante que determina la circulacin del viento como es el efecto Coriolis (Villarubia 2004).Para la determinacin de la velocidad del viento en la zona de las antenas del Pichincha se aplica la siguiente frmula:

Donde:U (z): velocidad del viento a altura zU (zr): velocidad del viento referencialz: altura de interszr: altura de referencia: coeficiente de velocidad segn superficie

Reemplazando los datos tenemos:

Se tom como altura de referencia 2800 msnm que corresponde a la zona de la Politcnica Nacional y como velocidad promedio anual del DMQ 8 m/s.La altura en las que se encuentran las antenas del Pichincha es de 3860 msnm.Se utiliz el coeficiente de velocidad del viento en superficie para csped de pequea altura 0,13.A continuacin se presenta la tabla de datos del monitoreo de la velocidad y direccin del viento en la zona del volcn Pichincha a una altura de 4000 msnm.Tabla 2. Velocidad y direccin del viento por mes para el ao 2012Fuente: TeleferiQoMesVelocidad (m/s)Direccin

Enero8NE

Febrero9NE

Marzo8NE

Abril9NE

Mayo7SW

Junio9S

Julio11SW

Agosto10S

Septiembre9S

Octubre9NE

Noviembre8NE

Diciembre8N

PROMEDIO8,75

Figura 19. Direccin del viento por porcentaje Fuente: Datos TelferiQo

Como se puede apreciar el clculo indirecto es un resultado bastante aproximado para la determinacin de la velocidad del viento en las antenas del Pichincha.

5.2 DETERMINACIN DE LA POTENCIA ELICA.La potencia elica depende en gran medida de la densidad del aire, esto se debe a que una mayor relacin de masa por unidad de volumen significa que el aire es ms pesado y esto implica que la turbina reciba ms energa. Para nuestra realidad la densidad en las antenas del pichincha es mucho ms baja que la densidad del aire a nivel del mar (1,22 kg/m3), la densidad depende de la altura y temperatura, basndonos en la altura de 3860 msnm y una temperatura media de 13 C la densidad del aire tiene un valor de 0,89 kg/m3.El rea del rotor del generador tambin es un determinante de la energa que se pueda obtener debido a que esta es la que captura la energa proveniente del viento. Sin embargo en todo proceso de cualquier ndole existen prdidas; si se pudiera aprovechar al 100 % la energa elica el aire no podra abandonar la turbina, debido a esto Beltz en 1919 estableci el aprovechamiento mximo de energa que se puede extraer del viento el cual se determin en un 60% En la siguiente figura se muestra a mayor detalle el rea del rotor.

Figura 20. rea del Rotor. Fuente: Sistema elico-voltico

La frmula del clculo de potencial elico es la siguiente

Donde:P: es el potencial elicop: es la densidad del airev: la velocidad del viento*r2: rea del rotor Reemplazando los datos tenemos:

Se puede decir que el potencial elico en la zona de las antenas del Pichincha es bueno ya que las repetidoras de radio, televisin y celular tienen los siguientes rangos tpicos.Tabla 3. Potencias tpicas de repetioras de informacin.Fuente: Gobierno Argentino

6. CONCLUSIONES Los generadores de mejor eficiencia son los de tres aspas. El Ecuador cuenta con un potencial bruto de 1670MW, y un potencial factible a corto plazo de 884MW. Los factores geogrficos que influyen con mayor importancia en la energa, es la orografa y variables meteorolgicos. El potencial elico calculado para la zona del Pichincha es de 23,4KW

7. RECOMENDACIONESObservar y analizar la cantidad de recurso elico en la zona o lugar en el que se va a implantar los equipos para poder aprovechar todo su potencial elico.

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