UNIVERSIDAD NACIONAL DE JULIACA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES
Potencial de la energía eólica para la generación de electricidad y la limpieza del aire, su relación con el cambio climático usando a su favor, en la Ciudad de Juliaca
DOCENTE VILMA SARMIENTO MAMANI
PRESENTADA POR:
-COILA MACHACA MILAN EDGAR
JULIACA, PERÚ, 2022
TÍTULO DEL PROYECTO
(eólico y la limpieza del aire)
La aplicación de la energía eólica y la limpieza del aire (potencia)
RESUMEN
El proyecto nos muestra cómo podemos tener energía eléctrica eólica y la limpieza del aire y así reducir la contaminación para aprovechar los recursos renovables que tenemos a nuestro favor en la ciudad de Juliaca
I.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La ciudad de Juliaca, se encuentra en una en una zona plana como también alta, en la cual podemos encontrar viento de regular magnitud, por algo no lo dicen Juliaca ciudad de los vientos y con el comercio como principal fuente económica, siendo una de las ciudades puneñas con la mayor cantidad de vehículos de tránsito diario, presentando alta contaminación por monóxido de carbono lo cual está contaminado el medio ambiente al igual que el oxígeno que es esencial para la supervivencia de las personas. Así mismo desde el punto de vista energético, presenta dentro de su consumo altos niveles de consumo en KWH/año y costos elevados a comparación de otras ciudades. Con el uso de energía convencional para la producción de energía eléctrica, no solo se tienen costos elevados en las tarifas, sino 5 también altas cantidades de emisión de CO2, contribuyendo al cambio climático. Las energías renovables o también llamadas no convencionales o verdes, se encuentran en la naturaleza, en sus diversas formas, Estas son capaces de aprovechar el potencial natural como; viento, radiación solar, etc., y transformarlo a través de ciertos procesos y con el uso de equipos en energía eléctrica o mecánica. Han sido útiles desde muchos años atrás y hoy también son y pueden ser muy útiles en espacios geográficos específicos. Las energías convencionales son un gran problema, no solo por su insostenibilidad ambiental, sino también porque con el tiempo se hacen más caras de explotar. Las energías no convencionales como la energía eólica, son limpias y sostenibles además de factibles. Un inconveniente a la hora de querer instalar un componente de una energía renovable, es el poco conocimiento respecto a si resultará o no. Sin embargo, actualmente se tienen diversos softwares, instrumentos o equipos, que nos pueden ayudar a determinar si realmente la energía eólica será factible o tiene un potencial uso, en un determinado aérea geográfica. 6 con el uso de energías renovables para la generación de electricidad, podremos contribuir a disminuir y mitigar los impactos del cambio climático y sus consecuencias, además podremos mejorar la calidad nuestro medio ambiente. Un reto que cada día se hace más interesante y factible de aplicar, no solo por el presente, sino por las generaciones futuras.
II. JUSTIFICACIÓN
Esto proyecto se iniciará porque, la contaminación de los combustibles fósiles ha sido tanta que empezó a dañar la capa de ozono y no solo eso también a la salud de las personas y para eso se comienza con este proyecto y así obtener energía renovable y limpia.
También tiene un fin que es la limpieza o la purificación del oxigeno o el aire que últimamente esta contaminado por los vehículos las empresas y entre otras este proyecto tiene ese fin de renovar o solucionar el problema del aire.
El alto consumo de electricidad y los costos elevados para su uso, en la comunidad de la ciudad de Juliaca, pueden ser revertidos con el uso de la energía eólica, como fuente limpia de producción de energía eléctrica y amigable con el medio ambiente. 8 el uso de las energías renovables, es una gran alternativa hoy en día, considerando que las fuentes de energía convencionales como: el petróleo y el gas, son agotables e insostenibles ambientalmente. Contribuyendo a la generación de Gases de Efecto Invernadero (GEI) y por ende al cambio climático. Las energías renovables, se encuentran en el medio ambiente, disponibles para ser usadas y aprovechadas. La energía Eólica aprovecha la fuerza del viento (energía cinética) y la transforma en energía eléctrica y mecánica. La generación de electricidad, con el aprovechamiento de la potencia del viento, contribuye a mitigar las emisiones a la atmósfera de los GEI, por ende, a minimizar impactos del efecto invernadero, calentamiento global y cambio climático. Por estas razones se puede decir que la energía eólica, es limpia, verde, amigable con el medio ambiente, sostenible y factible. La Ciudad De Juliaca, perteneciente a la Meseta del Bombón, presenta extensiones amplias y ligeramente planas con cerros prominentes, se puede percibir el potencial eólico dentro de este espacio geográfico. Según el Atlas Eólico del Perú, diseñado hace poco (año 2016), se indica también que efectivamente en esta zona, se podría aprovechar el recurso eólico. 9 el diagnóstico del potencial uso de energía eólica en la ciudad Juliaca, del distrito de San Román, significa un precedente para nuevos estudios, además de ser empleado por la ciudad de Juliaca, como un claro y eficiente indicador del aprovechamiento del recurso viento.
III. HIPÓTESIS
Con la energía eólica podríamos generar mucha energía eléctrica en Juliaca la ciudad de los vientos lo cual es un avance y una forma más renovadora de conseguir energía eléctrica para abastecer a la ciudad de Juliaca y solucionar el problema de los pagos que hacen para la obtención de energía eléctrica.
1.1 POTENCIA
El potencial de la energía eólica para la generación de electricidad es superior a los 300 W/m2 y su relación es directa con el cambio climático, en la ciudad de Juliaca, provincia de San Román.
Es el factor determinante para definir la instalación de un sistema de aerogeneración, sea este para la generación a gran o pequeña escala, para el cargado de baterías en áreas rurales. Se puede tomar como referencia la velocidad promedio del viento para determinar si un lugar es apropiado para la instalación de un aerogenerador; esto es debido a que la Potencia eólica mensual generada por el viento varía en proporción del cubo de la velocidad
1.2 ENERGIA
Es un tipo de energía cinética producida por el efecto de las corrientes de aire. Esta energía, como muchas otras, puede transformarse de diversas formas para que resulte útil en las actividades humanas. Con la energía eólica puede producirse electricidad o impulsar motores. El importante crecimiento que en los últimos años ha experimentado este tipo de energía se debe fundamentalmente a dos cosas: a que se ha tomado conciencia de la importancia de la sostenibilidad medioambiental y a que aquella ofrece multitud de ventajas
IV. OBJETIVOS
Realizar un estudio sobre el potencial de la energía eólica para la generación de electricidad y su relación con el cambio climático
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Ver si la producción de energía eólica puede llegar a ser autosostenible en la ciudad de Juliaca.
● Analizar si es adecuada la cantidad de potencial eólico para la generación de energía eléctrica en la ciudad de Juliaca.
● Analizar el impacto ambiental que se ha de crear con el proyecto de investigación.
V. ANTECEDENTES
Charles Francis Brush
para presentar los antecedentes de este trabajo de investigación formativa vamos a repasar nuestra historia con la aplicación de la energía eólica y los trabajos que se tuvo anteriormente
en la antigüedad el hombre ya usaba la energía eólica o fuerza del viento como para mover
el aspa de los molinos y en 1887, el científico estadounidense Charles F. Brush (17 de marzo de 1849 – 15 de junio de 1929) construyó lo que hoy se admite que fue la primera turbina eólica para la generación de electricidad. Era un gigante, el más grande del mundo, con un diámetro de rotor de 17 metros y 144 palas de rotor, hechas de madera de cedro. Se muestra en la imagen siguiente, donde se puede observar la presencia de una persona a la derecha de la turbina. Este generador funcionó durante 20 años
(Tafur Gutiérrez, 2019) En su proyecto “Diseño de una Central Eólica en el C.P. La Montaña –Cajamarca, Para Abastecer de Energía Eléctrica al SEIN dentro del Programa de Subastas de Energía Renovables.” Donde toma como diseñar una central eólica que logre suministrar energía 21 donde hace el estudio de evaluación en la dicha zona y calcula el potencial Eólico a una altura de 10 y 40 metros y hace una comparación de energía procedente de aerogeneradores de 50 kW y 100 kW donde aplica la viabilidad del proyecto donde si procedente su proyecto de investigación.
(Chachapoya Veloz, 2011) En su investigación realizada “Estudio Técnico Económico para el Suministro de Electricidad de Baja Potencia, a través de energía eólica” con su objetivo es evaluar una técnica económica y por medio de suministros de electricidad de baja potencia, donde selecciona el aerogenerador más adecuado, selecciona y diseña cada componente hace una comparación de costos del sistema y culmina con un procedimiento para el montaje y mantenimiento
(Aliaga Zegarra, Estrada Crisanto, & Arelllana Ramírez, 2015) En su artículo realizo un “Experimentó el procedimiento del recurso eólico con el objetivo de determinar la generación de energía con generadores eólicos de eje horizontal en la región Piura” donde analizan la rapidez y orientación del viento a una elevación de 58 metros lo cual esos antecedentes fueron sustraídos del laboratorio de física Universidad de Piura (UDEP) ellos modelan el recurso Eólico (Viento) según modelos matemáticos determina la velocidad promedio de ese año que es 8.7 m/s la potencia promedio a esa velocidad es 540 w/m2 a una desviación estándar de 2.9 m/s y selecciona aerogeneradores de más de 100 m de diámetro un Vestas V80 de 1.5 MW a 12 MW concluyen que los aerogeneradores estén ubicados los alabes estén observando en dirección opuesta es decir al norte. la capacidad elemento que podrá lograr de 33 a 34 % estos valores son viables para el parque eólico
Albert Betz
Siemens Gamesa cuenta con turbinas offshore con una potencia de 10 MW, con un diámetro de rotor de 193 metros y palas de 94 metros, lo que equivale a un campo de fútbol. La producción anual de energía de una sola de estas turbinas es suficiente para suministrar electricidad a unos 10.000 hogares europeos
LA LEY DE WATT
La potencia eléctrica se mide en watts, en homenaje a James Watt, quien realizó los trabajos que llevaron al establecimiento de los conceptos de potencia, y dictó la llamada ley de Watt. “La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (v) del circuito y a la intensidad ( I )..
Ley de watt:
𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼
En donde:
P = Potencia en watts.
V = Tensión en watts.
I = Intensidad.
VI. MARCO TEÓRICO
La energía eólica es una de las fuentes de energía renovable más comunes y, producto de los avances tecnológicos en el desarrollo de generadores eléctricos, se ha transformado en uno de los sistemas de generación con mayor madurez jugando un rol importante en la generación de electricidad a nivel mundial. Como resultado, en los últimos 5 años el mercado de turbinas eólicas se ha incrementado considerablemente con una capacidad instalada que ha crecido con un promedio anual de un 22.7%. La capacidad instalada a nivel mundial a finales del 2012 se ha incrementado en 45 GW en comparación al año 2011 llegando a un total de 282.5 GW instalados, de los cuales 109.5 MW pertenecen a la Unión Europea y 22.7 MW se encuentran instalados en España. Consecuentemente, la industria de turbinas eólicas presenta importantes avances en el desarrollo de sistemas de generación de gran potencia, con el desarrollo de turbinas capaces de producir decenas de MW. Sin embargo, los sistemas de grandes potencias están orientados a parques eólicos tanto terrestres como marítimos. En los comienzos los sistemas de generación eólica (SGE) utilizaban comúnmente generadores de inducción de jaula de ardilla conectados directamente a la red eléctrica. Sin embargo, actualmente se ha evolucionado principalmente hacia sistemas operando a velocidad variable, permitiendo mayor control del sistema optimizando la energía capturada del viento. La ventaja de operar a velocidad variable, en comparación con los sistemas que trabajan a velocidad constante, es que la energía anual capturada es un 5% mayor [Carrasco et al., 2006]. En este aspecto, en la integración de turbinas eólicas operando a velocidad variable, la energía
POTENCIAL EÓLICO
Es el factor determinante para definir la instalación de un sistema de aerogeneración, sea este para la generación a gran o pequeña escala, para el cargado de baterías en áreas rurales. Se puede tomar como referencia la velocidad promedio del viento para determinar si un lugar es apropiado para la instalación de un aerogenerador; esto es debido a que la Potencia eólica mensual generada por el viento varía en proporción del cubo de la velocidad
Ecuación 1: Potencial eólico
𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕 = 𝒌 ∗ 𝒕
𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒ó𝑙𝑖𝑐𝑜 (𝑤𝑎𝑡𝑡)
𝑘 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 (𝑤𝑎𝑡𝑡)
𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠)
VIENTOS
la corriente de aire que se produce en la atmósfera por causas naturales. El viento, por lo tanto, es un fenómeno meteorológico originado en los movimientos de rotación y traslación de la Tierra
La radiación solar genera diferencias de temperatura en la atmósfera, lo que da origen a las diferencias de presión y al movimiento del aire. La velocidad del viento puede utilizarse para producir energía (conocida como eólica), aunque también resulta peligrosa, ya que puede derribar edificios de gran tamaño. El desplazamiento de semillas y la erosión son otras consecuencias del accionar de los vientos.
I. METODOLOGÍA
Es de tipo descriptivo, ya que se utilizó información de campo para procesarla y describir sus resultados, además se usó las variables para determinar su comportamiento en determinados fenómenos e implementar la energía eólica, pero también al momento de utilizar esta energía hagamos la limpieza al aire ya que aprovechamos una energía que no contamina al medio ambiente.
7.1 Lugar de estudio: En la ciudad de Juliaca, La energía eólica y la limpieza del aire
7.2 Métodos: en aerogenerador es un generador eléctrico que funciona convirtiendo la energía cinética del viento en energía mecánica a través de una hélice en energía eléctrica gracias a un alternador (generador de corriente eléctrica alterna). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se emplean para la extracción de agua de pozos. En este caso, la energía eólica (en realidad la energía cinética del aire en movimiento) proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico, hace girar un generador, normalmente un alternador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica. Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposición del eje de rotación, el tipo de generador, etc. Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas. Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronización para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia. Ya en la primera mitad del siglo XX, la generación de energía eléctrica con rotores eólicos fue bastante popular en casas aisladas situadas en zonas rurales. La energía eólica se está volviendo más popular en la actualidad, al haber demostrado la viabilidad industrial, y nació como búsqueda de una diversificación en el abanico de generación eléctrica ante un crecimiento de la demanda y una situación geopolítica cada vez más complicada en el ámbito de los combustibles tradicionales.
A) Clasificación de las velocidades
Para determinar el Potencial Eólico en una determinada zona, se debe clasificar las velocidades registradas según la frecuencia con la que ocurrieron cada una de ellas, para esto es necesario descartar los momentos de calma (0 m/s), porque no ofrecen valores significativos, al no poseer energía cinética aprovechable y vientos excesivos por 69 encima de los 20 m/s que podrían representar daños posteriores a los aerogeneradores.
B) Aplicación de la distribución de Weibull
Determinar el potencial eólico, está relacionado con establecer los parámetros de la ecuación de Weibull, correspondientes al parámetro de escala c en m/s, que determinan la velocidad promedio del viento en el lugar de estudio, y el parámetro de forma k que indica el grado de dispersión de los registros, con éstos se puede determinar la frecuencia con la que se manifiesta una velocidad determinada del viento. Para los cuales se aplican los siguientes cálculos
Cálculo de la distribución de Weibull:
Calculo del parámetro de forma:
d: Desviación estándar
v: Velocidad media Cálculo del parámetro de escala c m/s:
Dónde:
v: Velocidad media
r: Factor Gamma
k: Parámetro de forma c.
Calculo del Potencial Eólico:
Utilizando los valores de los parámetros de forma k y escala c en m/s, se procede, calcular el Potencial Eólico de la ciudad de Juliaca , con la siguiente fórmula:
Dónde:
Z: Altitud en msnm
T: Temperatura promedio
Elección del tipo de Aerogenerador
La elección del tipo de Aerogenerador, se hizo en función a las características del mismo y a la velocidad media del lugar, eligiéndose para fines de cálculo al modelo alemán BLACK 300, el cual presenta las siguientes características:
Tabla 1 Datos técnicos del aerogenerador BLACK 300 72 Fuente: www.DeltaVolt
Cálculo de la cantidad de energía/año
Con el dato calculado del Potencial Eólico (W/m2) en la zona de estudio, es posible saber cuánta energía se obtendrá en un año en KW/H/m2. Realizando la siguiente operación
Dónde: P: Potencial eólico
Con los datos proporcionados por la empresa Electro centro S.A., se procede a calcular a cantidad de CO2 emitido a la atmósfera en el periodo 2017. 73 Para lo cual se utiliza la aplicación en línea CERO CO2 de La ONG para consumo eléctrico, en el cual se ingresa el consumo en KW/h y se obtiene la cantidad de emisión de CO2 al año en TnCO2/año
II. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
la siguiente tabla demuestra que datos o materiales se va necesitar para hacer el presupuesto estimado
TABLA 1
TABLA 2
Tabla 1
Ejemplo de cronograma de actividades
|
Actividades |
Meses 2022-I |
|||
|
A |
M |
J |
J |
|
|
1. Búsqueda de información |
x |
|
|
|
|
2. Trabajo de campo |
|
x |
|
|
|
3. Acceso al campo |
|
x |
|
|
|
4. Recogida productiva de datos |
|
|
x |
|
|
5. Fase analítica |
|
|
x |
|
|
6. Fase informativa 7. Procesamiento de datos 8. presentación del informe final |
|
|
x |
|
III. PRESUPUESTO
El presupuesto debe ser estimado teniendo en cuenta las diferentes fases de la investigación formativa.
BIOGRAFIA
Carta González, J. A., Calero Pérez, R., Colmenar Santos, A., y Castro Gil, M. A. (2009). Centrales de energías renovables: generación eléctrica con energías renovables. Uned
Charles Schlosser, F. y C., S. K. A. (2016). The impact of climate change on wind and solar resources in southern africa. Applied Energy, 161:556–564
Dufo-López, R., Bernal-Agustín, J. L., Yusta-Loyo, J. M., Domínguez-Navarro, J. A., Ramírez-Rosado, I. J., y Lujano, Juan Aso, I. (2011). Multi-objective optimization minimizing cost and life cycle emissions of stand-alone pv–wind–diesel systems with batteries storage. Applied Energy, 88(11):4033–4041. .
Pimentel Manrique, L. M. (2020). Diseño de un sistema de monitoreo remoto de medición de parámetros meteorológicos entre los aeropuertos de Lima y Juliaca.
Jarabo, F.; Fernández, J. (1983). Energías
alternativas renovables. ¿Un futuro para Canarias? Secretariado de Publicaciones de la Universidad de La
Laguna. ISBN 84-600-3085-7
No hay comentarios:
Publicar un comentario